https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20779/Ingenierias_2012_Ano_15_No_56_Julio-Septiembre.pdf cbfaade4f5c9f6f00e4a2a1e42f77f8b PDF Text Text �56 Contenido Julio-Septiembre de 2012, Año XV, No. 56 2 Directorio 3 Editorial La ingeniería y la arquitectura ante el reto impostergable de reducir el costo ambiental de las construcciones modernas César Antonio Juárez Alvarado 7 Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto con contracción Oscar A. Morales Contreras, Juan G. Barbosa Saldaña, José A. Jiménez Bernal, Claudia del Carmen Gutiérrez Torres 15 Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey, México: 1890-1950 Javier Rojas Sandoval 27 Hecho a mano Gabriel Zaid 30 Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida Norma Patricia Puente Ramírez, Arturo Romero Castañeda, Gustavo Rodríguez Morales, Moisés Hinojosa Rivera 38 El accidente nuclear de Fukushima J. Rubén Morones Ibarra 48 La fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 José Roberto Mendirichaga 57 Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier Demetrio García Almazán, José Antonio De la O Serna, Enrique Martínez Martínez 69 Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos Enrique Guevara Chapa, Sergio Mejía Rosales 76 Eventos y reconocimientos 79 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 81 Acuse de recibo 82 Colaboradores 84 Información para colaboradores Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 1 �Ingenierías, Año XV, N° 56, julioseptiembre 2012. Fecha de publicación: 15 de julio de 2012. Revista trimestral, editada y publicada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/ N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Apartado Postal 076F, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, CP.66451. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854. Impresa por: Desarrollo Litográfico, S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, N.L., México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de julio de 2012. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P.66450. Número de reserva de derechos al uso exclusivo del título Ingenierías otorgada por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2011-101411064600-102, de fecha 14 de octubre de 2011. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, de fecha 27 de marzo de 2012, concedido ante la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. ISSN: 14050676. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Ingenierías es una publicación trimestral arbitrada, editada por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, dirigida a profesionales, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de la ingeniería. Las opiniones y contenidos expresados en los artículos son responsabilidad exclusiva de los autores. Prohibida su reproducción total o parcial, en cualquier forma o medio, del contenido editorial de este número sin previa autorización. Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ, Dialnet, Actualidad Iberoamericana, LivRe, NewJour. Versión en extenso en internet: http:// ingenierias.uanl.mx/ Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2012 revistaingenierias@gmail.com 2 DIRECTORIO 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 Investigación, Innovación y Posgrado: Dr. Mario C. Salinas Carmona Secretario de Extensión y Cultura: Lic. Rogelio Villarreal E. Director de Publicaciones: Dr. Celso José Garza Acuña 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 REVISTA INGENIERÍAS Director: M.C. Fernando J. Elizondo Garza, FIME-UANL Editor Responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, FIME-UANL Redacción: Lic. Julio César Méndez Cavazos CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Samir Nagi Yousri Gerges, Brasil. UFSC, Florianópolis / Dra. Karen Lozano, USA. UT-Panam / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. 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José de Jesús Luna Gutiérrez Indización: Dr. César Guerra Torres / L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro Diseño : M.A. José Luis Martínez Mendoza Fotografía : M.C. Jesús E. Escamilla Isla Webmaster: Ing. Cosme D. Cavazos Martínez / Ing. Dagoberto Salas Zendejo Impresor: René de la Fuente Franco Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 �Editorial: La ingeniería y la arquitectura ante el reto impostergable de reducir el costo ambiental de las construcciones modernas César Antonio Juárez Alvarado Estudios de Posgrado e Investigación, Facultad de Ingeniería Civil de la UANL cesar.juarezal@uanl.edu.mx En las últimas décadas, se han hecho cada vez más evidentes los efectos negativos que la actividad humana tiene sobre los sitios que habita. El hombre transforma constantemente el medio ambiente preexistente para adaptarlo a sus necesidades, en buena medida, a través de las diversas construcciones que requiere para conformar su espacio de vida, el cual incluye desde edificios de diversos tamaños y características, infraestructura y servicios especializados, hasta ciudades enteras. Lo que implica una gran responsabilidad por parte de los profesionales que diseñan y materializan dichas obras, ya que su creación, operación y eventual desmantelamiento contribuye enormemente al deterioro ambiental global. En las disciplinas de la ingeniería y la arquitectura, las tareas para generar construcciones con menor impacto ambiental en el medio donde se insertan, se han desarrollado de manera importante, aunque con avances claramente insuficientes. En el caso de nuestro país se requiere mayor atención a esta problemática, específicamente en el estudio y desarrollo de materiales y sistemas de construcción que no provoquen deterioro ambiental. Es importante destacar que el impacto sobre un entorno preexistente no se circunscribe a los ambientes naturales, a los denominados ecosistemas, sino implica también la transformación de espacios construidos por el hombre que le son significativos y por tanto conforman parte fundamental de su identidad. Se requiere tener una visión integral del concepto de “entorno” o “medio ambiente” que incluye los factores naturales, pero también el objeto creado por el hombre, ambos, naturaleza y artificio conforman nuestro patrimonio como sociedad. Es imperativo entonces contribuir con materiales y sistemas de construcción innovadores, con la urgente necesidad de conservar nuestros entornos naturales y los ya construidos, no sólo desde una perspectiva patrimonialista, sino, como un medio para mejorar la calidad de vida de quienes habitamos dichos espacios. Particularmente en México, a pesar de existir normas y recomendaciones para disminuir el impacto ambiental negativo de ciertas obras, y contar con organizaciones que promueven la construcción sustentable, la realidad es que la tecnología constructiva actual disponible y accesible en el mercado es altamente contaminante e incompatible con la preexistencia natural o cultural. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 3 �La ingeniería y la arquitectura ante el reto impostergable de reducir el costo ambiental... / César Antonio Juárez Alvarado En contraste, en diferentes partes del mundo la preocupación por disminuir el impacto ambiental que genera el entorno construido se atiende no sólo por diversos grupos de investigadores, sino incluso por centros de investigación especializados en el diseño y aplicación de materiales y sistemas de construcción innovadores, lo que permite construir obras sustentables que no afectan negativamente al medio ambiente en términos de bienestar y salud de los pobladores del planeta. Aunque, en nuestro país existen diversos trabajos realizados en esta materia, muchos de estos esfuerzos se llevan a cabo de manera individual y aislada entre los diferentes grupos de especialistas. Algunos de estos grupos de investigación nacionales que pretenden aportar alternativas viables, han realizado estudios sobre el desarrollo de materiales y sistemas constructivos de bajo impacto ambiental, tales como: aplicación de concretos reforzados con fibras naturales, uso de agregados reciclados, utilización de desechos industriales como la ceniza volante para fabricar materiales de construcción sustentables; el adobe mejorado; consolidación de arquitectura de tierra; entre otros. Es así que resulta inevitable la vinculación nacional entre las distintas especialidades de la Ingeniería y la Arquitectura enfocadas a la construcción, e inclusive, esta vinculación debe ser considerada como una prioridad si se quiere satisfacer la gran demanda de construcciones modernas de bajo impacto ambiental. El problema está latente y se considera indispensable coordinar esfuerzos para sistematizar la información existente, intercambiar experiencias y sobre todo experimentar con materiales y sistemas constructivos alternativos que puedan implementarse en el corto plazo en el ámbito de la edificación de nuestro país. Resulta entonces prioritario, integrar redes de grupos de El patrimonio natural presente y futuro se ve seriamente afectado por la construcción a gran escala de edificaciones urbanas que pretenden satisfacer la necesidad de vivienda de los grandes asentamientos humanos. Foto: Francisco Javier Soria López. 4 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 �La ingeniería y la arquitectura ante el reto impostergable de reducir el costo ambiental... / César Antonio Juárez Alvarado investigación con enfoque multidisciplinario, para desarrollar técnicas de construcción alternativas viables y de trascendencia a nivel nacional en la conservación del patrimonio cultural y natural. Estas redes de investigación estarían conformadas por especialistas de México y del extranjero en el tema de la construcción sustentable, que propondrían proyectos científicos de alta calidad buscando el apoyo financiero de los sectores público y privado, con el objetivo de desarrollar materiales y sistemas de construcción compatibles con el medio ambiente y de bajo impacto sobre el espacio de vida de la sociedad. Esta vinculación científica aportaría beneficios tangibles en varios sectores. En primera instancia, al sector productivo industrial al hacer conciencia que, mediante la aplicación de estos materiales y sistemas de construcción alternativos, es posible construir inmuebles y obras en general, técnica y económicamente viables y que disminuyan en forma significativa el impacto sobre los entornos en los que se insertan. De una manera transversal, también se beneficia el sector social, al contribuir con el mejoramiento de la infraestructura e instalaciones culturales y naturales que normalmente utiliza y por lo tanto en su calidad de vida. Por otro lado, se estaría en condiciones de seguir participando en las instituciones educativas, donde se imparten licenciaturas y posgrados ligados a la construcción y materialización del entorno construido, aportando material y herramientas actualizadas para formar profesionales conscientes de la necesidad de conservar nuestro espacio de vida a través de la ingeniería y la arquitectura. Los resultados del trabajo de estas posibles redes de investigación, aportarían indicadores de impacto ambiental de distintos materiales y Las grandes ciudades representan un claro ejemplo de la incansable voluntad humana para trasformar el entorno que lo rodea, haciéndolo más confortable para su existencia. Sin embargo, el costo ambiental consecuente ha resultado muy alto. Foto: Francisco Javier Soria López. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 5 �La ingeniería y la arquitectura ante el reto impostergable de reducir el costo ambiental... / César Antonio Juárez Alvarado sistemas de construcción que servirían tanto a profesionales, como a instituciones reguladoras al elaborar y autorizar, respectivamente, estudios de impacto ambiental. Pero sobre todo, se adecuarían estos indicadores a las condiciones predominantes del país y a su práctica constructiva, evitando con esto el uso indiscriminado de la información proveniente del contexto internacional considerando que su aplicabilidad no resulta siempre adecuada al ámbito nacional. Finalmente, no hay duda de que la incansable actividad humana que durante siglos ha buscado su desarrollo y confort, ha permitido la actual forma de vida para millones de seres humanos, pero también es innegable, que este mismo proceder es el responsable del deterioro significativo que sufre nuestro hábitat natural, ocasionado por la sobreexplotación sin precedente de los recursos naturales, los altos consumos de energía, la emisión de gases nocivos a la atmósfera y la radiación, entre otros. En nuestro ámbito, la preservación del entorno natural y cultural de nuestro país mediante la utilización de sistemas de construcción alternativos, es sin lugar a dudas una de las metas que la sociedad mexicana en su conjunto debe perseguir, y deberá estar apoyada por los grupos de especialistas y organizaciones que trabajando en sinergia propongan soluciones viables para reducir el impacto ambiental de las nuevas construcciones. De lo contrario, estaremos siendo testigos del inminente deterioro progresivo de nuestro hábitat presente y futuro. 6 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 �Caracterización numéricoexperimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto con contracción Oscar A. Morales ContrerasA, Juan G. Barbosa SaldañaB, José A. Jiménez BernalB, Claudia del Carmen Gutiérrez TorresB Centro Universitario Internacional de México. Campus Quéretaro Grupo CEDVA, Querétaro, Querétaro B Instituto Politécnico Nacional, México D. F. oamc07@yahoo.com.mx , jbarbosas@ipn.mx , jjimenezb@ipn.mx , cgutierrezt@ipn.mx A Vórtice formado en la costa de Japón despues del tsunami de marzo de 2011. Fuente: Reuter. RESUMEN En este trabajo se presenta el análisis del comportamiento del flujo en un conducto rectangular con escalón. El número de Reynolds es calculado en función de la altura del escalón (Reh=500) para un conducto con relación de aspecto y contracción de 4 y 2 respectivamente. El estudio numérico se realiza con el programa desarrollado en esta investigación denominado FLUSS, bajo la plataforma de Fortran 95, para discretizar las ecuaciones de momento y continuidad se utiliza la técnica de volúmenes finitos, y el algoritmo SIMPLE para ligar el campo de velocidad y la distribución de presiones en el dominio. Para el estudio experimental se utiliza la técnica láser de velocimetría de imágenes de partículas (PIV). Los resultados experimentales y numéricos presentan una diferencia de 6%. PALABRAS CLAVE Simulación numérica, técnica de volúmenes finitos, vórtice helicoidal, técnica de PIV. ABSTRACT This paper presents the fluid flow analysis in a rectangular channel with a forward facing step (FFS). Reynolds number is calculated based on the height step (Reh=500) for a channel with aspect and contraction ratio equal 4 and 2 respectively. The numerical study is performed with the developed program denominated FLUSS, the code is based on the finite volumes technique and the SIMPLE algorithm, in the experimental study is used the laser technique particle image velocimetry (PIV). The experimental and numerical results compared have a difference of 6%. KEYWORDS Numerical simulation, finite volume technique, vortex spiral, PIV technique. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 7 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. INTRODUCCIÓN La separación y recirculación del flujo son fenómenos encontrados en diferentes equipos industriales tales como difusores, válvulas y álabes de turbina. Estos fenómenos generan principalmente caída de presión en los equipos, condición que bajo ciertas circunstancias puede ser no deseada debido a las pérdidas que se originan. Sin embargo, en algunos casos la separación y recirculación son inducidas para mejorar las condiciones de transferencia de calor y masa.1 Un ejemplo clásico donde se puede encontrar la separación y recirculación del flujo se tiene en un conducto rectangular que presenta cambios en su geometría. Estos cambios se obtienen al variar la sección transversal para reducir el área del conducto (FFS), para ampliar el área del mismo (BFS) y si se presentan ambos casos se trata de una cavidad.2 Los dos últimos casos mencionados han sido ampliamente estudiados por los investigadores, mientras que el flujo en conductos con contracción (FFS) ha tomado relevante interés sólo en las últimas décadas, por lo que algunos detalles respecto a los efectos tridimensionales de las estructuras del flujo en este tipo de conductos aún no han sido completamente analizadas. También es importante visualizar que este tipo de problemas son considerados tipo o patrón para validar códigos numéricos.3 Es importante mencionar que los conductos con escalón son de gran importancia en la industria, ya que son ampliamente utilizados en el sector alimenticio, en sistemas de tuberías en reactores químicos y en procesos de elaboración de polímeros.4 Cuando existe un flujo en un conducto rectangular con escalón (FFS) se distinguen dos regiones de separación de flujo que originan dos vórtices: uno previo al escalón y otro en la parte superior del mismo.5 Estos son originados por el cambio brusco en la geometría del conducto. El vórtice está definido por su longitud (r) en la dirección axial, su altura (a) en la dirección vertical y las coordenadas centrales del mismo (x’, y’) como se muestra en la figura 1. Durante los últimos años los estudios que se han realizado para analizar la separación de flujo en conductos rectangulares con escalón consideran conductos que presentan relaciones de aspecto mayores a diez (RA=b/h), esta consideración 8 Fig. 1. Nomenclatura para describir el vórtice. permite reducir el análisis a casos bidimensionales, por lo tanto, no se tiene un análisis completo del comportamiento del vórtice que se forma frente al escalón a lo largo del eje transversal.6 De los primeros estudios que trataron el flujo en un conducto rectangular con escalón se encuentra el de Moss y Backer,7 en sus resultados reportan que la altura del vórtice en el centro del conducto está relacionada con la altura del escalón y tiene un valor de 0.6h a 0.7h, además mencionan que la zona de recirculación es una estructura de flujo tridimensional. Un trabajo reciente que trata el flujo en conducto con escalón es el de Largeau y Morieniere,8 en su investigación experimental utilizaron la técnica de velocimetría de imágenes de partículas (PIV) para estudiar un flujo turbulento y tres relaciones de aspecto. Entre sus resultados más importantes reportan que a medida que disminuye la relación de aspecto se incrementa la longitud del vórtice que se forma frente al escalón, pero la coordenada (y’) no varía. Otro estudio que analiza el problema de separación de flujo en un conducto rectangular con escalón es el de Fiorentini et al. 9 Ellos estudiaron el comportamiento del vórtice utilizando la técnica de PIV cuando un flujo turbulento fluye a través de un conducto con una RA>10. Ellos concluyen que la altura del vórtice que se forma antes del escalón, no varía si se incrementa la velocidad, pero que el vórtice que se forma sobre el escalón aumenta su longitud a medida que se incrementa el número Reynolds. Una investigación más que analiza el comportamiento del flujo en un conducto con escalón es la de Chiang y Sheu.10 Esta simulación numérica fue realizada utilizando la técnica de discretización de volúmenes finitos. Las condiciones geométricas Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. del conducto rectangular analizado fueron RA=24 y relación de contracción (RC=H/h) de 1.33. Chiang y Sheu encontraron que la zona de recirculación adyacente al escalón se comporta como un vórtice que se mueve en forma de espiral a lo largo del eje z. También encontraron que la altura y longitud de la zona de recirculación en el plano central del conducto tienen un valor de 0.33h y 0.63h respectivamente, para Reh=555. Finalmente, uno de los trabajos mas importantes que trata el estudio de la zona de recirculación formada en un conducto con escalón es el de Stüer et al.11 En su investigación trabajaron con flujo laminar (Reh=330) y un escalón de 0.01m de altura para tener condiciones geométricas de RC=4 y RA>10. Utilizan la técnica de visualización de flujo con burbujas de hidrógeno y miden los campos de velocidad con la técnica PTV. Concluyen que el fluido contenido dentro de la zona de recirculación es transportado paralelamente al escalón hacia las paredes laterales para poder continuar su trayectoria, y reportan que la altura del vórtice en el centro del conducto es de 0.75h. METODOLOGÍA NUMÉRICA En esta investigación se realiza un código numérico denominado FLUSS, basado en la técnica de volúmenes finitos para discretizar las ecuaciones para flujo laminar en estado estable definidas en las ecuaciones (1) a la (4). Por medio de la técnica antes mencionada se discretizan las ecuaciones empleando un arreglo de malla dislocada y no uniforme. El acoplamiento de las ecuaciones de momento y continuidad se realiza mediante el algoritmo SIMPLE,12 finalmente las ecuaciones discretizadas son reordenadas en forma de matriz tridiagonal, la cual se resuelve por medio del algoritmo de Thomas.13 El dominio computacional utilizado se muestra en la figura 2, el cual tiene una RA=4 y RC=2, los resultados son parametrizados en función de la altura del escalón (h=0.02m). El número de Reynolds analizado es de 500 y el fluido de trabajo utilizado es aire con condiciones estándar. ∂u ∂v ∂w + + =0 (1) ∂x ∂y ∂z 2 2 2 ⎛ ∂u ∂u ∂u ⎞ ∂p ⎡ ∂ u ∂ u ∂ u ⎤ ρ⎜ u +v +w =− +μ + + (2) ∂ z ⎟⎠ ∂ x ⎢⎣ ∂ x 2 ∂ y 2 ∂ z 2 ⎥⎦ ⎝ ∂x ∂y Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Fig. 2. Dominio computacional. 2 2 2 ⎛ ∂v ∂v ∂v ⎞ ∂p ⎡ ∂ v ∂ v ∂ v ⎤ +v + w =− +μ ⎢ 2 + 2 + 2 ⎥ (3) ⎟ ⎝ ∂x ∂y ∂z ⎠ ∂y ⎣∂x ∂y ∂z ⎦ ρ⎜ u 2 2 2 ⎛ ∂w ∂w ∂w ⎞ ∂p ⎡∂ w ∂ w ∂ w⎤ (4) +v +w =− +μ + + ∂ z ⎟⎠ ∂ z ⎢⎣ ∂ x 2 ∂ y 2 ∂ z 2 ⎥⎦ ⎝ ∂x ∂y ρ⎜ u Donde: u, v y w son las componentes de la velocidad. Las condiciones de frontera impuestas sobre el dominio computacional son: Perfil de velocidad uniforme a la entrada: u = u ; v = 0; w = 0 . Condición de no deslizamiento en las paredes: u =v = w=0 Condición de flujo completamente desarrollado a la salida: ∂φ = 0 Donde: Ø=u, v, w y p. ∂x xsal Se utiliza una malla no uniforme en las 3 direcciones y para determinar el número de elementos a utilizar en el dominio computacional se realiza un estudio de independencia de malla, el valor característico para declarar la independencia es la altura de zona de recirculación en el plano central, los resultados se muestran en la tabla I. Tabla I. Independencia de malla. Malla [x:y:z] Altura (a) A) 210:80:80 0.720h Diferencia a A) − aj ) a A) B) 210:60:80 0.718h 0.3% C) 210:60:60 0.700h 2.8% D) 180:80:80 0.695h 3.5% 9 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. Con los resultados obtenidos de este estudio se decidió trabajar con una malla de 210:60:80 elementos en las direcciones x, y, z, respectivamente, la malla no uniforme utilizada se muestra en la figura 3. Fig. 3. Malla utilizada en dominio computacional. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL El estudio experimental se realiza en el túnel de viento (figura 4) del Laboratorio de Ingeniería Térmica e Hidráulica Aplicada (LABINTHAP) del Instituto Politécnico Nacional. Las dimensiones utilizadas son las mismas que las impuestas en el dominio computacional. El túnel de viento consta de una entrada acampanada, la cual permite que el flujo sea uniforme en la sección de entrada, como indica la norma ANSI,14 el túnel tiene sección de entrada de 1.2m para obtener flujo desarrollado en la zona de pruebas, finalmente se tiene una pieza de transformación para conectar el túnel de viento con el ventilador (marca Otto de 5 paletas) y disminuir la perdida de presión en el túnel tal como explica Barlow et al.15 El sistema de velocimetría de imágenes por partículas (PIV) cuenta con una cámara CCD de alta resolución (1600x1186 pix) Kodak Megaplus 1.0, un láser gemelo Nd:YAG de alta energía (400mJ) y el sistema de adquisición de datos FlowManager. Las partículas trazadoras inyectadas son obtenidas con un generador de humo de la marca TEKNOVA®, que utiliza aceite mineral y permite obtener partículas con diámetro promedio de 10μm. Las condiciones del medio ambiente son monitoreadas con el sistema meteorológico Digiquartz®. RESULTADOS Para analizar la zona de recirculación frente al escalón se colocan 6 planos en diferentes posiciones tal como se indica en la tabla II y se muestra en la figura 2. Las tablas III y IV presentan los resultados obtenidos experimental y numéricamente de la caracterización de la zona de recirculación. Tabla II. Planos analizados. Plano Posición I z = 0.125b II z = 0.250b III z = 0.375b IV z = 0.500b A y = 1.0h B y = 0.5h Tabla III. Resultados experimentales. Plano x’/h y’/h I 0.29 0.32 II 0.38 0.31 III 0.41 0.31 IV 0.42 0.30 Tabla IV. Resultados numéricos. Fig. 4. Túnel de viento del LABINTHAP. 10 Plano a/h r/h x’/h y’/h I 0.66 1.53 0.24 0.33 II 0.72 1.65 0.36 0.29 III 0.72 1.90 0.41 0.31 IV 0.72 2.03 0.42 0.32 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. Fig. 5. Campo de velocidades en el plano central obtenido con A) FLUSS y B) PIV. Fig. 6. Resultados experimentales: A) plano I, B) plano II, C) plano III y D) plano IV. En la figura 5A) se muestra el campo de velocidad en el plano central del conducto obtenido mediante el programa FLUSS y en la figura 5B) el obtenido experimentalmente. La diferencia entre los resultados experimentales y numéricos en el plano central es de 6%, mientras que en los resultados obtenidos en el plano cercano a la pared la diferencia es mayor, esto se debe a la cantidad de elementos colocados en la malla para el análisis de esa zona, sin embargo se puede considerar que el programa puede reproducir satisfactoriamente el fenómeno analizado. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Los resultados reportados en la tabla III tienen un valor de incertidumbre de aproximadamente 0.2%, este porcentaje fue calculado con respecto al valor promedio de las mediciones obtenidas de una serie de 90 imágenes.16 Se encontró que la coordenada x’ disminuye su valor a medida que el flujo se aproxima a la pared, mientras que la coordenada y’ lo incrementa. En la figura 6 se observa el vórtice encontrado experimentalmente y en la figura 7 se muestran los resultados numéricos para los diferentes planos analizados en el eje z. 11 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. Fig. 7. Resultados numéricos: A) plano I, B) plano II, C) plano III y D) plano IV. De los resultados puede apreciarse que la forma del vórtice en el plano central es cuasi-circular bien definida, típica de un vórtice simple como lo especifica Freymuth,17 pero cerca de la pared (en el plano I) el vórtice tiene forma alargada y no uniforme, esto se debe al crecimiento de la capa límite en la pared (efectos de la viscosidad). La forma del vórtice no cambia de manera importante en el centro del conducto, comportándose de manera similar en los planos II, III y IV, por lo que gran cantidad de fluido se concentra en el centro del conducto y se desplaza hacia las paredes. En las imágenes también se observa un vórtice secundario, justo antes del vórtice principal, tal y como lo describe Freymuth et al.,17 esta zona de recirculación secundaria se origina por el choque del flujo que intenta salir de la zona de recirculación en la direcciona axial, y el flujo que llega de la sección de entrada. Los resultados indican que existe otra zona de separación en la parte superior del escalón, originada 12 por el cambio en la geometría del conducto aunque de menor intensidad que el vórtice principal, esta zona en algunos libros es descrita como vena contracta, la cual ocasiona caída de presión en el conducto. De los resultados numéricos además se encontró que la longitud (r) en el plano IV es 25% mayor que en el plano I, y la altura (a) en el plano central es 8% mayor que en el plano cercano a la pared. En la figura 8 se muestran los planos A y B indicados en la tabla II, se aprecia el desarrollo de la capa límite en la pared lateral, y como se forma un pequeño vórtice paralelo al plano ‘y-x’ de menor intensidad que el encontrado en el plano ‘x-z’. Finalmente en la figura 9 se muestra como el flujo en la vecindad del escalón se desplaza a lo largo del eje z hacia las paredes laterales, la razón de este particular comportamiento se asocia al efecto de las paredes, es decir, el flujo tiene un mayor momento en la parte central que en la vecindad de las paredes Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. Fig. 9. Vórtice adyacente al escalón a lo largo de eje z. Fig.8. Vista superior de zona de recirculación, planos A y B. debido a la condición de no deslizamiento impuesta en las mismas, de tal forma que cuando el flujo encuentra el escalón, este último actúa como un obstáculo impidiendo el paso del flujo, por lo que el flujo cumple con su naturaleza de conservación de momento y se desplaza hacia las paredes laterales en forma helicoidal. CONCLUSIONES En esta investigación se realizó el estudio numérico experimental del flujo laminar a través de un conducto rectangular con escalón para diferentes relaciones de aspecto y diferentes parámetros de Reynolds para analizar el comportamiento tridimensional de la zona de separación adyacente al escalón. La diferencia entre los resultados numéricos encontrados con el programa desarrollado FLUSS y el estudio experimental presentan una diferencia del 6%, cuando se comparan los resultados en el plano central del conducto. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 La zona de recirculación adyacente al escalón se desplaza del centro del conducto hacia las paredes laterales del mismo como un vórtice helicoidal. Las coordenadas [x’, y’] del centro del vórtice cambian su posición a medida que éste se aproxima a la pared, y mientras que la coordenada x’ disminuye, la coordenada y’ se incrementa. En todos los planos analizados se aprecia la formación de una pequeña zona de recirculación sobre el escalón conocida como vena contracta, pero no puede ser definida completamente. Finalmente durante el estudio de independencia de malla se encontró que la relación entre las dimensiones del volumen de control más pequeño y el volumen de control más grande no debe ser mayor a 10, ya que para valores mayores se tienen problemas de convergencia. REFERENCIAS 1. H. Abu-Mulaweh, B. Armaly and T. Chen, Laminar natural convection flow over a vertical forward-facing step, J. Thermophys. Heat Trans., vol. 10, pp. 517–523, 1996. 2. M. Sherry, D. Lo Jacono, J. Sheridan, R. Mathis and I. Marusic, Flow separation characterization of a forward facing step immersed in a turbulent boundary layer, Sixth International Symposium 13 �Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto... / Oscar A. Morales Contreras, et al. of Turbulence and Shear Flow Phenomena. pp. 1325-1330, 2009. 3. I. Ali, S. Becker, J. Utzmann and C. Munz, Aeroacoustic study of a forward facing step using linearized Euler equations, Physica D., pp. 1-6, 2008. 4. D Wilhelm, C. Härtel and L Kleiser, Computational analysis of the two-dimensionalthree-dimensional transition in forward-facing step flow, J. of Scientific Computing., vol. 17, 2003. 5. T. Ando and T. Shakouchi, Flow characteristics over forward facing step and through abrupt contraction pipe and drag reduction, Res. Rep. Fac. Eng. Mie Univ. vol. 29, pp.1-8, 2004. 6. S. Becker, M. Escobar, C. Hahn, I. Ali, M. Kaltenbacher, B. Basel and M. Grunewald, Experimental and numerical investigation of the flow induced noise from a forward step, 11ª AIAA/CEAS. AIAA 2005-3006, 2005. 7. W. Moss and S. Baker, Recirculating flows associated with two-dimensionnal steps, Aero Q 32. pp. 693-704, 1979. 8. J. Largeau and V. Moriniere, Wall pressure fluctuations and topology in separated flows over a forward facing step, Exp. Fluids. 2007, vol. 42, pp. 21-40. 14 9. E. Fiorentini, R. Camussi, F. Pereira, M. Felli, G. Aloisio and A. Di Marco, Velocity and wall pressure correlations over a forward step flow, Advances in Turbulence XI. 2007. vol. 117. 10. T. Chiang and T. Sheu, Numerical studies of a three-dimensional flow in suddenly contracted channels, Physics of Fluid. 2002. vol. 14, pp. 1601-1616. 11. H. Stüer, A. Gyr and W. Kinzelbach, Laminar separation on a forward-facing step, Eur. J. Mech. B/Fluids. 1999. vol. 18, pp. 675-692. 12. S. V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Taylor & Fracis, Philadelphia. 1980. 13. J. Tu, G. Heng and C. Liu, Computational Fluid Dynamics a Practical Approach, Ed. Elsevier. First Edition. 2008. 14. American Nacional Standard, Laboratory Methods of Testing Fang for Rating, ANSI/AMCA 210-85, AMCA Standard, ANSI/ASHRAE. 1985. 15. J. Barlow, W. Rae and A. Pope, Low-speed wind tunel testing, Wiley-Interscience Publication, Third Edition. 1999. pp. 80-83. 16. R. Figliola and D. Beasley, Mediciones mecánicas teoría y diseño, Ed. Alfaomega, 3a Edición. México D.F., 2003. 17. P. Freymuth, F. Finaish and W. Bank, Three dimensional vortex patterns in a starting flow, J. Fluids Mech. 1986. vol. 161, pp. 239-248. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey, México: 1890-1950 Javier Rojas Sandoval Universidad Autónoma de Nuevo León RESUMEN El presente artículo expone algunos datos sobre la influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey, entre finales del siglo XIX y mediados del siglo XX. Para darle sostén a la hipótesis de la relación de ambas culturas este articulo reúne la informacion en dos secciones: Líderes industriales regiomontanos formados en instituciones educativas norteamericanas y Presencia de la tecnología industrial norteamericana en las fábricas pioneras de la industria de Monterrey. PALABRAS CLAVES Monterrey, México, cultura industrial, influencia, líderes, norteamericanos, regiomontanos, tecnología. ABSTRACT This article presents some data on the influence of the American industrial culture in the formation of the industrial culture of Monterrey, Mexico, between the end of the nineteenth century and mid-twentieth century To give support to the hypothesis of the relationship of both cultures this article brings together the information into two sections: Monterrey, Mexico, Industrial leaders trained in American educational institutions and The presence of industrial technology in the American factories pioneers of the industry of Monterrey, Mexico. KEYWORDS Monterrey, Mexico, industrial culture, influence, leaders, Americans, technology. Artículo basado en un trabajo presentado en el congreso “Transnational Exchange in the Texas – Mexico Borderlands”. The University of Texas at Austin. April 2005. INTRODUCCIÓN El concepto de culturaA industrial se refiere a la transmisión de procesos de aprendizaje, experiencias, costumbres y tradiciones generados en los medios industriales; relacionados con aspectos tecnológicos, administrativos, laborales y sociales; tecnológicamente la cultura industrial se refiere a invenciones, innovaciones y usos de maquinaria, herramientas y equipos industriales.B En términos comparativos el despegue industrial de los Estados Unidos fue primero que el de Monterrey. Algunos autores informan que entre 1850 y 1900 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 15 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval el número de empresas industriales instaladas en los Estados Unidos se cuadriplicó, pasando de 123 mil a 512,000. El arranque industrial de Monterrey comprende desde 1890 a 1910, periodo en el que se instala el grueso de las plantas industriales pioneras de la industrialización de Monterrey. Un dato adicional que resulta definitorio para cualquier comparación con el arranque industrial de Monterrey, es que los Estados Unidos fueron la cuna donde se produjeron los grandes inventos tecnológicos que habrían de darle el liderazgo a la industria norteamericana, como lo argumentaremos más adelante. Precisamente estos datos nos permiten sustentar la hipótesis de que la influencia de la cultura industrial norteamericana fue decisiva para la formación de la cultura industrial de Monterrey. Puede apuntarse la hipótesis de que la industrialización de Monterrey, tecnológicamente hablando, fue resultado de la expansión industrial de los Estados Unidos y Europa. De los diversos factores que impulsaron el arranque de la industrialización de Monterrey a finales del siglo XIX y principios del XX, la literatura especializada menciona uno que tiene particular relevancia: la proximidad de la frontera con los Estados Unidos de Norteamérica; influencia que no se ha limitado a los capitales de inversión sino también, lo que es más importante, al conocimiento, la educación y la tecnología industrial, como las herramientas, los equipos y maquinaria; así como los procesos de producción. El texto que se presenta contiene datos sobre personajes de la industria formados en instituciones académicas norteamericanas; se menciona el origen de la tecnología de algunas industrias de Monterrey. Los datos han sido recolectados de los siguientes archivos: Archivo Histórico de la Ciudad de Monterrey (AHCM). Archivo General del Estado de Nuevo León (AGENL) y el Archivo Histórico de la Fundidora Monterrey (AHFM). Cervecería Cuauhtémoc, S. A. Camión repartidor de la Cervecería Cuauhtémoc, S. A. 16 L A C U LT U R A I N D U S T R I A L C O M O F O R M A C I Ó N E D U C AT I VA . L Í D E R E S I N D U S T R I A L E S R E G I O M O N TA N O S FORMADOS EN INSTITUCIONES EDUCATIVAS NORTEAMERICANAS Una de las primeras expresiones de la cultura industrial es, sin lugar a dudas, la formación educativa tanto de los trabajadores como de los directivos de las plantas industriales. En Monterrey, desde tiempos muy tempranos, algunos empresarios industriales construyeron escuelas y centros de capacitación para los trabajadores y sus hijos. Tales fueron los casos de la Cervecería Cuauhtémoc, S.A., cuyos directivos pusieron en marcha, el año de 1911, el programa de construcción de escuelas para capacitar a sus trabajadores y empleados. Ello con el propósito de sustituir a los técnicos extranjeros con los que en 1890 había comenzado sus operaciones. El programa educativo se inició con la fundación de la Escuela Politécnica Cuauhtémoc, fundada el año indicado. En ella se impartían clases de educación Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Horno Alto No. 1. Fundidora Monterrey, S. A. elemental y politécnica; se enseñaban los oficios de electricidad, refrigeración, sistemas técnicos de fermentación; así como otros conocimientos generales relacionados con la física, la química, el comercio y la agricultura.1,2 Otra fábrica que también tempranamente creó sus propios centros de formación educativa y técnica para su personal fue la Fundidora Monterrey, S.A. En 1911, once años después de que entrara en operaciones, abrió las puertas de la escuela elemental de seis grados para los hijos de sus trabajadores – las Escuelas Acero, que luego cambiaron de nombre por Escuelas Adolfo Prieto –. Posteriormente, en la década de los veinte se inauguró la escuela nocturna con 100 obreros y empleados, donde se les enseñaban matemáticas, lengua nacional, inglés, dibujo y taquígrafa; es decir, cultura general y conocimientos aplicados, de utilidad para el trabajo.3 En este punto es importante destacar el caso de los programas educativos de las escuelas de la Fundidora Monterrey, S.A., en las que se impartía el inglés como segunda lengua, lo que indica que algunos técnicos requerían el conocimiento de dicho idioma para la lectura de los manuales de operación de la maquinaria y el equipo. Para el caso de la influencia de la cultura industrial norteamericana en los directivos de las plantas industriales de Monterrey, se puede mencionar que la Cervecería Cuauhtémoc, S.A., registra la presencia de un personaje de origen norteamericano en la fundación de la empresa cervecera; se trata de Joseph M. Schnaider, de profesión ingeniero, nacido en San Luis Missouri el año de 1858. Heredero de la fábrica de cerveza que llevaba el mismo nombre que la familia Schnaider; la que en sus tiempos de Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Convertidor Bessemer. Fundidora Monterrey, S.A. operación, en el último tercio del siglo XIX, era una de las más importantes establecidas en la Unión Americana.1 La influencia del ingeniero Schnaider fue decisiva en los inicios de la fábrica de cerveza regiomontana; era el experto conocedor de la técnica para elaborar cerveza; por lo cual ocupó el puesto de jefe de producción. Asimismo desempeñó la importante función de vocal en el consejo de administración, durante los primeros años de operación de la planta productora de cerveza. Joseph M. Schnaider [San Luis Missouri 1858 - Baden Alemania, 1922] 17 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Los inicios y la operación de la Fundidora Monterrey, S.A. no se explica sin considerar los beneficios que recibió de la cultura industrial norteamericana. Uno de los inversionistas que participaron en la constitución de la planta industrial fue Eugenio Kelly, quien era banquero de Nueva York. Asimismo algunos de los ingenieros y técnicos que pusieron en marcha los primeros equipos y la maquinaria de la acerera regiomontana, procedían de los Estados Unidos de Norteamérica. Entre ellos, Oliver P. Thomas, jefe del departamento de laminación. Algunos otros, aunque de origen europeo, habían realizado su experiencia técnica en la patria de Washington, como A. G. Hartestain, que desempeñó el cargo de superintendente general; lo mismo Dot J. Felckel, jefe del alto horno. Todos ellos contribuyeron con sus conocimientos a la formación de los primeros obreros y técnicos regiomontanos quienes tenían poca experiencia en el campo de la industria del acero.4 El cronista de la Fundidora Monterrey, Manuel González Caballero, dejó escrito, refiriéndose al técnico de origen norteamericano Oliver P. Thomas, que se caracterizaba por ser un “norteamericano, muy experto en cuestiones de molinos laminadores y en cilindros, o rodillos, pues su experiencia en estos menesteres había sido adquirida en las grandes plantas productoras de acero de los Estados Unidos”.4 Por lo que se refiere a la formación académica de los directivos de las industrias de Monterrey incluimos una muestra de quince directivos de algunas de las más importantes industrias de Monterrey, que recibieron formación académica en instituciones educativas de los Estados Unidos de Norteamérica. (Tabla I) La tabla proporciona información sobre cuatro indicadores: 1. Nombre del personaje. 2. Fecha de nacimiento del personaje. 3. Participación en la industria de Monterrey. 4. Institución académica de los Estados Unidos de Norteamérica, en la que recibió educación. En cuanto a las fechas de nacimiento, cuatro de los personajes nacieron en el siglo XIX y tres entre ese mismo siglo y la primera década del XX, lo que podría indicar que son industriales de la segunda 18 generación, cuyos nombres se pueden encontrar en los consejos de administración de las plantas que iniciaron el despegue industrial de Monterrey. Un último grupo está integrado por los industriales que nacieron entre 1918 y la Segunda Guerra Mundial. En cuanto a las industrias, se observa que en la lista predominan los industriales de la fábrica de cerveza y las industrias asociadas con la misma, como la fábrica de vidrio y la productora de cartón y la acerera Hojalata y Lámina, S.A. Por lo que se refiere a las instituciones educativas norteamericanas donde realizaron sus estudios académicos y formativos, destaca el Massachussets Institute of Technology y las universidades de Texas, instituciones con programas académicos en ingeniería y administración. The Massachussets Institue of Technology desde los inicios de la segunda parte del siglo XIX ofrecía programas de instrucción especial y profesional para formar especialistas en ingeniería mecánica, química y minas. Además impartía conocimientos sobre maquinaria y metalurgia de hierro y cobre.7 Era la institución más destacada en la difusión de la cultura industrial desde el siglo XIX, y la que, como vimos por los datos, influyó en la formación académica de los hombres que arrancaron la industrialización de Monterrey. Un dato que resulta importante consignar es que los promotores de la iniciativa para fundar en 1943, el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), tomaran como modelo el Massachusetts Institute of Technology (MIT). No es casual que el título abreviado de la institución educativa tecnológica regiomontana: Instituto Primera sede del Intituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Tabla I. Personajes de la industria regiomontana formados en instituciones de educación norteamericanas. Nombre Fechas de nacimiento Participación en la industria de Monterrey Institución educativa de los Estados Unidos Garza Sada, Camilo. 1910 Hylsa. Entre otras. Western Militry Academy de Alton, IL. Massachussets Institute of Technology. Garza Sada, Andrés. 1902 Varias industrias Phillip Exeter Academy. Exeter. N. Hampshire. Princeton University. Garza Sada, Diego. 1900 Varias industrias. N/D* Garza Sada, Roberto. 1895 Consejero Empaques de Cartón Titán, S.A. Hylsa y otras. Massachussets Institute of Technology. Garza Sada, Eugenio. 1892 Director de Cervecería Cuauhtémoc, S.A. Massachussets Institute of Technology. Garza Lagϋera, Alejandro. 1926 Director general de la Cervecería Cuauhtémoc Chaminade Collage de St. Louis Mo. Garza Lagϋera, Eugenio. 1923 Presidente del Consejo de la Cervecería Cuauhtémoc, S.A. The University of Texas. Garza M, Francisco J. 1941 Director de Fabricación de Máquinas, S.A. Texas A&M University. Sada, Luis G. 1894 Director de la Cervecería Cuauhtémoc. N/D* Sada, Roberto G. 1885 Director de Vidriera Monterrey, entre otras. Western Military Academy. Alton, IL. Ingenieria en Universidad de Michigan. Sada Muguerza, Patricio. 1923 Gerente de producción de Troqueles y Esmaltes, S.A. The University of Texas. Prieto Jacque, Carlos. 1937 Director de la Fundidora Monterrey, S.A. Massachussets Institute of Technology. Sada Zambrano, Andrés M. 1930 Director de Celulosa y Derivados, S.A. Entre otras. Massachussets Institute of Technology. Zambrano Lozano, Roberto. 1918 Gerente de Focos, S.A. The University of Texas. Zambrano, Treviño, Lorenzo. 1944 Gerente de Cementos Mexicanos, S.A. Stanford University. N/D*. Indica que el diccionario biográfico menciona que hizo sus estudios en los Estados Unidos, más no informa de la institución educativa. Referencias: J.R. Vega. Quién es quién en Monterrey. 1976-1977. Ed. Revesa. Monterrey, N.L. 1976.5 e Israel Cavazos. Diccionario biográfico de Nuevo León. UANL. Monterrey, N.L. 1984.6 Tecnológico de Monterrey (ITM), se asemeje a las siglas del IMT norteamericano. Como lo expone el historiador Rodrigo Mendirichaga: …cuando el joven Eugenio Garza Sada estudiaba ingeniería en Boston, en el acreditado Massachusetts Institute of Technology, que era conocido entre sus exalumnos regiomontanos por las siglas en inglés MIT pronunciadas en inglés, había cultivando la idea Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 de una institución educativa superior similar a esa escuela que él apreciaba… 8 Una anotación adicional que podemos hacer en este apartado, para reforzar la hipótesis con la que hemos venido trabajando en este informe, es que algunos textos y manuales para la operación de las máquinas y los equipos industriales, estaban editados por autores y editoriales norteamericanos. 19 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Tal fue el caso de los textos y manuales para la operación del horno basado en el sistema Bessemer y el conocimiento de la metalurgia del hierro, localizados en la biblioteca de la Fundidora Monterrey, S.A. El primero editado en 1919 y el segundo fechado el año de 1936. Se trata de los siguientes textos: Iron and Steel (A Pocket Enciclopedia) de Huh P. Tiemann, editado por Mc Graw-Hill Book Company.9 El Segundo texto es: Metallurgy of iron and steel de Orin W. McMullan editado por Internacional Textbook Company.10 Una conclusión preliminar sobre este apartado es que existen registros documentales que permiten sostener la hipótesis de que en el campo educativo, fue decisiva la influencia de la cultura industrial de los Estados Unidos de Norteamérica en la formación de la cultura industrial de Monterrey, en los tiempos del arranque industrial. PRESENCIA DE LA TECNOLOGÍA INDUSTRIAL NORTEAMERICANA EN LAS FÁBRICAS PIONERAS DE LA INDUSTRIA DE MONTERREY Desde el punto de vista tecnológico -máquinas, equipo, herramientas y los conocimientos inherentesla industrialización de los Estados Unidos se vio influenciada por los inventos técnicos de origen europeo, británicos y alemanes, principalmente. A la tecnología hay que agregar la inmigración de recursos humanos también de procedencia europea que llegaron al territorio norteamericano desde mediados del siglo XIX. Las fuentes informan que en los últimos 40 años del siglo mencionado, arribaron más de 14 millones de personas, muchos de ellos portadores de conocimientos del arte de fabricar máquinas y herramientas industriales. Andrés M. Sada Zambrano 20 Eugenio Garza Lagüera Un caso ilustrativo de la aportación europea a la industria estadounidense fue el técnico británico Samuel Slater, quien una vez en territorio norteamericano, reprodujo de memoria el esquema de la máquina tejedora de Arkwrighg. Con ello Slater en sociedad con Moses Brown, montó en Pawtucket, Rhode Island, a finales del siglo XVIII, la primera fábrica textil en los Estados Unidos. Después creó otras factorías en Nueva Inglaterra.11 No obstante lo dicho anteriormente, se debe reconocer la originalidad de la inventiva norteamericana, la cual registró un desarrollo muy notable desde el siglo XVIII. Los especialistas informan que a principios del siglo XVIII se habían concedido solamente 276 patentes; luego, en los diez años comprendidos entre 1840 a 1850, la cantidad llegó a los 6, 480 registros. Para el período comprendido entre los años 1890 y 1900, los inventos patentados alcanzaron la cantidad de 234, 956. Una cifra verdaderamente sorprendente en la historia de las patentes.12 Para tener una idea de la importancia de los inventos e innovaciones tecnológicas de origen norteamericano, mencionaremos algunos como los siguientes: Desmontadora de algodón de Whitney (1790); máquina de vapor de alta presión de Evans (1800); hiladora continua de Danforthe hiladora continua de anillos de Thorp (1820); vulcanizado de Goodyear (1841); segadora Mc Cormick, Chicago(1848). Sin dejar de mencionar -por supuesto- la fértil y monumental inventiva de Edison.11 Un dato que es importante anotar es la sólida vinculación entre el desarrollo tecnológico y el progreso industrial norteamericano, lo que resulta evidente al analizar los nombres de los personajes que fundaron y dirigieron las primeras grandes plantas industriales que le dieron prestigio y reconocimiento a la tecnología industrial norteamericana. Ver tabla II. La misma ola de tecnología industrial que nació tanto en Europa como en los Estados Unidos de América, desde el siglo XIX, influyó positivamente sobre la industria de Monterrey. Se puede afirmar que desde la etapa del arranque industrial, Monterrey recibió, al menos, tres influencias culturales en el campo de la tecnología industrial: a) británica, b) alemana y, c) norteamericana. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Tabla II. Personajes pioneros del arranque industrial norteamericano. Nombres de industriales Industria Vanderbildt, Jay Gould, James Hill Ferrocarriles Carnegie Acero y metalurgia Rockefeller Petróleo Ford Automóvil Deere. Allis-Chalmers. Holt-Best.(Caterpillar) Tractores e implementos agrícolas Edison, Coffin, Rice. Tesla Energía eléctrica y equipo Claude Fohlen (1976). La America anglosajona. Labor, Barcelona, España.13 www.scripophily.net/alchalcom.html 14 www.cjr.org/tools/owners/ge-timeline.asp 15 http://www.cat.com/cda/layout 16 La primera estuvo presente en la industria textil; la segunda dejó una marcada huella en la industria siderúrgica, cervecera y vidriera; la tercera prácticamente cubrió todos los ambientes industriales, particularmente en los campos de la maquinaria, el equipo, las herramientas y la organización de la producción; y seguramente en el management. Las ideas de Taylor y Ford forman parte fundacional de la cultura industrial de Monterrey. La influencia del conocimiento tecnológico y empresarial norteamericano en la construcción de los cimientos de la cultura industrial regiomontana se hizo presente desde los tiempos de la Guerra Civil de 1861 y 1865. En particular la importación del algodón, cuyo comercio por el noreste mexicano fue canalizado desde los estados de Luisiana, Arkanzas y Texas. Parte de ese producto comenzó a alimentar la Eugenio Garza Sada Lorenzo Zambrano Treviño Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 incipiente industria textil regiomontana. Sostenemos que este comercio del algodón no solo fue un acto comercial, sino también fue un proceso que formó cultura: formó costumbres y tradiciones.17 Los lazos de colaboración entre ambas culturas se reforzaron con el establecimiento de los medios de comunicación, que se instalaron desde 1867 con el sistema de diligencias, permitiendo el intenso intercambio comercial entre San Antonio Texas y Monterrey, gracias a la iniciativa de August Santleben.18 Luego, entre los años de 1881 y 1905, las comunicaciones entre el sur de Estados Unidos y Nuevo León habrían de acrecentar sus relaciones con el tendido de las vías del ferrocarril. El proyecto que intentó unir a Monterrey con Matamoros con Brownsville; posteriormente el primer ferrocarril que vinculó a Laredo, Texas, con Monterrey y la ciudad de México. En la iniciativa para construir el Ferrocarril del Golfo, que unió a Monterrey con Tampico, desempeñó un papel fundamental otro norteamericano de grata memoria para los regiomontanos: el general Joseph A. Robertson, quien trajo inversiones que enriquecieron a la industria de Monterrey con los conocimientos de la cultura industrial norteamericana.19 Otro indicio que muestra los vínculos de la cultura industrial entre Monterrey, Nuevo León y Estados Unidos, es la Feria y Exposición Internacional celebrada el año de 1889 en San Antonio,Texas, a la cual acudieron varios expositores regiomontanos, por lo que obtuvieron premios como reconocimiento a su arte aplicado a la industria. La introducción de los medios de comunicación modernos como el telégrafo, el teléfono y el servicio eléctrico en la industria fueron productos de la influencia de la cultura tecnológica norteamericana. De acuerdo con los trabajos sobre historia industrial del ingeniero Isidro Vizcaya,18 en Monterrey los medios de comunicación modernos se instalaron paralelamente al establecimiento de las primeras industrias. Entre 1870 y 1882 se inauguraron las primeras líneas telegráficas, que comunicaron a Monterrey con la ciudad de México y otras entidades cercanas y lejanas. Los servicios telefónicos se comenzaron a establecer en Monterrey el año de 1882. En 1883 J.J. Ghegan empresario de la 21 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Carlos Prieto Jacque Compañía Telegráfica y Telefónica del Norte, inició los trabajos de introducción del servicio público telefónico en Monterrey. La compañía telefónica instalada en Monterrey, en 1901, con la razón social Compañía Telefónica Mexicana, daba cuenta en dicho año (Archivo Histórico de Monterrey) que operaba con conductores marca Western Electric Co., Charles Williams y Davis & Wats. Los servicios de energía eléctrica funcionaban en Monterrey desde la década de los ochenta del siglo XIX. Las lámparas de luz de arco se exhibieron en Cleveland, Ohio, en 1876. Ese mismo año Edison produjo las primeras lámparas incandescentes, que salieron al mercado en 1880. En Monterrey, el servicio de electricidad público quedó establecido el año de 1890 mediante contrato entre el Ayuntamiento de Monterrey y la compañía organizada por B.F. Lauré y Gaspar Butcher. La cultura industrial regiomontana del vidrio tiene registrado el nombre de un personaje residente en Toledo, Ohio, Michel J. Owens, (http://www.owens.edu/aboutowens/history. html) 20 , quien inventó una de las primeras máquinas automáticas para soplar vidrio instalada en la antigua Vidriera Monterrey, S.A. el año de 1909. Con dicha máquina se pretendían sustituir las manos, la boca y los pulmones de los obreros en el soplado del vidrio.21 La Fundidora Monterrey, S.A. inició sus operaciones de producir hierro en el Horno Alto No. 1 de la marca William Todd and Company, el cual era de manufactura estadounidense. Muchos de los compresores que utilizaba la fábrica de hierro 22 y acero de Monterrey, eran manufacturados por la legendaria marca Ingersoll-Rand; la cual nació de la fusión de las firmas dirigidas por Simon Ingersoll y Albert Rando, el año de 1905. Ambas compañías tenían patentes para fabricar taladros y compresores industriales.22 Para abundar en la información al final del texto incluimos un cuadro con datos sobre la procedencia de la maquinaria y equipo instalado en las plantas industriales que operaban en Monterrey y lugares cercanos, al iniciarse el siglo XX. (Tabla III). En el cuadro se puede observar la presencia de equipo tecnológico de origen norteamericano, en las primeras plantas industriales de Monterrey. • McIntosh & Seymur Co. McIntosh & Seymour, de New York. Se trata de una planta industrial organizada en 1886 por John E. McIntosh y James A. Seymour. La compañía fabricaba motores estacionarios de vapor de alta velocidad y maquinaria de petróleo para proporcionar energía a las plantas industriales y barcos. En 1901 se fusionó con Ingersoll-Rand para formar ALCO: American Locomotiva Company.24 • Singer. La industria de las confecciones está asociada con el nombre del norteamericano Isaac Merit Singer, quien introdujo desde 1851 la lanzadera circular y el pedal mecánico, que aumentó la velocidad del proceso del tejido; con lo cual la máquina dejó de ser un aparato artesanal para convertirse en la base de la industria de máquinas de coser. Para 1870 la fábrica Singer había producido casi medio millón de máquinas.25 Roberto Garza Sada Luis G.sada Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval Tabla III. Fábricas industriales de Monterrey. Maquinaria y procedencia. (1901) Razón social y giro Productos y materias primas Maquinaria y marcas Procedencia La Industrial Fábrica de Muebles Muebles. Madera. Encino. Caoba. Fay y Egan Co. American Word Working Machiner & Co. USA Cía. De Aguas Minerales y Gaseosas Topo Chico, S.A. Agua gaseosa. Wittermann & Brothers USA Cía. Luz Eléctrica y Fuerza Motriz de Monterrey Corriente eléctrica para fuerza y alumbrado. Ideal & McIntosh Seymar Co. Spring Field III and Sons. McIntosh Seymour Co. USA Ladrillera Unión Ladrillo de barro. Cía. Industrial de artefactos de metal laminado La Mexicana Sombreros USA F. W. Bliss USA Pathers Singer Bulasky New York, USA El Fénix Compañía Manufacturera de Cerillos USA La Industrial. Mosaicos y piedra artificial Mosaicos. La Patria. Confección de ropa Ropa. El Hércules Almidón. España Singer St. Luis MO. USA USA La Fama Textiles. Platt and Brothers Inglaterra El Porvenir Textiles. Platt and Brothers Inglaterra American Smelting and Refining Co. Plomo y oro. Cortiss Fraser. General Electric Co. Allis Chalmers Co. Colorado Iron N. Co. Stowen ok Co. USA Plata, plomo, oro. Tres máquinas de vapor Cortiss. Motores eléctricos. Ventiladores Roots Cornesite. Fraser y Chalmers de Chicago USA Cerveceria Cuahtémoc, S.A. Cerveza y hielo. Maquinaria movida por vapor. Máquinas para hielo. Machines Works de St. Luis Mo. USA Fábricas Apolo Velas, cerillos y jabones. Compañía de Fundición de Fierro y Manufactura Fabricación de maquinaria para minas, fundiciones, ferrocarriles, molinos para caña. Compañía Fundidora y Afinadora Monterrey, S.A. Fábrica de clavos de alambre Monterrey Fundidora Monterrey,S.A. Producción de hierro y acero. Alemania USA Bodley Co. Lodge and Denis USA Calderas, ingenios. Sistema Cortin. Sistema Bates USA Horno de fundición No. 1. Empresa constructora: William Todd and Co. Fuente: Archivo General del Estado de Nuevo León. (AGENL). Secretaría de Gobierno del Estado de Nuevo León. Exposiciones. Caja No. 5. 1901. Expediente No. 1. Cuaderno No. 3. Expediente referente a la Exposición de San Luis Missouri. Junio 26 de 1902. 23 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 23 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval En Vidriera Monterrey 1937. Al frente Antonio Muguerza, Isaac Garza Sada, Mariano Hernández, Roberto G. Sada, Eduardo G Brittingham, Matías Elizondo y Andrés G, Sada. Atrás: Jesús Gracia, Emilio Gracia, Ricardo Quiroz, Carlos L. González, Juan Lingow y Rodolfo L. García. • Allis Chalmers. Allis Chalmers es una compañía cuyas actividades se remontan a 1840, instalada en Milwauke, donde fabricaba ruedas para molinos de agua. La compañía original era conocida como “Edward P., The Allis & Company”. Fue establecida por E. P. Allis de Nueva York. En 1869 la compañía extendió su cobertura a la energía del vapor. A los años siguientes comenzó a fabricar bombas de vapor. Al parecer la bomba centrífuga más grande en América en 1884 fue producida en las instalaciones de Allis Chalmers.26 • General Electric Co. Tal vez sea la compañía más familiar en los medios industriales de Monterrey desde principios del siglo XX. Se formó en 1892, como resultado de la fusión de las plantas: Compañía General Eléctric de Edison y la Compañía de Thompson-Houston. Al parecer la fusión no fue apoyada totalmente por Thomas A. Edison; quien se retiró de los negocios y prefirió refugiarse en los laboratorios. A pesar de la ausencia de Edison, el personal que estaba al frente de General Electric adoptó las grandes ideas del genial inventor, para lo cual se instaló un laboratorio de investigación permanente en Schenectady, New York, 1900.27 En Monterrey la compañía General Electric era reconocida desde los tiempos del despegue 24 industrial por los múltiples objetos manufacturados por la firma norteamericana, entre ellos los motores eléctricos, las lámparas incandescentes o bombillas para el alumbrado público y las habitaciones particulares. Un dato que es importante registrar en la historia de la compañía y la ciudad de Monterrey, es que “The General Electric Co.”, presentó el mes de junio de 1929, una solicitud para establecer una planta para manufacturar lámparas eléctricas incandescentes, equipada con la maquinaria y la tecnología más moderna de su tiempo. La solicitud fue presentada por L. Emery y E. Irving, ambos representantes de la compañía. Por los datos contenidos en el escrito firmado por los representantes de la General Electric Co., se infiere que la empresa norteamericana tenía un largo tiempo de estar operando en México; para 1929 contabilizaba 35 años de antigüedad; lo que indica que General Electric Co. estaba operando en territorio mexicano desde 1894. En Monterrey los promotores del proyecto industrial se comprometían a realizar una inversión inicial de 600 mil pesos; ocupar empleados mexicanos, en especial mujeres, por las particularidades del tipo de trabajo. Inicialmente la promesa consistía en emplear entre 100 y 125 trabajadores nativos de Monterrey. Un aspecto interesante del proyecto, que muestra la colaboración entre ambas culturas, es que los representantes de la compañía se comprometían a compartir la experiencia norteamericana sobre conocimientos tecnológicos con los trabajadores de Monterrey (Carta de L. Emery y E. Irving: 1929), enviándolos a capacitarse en una de las plantas de la General Electric Co., instaladas en los Estados Unidos, con el objetivo, decían los representantes de la firma: “...de enseñarlos en el arte de manufacturar lámparas eléctricas...”.28 CONCLUSIONES El estudio de la historia industrial con el enfoque cultural, puede ser muy enriquecedor por cuanto posibilita integrar varios sistemas: industrial, educativo, tecnológico, social y cultural. En otro nivel integrar las tradiciones y las costumbres con los procesos tecnológicos y económicos. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial de Monterrey / Javier Rojas Sandoval B Para un desarrollo del concepto de cultura industrial consultar la página: www.monterreyculturaindustrial.org 26 de abril de 1943. Inauguración de la planta de Hojalata y Lámina. Camilo G, Sada, El presidente de México, General Manuel Ávila Camacho, Roberto Garza Sada, Rafael Páez (atrás) y Virgilio Garza. Los datos que hemos aportado en esta breve comunicación muestran la decisiva influencia de la cultura industrial norteamericana en la formación de la cultura industrial regiomontana, durante los tiempos del despegue industrial de Monterrey y la primera mitad del siglo XX, de 1890 a 1945. La formación académica de los industriales de Monterrey en las instituciones educativas norteamericanas, ha sido patente por los datos consultados. La tecnología norteamericana ha sido decisiva en la historia de las plantas que sentaron las bases de la industrialización de Monterrey. Como lo hemos podido ver por la información incluida en el presente informe. NOTAS A Hemos optado por el concepto de cultura debido a su flexibilidad y su carácter holístico. El concepto de cultura se define como el sistema de valores, creencias, normas, costumbres y tradiciones que construyen las comunidades humanas para definir su identidad. Una argumentación aproximada se puede encontrar en Talcot Parsons (1966). El sistema social. Revista de Occidente. Madrid, España. Un texto que recoge el enfoque de los estudios culturales aplicados a la industria es el Jordi Roca (1998). Antropología industrial y de la empresa. Ariel. Barcelona, España. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 REFERENCIAS 1. Cien años son un buen principio. Edición de aniversario. Monterrey, N.L. Cervecería Cuauthémoc, S.A. 1990. 2. Mendirichaga, Rodrigo. Monterrey en el desarrollo. Edición del autor. Monterrey, N.L. 1975. 3. Colectividad. Revista de la Fundidora Monterrey, S.A., Julio de 1929. Archivo Histórico de la Fundidora Monterrey. 4. González Caballero, Manuel. La maestranza de ayer la Fundidora de hoy. 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It invites to think over its goodness and discuss about the need of revaluate and integrate it both, in the educational system and in the personal life, considering that all manual work requires intelligence as well as intellectual work requires the hands. KEYWORDS Manual work, arts, crafts, productivity. Artículo publicado en Reforma, el 27 de noviembre de 2011. Reproducido con la autorización del autor. En la gran depresión que empezó en 1929 y dejó a millones sin empleo, Bertrand Russell tuvo la audacia de elogiar la vida ociosa (In praise of idleness, Harper’s Magazine, octubre de 1932). Se opuso a la “ética del trabajo” porque la plenitud humana requiere ociosidad. El milagro creador de la antigua Grecia fue posible gracias al tiempo libre de los que tenían esclavos. Pero los nuevos esclavos (los inventos que aumentan la productividad) se usan para producir más, no para trabajar menos. Propuso convertir el problema del desempleo en la oportunidad de cultivarse y hacer cosas creadoras. Basta con repartir el trabajo y el tiempo libre entre todos, reduciendo la jornada laboral. Una frase del ensayo se volvió famosa: Hay dos clases de trabajo: modificar algo en la faz de la tierra o decirle a otro que lo haga. Russell recupera la tradición de la vida contemplativa como superior a la activa. En el Génesis y en muchos relatos antiguos se habla de una Edad de Oro: un paraíso donde no hacía falta trabajar. Don Quijote la evoca en el discurso a los cabreros (segunda parte, 11): “Dichosa edad y siglos dichosos aquellos [cuando] a nadie le era necesario para alcanzar su ordinario sustento tomar otro trabajo que alzar la mano y alcanzarle”. Lo recuerda el dicho: “Qué tan malo no será el trabajo que Dios lo puso de castigo”. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 27 �Hecho a mano / Gabriel Zaid Sin embargo, la tradición cristiana asumió el trabajo como valioso. Cristo era carpintero. San Pablo se declaró orgulloso de vivir del trabajo de sus manos; y regañó a los cristianos que dejaban de trabajar en espera del pronto fin del mundo (y vuelta al paraíso): “El que no trabaje, que no coma” (2 Tes. 3). En los monasterios benedictinos, se impuso la consigna: “Ora y labora”. Los verdaderos monjes “viven del trabajo de sus propias manos” (Regla de San Benito, 38). La exaltación de las manos alcanzó un apogeo en el Renacimiento cuando los artistas (hasta entonces considerados poca cosa frente a los intelectuales) asumieron orgullosamente su creatividad manual. Leonardo llegó a decir que las manos hacen algo comparable a la ciencia, porque “la pintura es mental” (Tratado de pintura, I “Si la pintura es ciencia o no”). En realidad, todo trabajo manual requiere inteligencia y todo trabajo intelectual requiere de las manos. Hoy abundan las personas orgullosas de sus manos, y no sólo como pianistas, pintores o cirujanos, sino como aficionados a la carpintería, jardinería, cocina, costura, los modelos a escala, los trabajos de bordado, tejido, encuadernación, joyería, juguetería y muchos otros que requieren inteligencia, destreza y aprendizajes. En los Estados Unidos, donde la mitad de los hogares siembra sus propias hortalizas, la antigua tradición del do it yourself se renovó por la multitud de hogares donde no hay nadie a horas de trabajo para recibir a un plomero, pintor o electricista. Home Mart o Home Depot ofrecen materiales, herramientas y hasta cursillos prácticos para satisfacer esa demanda. Los portales YouTube 28 y Wikihow explican cómo hacer casi cualquier cosa. Además, abundan las revistas especializadas en orientar a los aficionados. Mark Frauenfelder, editor de la revista Make, va más lejos en su libro Made by hand: Searching for meaning in a throwaway world. Arguye (nada menos) que hay que usar las manos para entender la realidad. Hace una crónica divertida de las aventuras que ha corrido desde que trabaja en su casa y procura hacer todo, en vez de comprarlo hecho o contratar a un experto. Su libro no es un manual para enseñar esto o aquello. Lo que enseña más bien, con su propio ejemplo, es que no hay que tener miedo, ni desanimarse porque las cosas salgan mal, como le sucede con frecuencia. Es escritor. Empezó por curiosidad, hablando con los que enviaban artículos para la revista y contagiado por su entusiasmo, aunque no tenía sus conocimientos, experiencia ni habilidad manual. Así se fue embarcando en un proyecto tras otro. “Nunca pensé que pudiera aprender a diseñar circuitos electrónicos, hacer muebles, construir robotes, modificar bicicletas o hacer instrumentos musicales” (un ukelele con el cual se retrata en la portada del libro). También aprendió a sembrar hortalizas y árboles frutales, criar abejas y pollos, desarrollar un sistema ecológico en su jardín, hacer muebles, reparar bicicletas y aparatos, pintar la casa y muchas otras cosas. La más importante de todas: aprendió a aprender, a entenderse con la realidad y los problemas prácticos que plantea, a tener confianza en sí mismo y ser más independiente. Aunque no cita a Iván Illich (The right to useful unemployment: And its professional ennemies), Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Hecho a mano / Gabriel Zaid pizarrón, que tienen ideas muy teóricas sobre como funciona la realidad. Alguna vez, un graduado inteligente dijo con toda naturalidad que no sabía cambiar un fusible. Creyendo que era broma, le dijeron: Tampoco sabrás cambiar un foco... A lo que respondió precisamente: Un foco sí, pero un fusible no. Algo es algo. ilustra en la práctica lo que Illich analizó: para el desarrollo personal, no conviene la extrema dependencia del mercado y los expertos. Algo así soñó José Vasconcelos cuando fue Secretario de Educación Pública y pretendió que las escuelas no fueran solamente de pizarrón, sino de biblioteca, huerto escolar y trabajos manuales. Pero la educación tomó otros rumbos. Irena Majchrzak, maestra polaca que inventó un método alfabetizador basado en el nombre de cada niño (Nombrando el mundo), estuvo en México y visitó los albergues indígenas creados para que puedan asistir a la escuela los niños que viven lejos. Descubrió, con asombro, que no les enseñaban a hacer su propia cama. Así también las universidades producen tecnócratas de Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Las imágenes que ilustran este artículo son del libro: Reducción de letras y arte para enseñar a hablar a los mudos (1620) de Juan Pablo Bonet. 29 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida Norma Patricia Puente Ramírez, Arturo Romero Castañeda Gustavo Rodríguez Morales y Moisés Hinojosa Rivera Posgrado en Ingeniería Eléctrica FIME, UANL norma.puenterm@uanl.edu.mx RESUMEN Por sus características de propagación, direccionalidad y unidimensionalidad, la fibra óptica es considerada uno de los dispositivos más importantes en el área de las comunicaciones. Sin embargo, la transmisión de datos no es el único objetivo en el uso de la fibra óptica. A partir del descubrimiento de la fotosensibilidad se implementaron estructuras en el núcleo, tales como: Rejillas de Bragg o moteado (speckle) con estadística conocida convirtiéndola en uno de los dispositivos fotónicos más importantes. Las propiedades particulares de las rejillas de Bragg han propiciado su uso en diferentes aplicaciones dentro de los sistemas de comunicaciones como son: espejos, sensores, amplificadores, láseres y filtros. Por otro lado, las estructuras desordenadas han contribuido a aumentar la eficiencia de estas aplicaciones, haciendo evidente que hay un potencial tecnológico para los sistemas desordenados que aún no ha sido explotado. PALABRAS CLAVE Fibras ópticas, propagación de luz, estructuras internas, rejillas de Bragg, moteado. ABSTRACT Due to its propagation characteristics, directionality and dimensionality, the optical fiber is considered one of the most important devices in the area of communications. However, the transmission of data is not the only objective in the use of optical fiber. Since the discovery of photosensivity internal structures have been implemented within the core of optical fibers, such as Bragg gratings or mottled (speckle) with known statistical making it one of the most important photonic devices. The particular properties of Bragg gratings have led to its use in various applications in communications systems such as mirrors, sensors, amplifiers, lasers and filters. On the other hand, disordered structures have contributed to increase the efficiency of these applications, making clear that there is a technological potential for disordered systems, which has not yet been properly exploited. KEYWORDS Optical fiber, light propagation, internal structures, Bragg gratings, speckle. 30 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida / Norma Patricia Puente Ramírez, et al. Fig. 1. Esponja marina con propiedades de luz similares a la fibra óptica: euplectella.1,2 INTRODUCCIÓN La fibra óptica ha revolucionado el campo de las telecomunicaciones al convertirse en un dispositivo imprescindible en la implementación de redes de comunicación óptica. Sin embargo, la transmisión de datos no es el único objetivo en el uso de la fibra óptica. En los últimos años, se han implementado dispositivos fotónicos a partir de inducir estructuras o inhomogeneidades en el núcleo de las fibras ópticas. Por inhomogeneidad entendemos la variación longitudinal y transversal del índice de refracción a lo largo de la fibra óptica. Sin embargo, la fibra óptica no es una idea original del todo, la naturaleza una vez más nos demuestra su protagonismo creativo al estar un paso adelante con la creación de la Euplectella2 (figura 1). Debido a las condiciones naturales de iluminación que gobiernan a la Euplectella, ésta es capaz de funcionar eficientemente como guía de onda monomodo o multimodo, sin embargo el material del cual está compuesta no presenta una total transparencia y las pérdidas de luz suelen ser considerables. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 En el caso de las fibras ópticas, un parámetro de gran importancia para la transmisión de luz, son las pérdidas por atenuación, las cuales pueden ser debido a impurezas, composición del núcleo o imperfecciones. Las imperfecciones en el núcleo de la fibra óptica pueden ser generadas por fabricación o inducidas de manera controlada, las generadas por fabricación se presentan debido a irregularidades en la geometría del núcleo o al material contaminado, mientras que las imperfecciones de manera controlada pueden ser inducidas utilizando el efecto de la fotosensibilidad.3 El descubrimiento de la fotosensibilidad abrió la posibilidad de modificar el índice refractivo en el núcleo de las fibras ópticas de forma periódica, aperiódica o aleatoria, a estas modificaciones se les conoce como Rejillas de Bragg. En la búsqueda de nuevas estructuras internas, también se ha reportado la implementación de inhomogeneidad inducida en el núcleo de la fibra óptica y sorpresivamente estas variaciones inhomogéneas han contribuido de manera positiva aumentando la eficiencia de las aplicaciones ya documentadas utilizando rejillas de Bragg. En este trabajo se presenta el estado del arte de las estructuras inducidas por fotosensibilidad en el núcleo de fibras ópticas. Para lograr este objetivo, se presentan los principales parámetros que permiten la propagación de la luz en fibras ópticas, se mencionan los materiales más utilizados para su fabricación y se describen las diferentes estructuras que se han implementado debido al descubrimiento de la fotosensibilidad. Los beneficios y aplicaciones que surgen de la implementación de estructuras inducidas en las fibras ópticas son descritos y finalmente se exponen las conclusiones. Parámetros de guiado en fibras ópticas Una fibra óptica4 es una guía de onda comúnmente cilíndrica fabricada de materiales de baja absorción, tal como la sílica. Está formada por un núcleo central, envuelto por un revestimiento con índice de refracción menor (figura 2). La luz es contenida en la fibra óptica por el fenómeno de reflexión total interna, el cual ocurre cuando inciden ondas en una frontera formada por dos materiales con diferente índice de refracción. 31 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida / Norma Patricia Puente Ramírez, et al. Fig. 2. Reflexión total interna y ángulo crítico en una fibra óptica. La condición se cumple siempre que el índice de refracción del material en el que viaja la luz inicialmente sea mayor (n 1) que el índice de refracción del material al que pasará cruzando la frontera (n2), como se ilustra en la figura 2. Partiendo de la ley de Snell, n1 senθ1 = n2 senθ2 , (1) se obtiene una relación entre el ángulo crítico (2c) y los índices de refracción del núcleo (n1) y el revestimiento (n2), quedando como sigue: n θc = sen−1 2 . (2) n1 Otro parámetro utilizado en los sistemas ópticos para indicar el rango de ángulos a los cuales el sistema admite o emite luz es la apertura numérica y se calcula con la siguiente ecuación: NA = n12 − n22 = senθa . (3) Existen diversas formas de clasificar las fibras ópticas, en este escrito se presenta una clasificación basada en los modos de propagación y el perfil del índice de refracción (ver figura 3), como a continuación se mencionan: a) Fibras ópticas monomodo con perfil escalón. b) Fibras ópticas multimodo con perfil escalón. c) Fibras ópticas multimodo con perfil gradual. Materiales de fabricación en fibras ópticas Inicialmente la fibra óptica resultaba un medio con altas pérdidas que no favorecía la transmisión de datos, sin embargo en la década de los 70´s la compañía Corning Glass Works patentó un material ultratransparente5 capaz de convertir a la fibra óptica en un conductor eficiente de luz. Actualmente los principales materiales de fabricación para fibras ópticas son el dióxido de silicio (sílica) y el polimetacrilato de metilo, el cual es un polímero. 32 Fig. 3. Perfil de índice de refracción de una fibra: a) monomodo perfil escalón, b) multimodo perfil escalón y c) multimodo perfil gradual. La introducción de polímeros en la fabricación de fibras ópticas proporciona una gran cantidad de ventajas, entre las cuales están: disminuir las fracturas por mal manejo y la biocompatibilidad para aplicaciones médicas. Hoy en día las fibras ópticas se manufacturan en 3 tipos de configuraciones: • Núcleo de sílica y revestimiento de plástico (SCP). • Núcleo de plástico y revestimiento de plástico (PCP). • Núcleo y revestimiento de sílica (SCS). INHOMOGENEIDADES EN EL NÚCLEO DE FIBRAS ÓPTICAS Inducir estructuras o inhomogeneidades en el núcleo de la fibra óptica, ha sido hasta el día de hoy un campo fértil para la implementación de dispositivos intrínsecos en la fibra óptica. El origen de estas estructuras o inhomogeneidades inducidas se remonta al descubrimiento de la fotosensibilidad. Fotosensibilidad La fotosensibilidad es producto de los experimentos realizados con fibra de sílica dopada con germanio.3 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida / Norma Patricia Puente Ramírez, et al. El experimento consistía en introducir un haz láser UV a través de la fibra y esperar unos minutos a observar los resultados. Con el paso del tiempo la luz que se transmitía hacia el otro extremo de la fibra era cada vez menor, según la ley de la conservación de la energía, esa luz debía de estar en alguna parte, y las opciones eran que se había absorbido durante el proceso, se había refractado y atenuado o se había estado reflejando progresivamente hacia la fuente. Según observaciones realizadas por Hill et al.3 la luz coherente propagada a través de la fibra interfería con una pequeña cantidad de luz reflejada hacia la fuente, implementando un patrón de onda estacionaria, el cual a través de la fotosensibilidad grabó una rejilla en el índice de refracción del núcleo de la fibra óptica. El incremento en la fuerza de la rejilla a causa de la prolongada exposición a la luz UV, resultaba proporcionalmente en un incremento en la intensidad de la luz reflejada hacia la fuente hasta llegar a un punto de saturación de casi el 100%. El incremento en la luz reflejada hacia la fuente es una propiedad atribuida en un principio al germanio y se le conoce como fotosensibilidad. Actualmente el fenómeno de la fotosensibilidad se puede encontrar en una gran variedad de materiales, por ejemplo: • Boro: Presenta características que disminuyen el índice de refracción. • Germanio: Este material es utilizado para incrementar el índice de refracción y también fue el primer material en el cual se presentó el efecto de la fotosensibilidad. • Erbio: Usado como elemento activo en los amplificadores de fibra dopados con erbio (EDFA). Rejillas de Bragg Las rejillas de Bragg6 son modificaciones del índice de refracción en el núcleo de la fibra óptica (figura 4), poseen las características propias de un espejo y son de fácil fabricación utilizando radiación UV y fibras dopadas con material fotosensible. La luz que se propaga a lo largo del núcleo de la fibra óptica, será esparcida por cada una de las interfaces que componen a la rejilla de Bragg, produciendo un efecto que semeja el funcionamiento Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Fig. 4. Representación gráfica de una rejilla de Bragg en el núcleo de una fibra óptica. de un espejo. Una de las principales características de la luz reflejada es que satisfacen la “condición de Bragg”, la cual está descrita como: λ B = 2neff Λ, (4) donde λB es la longitud de onda de Bragg, Λ es el período de la rejilla y neff es el índice de refracción efectivo del núcleo de la fibra óptica. La condición de Bragg es un parámetro esencial en el diseño e implementación de sensores, láseres y filtros, más adelante se describen ampliamente. Técnicas de fabricación Las técnicas externas caen en dos categorías que son: interferométricas y no interferométricas. A continuación se describen: Interferométricas Esta técnica está diseñada para confinar el patrón de interferencia al plano de la fibra, la luz láser se divide en dos haces con intensidades iguales y que viajan a lo largo del interferómetro por caminos diferentes para intersectarse en el núcleo de la fibra óptica como se presenta en la figura 5. Fig. 5. Técnica basada en interferometría para fabricar rejillas de Bragg en el núcleo de fibras ópticas. 33 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida / Norma Patricia Puente Ramírez, et al. La periodicidad de la rejilla (Λ) depende de dos factores: 1) la longitud de onda del haz láser UV y 2) el ángulo entre los haces que interfieren, dicha relación está dada en la siguiente ecuación: Λ= λw 2senθ (5) donde λw es la longitud de onda del haz incidente y está limitada a la región de fotosensibilidad del ultravioleta y θ es el ángulo entre haces. No interferométricas La técnica de la mascarilla de fase es usada para imprimir un patrón de interferencia en una fibra fotosensible (ver figura 6). La mayoría de las mascarillas son fabricadas de sílica pura transparente a la luz UV. El principio de operación se basa en la difracción de la luz, el patrón de interferencia producido cubre la fibra, alternando regiones de alta y baja intensidad. En las regiones de alta intensidad, la luz UV rompe los enlaces de la sílica cambiando su índice de refracción y de esta manera se forma la rejilla.6 Por lo general el período Λpm de la rejilla grabado en la mascarilla de fase está determinado por el fabricante. Fig. 6. Técnica basada en máscara de fase para fabricar rejillas de Bragg en el núcleo de fibras ópticas. Tipos de rejillas de Bragg Las rejillas de Bragg están clasificadas de acuerdo a la geometría en los siguientes tipos: 1. Periódicas: Este tipo de rejillas presentan una periodicidad en su distribución a lo largo de la fibra como se muestra en la figura 7a. Lo que se traduce como un cambio en el índice de refracción y un período de la rejilla 7 constante. 34 2. Aperiódicas: Son aquellas rejillas de Bragg que presentan un cambio aperiódico en el índice de refracción, se les conoce también como rejillas de Bragg “chirp”, una muestra se presenta en la figura 7b. Este tipo de configuración permite tener distintos períodos de Bragg Λ a lo largo de la fibra. Son aplicables en sistemas de comunicación de alta velocidad que transmiten a largas distancia. Son eficientes como compensadores de dispersión.7-8 3. Inclinadas: Son rejillas que presentan una inclinación con respecto al eje de propagación de la fibra óptica, como se muestra en la figura 7c. El propósito de esta inclinación es acoplar la luz hacia modos de propagación en el revestimiento, también llamados modos radiativos, los cuales están presentes en la parte exterior del núcleo de la fibra. Una de sus principales características es la cantidad de atenuación por unidad de distancia, la cual comparada con el núcleo es mucho mayor.7-9 4. Superestructuras: Estas rejillas presentan una configuración específica como se presenta en la figura 7d. Un ejemplo de este tipo de rejillas es la documentada por Zhang et al.10, en donde el patrón de las rejillas obedece al modelo matemático de la serie de Fibonacci y el cual fue impreso utilizando el método de mascarilla de fase. La característica más importante es que la reflectividad de las rejillas obedece la propiedad de seis ciclos que se presenta en la serie de Fibonacci. Comparadas con estructuras periódicas, este tipo de configuración permite ajustar una mayor cantidad de parámetros y por lo tanto abre una amplia gama de aplicaciones como por ejemplo: interruptores ópticos, filtros de banda estrecha con multiplexación por división en longitud de ondas densas y dispositivos ópticos activos de multifrecuencia. 5. Aleatorias: Fueron por primera vez reportadas en 2008 por N. Lizarraga et al.11. Son rejillas con un período bien definido, la aleatoriedad es inducida en la distancia de separación de cada una de las rejillas como se presenta en la figura 7e. Como resultado de la aleatoriedad se obtiene un láser aleatorio unidimensional en el núcleo de la fibra óptica co-dopada de erbio/germanio. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida / Norma Patricia Puente Ramírez, et al. óptica. Las variaciones se realizaron debido a la fotosensibilidad de las fibras dopadas con Ge y a imprimir transversalmente un patrón de speckle* (fig. 8a), utilizando el esquema experimental de la figura 8b. El tamaño de la inhomogeneidad está relacionado directamente con la distancia del difusor a la fibra óptica, la longitud de onda (λ inc=244 nm) y el ancho del haz que incide en el difusor. Mediante el control del tamaño de la inhomogeneidad es posible modificar la luz transmitida, controlar la supresión de pérdidas de radiación y mejorar el acoplamiento entre los modos, esto hace de la fibra óptica con inhomogeneidad inducida un medio óptimo para la implementación de láseres aleatorios. Fig. 7. Tipos de rejillas de Bragg. Inducción de la inhomogeneidad En recientes años, ha aumentado el interés por el estudio de los medios inhomogéneos.13-14 Estos sistemas presentan algunas ventajas en comparación con los sistemas homogéneos. En un sistema homogéneo el esparcimiento por imperfecciones, polvo o cualquier variación geométrica es un factor que se desea reducir o suprimir, ya que causa atenuación de la señal transmitida. Sin embargo, en los sistemas inhomogéneos el esparcimiento es un factor positivo si se utiliza correctamente. Los beneficios de inducir un medio inhomogéneo en sistemas periódicos u homogéneos se han reportado en diferentes áreas de investigación, como lo son: comunicaciones inalámbricas,12 óptica no lineal,13 neurobiología14 y en la implementación de microláseres utilizando medios desordenados.15 En 2003,16 reportan la implementación de un láser, debido al esparcimiento de partículas desordenadas sin utilizar espejos. En 2011, N. P. Puente et al.17, reportan estadísticas de transmisión como resultado de inducir variaciones en el índice de refracción del núcleo de la fibra Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Fig. 8. a) Patrón de speckle y b) Esquema experimental. APLICACIONES Y PERSPECTIVAS A partir del descubrimiento de la fotosensibilidad, la extraordinaria evolución de las variaciones en el índice de refracción del núcleo de la fibra óptica continúa siendo un gran tópico de interés. Es por ello que en la última década, surgen nuevas propuestas para la implementación y aplicación en diversos sistemas ópticos. La propiedad de reflejar una o varias longitudes de onda, le permite a las estructuras inducidas en el núcleo de la fibra óptica (Rejillas de Bragg) adoptar el rol de dispositivos de sensado. Entre las variables medibles están: presión, volumen, temperatura,18 esfuerzo mecánico,18 aceleración,19 composición química, radiación, rotación, etc. Otra aplicación se ha realizado en la implementación de estructuras inteligentes,20 donde el sensado es capaz de detectar a tiempo fracturas 35 �Fibras ópticas con inhomogeneidad inducida / Norma Patricia Puente Ramírez, et al. y daños estructurales en puentes y edificios, previniendo de esta manera derrumbes o colapsos. En el caso de aeronaves (figura 9) y barcos tripulados el sensado es de vital importancia para salvaguardar vidas humanas ya que al detectar posibles fugas de combustible se puede evitar una potencial catástrofe. Fig. 9. Aeronave moderna.21 La implementación de inhomogeneidades aleatorias en el núcleo de fibras ópticas, ha resultado en el aumento de la sensibilidad en sensores, disminución del ancho de banda espectral de láseres e implementación de láseres aleatorios, generando un amplio campo de investigación en la implementación de dispositivos fotónicos intrínsecos. CONCLUSIONES El reciente auge en los sistemas de comunicaciones de alta velocidad se debe en gran parte al uso de la fibra óptica, su gran capacidad de información y su inmunidad a la interferencia electromagnética son solo algunas de las ventajas por las cuales la fibra óptica es uno de los dispositivos más usados e importantes en las telecomunicaciones alrededor del mundo. Sin embargo, un error recurrente es relacionar a la fibra óptica únicamente como un medio de transmisión, en los últimos años este concepto ha quedado obsoleto debido a la implementación de estructuras internas en el núcleo de la fibra óptica, abriendo una nueva y amplia gama de aplicaciones tales como: filtros, espejos, sensores, multiplexores y láseres. Los recientes avances en el área de sistemas desordenados señalan que las estructuras desordenadas en el núcleo de las 36 fibras ópticas han contribuido de manera positiva a aumentar la eficiencia de estas aplicaciones, reiterando el potencial tecnológico e inexplotado de los sistemas desordenados, exponiendo un sin número de beneficios potenciales para el hombre. REFERENCIAS 1. Venus Flower Basket , http://www.abdn.ac. uk / ~nhi708/treasures/venus.php 2. 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Jet F-15 http://www.nasa.gov/ centers/dryden / multimedia/imagegallery/F-15ACTIVE/index.html El INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Y EL COLEGIO DE INGENIERIOS EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA Invitan al XIX CONGRESO INTERNACIONAL MEXICANO DE ACÚSTICA CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO 5 - 7 diciembre, 2012 CONFERENCIAS, POSTERS, CURSOS, EXPOSICIÓN TEMÁTICAS: Audio, Acústica Arquitectónica, Música, MIDI, Acústica Física, DSP, Ruido, Vibraciones Mecánicas, Bioacústica, Comunicaciones, Normas, Etc. INSTITUCIONES PARTICIPANTES: Acoustical Society of America, Asociación Mexicana de Ingenieros y Técnicos en Radiodifusión, Cámara de la Industria de la Construcción, Del. Oaxaca, Cenidet, Centro Nacional de Metrología, CIIDIR Oaxaca, Instituto Guerrerense de la Cultura, Instituto Politécnico Nacional, Instituto Tecnológico Superior de Uruapan, Tecnológico de Veracruz, Universidad Autónoma de Nuevo León, Universidad de Guadalajara, Universidad de Guanajuato, Universidad de las Américas en Puebla, Universidad Latina de América, Universidad Tecnológica Vicente Pérez Rosales (Chile). SEDE: Centro de Convenciones del Hotel Casa Inn, Río Lerma #237, Ciudad de México, México. INFORMACIÓN Coordinación General: M.Sc. Sergio Beristáin: sberista@hotmail.com TEL. (52 - 55) 5682 - 2830, 5682 - 5525, FAX (52 - 55) 5523 - 4742 Coordinación ESIME: Ing. Patricia Ramírez. TEL. (0155)-5729 6000 x 54652 Coordinación CICE: Dr. Jorge A. Maciel. (0155)-5729 6000 x 64632 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 37 �El accidente nuclear de Fukushima J. Rubén Morones Ibarra Posgrado, FCFM-UANL rmorones@fcfm.uanl.mx RESUMEN En este artículo se describe el accidente nuclear de Fukushima causado por el sismo y el tsunami del 11 de marzo de 2011, el cual es el segundo más grave de la historia de las plantas nucleares, después del accidente de Chernobyl. Con el sismo los sensores de la planta nuclear se activaron y los reactores se apagaron automáticamente. El tsunami inundó el cuarto donde se encontraban las plantas diesel de emergencia y no se contó con energía eléctrica para bombear el agua en sistema de refrigeración del reactor. Se produjo entonces el sobrecalentamiento que condujo al accidente nuclear. PALABRAS CLAVE Reactor nuclear, central nuclear, accidente nuclear, Fukushima. ABSTRACT This articule describes the nuclear accident in Fukushima caused by the earthquake and the tsunami on March 11, 2011, which is the second biggest accident in the history of nuclear plants, after Chernobyl. The sensors on the nuclear plant were activated by the earthquake and the reactors werer shuted down automatically. The room of diesel generator was flood by the tsunami and the refrigeration system of reactors did not operate because the lack of electrical energy. There was an overheating in the head of reactor which leads to the nuclear disaster. KEYWORDS Nuclear reactor, nuclear plant, nuclear accident, Fukushima. INTRODUCCIÓN Hasta antes del 11 de marzo de 2011, Japón tenía en total 54 reactores nucleares en operación, de los cuales obtenía más del 30% de la electricidad total generada en el país. En la ciudad de Fukushima existen dos centrales nucleares, separadas una distancia de 11 kilómetros una de la otra. En la central nuclear denominada Fukushima I hay seis reactores nucleares con una capacidad de generación eléctrica total de 4.7 Giga Watts (GW). La otra central nuclear, denominada Fukushima II, la forman un conjunto de cuatro reactores con una potencia de 1.1 GW cada uno. Fukushima I fue construida en 1971. Con sus 4.7 GW de potencia, esta central nuclear es una de la 25 más grandes del mundo. Sus seis reactores están denominados numéricamente del 1 al 6. 38 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra Central nuclear japonesa *Fukushima I* antes del tsunami. La central nuclear de Fukushima II, construida en 1982, no fue dañada ni por el sismo ni el tsunami debido a que los reactores de esta planta se apagaron automáticamente al detectar los sensores el sismo y activando el sistema de refrigeración de emergencia, el cual funcionó sin problemas. Durante el sismo de marzo de 2011 en Fukushima I estaban apagados, por razones de mantenimiento, los reactores 4, 5 y 6, pero aun cuando un reactor se encuentre apagado, continúa generándose calor debido a que los residuos nucleares, producto del combustible nuclear consumido, son altamente radiactivos y su actividad produce calor. Este calor se produce debido a que los productos de la desintegración radiactiva tienen energía cinética, la cual se pierde en los choques con el medio produciendo agitación térmica. El calor generado es mínimo comparado con la que se genera con el reactor en funcionamiento normal, sin embargo, este calor debe ser extraído del reactor para evitar un sobrecalentamiento, que puede fundir la cabeza del reactor ocasionando un grave accidente. Por tal motivo, aún apagado, un reactor necesita que el sistema de enfriamiento esté funcionando siempre. Cuatro de los reactores nucleares de la planta de Fukushima I fueron seriamente dañados. FISIÓN NUCLEAR El fenómeno de la fisión nuclear fue descubierto por los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassman en 1939. La explicación fue dada el mismo año por los físicos Lissa Meitner y Otto Frisch, Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 demostrando que el fenómeno, que se observó en el isótopo de uranio-235, se debe a que, cuando el núcleo de este isótopo absorbe un neutrón, el núcleo se desestabiliza dividiéndose en dos partes (dos núcleos más pequeños) y liberando a su vez algunos neutrones y también una gran energía.1 La energía liberada por la fisión nuclear fue utilizada por primera vez durante la segunda guerra mundial para fabricar bombas atómicas, las que en realidad deberían llamarse bombas nucleares. Al terminar la segunda guerra mundial, se buscó la aplicación pacífica de la fisión nuclear, lo cual fue logrado con la construcción de un reactor nuclear en 1954 por la Unión Soviética. Fue así como por primera vez se puso en operación un reactor nuclear para generar electricidad. De ahí en adelante se disparó la construcción de reactores nucleares en el mundo. Actualmente hay 442 reactores en 29 países generando electricidad. También hay una gran cantidad de pequeños reactores impulsando barcos y submarinos nucleares. EL REACTOR NUCLEAR Un reactor nuclear es esencialmente una caldera cuyo calor proviene de reacciones nucleares.1 El vapor de agua generado se transmite por tuberías hacia una turbina acoplada a un generador eléctrico. El corazón, también llamado núcleo o cabeza, de un reactor nuclear es el lugar donde se colocan las barras de combustible, que son de uranio enriquecido y es donde se genera el calor. El corazón del reactor contiene también unas barras de control, fabricadas Otto Hahn y Fritz Strassman descubridores de la fisión nuclear. 39 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra de cadmio o boro para absorber neutrones, que se intercalan entre las barras de combustible y tienen la función de regular la potencia del reactor, así como de detener las reacciones nucleares y apagar el reactor. El núcleo del reactor se encierra en una cápsula metálica llamada vasija de presión del reactor y está hecha de una gruesa capa de acero. SISTEMAS DE BLINDAJE EN UNA PLANTA NUCLEAR Las medidas de seguridad asociadas con el blindaje de un reactor consisten de varias cámaras una dentro de otra. El objetivo de estas cámaras es el de evitar la fuga de radiación o de material radiactivo al medio ambiente. La cámara más interior es la vasija del reactor, la cual contiene las barras de combustible, las barras de control y moderadoras y en ella entra el agua que extrae el calor. La vasija es hermética y está formada por una placa de acero de cinco o más centímetros de espesor que evita que el combustible o la radiación salgan de ella. Hay varios diseños de reactores, algunos tienen tres cámaras. En estos casos la segunda cámara puede ser también metálica o puede ser de concreto, en algunos casos es una estructura hermética cuyas paredes son de acero y concreto de cerca de dos metros de espesor. Encerrando a esta estructura se tiene al edificio del reactor, el cual no es hermético pero está construido de concreto con paredes de 60 o más centímetros de espesor. Con estas estructuras la posibilidad de que se fugue al exterior la radiación o material radiactivo, es mínima. Los reactores de la central de Fukushima son del tipo de agua hirviente (Boiling Water Reactor, BWR). En este tipo de reactores el vapor de agua que se envía por tubería a la turbina, se produce en el mismo reactor. El corazón del reactor con las barras de combustible, también contiene las barras de control que son de cadmio o de boro. El corazón del reactor está encerrado en un recipiente de acero hecho de una placa de espesor de cinco centímetros. Este recipiente se conoce como vasija de presión del reactor (PRV, por sus siglas en inglés). Encerrando al corazón del reactor y a una parte de la tubería que conduce el agua que saca el calor generado en las reacciones nucleares, está la vasija de contención (CV) la cual se construye también 40 Esquema general del sistema de blindaje del reactor nuclear. con una placa de acero un poco más delgada que la de la PRV. Todo esto queda a su vez encerrado en el edificio del reactor. CENTRALES NUCLEARES Una central nuclear es un complejo industrial de edificios e instalaciones donde operan una gran multitud de partes y componentes. En ella puede haber varios reactores. La vida media de un reactor se estima entre 30 y 35 años y la planta de Fukushima ya tenía 40 años en funcionamiento. El número de trabajadores en una planta nuclear es usualmente muy grande. En la central nuclear de Fukushima trabajan más de 600 personas. SEGURIDAD EN LAS PLANTAS NUCLEARES El público en general desconoce que los procedimientos de seguridad en las plantas nucleares son mucho más rigurosos que en cualquier otro tipo de industria, comparable sólo con la seguridad en la industria espacial. Por mucho, las medidas de seguridad en las plantas nucleares son más estrictas que en cualquier otra industria de generación de energía eléctrica. Aún cuando en las industrias tradicionales pueden producirse accidentes graves que ponga en peligro la vida de las personas o causar un daño serio al medio ambiente, existe en ellas un bajo nivel de supervisión. En cambio, en la industria nuclear se tienen las más rigurosas medidas de seguridad y continuamente se le está sometiendo a supervisión. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra OPERACIÓN DE UN REACTOR NUCLEAR En un reactor nuclear el proceso primario es el de la generación de calor. Esto se consigue mediante reacciones nucleares conocidas como de fisión nuclear. El proceso de fisión nuclear se inicia mediante la captura de neutrones por los núcleos de uranio los cuales al fisionarse producen más neutrones que a su vez generan reacciones de fisión. Este proceso autosostenido y regulado es la fuente de calor en los reactores nucleares. La manera de controlar la generación de calor en un reactor es mediante la regulación de la cantidad de neutrones presentes en el volumen donde se encuentran las barras de combustible. Las reacciones nucleares se producen con una rapidez que depende del número de neutrones presentes. La función de las barras de control es la de regular esta cantidad de neutrones mediante la absorción de neutrones. Para lograr esto las barras de control se fabrican de un material que contenga núcleos atómicos que sean buenos absorbedores de neutrones. Entre estos encontramos el cadmio y el boro.2 Las barras de control son movibles y se colocan dentro de la cabeza del reactor, intercaladas entre las barras de combustible. Al introducirse entre las barras de combustible, disminuye el número de reacciones nucleares por unidad de tiempo. Si se quiere aumentar la potencia del reactor, es decir generar más calor por unidad de tiempo, se retiran las barras de control. Para apagar el reactor, se introducen éstas totalmente entre las barras de combustible. Aun cuando las reacciones de fisión se hayan detenido por la introducción completa de las barras de control, la generación de calor en la cabeza del reactor continúa, aunque con mucha menor rapidez, debido que el combustible de uranio ya consumido contiene productos radiactivos que generan calor en los procesos de decaimiento radiactivo. Este calor debe extraerse de la cabeza del reactor y constituye un aspecto muy importante de las medidas de seguridad del reactor, ya que la suspensión de los procesos de fisión puede deberse a alguna amenaza de accidente o aun accidente propiamente. Es aquí donde el sistema de seguridad asociado al sistema de enfriamiento debe funcionar bien. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 ACCIDENTES EN UN REACTOR El accidente más grave en un reactor se conoce como LOCA (Loss Of Coolant Accident) y ocurre cuando falla el sistema de enfriamiento (circulación del agua dentro del PRV).3 Por falta de refrigerante se produce un sobrecalentamiento del reactor que ocasiona el derretimiento o fusión de la cabeza del reactor, lo que ocurre alrededor de los 2,800 0C. Con el derretimiento de la cabeza del reactor la PRV también se fundirá y así mismo se fundirá la CV y el combustible nuclear escapará del CV lo cual es altamente peligroso para la salud por la intensa radiación que produce. A temperaturas por encima de 1,000 0C el vapor de agua reacciona con el material de la cubierta de las cápsulas de combustible produciendo hidrógeno el cual, al combinarse con el oxígeno es altamente explosivo. Las explosiones que ocurren en las plantas nucleares cuando un reactor se sale de control y hay sobrecalentamiento son de hidrógeno. Durante el funcionamiento normal del reactor, el sistema de refrigeración evita el calentamiento del núcleo del reactor y este opera en los intervalos de temperatura para los que está diseñado. La razón por la cual las plantas nucleares se construyen usualmente en las costas es para disponer de agua abundante para enfriar al reactor en caso de alguna anomalía. Si las bombas de enfriamiento fallan, existe un mecanismo automático que dispara las barras de control hacia el interior de las barras de combustible apagando el reactor. Sarcófago del reactor accidentado en Chernóbyl en 1986. 41 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra SISMO Y TSUNAMI El epicentro del sismo del 11 de marzo fue localizado en el océano pacífico, a cien kilómetros de la costa japonesa. Un sismo es un desplazamiento de las placas tectónicas de la corteza terrestre, lo cual ocasiona el terremoto que es el desplazamiento de las ondas sísmicas en la corteza terrestre. Un sismo con epicentro en el mar ocasiona un maremoto que es el movimiento de las ondas sísmicas en las aguas del océano, lo cual se manifiesta como grandes olas en la superficie marítima. Existe una gran diferencia entre una ola normal de mar y la ola provocada por un terremoto. Mientras que las olas normales, generadas principalmente por el viento, son superficiales, las olas generadas por el terremoto están asociadas con el movimiento de todo un bloque de agua que va desde el fondo marino hasta la superficie. Además no es sólo una ola sino que pueden ser varias, que aparecen espaciadas en el tiempo en varios minutos. Este tipo de ola se conoce como tsunami. El sistema de proteccion contra olas de la planta Fukushima fue superada por el tsunami. CRÓNICA DEL ACCIDENTE NUCLEAR EN FUKUSHIMA A las 2:46 PM del día 11 de marzo de 2011 se registró un sismo de 9 grados en la escala Richter ocurrido en la Placa del Pacífico. El epicentro fue a 130 kilómetros de la península de Ojika, en Japón. El subsiguiente tsunami provocó olas de más de 10 metros de altura.4 Este terremoto y el tsunami causaron serios daños en la planta nuclear de Fukushima, Japón. Este ha sido uno de los sismos más intensos de que se tenga memoria. Al sismo le siguió un enorme tsunami que alcanzó una velocidad de propagación de 115 Km/hora,5 causando una enorme destrucción. 42 Vista aérea de la zona donde se ubican los reactores dañados en la planta Fukushima I. La planta nuclear estaba protegida con una pared contra olas de sólo 6 metros. Los reactores nucleares se apagaron automáticamente al ser detectado el sismo. Sin embargo, debido a que toda la red eléctrica externa sufrió daños no se pudo proporcionar energía eléctrica a las bombas de agua para enfriar los reactores.6 Por otra parte, el tsunami inundó el cuarto donde estaban los generadores eléctricos diesel, los cuales funcionan también como respaldo en caso de accidente, por lo que tampoco se contó con esta energía. Sin este suministro de energía el sistema de enfriamiento de los reactores no pudo funcionar y el accidente adquirió proporciones de catástrofe. Este fue el principal problema y la causa del accidente nuclear. El último recurso de emergencia fueron las bombas accionadas por baterías, con las que se logró proporcionar electricidad al sistema de emergencia de enfriamiento, pero su reserva de energía es de solo 8 horas y fue entonces que sobrevino el desastre.7 Al cesar la circulación de agua de enfriamiento el reactor se sobrecalentó. La presión en la vasija de presión del reactor aumentó considerablemente Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra Ubicación de los reactores dentro de la planta. y sin control, por lo que los ingenieros de la planta decidieron liberar vapor de agua para aliviar la presión. Este vapor, contaminado con material radiactivo, quedó dentro del edificio del reactor. La primera explosión de hidrógeno ocurrió en el reactor número uno el 12 de marzo. Una explosión más fuerte ocurrió en el reactor 3 y otra de igual magnitud ocurrió en el reactor apagado número 4. Estas explosiones dañaron las paredes o los techos de los edificios que alojaban cada uno de los reactores.8 UNA MEDIDA DESESPERADA Para enfriar los reactores se recurrió al último recurso que se tiene en estos casos, que es el bombeo de agua de mar en los reactores. Esta medida se pospuso lo más que se pudo debido a que los reactores se dañan al quedar inundados en agua marina. La acumulación de sal en las barras de combustible, después de la evaporación del agua, daña estas barras y perjudica el funcionamiento del reactor. Al agua de mar se le añadió acido bórico ya que el boro, como ya se mencionó, es un buen absorbedor de neutrones, lo cual evita que se produzcan reacciones nucleares de fisión que son exotérmicas. Hubo una fuga de agua contaminada con material radiactivo en el reactor número 1. Las filtraciones a través de las grietas provocadas por el sismo en el piso del reactor causaron esta fuga de agua la cual se derramó en el océano pacifico contaminando sus aguas. Además, el agua utilizada para el enfriamiento del reactor fue vertida directamente en el mar aumentando los niveles de radiactividad. En muestras tomadas del Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 agua marina en los días siguientes al accidente, se llegó a comprobar que tanto el agua como los peces de la costa de Fukushima presentaban un incremento significativo de radiactividad. El 25 de marzo un barco de la marina de EUA llegó a las costas de Fukushima con agua dulce disponible para enfriar los reactores. Los camiones de bomberos se encargaron de arrojar el agua sobre los reactores 1, 2 3 y 4, lanzando también grandes cantidades de nitrógeno gaseoso. Al inyectar agua limpia en el RPV mediante el bombeo, se corre el riesgo de explosiones de hidrógeno debidas a la condensación de vapor de agua en el PCV durante el enfriamiento lo cual conduce a aumentar la concentración de hidrógeno. El remedio para esto es inyectar gas nitrógeno dentro del PCV para diluir la concentración de hidrógeno. Para el 29 de marzo ya se disponía de energía eléctrica para operar las bombas de agua de algunos de los sistemas de enfriamiento que no sufrieron daño, esto estabilizó la situación un poco. Se había regularizado el servicio de agua potable en la red y se disponía de ella para enfriar los reactores. El 17 y 18 de abril se introdujo al edificio del reactor un robot autónomo para inspeccionar los niveles de radiación, encontrando que estos eran muy elevados y no era conveniente que los obreros de la planta entraran en él. Los trabajadores de la central buscaban entrar al edificio para reparar el sistema de refrigeración y así tener un control sobre los reactores. En los primeros días de mayo de 2011 varios trabajadores fuertemente protegidos, con trajes Vista aérea de la central nuclear Fukushima I poco tiempo después del tsunami. 43 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra especiales para protegerse de la radiación, tanques de oxigeno y máscaras entraron al edificio del reactor número uno. Realizaron trabajos de conexión de ductos e instalación de ventiladores para filtrar el aire y retirar el material radiactivo. Tras varios días de funcionar el filtrado del aire se logró bajar los niveles de radiactividad en el interior y los trabajadores, protegidos con trajes especiales, pudieron entrar al edificio para reparar el sistema de enfriamiento del reactor. Después de 80 días del accidente, el 30 de mayo, se había logrado estabilizar los reactores. El proceso de monitoreo que medía los niveles de contaminación de agua, aire, suelo y alimentos en la zona detectó niveles aceptables que no ponen en peligro la vida de las personas. Para esa fecha, la contaminación en el agua de la costa marina había sido reducida notablemente. RECUENTO DE LOS DAÑOS Para enero de 2012 la situación estaba bajo control en todos los reactores (referencia: World Nuclear Association). Hasta mayo de 2012 ninguna muerte fue atribuida al accidente nuclear causado por radiactividad. Tampoco se han detectado efectos en la salud de los trabajadores que estuvieron expuestos a la radiación. Los daños más severos fueron sobre las costas y el suelo lo cual ha afectado la pesca, la agricultura y la ganadería. El informe de la International Comission for radiation Protection (ICRP) indicó que los niveles de radiación a la que estuvo expuesta la población de Fukushima se mantuvo siempre por debajo de los valores considerados peligrosos para la salud. Se estableció que el escape de material radiactivo fue equivalente al 20% del que se produjo en el accidente de Chernobyl. Según los informes de las autoridades japonesas, la compañía operadora de la planta Tokio Electric Power Company (TEPCO) tardó en decidir si enfriaba el reactor arrojando sobre él agua de mar, ya que la operación dejaría inservible el reactor, lo que TEPCO trataba de evitar. La tardía reacción de arrojar agua de mar sobre el reactor se tomó 28 horas después de que el sistema de refrigeración dejó de funcionar. Esto llevó finalmente a la fusión parcial de 44 Trabajadores durante las actividades de estabilización de la planta nuclear. la cabeza del rector. Si se hubiera enfriado el reactor desde el principio con agua de mar, el problema de la fusión del núcleo se hubiera evitado. CONSECUENCIAS DEL ACCIDENTE NUCLEAR DE FUKUSHIMA El primer ministro de Japón Naoto Kan renunció en septiembre de 2011 después de recibir críticas muy fuertes por su falta de capacidad para manejar la crisis del accidente de Fukushima. Su postura, por supuesto, fue de que nadie espera que él sea experto en asuntos nucleares y sólo tomó decisiones en base a la información que sus funcionarios, asesorados por expertos nucleares le proporcionaron. Japón se vio obligado a reducir su consumo de energía eléctrica en un 15% y sufrir el calor del verano. La temperatura de los aires acondicionados se colocó 2 0C por encima de lo usual y ahora se fija en 28 0C. El pasado mes de mayo de 2012, se suspendió el funcionamiento del último reactor activo de los 54 que están instalados en Japón. Por primera vez desde que se inició en 1971 el programa de centrales nucleoeléctricas de Japón, el país dejará de generar electricidad por este medio. No se espera que en el transcurso de unos pocos años se reactive el funcionamiento de las centrales nucleares en Japón. Aun cuando los reactores de una central nuclear del centro de Japón han pasado las pruebas más rigurosas de seguridad, y el gobierno busca Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra El ex-primer ministro de Japón, Naoto Kan, quien dimitió presionado por el accidente de la planta nuclear de Fukushima, y su sucesor Yasuhiko Noda. convencer a las administraciones locales de que es necesario reactivar las plantas nucleares, se han encontrado con el rechazo de la población y la misma administración. Todos los reactores nucleares de Japón han sido apagados para someterlos a mantenimiento y revisión estricta de las medidas de seguridad. Mientras tanto, la población exige que para que funcionen las centrales nucleares en Japón, se adopten medidas de seguridad que superen las pruebas de resistencia de una catástrofe como las del sismo y el tsunami que ya padecieron. La energía eléctrica que antes se producía en las plantas nucleares ahora se obtiene de plantas termoeléctricas con las consecuentes emisiones de CO2. En el año 2010 Japón planeó la construcción de 14 rectores nucleares más para así elevar a 50% la generación de energía eléctrica total del país proveniente de plantas nucleares.6 Este proyecto fue desechado después del accidente de Fukushima. El 9 de junio de 2012 la prensa internacional dio a conocer la noticia de que el Primer Ministro de Japón, Yasuhiko Noda, avisa a su país que es necesario reactivar algunos reactores nucleares para proteger la economía y el sustento de la nación. Sin embargo, la población ha manifestado su rechazo a tal medida. EVALUACIÓN DE UN ACCIDENTE NUCLEAR El INES (International Nuclear Event Scale) es un instrumento de medida que permite informarle a la población cuál es el grado de peligrosidad de un incidente o accidente nuclear. Esta escala puede Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Vista de los daños a las estructuras de los edificios de los reactores nucleares de Fukushima. ser aplicada a cualquier evento relacionado con el uso de material radiactivo, ya sea su transportación, almacenaje o del uso de isótopos radiactivos. El INES es una escala numérica en el intervalo de 1 a 7 que nos indica la gravedad del evento o accidente nuclear. Los eventos nucleares del 1-3 son clasificados como incidentes, lo que significa que no se pone en peligro ni a las personas ni al medio ambiente. Un accidente de categoría 4 tiene consecuencias locales y en uno de nivel 5 los efectos se extienden a un área mayor. Uno de categoría 6 es aquel que impacta a las personas y al medio ambiente en un radio de alrededor de 40 kilómetros. En un accidente de categoría 7 se tienen fugas importantes de material radiactivo que afectan a las personas y al medio ambiente en una extensión que abarca más de cien kilómetros de radio. En este último caso se requiere la aplicación de un plan Otra vista que muestra la gravedad del accidente. 45 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra de emergencia en el que se realiza la evacuación de todas las personas en un área de un radio de 40 kilómetros alrededor de la planta nuclear donde se produjo el accidente. Solo pueden permanecer en la zona los trabajadores de la planta encargados de controlar la situación. Después se requerirá un programa para limpiar el área de material radiactivo y posiblemente sepultar el reactor nuclear lanzándole costales de arena y placas de concreto para sellar el lugar y evitar fuga de radiación. El principal propósito del INES es facilitar la comunicación entre el personal técnico con las autoridades, los medios de comunicación y la población. El accidente de Fukushima fue clasificado en la categoría 7. LECCIONES DEL ACCIDENTE NUCLEAR Las lecciones que se derivan de este accidente son las siguientes: 1. Se debe disponer de un número mayor de generadores eléctricos para afrontar el problema de un terremoto y un tsunami. 2. Las plantas eléctricas deben estar bien protegidas para que funcionen y puedan alimentar el sistema de enfriamiento de los reactores en los casos de emergencia. 3. El primer reactor nuclear de la planta de Fukushima inició su operación el 26 de marzo de 1971. Su antigüedad al momento del accidente era de 40 años. El tiempo de vida de un reactor se estima entre 30 y 35 años, por lo que los reactores de Fukushima ya deberían de haberse modernizado o reemplazado por reactores con una tecnología más moderna.9 EL FUTURO DE LA ENERGÍA NUCLEAR La energía que mueve al mundo es la electricidad. El problema actual es cómo obtener la energía primaria para producir la electricidad que consumimos. Los acontecimientos ocurridos en la planta nuclear de Fukushima, Japón, posteriores al sismo y al tsunami de marzo de 2011, han llevado a las compañías constructoras de centrales nucleares a replantear las medidas de seguridad en los reactores nucleares introduciendo una nueva normativa. 46 Trabajadores durante el proceso de limpieza y estabilización de la planta. Es importante entender que todas las actividades industriales conllevan riesgos y por lo tanto tienen que establecerse normas de seguridad para el funcionamiento de las industrias. Los riesgos siempre existirán y no por eso se dejará de buscar el progreso mediante el desarrollo industrial. Cuando se tenga que racionalizar la electricidad y se tengan apagones frecuentes, entonces se clamará por cualquier tipo de fuente de energía que resuelva el problema. Como regla general la evaluación de cualquier tecnología se hace en términos de los riesgos y los beneficios, esto significa que los riesgos son aceptados en base a los beneficios recibidos. Las plantas nucleares tienen más de 50 años funcionando en el mundo, probando que ésta fuente de energía es limpia y segura, y que durante su funcionamiento normal no contamina el medio ambiente. Por otra parte, las fuentes de energía que provienen de los combustibles fósiles producen daños a la salud y al medio ambiente. No parece que vaya a ocurrir un desplome en la industria de la energía nuclear pues actualmente hay más de 50 reactores nucleares en construcción en el mundo. En EUA está aprobada la construcción de dos reactores en Carolina del Sur y otros dos en Georgia, de acuerdo con la información del Nuclear Energy Institute. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �El accidente nuclear de Fukushima / J. Rubén Morones Ibarra COMENTARIOS FINALES Ninguna industria o planta es 100% segura. Los desastres naturales siempre existirán y debemos entender que para algunos de ellos no existe ninguna protección. Por ejemplo, para un aerolito de grandes dimensiones que choque con cualquier estructura construida por el hombre, no se puede, en principio, tener ningún resguardo. Sin embargo, aun cuando los desastres naturales no se pueden evitar, un accidente en una planta nuclear puede impedirse o minimizarse si se toman las medidas de seguridad adecuadas. Después de Fukushima, las normas de seguridad para centrales nucleares deberán incluir la posibilidad de desastres combinados. Para construir una planta nuclear, se deberán tomar en cuenta los registros históricos de la región y evaluar las máximas catástrofes que puedan ocurrir, para así diseñar la planta considerando la posibilidad de una combinación de estas catástrofes. Además, deberán estarse modernizando las plantas para ir incorporando las nuevas tecnologías. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 REFERENCIAS 1. F. Yang, and J. H. Hamilton, Modern Atomic and Nuclear Physics, McGraw-Hill, 1996. 2. A. Daas, and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics, Second Edition, World Scientific, 2006. 3. B. L. Cohen, La Energía Nuclear, Siglo XXI, 1993. 4. Takashi, Mariko and Katsuda Toshihiro, Fukushima Nuclear Power Plant Disaster, The Asahi Shimbun Company, 2011. 5. Fukushima 3/11, Yujiro Taniyama and Scott Ritzgerald. 2011. 6. Japan’s Tipping point, Mark Pendergrast, Nature’s Face Publications, 2011. 7. Complete guide to the three worst nuclear accidents: Fukushima, TMI and Chernobyl, U.S. Govermment, Nuclera Regulatory Commission. 2011. 8. Japan. Hell on Earth: 2011, Paul Andrews, Andrews UK, 2011. 9. Hirose, Thakashi, Fukushima Meltdown, Edit. Douglas Lummis, 2011. 47 �La Fábrica de Hilados y Tejidos “La Leona”, 1874-1976 José Roberto Mendirichaga Universidad de Monterrey jose.mendirichaga@udem.edu.mx En memoria de Jesús Arreola Pérez, historiador coahuilense RESUMEN Este artículo refiere la historia de una factoría fundada en el municipio de San Pedro Garza García en 1874, la que tuvo por nombre Fábrica de Hilados y Tejidos “La Leona”. La empresa dio origen a la comunidad del mismo nombre. En 1899, Cantú Treviño Hermanos Sucs. compraron La Leona, la que en 1940 pasó a doña María Cantú Treviño de Llaguno e hijos y luego fue vendida en 1976 al Grupo Alfa. El autor señala las diversas etapas de la misma y concluye evocando un pasado que merece rescatarse. La Leona, escultura-símbolo PALABRAS CLAVE de la secular factoría. Fábrica textil “La Leona”, empresas pioneras, historia local, San Pedro Garza Foto: Archivo Llaguno. García, Grupo Llaguno. ABSTRACT This article refers to the history of a factory founded in 1874 in San Pedro Garza Garcia, which was named Fabrica de Hilados y Tejidos “La Leona”. This factory gave rise to the community of the same name. Cantu Treviño Hermanos Sucs. bought “La Leona” in 1899, which later in 1940 passed to “doña María Cantú Treviño de Llaguno” and sons, and then in 1976 was sold to Grupo Alfa. The author points out the various stages of the factory and concludes evoking a past that is worth rescuing. KEYWORDS Fabrica textil “La Leona”, pioneering companies, local history, San Pedro Garza García, Llaguno Group. INTRODUCCION A lo largo de la historia, los municipios de Santa Catarina y San Pedro han vivido muchos acontecimientos en común. El río Santa Catarina los une por su costado sur, además de tener una amplia colindancia por el norte hasta el cerro de Las Mitras y por el poniente en la salida a Saltillo y varios puntos hasta el mismo cerro, más la relación que sus gentes han establecido a lo largo del tiempo, vinculando familias, barrios, colonias y calles. 48 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga Fig. 1. La Vieja Leona, a finales del siglo XIX o principios del XX. Foto: Archivo Llaguno. Fig. 2. Plano figurativo mostrando la ubicación de La Leona hacia 1967. Dibujo: Fernando R. Casasús Delgado. La ‘Fábrica de Hilados y Tejidos La Leona’, figura 1, tiene un lejano origen. Escribe el historiador económico Isidro Vizcaya Canales: “En 1874, dos años después de fundado El Porvenir, establecieron los señores Roberto Law y Andrés Martínez Cárdenas la fábrica La Leona, en jurisdicción en lo que hoy es el municipio de Garza García”. Y agrega: “La Leona tenía una inversión de $127,800, consumía de mil doscientos a mil quinientos quintales de algodón y producía de quince mil a veinte mil piezas al año. Ocupaba cien operarios, que ganaban tres o cuatro reales al día”.1 Roberto Law [1824-1916] era un ingeniero textil irlandés y Andrés Martínez Cárdenas, un inversionista neoleonés, de familias de Villa de Santiago pero ya asentado en Monterrey. Su hermana, Carlota Martínez Cárdenas, se casó con Víctor Rivero Gajá, de la fábrica ‘El Porvenir’ en El Cercado, municipio de Santiago.2 Acerca de Law tenemos más información que de Martínez Cárdenas. Antonio Guerrero Aguilar, cronista de Santa Catarina, señala que el industrial Law nació en Irlanda, el 27 de mayo de 1824; que fue cofundador de la Fábrica de Hilados y Tejidos de ‘La Leona’; que “de igual forma promovió la apertura de la factoría El Blanqueo, de La Fama” (hoy museo del mismo nombre); que era representante legal del norteamericano de origen irlandés Ezequiel Steel, quien igualmente fue socio de La Leona; y que Law murió en Santa Catarina el 22 de junio de 1916. Sus restos descansan en el Panteón San Juan y su sepultura tiene un monumento en mármol realizado por el escultor Antonio Decanini.3 El poblado de la Leona, figura 2, había sido la antigua hacienda de San Antonio. Las casas de los trabajadores estaban alrededor de la empresa textil. Escribe también el mismo Vizcaya Canales: La Leona fue adquirida en el año de 1899 por la firma Manuel Cantú Treviño Hnos. Sucs. El año de 1909 […] daba trabajo a cincuenta obreros. Disponía, de igual modo que las empresas anteriores, de casas para todos sus obreros.4 Este dato proporcionado por Vizcaya Canales establece que al iniciar el siglo XX la fábrica había reducido a la mitad el número de sus trabajadores. Pero el hecho es que la fábrica de ‘La Leona’ continuó trabajando y produciendo telas que se vendían en la región y en toda la república. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 MAS DATOS ACERCA DE LA VIEJA PLANTA Javier Rojas Sandoval, en su ya clásico texto de Fábricas pioneras de la industria en Nuevo León, escribe: 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. 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. Tanto La Fama como El Porvenir y La Leona dieron origen al establecimiento de comunidades 49 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga 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.5 Ya en el desarrollo del tema, el historiador Rojas Sandoval va explicando de qué manera fue consolidándose La Leona. Allí expresa que, según el educador Pablo Livas, en su trabajo titulado El Estado de Nuevo León. Su situación económica al aproximarse el Centenario de la Independencia de México (Monterrey, 1909, p. 49), “en sus comienzos, la fábrica sólo elaboraba mantas de algodón; con el tiempo produjo telas de color, cantones y mezclillas”.6 Igualmente, que Manuel Cantú Treviño (1860), figura 3, nuevo propietario de ‘La Leona’, “amplió los negocios que tenía con la casa comercial Sorpresa y Primavera”;7 figura 4, que “en 1913 murió Manuel Cantú Treviño y la fábrica fue adquirida por Florentino Cantú Treviño, hermano del primero”; que el mismo Livas, en su crónica citada, “escribe que para 1909 había en la fábrica 3,296 husos y 150 telares […], todo movido por una turbina hidráulica de cuarenta caballos de fuerza e ingenios de vapor que desarrollaban otra fuerza igual a la de la turbina”; que “contaba […] con 56 cuartos para habitaciones de obreros y sostenía una escuela gratuita a la que concurrían de treinta a cuarenta niños”; y que “si se hace una comparación con La Fama y El Porvenir, La Leona producía casi la misma cantidad global que La Fama”.8 Fig. 3. Don Manuel Cantú Treviño fue quien dio el segundo impulso a La Leona. Foto: Archivo Llaguno. 50 Fig. 4. El Almacén ‘Sorpresa y Primavera’, en la céntrica calle de Morelos, presa del fuego en 1926. Foto: Archivo Llaguno. Continuando con lo escrito por Rojas Sandoval, “[…] La Leona tenía una situación en la que se aplicaba el reglamento de trabajo aprobado por la Convención de 1912”, siendo higiénicas las condiciones laborales; además, había servicio médico con cargo a la gerencia y se proporcionaba a los trabajadores vivienda con renta de cincuenta centavos semanales, “exceptuando a los obreros antiguos”.9 Otros aspectos abordados por el autor en el citado libro aluden a la demografía del poblado de La Leona, al problema del agua, al asunto de los impuestos disputados entre Monterrey y Santa Catarina, y a la nueva administración a partir de la adquisición de don Jesús J. Llaguno, del inicio de los cuarenta hasta su venta y absorción por otro grupo industrial.10 EL POBLADO DE LA LEONA EN SAN PEDRO Desarrollemos un poco lo que apunta Rojas Sandoval en torno a la cultura industrial y social, y vayamos a lo que representaba un poblado sampetrino que llegó a tener una considerable demografía, dentro de las cuatro secciones que conformaban el municipio de San Pedro. Quien escribe llegó a conocer la entrada a la vieja planta de ‘La Leona’, el pequeño poblado casi colindante con La Fama y la estación de ferrocarril que llevaba el nombre del poblado y de la factoría. Al inicio de los años sesenta del pasado siglo, allí Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga se detenía brevemente el ferrocarril México-Laredo, para dejar o recoger pasajeros y mercancía, ésta que se transportaba en el carro Express.11 Tomás Mendirichaga Cueva, en su libro sobre el Municipio de San Pedro, señala que esta estación ferroviaria fue costeada de su propio peculio por Florentino Cantú Treviño [1877-1937] en 1919.12 Es el mismo Mendirichaga Cueva quien sostiene que en 1878, de acuerdo a una lista de los vecinos de San Pedro, “[…] 65 personas sabían leer y escribir”. En su mayor parte eran labradores y jornaleros, y en la lista figuraban seis comerciantes. La Leona y los molinos de ‘Jesús María’ correspondían a la primera sección del Municipio. Las otras tres secciones eran: del río hasta el callejón de Enmedio o de Siller; del callejón de Enmedio hasta el Sendero o Santa Engracia; y desde el citado Sendero hasta San Agustín y parte de Las Boquillas.13 La población de La Leona en 1885 era de 330 personas (todo el Municipio tenía 1,295 personas y alrededor del molino de ‘Jesús María’ vivían otras 41 personas). El antes citado investigador histórico apunta que el municipio de San Pedro Garza García registró demográficamente a 1,500 habitantes en 1888; 2,324, en 1895; 1,750, en 1910; 1,838, en 1921; 2,082, en 1930; y 5,228, en 1950.14 Causa asombro, pues, el crecimiento de la actual población de San Pedro (aproximadamente 110,000 habitantes) y del Monterrey Metropolitano (aproximadamente 4’000,000 de habitantes), la mayor parte de la cual proviene de otras entidades del país. Habría que señalar que, por muchos años, aparte de las Escuelas de Niños y Niñas en el casco de San Pedro, a una cuadra de la plaza principal, y de una escuela que había en el poblado de La Fama, existía una escuela también en La Leona, de la que da cuenta el mismo Mendirichaga Cueva.15 Ésta fue la que se llamó “Artículo 123” hasta la década de los cuarenta del pasado siglo. Falta investigar más lo relativo al sindicato en la fábrica de La Leona: en qué medida influyó en esta cultura laboral dentro de la comunidad del mismo nombre. Existe un poco más de información sobre los equipos deportivos que se promovieron entre los obreros y oficinistas de la factoría, juntamente con sus familias. Pero hay una serie de aspectos socioculturales, como los religiosos y los de la ocupación Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 del tiempo libre, que pueden ser abordados por otros investigadores. Otro aspecto que debe seguirse estudiando, en nuestro concepto, es el relativo al agua y el acueducto, figura 5, a lo largo del tiempo y, junto con ello, lo relacionado a la arquitectura industrial, donde faltó conciencia del valor de esta construcción centenaria para haberla conservado íntegramente. Volvamos con Rojas Sandoval, quien en la primera parte de su artículo en la revista Ingenierías relativo al mismo tema, establece: Con el fin de aprovechar industrialmente el agua, se construyó un acueducto elevado, que según mediciones recientes (Julio César Méndez) era de alrededor de 455 metros, pero según Antonio Guerrero era de 900 metros de longitud, el cual condujo el agua durante 96 años (de 1854 a 1950) desde el Paso del Aguila hasta el interior de la fábrica textil. El acueducto fue derribado en 1970 para dar paso a la ampliación de la calle Juárez, en la que fuera en otros tiempos Congregación de La Fama, N.L.16 Fig. 5. Vestigios del acueducto, 2012. Foto: Julio César Méndez. UNA REFORMADA LEONA Continuó trabajando la planta de La Leona bajo el timón de don Florentino Cantú Treviño. A tres años de la muerte de éste, en 1940, Cantú Treviño Hnos. Sucs. compra la Fábrica de Hilados y Tejidos ‘La Leona’ a doña Isabel Pérez de Cantú Treviño. La empresa cambia de nombre a Textiles del Norte, S.A. Auxiliaron a Jesús J. Llaguno17 en esta transformación, particularmente su hermano José 51 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga Fig. 6. Don Jesús Llaguno Cantú (1900-1987) fue la bujía que desarrolló al Grupo Llaguno. Foto: Archivo Llaguno. Llaguno Cantú, figura 6, Luis Rivero Arechavala y Octavio A. Herrera Moreno. De este último personaje hay que leer sus poemas “La Leona” y “Centenario”, los que aportan mucho de lo sucedido en esa planta fabril y en la comunidad del mismo nombre.18 Quien escribe se mantenía muy alejado de esta historia fabril regiomontana. Pero cuando la familia Llaguno Farías solicitó realizara la biografía de sus padres, pude asomarme bastante a esta realidad económica y social.19 En este trabajo, desde luego el aspecto humano es el central, pero resulta ser complementario el aspecto económico y empresarial, que se dio de manera constante por todos y cada uno de los miembros de esta familia. Por tanto, me dedicaré aquí a destacar aquellos aspectos que se refieren a la planta de La Leona bajo el liderazgo de don Jesús J. Llaguno. Convendría señalar en este punto el estilo empresarial familiar que eligió y sostuvo esta familia desde el inicio hasta la venta de las empresas del Grupo en 1976, un siglo de esfuerzo fabril, comercial, bancario y financiero. A la temprana muerte de José Saturnino Llaguno Serna en 1907, esposo de doña María Cantú Treviño de Llaguno, madre de cinco hijos: Jesús, Juanita, José, Teresa y Consuelo─, figura 7, los pequeños sintieron el cobijo familiar de su madre doña María y de sus tíos Luz, Manuel, Estanislada y Florentino. Cuantas actividades emprendían eran en común; respetaban siempre el liderazgo de la madre y del hijo primogénito. 52 Fig. 7. Los hermanos Llaguno Cantú, 1911: Teresa y José (sentados) y Juanita, Consuelo y Jesús (de pie). Foto: Archivo Llaguno. Los hijos varones de María Cantú Treviño de Llaguno estudiaron en el extranjero. Jesús fue a la Classon Point Military Academy, de Nueva York, y a la Peirce School, de Filadelfia, para graduarse como contador privado; y José hizo una larga carrera titulándose como ingeniero textil en Manchester y Barcelona. En los negocios de la familia siempre caminaron juntos estos dos hermanos, al igual que con sus hermanas Juanita (soltera), Teresa (casada con don Justo Odriozola) y Consuelo (casada con don Enrique Domene). Una obra educativa a cargo de la familia, con la señorita Juanita Llaguno Cantú a la cabeza, figura 8, fue el colegio ‘María Cantú Treviño’, figura 9, en la casa de ladrillo rojo, hoy propiedad del Grupo Alfa. Durante 23 años funcionó la citada institución educativa. Más de mil alumnos pasaron por sus aulas. Las viviendas más próximas a este colegio eran las de los obreros de La Leona.20 La Vieja Leona fue transformada paulatinamente al inicio de los años cuarenta del pasado siglo, ver figuras 9, 10, 11, 12 ,13 y 14, en Textiles del Norte, S.A., renovando parte de la maquinaria y el equipo original. En 1947 se fundó Hilados del Norte, S.A., fábrica de hilatura en las mismas instalaciones de La Leona. En 1948, también en el mismo espacio, se creó Acabados Monterrey, Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga Fig. 8. La profesora Juanita Llaguno Cantú impulsó y sostuvo el Colegio ‘Cantú Treviño’, del que egresaron cientos de escolares. Foto: Archivo Llaguno. S.A., en la Ciudad de México, que luego cambia de nombre a Fantel, S.A., prendas de punto para dama y caballero; en 1958, la empresa de vanguardia Nylon de México, S.A., para la fabricación de fibras sintéticas, primer negocio con accionistas no familiares; en 1962, asociados con DuPont, Policrón de México, S.A., para la fabricación de fibra corta de poliéster; en 1970 se compra el control de Polioles, S.A., en Lerma, Estado de México, para la producción de materias primas en la elaboración del poliéster; y en 1974 se fusionan Nylon de México y Policrón de México.22 Estaba próximo el final del Grupo Llaguno. Éste llegaría con un excesivo endeudamiento en dólares para la adquisición de nuevos negocios ligados a la fibra artificial, producto de la crisis del momento, más el afán de mantener unas viejas instalaciones, las de La Leona, y para no desemplear a la gente que allí había laborado por generaciones. Errores administrativos pero, sobre todo, intransigencia Fig. 9. Maestros y alumnos del Colegio ‘Cantú Treviño’ c. 1947, en la casa de ladrillo rojo. Foto: Archivo Llaguno. Fig. 10. Oficinas del Grupo Llaguno. Foto: Archivo S.A., para el teñido de hilos y telas. En 1956 se trasladaron las máquinas de Industrias Textiles, S.A., dedicadas a la fabricación de hilo de bonetería para tejido de punto, las que estaban en la parte posterior de la residencia familiar de Hidalgo, entre Cuauhtémoc y Garibaldi, en el centro de Monterrey, a las instalaciones de la Leona reformada. Y en 1957, diez años más tarde, nació Leona Textil, S.A., con nueva maquinaria y procesos para la fabricación de telas.21 Continuando en esta dinámica de crecimiento y modernización en el ramo textil y del vestido, los hermanos Llaguno Cantú, bajo el liderazgo de don Jesús J. Llaguno, iniciaron en 1955 Confecciones LeMont, S.A., fábrica de camisas; en 1955, RyL, Fig. 11. Una panorámica c. 1960, donde se aprecian las empresas del Grupo Llaguno; al fondo, la imponente Huasteca. Foto: Archivo Llaguno. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 53 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga Fig. 12. Otra panorámica del Grupo. Foto: Archivo Llaguno. gubernamental, que exigió de manera inmediata el pago de los adeudos fiscales, hicieron que las empresas de la familia Llaguno y todos sus bienes raíces fueran vendidos. Don Jesús pidió tiempo al gobierno y no se le concedió.23 Así, la quiebra incluyó no sólo las plantas fabriles, el banco y otras empresas en las que las familia Llaguno contaba con participación, sino hasta el desprendimiento de una tercera parte de las acciones de Ladrillera Monterrey que tenía en lo personal don Jesús J. Llaguno, más todos los bienes raíces de la familia, incluida la colonia Santa María, de uno y otro lado de la salida a Saltillo. El Grupo Alfa compró todas las empresas del Grupo Llaguno, vendiendo después algunas de ellas, las que utilizaron parte de la maquinaria antigua y luego se fueron innovando hasta el momento actual. A MANERA DE EPILOGO Deseo cerrar el tema con estos versos del poeta Octavio Herrera Moreno, que corresponden al poema “La Leona”: Fig. 13. Fachada de la planta de Nylon de México en 1960. Foto: Archivo Llaguno. Fig. 14. La planta Nylon de México, c. 1972. 54 Al pie de dos montañas majestuosas / Y sobre el plano marginal del río / Que puebla el multiforme caserío, / Tuvo asiento la Historia de estas cosas / Que hoy rememora el pensamiento mío.// Es una Historia de perfiles gratos / Que gira alrededor de esta Casona;/ Ha veinte lustros, que el recuerdo abona, / Lanzó al aire el pregón de sus silbatos / La legendaria Fábrica ‘La Leona’.24 ¿De qué manera sintetizar lo alcanzado por esta factoría textil pionera? Al señalar que se realizó un arranque con no pocas dificultades, las que fueron superadas en base a ingenio y esfuerzo obrero, técnico y empresarial; que la fábrica de La Leona supo posicionarse en un sitio importante dentro del contexto regional productivo; que renovó maquinaria, equipo y procesos; que a mediados del siglo XX dio un tercer impulso significativo; y que su declive y final lo marcaron el paso de la fibra natural a la sintética, a la vez que la incapacidad empresarial para hacer nuevas inversiones en la planta, producto de la crisis imperante y del endeudamiento familiar. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga NOTAS 1. Isidro Vizcaya Canales. Los orígenes de la industrialización de Monterrey, ed. cit., pp. 39 y 40. Un quintal equivale a 46 kg.; y cuatro reales, a un peso de la época. Era el salario diario. Como un referente a lo anterior, escriben Tomás y Rodrigo Mendirichaga en El inmigrante. Vida y obra de Valentín Rivero acerca de El Porvenir, en El Cercado: “Desde mediados de octubre de 1873 hasta fines de enero de 1874 se habían comprado 215 pacas de algodón, con un costo de 18 mil 549 pesos 6 centavos. La ‘raya’ o salario semanal que la fábrica pagó a los operarios desde principios de enero hasta fines de febrero de 1874 fue aumentando de 77 pesos 78 centavos a 135 pesos 56 centavos. En aquellos dos meses se pagaron en total 786 pesos 5 centavos por concepto de salarios”, op. cit, p. 162. 2. El historiador Tomás Mendirichaga Cueva señala que la casa familiar de los Martínez Cárdenas estaba ubicada por la calle de Bolívar, actual Padre Mier, entre Pino Suárez y Rayón. De acuerdo al mismo historiador, esta familia poseía cuantiosos bienes raíces y realizaba muchos negocios comerciales en Monterrey y la región (entrevista telefónica de VIII-30-11). 3. Ver: Santa Catarina y sus gentes, diccionario biográfico de Antonio Guerrero Aguilar, p. 27. Descendientes de don Roberto Law son los Serrato Ayala, que viven en la colonia López Mateos de Santa Catarina. En la conferencia que quien escribe dictó sobre el tema el 5 de septiembre de 2011 en la Casa de la Cultura de La Fama, dentro del ciclo “Lunes de la Crónica” del Consejo Promotor del Arte y la Cultura de Santa Catarina, A.C., algunos de los asistentes confirmaron el dato de los Serrato Ayala, descendientes de Law. 4. Vizcaya Canales, op. cit., p. 92. 5. Javier Rojas Sandoval, Fábricas pioneras de la industria en Nuevo León, ed. cit., pp. 56-57. 6. Ibid., p. 85. 7. Ibid., p. 86. Don Manuel Cantú Treviño merece una amplia biografía, en razón de sus aportaciones a la comunidad y a la importancia en el empleo de mano de obra masculina y femenina en la región. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Un dato que a veces pasa desapercibido es que estuvo casado con Octavia Rivero Fernández, hija de Valentín Rivero Gajá, de ‘El Porvenir’. Al morir Cantú Treviño, su viuda ingresó a la Congregación de La Cruz. Ver: Javier Sicilia, Concepción Cabrera de Armida, la amante de Cristo, p. 506. Actualmente, el historiador Fernando R. Casasús Delgado trabaja en una biografía de Manuel Cantú Treviño. 8. Fábricas pioneras […], ed. cit., p. 87. Rojas Sandoval, basándose en estadísticas de Tomás Mendirichaga y Oscar Flores, elabora a partir de estas páginas y en las sucesivas unos útiles cuadros sinópticos acerca de situación de la fábrica en 1913, producción de las tres plantas textiles en ese año, estadísticas de las mismas, y población de San Pedro Garza García y localidades vecinas. 9. Ibid., p. 88. Otros historiadores y cronistas que se han ocupado de ‘La Leona’ han sido: Mario Cerutti, Rodrigo Mendirichaga, Oscar Flores, Carlos González Rodríguez, Antonio Guerrero Aguilar y Daniel Sifuentes Espinosa. 10. Ibid., pp. 89-92. Para mayor información, véase también el artículo del mismo Rojas Sandoval titulado “Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México”, publicado en dos partes en la revista Ingenierías de la UANL, Vol. XIII, Núms. 46 (pp. 47-56) y 47 (pp. 45-54), de Enero-Marzo de 2010 y Abril-Junio 2010, respectivamente. 11. El Seminario Arquidiocesano de Monterrey, en la década de los sesenta del pasado siglo, utilizaba esta estación para dejar o recoger cajas conteniendo ropa y otros artículos, libros, calzado deportivo y balones de fútbol soccer procedentes de La Piedad, Michoacán. 12. Tomás Mendirichaga Cueva, El municipio de Garza García, 1596-1982, ed. cit., p. 77. 13. Mendirichaga Cueva, op. cit., p. 53. 14. Ibid., pp. 62, 66, 68, 72, 78, 84 y 90. 15. Ibid., p. 81. Tal escuela la consigna Mendirichaga Cueva en 1924, lo cual no significa que no pueda ser anterior a esta fecha. Posiblemente ésta funcionó hasta los años cuarenta, en que la familia Llaguno Cantú, con el apoyo de la Srita. Juanita 55 �La Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, 1874-1976 / José Roberto Mendirichaga Llaguno, fundó el colegio ‘María Cantú Treviño’, el que operó hasta finales de los sesenta del pasado siglo. Ver: Jesús y Vique Llaguno, una pareja inolvidable, de quien escribe, pp. 133-136. 16. Rojas Sandoval, “Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México”, parte I, Ingenierías, Vol. XIII, Enero-Marzo 2010, Núm. 46, p. 48. Aunque la cita se refiera a La Fama, es aplicable también a La Leona, donde esa parte final del acueducto fue sacrificada para dar espacio a las nuevas oficinas e instalaciones del Grupo Llaguno. Hay que precisar que el acueducto se conserva aún en algunos pocos tramos, dentro de las instalaciones fabriles de las empresas que continuaron operando en esta zona de los municipios de Santa Catarina y San Pedro. En el libro Santa Catarina. Síntesis de su patrimonio histórico, cultural y natural (Ayuntamiento de Santa Catarina, 2011), el mismo Guerrero Aguilar corrigió su estimación y coincidió con Julio César Méndez y Francisco Sepúlveda García acerca de que el citado acueducto-atarjea mide 460 metros. 17. De acuerdo al historiador Oscar Flores Torres, Jesús J. Llaguno fue “[…] el empresario más osado de la dinastía Cantú”. Ver: Los vascos en las regiones de México, siglos XVI al XX, de Amaya Garritz (Coord.), pp. 329-341. 18. Ver: Octavio Herrera Moreno, poemas, en Jesús y Vique Llaguno, ed. cit., pp. 180-185. 19. Me refiero al libro Jesús y Vique Llaguno, de Editorial Font, 2011. 20. En la ya citada conferencia de septiembre 5 de 2011 en La Fama, el público asistente recordó que a finales de los años cincuenta y atrás de las viejas casas de los obreros de La Leona, don Jesús J. Llaguno construyó la colonia nueva, para unas 30 familias más. 21. Hasta aquí hay ya una amplia nómina de ingenieros, técnicos, operarios y personal de oficina que colaboraron decididamente en este esfuerzo fabril. Ver: Jesús y Vique Llaguno […], pp. 204-206. 22. Ibid., pp. 207-208. 23. Tal es la opinión del C.P. Ramón Sepúlveda Véliz, de acuerdo a la entrevista concedida a quien escribe en 2009. 56 24. Poema del citado autor, de 1954. Estaría celebrando el anticipado centenario que el poeta avizorara y que ciertamente se dio veinte años después. Ver: Jesús y Vique Llaguno […], pp. 180-184. Octavio Herrera Moreno (19061959) fue un estrecho colaborador de la familia Llaguno Cantú en todas sus empresas. Poeta lírico, escribió también páginas en prosa, que quedaron registradas en los periódicos y revistas internos del Grupo Llaguno. BIBLIOGRAFÍA • Garritz, Amaya (Coord.). Los vascos en las regiones de México, siglos XVI al XX, UNAMMinisterio de Cultura del Gobierno VascoInstituto Vasco-Mexicano de Desarrollo, Tomo III, México, 1997. • Guerrero Aguilar, Antonio. Santa Catarina y sus gentes, diccionario biográfico, Consejo de la Crónica, Santa Catarina, 2006. • Mendirichaga, José Roberto. Jesús y Vique Llaguno, una pareja inolvidable, Segunda edición, Font-UDEM, Monterrey, 2011. • Mendirichaga, Tomás. El municipio de Garza García, 1596-1982, R. Ayuntamiento de Garza García, San Pedro, 1982. • Mendirichaga, Tomás y Rodrigo. El inmigrante. Vida y obra de Valentín Rivero, Emediciones, Monterrey, 1989. • Rojas Sandoval, Javier. 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Doctorado en Ingeniería Eléctrica, FIME-UANL jdelao@ieee.org A B RESUMEN En el presente trabajo se desarrolla una aplicación de la Transformada Digital de Taylor-Fourier (DTFT) en la evaluación de estabilidad de Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP). Se muestran las ecuaciones de análisis y síntesis de la DTFT, y se describen brevemente los diferenciadores máximamente lisos mediante descomposición de Taylor por mínimos cuadrados (LS) y el modelo de la señal utilizado bajo oscilaciones de potencia. Se lleva a cabo un análisis de Prony sobre una señal de diferencia angular obtenida en campo para evaluar la estabilidad del SEP que produce dicha señal. La DTFT se implementa en un algoritmo utilizado en relevadores digitales para la detección de oscilaciones de potencia y se evalúa si el comportamiento de la oscilación es estable o inestable. Se compara con el método de Prony tanto para evaluar el comportamiento de la oscilación, como para comprobar la factibilidad de su implementación en un relevador digital. PALABRAS CLAVE Estabilidad de SEP, oscilación de potencia, transformada digital de TaylorFourier. ABSTRACT The digital Taylor-Fourier transform (DTFT) is applied in the stability assessment of power systems. The analysis and synthesis equations of the DTFT are developed, and the maximally flat differentiators are illustrated. These ideal differentiators result from the Taylor approximation through least squares of the signal model under power oscillations. A Prony analysis is carried on the angular difference signal obtained in the field in a real power system in order to assess its stability. The DTFT is implemented in an algorithm used in a digital relay to detect power oscillations, and the stable-unstable behavior is assessed using a threshold. The results are compared with the Prony analysis to estimate the oscillation, as well as to demonstrate its feasibility in a digital relay. KEYWORDS Power systems stability, power oscillations, digital Taylor-Fourier transform Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 57 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. INTRODUCCIÓN Desde su invención, el fasor ha sido considerado como un concepto de estado estable. Esta afirmación es tomada en cuenta en muchos de los algoritmos de estimación fasorial de hoy en día. Sin embargo, cuando la señal presenta condiciones oscilatorias, la amplitud y fase de la misma presentan cambios en el tiempo. Este trabajo explora una aplicación de la Transformada Digital de Taylor-Fourier (DTFT) presentada en1 para la evaluación de estabilidad en Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) el cual, es un tema de especial importancia, debido a que la demanda de energía eléctrica se ha ido incrementando tanto por los descubrimientos tecnológicos como por el incremento de la población. Aquí se pretende prolongar el uso de la DTFT hasta el análisis de estabilidad, construyendo con las estimaciones fasoriales, estimaciones de la diferencia angular entre dos puntos del sistema y aplicando la DTFT en la frecuencia cero para estimar las primeras dos derivadas del ángulo que son cruciales para determinar la condición de inestabilidad del sistema de potencia. En los últimos años, los SEP han estado operando al límite de sus capacidades debido a que la demanda de energía eléctrica se ha incrementado considerablemente y la insfraestructura del sistema eléctrico ha permanecido resagada. Estos incrementos en la demanda de energía han dado lugar a oscilaciones en los SEP llevándolos a condiciones de estrés, esto a causa de que dichas oscilaciones restringen la cantidad de potencia que puede ser transferida a través de las líneas de interconexión, además de repercutir en la operación ecónomica del SEP. Si no se toman las acciones remediales necesarias, estas oscilaciones pueden provocar la separación del sistema o grandes apagones, por lo que es de gran importancia una temprana indicación para evitar la inestabilidad y prevenir cortes de energía mayores. La frecuencia del SEP está determinada por la velocidad angular de los generadores síncronos en el sistema. Cada excursión de la velocidad angular, es ocasionada por un desbalance entre potencia eléctrica y potencia mecánica en la flecha del generador. Se han hecho algunos trabajos que utilizan la frecuencia y su derivada como parámetros para calcular el déficit 58 de potencia e implementar esquemas de desconexión de carga. 2,3 Otros trabajos se han enfocado en enlazar mediciones fasoriales en tiempo real con el conocimiento preexistente obtenido de los resultados obtenidos mediante simulaciones en ordenador.46 Otros investigadores han propuesto estimar la envolvente compleja de la señal en condiciones de oscilación utilizando el análisis de Hilbert,7 sin embargo, dicho método requiere de algoritmos adicionales para reducir el error numérico y llevar a cabo su implementación. Otro trabajo utiliza el análisis modal mediante un método de Prony modificado8 buscando tomar acciones remediales para mitigar las oscilaciones pero es vulnerable a transiciones no lineales, las cuales aumentan el error. En la referencia9 se estiman la frecuencia y el amortiguamiento del espectro de la señal mediante un análisis de Fourier, así como la estimación de los eigenvalores y eigenvectores que se presentan durante los disturbios ocurridos en el sistema; el problema de dicho método es que requiere de un gran número de muestras para poder llevar a cabo la estimación. Existe otro trabajo10 que utiliza redes neuronales y funciones de base radial recurrente para estimar los ángulos y las velocidades angulares de los generadores, pero dichos estimados son imprecisos en condiciones inestables del sistema. Debido al incremento de cargas no lineales como los dispositivos de eléctronica de potencia, la contaminación armónica ha llegado a ser un problema serio. La estimación armónica en los SEP es muy importante, dado que las armónicas producen muchos efectos dañinos en la red,11,12 por lo que deben ser monitoreadas lo más preciso posible. Debido a esto, las condiciones de oscilación tienen un impacto no solo en la componente fundamental de la frecuencia, sino que también en los armónicos presentes en la red.13 Las oscilaciones de potencia conllevan una variación en amplitud, fase y frecuencia de las señales, las cuales pueden proporcionar información muy valiosa sobre la condición de operación del SEP. En aplicaciones tradicionales, las Unidades de Medición Fasorial (PMUs) se encargan de recabar dicha información y enviarla a los relevadores y centros de control. Con esta información es posible determinar si el SEP está al borde de la inestabilidad en tiempo real mediante el uso de sincrofasores.14,15 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. Esto es una gran ventaja, ya que la mayoría de los métodos para evaluar estabilidad son post-mortem o buscan predecir el comportamiento del sistema.16,17 La DTFT es una herramienta que puede llevar a cabo dicha tarea y se busca con ello mostrar una de las aplicaciones que puede tener dicho algoritmo en SEP. Es por ello, que con estos antecedentes sea posible generar una alarma para prevenir la separación del sistema eléctrico mediante los estimados obtenidos con la DTFT. El trabajo se organiza de la siguiente forma: En la siguiente sección se describirá el modelo de señal adoptado bajo oscilaciones de potencia y se da una descripción del algoritmo de la DTFT. También se da una breve mención del método de Prony, el cual se toma como referencia para evaluar la estabilidad del SEP, debido a que es un método que trabaja en una forma más directa con señales, así como la herramienta que se utilizará para llevar a cabo dicho análisis. Posteriormente, se describe el algoritmo de detección de oscilaciones de potencia sobre el cual se implementará la DTFT y se compararán con los resultados obtenidos mediante Prony en la evaluación de estabilidad. Finalmente, se exponen las conclusiones, las ventajas y limitaciones de este algoritmo. MODELO DE LA SEÑAL PARA OSCILACIONES DE POTENCIA Las técnicas de estimación fasorial normalmente asumen un modelo de señal sinusoidal con amplitud y fase constantes: T T s (t )= a0 c o s( 2π f1t +ϕ 0 ) , − ≤t ≤ (1) 2 2 con suposiciones de estado estable. Sin embargo, en oscilaciones de potencia las oscilaciones de amplitud y de fase pueden ser modeladas de una mejor forma por una señal pasabanda de la forma s (t )= a (t )c o s( 2π f1t +ϕ(t ) ) (2) donde a(t) es la amplitud y φ(t) es la fase de la señal s(t). Dichos parámetros son formas de onda reales. En una señal pasabanda, el contenido frecuencial está concentrado en una banda estrecha en la vecindad de la frecuencia fundamental, como en una oscilación de potencia. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 El modelo (2) puede ser escrito en forma exponencial de la siguiente manera 1 s (t )= ( p (t )e j 2 π f1t + p (t )e − j 2 π f1t ) 2 T T = ℜ{ p (t )e j 2 π f1t } , − ≤t ≤ (3) 2 2 donde p (t )= a (t )e jϕ ( t ) es la envolvente compleja de la señal pasabanda s(t) y es llamada fasor dinámico de la oscilación. Esta es una función compleja expresada en forma polar, donde a(t) y φ(t) son las modulaciones en amplitud y fase de s(t).18 Aproximación mediante la DTFT El modelo de fasor puede aproximarse en cada intervalo de tamaño T mediante un polinomio de Taylor de segundo orden T T p ( 2 ) (t )= p0 + p1t + p 2 t 2 , − ≤t ≤ (4) 2 2 alrededor del centro del intervalo t0. En (4), p0, p1 y p2 ∈ʗ y t∈R. Los coeficientes de la serie son las derivadas del fasor dinámico en el centro del intervalo: p0,=p(0), p1=p´(0) y p2=p´´(0)/2. Esto puede extenderse también a las demás componentes armónicas de la señal. Esta aproximación de Taylor extiende la transformada digital de Fourier (DFT) a la DTFT ya que se modulan los vectores de la matriz de Fourier con polinomios de Taylor de k-ésimo orden. Para este caso se utiliza un polinomio de orden k=3 aumentándola a C=k+1=4 ciclos ya que cada término de Taylor agrega una matriz de Fourier modulada a la matriz base, por lo que esta necesita ser aumentada verticalmente para evitar una matriz mal condicionada.19 Si L=CN es la longitud del intervalo de tiempo de observación de la DTFT en muestras, se define una matriz diagonal TL de LxL, que contiene la secuencia de enteros -L/2,...,L/2-1. Por lo que se tiene la siguiente ecuación de síntesis. 1 (5) xˆ 4 N = B 4 N Xˆ 4 N N donde B4N es la matriz de transformación y Xˆ 4 N es el vector que contiene los estimados de las derivadas del espectro de tiempo en el centro del intervalo de observación. La DTFT está dada por la solución de mínimos cuadrados: 59 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. Xˆ 4 N =(B 4HN B 4 N ) − 1 B 4HN x 4 N (6) donde (7) B † =(B 4HN B 4 N ) − 1 B 4HN es la matriz pseudoinversa, la cual contiene las respuestas impulsionales del banco de filtros alrededor de cada frecuencia armónica. Tal y como se muestra en la figura 1, estos filtros poseen ganancias ideales de diferenciación en un vecindario alrededor de una armónica h y ganancias lisas nulas alrededor de las demás frecuencias armónicas, lo cual indica la perfecta extracción de las derivadas en la frecuencia central y el completo rechazo de las componentes armónicas cuando la densidad espectral está circunscrita en esos intervalos.13 Cuando se busca llevar a cabo la estimación del espectro de la señal por un polinomio de Taylor de k-ésimo orden en ω=0 se obtienen solamente coeficientes reales en la matriz de transformación B, lo cual modifica la matriz de Gram obteniendo un ajuste simultáneo temporal y espectral del modelo de la señal a las de la señal de entrada respectivamente, adaptando las ganancias de sus derivadores a las respuestas en frecuencia de derivadores ideales junto a la frecuencia nula, produciendo filtros máximamente lisos en la banda base.20 La aproximación por mínimos cuadrados (LS) de un modelo de señal de Taylor, aproxima la primeras k derivadas del espectro de la ventana con los correspondientes polinomios de Taylor de Fig. 1. Respuesta en frecuencia del banco de filtros de la matriz pseudoinversa. 60 k-ésimo orden en ω=0. Las respuestas del banco de diferenciadores se construyen con combinaciones lineales del espectro de la ventana y sus derivadas. Esta respuesta es muy útil para evaluar su comportamiento en términos del contenido frecuencial de la señal y en particular su comportamiento ante el ruido. En la figura 2 se muestran las respuestas en frecuencia de los primeros tres diferenciadores obtenidos con el algoritmo LS, y órdenes progresivos de aproximación k=2, 4, 6 y 8. Note que las ganancias ideales de diferenciación son alcanzadas en la banda base, y que el ancho de banda aumenta con el orden de aproximación. Para un mismo diferenciador, los órdenes impares tienen la misma respuesta en frecuencia que el orden precedente par. Método de Prony El método de Prony fue desarrollado en 1795 en la École Polytechnique por le Baron de Prony. Este método fue introducido a aplicaciones de SEP en 1990 y se ha usado en estudios de transitorios y oscilaciones electromecánicas en sistemas de potencia.21 Además, es un método que trabaja en una forma más directa con señales proporcionando parámetros tales como: amplitud, frecuencia, fase y amortiguamiento; siendo estas las razones por las que se empleará como un método de referencia para nuestro estudio de estabilidad. Se puede encontrar más información sobre este método en las referencias 22,23. Fig. 2. Respuestas en frecuencia de diferenciadores obtenidos mediante LS con polinomios de Taylor de diferentes órdenes, k=2, 4, 6 y 8. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. Para llevar a cabo el estudio mediante Prony, se utilizó la herramienta Ringdown Analysis Tool (RAT) de MATLAB,24 el cual nos entrega, además de los parámetros antes mencionados, los diagramas de polos y ceros y la respuesta en el tiempo del sistema analizado, entre otras cosas más.25 CASO DE ESTUDIO En esta sección se llevará a cabo un estudio de estabilidad mediante el método de Prony a una señal de diferencia angular entre dos puntos del sistema eléctrico de un país norteamericano. La señal analizada, la cual posee una frecuencia de aproximadamente 0.09Hz y se muestra en la figura 3. Los resultados obtenidos mediante el análisis de Prony, se usarán como referencia para el análisis efectuado mediante el uso de la DTFT en la siguiente sección. Llevando a cabo un análisis mediante DTFT, se obtienen los armónicos que están presentes en dicha señal, así como sus derivadas. En este caso, se aplica la DTFT a la señal normalizada para que la componente de DC no sea de una magnitud tan grande que impida ver el valor de los demás componentes armónicos, de tal forma que los armónicos presentes en la señal puedan apreciarse. El contenido armónico de la señal se muestra en la figura 4 y con mayor detalle, en la figura 5. Como puede apreciarse en el detalle mostrado en la figura 5, existe una segunda armónica que tiene un valor grande cuando la oscilación es más fuerte, mientras que durante el resto de la oscilación posee un valor muy pequeño. Esta componente armónica, junto con la componente de DC y la fundamental, son las componentes que se harán presentes en los resultados del análisis de Prony, llevado a cabo mediante el RAT. Dada la forma irregular de la señal, esta se analiza en tres intervalos distintos: el primer intervalo, donde el incremento de la amplitud de la oscilación es suave; el segundo donde el incremento en la amplitud de la oscilación es más pronunciado y finalmente, el tercer intervalo donde se amortigua la señal. Esto, con el fin de obtener una buena estimación. Los parámetros de frecuencia, amortiguamiento, amplitud y fase de los modos obtenidos para esos tres intervalos mediante Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Fig. 3. Señal de diferencia angular a analizar. Fig. 4. Estimado armónico de la señal de diferencia angular. Fig. 5. Detalle del estimado armónico de la señal de diferencia angular. 61 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. el uso del RAT se muestran en las tablas I, II y III respectivamente; donde se puede ver que los modos presentes en la señal poseen frecuencias alrededor de la frecuencia fundamental de la señal, de su segunda armónica y de su componente de DC; además de las componentes frecuenciales originadas por el ruido. Como puede observarse en la tabla I, los valores de amortiguamiento (σ/2 ) inestables son muy pequeños, mientras que en la tabla II, dichos valores son mayores lo que provoca el gran incremento de la amplitud de la oscilación. En la tabla III, se tienen dos modos inestables con un valor de (σ/2 ) inestable muy pequeño, estos valores se presentan debido a las componentes de baja frecuencia y el ruido que contiene la señal, además de la fluctuación de la que es objeto. Estos resultados, servirán como referencia para llevar a cabo una comparación con los resultados obtenidos mediante la aplicación de la DTFT utilizando un algoritmo usado en relevadores digitales, lo cual se verá en la siguiente sección. Cabe mencionar que la DTFT requiere de muchos menos parámetros que los requeridos por el método de Prony para detectar situaciones de inestabilidad. Utilizando los modos de oscilación de las tablas anteriores, se obtiene el estimado de Prony para la señal de diferencia angular, el cual es mostrado en la figura 6 junto con la señal original para apreciar la precisión del estimado de Prony. Tabla. II. Modos de 276 a 315s de la señal de δ. ⎛ σ ⎞ ⎜ 2π ⎟ ⎝ ⎠ Modo Frecuencia (Hz) 1 0 0.000857 13.181167 0 2 0 -0.034608 2.155654 0 3 0.095446 -0.02557 4 0.191509 -0.020137 0.250499 -109.787112 5 0.095037 0.01146 Amplitud Fase ( ) 2.087563 177.614005 0.497172 -146.40167 Tabla. III. Modos de 316 a 438s de la señal de δ. ⎛ σ ⎞ ⎜ 2π ⎟ ⎝ ⎠ Modo Frecuencia (Hz) 1 0 -0.000034 18.113022 0 2 0 -0.030766 0.830064 180 3 0.071828 -0.012235 1.218225 -30.035962 4 0.088918 -0.022222 14.24176 115.085297 5 0.099997 6 0.164296 -0.009956 0.283968 -0.587095 7 0.18425 -0.004373 0.109919 -25.546018 8 0.206488 -0.003592 0.108179 -102.154816 9 0.0175 0.002763 0.112132 -138.828181 10 0.038706 0.001032 0.174277 -0.0016 Amplitud Fase ( ) 0.099514 122.031029 97.731734 Tabla. I. Modos de los primeros 275s de la señal de δ. Modo ⎛ σ ⎞ ⎜ 2π ⎟ ⎝ ⎠ Amplitud Fase (°) 1 0 0.000041 13.2247740 0 2 0.007776 -0.000742 0.63096 -110.044577 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 62 Frecuencia (Hz) 0.014839 0.081023 0.091686 0.104701 0.120496 0.185376 0.195223 0.208295 0.217382 0.09774 -0.000805 -0.002859 -0.001578 -0.000919 -0.003132 -0.000774 -0.003001 -0.000034 -0.000523 0.000962 0.551236 0.166958 0.254971 0.098818 0.102482 0.025274 0.04907 0.022325 0.023043 0.231554 -37.606561 170.64971 54.730393 -109.617844 -15.697306 -170.294103 11.024084 130.038795 -86.516272 -118.723731 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. otro disturbio, las potencias eléctrica y mecánica son diferentes. El exceso de potencia mecánica provoca que el rotor se acelere, dando origen a un par acelerante dado por: Pa = Pm − Pe (9) La relación entre el par acelerante y el movimiento de la máquina se obtiene diferenciando la energía cinética del rotor. Dando lugar así, a la ecuación de oscilación, la cual representa las oscilaciones en el ángulo del rotor δ durante los disturbios. ω ⎛ |E E | ⎛ ω ⎞ ⎞ �� δ = ⎜ 0 ⎟ Pa = 0 ⎜ Pm − 1 2 s i n δ ⎟ (10) 2 H 2 H X 0 ⎠ 0 ⎝ ⎠ ⎝ Fig. 6. Estimado de la señal δ mediante el método Prony. ALGORITMO DE DETECCIÓN DE OSCILACIONES DE POTENCIA En esta sección se presentan las bases teóricas de los criterios de estabilidad basados en la diferencia angular y sus primeras dos derivadas para construir un plano de fase que nos permita generar una alarma que indique cuando el SEP está operando en condiciones inestables y tomar acciones remediales necesarias para proteger el sistema. A diferencia de las estimaciones sugeridas en las referencias14,26,27 se aplicará la DTFT para obtener las estimaciones de las derivadas de la diferencia angular que nos permite vigilar el desempeño estable o inestable del SEP. Los resultados serán comparados con los obtenidos por el método de Prony. Las dinámicas de interés para la estabilidad del SEP dependen de las ecuaciones de energía mecánica para las máquinas, y de las ecuaciones de intercambio de potencia eléctrica para la red que interconecta las máquinas. La potencia eléctrica de transferencia para una máquina y un bus infinito está dada por: |E E | (8) Pe = 1 2 s i n δ X La potencia de transferencia viene de un primo motor como potencia mecánica, Pm. En condiciones de operación en estado estable, las potencias eléctrica y mecánica son iguales, despreciando las pérdidas de conversión de energía. La máxima potencia que se puede transferir se obtiene cuando δ= /2. 16,17 Sin embargo, cuando ocurren fallas, switcheo o cualquier Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Si se tiene un valor de equilibrio estable para δ, en δ= δ0, este debe ser el valor para el cual las potencias eléctrica y mecánica son iguales. Por lo que la potencia mecánica estaría dada para este caso como: |E E | Pm = 1 2 s i n δ 0 (11) X por lo que la ecuación de oscilación queda de la siguiente forma, la cual es análoga a la ecuación del péndulo sin amortiguamiento. �� δ = ω 2 (s i n δ −s i n δ) (12) n 0 donde ω 2n es el cuadrado de la frecuencia natural de oscilación del sistema: | E E |ω ω 2n = 1 2 0 (13) 2H 0 X En la figura 7, se muestra la intersección entre la curva dada por (8) y la línea de potencia mecánica Fig. 7. Característica potencia-ángulo para un sistema de una máquina. 63 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. en δ0. Dicho punto es un punto de equilibrio, ya que las potencias eléctrica y mecánica son iguales y es estable porque la aceleración produce una fuerza restauradora. Lo cual se comprueba con la ecuación (12), ya que si δ se incrementa desde su valor en estado estable δ0, provocando que sin δ se incremente por encima de sin δ0, resultando en aceleración negativa, la que compensa el disturbio original. Dada la simetría de la curva, se tiene otro punto de equilibrio después de los /2 radianes, el cual es inestable debido a que una pequeña �� δ causa que δ se incremente y la potencia eléctrica disminuya dejando una potencia acelerante en la red. Debido a la simetría de la curva, los puntos de equilibrio estable e inestable están en δ0 y -δ0 respectivamente. Considerando un retrato de fases del ángulo de potencia δ contra su primer derivada δ� y suponiendo que no hay amortiguamiento, la oscilación produce una trayectoria cerrada llamada centro. Sin embargo, si existe amortiguamiento en la oscilación, la trayectoria formada en el retrato de fases es una espiral que va hacia un nuevo punto de equilibrio que puede ser estable o inestable (foco estable o inestable). Estas trayectorias de los planos de fase están limitadas a cuando la amplitud de la oscilación es máxima y se mantiene constante. Detección de oscilaciones de potencia Las decisiones acerca de la recuperabilidad de una oscilación deben ser hechas en ángulos críticos de tal forma que las acciones de mejora de estabilidad puedan ser tomadas antes de que sea muy tarde y la separación del sistema, si es necesaria, se lleve a cabo en un ángulo seguro para los interruptores. Si la oscilación es declarada como recuperable, entonces se descarta el disparo de generación, y posiblemente la oscilación se relaje a un nuevo punto de equilibrio. De otro modo, si la oscilación es declarada no recuperable, entonces el relevador debe ordenar el disparo de generación. Con menos generación, la reactancia de la fuente en el lado de generación se incrementa, y el relevador debe reconocer la nueva configuración del sistema. Si la acción de disparo de generación es exitosa, entonces el sistema se recupera posicionándose en un nuevo punto de equilibrio. De lo contrario, 64 la próxima acción es proteger el sistema abriendo interruptores. La estabilidad no se puede evaluar solamente inspeccionando el ángulo y su razón de cambio, dado que no se conoce δ0, el nuevo ángulo de equilibrio. Debe tenerse en cuenta que las oscilaciones estables para este punto de equilibrio las trayectorias son convergentes, y las inestables son divergentes.28,29 Si no se conoce δ0, se debe considerar el comportamiento de las trayectorias de otras oscilaciones relacionadas a diferentes valores de δ0. Un plano de fases δ−δ� puede dar información de cuándo debe aplicarse la decisión de recuperabilidad, pero dicho plano no nos dice cómo decidir. A excepción de que δ� sobrepase el valor de 2ωn el cual es la tasa máxima de oscilación. Se necesita un criterio de decisión de estabilidad para aplicar en el instante mencionado previamente. Este algoritmo involucra a la diferencia angular, la frecuencia (primera derivada) y su aceleración (segunda derivada).14 Este método monitorea la frecuencia (Sfk) y su derivada (Afk) entre dos puntos de un sistema de potencia en intervalos constantes, comenzando el cálculo de Sfk y Afk cuando se cumplen ciertas condiciones de operación existentes. Sfk y Afk se pueden emplear combinándolos en un plano de fase. En estado estable Sfk y Afk son cero y (0,0) es el punto de operación. Cuando una fuente se separa del resto del SEP, Sfk y Afk toman un valor. La magnitud de cada uno puede impulsar la cantidad operativa en la región de operación de la característica OOST. Este algoritmo se implementa en los relevadores digitales que detectan oscilaciones de potencia.27 Los cálculos de los parámetros necesarios para establecer la condición de operación del sistema son los siguientes:14 δ k =V1RA en lge v a d o r 1 −V1RA en lge v a d o r 2 k k δ k −δ k −1 M Tasa 360 A f k =( S f k − S f k −1 )⋅M T a s a S fk = (14) (15) (16) donde: V1RA en lge v a d o r 1 es el ángulo del voltaje de secuencia k positiva del relevador 1 en el k-ésimo intervalo de procesamiento. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. V1RA en lge v a d o r 2 es el ángulo del voltaje de secuencia k positiva del relevador 2 en el k-ésimo intervalo de procesamiento. Sfk es la frecuencia de desplazamiento en el késimo intervalo de procesamiento. Afk es la aceleración en el k-ésimo intervalo de procesamiento. M Tasa e s l a t a s a d e m u e s t r e o d e l o s sincrofasores. Una característica Sfk vs Afk puede definir regiones en casos donde ocurren bajas y altas frecuencias simultáneamente con altas o bajas razones de cambio de frecuencia. En la figura 8 se muestra la característica empleada para la detección de oscilaciones inestables en las referencias14,27. Dicha característica, también será utilizada en la aplicación de la DTFT. La característica del elemento OOST en la figura 8 usa la ecuación (17) para definir la región inestable. Esta característica es desarrollada en la referencia26 e identifica oscilaciones inestables antes de que la condición OOS ocurra, dando lugar al esquema de protección del sistema para tomar acciones remediales inmediatas.27 A f k >7 8 P e n d i e n t e ⋅S f k + AD e s v (17) La ventaja de este algoritmo es que no se requiere saber los parámetros de la red del SEP ni la información acerca de la topología de la red para calcular la diferencia ángular, la frecuencia y su aceleración. Como se ha mencionado anteriormente, los parámetros de frecuencia y aceleración (segunda derivada) de la diferencia angular son indispensables para elaborar un retrato de fases y con ello determinar si el SEP presenta una operación estable o inestable. Por lo que se trabajará con la diferencia angular entre dos puntos del SEP, la cual se mostró en la figura 2 por lo que se usará a DTFT en lugar de las ecuaciones (14)-(16), las cuales ofrecen estimaciones susceptibles al ruido por estar basadas en ecuaciones en diferencias finitas. A diferencia de la sección anterior, donde la señal se normalizó para obtener sus componentes armónicas, la señal se utilizará tal y como es obtenida de los PMUs, es decir, sin restarle la media aritmetica ni normalizarla. Como esta señal ya es la diferencia angular, se utilizará el algoritmo de diferenciadores máximamente lisos mediante Taylor LS para estimar las primeras dos derivadas de la señal y así construir el retrato de fases. Dado que la señal presenta una segunda armónica, usa un polinomio de Taylor de orden k=4 para que sus componentes frecuenciales estén dentro de la banda de paso de los diferenciadores y la estimación de la señal como de sus derivadas sea más precisa. En la figura 9 se muestra el estimado de la señal usando un polinomio de Taylor de orden k=4 . Como puede observarse, el estimado es muy preciso y el ruido de la señal es atenuado por el filtro del diferenciador de orden 0. APLICACIÓN DE LA DTFT Fig. 8. Característica del elemento OOST que define la región de operación estable del sistema eléctrico de potencia. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Fig. 9. Estimado de la señal δ mediante descomposición de Taylor LS. 65 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. Tomando la ecuación (17) y asignándole valores de ADesv=±10 y 78Pendiente=-15 se establecen las regiones estables e inestables, obteniendo el retrato de fases mostrado en la figura 10. Como se puede observar en el retrato de fase, las oscilaciones producidas en la señal sobrepasan el margen de estabilidad puesto por el criterio usado en la referencia14, por lo que el sistema está operando en una condición de inestabilidad lo cual concuerda con lo observado en los modos de oscilación obtenidos mediante el método de Prony, los cuales fueron mostrados en las tablas I, II y III de la sección anterior. Tomando los primeros 315s de la señal se traza su retrato de fase y se observa la dinámica de la oscilación, la cual está dada por las flechas en la figura 11. La gráfica mostrada en el retrato de fase de la figura 10 es conocida como foco inestable ya que la trayectoria de la espiral es una trayectoria divergente indicando la inestabilidad de la oscilación. Esto coincide con los resultados obtenidos con Prony para los primeros dos intervalos y que fueron mostrados en las tablas I y II. Al tomar los últimos 123s de la señal y trazar su retrato de fase, se obtiene lo mostrado en la figura 12. La gráfica mostrada en el retrato de fases de la figura 12 es conocida como foco estable ya que su trayectoria, al contrario del foco inestable, es convergente indicando la estabilidad de la oscilación, la cual llega a un punto de equilibrio. Se puede apreciar en la figura que la espiral presenta partes de su trayectoria fuera del margen propuesto. Sin embargo, la trayectoria no está muy alejada del margen y termina por llegar a un punto de equilibrio dentro del mismo. Esto coincide con los resultados obtenidos mediante el método de Prony para este intervalo, donde también hay dos modos inestables, pero con valores de (σ/2 ) muy pequeños, y se llega a un punto de equilibrio estable. Estos resultados se muestran en la tabla III. CONCLUSIONES Se ha presentado una aplicación de la DTFT a la estabilidad de SEP, mediante un algoritmo que involucra la diferencia angular entre dos puntos del sistema y sus primeras dos derivadas utilizado en 66 Fig. 10. Plano de fase aceleración vs frecuencia de la señal δ. Fig. 11. Plano de fase de los primeros 315s de la oscilación. Fig. 12. Plano de fase de la parte amortiguada de la oscilación. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Generación de alarma ante oscilaciones mediante la transformada digital Taylor-Fourier / Demetrio García Almazán, et al. algunos relevadores digitales. Así como también se vieron algunos resultados númericos obtenidos al efectuar estimaciones armónicas de una señal de campo real. Dichos resultados son útiles para establecer un orden adecuado del polinomio de Taylor que se usará en los diferenciadores máximamente lisos aplicados a la señal de ángulo. Estos resultados fueron comparados por los obtenidos usando el método de Prony, el cual se usó como referencia en el análisis de estabilidad del SEP dado que es un método que trabaja en una forma más directa con señales. La ventaja que proporciona el uso de la DTFT como estimador radica en la precisión lograda en los estimados tanto armónicos como fasoriales y es un algoritmo que puede utilizarse en la detección de oscilaciones estables e inestables ya que proporciona no solo un estimado de la amplitud y fase de la señal, sino que también proporciona muy buenos estimados de las derivadas de estos parámetros así como de la señal misma cuando se trabaja con diferenciadores máximamente lisos mediante Taylor LS en ω=0 a condición de que el espectro de la señal de entrada caiga bajo las ganancias de diferenciación ideales, estos estimados son más robustos al ruido si se les compara con los estimadores basados en ecuaciones de diferencias finitas. En particular los estimados de frecuencia instántanea bajo oscilaciones son bastante aproximados. Cabe mencionar que la DTFT presenta la limitante de un retraso de dos ciclos, por lo que no es un método aplicable a protecciones digitales, ya que los dispositivos de hoy en día llevan a cabo las estimaciones con un retraso de un ciclo.30 Sin embargo, se cuenta con otra alternativa la cual puede llevar a cabo estimaciones instantáneas.31 Otra limitante es que el error de los estimados se incrementa cuando hay discontinuidades o transitorios en el intervalo de observación. En este caso, el espectro de la señal se ensancha sobrepasando la banda frecuencial con las ganancias máximamente lisas. Dicha aplicación mostrada tiene la ventaja de que no se requiere conocer la configuración que posee el SEP. Los resultados obtenidos en la aplicación de la DTFT a este algoritmo coinciden con los resultados obtenidos mediante el método de Prony por lo que la aplicación de la DTFT representa una alternativa mucho más simple para detectar oscilaciones estables e inestables, esto debido a que depende solamente de las estimaciones de velocidad y aceleración de Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 la diferencia angular. La precisión de los estimados que se logran con la DTFT hace posible contar con una alarma confiable en el caso de que se presente una oscilación inestable en el SEP. REFERENCIAS 1. M. A. Platas and J. de la O, Dynamic Harmonic Analysis Through Taylor-Fourier Transform, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement. Vol. 60 No. 6, March 2011, pp. 804-813. 2. P. M. Anderson, M. Mirheydar. An Adaptive Method for Setting Underfrequency LoadShedding Relays, IEEE Trans. on Power Systems. Vol. 7 No. 2, May 1992, pp. 647-655. 3. U. Rudez, R. Mihalic. 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En esta correlación radica la importancia del problema de encontrar la estructura de mínima energía en cúmulos compuestos por unas pocas decenas de átomos, pues la determinación de estas estructuras optimizadas permite generar simulaciones computacionales y análisis teóricos más precisos. En este trabajo se implementó el método de algoritmos genéticos para encontrar la estructura de mínima energía bajo el potencial Sutton-Chen. Los resultados se comparan en efectividad y rapidez contra el método Monte Carlo de recocido simulado. PALABRAS CLAVE Inteligencia artificial, algoritmos genéticos, optimización, Sutton-Chen ABSTRACT The physical and chemical properties of metal nanostructures are strongly correlated with the geometric structure at atomic level. It is this correlation that gives importance to the problem of finding the minimum energy structure of clusters consisting of a few tens of atoms, because the determination of these optimized structures can generate computer simulations and theoretical analysis more accurate. A method of genetic algorithms to find the lowest energy structure in the Sutton-Chen potential was implemented in this work. The results were compared in effectiveness and speed against the Monte Carlo simulated annealing. KEYWORDS Artificial intelligence, genetic algorithms, optimization, Sutton-Chen. INTRODUCCIÓN El acomodo geométrico de los átomos que forman nanopartículas metálicas es uno de factores que determinan las características físicas y químicas de las partículas.1 Cuanto menor sea la cantidad de átomos que formen una partícula, las diferencias entre los isómeros cobran mayor importancia, por Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 69 �Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos / Enrique Guevara Chapa, et al. lo que contar con una estrategia para encontrar la geometría que tenga la menor energía potencial, es decir, la más estable, es de gran utilidad para los análisis teóricos y para el diseño de experimentos.2 Debido a que existen varias estructuras estables para cualquier cúmulo de átomos, encontrar la estructura óptima se clasifica como un problema NP-duro,3 lo que implica que el problema es nodeterminista, por lo que no tiene solución analítica. Bajo estas condiciones, es recomendable utilizar métodos de inteligencia artificial, como pueden ser algoritmos genéticos4 (AG). En este artículo se explicará el diseño de los algoritmos genéticos para encontrar las estructuras geométricas óptimas de las cúmulos monometálicos, utilizando el potencial de Sutton-Chen para modelar las fuerzas interatómicas. CARÁCTERÍSTICAS DE LA OPTIMIZACIÓN En este artículo se define la optimización de nanopartículas como la búsqueda de la estructura con la menor energía interna. Se trabajó con nanopartículas de 2 hasta 80 átomos de plata, a una temperatura de 0 K, es decir, sin considerar ningún efecto de dinámica molecular. Los potenciales atómicos se calcularon usando el modelo de Sutton y Chen para metales. El modelo de Sutton-Chen es un potencial semiempírico, que ha sido ampliamente utilizado para predecir la energía y configuraciones en cúmulos de metales nobles, especialmente de oro y plata.2 La ecuación que describe este modelo de potencial es1 n m N ⎡ N N ⎛ a ⎞ ⎛ a ⎞ ⎤⎥ 1 ⎢ −c U S C =ε ⎜r ⎟ 2 j=1; j≠i ⎜⎝ ri j ⎟⎠ i =1 ⎢ j =1; j ≠i ⎝ i j ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ Aquí, n y m son enteros que cumplen la condición m>n, r{ij} es la distancia entre los átomos i y j, a es el parámetro de red para estructura fcc, c es una constante que se ajusta para determinar el punto de equilibrio y ε es una constante que permite trabajar la energía del sistema en unidades físicas. Estas constantes fueron establecidas en un principio para igualar curvas experimentales,1,5 aunque después se han ajustado siguiendo aproximaciones analíticas clásicas y cuánticas.6 Los valores utilizados para modelo de la plata son m=12, n=6, ε(eV)=2.5330×10-3, c=145.658 y a(Å)=4.0900. ∑ ∑ 70 ∑ I M P L E M E N TA C I Ó N D E A L G O R I T M O S GENÉTICOS Los algoritmos genéticos de búsqueda se basan en el principio de la teoría evolutiva biológica.7 Esta teoría explica cómo las especies van produciendo individuos con aptitudes cada vez mayores para sobrevivir en condiciones dadas. Bajo este principio se pueden resolver problemas físicos de optimización global. En AG cada individuo es una solución propuesta al problema dado y a través de la selección, reproducción y mutación se generan nuevos individuos, repitiendo el procedimiento hasta que se cumple un criterio de convergencia. Codificación En la naturaleza, las características propias de cada individuo están codificadas en sus genes. Estas características generan la aptitud del individuo para trasmitir sus genes a la siguiente generación. En los AG los genes serán los datos de la solución propuesta y la aptitud será un número real que indique la probabilidad que esta solución sea tomada en cuenta. En la optimización de nanopartículas los genes de cada solución son las posiciones relativas de cada átomo en la partícula y la aptitud será un número inversamente proporcional a la energía, pues las configuraciones con menor energía deben de tener mayor probabilidad de ser seleccionadas. Tamaño de población El primer paso del método AG consiste en generar una serie de estructuras aleatorias y relajarlas por un método de optimización local, con una cantidad fija de átomos. El conjunto de estas estructuras serán la población inicial del método y su número determinará cuantas soluciones habrá en cada generación. El método de optimización local utilizado para la relajación de las nanopartículas, es el método FIRE (Fast Inertial Relaxation Engine)8 debido a su rapidez y fácil implementación. Para buscar el tamaño de población ideal se utilizaron nanopartículas de 13, 19 y 38 átomos en plata. Se trabajó con esta cantidad de átomos debido a que las propiedades geométricas de estas nanopartículas son muy distintas.9 Se realizaron Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos / Enrique Guevara Chapa, et al. pruebas con poblaciones de 10, 20 y 40 individuos, con los mismos criterios de selección y mutación. Se encontró que para poblaciones de 40 el método convergía en menos de 50 generaciones en los sistemas de 13 y 19 átomos encontrando las configuraciones óptimas el 100% de las ocasiones, pero en la nanopartícula de 38 átomos sólo encontraba el mínimo global un 2% de las ocasiones en un promedio de 170 generaciones. Tanto con 10 y 20 individuos se obtuvieron resultados casi idénticos: las configuraciones de 13 y 19 átomos convergen en un promedio de 60 generaciones con una efectividad del 100% en localizar el mínimo global. En la configuración de 38 átomos se logra la convergencia en 230 generaciones con una efectividad del 14% para encontrar el mínimo global. Es por esto que para el diseño final se utilizó una población N=10. Selección Para seleccionar a los individuos de la generación que transmitirán sus genes, es decir a los padres de la siguiente generación, se utilizó la técnica de rueda de ruleta por pares. Esta técnica consiste en asignar una probabilidad de ser escogido a cada individuo en base a su aptitud y en función a esta probabilidad son seleccionados dos padres distintos. Este proceso se repite tantas veces como individuos existan en la próxima generación. La clave para el funcionamiento de este método es generar la aptitud de manera adecuada. La aptitud tiene que ser mayor entre más negativa sea la energía, pero si se define como el negativo de la energía, todas las nanopartículas tendrán prácticamente la misma probabilidad de ser seleccionadas dado que los rangos energéticos son de la misma magnitud. Para poder diferenciar claramente las mejores estructuras y asignarles una probabilidad significativamente mayor de ser escogidas se aumentó la presión selectiva. Esto se logra al elevar a una potencia el negativo de la energía. Se probaron 3 distintas potencias como presión selectiva y se graficaron las probabilidades de cada individuo como se muestra en la figura 1. En esta figura se ve claramente que una potencia de 4 no es suficiente para hacer una distinción significativa entre los niveles de energía y que una potencia de 8 provoca que dos nanopartículas ocupen el 90% de la ruleta, lo cual no es deseable. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Fig. 1. Probabilidades de cada estructura en una generación de ser seleccionado como padres. Las tres corridas son independientes para 20 estructuras de 19 átomos, con potencias distintas en cada corrida. Con la potencia de 6 se marca claramente cuáles son mejores nanopartículas, pero conserva la diversidad genética de la siguiente población. Después de la selección de cada uno de los padres, se reservó el último lugar para el individuo con mayor aptitud. De esta forma se garantiza que los mejores genes se transfieran a la siguiente generación. Al hacer este elitismo se vio una mejora considerable en la efectividad del método. Cruce Cuando los padres hayan sido seleccionados se buscó la forma de combinar los genes para la siguiente generación. Esto se logró al dividir cada una de las estructuras en dos y unir las partes de cada una, cuidando siempre que los hijos tengan la misma cantidad de átomos que los padres. Una vez unidas las partes, se relajan las estructuras y se obtiene un nuevo individuo. Con esta forma de realizar el cruce se pueden obtener dos hijos de dos padres y acelerar el proceso de crear una nueva generación. En la figura 2 se puede ver con exactitud como se realiza este cruce entre dos estructuras. Al hacer esta operación con todos los padres, se crea una nueva generación que debe de tener una aptitud promedio mejor que la anterior, aunque esto no garantiza que tenga individuos mejores y sólo si se usa elitismo se puede garantizar con absoluta certeza que siempre se tendrá a un individuo tan bueno como el mejor de la generación anterior. Mutación Debido a que en el cruce se realiza una relajación que reubica a todos los átomos, por lo que en cada cruce hay un factor de mutación implícito. Sin 71 �Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos / Enrique Guevara Chapa, et al. Fig. 2. Cruce entre dos estructuras de 19 átomos. Se pueden ver en 2(a) y 2(b) a los padres, en 2(c) y 2(d) se ve a los padres después del corte realizado. En 2(e) se muestra la unión de las dos partes, en 2(f) se ve que una de las partes realizó un giro sobre el plano de corte y en 2(g) se ve la estructura final relajada. embargo, esta mutación es muy pequeña y no altera la posición de los átomos lo suficiente como para modificar la geometría total de la nanopartícula, por lo que fue necesario agregar un factor de mutación externa. Esto se obtuvo al rotar sobre el plano de corte a una de las dos partes a unir y de esta forma conservar toda la información que se desea trasmitir y evitar que un gen dominante se trasmita en la misma posición durante muchas generaciones. Esta mutación hace que el número de pasos para encontrar el mínimo global en la estructura de 38 átomos, se reduzca a la mitad. Desestancamiento El último factor que se definió fue el criterio de convergencia y de desestancamiento. El criterio que se decidió implementar fue el siguiente: Si se generan 15 generaciones sin cambiar el mínimo, se cambiará el valor de la potencia que eleva la 72 Fig. 3. Diagrama de flujo de Algoritmos Genéticos. energía de 6 a 4; si el mínimo se conserva por otras 15 generaciones, se cambiará de nuevo el valor de la potencia de 4 a 2; si aún así se conserva el mínimo durante 15 generaciones más, se eliminará la mitad de las estructuras al azar y se introducirá el mismo número de estructuras nuevas, además de que se regresará la potencia a su valor original de 6. Este ciclo se repetirá hasta la tercera vez que se introduzca nueva población. En la figura 3 se puede ver un diagrama de flujo del funcionamiento de los algoritmos genéticos. Se eligió el criterio de 15 generaciones, pues el método converge muy rápido a un mínimo local estable y permanece ahí la mayoría de las veces. En las Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos / Enrique Guevara Chapa, et al. Fig. 4. Energía en cada generación con 19 átomos. corridas de prueba, sin usar el criterio de renovación que ya se mencionó, se encontró que cuando un mínimo para 38 átomos se conservaba durante 15 generaciones, ese mismo mínimo se mantenía durante 100 generaciones el 100% de las ocasiones y durante 200 generaciones el 90% de las veces. Cuando se introdujeron los criterios de renovación el mínimo se mantuvo un 95% después del primer cambio de la potencia reguladora de la presión selectiva, un 90% después del segundo cambio de la misma potencia y un 87% después del tercer cambio. Cuando se introducían las nuevas estructuras, se conseguían nuevos mínimos antes de 15 generaciones en un 50% de los casos. En la figura 4 se ve una corrida típica en la que disminuir la presión selectiva provoca que se salga de un estancamiento. Los pasos de selección, cruce y mutación, se repitieron de forma cíclica hasta que se cumpla un criterio de convergencia. RESULTADOS La versión final de los algoritmos genéticos es con una población de 10, selección por ruleta en pares, presión selectiva variable al elevar la energía a potencias de 6, 4 o 2 según se requiera y con la mitad de la población renovándose cada 45 pasos que el mínimo no cambie. En la figura 5 se ven las gráficas de tres corridas típicas para las distintas cantidades de átomos analizadas. Para todas las corridas se usó la versión R2011a de MATLAB en una PC genérica, con procesador Pentium Dual-Core de 2.70 GHz, 8 GB de RAM y sistema operativo Windows 7 profesional. Se intentó tener la memoria lo más limpia posible todo el tiempo y no correr nunca procesos en paralelo. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 Una vez definidas todas las variables de diseño de AG, se intentó resolver para todos los cúmulos de 2 a 80 átomos de plata. Estos resultados se compararon con los resultados de la corridas bajo las mismas condiciones por el método de Monte Carlo BH.10 Para comparar la efectividad de los métodos mencionados, se calculan 20 corridas independientes de cada uno de ellos y se obtiene la cantidad de veces que se encontró el mínimo global. Los resultados de esta comparación se muestran en el tabla I. La rapidez de los métodos se toma la cantidad de pasos totales en el método Monte Carlo BH y la cantidad de generaciones totales en algoritmos genéticos. La cantidad de pasos de Monte Carlo BH está fija en 1000 para cualquier cantidad de átomos. Calculando el número de operaciones promedio se puede ver que una generación de AG, con población de 10, Fig. 5. Energía en cada generación para 13, 19 y 38 átomos respectivamente. 73 �Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos / Enrique Guevara Chapa, et al. es lo mismo que 10 pasos de BH. Obviamente si los valores de la cantidad de pasos o el número de generaciones son modificados, el porcentaje de efectividad variará. Aunque no se realizó una búsqueda sistemática para encontrar la relación entre efectividad y número de pasos o generaciones, se ha visto que ésta no es una relación lineal y que depende del número de átomos involucrados. Tabla I. Comparación entre el método Monte Carlo BH y algoritmos genéticos MC-BH 74 AG N (%) Pasos (%) Generaciones 20 100 1000 100 117.4000 21 100 1000 100 115.5000 22 100 1000 100 119.4000 23 0 1000 15 147.1500 24 20 1000 5 160.7500 25 80 1000 15 158.2500 26 10 1000 30 146.4000 27 15 1000 10 143.5000 28 25 1000 5 150.5000 29 25 1000 5 167.7500 30 0 1000 0 148.4500 31 0 1000 25 154.4500 32 40 1000 40 160.3500 33 55 1000 15 181.9000 34 0 1000 20 177.7500 35 0 1000 0 163.5000 36 5 1000 0 168.8000 37 60 1000 30 175.3000 38 10 1000 20 168.6000 39 65 1000 10 178.3000 40 60 1000 20 193.2000 41 5 1000 0 189.1000 42 0 1000 0 200.4000 43 20 1000 10 195.3000 44 40 1000 15 178.6000 50 0 1000 0 180.7500 55 65 1000 55 206.9000 60 25 1000 40 242.0000 65 0 1000 0 255.1000 70 0 1000 0 241.3000 75 0 1000 0 190.8000 80 0 1000 0 210.5000 Para todas las estructuras de menos de 23 átomos, encontrar el mínimo global es prácticamente trivial para cualquiera de los dos métodos. Para 23 átomos hay un cambio abrupto en la efectividad de ambos métodos, pasando del 100% en 22 átomos a 0% para BH y 15% en AG, aumentando considerablemente la cantidad de generaciones promedio. En la comparación se nota con claridad que en la mayoría de los casos el método Monte Carlo BH es superior en efectividad a los algoritmos genéticos, además de superarlos en rapidez notablemente en todos los casos. Los casos en los que AG supera a BH en efectividad (N=23,26,31,34,38,60) son geometrías que no están basadas en icosaedros, aunque en geometrías con las mismas características (N=37,39) BH es claramente superior. De hecho no se notan cambios significativos en la efectividad de AG, sino una disminución notable de la efectividad de BH en estas estructuras. Un punto de coincidencia en ambos métodos es su comportamiento en estructuras mayores de 45 átomos, pues ninguno encuentra mínimos globales reportados excepto en sistemas de 55 y 60 átomos. CONCLUSIÓN Haciendo un análisis estructural para los resultados de algoritmos genéticos, se ve que los isómeros más comunes son combinaciones de icosaedros más pequeños, por lo regular de 13 átomos, apilados entre sí. Esta manera de acomodo de las partículas, a veces puede producir estructuras compactas y otras no tanto. Esto tiene que ver con la forma de generar las partículas a base de juntar fracciones de otras partículas. En la tabla I se puede observar que los algoritmos genéticos son mucho más consistentes que el método BH, aunque su porcentaje de efectividad es, por lo regular, bajo. Un ejemplo se ve en la efectividad para la estructura de 38 átomos, en donde se ve claramente que el método BH baja mucho su efectividad debido al efecto de doble embudo que tiene esta estructura en particular,11 mientras que AG mantiene una efectivadad similar a las estructuras de 37 y 39 átomos. Algo que se puede suponer es que el AG funcione particularmente bien en la predicción de partículas modeladas con potenciales truncados, como el potencial Dzugutov,12 que modela el comportamiento Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 �Optimización geométrica de nanoestructuras por el método de algoritmos genéticos / Enrique Guevara Chapa, et al. de partículas en líquidos y genera estructuras icosaedrales apiladas.13 Se podría mejorar el método al rotar a las partículas antes de combinarlas, de modo que coincidan los ejes de inercia principales, aunque encontrar dichos ejes, requiere un esfuerzo computacional adicional a considerar. En general, puede concluirse que el método de algoritmos genéticos no genera mejores resultados que el método de Monte Carlo BH, excepto en estructuras con poca simetría radial. Por esta razón los AG serían una buena opción para predecir estructuras que se sabe a priori o se sospecha que no tienen una simetría radial, o que pueden considerarse como la unión de cúmulos menores, como es el caso de nanoalambres y de partículas de menos de 100 átomos. BIBLIOGRAFIA 1. A. P. Sutton and J. Chen, Long-range FinnisSinclair potentials, Philosophical Magazine Letter 61, 139 (1990). 2. Jonathan P. K. Doye and David J. Wales, Global minima for transition metal clusters described by Sutton-Chen potentials, New Journal of Chemistry 22, 733 (1998). 3. L. T. Wille and J. Vennik, Computational complexity of the ground-state determination of atomic clusters, Journal of Physics A Mathematical General 18, L419–L422 (1985). 4. M. Locatelli and F. Schoen, Global Minimization Of Lennard-Jones Clusters By A Two-Phase Monotonic Method, Tech. Rep. (Universitá di Torino, 1999) citeseer.ist.psu.edu/606053.html. 5. H. Rafii-Tabar and A. P. Sutton, Long-range Finnis– Sinclair potentials for fcc metallic alloys, Philosophical Magazine Letters 63, 217–224 (1991). 6. Yoshitaka Kimura, Yue Qi, Tahir Cagin and William A. Goddard III, The Quantum SuttonChen Many-Body Potential for Properties of fcc Metals, Tech.Rep.(California Institute of Technology,1998) http://citeseer.ist.psu. edu/150963.html. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Vol. XIV, No. 56 7. David E. Goldberg, Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning (Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., Boston, MA, USA, 1989) ISBN 0201157675. 8. Erik Bitzek, Pekka Koskinen, Franz Gahler, Michael Moseler, and Peter Gumbsch, Structural relaxation made simple, Physical Review Letters 97, 170201 (2006). 9. Nazim Dugan and Sakir Erko¸ Genetic algorithms in application to the geometry optimization of nanoparticles, Algorithms 2, 410–428 (2009). 10. Enrique Guevara, Optimización geométrica de nanopartículas metálicas por métodos numéricos, Masters thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León (2009). 11. Jonathan P. K. Doye, Mark Miller, and David J. Wales, The double-funnel energy landscape of the 38-atom lennard-jones cluster, Journal of Chemical Physics 110, 6896(1999), doi:10.1063/1.478595. 12. M. Dzugutov and U. Dahlborg, Molecular dynamics study of the coherent density correlation function in a super cooled simple one component liquid, Journal of Non-Crystalline Solids 62, 131–133(1991). 13. Jonathan Doye and David Wales, Polytetrahedral clusters, Physical Review Letters 86, 5719(2001), doi:10.1103/PhysRevLett.86.5719. 14. Lixin Zhan, Jeff Z. Chen, and Wing-Ki Liu, Monte carlo basin paving: An improved global optimization method, Physics Review E 73, 015701 (2006). 15. Roy Johnston, Thomas Mortimer-Jones, Christopher Roberts, Sarah Darby, and Frederick Manby, Application of genetic algorithms in nanoscience: Cluster geometry optimization, in Applications of Evolutionary Computing, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2279, edited by Stefano Cagnoni, Jens Gottlieb, Emma Hart, Martin Middendorf, and Günther Raidl (Springer Berlin / Heidelberg, 2002) pp. 25–61, ISBN 9783-540-43432-0. 75 �Eventos y reconocimientos I. PRIMER INFORME DEL SEGUNDO PERÍODO DEL DIRECTOR DE LA FIME-UANL El 25 de abril de 2012, el M.C. Esteban Báez Villarreal, director de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL presentó ante la H. Junta Directiva de dicha facultad su primer informe administrativo de su segundo periodo en el cargo. El directivo presentó información sobre su gestión agrupada en los cuatro ejes rectores considerados en el Modelo Administrativo de la FIME: Innovación Académica, Capacidad Académica, Competitividad Académica y Gestión; áreas vinculadas estrechamente a las metas y objetivos planteados en la Visión 2020 de la UANL. El M. C. Esteban Báez Villarreal, director de la FIME-UANL, presentando su informe administrativo correspondiente a las actividades del año 2011. 76 II. RECONOCE LA UANL A PROFESORES Con motivo del Día del Maestro, la Universidad Autónoma de Nuevo León, entregó el 16 de mayo de 2012 reconocimientos por su trayectoria universitaria a 38 distinguidos profesores. La ceremonia fue presidida por el Rector, Dr. Jesús Áncer Rodríguez, acompañado por integrantes de su administración. De las áreas relacionadas con la ingeniería fueron reconocidos los siguientes maestros: 55 años MC Guadalupe Evaristo Cedillo Garza (FIME) 45 años MC Juan Fco. Garza Tamez (FIC) MC Manuel Amarante Rodríguez (FIME) MC Jesús Filomeno García Ramírez (FIME) Ing. Cristóbal García Ramírez (PTAO) 40 años MC Delia María Armendáriz Guerrero (FIME) MC Esteban Baez Villarreal (FIME) MC José Encarnación Castillo Barrera (FIME) MC Francisco Javier Esparza Ramírez (FIME) MC José Homero Estrada Cortinas (FIME) MC Fernando Estrada Salazar (FIME) MC Homero Gómez Zepeda (FIME) MC Arturo R. González Escamilla (FIME) MC María Elena Guerra Torres (FIME) MC Antonio Ibarra García (FIME) M.C. Eulalio Rodríguez Ibarra (FIME) Ing. Leobardo martínez martínez (PTAO) IQ Lázaro Vargas Guerra (PTAO) MSI Gilberto Reyes Barrera (FCFM) Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año. XV, No. 56 �Eventos y reconocimientos El Ing. Guadalupe Cedillo Garza, decano de la FIME-UANL recibiendo de manos del rector de la UANL, Dr. Jesús Ancer Rodríguez, un reconocimiento por su trayectoria docente. Maestros de la FIME-UANL que cumplen 30 años de docentes, acompañados por el director de la facultad, el M.C. Esteban Báez Villarreal. III. RECONOCE LA FIME-UANL A SUS MAESTROS Con motivo de la celebración del Día del Maestro 2012, el viernes 11 de Mayo, la FIME organizó su tradicional desayuno a los maestros durante el cual se hace un merecido homenaje a los profesores. El M.C. Esteban Báez Villarreal, reconoció por su labor docente en esta ocasión a dos catedráticos por 15 años de antiguedad laboral, tres por 20 años, siete por 25 años, nueve por 30 años, dos por 35 años, seis por 40 años, uno por 45 años y uno por 55 años. Estuvo acompañado en el presidium por el M.C. Rogelio G. Garza Rivera, Secretario General de la UANL, y los maestros eméritos: M.C. Guadalupe Evaristo Cedillo Garza, M.C. Fernando Javier Elizondo Garza, M.C. Manuel Amarante Rodríguez y el Dr. José Luis Cavazos García. Los maestros que cumplieron treinta años de labor docente en el 2012 son: M.C. Roberto Álvarez Chavira M.C. Jorge Franco Quintanilla M.C. Enrique Manuel Castillo Hernández M.C. Antonio Luis Galicia Cavazos M.C. Rubén Chávez Castillo M.C. Cesar José García Matar Ing. Florencio Cuellar Salazar Dr. Daniel González González Ing. Joel De León Oviedo M.C. Ronald Víctor López Gómez M.C. Cesar Gerardo Dimas Acevedo M.C. Eleazar Sánchez Hernández M.C. Jesús Eduardo Escamilla Isla M.C. Gustavo Adolfo Silva Reyna M.C. Juan Carlos Flores García M.C. José Trujillo Saldívar M.C. Adriana Flores Vargas Entrega de reconocimientos a profesores de la FIME-UANL por parte del director, M.C. Esteban Báez Villarreal, durante la celebración del Día del Maestro 2012. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 IV. RECONOCIMIENTOS AL MÉRITO ACADÉMICO ESTUDIANTIL Y GRUPO DE LOS 100 El 26 de abril de 2012, en la sala polivalente del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CIDET) de la FIME-UANL se entregaron reconocimientos a los alumnos del Grupo de los Cien, que está integrado por los alumnos con los cien mejores promedios, en esta ocasión del semestre agosto a diciembre 2011. Durante la misma ceremonia se entregaron los reconocimientos al Mérito Académico a los 77 �Eventos y reconocimientos Los alumnos de la FIME-UANL que se hicieron merecedores del reconocimiento al Mérito Académico y a pertenecer al Grupo de los 100, acompañados por autoridades universitarias. alumnos con el más alto promedio de su carrera, al terminar sus estudios de licenciatura. Los jóvenes que recibieron esta distinción fueron: Gisela Anaid Garza Morales IMC 97.90 Luis Miguel Contreras Monrreal IMA 97.44 Alma Lyzzet Suárez Garza IEA 96.29 Jorge Alberto González Santos IME 93.06 Yazmín A. Martinez Arredondo IAS 92.72 Omar Jorge Barba Arato IMT 92.23 V. RECONOCE EL CIMENL A INGENIEROS En un evento celebrado el pasado 23 de junio de 2012 con motivo del Día Nacional del Ingeniero, el Colegio de Ingenieros Mecánicos, Eléctricos y Electrónicos de Nuevo León (CIMENL) reconoció por su trayectoria profesional a diez ingenieros de la localidad. En el evento estuvieron presentes el presidente del CIMENL, Ing. Manuel Fraustro Sánchez, el Secretario de Desarrollo Sustentable, Ing. Fernando Gutiérrez, en representación del gobernador del Estado de Nuevo León. 78 Los recipiendarios de este reconocimiento son: • Dr. Sergio Omar Martínez Chapa (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey) • Ing. Roberto Alberto Mireles Palomares (Universidad Autónoma de Nuevo León) • Ing. Jorge A. Lozano Morales (Universidad de Monterrey) • Ing. Jaime F. Sepúlveda Villarreal (Universidad Regiomontana) • Ing. Ovidio Valdez Aguilar (Universidad del Norte) • Ing. Oscar de Jesús Cisneros Ramos (Universidad Metropolitana de Monterrey) • Ing. José Simón Sánchez Gómez (Instituto Tecnológico de Nuevo León) • Ing. David Jorge García Cavazos (Centro de Estudios Universitarios) • Ing. Juan Jaime Garza de la Garza (Colegio de Ingenieros Mecánicos, Eléctricos y Electrónicos de Nuevo León) • Ing. Enrique Meza Banda (Colegio de Ingenieros Mecánicos, Eléctricos y Electrónicos de Nuevo León) El ingeniero Mireles Palomares, es profesor de la Facultad de Ingneiería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Ingenieros que recibieron el reconocimiento a la excelencia profesional 2012 por el Colegio de Ingenieros Mecánicos Eléctricos y Electrónicos de Nuevo León. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año. XV, No. 56 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL * Marzo - Mayo 2012 Abel Rodríguez Varela, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 02 de marzo de 2012. Hugo Martín de Jesús Ibarra Elizondo, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 2 de marzo de 2012. Marcela del Rocío Rosas del Real, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 2 de marzo. de 2012. Daniel Martínez Beltrán, Maestría en Ciencias de la Ingeniería de Manufactura con especialidad en Automatización, “Implementación general de una celda de manufactura”, 02 de Marzo de 2012. Juan Carlos Treviño Leal, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 5 de marzo de 2012. Marco Antonio Martínez Natividad, Maestría en Ingeniería con orientación en telecomunicaciones, (Examen por materias), 8 de marzo de 2012. Alejandro Torres Ramírez, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 8 de marzo de 2012. Fernando Antonio Vázquez Mata, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 9 de marzo de 2012. Anna Georgina Méndez Valdez, Maestría en Ingeniería con orientación en telecomunicaciones, (Examen por Materias), 9 de marzo de 2012. * Información proporcionada por el Departamento de Titulación y Movilidad Académica del Posgrado, de la FIME-UANL. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 Héctor Castillo Ibarra, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 9 de marzo de 2012. Vicente Antonio Almada Almanza, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con orientación en materiales, “Estudio de bioactividad en aleaciones Co-Cr con superficies foliculares”, 12 de marzo de 2012. Azael Torres Garza, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en materiales, “Fatiga térmica a bajos ciclos en aceros con modificación superficial”, 14 de marzo de 2012. Roel Castañeda Gómez, Maestría en Ciencias de la administración con orientación en Relaciones Industriales, “El proceso de cambio en las organizaciones”, 14 de marzo de 2012. Joaquín Bernardino Alonso Martínez, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Examen por materias), 16 de marzo de 2012. Reynaldo Laureano Álvarez del Castillo, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 16 de marzo de 2012. Yadira Elizelda Morejón Rivera, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 20 de marzo de 2012. Karina Vega García, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 22 de marzo de 2012. Ricardo Mario Montemayor Montemayor, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Examen por materias), 22 de marzo de 2012. 79 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Myriam Patricia Pavón Hernández, Maestría en Logística y cadena de suministro con orientación en Diseño y Análisis, (Examen por materias), 26 de marzo de 2012. Diana Fabiola García Gutiérrez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis y caracterización de nano partículas semiconductoras de PbTe”, 28 de marzo de 2012. Aldo Romero Torres, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de la deformación en la resistencia al impacto de aceros utilizados para la elaboración de componentes automotrices”, 28 de marzo de 2012. Néstor Omar Villalón Juárez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Evaluación micro estructural de superlación ATI 718 plus sometida a diferentes procesos termo mecánicos”, 29 de marzo de 2012. Mario Alberto Bello Gómez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Comparación de diferentes condiciones de tracción frontera por medio de la técnica de elemento de volumen representativo”, 30 de marzo de 2012. Irasema de León Valdez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 19 de abril de 2012. Daniela Ivett González Esquivel, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 19 de abril de 2012. José Ángel Chapa Camacho, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 19 de abril de 2012. Juan Antonio Verdugo Germán, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 24 de abril del 2012. Deyanira Márquez Sosa, Maestría en ingeniería con orientación en Eléctrica, (Examen por materias), 26 de abril de 2012. Horacio Cabello Martínez, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 4 de mayo de 2012. 80 Abraham Paredes Cardona, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 4 de Mayo de 2012. Marco Antonio Pérez Secundino, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 4 de mayo de 2012. María Eugenia Martínez Enríquez, Maestría en Logística y Cadena de suministro con orientación en Dirección y Operaciones, (Examen por materias), 7 de mayo de 2012. José Juan Lozano Villegas, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 16 de mayo de 2012. Rafael de Jesús Morales Rodríguez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis de películas delgadas por métodos físicos de aleaciones con memoria de forma”, 18 de mayo de 2012. Felipe Adrian Lozano Martínez, Maestría en Ciencias con orientación en Ingeniería de Sistemas, “Estudio de la convergencia de una cadena de Markov y su aplicación a la gestión del ganado porcino”, 18 de mayo de 2012. Juan Carlos Martínez Reyes, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con Orientación en Finanzas, (Examen por materias), 21 de mayo de 2012. Diana Isabel Gámez Martínez, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 24 de mayo de 2012. Dagoberto Silva Franco, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Laminación en caliente y frío de aceros al silicio para aplicaciones eléctricas”, 25 de mayo de 2012. Néstor Miguel Cid García, Maestría en Ciencias con orientación en Ingeniería de Sistemas, “Planificación de la producción agrícola y manejo eficiente del agua en un sistema de irrigación”, 25 de mayo de 2012. Rubén Villarreal Rangel, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Examen por materias), 25 de mayo del 2012. Juan Antonio Sánchez González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 30 de mayo de 2012. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año. XV, No. 56 �Acuse de recibo INICIO DE LA TELEFONÍA EN NUEVO LEÓN (1883-1953) MUNDO HVAC&R Dentro de los trabajos desarrollados en el Centro de Información de Historia Regional, de la UANL, el estudio de los medios de comunicación es una de sus líneas de investigación, y en dicho contexto, en junio de 2012, se presentó el libro “Inicio de la telefonía en Nuevo León (1883-1953)” (ISBN: 978-607-433-741-9) escrito por María Teresa Vázquez Hernández. Escrito en tono de divulgación, este libro está formado por 14 apartados que van perfilando aspectos, tan diferentes pero complementarios, como su desarrollo tecnológico, la ampliación en el servicio, contexto histórico y socioeconómico, aspectos legales, etc. Un aspecto que podría mejorarse grandemente en esta obra es la impresión de las imágenes, las cuales son de bajisima calidad. El estudio de los aspectos científico-tecnológicoingenieril en la vida de lo mexicanos del noreste, es algo poco documentado, en forma seria y profesional, por lo que esperamos que este libro despierte el interés de más investigadores en profundizar y escribir sobre la historia tecnológica de México. El libro se puede conseguir en las librerías de la UANL, o contactando al Departamento de Publicaciones de la UANL: publicaciones@seyc.uanl.mx (FJEG) Mundo HVAC&R es una revista especializada de NLG Editoriales que incluye noticias, artículos, presentación de nuevos productos así como comentarios y recomendaciones de expertos en temas relacionados con la calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración. A manera de ejemplo del tipo de información que se presenta se puede tomar el artículo “Tecnologías inalámbricas para el control de edificios” de la revista de junio de 2012, o “Control y monitoreo de sistemas HVAC” de abril de 2012. Estos artículos muestran el interés por reducir el uso de energía partiendo primeramente de saber como se utiliza mientras que los comentarios de los expertos cubren desde aspectos generales hasta detalles de actualidad escritos en un lenguaje claro. En cuanto a los eventos se refiere en particular a los que ocurren en México por parte de las ascociaciones de ingenieros. Esta revista se publica mensualmente en forma impresa en un formato atractivo bien ilustrado y también está disponible en su sitio de Internet ( http://www.mundohvacr. com.mx ), en el que también se puede apreciar información adicional en estilo multimedia. (JAAG) Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 81 �Colaboradores Barbosa Saldaña, Juan Gabriel Doctor en Ingeniería Mecánica egresado de Texas A&M University en Estados Unidos de América en el 2005. Coautor del libro de Termodinámica editado por Grupo Editorial Patria. Es miembro del SNI. Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales (FIME-UANL), postdoctorado en ONERA (Chatillon, Francia). Es investigador SNI I y miembro de la AMC. Actualmente es el Subdirector de Posgrado de la FIME-UANL. De la O Serna, José Antonio Doctor en Telecomunicaciones por la Escuela Nacional Superior de Telecomunicaciones de París, Francia (1982). Entre 1982 y 1986 trabajó en el ITESM. De 1988 a 1993 trabajó en el Politécnico de Yaoundé, Camerún. Actualmente es Profesor Investigador de la UANL. Es miembro del SNI. Jiménez Bernal, José Alfredo Doctor en Ingeniería Mecánica por la Texas A&M University (2004) en Estados Unidos de América. Es Coautor del libro de Termodinámica editado por Grupo Editorial Patria. Es miembro del SNI. García Almazán, Demetrio Ingeniero Mecánico Electricista (2008) y Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia (2011) por la FIME-UANL. Actualmente labora en el Centro Nacional de Control de Energía (CENACE) de la Comisión Federal de Electricidad. Guevara Chapa, Enrique Maestría en Ingeniería Física Industrial por FCFMUANL. Actual estudiante del programa de doctorado en la FCFM-UANL, y profesor en el ITESM. Gutiérrez Torres, Claudia del Carmen Doctora en Ingeniería Mecánica por la Texas A&M University (2004) en Estados Unidos de América. Es Coautor del libro de Termodinámica editado por Grupo Editorial Patria. Es miembro del SNI. Hinojosa Rivera, Moisés Ingeniero Mecánico Administrador, Maestro en Ciencias de la Ingeniería con Especialidad en 82 Juárez Alvarado, César Antonio Ingeniero Civil (1991) y Maestría en Ciencias con especialidad en Ingeniería Estructural (1998) por la Facultad de Ingeniería Civil-UANL. Doctorado en Ingeniería de Materiales (2002) por la FIME-UANL. Estancias de investigación en The University of Applied Sciences, Neubrandenburg, Alemania y en The Ferguson Structural Engineering Laboratory of the University of Texas at Austin, USA. Cuenta con Perfil PROMEP y es miembro del SNI, Nivel I. Ha ganado el Premio de Investigación UANL 2002 y dirigió la mejor tesis de la UANL en el área de Ingeniería y Tecnología en el 2005. Martínez Martínez, Enrique Egresado en 1986 de la facultad de Energética del Instituto Politécnico de Bielorusia en donde además obtuvo el grado de Maestría en Ingeniería, desde entonces ha laborado en la Comisión Federal de Electricidad. Ha sido asesor de la Direcciòn General de CFE, de la Dirección de Operación, y actualmente se desempeña como Subgerente de Análisis de Redes de la Subdirección de Transmisión. Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año. XV, No. 56 �Colaboradores Mejía Rosales, Sergio Doctor en Ciencias (Fïsica) por la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (2010). Asociado posdoctoral en la Universidad de Houston (20002002). Profesor Visitante en la Universidad de Texas en San Antonio (2009-2010). Desde 2003 es profesor de la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la UANL. Es miembro del SNI, y de la Academia Mexicana de Ciencias. Presidente de la Sociedad Mexicana de Materiales (2011-2013). Mendirichaga, José Roberto Maestría en Letras Españolas por la UANL y doctor en Historia por la Universidad Iberoamericana, Campus Ciudad de México. Es profesor de cátedra de la Universidad de Monterrey. Pertenece a la Sociedad Nuevoleonesa de Historia, Geografía y Estadística y a la Sociedad Mexicana de Historia de la Educación. Es miembro del SNI, Nivel I. Morales Contreras, Oscar Adrián Doctor en Ciencias en Ingeniería Mecánica (2011) por la ESIME-IPN. Ha laborado en el Laboratorio de la Unidad Reproductora de Hongos Entomopatógenos del Colegio de Postgraduados y en COREMAN de México S.A de C.V. Morones Ibarra, José Rubén Licenciado en Ciencias Físico Matemáticas por la UANL. Doctorado en Física en el área de Física Nuclear Teórica en la University of South Carolina, USA. Actualmente es catedrático de la FCFMUANL. SNI nivel 1. Puente Ramírez, Norma Patricia Ingeniero Electrónico, graduada de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de San Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 Luis Potosí. Maestra en Ciencias con especialidad en optoelectrónica por el CICESE y doctora en Ciencias por la Universidad Autónoma de Baja California. Desde el 2011 es profesor investigador de la FIME-UANL. Rodríguez Morales, Gustavo Licenciado en Física por la FCFM-UANL Cuenta con maestría y doctorado en ciencias con especialidad en óptica, graduado del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). Desde el 2007 es profesor investigador de la división de posgrado de la FIME-UANL. Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Doctorado por la Universidad Iberoamericana. Es 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. Romero Castañeda, Arturo I. Ingeniero en Electrónica y Automatización (2009), UANL-FIME. Maestría en Ingeniería con orientación en telecomunicaciones (2011), UANL-FIME. Zaid, Gabriel Poeta y ensayista. Ingeniero Mecánico Administrador por el ITESM, Monterrey (1955). Recibió el premio Xavier Villaurrutia (1972). Fue miembro del consejo de la revista Vuelta (19761992) y de la Academia Mexicana de la Lengua (1986-2002). Ingresó en El Colegio Nacional el 26 de septiembre de 1984. 83 �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 que sean validados científicamentre dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen 84 mediciones y se efectúe un análisis de correlación para su validación. No se aceptan protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. 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 cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 12 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, Julio-Septiembre 2012, Año. XV, No. 56 �Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año XV, No. 56 85 �86 Ingenierías, Julio-Septiembre 2012, Año. XV, No. 56 � 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 2012 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 15 Número Número de la revista 56 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Septiembre 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, 2012, Año 15, No 56, Julio-Septiembre 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 01/07/2012 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 2020819 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 Fibras ópticas Reactor Nuclear Rejillas de Bragg Técnica de PIV Vórtice helicoidal