DESARROLLO DE PRUEBAS ELÉCTRICAS A … carpeta/sem divul/2007/daia.pdf · M. C. Arturo Osorio Sánchez** RESUMEN ... Prueba de circuito abierto: VCA = 460 V, ICA = 40 A, PCA = 300

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DESARROLLO DE PRUEBAS ELÉCTRICAS A TRANSFORMADORES USANDO SIMULACIÓN POR COMPUTADORA, COMO SOPORTE PARA LA ENSEÑANZA A

NIVEL LICENCIATURA.

M. C. Rito Javier Rodríguez Lozoya** M. C. Manuel González Solano**

M. C. Arturo Osorio Sánchez**

RESUMEN Este artículo propone el uso de un software de simulación como una herramienta que permita apoyar los conocimientos teóricos y aplicados de un curso de transformadores a nivel de licenciatura. La simulación se hace por medio de MATLAB/ SIMULINK y se describen dos formas diferentes del modelado, la primera formando el modelo del transformador por medio de un diagrama de bloques utilizando las ecuaciones del circuito equivalente, y la segunda utilizando el modelo del transformador de las librerías que este software proporciona, para esto se resolverá un ejemplo de aplicación. INTRODUCCIÓN Los transformadores juegan un papel importante en un sistema eléctrico de potencia, su aplicación permite transportar grandes cantidades de energía eléctrica, en voltajes extremadamente altos y con pérdidas mínimas desde los lejanos centros de generación hasta el usuario final, con niveles de voltaje reducidos y seguros de manejar. Es por esto que en las carreras a nivel de licenciatura en áreas comunes a la licenciatura en Ingeniería Eléctrica, es obligatorio un curso de transformadores. Para la simulación de transformadores se puede utilizar un software especializado, actualmente se cuenta con una gran cantidad de paquetes en el área de ingeniería que se pueden utilizar para la simulación de Máquinas Eléctricas, por ejemplo, MATCHAD, PSIM, MULTISIM, etc., aquí se prefiere el uso de MATLAB ya que es de muy fácil acceso para los estudiantes, además de que la mayor parte de los textos relacionados con estos temas utiliza MATLAB. El software MATLAB-SIMULINK [1], se utiliza en la sección de modelado en dos formas diferentes: Utilizando las ecuaciones de un transformador monofásico y metiendo estas ecuaciones en una secuencia lógica de un sistema con entradas y salidas. La otra parte de la simulación se utiliza las librerías de SIMULINK para desarrollar dos simulaciones que son muy comunes en las prácticas de laboratorio [2]. En la siguiente sección se comparan los resultados obtenidos y al final se presentan las conclusiones. OBJETIVOS Y METAS Los objetivos son, primero proponer un modelo de un transformador monofásico por medio de MATLAB/SIMULINK que se pueda utilizar pueda utilizar para simular prácticas de transformadores tanto monofásicos como trifásicos. El segundo es resolver un ejemplo de aplicación por método analítico y después utilizar un transformador trifásico de las librerías de SIMULINK para solucionar el mismo problema. La meta es obtener en la simulación propuesta, resultados confiables, bastante aproximados a los valores obtenidos en forma analítica.

** División Académica de Ingeniería y Arquitectura

297

MATERIALES Y MÉTODOS Simulación utilizando diagrama de bloques de SIMULINK. En esta sección, se describirá el arreglo para el cual se implementan las ecuaciones de voltaje y enlaces de flujo en una simulación por computadora. Hay, por supuesto, más de una forma de implementar la simulación del transformador aún cuando se utilice el mismo modelo matemático [3]. Se toma como referencia el circuito equivalente del transformador [4], tal como se muestra en la figura 1. La resistencia en devanados primario y secundario se representa por las resistencias r1 y r2, donde se originan caídas de tensión (i1 r1 e i2 r2) y las pérdidas resistivas en devanados. El efecto magnético del flujo de dispersión en cada devanado se representa por las reactancias x1 y x2. La rama en paralelo se denomina rama de magnetización y se compone por: la reactancia magnetizante XM originada por flujo mutuo resultante φM en el núcleo y se forma por la acción conjunta de las corriente i1 y i2 en devanados y la resistencia de magnetización RC o resistencia de pérdidas eléctricas en el núcleo. Las ecuaciones para este transformador son:

)4()3(

)2()1(

22212122121111

2222

1111

iLiLiLiL

dt

driv

dt

driv

+=+=

+=+=

λλ

λλ

Donde: v1 y v2 son, respectivamente, los voltajes instantáneos en las terminales de devanados primario y secundario del transformador, en volts. i1 e i2 son, respectivamente, las corrientes instantáneas de devanados primario y secundario del transformador, en amperes. λ1 y λ2 representan los enlaces de flujo en devanado primario y secundario del transformador, en amperes vuelta.

r1 jx1 r2 jx2

jXM RC

+

-

v1 v2

Figura 1. Circuito equivalente completo de un transformador monofásico

298

L11 y L22 son las inductancias propias de cada devanado del transformador, en Henrys. L12 = L21 es la inductancia mutua, en Henrys. El desarrollo de una simulación de un transformador dos devanados utiliza como entrada el voltaje en las terminales de ambos devanados y produce como salidas las corrientes de esos devanados. Con las ecuaciones (1) a (4), se puede modelar al transformador para simulación, ordenando estas cuatro ecuaciones en una secuencia tal como se muestra en la figura 2, metiendo cada ecuación en un block function [1], para armar la secuencia. Simulación utilizando las librerías de SIMULINK. Para representar la simulación, se utilizará el modelo del transformador trifásico de la librería SimPower Systems, para desarrollar las pruebas de circuito abierto y de corto circuito de un transformador trifásico que permitirá obtener de manera indirecta los parámetros de su circuito equivalente por fase. Se describen de manera breve estas dos pruebas. La prueba de circuito abierto. Esta prueba se realiza aplicando el voltaje nominal al devanado primario, dejando el otro devanado del transformador en circuito abierto, con esto se logra que la corriente del devanado que se deja en circuito abierto sea igual a cero, y que la corriente en el devanado primario sea solamente el equivalente a la corriente de magnetización que es de muy pequeña magnitud en condiciones de estado estable, por lo que tiende a despreciarse. Con esto, las corrientes que producen las pérdidas en devanados (P = i2 r) son cero. Como el flujo magnético está en función del voltaje aplicado, el flujo en el núcleo es máximo, y las pérdidas en el núcleo son las únicas que se toman en cuenta en esta prueba. Se colocan medidores de voltaje (VCA), corriente (ICA) y potencia trifásica (PCA) al realizar esta prueba, para determinar la resistencia por pérdidas eléctricas en el núcleo y la reactancia de magnetización, utilizando las siguientes ecuaciones [5]:

Figura 2. Diagrama de bloques en SIMULINK que representa la simulación de un transformador monofásico de dos devanados.

299

Para determinar la admitancia del transformador, se utilizan las lecturas obtenidas en la prueba para voltaje (VCA e ICA), y con la lectura de potencia (PCA), se determina el factor de potencia, con esto se puede determinar la parte real e imaginaria de la admitancia que representa los valores del núcleo del circuito equivalente.

)7(||);6();5(|| MCCACA

CACA

CA

CA

CACA jBGYY

IV

PCosfp

V

IY −=°∠==== θθ

Donde GC representa la conductancia de las pérdidas por corrientes parásitas e histéresis y BM, es la suceptancia de núcleo, entonces los valores de RC y XM, se obtienen por

)8(11

m

M

C

CjB

jXyG

R −==

Prueba de corto circuito. En esta prueba se conecta el secundario en corto circuito y se aplica al primario un voltaje de excitación apenas el suficiente para provocar en los devanados del secundario una corriente de igual magnitud a la nominal del transformador. En estas condiciones, el flujo en el núcleo se despreciará por lo que las pérdidas en núcleo se consideran cero. En cambio, la corriente en devanados primario y secundario se tiene corriente máxima, y la potencia medida en los wattmetros se debe a las pérdidas en devanados. Las ecuaciones que se utilizan son: Para determinar la impedancia del transformador, se utilizan las lecturas obtenidas en la prueba para voltaje y corriente (VCC e ICC), y con la lectura de potencia (PCC), se determina el factor de potencia, con esto se puede determinar la parte real e imaginaria de la impedancia que representa los valores la rama en serie del circuito equivalente.

)11(||);10();9(|| eqeqCCCC

CCCC

CC

CC

CC

CC jXRZZIV

PCosfp

I

VZ +=°∠==== θθ

Donde Req y jXeq representan la resistencia y la reactancia de dispersión equivalente, referida al lado del transformador en que se haya hecho la prueba. Para los diagramas de estas pruebas, ver [4] y [5]. Para el ejemplo teórico de las pruebas de circuito abierto y corto circuito, se utilizará el ejemplo 2.18 de la página 109 de la referencia [5], para un banco de tres transformadores de distribución de 25 KVA, cada uno, 60 Hz, 2300/460 V, conexión Delta Estrella, durante la prueba se obtuvieron los siguientes datos: Prueba de circuito abierto: VCA = 460 V, ICA = 40 A, PCA = 300 W, aplicados al lado de bajo voltaje. Prueba de corto circuito: VCC = 161 V, ICC = 125 A, PCC = 2500 W, aplicados al lado de alto voltaje. Al hacer los cálculos de acuerdo a ecuaciones (5) a (11), se obtiene el circuito equivalente del transformador, mostrando los parámetros del circuito en valores por unidad.

300

RC,pu jXM,pu

jXeq,pu Req,pu

Figura 3. Circuito equivalente simplificado del transformador, especificando valores en por unidad.

De los cálculos efectuados, se obtienen en por unidad los siguientes valores para los parámetros del circuito equivalente de la figura 3. Req,pu = 0.0125; jXeq,pu = 0.0588; RC,pu = 79.5; jXM,pu =22.9. En las figura 4 se muestra la simulación con SIMULINK de la prueba de circuito abierto. Así mismo, la figura 5, muestra el diagrama en SIMULINK para la prueba de corto circuito, en ambas figuras se muestran los valores obtenidos al correr la simulación.

Figura 4. Diagrama de bloques en SIMULINK, simulando la prueba de circuito abierto en un transformador trifásico y mostrando los valores obtenidos en la corrida.

301

RESULTADOS En figuras 4 y 5 se muestran las simulaciones para la prueba de circuito abierto y corto circuito, respectivamente, la comparación de los resultados obtenidos de de forma analítica y los obtenidos en la simulación se dan en la tabla 1.

Tabla 1. Comparación de valores de circuito equivalente obtenidos

Req, pu Xeq, pu RC, pu XM, pu

Valor calculado 0.0125 0.0588 79.5 22.9 Valor en simulación 0.01276 0.057124 79.485 22.9

% de error 2.59 2.89 0.018 0.0 DISCUSIÓN Una de las ventajas de la simulación por computadora es que se pueden obtener parámetros que en las pruebas reales son difíciles de obtener o que requieren de campo muy costoso y sofisticado, un ejemplo, para el caso específico de las máquinas eléctricas, sería la medición del flujo en devanados, esta se puede obtener en la simulación, integrando el flujo inducido en cada devanado, o como en el caso de la figura 2, directamente de la salida de los enlaces de flujo, donde se pueden obtener de forma gráfica las ondas del flujo magnético en cada uno de los devanados.

Figura 5. Diagrama de bloques en SIMULINK, simulando la prueba de corto circuito en un transformador trifásico y mostrando los valores obtenidos en la corrida.

302

CONCLUSIONES De los resultados obtenidos en la simulación, se concluye que son confiables de acuerdo a los valores obtenidos por métodos tradicionales, por lo que la simulación por computadora representa una buena alternativa para mejorar la enseñanza de la ingeniería. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SimPowerSystems for Use with SIMULINK, User´s Guide, MatWorks, Inc., Natick, MA, 2002 Wildi, T y De Vito, M. J. "Experimentos con Equipo Eléctrico”. Editorial Limusa México. Ong, Ch. M., “Dynamic Simulation of Electric Machinery Using Matlab/Simulink” Editorial Prentice Hall 1997 Fitzgerald, A. E., Kingsley, Ch., Umans, S. D. ”Máquinas Eléctricas” 6ª Edición, Mc Graw Hill. Chapman, S. J. “Máquinas Eléctricas”. 3ª Edición, Mc Graw Hill 2000.

303

COMPORTAMIENTO DEL ACERO GALVANIZADO EN UN AMBIENTE MARINO COSTERO DE TABASCO

M. C. Ebelia del Ángel Meraz**

M. C. Dora Maria Frías Márquez** Dr. Rosinei Batista Ribeiro***

Ing. Sandra Córdoba Hernández** Ing. Margarita Rodríguez Zetina**

RESUMEN A las condiciones atmosféricas de un ambiente marino costero de Paraíso, en el estado de Tabasco se expusieron muestras de acero galvanizado, de acuerdo a la norma ASTM G1 e ISO 8565 con el fin de estudiar su proceso de corrosión. Se realizó un registro mensual de los contaminantes principales del aire (SO2 y Cl-) de acuerdo a la norma ISO 9225. Para la determinación de la, velocidad de corrosión del acero galvanizado se utilizó la norma ISO 8407 Los resultados muestran una categoría de agresividad corrosiva para el acero galvanizado expuesto en este ambiente de C4 considerada alta de acuerdo a la norma ISO 9223:92. INTRODUCCIÓN Se estima que en un país industrializado los gastos de corrosión, por pérdidas de estructuras metálicas, son del orden del 2 al 3% del producto nacional bruto. [1] La mayor parte de las estructuras que se encuentran en servicio en condiciones ambientales, donde están sometidas al proceso de corrosión atmosférica. La corrosión atmosférica es el deterioro de todos los materiales que se exponen a la atmósfera (intemperie), a consecuencia de su interacción con los eventos meteorológicos que prevalecen en un ambiente y aunado a las contaminaciones procedentes de las industrias o del mar. Los principales factores que determinan la caracterización de una atmósfera son; el tiempo de humectación (TDH), que es el tiempo en el cual la superficie metálica permanece húmeda y se determina correlacionando el complejo temperatura (T) y humedad relativa (HR) del aire, así mismo el nivel de impurezas corrosivas de la atmósfera que aceleran la corrosión (la velocidad de deposición del NaCl y el SO2, principalmente). [2] Según la norma ISO 9223 el tiempo de humectación consiste en el período durante el cual la superficie del metal está cubierta por una película de electrolito, capaz de causar la corrosión atmosférica. [3] Es por lo tanto, que este tiempo se considera como el tiempo real durante el cual ocurre la corrosión. El valor de TDH depende del tipo del clima de la zona geográfica y la categoría de la localización del sitio de interés. La corrosión de los materiales metálicos es un factor importante sobre todo en atmósferas marinas costeras, debido a que la infraestructura metálica es fuertemente impactada por la


*** Profesor-Investigador, Cuerpo de Ciencias de Materiales, Universidad de Lorena, Sao Paulo, Brasil

304

presencia del los cloruros (NaCl), que se depositan en la superficie metálica por deposición seca y posteriormente son disueltos en la capa húmeda formada sobre el metal durante el tiempo de humectación, promoviendo reacciones de corrosión del mismo.[4,5,6] La deposición de los cloruros está determinada por la ubicación geográfica y topográfica del lugar, en combinación con la distancia a la costa, la velocidad y dirección del viento.[7]

La corrosión atmosférica se constituye en un gran problema, que se traduce en pérdidas económicas enormes, debido a que la mayoría de los equipos y construcciones metálicas durante su servicio están sometidas a la intemperie.

Ante la magnitud del problema se hace indispensable el estudio conducente a un mejor conocimiento de los factores que influyen en la corrosividad de la atmósfera, con lo cual se pueden perfeccionar o descubrir mecanismos de protección que redunden en ahorros significativos.

En el estado de Tabasco, existe poco material publicado que trate algún estudio sobre la corrosión atmosférica del acero galvanizado.en ambientes marinos. Tabasco posee las condiciones óptimas para que se lleve a cabo dicho fenómeno, por sus condiciones climáticas. En este trabajo de investigación va encaminado a dar inicio al estudio de la corrosión atmosférica, en un clima tropical húmedo marino costero como es el caso de Paraíso, Tabasco

OBJETIVO

Determinar la categoría de agresividad corrosiva del acero galvanizado de acuerdo a la norma ISO 9223:92 al ser expuesto en una atmósfera marina costera del clima tropical húmedo de la región de Paraíso, Tabasco. MATERIALES Y MÉTODOS

Las muestras de acero galvanizado (100 x 150 x 0.95 mm) se colocaron en estantes fabricados de aluminio en un ángulo de inclinación de 21º con respecto a la horizontal y una orientación hacia el sureste. Fueron ubicadas en condiciones atmosféricas a 1500 m de la orilla del mar (en el techo de una casa) y a una distancia de 1000 m de la Región Marina Suroeste del Distrito de Dos Bocas (PEMEX_Región Marina) El procedimiento para la exposición de las muestras está basado en la norma ASTM G1 e ISO 8565 [8,9,10].

Durante la exposición de las muestras de acero galvanizado, se realizaron análisis mensuales de las velocidades de deposición de cloruros (NaCl) y bióxido de azufre (SO2), siguiendo la metodología de la norma ISO 9225:92 [11], con los dispositivos candela húmeda y plato de sulfatación, respectivamente.

La evaluación de la velocidad de corrosión de las muestras de acero galvanizado, se determinó utilizando la técnica gravimétrica (pérdida de masa), de acuerdo con la norma ISO 8407 [12]. Se retiraron tres muestras y un testigo respectivo a los 2, 4, 6, 8 y 12 meses

305

durante el periodo de ensayo, para estudiar la cinética del desarrollo del proceso de corrosión atmosférica del acero galvanizado en el ambiente de Paraíso.

RESULTADOS

En la Figura 1 se representan los valores promedios de pérdidas de masas del acero galvanizado, expuestas en el ambiente marino a los 2, 4, 6, 8 y 12 meses (4 de septiembre de 2004 al 4 de septiembre de 2005). Se puede observar que con el avance del tiempo la pérdida de masa de Zn en las muestras de acero galvanizado, presenta un comportamiento lineal, con un coeficiente de correlación R = 0.99. Estas pérdidas (Y), como función del tiempo (X) se puede describir por la siguiente ecuación de regresión lineal, la cual fue analizada con un software estadístico [15].

Y = A + B X. donde Y es la pérdida de masa (g/m2); X es el tiempo de exposición de las muestras (días); A es una constante (≈ 1.23), B es la pendiente de las líneas, cuyo valor (≈ 0.037 g/m2día) representa la aceleración del proceso de corrosión en el ambiente de ensayo, en dependencia de los parámetros climáticos y contaminantes características. La diferencia entre los datos experimentales y el ajuste es de 0.0036 (error estándar),

0 50 100 150 200 250 300 350 400

123456789

10111213141516

Atmosféra marina costera

experimental ajuste

Pérdida de masa (g/m

2

)

Tiempo de exposición (días)

Figura 1. Pérdida de masa de las muestras de acero galvanizado en relación al tiempo de exposición en el ambiente de Paraíso, Tabasco

306

El comportamiento de los contaminantes se muestra en la Figura 2 en función de las velocidades mensuales de deposición del SO2 y NaCl con respecto al período de evaluación de septiembre 2004 a septiembre del 2005

0

20

40

60

80

100

120

Co

nta

min

ante

s

(mg

/m2.d

ía)

Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep

Meses del ensayo(2004-2005)

Contaminantes en Paraíso SO2 (mg/m2.día)

NaCl (mg/m2.día)

Figura 2. Velocidades mensuales de deposición de SO2 y NaCl (mg/m2.día) de la atmósfera marino costera de Paraíso, Tab.(2004-2005)

DISCUSIÓN En varios estudios se ha encontrado que en ambientes contaminados el acero galvanizado exhibe una relación lineal en el primer año de exposición [3-7]. La relación lineal, indica que la velocidad de formación de la capa protectora (óxidos/hidróxidos) y su interacción con el medio ambiente sufre modificaciones, transformándose en una película no protectora, disolviéndose parcialmente con el tiempo, incluyendo su remoción física de la superficie del metal, dando la posibilidad para un nuevo desarrollo de la corrosión del zinc. El alto valor anual del tiempo de humectación de la superficie metálica (categoría de agresividad t5, según ISO 9223:92), que se desarrolla principalmente en rango de temperaturas entre 20-25ºC [13-14] en el caso del clima tropical húmedo de Tabasco, ha posibilitado el desarrollo de corrosión acelerada y pérdidas de masa de Zn anualmente en el orden de 2.02 µm/año. De esta manera, al clima marino costero de Paraíso se le puede asignar la categoría de agresividad C4 (alta), según ISO 9223:92 [3]. Se observan en la Figura 2 las velocidades de deposición de SO2 con respecto los meses del ensayo, el rango de deposición para este contaminante fue de 9.12 a 31.80 mg/m2.día, las categorías de agresividad son muy bajas (P0) y bajas (P1) según la norma ISO 9223:92. En el caso del NaCl en la Figura 2 se observa que en relación al SO2, este contaminante se encuentra en mayor cantidad, los rangos de deposición de este contaminante fueron de 72.11 a 117.70 mg/m2.día, la categoría de agresividad del NaCl es alta (S2), de acuerdo a la norma ISO 9223:92. El depósito de partículas salinas sobre la superficie metálica acelera su corrosión, en el caso de los cloruros pueden dar lugar a productos de corrosión solubles en lugar que fácilmente son removidos en los períodos de lluvia [15].

307

CONCLUSIONES El alto valor anual del tiempo de humectación de la superficie metálica (categoría de agresividad t5, según ISO 9223:92), que se desarrolla principalmente en rango de temperaturas entre 20-25ºC, ha posibilitado el desarrollo de corrosión acelerada y pérdidas de masa de Zn anualmente en el orden de 2.02 µm/año. De esta manera, al clima marino costero de Paraíso se le puede asignar la categoría de agresividad C4 (alta), según ISO 9223:92. Las categorías de agresividad, basadas en el contaminante SO2 depositado en las muestras de ensayo, son muy bajas (Po) a bajas (P1 ), en el caso del NaCl presentan categorías de agresividad alta (S2), de acuerdo a la norma ISO 9223:92. La pérdida de masa de zinc debido a la corrosión atmosférica de este metal en clima marino costero se puede describir con una ecuación de tipo lineal Y =1.22 + 0.037 *X ±0.0036 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Corrosividad Atmosférica (MICAT-MÉXICO), Compiladores Mariaca L., Genesca J., Uruchurtu J., Hernández L., Primera Edición, México, D.F., 1999. Shreir, L. L., Jarman, R. A. and Burstein, G. T., eds. Corrosion, Vol.1, Metal / Environment reactions, 3rd Edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, U.K., 1994 SO 9223:92 “Corrosion of Metals and Alloys. Classification of Corrosivity of Atmospheres”, International Standards Organization, 1992. Feliu, S., M. Morcillo, y B. Chico. “Efecto de la distancia al Mar”. NACE Internacional 1999. Veleva L., Kane R., Atmospheric Corrosion (Chapter 2.2), in Vol.13A Corrosion: Fundamentals, Testing and Protection, S. D. Cramer and B. S. Covinio, Editors, ASM International, OH, 196 (2003). Graedel, J.E. “Corrosion Mechanisms for Zinc Exposed to the Atmosphere”. J. Electrochem. Soc. 136, 4 pp. 193C-203C, 1989. Veleva L. and Maldonado L., Classification of atmospheric corrosivity in humid tropical climates, British Corrosion Journal, 33, 53 (1998). Maldonado L. and Veleva L., Corrosivity category maps of a humid tropical atmosphere: The Yucatan Peninsula, México, Materials and Corrosion, 50, 261 (1999). ASTM G1: Preparing, Cleaning and Evaluation Corrosion Test Specimens, ASTM 1991. ASTM G50: Conducting Atmospheric Corrosion Test on Metals, ASTM 1991. ISO 8565, “Corrosion of Metals and Alloys, Atmospheric Corrosion Testing General Requirements for Field Tests,” International Organization For Standardization, Geneva, Switzerland, 1992 ISO Standard 9225:92 “Corrosion of Metals and Alloys, Corrosivity of Atmospheres. Measurement of Pollution, (Geneve: ISO, 1992). ISO 8407:91, “Corrosion of Metals and Alloys Removal of Corrosion Products from corrosion Test Specimens”, International Organization for standardization, Geneve, 1991. Manuel Acosta, Lucien Veleva, Ebelia del Ángel, Análisis del Complejo Temperatura-Humedad Relativa del Clima Tropical en el Golfo de México y su Influencia sobre la Corrosión Atmosférica del Zinc, Congreso Latinoamericano de Corrosión 2006, [Fortaleza.Brasil ] Ebelia del Angel Meraz, Lucien Veleva, “Estudio de la disolución del zinc runoff en el clima tropical húmedo del Golfo de México”, XX Congreso Nacional de la

308

Sociedad Mexicana de Electroquímica (22 al 27 de mayo del 2005, Puente de Ixtla, Morelos). Memorias del Congreso, Trabajo en extenso No. Ecorr 6, ISBN 970-9911-01-05, 2005. Software estadístico STATGRAPHICS PLUS.

309

SIMULADOR DE ARRITMIAS CARDIACAS

M. C. Eddy Rabanales Márquez**

L. C. Rubén Armando González García***

RESUMEN La presente publicación muestra el diseño de un software basado en MATLAB para simular trazos electrocardiográficos, previamente almacenados en una computadora, y transferirlos eléctricamente, hacia un desfribilador, a través del puerto de audio de la PC. Se plantea utilizar el software como apoyo en la capacitación de primeros auxilios en el campo de la cardiología. Los padecimientos considerados son: arritmia sinusal, asistolia, bradicardia sinusal, complejo ventricular prematuro, fibrilación auricular, fibrilación ventricular, flutter, paro sinusal, ritmo idioventricular, ritmo idioventricular acelerado, taquicardia auricular, taquicardia sinusal y taquicardia ventricular. INTRODUCCIÓN Las enfermedades cardiacas (enfermedad no infecciosa) son la principal causa de mortandad en los países industrializados, además han adquirido, cada vez, mayor importancia en las naciones en vías de desarrollo. Para la detección de las afecciones cardiacas se utiliza comúnmente el electrocardiógrafo. Este obtiene y registra la actividad eléctrica del corazón, al que se le llama trazo electrocardiográfico o comúnmente electrocardiograma (ECG). Los electrocardiogramas reflejan la evolución de los niveles de voltaje en las partes del corazón a lo largo del tiempo; y la correcta interpretación permite detectar tempranamente muchas afecciones. El proceso de interpretación de los ECG por parte de un medico, está basado en la observación y medición de las diferentes partes del trazo; por tal razón es importante que el médico tenga experiencia y una sólida capacitación en la interpretación de los ECG. Para ayudar a la formación de médicos en el área de cardiología se plantea auxiliarse de una computadora, para que esta permita al instructor generar un trazo y transferirlo al desfibrilador para que el aprendiz observe dicho trazo y ejecute alguna acción sobre un maniquí; inmediatamente el instructor podrá evaluar la acción y generar una nueva onda que manifieste la reacción del paciente. Este planteamiento genera un ciclo de aprendizaje formado por el desfibrilador, aprendiz y maniquí; el cual está supervisado por el instructor apoyado en el simulador. OBJETIVOS Y METAS

310

Profeso

Estudiant

Maniqu

Desfibrilad

Figura 1. Esquema de

funcionamiento del simulador

El objetivo del presente trabajo es diseñar e implementar un programa de computadora (software) que permita generar las formas de onda, correspondientes a arritmias cardiacas, y que las transfiera hacia un desfibrilador por medio del puerto de audio de la PC. Una meta importante es crear una base de datos de diferentes trazos para cada uno de los siguientes padecimientos: arritmia sinusal, asistolia, bradicardia sinusal, complejo ventricular prematuro, fibrilación auricular, fibrilación ventricular, flutter, paro sinusal, ritmo idioventricular, ritmo idioventricular acelerado, taquicardia auricular, taquicardia sinusal y taquicardia ventricular. En la figura 1 se muestra el esquema de funcionamiento del simulador. El propósito es que el profesor supervise el procedimiento de práctica-aprendizaje del alumno y utilice la computadora para generar las ondas electrocardiográficas que aparentemente respondería el maniquí acorde a las acciones del aprendiz. MATERIALES Y MÉTODOS La herramienta y objeto principal de este proyecto es la computadora; y como software de desarrollo se plantea el uso del lenguaje C; sin embargo las primeras pruebas se realizarán en MATLAB. Otro dispositivo de gran utilidad para el proyecto es el osciloscopio, este permitirá visualizar los trazos del ECG generado por la PC. Disponer de un desfibrilador es costoso, por esta razón se plantea el uso del osciloscopio, en sustitución del desfibrilador. Para concretar el objetivo de este proyecto se planea desarrollar las siguientes acciones:

� Colectar diversos trazos de ECG para cada padecimiento.

� Digitalizar las formas de onda correspondientes a cada padecimiento � Normalizar cada trazo � Diseño y programación del software.

� Pruebas y mediciones con el osciloscopio.

Se pretende tener varios trazos para cada padecimiento. Los trazos se obtienen de casos reales, se escanean y se preprocesan digitalmente como una imagen, se vectorizan y finalmente se procede a normalizarlos. El proceso de vectorización consiste en obtener la información en la imagen (pixeles) de la curva y convertirla en coordenadas (tiempo, intensidad). Por otra parte, la normalización consiste en hacer un mapeo del rango de valores de la intensidad de la curva a un rango entre -1 y 1 con el objetivo de homogenizar los valores de todos los trazos. La estrategia para transferir las señales de la PC al desfibrilador consiste en utilizar el puerto de audio de la PC. De esta forma se pueden acceder a dos canales (izquierdo y derecho)

311

function V = Vectoriza_EKG(Archivo)

[IM, MAP] = imread(Archivo, 'GIF');

Colores = (MAP(:,1) == 1) & (MAP(:,2) == 0) &

(MAP(:,3) == 0);

Clr = find(Colores);

R = (IM == Clr(1)-1);

%image(R); colormap([1 1 1;0 0 0]);

Tam = size(R);

for i=1:Tam(2)

k = find(R(:,i));

if(k~=NaN)

Indx(i) = mean(Tam(1) - k);

else

if(i>1)

Indx(i) = Indx(i-1);

else

Indx(i) = 0;

end

end

end;

%Delimita la linea isoelectrica y el valor

maximo

%Busca las marcas en negro en la ultima

columna de la matriz

Colores = (MAP(:,1) == 0) & (MAP(:,2) == 0) &

(MAP(:,3) == 0);

Clr = find(Colores);

R = find((IM(:,Tam(2)) == Clr(1)-1));

if(length(R)~=2)

disp('Se detecto incoherencia en las

marcas negras');

Max = max(Indx);

Cero = min(Indx);

else

Max = Tam(1) - R(1);

Cero = Tam(1) - R(2);

end;

V = (Indx - Cero)./Max;

dlmwrite(strcat(Archivo,'.txt'), V', '\t');

Figura 2. Rutina en MATLAB que vectoriza y normalice una

imagen correspondiente a un ECG digitalizado

propios del puerto de sonido; con esto se logra transferir hasta dos trazos al mismo tiempo. Los trazos a considerar son los basados en la derivación II de un ECG. Mediante el uso de un osciloscopio, se analizará las señales de salida del simulador y se comparará con las señales del desfibrilador. RESULTADOS Hasta el momento se ha logrado obtener un trazo para cada padecimiento, en su versión escaneada, vectorizada y normalizada. La rutina en MATLAB que vectoriza y normaliza las imágenes escaneadas del ECG se muestra en la figura 2. Esta rutina recibe el nombre del archivo en formato GIF y retorna un vector que contiene todos los puntos del trazo. La imagen de entrada debe estar en colores preestablecidos y tener marcas en color negro para facilitar que la rutina pueda encontrar el inicio y el fin del trazo. Las pruebas con respecto a la transferencia de la señal por medio del puerto de sonido se basan en la manipulación del puerto por medio de los comandos de MATLAB: analogoutput(‘winsound’), addchannel() y start(). El proyecto aun no ha terminado, pero se han hecho pruebas exitosas en las cuales se transfiere las señales al osciloscopio. Falta integrar las diversas rutinas y concretarlas en un sistema final. DISCUSIÓN

312

Las pruebas realizadas han sido exitosas: � Los trazos de ECG se reproducen con una excelente fidelidad debido a que la

resolución del las interfaces de sonido de las PCs es muy superior a la resolución usada en los desfibriladores.

� El desempeño del sistema es adecuado para reproducir los trazos sin retardos ni

discontinuidades, lo cual es muy importante para simular el funcionamiento del corazón.

Sin embargo, aun es necesario abordar la solución de una problemática muy importante, relacionada con el “volumen” del puerto de sonido. El volumen o amplitud de la señal de sonido, debe ser calibrado con precisión para cada interface de sonido de manera individual, ya que de este controla, de manera global, la amplitud de los trazos reproducidos. El problema se agudiza un poco más si tenemos en cuenta que diversas aplicaciones hacen uso simultáneamente del sistema de audio, incluyendo al mismo sistema operativo, para enviar señales y avisos a los usuarios. Existen varias posibles soluciones, las cuales aun van a ser estudiadas y probadas, para elegir la más adecuada. CONCLUSIONES Hasta el momento, se está finalizando la etapa de las pruebas preliminares del desarrollo del sistema. Estas pruebas han corroborado la completa factibilidad de desarrollar el sistema propuesto. Después de concluir completamente esta fase de pruebas, se procederá al diseño de la interface de usuario y a la implementación del sistema completo. La versión final del sistema, será desarrollada en lenguaje C, el cual se espera que ofrezca un rendimiento aun mejor, a cambio de una mayor complejidad para el desarrollador. Al concluir el desarrollo del sistema, este será sometido a diversas pruebas, en dos niveles diferentes:

� Pruebas a nivel eléctrico, para corroborar la precisión de los trazos generados � Pruebas de aplicabilidad, para comprobar la utilidad real que el sistema desarrollado

pueda tener en el entrenamiento de los médicos y los paramédicos. Creemos que el sistema desarrollado será, directa o indirectamente, de mucha utilidad, para una gran cantidad personas. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Martín Rosas-Peralta, Fause Attie, “Enfermedad cardiovascular. Primera causa de muerte en adultos de México y el mundo”, Vol. 77 Número 2/Abril-Junio 2007:91-93. ATTIE F, ROSAS M, PASTELIN G, “Pasado, presente y futuro de la cardiología”, Arch Cardiol Mex 2006; Supl. 2: 48-56. SODI PALLARES D., “New bases of electrocardiography”, St Louis MO. The C V Mosby Co.,1956: 404 DE MICHELI A, MEDRANO GA, BISTENI A, SODI PALLARES, D., “Aspectos electro y vectocardiográficos del infarto experimental asociado a bloqueos de rama incompletos”, Libro conmemorativo del Centenario de la Academia Nacional de Medicina de México. México, 1964; II: 62-68. DE MICHELI A, MEDRANO GA, SODI PALLARES D., “Bloqueo incompleto de rama izquierda asociado a infarto del miocardio. Estudio experimental electro- vectocardiográfico”, Arch Inst Cardiol Mex, 1965; 35: 567–587. A de Micheli,* A Aranda,* Gustavo A Medrano, “Aspectos eléctricos de la asociación de miocardio inactivable y bloqueos tronculares de grado intermedio”, Archivos de cardiología de Mexico, Vol. 77 Número 1/Enero-Marzo 2007:67-73. The MathWorks, “MATLAB 6.5 User manual”, 2006.

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REMOCIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO5) DE UN EFLUENTE DE LA INDUSTRIA AZUCARERA

M. I. María Juana García Marín ** C. D. Miguel .Ángel .Hernández Rivera **

M. A. Tito Arenas Álvarez ** M. C. María de los Ángeles Olan Acosta **

ING. María Eugenia Ojeda Morales **

RESUMEN La industria azucarera mexicana, por lo general descarga su agua residual a los ríos, creando un problema por la aportación de contaminantes orgánicos. Considerando la problemática se dio inicio a un estudio, por medio de un lecho de carrizos (Phragmites australis), para la remoción de estos, medida como la Demanda Bioquímica de Oxígeno, que genera el Ingenio “Santa Rosalía” de Cárdenas, Tabasco. Se construyo el lecho en un recipiente de diámetro inferior y superior de 0.50 m, profundidad 0.80 m, densidad de rizomas 15, medios filtrantes de grava diámetro 0.005-0.015 m y arena 0.001-0.008m. Se analizaron los parámetros de DBO5, pH y Temperatura al agua residual. Los valores que se determinaron fueron, la DBO5 3210 - 6745 ppm, pH 6.55 - 7.30, Temperatura 38-42°C. A través del lecho se hizo pasar el flujo de agua residual de 13 ml min-1, 26 ml min-1 y 39 ml min-1 esto es con la finalidad de observar su comportamiento y obtener el óptimo. Se determino DBO5 encontrando una eficiencia de remoción del 52% con un flujo de 13 ml min-1 y un tiempo de residencia de 2.3 días. Se concluye que este tratamiento es viable, utilizándolo como complementario. INTRODUCCIÓN El método de tratamiento de aguas residuales de origen industrial por medio de carrizo (Phragmites australis), también reciben el nombre de humedales construidos, wetlands, método de la zona de raíces (MZR) ó entramado de raíces, los cuales utilizan plantas acuáticas. En México desde 1990 se realizó a escala piloto el uso de Phragmites australis para aguas residuales municipales, y posteriormente a escala real (Rivera y Calderón, 1991), encontrando una eficiencia de remoción del 60 a 70% de materia orgánica evaluado como Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día (DBO5). También se ha estudiado que las raíces de estas plantas proporcionan oxígeno para la oxidación de azúcares, removiendo hasta un 80% de la DBO5, después de un año de estabilidad (Schumann, 1991). Los problemas que presenta un ingenio con respecto al desecho de aguas, no únicamente son materia inerte, sino que representa una fuente importante de población bacteriana puesto que están presentes algunos organismos del suelo con cantidad apreciable de sólidos remanentes, esto último es debido a que el agua residual es conducida por un canal abierto llamado dren, hasta desembocar a un cuerpo receptor. En nuestro estudio sus aguas son de proceso de fabricación, sanitarias, de limpieza y mantenimiento. Las situaciones de control de contaminación en los ingenios son temporales debido a que esta industria es de tipo discontinuo, con un trabajo intensivo de


315

24 horas diarias, durante un período comprendido entre 60 y 100 días al año (Sans y Ribas, 1999). Obteniendo la mayor extracción del azúcar y generando una mayor descarga de aguas residuales durante la temporada de la zafra. OBJETIVOS Y METAS Objetivo general. Implementar un reactor con plantas de carrizos, para remover la materia orgánica, de las aguas residuales del ingenio azucarero, durante el período de zafra (6 meses). Objetivos específicos.

� Diseñar y construir un reactor biológico para un sistema de tratamiento de plantas emergentes, en un mes

� Caracterizar las aguas residuales del ingenio, aplicando las técnicas de American

Public Health Association (APHA): método potenciométrico (4500), método visual con termómetro (2550), DBO método de incubación por diluciones 20°C, 5d (5210), DQO método titulométrico, reflujo abierto (5220), durante los 6 meses.

� Determinar la remoción de materia orgánica medida como DBO5 en el reactor, en 6

meses. MATERIALES Y MÉTODOS Se diseño un sistema siguiendo las recomendaciones de dimensionamiento que, comúnmente reportan los diseñadores de sistemas de tratamiento de aguas residuales usando plantas emergentes (Reed, 1987; Ranjáni y Col., 1997; Kickuth, 1977). Las unidades que componen al equipo son: Un tanque de una aleación de fierro y latón cuya capacidad es de 200 litros, utilizando 100 litros y la parte inferior que mide 1.0 m fue utilizado como base de soporte. De la parte inferior del tanque hacia la parte superior a una altura de 0.05 m se tiene una llave de 0.0254 m de diámetro a la cual se le colocó otra de 0.01905 m de diámetro y finalmente de 0.0127 m, posteriormente se le inserto una manguera de plástico de 0.50 m de longitud no flexible, a la cual se le hicieron perforaciones alrededor y a lo largo de la manguera, de tal forma que esta esparciera el agua residual en todo el lecho de carrizo y graduando la salida del agua se tuvo el flujo deseado de 13 ml min-1. Para el lecho de raíces se acondicionó un tanque de fierro. En la parte inferior del reactor a una altura de 0.04 m de la base hacia la parte superior, se le colocó una llave de salida de 0.001875 m de diámetro, donde el efluente saldrá hacia un colector, el dimensionamiento de la cama de lecho fue realizado de acuerdo a Kickuth. Los medios filtrantes que se utilzaron fue de grava y arena basándose en Ranjani y col. (1997). Se procedió a colocar los carrizos en 5 recipientes de plástico, se manejo este número de recipientes para poder tener alternativas de uso, las dimensiones de los recipientes fueron: diámetro inferior de 0.5 0 m y un diámetro superior de 0.50 m con una altura de 0.8 0 m, se introdujeron en cada recipiente las 15 cañas, se les agrego agua de la llave la cantidad de 50 litros diarios durante 3 días en lo sucesivo se les agrego agua residual 20 litros diarios durante 5 días que se observo la adaptación de las mismas ya que estas crecieron y empezaron a surgir nuevas plantas y hojas, estas se mantuvieron erguidas y sumergidas debido a que se mantenían unidas por las raíces ya que se

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encontraban entretejidas. Posteriormente se pasaron al reactor donde se llevo a cabo el estudio. Se determinaron los parámetros de la calidad del agua, basados en las técnicas analíticas APHA (1992). Los análisis fueron realizados en el laboratorio. Se tomaron 2 muestras por cada mes correspondientes a la zafra, para analizar los parámetros de pH, Temperatura y Demanda Bioquímica de Oxígeno. La remoción de la materia orgánica se determinó mediante los parámetros de la Demanda Bioquímica de Oxígeno. Se tomaron 20 litros del efluente procedentes de la cachazera y se agregaron al reactor, previamente filtrados (se hizo pasar el agua a través de una tela de manta para su filtración), determinando los parámetros de entrada y salida de la DBO5 durante 90 días para determinar la estabilización. Se seleccionaron tres flujos de agua que son: 13 ml min-1, 26 ml min-1 y 39 ml min-1 para observar su comportamiento y obtener el óptimo. Se tomaron 100 litros del efluente procedentes de la cachazera y se agregaron al tanque de alimentación, previamente filtrados. En seguida se graduó la salida del agua de este tanque para que cumpliera con el flujo estimado, se continuaba con pasar el agua al reactor, en forma de flujo vertical. El muestreo se realizó cada 6 horas. Nuevamente se repitió el experimento y así sucesivamente analizando cada seis horas hasta que se alcanzo la remoción aceptable. Después que se comprobó la estabilidad del reactor, se tomaron tres muestras cada 6 horas, de entrada y salida, la última muestra se utilizó para determinar el porcentaje de remoción de materia orgánica del sistema, medida como DBO5 efectuándose el análisis para el flujo seleccionado. RESULTADOS Los resultados de los análisis que se le practicaron a las aguas residuales del ingenio azucarero, durante la zafra, se encontraron los siguientes valores: la temperatura del agua residual, oscila entre 38 y 42°C, De igual forma el pH se mantiene en un rango entre 6.5 y 7.3. La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), se encuentra en un rango que oscila entre 3210 y 6745 mg l-1, Se encontró que la estabilidad del reactor se logró cuando el parámetro de la la DBO5 se obtuvo una remoción del 52% en 72 días,. En cuanto a la temperatura después de pasar por sistema, presenta los siguientes valores 37-40°C. El pH oscilo entre un rango de 6.5-7.3. La determinación del flujo se fijo en función del diseño del reactor por lo que se consideraron los tres flujos que son: 13, 26 y 39 ml min-1 obteniéndose un tiempo de residencia de 3.13, 1.06 y 0.71 días. Los flujos anteriores se seleccionaron con la finalidad de realizar varias corridas y determinar la estabilidad del reactor así como también alcanzar el óptimo de remoción de la DBO y de esta manera fijar el flujo más conveniente, la selección del flujo de acuerdo al porciento de remoción de la DBO, fue el de 13 ml min-1. De igual forma se hizo para obtener la estabilización del reactor es decir se realizaba la corrida con el F1 y se tomaban muestras cada 6 horas hasta que por medio de la determinación del DBO se observaba la estabilización del reactor. De esta forma se repitió para los otros dos flujos. Los resultados demuestran que el flujo fue el 13 ml min-1 de mayor remoción.

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DISCUSIÓN De acuerdo con Canter (1998), menciona que al aumentar la temperatura en los cuerpos de agua aumenta la velocidad de multiplicación bacteriana hasta un máximo de 28°C siempre y cuando el medio ambiente sea favorable y exista una cantidad suficiente de alimento. En nuestro caso las aguas residuales contienen una gran cantidad de alimento (materia orgánica), originando de esta manera un alto valor de DBO y como se observa las temperaturas son más altas que la mencionada por Canter (1998), de tal forma que al desecharlas a un cuerpo receptor ocasiona un impacto, generando con ello el florecimiento de bacterias. En cuanto el valor de la temperatura que se encuentro después de pasar por el sistema de tratamiento se observó que bajo muy poco esto implica que esta agua casi se mantienen constantes sus valores y puede deducirse que difícilmente bajarían sus valores ya que la tempera ambiente que prevalece oscila entre 30-40°C. En cuanto al pH se deduce que este se encuentra en un punto cercano a la zona neutral (7), por lo se considera que en cuanto a este parámetro no afecta a los cuerpos receptores. Los valores de la DBO son muy altos si los comparamos con las Normas Oficiales Mexicanas (NOM-001-ECOL-1996) que estipula un valor máximo permisible de 60 mg l-1, observaremos que estas están fuera de la Norma, el rango que presenta esta agua según EPA (1990) ocasiona la muerte de especies acuáticas y causa malos olores. La remoción que se alcanzo fue baja sin embargo Schumann (1991) señala que el período de estabilización del reactor biológico fue de un año removiendo un 80% de la Demanda Química de Oxígeno en la oxidación de azúcares, mientras que en este estudio el período de estabilización fue de 3 meses. CONCLUSIONES Del estudio realizado, se aprecia que el sistema de tratamiento empleado puede utilizarse como una alternativa de saneamiento de aguas residuales industriales procedentes de los ingenios azucareros, es viable utilizándolo como un tratamiento complementario, es decir se puede utilizar como tratamiento secundario ó también conocido como tratamiento de pulido, el cual queda demostrado que remueve la materia orgánica que se encuentra en las mencionadas aguas. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

American Public Health Association, American Water Works Association, Water Pollution Control Federation. (1992). Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. Ediciones de Santos, S.A. Madrid, España. 17 edición. pp 2-76, 4-180, 4-114, 5-2, 5-12, 9-78. Apha, Awwa Wpcf. Brix, H. (1994). Wastewater treatment in constructed wetlands: Sytem designre, moval process, and treatment perfomance. In: Constructed wetlands for water quality improvement, Moshiri, G. Ed. Lewis publishers, Florida, U.S.A. pp 9-22. Canter, L. W. (2000). Manual de Evaluación de Impacto Ambiental. Técnicas para la elaboración de los estudios de impacto. 2ª edición. Ed. Mc Graw Hill. España. pp 231 y 235. Comité de la agroindustria azucarera y la financiera nacional azucarera, S.A. 10, enero, 2002. Programa hidral. URL:http//www. Programa-hidral/1995-200/pma089/html.

318

Helene y Bertrand. (2004). El tratamiento de aguas residuales mediante sistemas vegetales. Land y Scape Series. México D.F. Kickuth, R. (1977). Degradation and incorporation of nutrient from rural wastewater by plant rhizosphere under limnic condition. In Utilization of manure by land spreading. Comon. Of the Europ. Communities, EUR 5672, London. pp 335-343. Norma Oficial Mexicana (NOM-CCA-002-ECOL/ 1993). Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria productora de azúcar de caña. Diario Oficial. Norma Oficial Mexicana (NOM-001-ECOL-1996). Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales. Diario Oficial. Ranjani, K.; Kneidinger, C.; Ríos, R.; Salina1s, N.; Durán, B. (1997). El uso de Macrofitas acuáticas soportadas en arena y grava para el tratamiento de aguas residuales agroindustriales. En Tercer Seminario Internacional de experto en tratamiento de Efluentes Industriales y Residuos. 3-9 de abril. Facultad de Química. Universidad Nacional Autónoma de México. México, D.F. pp 252-256 es considerada de alto valor

319

EL EMPRESARIO DE LAS MICRO Y PEQUEÑAS EMPRESAS

M. A. María del Carmen Sandoval Caraveo** M. A. Norma Aguilar Morales***

M. A. Edith Georgina Surdez Pérez***

M. S. I. Alva del Rocío Pulido Téllez**

RESUMEN Estudiosos interesados en conocer las capacidades que le permiten al empresario dirigir a sus empresas, han realizado interesantes investigaciones empíricas que proporcionan datos relevantes que pueden ser utilizados por los empresarios, ya que éstos pueden encontrar factores positivos que guíen su actuación y de esta manera mejorar el desarrollo de su empresa. En lo referente al trabajo docente, dichas investigaciones aportan elementos significativos para retroalimentar a los programas de estudios de las asignaturas que tienen relación con el tema estudiado. INTRODUCCIÓN El presente trabajo es una revisión de investigaciones realizadas en México y en otras ciudades en torno al empresario de la micro y pequeña empresa, el cual comprende una parte del marco teórico del proyecto de investigación “El empresario administrador de pequeñas empresas industriales consolidadas en Villahermosa Tabasco: Sus capacidades y retos.” OBJETIVOS Y METAS Conocer las investigaciones que se han realizado con anterioridad para obtener información valiosa que muestre cuáles son los factores que predominan en el desempeño del empresario de la micro y pequeña empresa. MATERIALES Y MÉTODOS Se hizo una revisión en libros, revistas e Internet para recopilar la información. Posteriormente se analizó e identificó aquellos trabajos que se consideraron de mayor relevancia y que nos proporcionaron datos importantes para el proyecto a realizar. RESULTADOS A continuación se dan a conocer los resultados de investigaciones llevadas a cabo respecto al empresario de las micro y pequeñas empresas. (Rodríguez; 1999: 221) “Propuestas de alternativas viables para potencializar

** División Académica de Ingeniería y Arquitectura. *** División Académica de Ciencias Económico-Administrativas.

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estratégicamente las micro y pequeñas empresas en el estado de Tabasco 1988, con el enfoque de la nueva cultura empresarial”. En esta investigación se estudian las características socioeconómicas del empresario para determinar su perfil y concluye que el micro y pequeño empresario trata de apoyarse de todos los instrumentos y técnicas actuales, que realiza una planeaciòn a corto plazo (táctica) y no una proyección a largo plazo (estratégica); su pensamiento sigue siendo una mezcla de intuición y algo de experiencia en la formación de los negocios. En la investigación “Mitos y saberes sobre el empresario de las micro, pequeñas y medianas organizaciones” expuesto por De la Rosa (2005:97): El empresario de la micro, pequeña y mediana organización es quien marca el rumbo de la misma, es multifunciónal, puede contar o no con capacidad emprendedora y gerencial, su nivel educativo es relativamente alto, se caracteriza por una visión empresarial a corto plazo, es más intuitivo que analítico, puede ser reactivo o proactivo, expresa autoritarismo respecto a las decisiones que definen el quehacer de la empresa, antepone sus intereses personales a los de su empresa, se caracteriza por una falta de compromiso social, débil tradición asociativa y por la resistencia a trabajar en equipos y a compartir oportunidades de riesgo. (Acevedo; 2002) Realiza una investigación denominada “La cultura del empresario y su relación con la permanencia y crecimiento de las micro y pequeñas empresas en los distritos de Centro, Etla y Tlacolula en el estado de Oaxaca (2000-2002) en la que habla del trabajo del empresario y de las características que debe de asumir, las cuales considera que son las siguientes: pasión por el negocio, tenacidad a pesar del fracaso, confianza en sus habilidades y su concepto de negocios; autodeterminación y auto motivación; manejo del riesgo, abierto al cambio y a la innovación, orientación al detalle y al perfeccionismo; percepción del manejo del tiempo; hábil para reconocer oportunidades que otras personas no ven, capacidad de ver el “todo” mientras que otros solo ven las partes. (Montenegro / García; 2005: 78-79) Reporte de investigación de tesis: “Perfil o tipología del microempresario del sector turismo de Ferreñafe, 2005”. Los autores identifican que en este sector las características del microempresario son: Cumplimiento de los contratos, busca oportunidades y tiene iniciativa, conoce las necesidades de sus clientes, tiene capacidad para tomar decisiones en situaciones normales o de riesgo, exige eficiencia y calidad, tiene una actitud constante por conocer información que aumente sus oportunidades, es persistente, planifica pero no revisa sus planes para tomar en cuenta los resultados obtenidos, casi no fija metas y objetivos que tengan significado personal, no identifica riesgos ni mide oportunidades, no mantiene relaciones cordiales recíprocas y cálidas con su entorno, así como también no establece redes de contacto con distintas personas; no posee el convencimiento de que es capaz de realizar con éxito una tarea o elegir un enfoque adecuado para resolver un problema. (Castro; 2002: 80-84) Proyecto de título “Estudios sobre el perfil del empresario agrícola GTT de la quinta legión y metropolitana”. Las conclusiones a las que llegó este autor en su investigación son las siguientes: son empresarios agrícolas modernizados porque están muy ligados a los mercados y utilizan tecnología en los procesos productivos; están relacionados y poseen contratos con empresas exportadoras; no solo tienen la empresa rural sino que tienen inversiones en otras áreas de la economía como la comercial e industrial; existe apatía muy marcada hacia las encuestas y estudios económicos – sociales que los involucren; hay un claro predominio de empresarios nacionales; tienen menos de 64 años y predomina en esta actividad el sexo masculino; cuentan con estudios superiores técnicos o universitarios; todos lo encuestados en promedio llevan mas de una década como empresario agrícola y mas años de experiencia en la agricultura; un grupo importante de los encuestados están dedicados exclusivamente a la agricultura; mas de un tercio de los empresarios no piden créditos para financiarse por lo que un 75% señaló no tener deudas,

321

esto se debe a que en el sector existen factores no controlables como el climático que hace más difícil a sus empresarios acceder a créditos; la motivación económica no fue la más importante a la hora de decidirse por empezar la empresa, sino más bien el desarrollo personal; el estudio revela el perfil de un empresario que toma riesgos, cree que su gestión personal como empresario es un punto fundamental para el éxito de la empresa; cree en sí mismo y por lo tanto confiesa que los éxitos y fracasos en su vida dependen de su esfuerzo y no de la suerte; tienen la capacidad de integrar su amor por el campo con la visión de negocio de su empresa. CONCLUSIONES De acuerdo a los diversos estudios consultados, podemos concluir que los investigadores han encontrado tanto factores positivos como negativos en la actuación de los empresarios. Dentro de los factores positivos es posible mencionar los siguientes: Utiliza la intuición y experiencia en la formación de los negocios, dirige, es multifunciónal, nivel educativo relativamente alto, autoridad respecto a las decisiones, pasión por el negocio, tenacidad, confianza en sus habilidades, abierto al cambio, holístico, iniciativa, exige eficiencia y calidad entre otras. Dentro de los factores negativos se menciona que utiliza planeación a corto plazo y no a largo plazo, antepone sus intereses personales a los de su empresa, falta de compromiso social, planifica pero no revisa resultados, casi no fija metas, se resiste a trabajar en equipo, no mantiene relaciones cordiales con su entorno y otras más. Es posible identificar en la revisión de las investigaciones realizadas en las ciudades de México, Chile y Perú, que existen similitudes en el comportamiento del empresario de las micro y medianas empresas. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Acevedo, Martínez Jorge Antonio, La cultura del Empresario y su relación con la permanencia y crecimiento de las micro y pequeñas empresas en los distritos de Centro, Etla y Tlacolula en el Estado de Oaxaca. (2000-2002), Hitos de Ciencias Económico Administrativas, UJAT, Año 8, No. 20, Enero-Abril 2002. Castro Bascuñàn, Sebastián Alberto. Estudio sobre el perfil del empresario agrícola GTT de la quinta región y metropolitana. Facultad de agronomía e ingeniería forestal, Pontificia Universidad Católica de Chile, 2002. Covarruvias Isaias, Emprendedores y empresarios: un enfoque institucional, Contribuciones a la Economía. www.eumed.net- Collins Jim y PORRAS Jerry E., Empresas que perduran. Principios de Compañías triunfadoras, Editorial Norma, 1995. E. Lloyd, Shefsky. Los emprendedores no nacen, se hacen, Editorial Mc Graw Hill, 1999. De la rosa Alburquerque Ayuzabet La micro, pequeña y mediana empresa en México: sus saberes, mitos y problemática, en revista Iztapalapa, Año 20, Núm. 48, Enero-Junio, México, 2000 De la Rosa Alburquerque Ayuzabet Hacia la emergencia de un nuevo objeto de estudio: la micro, pequeña y mediana organización, en revista Iztapalapa, Año 25, Núm. 56, Enero-Junio, México, 2004. De la rosa Alburquerque, Ayuzabet, Et. Al., Comportamiento organizacional

322

individuo y pequeñas organizaciones: Elementos para su análisis a partir de un caso de estudio, Reflexiones Economía y Políticas Públicas, Órgano de difusión del Colegio de Posgraduados del CIDE A.C., México, 2005. Lambing Peggy y KUEHL Charles, Empresarios pequeños y medianos, Editorial Prentice Hall, México 1998. Montenegro, Sandoval Yaruska del Milagro / García, Távara Anita. Perfil o tipología del microempresario del sector turismo de Ferreñafe, 2005”, Universidad Señor de Sipán, Perú, 2005. Rodríguez, Reyes Tomasa, Propuestas de alternativas viables para potencializar estratégicamente las micro y pequeñas empresas en el estado de Tabasco 1988, con el enfoque de la nueva cultura empresarial, tesis de maestría, UJAT, 1999.

323

IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO HIDROLÓGICO DE PARÁMETROS DISTRIBUIDOS EN LA CUENCA DEL RÍO TACOTALPA.

M. I Leobardo Alejandro Quiroga** M. C Víctor Hugo Guerra Cobián***

M. I Enrique Campos Campos** Est. Francisco Magaña Hernández**

RESUMEN En los estudios hidrológicos es frecuente la utilización de modelos que posibilitan la cuantificación de los diferentes procesos que tienen lugar en el ciclo del agua. Sin embargo, no todos los modelos que se describen son operacionales, dado que muchos de ellos están en fase de investigación, hasta que no se compruebe su utilidad para proporcionar un adecuado conocimiento del proceso de la escorrentía. La modelación matemática de cuencas hidrologías se emplea para tratar una amplia gama de problemas de los recursos ambientales y de agua. En el presente trabajo se realiza la modelación hidrológica del proceso lluvia-escurrimiento de la cuenca del río Tacotalpa (México). Para esta modelación se utilizó el modelo hidrológico distribuido CEQUEAU, la evaluación de los resultados se realizó con base en criterios gráficos y el criterio numérico de Nash con los que cuenta el modelo CEQUEAU. INTRODUCCIÓN Los fenómenos hidrológicos son extremadamente complejos y es posible que nunca se les entienda en su totalidad. Sin embargo, en ausencia de un conocimiento perfecto, pueden representarse en forma simplificada por medio del uso de modelos matemáticos. Un modelo matemático es la representación simplificada, de un sistema complejo por medio de una expresión analítica. En un modelo es posible distinguir dos tipos de parámetros que caracterizan al sistema físico: aquellos que son posibles medir (superficie, pendiente, rugosidad, etc.) y aquellos que son conceptuales los cuales representan las características de la cuenca (capacidad de retención y almacenaje, constantes de infiltración y precolación, etc.). Se analizará la cuenca hidrológica del río Tacotalpa localizada en el estado de Tabasco y parte de Chiapas. Se implementa el modelo hidrológico distribuido CEQUEAU, el cual se desarrolló en el Instituto Nacional de la Investigación Científica-Agua (INRS-EAU) de la Universidad de Québec, Canadá, para reproducir el escurrimiento de una cuenca. CEQUEAU es un modelo hidrológico de parámetros distribuidos; donde la cuenca es dividida en superficies elementales o cuadros, lo cual le permite al modelo calcular los caudales en cualquier cuadro y tener en cuenta las variaciones espacio temporales de las características fisiográficas. El modelo consta de una función de producción y una de transferencia. La función de producción, se refiere al modelado del flujo vertical del agua (la lluvia, la evapotranspiración, la infiltración, etc.), y la llamada función de transferencia, analiza la transferencia del flujo en la red de drenaje y tiene en cuenta la influencia de

** División Académica de Ingeniería y Arquitectura. *** Facultad de Ingeniería de la UANL.

324

lagos, ciénegas así como de instalaciones artificiales tales como presas, derivaciones, etc. En la Figura 1 se muestra la zona estudio.

OBJETIVOS Y METAS

Implementar un modelo hidrológico de parámetros distribuidos en la cuenca hidrológica del río Tacotalpa, localizado en el Estado de Tabasco y parte de Chiapas.

� Obtener la información necesaria para la implementación del modelo. � Implementar el modelo hidrológico distribuido CEQUEAU para la cuenca del río

Tacotalpa.

� Calibrar y validar el modelo CEQUEAU. MATERIALES Y MÉTODOS Sobre las cartas topográficas El5D31, El5D32, El5D33, El5D41, El5D42, El5D43, El5D51, El5D52 y El5D53 en escala 1:50000 editadas por el INEGI, se delimito el área de la cuenca del río, siguiendo los puntos de mayor nivel topográfico (Divisoria o Parteaguas), envolviendo los escurrimientos hasta la ubicación de la estación hidrométrica Tapijulapa. Para la implementación del modelo CEQUEAU, el modelo requiere de 4 archivos; archivo de datos fisiográficos (*.PHY), archivo de datos de la cuenca (*.BV), archivo de datos hidrometeorologicos (*.DHM) y archivo de parámetros y opciones del modelo (*.PAH).

%U

N

EW

S

500 0 500 1000 Kilometers

%U

Republica MexicanaRed Hidrográfica

%U Estación Hidromética Tapijulapa Cuenca del río Tacotalpa

Figura 1. Zona de estudio.

325

Para obtener el archivo de datos fisiográficos (*.PHY), se discretiza la cuenca, con una malla de cuadros de 1km. por 1km., la malla es numerada en el eje de las abscisas y ordenadas y cada cuadro se identifica por una coordenada (I,J).Cada cuadro puede ser subdividido en un máximo de cuatros subáreas o parcelas, definidas por las letras a,b,c,d, esta subdivisión se realiza en base a los parteaguas internos en cada cuadro, para así poder indicar el sentido de los flujos o escurrimientos de cada cuadro hacia el cuadro vecino. Una vez realizado esto se prepara el archivo TPJ.PHY; el cual se compone de los sentidos de flujo, porcentaje de superficie de cada parcela, la altitud en m.s.n.m. de la esquina sur-oeste (esquina inferior izquierda) de cada cuadro y así como el porcentaje de superficie ocupados por lagos, bosques y ciénegas. El archivo de datos de la cuenca (*.BV) se obtendrá de las cartas topográficas escala 1: 50 000, y se compone del cuadro y código en que se encuentra la estación hidrométrica (salida de la cuenca), el área de la cuenca en km2, el número de estaciones hidrométricas adicionales a modelar los datos de ubicación en cuadros de cada una de las estaciones hidrométricas adicionales (estaciones ficticias), así como su área en km2, estos datos forman el archivo TPJ.BV. El archivo de datos hidrometeorológicos (*.DHM), contiene los nombres de las estaciones meteorológicas (climatológicas) e hidrométricas. Con ayuda del software ERIC2 (Extractor Rápido de Información Climatológica) se obtuvieron los datos de las estaciones meteorológicas y con el software BANDAS (Banco Nacional de Aguas Superficiales) se obtuvieron los datos de las estaciones hidrométricas. Una vez terminada la consulta y extracción de datos, se prepara para cada estación meteorológica un archivo (*.EMT) con los datos de precipitación, temperaturas máxima y mínima, y para cada hidrométrica un archivo (*.EHD), conteniendo la información de los caudales. Los archivos *.EMT y *.EHD forman el archivo de datos hidrometeorológicos (TPJ.DHM). Por ultimo se prepara el archivo (*.PAH) el cual contiene los parámetros y opciones usados por el modelo, dichos parámetros se obtienen del proceso de calibración y validación. El archivo (TPJ.PAH) se divide en 3 partes, la primera parte contienes las opciones de simulación, en la segunda partes se encuentran valores que afectan toda la cuenca objeto de la simulación (valores Globales), y la tercera parte corresponde a la identificación de las estaciones meteorológicas y la ubicación de cada una.Ya preparados todos los archivos se procede a la calibración y validación del modelo. La calibración del modelo puede ser de dos formas: manual utilizando la técnica de prueba y error, o utilizando la función de optimización automática con que cuenta el modelo. En este caso se utiliza la técnica de prueba y error, partiendo de los parámetros del ejemplo de la cuenca EATON del ejemplo del manual del usuario del CEQUEAU. La calibración consiste en asignar valores a los parámetros conceptúales y la validación consiste en la verificación de los diferentes parámetros del modelo una vez calibrados, utilizando datos de entrada diferentes a los considerados en la calibración del modelo. Para la validación del modelo se realiza la simulación en el periodo de 1990 a 1999 en la cuenca del río Tacotalpa. RESULTADOS La simulación de los caudales de la cuenca del río Tacotalpa hasta la estación hidrométrica Tapijulapa se realizó con los caudales medios diarios de 1965 a 1999. El período de calibración del modelo fue de 1965 a 1990 y el período de validación de 1990 a 1999. Puede observarse una elevada correspondencia entre los caudales observados y

326

calculados, y algunas pequeñas sobreestimaciones en los caudales picos calculados por CEQUEAU-ONU (Figura 1).

La Tabla 1 muestra el resumen de resultados de la modelación hidrológica efectuada en la cuenca del río Tacotalpa.

DISCUSIÓN

El agua es uno de los recursos fundamentales para la vida en la tierra, siendo el componente básico de los ciclos ecológicos. Una evaluación de la cantidad y calidad del agua disponible es un prerrequisito para el desarrollo y administración del recurso hídrico, ya sea para el propósito de suministrar agua a la población, la agricultura, la industria o la producción de energía. El uso de lo modelos hidrológicos es indispensable hoy en día, ya que son utilizados para analizar los aspectos de cantidad y calidad de agua dentro de una cuenca. La modelación

Periodo Calibración Validación

Lamina observada en mm. 1020.1* 1188.3*

Lamina calculada en mm. 1052.6 1071.8

Caudales medios observados en m3/s. 102.75* 119.69*

Caudales medios calculados en m3/s. 106.03 107.96

Nash del periodo 0.9544 0.9011

Nash global 0.965

Tabla 1. Resultados de la modelación hidrológica.

Figura 1. Caudales-Interanuales Cuenca del río Tacotalpa.

327

del escurrimiento se ha convertido en un elemento importante en la planificación y la gestión del suministro de agua y de sistemas de control, así como en el suministro de servicios y de alertas. La selección de un modelo para una situación hidrológica específica tiene repercusión en la planificación, el desarrollo y la gestión de los recursos hídricos.

CONCLUSIONES La modelación hidrológica es una herramienta indispensable para la evaluación de los recursos hídricos en una cuenca y el uso de modelos distribuidos permite conocer y predecir la distribución de caudales tanto en el espacio como en el tiempo. En la modelación hidrológica de la cuenca del río Tacotalpa se implemento el modelo hidrológico de parámetros distribuidos CEQUEAU-ONU hasta la estación hidrométrica Tapijulapa. De acuerdo al coeficiente de NASH obtenido para el período de calibración el cual fue de 0.9544 y el período de validación de 0.9011, y en el período de simulación global se obtuvo un valor de 0.965, los resultados son ampliamente satisfactorios. El coeficiente de NASH es un parámetro que establece la relación entre el comportamiento real y el modelado (donde NASH= 1 es una simulación perfecta). Debido a que el modelo CEQUEAU-ONU aplicado a la cuenca del río Tacotalpa, se encuentra calibrado y validado, puede aplicarse para determinar caudales en sitios no aforados de la cuenca, con lo cual se espera obtener resultados confiables que faciliten la toma de decisiones, para el diseño de obras contra inundaciones, la operación de almacenamientos y embalses, el desarrollo y protección del agua subterránea, la disponibilidad de agua para el abastecimiento de agua potable y en general para la gestión integrada de los recursos hídricos en la cuenca del río Tacotalpa. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS

Aparicio M. F. J., 1995., Fundamentos de Hidrología de Superficie., Limusa. S.A. DE C.V., México, D.F. Bâ, K. M., Guerra-Cobián, V. H., Pérez-Cámara, A. G., Díaz-Delgado, C., Quentin, E., Franco-Plata, R., 2005., Implementación y Calibración de un Modelo Hidrológico Distribuido en la Cuenca del Río Conchos, Clave: UAEM 1971/2004, Universidad Autónoma del Estado de México, México. Enero de 2005. Bâ, K. M., Díaz, C., Rodríguez, V., 2001., Simulación de caudales de los ríos Amacuzac y San Jerónimo en el Estado de México, México, Ingeniería Hidráulica en México, Vol. XVI, No. 4, pp. 117-126. Chow V. T., 1994., Hidrología Aplicada, McGraw-Hill Interamericana S.A., Santafé de Bogota D.C. Colombia. Campos A. D. F., 1998., Procesos del Ciclo Hidrológico, Tercera reimpresión, Editorial Universitaria Potosina, San Luis Potosí, México. Morin, G., Sochanski, W. et Paquet, P. (1998). “Le modéle de simulation de quantité CEQUEAU-ONU”: Manuel de réference. Organisation des Nations-Unies et INRS-Eau, Rapport de recherche no 519, 252 pp.

328

DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS EN MODELOS POLIMÉRICOS SUJETOS A UNA CARGA POR EL MÉTODO DE FOTOMECÁNICA

Est. Silvia I. Ovando Silván**

Est. Cristian L De la Cruz Rivera** Dr. José Manuel Vázquez Rodríguez∗∗∗∗∗∗∗∗

Dra. Laura Lorena. Díaz Flores** Dr Pio Sifuentes Gallardo**

Dra. Angelica Silvestre López Rodríguez** Dr. Juan Barajas Fernández**

M. C. Dr Miguel Ángel Hernández Rivera**

RESUMEN

La distribución de esfuerzos puede ser analizada también por medio de sistemas ópticos que generan patrones de franjas de interferencia. Una técnica de análisis y diseño mecánico es la fotoelasticidad, en la que dos haces luminosos con polarización lineal interfieren entre sí al propagarse a través de un material sometido a una carga. La interferencia de estos haces produce imágenes con patrones de franjas que muestran la distribución y el nivel de los esfuerzos generados en el material. La ley de esfuerzo óptico relaciona la propagación de la luz a través de diferentes índices de refracción en un material o modelo fotoelástico con la distribución de esfuerzos en él al estar sometido a una carga. La combinación de la ley de esfuerzo óptico con las ecuaciones de propagación para una onda plana permite el análisis de las transformaciones de un haz de luz con polarización lineal o circular al propagarse a través de un material sometido a un sistema de esfuerzos en dos dimensiones.

El análisis por medio de un sistema óptico de un modelo de material compuesto genera imágenes con patrones de franjas que están relacionadas con la distribución de los esfuerzos en todo el modelo.

INTRODUCCIÓN

Fotoelasticidad es un método experimental que se emplea en mecánica de materiales para el análisis de campos de esfuerzo y deformación. La luz al atravesar ciertos materiales transparentes revela, por medio de efectos ópticos estos campos de esfuerzo o deformación [1, 2].

Los polímeros son capaces de presentar una doble refracción cuando son sometidos a cargas; a esta propiedad se le conoce como birrefringencia inducida. De la misma forma que los cristales, estos materiales también tienen la habilidad de separar un haz de luz en dos

∗∗ División Académica de Ingeniería y Arquitectura

329

componentes ortogonales con polarización lineal, los cuales se propagan a diferente velocidad. Este efecto se puede observar al inducir una deformación cuando se aplica al material a una carga y desaparece instantáneamente al retirar la carga o después de cierto tiempo dependiendo del material y la carga aplicada. Este efecto de doble refracción artificial fue observada por primera vez en 1816 por Brewster [1], siendo ésta la característica física base de la fotoelasticidad. En general, un sistema de esfuerzo tridimensional posee tres esfuerzos principales y tres direcciones de esfuerzo principales en cualquier punto del material. En un cuerpo con doble refracción temporal, las direcciones de los esfuerzos principales coinciden con los índices de refracción en las direcciones de los ejes cristalográficos del material. Para relacionar los índices de refracción con las deformaciones producidas por los esfuerzos aplicados se emplea la ley de esfuerzo óptico, que es comúnmente escrita de la siguiente forma:

( )Lh

Nf1

21 σσσ =− (1)

Estructura del polariscopio

El arreglo de la figura 1.1 corresponde a un polariscopio circular de campo oscuro el cual esta compuesto por dos placas de retardo de ¼ de onda, colocados entre el primer elemento, un polarizador y el último elemento, que es el analizador. Los ejes ópticos de las placas de retardo de ¼ de onda pueden estar cruzados o paralelos entre si, pero desplazados ±45° respecto al eje óptico del primer polarizador, para convertir la polarización de la luz de plana a circular y de nuevo a plana antes de entrar al analizador. La figura 1 muestra un modelo fotoelástico sometido a esfuerzos en un polariscopio circular de campo oscuro.

Figura 1. Modelo fotoelástico bajo un par de esfuerzos colocado en un banco de polarización circular de campo oscuro.

Eje óptico

Eje óptico

Polarizador

Analizador

1er placa de ¼ de onda

2da placa de ¼ de onda

Modelo

Eje rápido

Eje lento

σ1 σ2

45°

β = 45°

α

330

Cuando un disco de material fotoelástico que está sometido a una carga de compresión es visto a través de un polarizador lineal de campo oscuro el patrón fotoelástico aparece como en la figura 2.

(a) (b)

Figura 2 Isoclinas (a) y franjas isocromáticas (b) correspondientes a un disco bajo compresión a lo largo del diámetro.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar una metodología para medir la distribución del esfuerzo cortante empleando como base la técnica de fotoelasticidad.

METAS

� Medir el nivel y la distribución de esfuerzo cortante interfacial en probetas ASTM a tensión empleando como base la técnica de fotoelasticidad.

� Construir un polariscopio circular de campo oscuro y claro.

MATERIALES Y MÉTODOS

La técnica a emplear en este trabajo para el análisis del esfuerzo cortante interfacial en modelos poliméricos es la técnica de fotoelasticidad. Por consiguiente, la matriz polimérica empleada debe tener buena respuesta fotoelástica. Se usó una resina epóxica a base de bisfenol-A de nombre comercial DER 331 de DOW Chemical. El agente de entrecruzamiento empleado a base de aminas alifáticas tiene el nombre comercial de ANCAMINE 1784 distribuida por AIR PRODUCTS.

El polariscopio consta de cuatro elementos ópticos, un marco de carga y una fuente de luz blanca.

331

La posición de los ejes ópticos de los polarizadores en el polariscopio fue la siguiente. El eje de óptico del primer polarizador está desfasado 90° en relación con el eje óptico del segundo elemento polarizador (analizador) [1-3]. El eje óptico de la primera placa de retardo de ¼ de onda está desfasado un ángulo de 45° con respecto al eje óptico del primer polarizador. En el caso de la segunda placa de retardo de ¼ de onda, su eje óptico está desfasado un ángulo de –45° en relación con el eje óptico del primer polarizador. La distancia entre el frente de la lámpara al primer polarizador fue de 15 cm; de este al primer cuarto de onda 10 cm; la distancia a la muestra fue de 10 cm; repitiéndose las distancias anteriores para la segunda placa de retardo de ¼ onda y el segundo polarizador (analizador). Finalmente el lente de la cámara se ubicó a 2.5 cm del segundo polarizador (analizador).

RESULTADOS

La distribución de los esfuerzos en las probetas a tensión son las siguientes:

Figura 3. Patrón fotoelástico para una probeta ASTM a tensión, obtenida en un polaroscopio circular de campo oscuro (imagen de video).

La distribución de los esfuerzos en una probeta ASTM a tensión varía en dirección transversal como se puede observar en las figuras 3 y 4. En la figura 3 se puede observar el patrón fotoelástico generado al emplear una fuente de luz y las franjas correspondientes a cada nivel de esfuerzo.

En la figura 4, se observan los patrones fotoelásticos donde se muestran las franjas isocromáticas con órdenes enteros N = 1, N = 2 hasta el orden N = 5, los cuales se obtuvieron directamente del polaroscopio de campo oscuro.

DISCUSIÓN

332

Las franjas de las figuras 3 y 4 están relacionadas con un nivel de esfuerzo cortante debido al retardo progresivo ocasionado por la carga al deformar el modelo en dirección transversal a partir del centro de la probeta. A medida que la deformación aumenta, una longitud de onda (color) en el espectro de una luz blanca propagándose a través de la probeta es extinguida iniciando con el color violeta el cual tiene la longitud de onda mas pequeña visible.

Figura 4. Patrón fotoelástico con inco franjas fotoelasticas para una probeta ASTM a tensión, obtenida en un polaroscopio circular de campo oscuro (imagen de video).

CONCLUSIONES

La técnica de fotoelasticidad se empleó como base para diseñar una metodología para medir la distribución del esfuerzo para una probeta ASTM. Las imágenes de las franjas isocromáticas obtenidas se emplearon para definir la distribución del esfuerzo cortante máximo para un modelo de matriz termofija; los cuales también pueden ser empleados para analizar el proceso de transferencia de esfuerzo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Orden cero 1erOrden 2º Orden 3erOrden 4º Orden 5º Orden

333

Vázquez-Rodríguez J. M. Herrera-Franco P. J., González-Chi P. I. “Micromechanical Analysis of Thermplastic-Thermoset Interphase”. Macromol. Symp. 216 (2004) 117-129. Vázquez-Rodríguez J. M. Herrera-Franco P. J., González-Chi P. I. “Analysis of the interfase between a thermoplastic fiber and a thermosetting matrix using photoelasticity”. Composites part A. 38 (2007) 819-827.

334

REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA EN UNIDADES DE AIRE ACONDICIONADO DE VENTANA MEDIANTE CONTROL DE LA TEMPERATURA

DE CONDENSACIÓN

Dr. Rubén Vásquez León**

M. C. Julio César Ramírez Izquierdo** Est. Moisés de la Cruz Chan**

RESUMEN Se reportan resultados de la evaluación experimental de una unidad de aire acondicionado tipo ventana en la que se hizo variar la temperatura de condensación mediante rocío de agua. En el desarrollo del experimento se registraron las fluctuaciones de la corriente de línea, la temperatura en el condensador, la temperatura en evaporador causadas por el rocío de agua sobre el condensador mientras el equipo operaba en condiciones de sobrecarga. Los datos obtenidos se compararon con los datos de placa del mismo equipo. Las mediciones confirmaron las predicciones producto de las simulaciones teóricas: la corriente de línea en el compresor disminuye significativamente cuando se reduce la temperatura del condensador.

INTRODUCCIÓN La reducción del consumo de energía eléctrica es una de las variables importantes cuando se desea hacer que cualquier proceso productivo sea más sustentable. La liberación de las tarifas de energía eléctrica ha convertido el costo de la energía eléctrica en una parte importante del presupuesto familiar, de manera que cualquier tecnología que permita reducir el consumo de energía será bienvenido tanto en la industria como en la sociedad en general. Dos de los procesos que más energía eléctrica consumen en los climas tropicales son:

� 1). La refrigeración para conservación de alimentos y

� 2). El acondicionamiento de aire para confort humano. Cualquier reducción del consumo de energía en un refrigerador o de un acondicionador de aire, puede multiplicarse por el total de unidades de este tipo activas en una comunidad o entidad federativa. Esto significa que el ahorro no sólo se refleja en la cantidad que el usuario debe pagar por el servicio de energía eléctrica sino que representa un ahorro en los costos de generación y distribución de energía para el país. El análisis del ciclo termodinámico de Carnot, que es el principio de operación de los refrigeradores convencionales, sugiere que el trabajo de compresión se reduce a medida que se consigue que la condensación ocurra a temperaturas más bajas.


335

OBJETIVOS Y METAS El objetivo del trabajo reportado es realizar un experimento para observar la disminución real del consumo de energía en una unidad de aire acondicionado de ventana, cuando se hace disminuir la temperatura del condensador. MATERIALES Y MÉTODOS El experimento se realizó sobre una unidad de ventana de una tonelada de refrigeración (3.5 kW), se utilizó un termómetro digital con sensor láser, 9 termómetros convencionales, un anemómetro, 2 amperímetros de gancho digitales, un vernier, un voltímetro, un juego de manómetros, un higrómetro, un atomizador de agua comercial, y un compresor de aire, además de fuentes de energía eléctrica alterna a 220 V y suministro de agua potable. La unidad se instaló como se muestra en la Figura 1 y, como se observa, se operó desprovista de la envolvente que suele acompañar a este tipo de unidades y NO se instaló en un local a acondicionar. Esto significa que el compresor operó en condiciones de sobrecarga, es decir, durante la realización de las pruebas el termostato NUNCA OPERÓ. La demanda de energía se midió considerando lecturas de la corriente en la línea de alimentación del compresor y en la línea de corriente del ventilador. La condición de sobrecarga es indeseable y poco probable en una instalación bien diseñada, sin embargo, es la que demanda más energía eléctrica. Por esta razón todas las pruebas se realizaron en condiciones de sobrecarga.

Figura 1. Instalación de la Unidad

Previa lectura de la temperatura en las superficies del condensador, de la temperatura del evaporador y de la presión interna del equipo de ventana, este se puso en marcha en condiciones de sobrecarga. Transcurridos 20 minutos, se registraron las siguientes variables cada 15 minutos durante una hora y media comparando los valores en seco con los obtenidos cuando se roció agua a la temperatura ambiente sobre el serpentín del evaporador (Figura 2). Las variables consideradas y la notación utilizada son:

� Temperatura del condensador, TC, Se midió en siete puntos del condensador diferentes para obtener un valor promedio.

336

� Velocidad del aire impulsado por el ventilador, Vaire, registrada con un anemómetro rotatorio a través de diferentes puntos del condensador para obtener un valor promedio.

� Voltaje en la línea de suministro, Esum.

� Corriente en la línea del compresor, I.

� Corriente en la línea del motor del ventilador, Iv.

� Temperatura de bulbo seco, Teva, y humedad relativa, φeva, a la salida del

evaporador.

Figura 2. Aplicación de rocío en el condensador de la unidad en estudio.

Figura 3. Aspectos del desarrollo del experimento

RESULTADOS Los valores promedio registrados se presentan en la Tabla 1

Tabla No. 1 Promedio de las mediciones Variable 1ª. Lectura

(en seco) 2ª. Lectura (Al

iniciar el 3ª. Lectura (Con

rocío) 4ª. Lectura (Con

rocío)

337

rocío) TC (°C) 53 54 41.4 30.5

Vaire (m/s) 1.23 1.23 1.23 1.23 Esum (V) 244 240 240 240

I (A) 5.4 5.3 4.6 3.9 Iv (A) 5.3 5.4 5.2 5.3

Teva (°C) 19 19 18 19 Φeva (%) 55 52 54 56

DISCUSIÓN En la Tabla No. 1 se observan variaciones notables en la temperatura del condensador por el efecto del rocío que se correlacionan con variaciones de la corriente de línea del compresor. Las variaciones del voltaje de suministro provienen de la fuente (CFE), no se correlacionan con otras mediciones de este experimento y podrían evitarse si se utiliza algún regulador de voltaje. Las variaciones en la velocidad del aire caen en el umbral de incertidumbre de precisión del anemómetro utilizado. CONCLUSIONES El consumo de energía por unidad de tiempo (potencia) en un sistema monofásico a tres hilos es proporcional al producto del voltaje de suministro por la corriente en la línea consumida. Puesto que el voltaje permanece prácticamente constante, el porcentaje de reducción de potencia es igual que el porcentaje de reducción de corriente

7.27100*9.3

9.34.5% =

−=

Así, concluimos que la aplicación de rocío de agua reduce el consumo de energía en alrededor del 27 %. RECONOCIMIENTOS Los trabajos aquí reportados se realizaron en el marco del proyecto: DESARROLLO DE SISTEMAS MIXTOS DE REFRIGERACIÓN PARA DISMINUIR EL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN INSTALACIONES RESIDENCIALES, clave UJAT-2006-C02-20, con financiamiento del Programa de Fomento a la Investigación y Consolidación de los Cuerpos Académicos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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338

LAS CIENCIAS EN ESCUELAS PRIMARIAS.

M. S .I Alva del Rocío Pulido Téllez ** Dra. Laura Lorena Díaz Flores **

M. C. Débora Domínguez Pérez á ** M. I. S Laura Beatriz Vidal Turrubiates ***

M. C. Cruz Cruz Franklin ** RESUMEN Uno de los problemas comunes en la práctica docente de las ciencias básicas a nivel primaria es la falta de comprensión del modelo educativo asociado a la construcción del conocimiento. Las estrategias de enseñanza deben permitir a los actores educativos encontrar la relación de ciencia, tecnología y sociedad. Todo esto estará encaminado a mejorar el dominio de temas científicos y su aplicación en situaciones cotidianas. Se determinaron las estrategias a utilizar para diseñar prácticas, ejercicios y elementos complementarios que apoyen la Didáctica de las Ciencias, en congruencia con los enfoques vigentes del plan y programas de estudios de las escuelas primarias. Para ello se diseñaron materiales de apoyo para las tareas de investigación experimental mediante la generación y la implementación de instrumentos didácticos. Estos materiales tenían el propósito de despertar en los alumnos el interés por la realización de las p**rácticas. Su desempeño fue evaluado por medio de pruebes piloto. Los resultados fueron transmitidos a los profesores de primaria mediante un diplomado taller. Los prototipos y manuales mostrados fueron aceptados satisfactoriamente por los profesores, expresando que con los nuevos materiales, la enseñanza y el aprendizaje en el espacio áulico serán más eficientes, dadas sus cualidades de atractivos e interesantes. INTRODUCCIÓN Los modelos educativos actuales colocan al alumno como eje central de los procesos de aprendizaje, es necesario reforzar las nuevas formas de construir el conocimiento para lograr una educación de calidad. La Didáctica de las Ciencias permite optimizar los procesos de enseñanza aprendizaje así como desarrollar el pensamiento lógico, ligado la enseñanza con el significado de los conocimientos. En Tabasco existe preocupación por la enseñanza de las Ciencias básicas, puesto que el aprendizaje tiene relación con la forma en cómo estas se enseñan. Bachelard, (2000) sugirió que para estudiar el aprendizaje de las ciencias es necesario utilizar un método basado en la dialéctica y el materialismo, con la intención de tener una perspectiva dinámica. Es decir, se debe identificar, que valores de verdad o sistema de transformaciones de la realidad existen en el momento histórico que se estudia. Por su parte Piaget (1994) insistió en el paralelismo que existe, aunque en diferentes niveles, entre el desarrollo científico y la maduración intelectual. Otros trabajos relacionados con la didáctica consideran que uno de los objetivos principales de la enseñanza de las ciencias es el aprendizaje de la naturaleza de la ciencia (NdC), el cual desarrolla una mejor comprensión de la ciencia y sus métodos, tomando conciencia de la relación entre ciencia, tecnología y sociedad (Acevedo, 1998).

** División Académica de Ingeniería y Arquitectura.

339

Por otro lado distintos investigadores han señalado los factores que influyen a la hora en que el profesorado traslada al aula contenidos de NdC (Abd-El-Khalick y Lederman, 2000; Bartholomew, et al., 2002). OBJETIVO Y METAS El objetivo fue generar estrategias e instrumentos didácticos que permitan a los docentes mejorar el dominio de temas científicos y la aplicación de los mismos en la educación primaria. Las estrategias creadas permitirán a los docentes, encargados de utilizar las prácticas, conocer y manejar de manera eficiente los materiales y ejercicios contenidos en cada una de ellas. Así mismo, los alumnos aprenderán de manera didáctica los contenidos vigentes del programa de estudios de educación primaria relacionados con la enseñanza de las ciencias. MATERIALES Y MÉTODOS El diseño de los materiales para el apoyo de las tareas de investigación de la didáctica de las ciencias en la educación primaria se realizó en tres etapas. En una primera etapa se impartió un taller en el que participaron investigadores de la Universidad Juárez de Tabasco (UJAT) y de otras instituciones del área educativa y científica. Este taller incluía la muestra de prototipos de prácticas y juegos de los 5 ejes temáticos correspondientes a los programas de estudio vigentes para la enseñanza de las ciencias. En el taller se analizaron aspectos relacionados con la necesidad de diseñar materiales que apoyaran en las tareas de investigación científica y que a la vez facilitaran la instrumentación de la didáctica de las ciencias en la educación primaria. Se puntualizó la necesidad de estructurar ejercicios que fomentaran el trabajo colectivo con un sentido de pertinencia, de acuerdo a las características geográficas, económicas y culturales de los educandos del municipio Cunduacán, Tabasco. En una segunda etapa se realizó una búsqueda documental de material referente a la enseñanza de las ciencias a nivel nacional e internacional. Está revisión sirvió para que se definiera la orientación y contenido del material que se utilizó en la realización de las prácticas. La tercera etapa, o etapa de estructuración de los materiales y prácticas a realizar para apoyo del trabajo colectivo, se llevó a cabo mediante la aplicación de diferentes instrumentos, tales como exposiciones verbales y entrevistas a maestros. Estos instrumentos fueron aplicados bajo un esquema de muestreo aleatorio simple a profesores de escuelas pertenecientes y aledañas a este municipio. Los tipos de encuestas aplicadas contenía preguntas abiertas y cerradas, mismas que permitieron determinar la existencia de estrategias didácticas para la enseñanza de las ciencias (Anexo 1). Una vez recabados los datos de las encuestas, las respuestas fueron codificadas asignado los valores de 0, 1, 2,3 para las opciones de nunca, algunas veces, casi siempre, siempre para la variable de existencia de estrategias. Los mismos valores fueron asignados a las respuestas que sirvieron para determinar el comportamiento del alumno al momento de realizar diversas prácticas y las acciones asignadas son: desesperado, medio inquieto, tranquilo, concentrado. Una vez con las variables codificadas se procedió al análisis de las frecuencias para cada una de las variables por separado. Lo cual permitió determinar como se da la enseñanza de las ciencias en las escuelas primarias de este municipio y como es la participación de los alumnos durante las prácticas desarrolladas en esas instituciones educativas.

340

Luego se realizaron diversas reuniones de trabajo con profesores investigadores y participantes del área educativa y científica. Estas reuniones sirvieron para comunicarles los resultados obtenidos en la etapa de muestreo. Lo cual permitió determinar el tipo de estrategias didácticas que se iban a llevar para la elaboración de las practicas y prototipos que se iban a realizar, también se acordó la necesidad de elaborar didácticas acorde a las condiciones organizacionales de las escuelas multigrado, en donde se propuso que el tipo de material que se iba a utilizar en la elaboración de prototipos iba a ser de material sencillo, fácil de conseguir y de bajo costo. Posteriormente se pasó a la etapa de diseño de materiales y prácticas didácticas para el aprendizaje de las ciencias. Para el diseño y aplicación de este material se tomaron en cuenta los resultados recabados por las encuestas de acuerdo a la escala de validación (Anexo 3 y Anexo 4). RESULTADOS En base a las necesidades detectadas a través de entrevistas y las encuestas realizadas a los profesores se detecto que uno de los problemas más comunes era que en el momento de la práctica, el profesor en el ámbito de ciencias básicas a nivel primaria carece de una comprensión del modelo educativo asociado a la construcción del conocimiento. Por lo que se determino elaborar el material didáctico de 50 cuartillas, en donde cada una de estas se encuentre seccionada por área y tema, se elaboraran 20 prototipos de bajo costo, 1 cuadernillo de 30 prácticas, entre otros recursos, que puedan ser aplicados en cualquier localidad del estado de Tabasco. 6 Manuales de prácticas innovadoras que respondan a los enfoques educativos actuales y con pertinencia local en cuanto a su sentido vivencial y significativo (un manual por cada grado). Cabe mencionar que esto se realizara con la finalidad de que los alumnos puedan realizar sus prácticas acorde a los programas educativos vigentes y con material que puedan relacionar con la vida diaria, para así hacer mas atractiva e interesante la realización de la misma ya que como se puede observar (ver Anexo 2), los alumnos presentan una mayor captación sobre el objetivo de la práctica, al momento en que realizan prácticas con material llamativo y conocido para ellos. Por lo que se propone que los temas abordados en los manuales sean acorde a los programas educativos de las diversas asignaturas de la educación primaria apoyando a la indagación, investigación y construcción del pensamiento científico. Por otro lado pudimos darnos cuenta que no existen programas de capacitación para los profesores. Por lo que para ello se llevan a cabo 3 Propuestas didácticas y metodológicas de actualización docente que apoyen en el lenguaje instruccional, la comprensión lectora, la resolución de problemas (matemáticos, físicos, químicos, biológicos, sociales, educativos, etc)de acuerdo a las condiciones geográficas, ambientales, económicas, culturales. Luego se planteo una última etapa para llevar a cabo una evaluación global (piloteo) de los productos didácticos, prototipos, prácticas entregados, para evaluar su factibilidad pertinencia metodológica y didáctica, priorización de contenidos fundamentales, contextualización e innovación. Esto es con el objetivo de ir retroalimentando el funcionamiento y elaboración de los instrumentos realizados. DISCUSIÓN Durante la practica educativa, está labor debe de ser concebida y diseñada de acuerdo a las aptitudes, actitudes y valores de cada grupo social.

341

La enseñanza se ve limitada en la construcción del pensamiento científico por el uso inadecuado que se le da a los materiales didácticos disponibles y la desarticulación de los enfoques actuales con la práctica docente que sigue manteniendo prácticas tradicionales en el contexto escolar. CONCLUSIONES Los resultados anteriormente mencionados, nos permitieron realizar importantes modificaciones en la elaboración del contenido del material didáctico a diseñar. Por otro lado cabe mencionar que de todos los trabajos encontrados hasta ahora sobre la didáctica de las ciencias, éstos no llevan a cabo las diferentes evaluaciones que realizaremos, las cuales nos servirán para retroalimentar cada uno de los instrumentos y estrategias didácticas elaboradas con la finalidad de ir mejorando día a día la didáctica de las ciencias en las escuelas primarias. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Acevedo, D. J 1998. Enseñanza de las ciencias, Revista de investigación y experiencias didácticas, 16,3: 409-420 Bachelard, G. 2000. La formación del espíritu científico 23° ed Siglo veintiuno editores Piaget, J. L. 1994. Construcción y validación de las teorías científicas 1° ed Paidos

342

ANEXOS Anexo 1 Cuestionario aplicado a docentes: Para determinar la existencia o no de estrategias didácticas.

Profesor:_________________________________

Escuela: _________________________________

Conducta observada: Existencia de aplicación de estrategias didácticas al momento de enseñar las ciencias.

Grado:

Algunas veces

Casi siempre

Siempre Nunca

1.- ¿Le proporcionan en la institución material didáctico relacionado con las Ciencias, para que los niños jueguen y aprendan?

2.- Realiza experimentos, en donde utilice material común.

3.- Al realizar los prácticas, ¿Comenta con sus alumnos, los principios del mismo?

4.- Al realizar las practicas, ¿Comenta con sus alumnos, los riesgos que pueda tener la práctica de las mismas sobre la humanidad?

5.- Los contenidos de las prácticas se relacionan con la vida diaria de los niños?

6.- Al utilizar el libro de textos. 1) Realiza las actividades que marca el libro de textos. 2) Prepara el material necesario para la realización de las actividades.

7.- Les interesaría compartir con sus alumnos experiencias de juego con material didáctico relacionado con las Ciencias, para que los niños jueguen y aprendan

8.- Comprende la relación entre el objetivo de la práctica y el fomento de la ciencia.

343

Anexo 2 Cuestionario aplicado a profesores para determinar como es el interés por parte del alumno,

para aprender jugando con las ciencias.

Escuela: _______________________________________

Conducta observada: Existencia de aplicación de estrategias didácticas al momento de enseñar las ciencias.

Grado:

Algunas veces

Casi siempre

Siempre Nunca

1.- ¿Se interesan los niños, por los experimentos que se presentan?

2.- Que tipos de experimentos despiertan mayor interés en los alumnos. 1) experimentales 2) razonables

3.- El alumno capta rápidamente el objetivo de la práctica

4.-Utilizan los niños algún cuadernillo o manual de practicas relacionado con las ciencias

5.- ¿Queda satisfecho el alumno, con la obtención de los resultados de la practica?

Conducta observada: Tipo de comportamiento del alumno, al estar realizando las prácticas

Concentrado Tranquilo Medio

Inquieto Desesperado

6.- ¿Como se comportan los niños al momento en que el profesor está dando la explicación sobre la realización del tipo de práctica al momento de estarla realizando?

7.- ¿Como observa los resultados obtenidos de la práctica el alumno?

Anexo 3, Escala de validación de los datos para determinar la existencia o no de estrategias didácticas adecuadas para la enseñanza de la ciencia.

Escala Equivalencia Profesores y Alumnos Algunas Veces

Pocas veces se da la aplicación de algunas estrategias didácticas para la enseñanza de las ciencias.

Casi Siempre Moderadamente se da la aplicación de estrategias didácticas adecuadas para la enseñanza de las ciencias, en la institución

Siempre Fuertemente se da la aplicación de estrategias didácticas adecuadas para la enseñanza de las ciencias, en la institución

Nunca No se ha dado nunca la aplicación de estrategias didácticas adecuadas para la enseñanza de las ciencias, en la institución

Anexo 4, Escala de validación de los datos para determinar el comportamiento del alumno, al estar aplicando la enseñanza de las ciencias.

Concentrado Práctica poco interesante Tranquilo Práctica interesante Medio Inquieto Práctica poco atractiva Desesperado Práctica nada atractiva

344

SÍNTESIS QUÍMICA Y SINTERIZACIÓN A ALTAS TEMPERATURAS DE HIDROXIAPATITA SINTÉTICA OBTENIDA POR LA RUTA DE PRECIPITACIÓN

DE SOLUCIONES ACUOSAS

Est. IQ. Gilberto Reyes Bayona* M. C. Miguel Ángel Hernández Rivera**

Dr. José Manuel Vázquez Rodríguez** Dra. Angélica Silvestre López Rodríguez**

Dr. Pio Sifuentes Gallardo** Dra. María Guadalupe Garnica Romo***

Dra. Laura Lorena Díaz Flores**

RESUMEN La hidroxiapatita sintética (HAS) es un fosfato de calcio cuya composición química es muy similar a la que está presente en los huesos humanos. Esta característica la hace biocompatible con el tejido fino vivo. Debido a este biocompatibilidad, es posible utilizarla en diversas aplicaciones de índole médicas. En esta investigación, se presentan las características estructurales de los cristales de la HAS obtenida por diversos tratamientos térmicos. Este polvo de hidroxiapatita de calcio fue preparado por la ruta de la precipitación, cuyos materiales precursores fueron las soluciones acuosas del nitrato de calcio (Ca(NO3)4(H2O) y el fosfato del amonio (H2(PO4)NH4), el rango de pH fue mantenido entre 10-11. Los geles fueron preparados manteniendo la adición en razón molar de Ca/P=2. La evolución de la estructura fue detectada por la difracción de Rayos X y la espectroscopia infrarroja. INTRODUCCIÓN Definición de hidroxiapatita (H.A.) La hidroxiapatita (Ca10 (PO4)6 OH2) es un sólido transparente-translúcido y poco soluble en agua, está integrado por tres moléculas de fosfato de calcio y una molécula de hidróxido de calcio. Esta sustancia natural contiene aproximadamente el 14% la proteína del colágeno y el 4% de otras proteínas y aminoácidos pequeños (sobre todo hidroxiprolina, glicina, y ácido glutámico). El calcio abarca entre el 24-30% de la matriz de la hidroxiapatita y junto con varios minerales (zinc, potasio, silicio, manganeso, fierro) forman un conjunto biodisponible activo de calcio. Métodos de obtención de la hidroxiapatita Los métodos tradicionalmente más utilizados en la formación de hidroxiapatita (HAp) son la síntesis por precipitación a bajas temperaturas y la sinterización a altas temperaturas. La obtención de HAp por precipitación permite obtener HAp deficientes en calcio, aunque se trata de un proceso de larga duración en el que se hace muy difícil el control de la estequiometría. En los métodos de síntesis a alta temperatura, la hidroxiapatita obtenida es estequiométrica, muy cristalina y poco reactiva [1].

* Estudiante de la carrera de IQ de la División Académica de Ingeniería y Arquitectura ** División Académica de Ingeniería y Arquitectura *** Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo CA Ingeniería Ambiental y Materiales

Avanzados

345

Hidroxiapatita natural Se obtienen de corales lo cual tienen en su estructura química Carbonato Cálcico (CaCO3)

tipo Aragonita y para obtener la Hidoxiapatita (Ca10 (PO4)6 (OH)2) a partir de éstos, es

necesario someterlos a un proceso de transformación hidrotermaica [2] . Hidroxiapatita sintética La hidroxiapatita sintética (HAS) es un fosfato de calcio con una composición química muy similar a la del hueso humano, lo cual la hace biocompatible con los tejidos vivos. La biocompatibilidad posibilita su uso en variadas aplicaciones médicas. Para la síntesis de la HAS se adoptó la ruta seguida por Echavarría et al, que consiste en su obtención por la vía del nitrato de calcio / fosfato de amonio así: 10Ca (NO3)2.4H2O + 6NH4H2PO4 +14NH4OH Ca10 (PO4)6(OH)2 + 20NH4NO3 + 52H2O La reacción se realiza en condiciones de alta basicidad y evitando la presencia de contaminantes metálicos como Mg++ y Cl-. La pulpa se obtiene a partir de sucesivos procesos de agitación, reposo, decantación y lavado para finalmente centrifugar [1]. OBJETIVOS Y METAS Sintetizar hidroxiapatita sintética por la ruta de precipitación a partir de soluciones acuosas MATERIALES Y MÉTODOS Desarrollo experimental Esta etapa del proyecto consiste en la presentación del desarrollo que se llevo acabo para la obtención de la pasta de hidroxiapatita, comprendiendo los cálculos involucrado en la preparación de la solución de Nitrato de calcio, el procedimiento de preparación de las diferentes soluciones empleadas, la manera de cómo se llevaron acabo los tratamientos térmicos hasta la preparación de muestra para ser caracterizadas. Metodología Preparación de la solución 1

� Se disolvieron en una parrilla de agitación magnética, en un vaso de precipitado 7.8 g de Nitrato de calcio tetrahidratado Ca (NO3)2. 4H2O en 25 ml de agua destilada con agitación constante durante 20 min.

� A la solución anterior se le adicionaron 3.5 ml de una solución de Hidróxido de

amonio (NH4OH a 1M), y se mantuvo el pH igual a 11. � La solución resultante se aforo en un matraz de aforación completando la disolución

a 40 ml con agua destilada. Preparación de la Solución 2

� Se disolvieron en un vaso de precipitado y manteniendo la agitación constante mediante durante 20 min en una parrilla de agitación magnética. 2.16 g de (NH4)2 HPO4 en 25 ml de agua destilada.

346

� La solución anterior se le agregó Hidróxido de amonio (NH4OH a 1M). llevando la solución a un pH de 11.

� A la solución resultante se le adicionó agua destilada para completar la disolución a

40ml y aforarlo en un matraz de aforación. Tratamiento de secado Para el secado de las pastas de hidroxiapatita obtenida se utilizó una estufa de secado con 3 rampas programables de 60, 90 y 120 ºC durante una hora con una velocidad de 5ºC/min. Estos tratamientos de secado se realizaron para obtener la adecuada remoción de agua de la pasta obtenida Tratamiento térmico Para el tratamiento térmico se utilizó un horno marca Felisa con rango de temperatura de 1100ºC, Modelo FE-360. Para la obtención de la pasta se coloco la pasta en crisoles a temperaturas de 500 ºC y 800 ºC, durante un tiempo de dos horas. RESULTADOS Los resultados de la caracterización inicial con el infrarrojo revelaron que la pasta de HAS, evoluciona a una estructura mas ordenada con el tratamiento térmico, mediante la desaparición de los modos TO y LO de los principales grupos de absorción localizados en el rango de 1100-1200 cm-1 tal y como puede apreciarse en el espectro de la figura 1, éste presenta una banda de grupos OH alrededor de los 3565 cm-1,en todas las muestras, en la parte media del espectro, se aprecian las vibraciones de estiramiento de los grupos CO3

2- a 1450 cm-1, alrededor de los 1000 cm-1, se aprecian evoluciones de los grupos PO4

3- y los modos de balanceo de los principales grupos investigados los cuales concuerdan con investigaciones posteriores [2].

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

temp ambiente

120 ºC

800 ºC

Abs

orba

ncia

(U

. arb

.)

Número de onda (cm -1)

Figura 1. Espectros de Infrarrojo, de las muestras de HAS sometidas a tratamiento térmico

347

Figura 2. Difractogramas de Rayos X de muestras de Hidroxiapatita sinterizadas a 800 ºC Mediante la caracterización de difracción de Rayos X, se encontró alta cristalinidad de la hidroxiapatita, tal y como se muestra en la figura 2, determinándose además que los parámetros de red de la celda unitaria es hexagonal con valores de a=0.94147 y c= 0.68777 nm, valores que coinciden con trabajos anteriormente reportados [3]. La microestructura de la pasta obtenida a 800 ºC, se analizó mediante SEM, en la figura 3, se presenta la micrografía donde se destaca la forma regular de los cristales hexagonales obtenidos. El tamaño de los cristales así obtenidos es de alrededor de 20 mm [4].

Figura 3. Micrografía de SEM de cristales de HAS obtenidos en este proceso.

DISCUSIÓN Los resultados arriba descritos, muestran que monolitos de pasta de HAS, puede ser obtenida por la ruta de precipitación a temperaturas de 800ºC. Esta Hidroxiapatita es

348

cristalina en su fase hexagonal, con parámetros de red bien definidos, al presentar picos de difracción muy puntiagudos. Además por SEM se pudo constatar que la morfología de los cristalitos obtenidos es de forma hexagonal CONCLUSIONES En este trabajo se prepararon las formulaciones de hidroxiapatita, controlándose los tratamientos de secado y sinterizado tanto de temperatura como de tiempo de exposición al mismo. Los estudios demostraron la formación de la hidroxiapatita, rica en CA y P. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Garcia C. Paucar C y Gaviria Jair. Estudio de algunos parametros que determinan la sintesis de hidroxiapatita por la ruta de precipitacion Dyna, marzo vol.73 número 148. Universidad Nacional de Colombia Neddellin Colombia (2006) 9-15 [Weng W and Baptista J.L. Sol gel derived porous hidroxiapatite coatings. Jouurnal of materials Science: Materials in Medicine 9 (1998) 159-163 Kay M, Young R.A and Posner A.S-. Crystal structure of hidroxyapatite. Nature 20 (1964) 1050-1052 Lu X and Leng Y. Theoretical análisis of calcium phosphate precipitation in stimulated body fluid. Biomaterials 26 (2005) 1097-1108

349

IMPLEMENTACIÓN DE UN SIMULADOR PARA LA DESTILACIÓN POR LOTES EN LA ENSEÑANZA DE LA INGENIERÍA QUÍMICA

M. C. María de los Ángeles Olán Acosta**

Dr. Juan Barajas Fernández** M. C. Miguel Ángel Hernández Rivera**

Ing. Guillermo de la Cruz Grijalva**

RESUMEN El presente trabajo plantea el desarrollo de un simulador para columnas de destilación por lotes multicomponente y multietapas empleando métodos cortos y rigurosos que permitan resolver, como cualquier simulador moderno, problemas de análisis y de diseño. El simulador se implementó para la operación a reflujo constante. Para ello se utilizan los modelos y heurísticas reportadas en la literatura. La codificación de los algoritmos se realizó en Fortran 90, y la interfaz gráfica en Visual Basic. Los costos altos que presentan las licencias de simuladores comerciales a veces no permiten estar al alcance de todos los estudiantes e incluso fuera del alcance de algunas instituciones de educación superior, lo cual afecta la enseñanza-aprendizaje de los estudiantes en el área de Ingeniería Química. El simulador fue probado para diferentes casos reportados en la literatura y los resultados son muy similares a los casos analizados. El simulador pretende ser un apoyo didáctico en un ambiente amigable para la materia de destilación, pero que a su vez permitirá analizar casos reales. INTRODUCCIÓN Los requerimientos tecnológicos que actualmente se presentan en nuestra sociedad han impulsado que las instituciones a nivel superior se vean inmersas en los cambios de estrategias enseñanza-aprendizaje, algunas de estas instituciones tienen los recursos necesarios para seguir a la vanguardia tecnológica pero otras desafortunadamente no. Ante esta situación es estimulante y gratificante utilizar las herramientas que estén a nuestro alcance para estar a la altura de estos cambios. En este trabajo se plantea el desarrollo de un simulador para destilación por lotes multicomponente y multietapas que apoye a la enseñanza del ingeniero químico. La simulación de procesos puede ser definida como una técnica para evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo mediante modelos matemáticos. La destilación intermitente se caracteriza por ser un sistema dinámico y por lo tanto difícil de diseñar. Los modos de operación considerados para este proceso son: reflujo variable con composición del producto constante (Diwekar y Madhavan, 1991) y reflujo constante con composición del producto variable (Sundaram y Evans, 1993). El método corto utilizado para modelar la columna es un método aproximado y rápido que no requiere tanto tiempo computacional ya que evita los cálculos tediosos aplicando las ecuaciones Fenske-Underwood-Gillilan (FUG) (Seader y Henley, 1998), el método riguroso se basó en el modelo matemático obtenido de los balances de materia y energía alrededor de las tres partes esenciales de la columna de destilación, así como de la relaciones de equilibrio y otras ecuaciones de estado (Distefano, 1968). ** División Académica de Ingeniería y Arquitectura

350

OBJETIVOS Y METAS

� Desarrollar un paquete computacional que permita diseñar y analizar columnas de destilación por lotes multicomponente, haciendo uso de métodos cortos y rigurosos.

� Generar una herramienta de aprendizaje en la enseñanza de la operación unitaria de

destilación. MATERIALES Y MÉTODOS Las etapas consideradas en el desarrollo del simulador son las siguientes:

� Desarrollo conceptual de la columna de destilación batch. � Definición de las ecuaciones de estado y modelos para el cálculo del equilibrio

líquido-vapor y de las propiedades Termodinámicas. � Establecimiento de los métodos de diseño de la columna de destilación batch. � Desarrollo y programación de los algoritmos computacionales necesarios para los

métodos cortos y rigurosos. � Análisis de consistencia.

RESULTADOS El simulador ha sido probado para varios casos de mezclas multicomponente, con resultados consistentes; para problemas de análisis en el modo de operación a reflujo constante. El simulador puede reportar las composiciones del condensador y rehervidor, composición del destilado acumulado, temperatura del condensador y rehervidor. El cálculo con métodos rigurosos permite analizar el comportamiento de un destilador por lotes en los periodos de arranque y en el periodo de producción, en cada caso se puede verificar los cambios que sufren las variables involucradas. El paquete computacional permite guardar y abrir los resultados de las simulaciones. Además, utiliza un interfaz gráfica y amigable para el usuario al momento de introducir los datos de entrada y al desplegarse los resultados. Uno de las desventajas que actualmente tiene es que no tiene incluido modelos termodinámicos más precisos. Por tal motivo, se pretende que en versiones futuras se incluyan modelos termodinámicos más complejos para los cálculos de las propiedades físicas de las mezclas y que pueda resolver casos a reflujo variable. DISCUSIÓN El paquete computacional desarrollado puede ser utilizado como herramienta en la enseñanza-aprendizaje de la destilación intermitente multicomponente de la carrera de Ingeniería Química. Se considera útil en el desarrollo de habilidades críticas y de análisis en los estudiantes. Aún cuando solo cuenta con el modo de operación a reflujo constante, el

351

simulador permite hacer el análisis de casos de separación mediante destilación por lotes. La forma en que se ha estructurado el paquete, en su primera versión, permite al usuario tener una idea más precisa de lo que sucede en una columna de destilación. El hecho de que la destilación por lotes es una operación en estado dinámico, permite que el simulador pueda ser útil en otras asignaturas donde el análisis de sistemas dinámicos es importante como es el caso de control de procesos. CONCLUSIONES El desarrollo de un simulador, como el que se menciona arriba, para las actividades académicas es muy importante. Ya que una de las ventajas que se tiene al desarrollar simuladores, es que se tienen los códigos de programación los cuales se pueden ir mejorando al incorporar nuevos algoritmos de cálculo. La generación de paquetes computacionales propios permiten eliminar de alguna manera la dependencia en la adquisición de licencias de software especializado y que en ocasiones no es fácil adquirir por diversas razones. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Distefano, G. P., 1968, Mathematical Modeling and Numerical Integration of Multicomponent Batch Distillation Equations, AICHE Journal, 14 190-199. Diwekar, U.M. y Madhavan, K. P., 1991, Multicomponent batch distillation column design, Ind. Eng. Chem Res., 30, 713-721. Seader, J. D. y Henley, E. J. 1998, Separation Process Principles. Ed. Wiley. Sundaram, S., y Evans,L. B., 1993, Shortcut procedure for simulating batch distillation operations, Ind. Eng. Chem. Res., 32, 511-518.

352

CÁLCULO DE TRANSICIONES CRÍTICAS EN MEZCLAS TERNARIAS DE n-ALCANOS CON METANOL

Dr. Juan Barajas Fernández∗∗∗∗ Dr. Gamaliel Blé González∗∗∗∗∗∗∗∗

Dr. Salvador Antonio Rodríguez Paredes* Dr. José Gpe. Fabián Rivera Trejo*

Ing. Jovani Antonio Contreras Obando* RESUMEN Es importante conocer los comportamientos críticos que pueden presentar las mezclas multicomponentes, ya que estos se utilizan para interpretar y diseñar procesos a altas presiones. En el presente trabajo se hace un análisis del comportamiento crítico de algunas mezclas binarias y ternarias de n-alcanos con metanol. De acuerdo a la clasificación de van Konynenburg y Scott, las mezclas binarias de n-alcanos con metanol, se encuentran clasificados dentro de los diagramas de fase del tipo III y IV. Para el cálculo de los puntos críticos, se utilizan condiciones de equilibrio y estabilidad termodinámica. Estas relaciones se expresaron en términos de la energía libre de Hemholtz, la cual se calcula a partir de la ecuación de estado Carnahan-Starling-Redlich-Kwong (CSRK). Debido a que no hay datos experimentales de puntos críticos de mezclas ternarias de n-alcanos más metanol, los resultados se validan a partir de datos experimentales de binarios, los cuales son más abundantes en la literatura. Se ha determinado que las mezclas ternarias de metanol con n-alcanos reproducen comportamientos similares a los descritos en la literatura para otras mezclas. INTRODUCCIÓN Las transiciones críticas tienen un rol importante en la descripción del comportamiento físico de las mezclas y también son fundamentales para el diseño de procesos a altas presiones como son: extracción con fluidos supercríticos y la recuperación mejorada de petróleo. Un fluido presenta una transición crítica cuando las propiedades físicas de dos o más fases en equilibrio se hacen iguales simultáneamente. En el caso de fluidos multicomponentes pueden presentar varios tipos de transiciones de acuerdo a las restricciones impuestas por las reglas de las fases (Sadus, 1994). En el caso particular de las mezclas binarias de n-alcanos con metanol (Brunner, 1988; Brunner, 1985) pueden exhibir comportamientos tipo II a IV, de acuerdo a la clasificación de van Konynenburg y Scott (1980). Estos comportamientos que exhiben la n-alcano con metanol pueden influir en transiciones de orden superior, cuando dichos componentes se involucran en una mezcla ternaria. Esas transiciones de orden superior, como las encontradas por Sadus (1992) en mezclas ternarias que no contienen metanol, no ocurren en binarios por la restricción de la regla de las fases. La determinación de puntos críticos de mezclas de dos o más componentes requiere el uso de ecuaciones de estado que puedan reproducir el comportamiento PVT a altas presiones, para ello se requiere que las ecuaciones tengan un adecuado término repulsivo. En este trabajo se utiliza la ecuación de Carnahan-Starling-Redlich-Kwong (CSRK), que es una

∗ División Académica de Ingeniería y Arquitectura ∗∗ División Académica de Ciencias Básicas

353

ecuación aumentada de van der Waal y que contiene el término repulsivo propuesto por Carnahan y Starling (1969). OBJETIVOS Y METAS Realizar un análisis del comportamiento físico de las mezclas ternarias de hidrocarburos y metanol en la región crítica. MATERIALES Y MÉTODOS Las condiciones de equilibrio termodinámico que determinan un punto crítico de una mezcla ternaria son:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

0

///

///

///

,

2

2

2

,12

2

2

2

,21

2

,

2

1

2

1

2

2

2

1

222

=

∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂−∂∂∂−∂∂−

=

VTVTT

VTVTT

TTT

xAxxAVxA

xxAxAVxA

VxAVxAVA

W (1)

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

0

///

///

///

,

2

2

2

,12

2

2

2

,21

2

,

2

1

2

1

2

,2,1

=

∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂∂∂∂

=

VTVTT

VTVTT

VTVTT

xAxxAVxA

xxAxAVxA

xWxWVW

X (2)

donde A representa la energía de Helmholtz, V el volumen, T la temperatura y xi las composiciones. Si se eliminan la última columna y el último renglón de los determinantes anteriores se obtienen las condiciones para la determinación de un punto crítico para una mezcla binaria. Las Ecs. (1) y (2) se utilizaron para el cálculo de los puntos críticos de la mezclas analizadas de n-alcanos más metanol. La energía de Helmholtz se obtuvo a partir de la ecuación de CSRK. La solución de las Ecs. (1) y (2) generan soluciones estables o inestables termodinámicamente. Para el análisis de estabilidad se utilizaron tanto criterios necesarios (Sadus, 1992) como suficientes. La siguiente ecuación se utilizó como un criterio necesario y suficiente para la estabilidad de las soluciones encontradas.

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

0

///

///

///

,

2

2

2

,12

2

2

2

,21

2

,

2

1

2

1

2

,2,1

<

∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂∂∂∂

=

VTVTT

VTVTT

VTVTT

xAxxAVxA

xxAxAVxA

xXxXVX

Y (3)

Si la solución encontrada para las Ecs. (1) y (2) satisface la Ec. (3) entonces el punto crítico es estable de lo contrario es inestable. RESULTADOS Los resultados indican que la mezclas ternarias de n-alcanos más metanol presentan resultados similares a los reportados en la literatura (Sadus, 1992) para otros tipos de mezclas ternarias. Los componentes binarios involucrados en la mezclas son del tipo I, II y V (van Konynenburg y Scout, 1980). La mezcla de metano + hexano + metanol presenta un comportamiento que pudiera indicar la presencia de transiciones críticas de orden superior y

354

que no se presentan en las otras mezclas analizadas Las transiciones críticas encontradas en el presente trabajo, pueden deberse principalmente a la polaridad del metanol. DISCUSIÓN Dado que no existen datos suficientes de puntos críticos en la literatura sobre todo el rango de composición de las mezclas analizadas, se utilizó como criterio de validación los datos de puntos críticos de las mezclas binarias involucradas. Lo encontrado para la mezcla metano + hexano + metanol puede deberse al tipo de ecuación de estado. Esto se podrá verificar a partir de otro estudio donde se utilice una ecuación de estado que tenga una mayor afinidad para sustancias polares. Pero muchas de estas ecuaciones son limitadas a grupos muy particulares de mezclas, lo que impide en algunas ocasiones hacer estudios más amplios sobre las propiedades termodinámicas de mezclas a altas presiones. CONCLUSIONES La ampliación de este tipo de estudio a otras mezclas ternarias, permitiría en un futuro establecer una generalización de los comportamientos que tienen las mezclas ternarias a altas presiones. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Brunner, E., 1988, Fluid mixtures at high pressures VI. Phase separation and critical phenomena in 18(n-alkane + ammonia) and 4 (n-alkane + methanol) mixtures, J. Chem. Thermodynamics, 20, 273-297. Brunner, E., 1985, Fluid mixtures at high pressures II. Phase separation and critical phenomena of (ethane + an n-alkanol) and of (ethane + methanol) and (propane + methanol, J. Chem. Thermodynamics, 17, 871-885. Carnahan, N. F. Y Starling, K. E., 1966669, Equation of state for nonattracting rigid spheres, J. Chem. Phys., 55551111, 666635555-666636666. Sadus, R. J. 1992, High pressure phase behaviour of multicomponent fluid mixtures, Ed. Elsevier. Sadus, R. J., 1994,. Calculating Critical Transitions of Fluid Mixtures: Theory vs. Experiment, AIChE Journal, 40, 1376. van Konynenburg, P. H. y Scott, R. L., 1980, Critical lines and phase equilibria in binary van der Waals mixtures. Philos. Trans. Roy. Soc. London A, 298, 495-540.

355

PROYECTO URBANO PLAYAS: COMO ALTERNATIVA PARA EL CRECIMIENTO ORDENADO DE LA CIUDAD DE VILLAHERMOSA TABASCO

M. V. Arq. Eva Margarita Arechederra Sauvagé** M.A. Claudia Ponce Sánchez*

RESUMEN

La ciudad de Villahermosa Tabasco, ubicada al sureste de la República Mexicana, a presentado cambios significativos en su morfología urbana a partir del auge petrolero de la región en los años 70’s. Este cambio ha generado problemas tangibles y preocupantes para esta ciudad, como son: asentamientos viviendísticos de forma espontánea y desordenada, dando como resultado inmediato demanda de servicios y equipamiento urbanos de primera necesidad como: agua potable, drenaje, pavimentación de calles, alumbrado interno y externo; y demanda de servicios y equipamiento urbano que hagan de una zona, habitable y de permanencia para un sector de la ciudad como son: escuelas, iglesias, parques, áreas deportivas, áreas comerciales, etc. La tendencia actual en este tipo de problemas de equipamiento urbano, en las gandes ciudades o ciudades en crecimiento, es la de crear polos de desarrollo urbano en donde, no solo se doten de áreas habitacionales, sino tambien, áreas que proporcionen a la población de estos polos de desarrollo, confort y permanencia, además de pensar en el cuidado y conservación del medio ambiente natural de la región. INTRODUCCIÓN

El crecimiento de la Ciudad de Villahermosa Tabasco en los últimos 25 años, tanto en población como en extensión territorial, ha rebasado a la planeación urbana y la dotación de servicios, quedando establecidas manchas habitacionales en zonas inadecuadas, de alto riesgo y desprovistas de servicios urbanos adecuados. Entre las propuestas de solución establecidas en el Plan de Desarrollo Estatal se encuentra la creación de polos de desarrollo alternos, que mediante el aprovisionamiento de servicios y equipamiento urbano, propicie el establecimiento y la permanencia de nuevos habitantes, los cuales puedan gozar de los beneficios de la cercanía de la ciudad capital, a la vez que de un lugar confortable para vivir. El Gobierno del Estado de Tabasco ante la demanda y necesidad de un ordenamiento territorial creó los Centros Regionales para el Desarrollo (CRD) los cuales se miden por su rango de población y se han dividido en: Centro sub-regional A y B, y Centro Micro-regional A y B. Estos centros están formados por poblados que van desde 5 mil hasta 22 mil habitantes, representando el 35% de la población del Municipio de Centro, los cuales dependen en gran medida de la ciudad capital, al no haber sido consolidado el programa con la dotación de servicios urbanos requeridos, como escuelas, centros comerciales, centros recreativos, servicios administrativos municipales, transporte masivo, vías de comunicación rápidas, cementerio, centro religioso, y viviendas de diversos niveles económicos.


356

La población del Municipio de Centro, de acuerdo a los datos otorgados por INEGI en el Censo del año 2000, ya rebasaba al medio millón de habitantes (516 mil), población que de manera directa o indirecta, resulta afectada por la concentración de servicios en la ciudad de Villahermosa. Este hecho genera una serie de problemas, como el congestionamiento vial, desarrollos viviendísticos en zonas bajas e insalubres, falta de infraestructura y servicios urbanos, largos desplazamientos y falta de transporte masivo confiable y seguro. La tendencia a la metropolización de la ciudad de Villahermosa, hace considerar una población de alrededor de un millón 350 mil habitantes en los próximos 30 años, continuando un crecimiento anárquico con grandes repercusiones en el costo de la dotación de servicios, en altos costos para considerar los riesgos de la población establecida en zonas bajas y anegables, una mayor complejidad en los servicios de vialidad y transporte, así como un alto costo social ante el deterioro ambiental y la calidad de vida de sus moradores.

ASENTAMIENTOS VIVIENDÍSTIOS QUE REQUIEREN EQUIPAMIENTO COMPLEMENTARIO Villahermosa - Playas del Rosario

Principales Población

Asentamientos Tipo

Aprox. Recorrido Aprox.

Hacienda del Sol Fracc. 600 Hab. 6 Min.

Fovisste Condominio 1,320 Hab. 11 Min.

Parrilla 1ra Y 2da Sección Villa 7,501-10,000 Hab. 15 Min.

Las Margaritas Fracc. 28,500 Hab. 16 Min.

Floresta Fracc. 1500 Hab. 18 Min.

La Venta y El Encanto Fracc. 2700 Viv. 22 Min.

Paraíso Fracc. 360 Hab. 24 Min

Las Mercedes Fracc. - 25 Min.

Playas del Rosario Villa 18400 Hab. 26 Min.

Fuente: www.sedet.gob.mx/es/perfil/per_centro_clima.htm .Septiembre 2006.

Entre las alternativas de mejoramiento está la planeación de nuevos polos de desarrollo y el fortalecimiento de los Centros Integradores existentes, lo cual beneficiaría a los habitantes, en primer término, al medio ambiente natural, así como a las instituciones involucradas, tanto municipales, estatales y federales. OBJETIVOS Y METAS

Objetivo general: Crear un proyecto urbano que ofrezca una oferta amplia de suelo propio para vivienda, con equipamiento y servicios urbanos en las afueras de la ciudad de Villahermosa, propiciando la permanencia de sus habitantes y una mejor calidad de vida para una población de 7,500 personas y fortaleciendo a la región de más de 20 mil habitantes. Objetivos particulares:

� Proponer soluciones de carácter urbano que permitan el establecimiento de zonas alternas de desarrollo para la ciudad de Villahermosa.

� Seleccionar un predio de dimensiones y condiciones propias para el desarrollo del

proyecto urbano arquitectónico. � Determinar el uso, zonificación y equipamiento que conformarán el proyecto.

357

� Sustentar teóricamente a nivel de tesis de licenciatura al menos tres proyectos del equipamiento urbano propuesto.

Metas:

� Determinación del predio apropiado para el desarrollo del proyecto � Solución del proyecto urbano del proyecto del Polo de desarrollo Playas

� Elaboración de tres tesis de licenciatura de tres proyectos contenidos en el Polo de

desarrollo Playas

� Elaboración de la maqueta general del proyecto

MATERIALES Y MÉTODOS

Los Centros Integradores Parrilla-Playas del Rosario y su área de influencia como apoyo de la ciudad de Villahermosa, se ubican al norte a una distancia de entre 10 y 20 Km de la misma, y están considerados en el Plan de Desarrollo como prioridad B, cuenta con una población de alrededor de 20 mil habitantes ligados por sus actividades a Villahermosa en un 80% de ellos. Por su ubicación y características se ha considerado apropiado para el desarrollo de la presente investigación y su respectivo proyecto urbano arquitectónico.

Ubicación de la zona en el Municipio de Centro y distancia de la Ciudad de Villahermosa al poblado de Playas del Rosario

Fuente: www.villahermosa.gob Agosto 2006

La importancia en cuanto a la ubicación del terreno apropiado para el desarrollo del proyecto, establece como primer requisito, una distancia de alrededor de 20 kilómetros respecto la ciudad de Villahermosa, con la finalidad de asegurar la permanencia de la mayoría de los habitantes de la zona, una vez de haber sido dotada el área de influencia con los servicios e infraestructura urbana necesaria.

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358

Es importante la presentación de modelos en volumen para la apreciación física de la solución presentada en este proyecto, haciendo uso de la elaboración de maquetas a escala, que es en si, la forma más cercana a la realidad. Métodos:

� Se realizará una investigación documental y de campo para seleccionar un predio mayor de 60 hectáreas y entre 15 y 25 Km de distancia de la ciudad de Villahermosa. Deberá contar con áreas no anegadizas

� Se investigará la clasificación y las prioridades establecidas en el Plan de Desarrollo

Urbano para el Municipio del Centro � Se fundamentará teóricamente el diseño urbano para un proyecto de apoyo para

crecimiento ordenado de una metrópoli.

� Se elaborarán las tesis de tres de los proyectos integrantes del polo de desarrollo propuesto, incluyendo la investigación para su fundamentación y diseño.

� La investigación se inscribe en el paradigma cuantitativo en cuanto a datos

numéricos que evalúen la magnitud del problema y prospectiva mente la solución requerida. Sin embargo es de carácter cualitativo por requerir de una descripción respecto al impacto social que representa.

RESULTADOS

Creando el proyecto de un Polo de desarrollo urbano que oferte suelo propio para vivienda, con equipamiento y servicios urbanos completos en las afueras de la ciudad de Villahermosa, se propiciará la permanencia de sus habitantes y una mejor calidad de vida para la población propia del polo de 7,500 personas, más 20 mil habitantes de las zonas aledañas, fortaleciendo a la región y evitando la movilidad hacia el área metropolitana de la capital del Estado. También se pretende limitar el crecimiento de la ciudad capital, ofreciendo alternativas completas de permanencia evitando conurbacion de los polos de desarrollo, gracias a la distancia con esta y a la totalidad de los servicios ofrecidos. DISCUSIÓN

Como ya se ha planteado anteriormente, los polos de desarrollo urbano resultan una solución apropiada para frenar el crecimiento desordenado de las metrópolis, por lo que el manejo de estos proyectos a nivel académico, brindan al estudiante en formación una visión urbanística-arquitectónica global. CONCLUSIONES Afrontando de manera conjunta la problemática urbana, social, económica y regional es posible ofrecer una respuesta al problema del crecimiento ilimitado que las ciudades capitales presentan al existir una oferta de desarrollo y de servicios, siendo estos el atractivo principal en sus regiones de influencia.

359

Tambien se considera de vital importancia el conservar los elementos significativos que permitan la identidad y el arraigo de la población, así como la conservación y el respeto hacia la naturaleza. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Programa Estatal de Desarrollo Urbano y Ordenamiento Territorial del Estado de Tabasco. 2000-2006. Estatales Municipales. INEGI. 2000. Plan Maestro de Vialidad y Transporte de la Zona Metropolitana de Villahermosa 1998 INEGI. Marco Geoestadístico 2000. Superficie de la República. Reglamento de construcción del Municipio de Centro, Estado de Tabasco. Arq. Manuel Suárez Herrera. Presidente Municipal.1995. De Olivera, Denison. Curitiba e o mito da cidade modelo. Ed. UFPR. Curitiba. Leland m. Roth. Entender la Arquitectura. Sus elementos, historia y significado. Ed. G. Gilli. 2000. D.K. Ching, Francis. Diccionario Visual de la Arquitectura. Ed. G. Gilli. México 1997. Stroeter, Joao Rodolfo. Teorías sobre la Arquitectura. Ed. Trillas. México 1994. Wright Lloyd, Frank. Transporte masivo rápido en autobuses TMRB. Ed. Devtsche Zusammenarbeit. GMBH. Olgyay, Víctor. Arquitectura y clima. Manual de diseño Bioclimático. Ed. G. Gilli 1998. G.Z. BROS. Sol, luz y viento. Estrategias para el diseño arquitectónico. Ed. Trillas. México 1994. Corral y Bécker, Carlos. Lineamientos de diseño urbano. Ed. Trillas 1989. 5ª reimpresión 2004. Planeamiento Urbano de Curitiba, Brasil. Institu Jaime Lerner. 1994. Norberg Schulz, Christian. Intenciones en Arquitectura. Ed. G. Gilli. Barcelona 1998. Torruco Sarabia, Geney. Villahermosa nuestra ciudad. Tomo 1 y 2. México 1992. Lynch, Kevin. Identidad y estructura de la ciudad. Ed. Trillas. México 1999. Plazota Cisneros, Alfredo. Enciclopedia de Arquitectura Vol. 3. Ed. Limusa.

MESOGRAFÍA

http://es.geocities.com/vanfuentes_h/clubs.htm. Agosto y Septiembre 2006 www.tsj-tabasco.gob.mx Agosto 2006 www.sedet.gob.mx/es/perfil/per_centro_clima.htm Septiembre 2006 http://www.arquitectura bioclimática.com Agosto y Septiembre 2006 www.urban.com Agosto 2006 www.villahermosa.gob Agosto 2006

360

SISTEMAS CON RETARDO APLICADOS A SISTEMAS ELÉCTRICOS CON LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

Dr. Salvador Antonio Rodríguez Paredes** M. C. Rito Rodríguez Lozoya**

M. C. Manuel González Solano**

Dr. Juan Barajas Fernández**

RESUMEN Se presentan algunos de los resultados del Proyecto PROMEP: ESTABILIDAD DE SISTEMAS CON RETARDO DE TIPO NEUTRAL CON APLICACIÓN A SISTEMAS ELÉCTRICOS CON LÍNEAS DE TRANSMISIÓN I. Estos consisten en modelos matemáticos que permiten describir transitorios en Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP), los cuales son descritos por sistemas con retardo de tipo neutral (SRTN) Este proyecto también permitió encontrar resultados teóricos verificables mediante MATLAB-SIMULINK.

INTRODUCCIÓN El suministro de energía eléctrica confiable es vital para el desarrollo de un país y depende fundamentalmente de tres elementos: los generadores de electricidad, la topología de la red (estructura de las líneas de transmisión eléctrica y de la cargas de la red) y, los sistemas de control y de protección. Así cuando ocurre una falla en alguno de estos elementos puede ocurrir una interrupción o colapso en el suministro de la energía eléctrica. Dado que los colapsos en el suministro de energía pueden paralizar la economía del país y provocar trastornos sociales, la tendencia actual es desregularizar SEP. Por otra parte, el desarrollo matemático actual en ecuaciones diferenciales sobre anillos, evolución en espacios abstractos, y ecuaciones diferenciales funcionales neutrales o SRTN [Rodríguez 2003], [Richard 2003], permite obtener modelos matemáticos de dimensión infinita que describen mejor el comportamiento dinámico de los diferentes elementos que componen la red eléctrica. OBJETIVOS Y METAS El objetivo del presente trabajo es dar conocer algunos de los modelos de SEP que permiten modelar transitorios en líneas de transmisión y presentar simulaciones mediante MATLAB-SIMULINK. MATERIALES Y MÉTODOS A continuación se presenta un modelo matemático para un SEP con líneas de transmisión sin pérdidas. Dichos modelos están descritos por medio de la ecuación del telégrafo [Rodriguez et al. 2003], [Kolmanovskii and Myshkis 1999], i.e. una ecuación diferencial parcial de tipo hiperbólico:


361

=

∂

∂∂

∂

+

∂

∂∂

∂

0

0

0

0

τ

τ

τ

τv

i

i

v

L

C

(1) donde v=v(τ,χ) y i=i(τ,χ) son respectivamente el voltaje y la corriente de la línea, ambas variables son función del tiempo т y de la posición, 0≤χ≤ℓ, donde se tome la medición, ℓ es la longitud total de la línea. Las condiciones de frontera o límite de la ec. del telégrafo se propusieron como ecs. diferenciales ordinarias que describen la dinámica de los sistemas eléctricos conectados a las líneas de transmisión. Sin embargo debido al grado de dificultad, aquí solo se analiza el caso con condiciones de frontera descritas por ecs. las algebraicas:

( )0

01

=

=

χi

vRe

, (2)

( )l

l

=

−=

χi

vR10

, (3) donde 0R y

lR son las resistencias serie conectadas físicamente en la fuente y en la carga

respectivamente, y e=e(t) es la fuente de voltaje de la línea. La novedad en el modelado matemático que se propone en este trabajo de investigación, consiste en extender la técnica propuesta en [Brayton 1968], [Brayton 1976] para los SEP. Esta técnica se basa en la formula d'Alember:

( )( )

+

−

−=

ν

χτψ

ν

χτϕ

χτ

χτ

cc ZZi

v1111

,

,

(4) dondeϕ , ψ son el voltaje transmitido y reflejado respectivamente, ν es la velocidad de

propagación de los voltajes, cZ es la impedancia característica y L, C son respectivamente

la inductancia y la capacidad distribuidas a lo largo de la línea. Así la ec. del telégrafo permite obtener un sistema con retardo o de dimensión infinita [Rodríguez et al. 2004], [Hale and Verduyn Lunel 1993]: φ (ξ)=Cφ (ξ-2r)+((Zc/(R0+Zc))e(ξ), (5) donde C:=((R0-Zc)/(R0+Zc))((

lR -Zc)/(

lR +Zc)) y r:=ℓ/ν es el retardo del sistema.

En forma similar, si se considera las condiciones de frontera:

( )0

01

=

=

χi

vRe

, (6)

l

l

=

−=

χi

v

dt

dCiD 1

, (7) donde

lC es una capacidad conectada al final de la línea en paralelo con un diodo túnel al

cual le circula una corriente iD, entonces se obtiene el siguiente sistema con retardos de tipo neutral ψ’(ξ)=aψ(ξ)+bψ(ξ-r)+cψ’(ξ-r) (8) donde a=(m-√(C/L))/

lC , b=-(√(C/L)-R0)(m+√(C/L))/((√(C/L)+R0) l

C ), c=(√(C/L)-

R0)/(√(C/L)+R0) y -m es la pendiente que tiene la corriente del diodo túnel en su curva característica en un punto de equilibrio [Brayton 1976].

362

RESULTADOS Para analizar la estabilidad del tipo de sistemas descritos por (5) se puede consultar por ejemplo [Ogata 1996] donde ξ et φ son variables discretas. Sin embargo debido al enfoque de este trabajo, es conveniente considerar (5) como un caso particular de (8), que es un SRTN. Este enfoque abstracto permite el estudio de (8) no solo con ξ real, sino con φ(ξ) una función definida en un intervalo, i.e. una funcional. De igual forma (8) es un SRTN, en términos de las variables ξ, ψ(ξ), donde ψ(ξ) es una funcional. Para analizar la estabilidad de los SRTN se obtuvo el resultado teórico2 [Rodríguez et al. 2004], esta basado en el enfoque de funcionales de Lyapunov-Krasovskii. Para el estudio de la estabilidad de los SEP que se consideran en este trabajo, se toma en cuenta las incertidumbres de sus parámetros eléctricos, por lo que se considera también la estabilidad robusta con respecto a los parámetros de una clase importante de SRTN. En [Rodríguez et al. 2004] se utiliza para el estudio de la estabilidad (robusta con respecto a los parámetros) de los SRTN, donde se obtienen condiciones suficientes de estabilidad en términos de desigualdades matriciales lineales (LMI por sus siglas en ingles) [Boyd et al. 1994]. Actualmente se programa algunos resultados de estabilidad en términos de LMI's, ver [R. Rodríguez 2006].

Figura1 voltaje a lo largo de una línea de transmisión

Por otra parte, se investigó también el desempeño ante transitorios en los modelos de algunos SRTN, SEP y sistemas electrónicos con líneas de transmisión. Se emulan cambios en la topología de la red y fallas en los generadores. A continuación en la Fig. 1 se considera la grafica en tres dimensiones del estado transitorio del sistema obtenido por un programa de MATLAB-SIMULINK ver Fig. 2:

2 Este trabajo se realizó durante el periodo en que se aplicó a la convocatoria de PROMEP-2004 para nuevos

PTC y el mes en que PROMEP confirmó su apoyo, i.e. diciembre 2004. De hecho se presentó en diciembre de

2004 en el 2nd IFAC SSC-2004.

363

Figura 2 programa en SIMULINK

Posteriormente se investigaron las estrategias de control que mejoren el desempeño de los sistemas antes mencionados ante los transitorios. Para ello se estudia un control automático de ganancia que se utilizó en una parte de este control. Este circuito apareció en [M. Solano 2006]. DISCUSIÓN El programa en MATLAB-SIMULINK (Fig2) muestra que es relativamente fácil simular en computadora los sistemas con retardos. El resultado teórico [Rodríguez et al. 2004] cuyo resultado principal muestra la estabilidad de sistemas con retardo de tipo neutral, mediante la verificación de una LMI, permiten también garantizar la estabilidad de este tipo de sistemas, mediante MATLAB. CONCLUSIONES Las ecuaciones diferenciales funcionales de tipo neutral son una herramienta que ha permitido garantizar la estabilidad de sistemas de potencia con elementos distribuidos. Otra alternativa es la construcción de funcionales de Lyapunov-Krasovskii como [S.A. Rodríguez, Vladimir K., J.M. Dion and L. Dugard 2004] o el enfoque Hamiltoniano para determinar estabilidad.

364


S. Boyd, L.El Ghaoui, E. Feron and V. Balakrishnan, Linear Matrix Inequalities in System and Control Theory. Society for Industrial and Applied Mathematics, 1994. R. Brayton, Small-Signal Stability Criterion for Electrical Networks Containing Lossless Transmission Lines, IBM J. Res. Dev., 12:431—440, 1968. R. Brayton, Nonlinear Oscillations in a Distributed Network, Quart. Appl. Math., 24: 289-301, 1976. A. Greenwood, Electrical Transients in Power Systems, Wiley Interscience, 1991. J:K. Hale and S.M. Verduyn Lunel, Introduction to Functional Differential Equations. Springer-Verlag, 1993. V.B. Kolmanovskii and A.D. Myshkis, Introduction to the Theory and Applications of Functional Differential Equations. Kluwer Academic Publishers, 1999. K. Ogata, Sistemas de Control en Teimpo Discreto. Pearson Education, 1996. A.W. Ordys A.W., A.W. Pike, M.A. Johnson, R.M. Katebi and M.J. Grimble, Modelling and Simulation of Power Generation Plants, Springer-Verlag, 1994. Z. Qu, Robust control of nonlinear uncertain systems, Wiley Series in Nonlinear Sciencie, 1998. J:P: Richard, Time-Delay Systems: An Overview of Some Recent Advances and Open Problems. Automatica, 39, 10:1667—1694, 2003. M. Solano, Análisis de estabilidad de un circuito de control automático de ganancia, Tesis de Maestría, Universidad de los Ángeles de Puebla, 20006. R. Rodrígiez, Análisis de estabilidad de una línea de transmisión con carga no lineal, Tesis de Maestría, Universidad de los Ángeles de Puebla, 20006. S.A. Rodriguez, S. Mondié and J.C. Martinez, A Structure Based Methodology for Block Decoupling: A Case of Study. American Control Conference, IEEE, 2000. S.A. Rodríguez, Stability of Time Delay Systems of Neutral Type, Ph.D. Thesis, Laboratoire d'Automatique de Grenoble, INPG, (in French), 6 Octobre, 2003. S.A Rodriguez, J.M. Dion and L. Dugard, Stability of Neutral Time Delay Systems: A Survey of some results, in "Advances in automatic control", Mihail Voicu (Ed.), Kluwer Academic Publishers, Boston/Dordrecht/London, ISBN 0-4040-7607, pp. 315-336, 2003. S.A. Rodriguez, J.M. Dion and L. Dugard, Robust Delay-Dependent Stability Analysis of Neutral Systems in "Advances in time-delay systems", vol. 38, pp. 269-284, S. Niculescu and K.Gu (Eds), Springer Verlag, ISBN 3-540-20890-9, 2003. S.A. Rodriguez S.A., J.M. Dion, L. Dugard and S. Niculescu, On Delay-Dependent Robust Stability Under Model Transformation of Some Neutral Systems. 2nd International Federation in Automatic Control, Symposium on Structure and Control, pp 96--101, December 8--10, Oaxaca, México, 2004.

365

ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL HULE NATURAL DE HEVEA BRASILIENSIS EN EL ESTADO DE TABASCO

Dr. Pío Sifuentes Gallardo** Dr. José Manuel Vázquez Rodríguez**

Dr. Angélica Silvestre López Rodríguez**

Est. Janeth Hernández Juárez** Dr. Laura Lorena Díaz Flores**

M. C. Miguel Ángel Hernández Rivera** RESUMEN Del árbol Hevea brasiliensis se obtiene un líquido blanco denominado látex que coagula lentamente para obtener el hule natural. En el presente estudio se aceleró este proceso de coagulación mediante la adición de suero y soluciones al 2% v/v de ácido sulfúrico, clorhídrico y fórmico. Las muestras de látex fueron previamente filtradas, y posteriormente se determinaron los parámetros de humedad, impurezas, color y cenizas. También se determinaron los mismos parámetros para otras muestras de hule natural que fue previamente obtenido y coagulado utilizando una forma tradicional. Los resultados indicaron que el contenido de impurezas del hule natural obtenido mediante métodos tradicionales tiene valores superiores al 66%, comparado con un 2% obtenido al utilizar ácidos para coagular. El mejor color en laboratorio fue para el hule sin coagulante, pero industrialmente se recomienda adicionar ácido sulfúrico seguido del ácido clorhídrico en segunda instancia, pero no utilizar ácido fórmico ni tampoco suero para coagular, por que ocasionan una coloración mucho más oscura. El contenido de cenizas fue mejorado desde un 7% para el método tradicional hasta un 0.54% para el hule coagulado con ácidos. T odo esto sugiere una cantidad menor de impurezas que ocasionó menor degradación del hule natural.

INTRODUCCIÓN El hule natural también denominado caucho, se obtiene de un líquido viscoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en numerosas plantas. Durante esta investigación se estudió solamente el hule natural obtenido de los árboles hevea brasiliensis, de la familia de las Euforbiáceas, que están sembrados en plantaciones en el sureste de México. Los grados comerciales de hule natural contienen 93-95% en peso de hule natural, el cual es denominado químicamente cis-1,4-poliisopropeno. La porción restante está constituida por humedad (0.30-1.0% de masa), extracto soluble en cetona (1.5-4.5% de masa), proteína (2.0-3.0% de masa) y cenizas (0.2-0.5% de masa). En la Figura 1 es mostrada la fórmula química del hule natural.


366

El látex se cosecha del árbol por un proceso llamado comúnmente sangrado, que es un corte en forma de canal inclinado sobre la corteza del árbol a una profundidad aproximada de 1mm, por el que fluye el látex y que es recolectado en un recipiente.

CH2 C CH CH2

n Figura 1. Fórmula química del hule natural (cis-1,4-poliisopropeno). El uso mas común del hule natural son las llantas utilizadas en los vehículos, pero también se pueden fabricar cementos adhesivos, cintas aislantes, cintas adhesivas y como aislante para mantas y zapatos y muchos productos más utilizados en la industria farmacéutica. Durante años el hule natural ha competido con el proceso alternativo de obtención sintética a partir del petróleo, pero los altos costos de este no lo hacen competitivo aun en la actualidad, sin contar los enormes beneficios de los procesos naturales al medio ambiente.

OBJETIVOS Y METAS Mejorar el proceso tradicional de recolección de látex obteniendo mejor calidad del hule natural. Procesar el látex y el hule natural mediante procedimientos y parámetros que permitan obtener una menor degradación del hule natural. Obtener impurezas inferiores o iguales a los parámetros que se requieren en la industria automotriz debido a que son los principales consumidores de hule natural. También obtener un color mas claro es importante para efectos comerciales. MATERIALES Y MÉTODOS Materiales: Tazas de polietileno recolectoras de látex de 500 mL, canaletas de acero galvanizado de lámina calibre # 26, una malla de 45 µm (No. 325), matraz cónico de 250 mL, intercambiador de calor de vidrio, soporte universal, papel filtro Wattman No. 40 y probeta graduada de 10 mL. Se utilizaron los siguientes reactivos: ácido fórmico (HCOOH), ácido acético (CH3COOH), ácido clorhídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4) y xileno (C6H4(CH3)2). Adicionalmente se utilizó látex y suero (líquido obtenido al coagular el látex). Equipos: Cuchilla de acero al carbón especial para el sangrado del árbol marca Global, balanza analítica con capacidad de 210 g, sensibilidad de 0.0001g y 120 V, parrilla de calentamiento con agitación marca Nuova Stir Plate Termolyne Modelo SP18425, bomba para agua con potencia de 5.5 W y 400 L/h, mufla marca Felisa, colorímetro portátil marca Color Tec PCM/PSM. Fueron utilizados los siguientes métodos: Primero fueron preparadas tres soluciones al 2% v/v ácido/agua, utilizando ácido clorhídrico, sulfúrico y fórmico, respectivamente. Posteriormente se realizó en campo la coagulación de 5 tipos de muestras usando 5 recipientes de 1L y recolectando 500 mL de látex en cada uno. En la primera el látex fue coagulado espontáneamente, mientras que a la segunda se le agregaron 33 mL de suero usado como coagulante. Las otras tres muestras de látex fueron coaguladas agregando 33 mL de cada solución ácida preparada.

367

Al coagular el látex, se obtuvieron dos tipos de materiales, en la parte superior del recipiente se ubicó el hule natural y en la parte inferior permaneció el líquido denominado suero. Posteriormente se filtró el suero y el coágulo de hule separado fue cortado en placas circulares de espesor de 5 mm, de las cuales se obtuvieron gránulos cúbicos de 5 mm de lado aproximadamente. Fueron pesadas muestras de aproximadamente 35 g de gránulos de hule y colocados en charolas de acero inoxidable de 8 cm de ancho por 10 cm de largo por 2 cm de alto. Posteriormente las charolas fueron introducidas en una estufa de secado y se aplicó una temperatura de 100 °C durante 24 horas. Para la determinación de la cantidad de impurezas contenidas en el hule natural, se procedió en tres etapas, disolución, filtración y secado (norma ASTM D-1278). Para la disolución se agregaron 3 gramos de hule natural seco y 37.5 mL de Xileno a un matraz Erlen Meyer, se aplicó una temperatura de 125 °C durante 24 horas y el xileno evaporado se mantuvo a reflujo. La solución fue filtrada utilizando un tamiz de 45 µm. Finalmente el tamiz y las impurezas fueron secadas en una estufa a 100°C por 1 hora. Luego el material seco se colocó en un desecador hasta temperatura ambiente para determinar su masa final, las impurezas fueron calculadas por diferencia entre la masa final y la inicial del tamiz. Para la medición del color, el colorímetro y la muestra fueron colocados en el interior de una caja de cartón que tiene instalada en la parte superior una lámpara incandescente marca Osram de 100 Watts de potencia. La muestra en forma de gránulos previamente secados, fue vaciada y distribuida uniformemente en una caja de Petri de plástico transparente y colocada en el sensor del colorímetro para determinar sus parámetros de color L*, a* y b*. La determinación de cenizas se realizó conforme a la norma ASTM D-1278, poniendo previamente un crisol a masa constante, luego se adicionó una masa 6.0007 g de hule natural seco y se calentó en una estufa a 200 ºC hasta obtener carbón, posteriormente se calcinó en una mufla a 600 ºC hasta obtener cenizas. El crisol con los residuos fue pesado finalmente en una balanza analítica para determinar el contenido de cenizas. Los parámetros del hule natural obtenidos por este procedimiento fueron comparados con tres tipos de hule obtenido de forma tradicional: Cinta, cinta/coágulo y basura/suelo/cinta/coágulo. RESULTADOS Los resultados obtenidos son mostrados en las Tablas I-VI.

Tabla I. Humedad obtenida para cada una de las muestras

Muestra Compuesto agregado Humedad (%) 1 Acido Fórmico 4.26 2 Natural 4.35 3 Acido Sulfúrico 7.74 4 Suero 3.92 5 Acido Clorhídrico 9.45

368

Tabla II. Determinación de impurezas en laboratorio de coágulos obtenidos tradicionalmente en campo

Tipo Tipos de coágulos Impurezas % (m/m) 1 Suelo/cinta/basura 38,81 2 Cinta/coágulo 15.72 3 Cinta 66.15

Tabla III. Determinación de impurezas en coágulos procesados en campo añadiendo coagulantes

Tipo Tipos de Coágulos Impurezas % (m/m) 1 Con Suero 0.88 2 Espontáneo 0.17 3 Con Ac. Clorhídrico 0.18 4 Con Ac. Fórmico 0.20 5 Con Ac. Sulfúrico 0.17

Tabla IV. Valores de las coordenadas de color L*, a* y b*

Coagulante utilizado L* a* b* Sin coagulante 28,60 -4,42 23,96 Ácido fórmico 26,96 -0,79 18,39

Ácido clorhídrico 24,85 -2,47 17,77 Ácido Sulfúrico 29,30 -3,89 25,97

Suero 25,02 -2,27 15,25

Tabla V. Determinación de cenizas de coágulos tratados

a nivel laboratorio de campo Tipo Tipo de coagulante Cenizas % (m/m)

1 Suelo/cinta/basura 7 2 Cinta/coágulo 3 3 Cinta 5

Tabla VI. Determinación de cenizas de coágulos tratados con diversos ácidos

Tipo Tipo de coagulante Cenizas % (m/m) 1 Suero 0.54 2 Natural 0.45 3 Ácido clorhídrico 0.48 4 Ácido fórmico 0.45 5 Ácido sulfúrico 0.46

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DISCUSIÓN La humedad contenida en las muestras coaguladas espontáneamente, con ácido fórmico y con suero, fue muy similar y cercana al 4%. Esto sugiere que la cantidad de suero almacenada en celdas o burbujas son de aproximadamente el mismo tamaño. Para el caso del ácido sulfúrico se obtuvo 7.74 % y para el ácido clorhídrico 9.45 % de humedad. Lo que sugiere celdas de un tamaño mayor donde el suero es almacenado, esto es importante porque se consumirá mas calor durante el secado, afectando la economía del proceso. La formación de celdas de un tamaño mayor, probablemente sea debido al incremento de la interacción entre las partículas de hule, que se mueven a una velocidad mayor y por lo tanto de una manera mas desordenada, evitando un mayor empaquetamiento, todo esto promovido por la variación del pH en la solución, que modifica la carga eléctrica negativa que rodea a las partículas de hule, permitiendo su unión. La cantidad de impurezas resultó ser muy grande para las tres muestras de hule que fue recolectado de forma tradicional, debido a que el hule fue contaminado con una gran cantidad de impurezas orgánicas e inorgánicas, siendo la cinta la que mayor cantidad de impurezas tuvo (66.15 %), sugiriendo que tiene una gran cantidad de madera del árbol, de donde fue desprendida. En contraste la cantidad de impurezas contenida en las muestras coaguladas con ácidos resultó ser inferior al 1% lo que significa que el proceso de filtrado previo al coagulado, mejoró considerablemente el proceso. Los resultados de color indicaron que influye mucho el coagulante utilizado, el color mas claro fue obtenido para la muestra de hule coagulado espontáneamente, pero es difícil procesar industrialmente el hule, porque rápidamente se generan bacterias degradantes. Por lo anterior el mejor coagulante fue el ácido sulfúrico y el peor fue el coagulado con suero (muy oscuro), por lo que no se recomienda su uso. El contenido de cenizas fue superior al 3% para las muestras obtenidas de forma tradicional, como consecuencia de una mayor cantidad de impurezas, como fue mencionado anteriormente. En contraste con las muestras coaguladas con ácidos, que tuvieron menor cantidad de impurezas como consecuencia del filtrado previo. Estos parámetros están dentro del rango aceptado por el principal consumidor de hule natural: la industria llantera.

CONCLUSIONES La utilización de ácidos coagulantes influye en la formación de burbujas o espacios, de diferente tamaño, donde es acumulado el suero que utilizará mayor cantidad de calor durante el proceso si la burbuja es grande. El proceso de filtrado disminuyó sustancialmente la cantidad de impurezas y consecuentemente la cantidad de cenizas, obteniendo valores menores al 1 % que es el parámetro aceptado por la industria llantera, mientras que los valores obtenidos en las muestras procesadas de forma tradicional son muy altos y por consecuencia no aceptados por esa industria. Los ácidos utilizados para coagular el látex influyeron en el color de hule seco obtenido, probablemente como consecuencia de la degradación ocasionada, resultando ser el ácido sulfúrico el que proporciona mejor color.

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AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), al Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Tabasco (CCYTET) y a los Productores de Hule del Estado de Tabasco.


H. B. Bode; K. Kerkhoff, D. Jendrossek Biomacromolecules 2001, 2, 295. H. Kang; M. Y. Kang; K. H. Han Plant physiology 2000, 123, 1133. M. M. Rippel; C. A. Paula Leite; F. Galembeck Analytical chemistry 2002, 11, 2541. A. Ciesielski, An introduction to rubber technology, RAPRA Technology Limited, United Kingdom, 1999. Y. Tanaka, U. S. Patent 6 025 451, 2000. L. C. Chestnutt, A. Ch. Quentin James, U. S. Patent 6 492 447 B2.

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LA DIVULGACIÓN DE LAS CIENCIAS Y SU DIDÁCTICA DESDE EL CONSTRUCTIVISMO

M. C. Emmanuel Munguía Balvanera** Lic. Mirna Cecilia Villanueva Guevara***

Dra. Laura Lorena Díaz Flores**

RESUMEN

Se creo un instrumento en forma de tabla como una herramienta para ubicar el nivel de respuesta de un estudiante de básicas ante un experimento dado. Dicho instrumento se baso en la epistemología genética y principalmente en la teoría de Piaget. Para probar el instrumento se puso en práctica mediante el programa Jóvenes por las ciencias. En dicho programa se verificó que se cumplían los estadios de Piaget clasificados como: preoperatorios, operaciones concretas y operaciones abstracta.

INTRODUCCIÓN Uno de los problemas comunes en la práctica docente en el ámbito de básicas a nivel primaria es la comprensión del modelo educativo asociado a la construcción del conocimiento. Dicha construcción viene asociada a la toma de conciencia del proceso de aprendizaje. La verificación de lo aprendido solo se puede concebir si se comprenden los diferentes estadios epistemológicos del aprendizaje; estos estadios permiten evaluar el aprendizaje según la concepción que tiene el estudiante de la “realidad”. La eficacia de los métodos de enseñanza está en función de como ayuda al aprendiz a que interprete de manera más objetiva dicha “realidad”, tanto en el aspecto de los fenómenos físicos como en las relaciones humanas. Del mismo modo se pueden interpretar las resistencias que existen al cambiar la concepción que el sujeto (aprendiz) tiene de su entorno. El proceso de los aprendizajes tiene importancia porque es una manera eficiente de calificar la calidad de la educación. Para los docentes que aplican el modelo constructivista deben tener conciencia de cuales son los procesos por los cuales sus alumnos deben aprehender los conocimientos; estos docentes son unos verdaderos investigadores de los procesos de aprendizaje. Una ayuda es tener un esquema de dichos procesos tanto desde el punto de vista psicológico como del epistemológico. En este documento se pretende brindar dicha ayuda OBJETIVOS Y METAS El principal objetivo es: identificar los estadios epistemológicos del aprendizaje y relacionarlos con las diferentes visiones que se tienen de las categorías científicas y humanísticas, concebidas como un proceso en construcción. Las metas son relacionar las categorías de: matemáticas (lógica, operacional, cuantificadores, probabilísticas y de la generalización), físicas (identidad, espacio y velocidad) y humanísticas (la voluntad, lenguaje y sociabilidad). ** División Académica de Ingeniería y Arquitectura

*** Universidad Popular de la Chontalpa

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MATERIALES Y MÉTODOS Se realizó una investigación bibliográfica sobre la epistemología genética de autores como Jean PIaget en donde se estudia el proceso de construcción, dicho proceso concebido desde su génesis y aplicado a algunas categorías científicas y humanísticas. Se tomaron aquellos libros en donde dicha construcción fue más significativa y se resumieron en la Tabla 1.

Tabla 1 Clasificación cualitativa del proceso epistemológico de

algunas categorías científicas desde su génesis

Nivel

Psicología y Epistemología genética

Básico Intermedio Avanzado Estadio Preoperatorio De las operaciones

concretas De las operaciones abstractas

Operación Irreversible Reversible Reversible en triadas o cuaternos

Lógica Prelógico Lógica “concreta” Lógica hipotética deductiva Cuantificación Pequeño, mediano y grande

(cualitativas) Números ordinales y cardinales

Operaciones sobre proposiciones

Generalización Ausencia de la generalización

Generalización para “grandes números pequeños”

Concepción de la generalización

Identidad Acción y pensamientos propios

Identidad sin conservación Identidad con conservación

Espacio Intuiciones topológicas Relaciones euclídeas y proyectivas

Coordinación de puntos de vista y referencias métricas

Velocidad Sucesiones temporales y espaciales indiferenciadas

Comienzo de las sucesiones entre el orden temporal y el orden espacial

Seriación y encaje operativo

Azar Afectividad egocéntrica (mala o buena suerte)

Abarca operaciones reversibles

Combinatoria, identifica los fenómenos irreversibles

Voluntad Sumisión inconsciente, intelectual y afectiva a la autoridad

Voluntad como regulador de la energía

Personalidad como un sistema de voluntades

Lenguaje Egocéntrico, monólogo colectivo

Discusión en el pensamiento no abstracto

Discusión en el pensamiento abstracto

Sociabilidad Asociación del interlocutor (con autoridad) a la acción y al pensamiento propio

Colaboración en la acción Colaboración en el pensamiento abstracto

Se puso en práctica la concepción que se tiene de los fenómenos científicos mediante la demostración de experimentos en diferentes eventos y principalmente a un público de menores a nivel de preescolar y primaria (en adelante los llamaremos los usuarios). La asociación de “Jóvenes por la ciencia” (estudiantes de licenciatura de la UPCH y la UJAT) se encargó de llevar a cabo las demostraciones, con ello se comprobó la eficacia de la Tabla 1. Tanto la docente que participó en la agrupación de divulgadores mencionada como los estudiantes utilizaron la Tabla 1 para ubicar el nivel de los niños y adultos a los que les mostraban los experimentos (en adelante los llamaremos “los usuarios”. RESULTADOS Con base en el estudio bibliográfico se tomaron los hitos importantes de cada uno de las categorías estudiadas y se buscó su nivel para los tres estadios mencionados por Piaget (preoperatorio, operaciones concretas y operaciones abstractas).

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A cada estadio se le asignó un nivel: básico, intermedio y avanzado; se utilizaron dichos niveles en analogía a las categorías de: infra, inter y trans utilizadas por Rolando García (1982). DISCUSIÓN La clasificación de la Tabla 1 es de gran ayuda cuando se requiere ubicar al sujeto que aprende en el nivel de comprensión. Utilizando el método empírico por medio de preguntas a los usuarios y, con base en sus respuestas, se puede ubicar el estadio en el cual se encuentra dicho usuario. Por ejemplo: En la Figura 1 se muestra a un usuario vertiendo un líquido rojo, dicho líquido se deposita hasta el fondo del recipiente. En la Figura 2 se muestran los trabajos terminados formando los colores de la bandera. Antes de hacer el experimento se le pregunta al usuario -¿Crees que se mezclen los líquidos?- Una vez realizado el experimento se le pregunta ¿Por qué crees que los líquidos no se mezclan? Las respuestas se pueden ubicar en la Tabla 1 según sea la concepción que se tenga del fenómeno; las respuestas típicas a la pregunta 2 fueron las siguientes: A manera de ejemplo en algunos de los usuarios se tuvieron las siguientes respuestas: Nivel básico: -Porque los juguitos no tienen ganas de mezclarse (- no se-) Nivel intermedio: -Parece que es por que pesa más el de abajo que los otros-. Nivel avanzado: -Por que tienen diferentes densidades los líquidos- La característica que tiene este último nivel está relacionada con una generalización del fenómeno físico. Así, en este nivel se comprende por que en un cielo nubloso la parte baja de una nube es plana.

Figura 1 Experimento “construyendo la bandera

con líquidos” Figura 2 Recipientes que muestran el

experimento realizado por los niños en las

actividades de “Jóvenes por la ciencia”

CONCLUSIONES

La construcción del conocimiento o el constructivismo viene en “paquetes”, es decir, se observó que los usuarios tienen una misma concepción de la realidad en la totalidad de las columnas de la Tabla 1. Así, la concepción del nivel básico se observó en todos las categorías, de igual forma en los niveles intermedios y

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avanzados. Por ello, el cambio de nivel resulta de una enorme dificultad para los estudiantes, pues implica un cambio de una visión global de la realidad. Sin embargo, una vez que se logra la maduración del sujeto este cambia su interacción con la realidad en forma global, es decir, pasa rápidamente del nivel básico al intermedio de una manera íntegra, como también del nivel intermedio al avanzado. Se agradece al proyecto FOMIX CLAVE: TAB-2004-C045 el apoyo brindado.


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