Actualidades en Ciencia, Tecnología e Innovación

Factor Sinergia – Congreso Internacional de Investigación Aplicada e Innovación Tecnológica 2015 25 al 27 de noviembre. San Juan del Río, Qro., Méx.

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Actualidades en Ciencia, Tecnología e Innovación

Libro compendio de trabajos de Investigación Desarrollo Tecnológico e

Innovación


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Reservado todos los Derechos de Ley © Universidad Tecnológica de San Juan del Río

Av. La Palma No 125. Colonia Vista Hermosa, San Juan del Río, Querétaro, Querétaro, México. CP 76800. Tel 01 427 129 20 00. Ext 215

www.utsjr.edu.mx ISBN: 978-607-96801-4-5 Libro Actualidades en Ciencia, Tecnología e Innovación. Factor Sinergia. Libro compendio de trabajos de Investigación,

Desarrollo Tecnológico e Innovación arbitrados y evaluados antes de su publicación. Congreso Internacional Factor Sinergia. Realizado del 25 al 27 de noviembre de 2015, en la Universidad Tecnológica de San Juan del Río.


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Comité Organizador

M.A.P. Bibiana Rodríguez Montes Rectora

Lic. Héctor Manuel Nieves Ortega Abogado General

Lic. Héctor González Ruiz Secretario Académico

M. en A. Felipe Samuel Tovar

Pacheco

Director de la División de Sistemas Productivos,

Mantenimiento Industrial y Construcción

M. en A.P.I. Fidencio Díaz Méndez Director de la División de Mecatrónica y Tecnologías

de la Información

M. en C. Jaime Hernández Rivera Director de la División de Química y Energías

Renovables

M. en A. Enrique Morín Martínez Director de la División de Negocios y Gestión

Empresarial

Dr. Marco Antonio Zamora

Antuñano

Director de Investigación, Desarrollo Tecnológico y

Posgrado

M. en A. Gonzalo Ferreira

Martínez

Director de Administración y Finanzas

C.P. Gustavo Leal Vázquez Director de Vinculación

M. en A.P.I. María Angélica Luján

Vega

Directora de Planeación y Sistemas de Información

M. en C. Marco Antonio Olivo

Flores

Profesor de Tiempo Completo de la Carrera de

Ingeniería en Mecatrónica y Coordinador General del

Congreso

M. en E.R. Rufino García

Mendoza


Ingeniería en Mecatrónica y Coordinador del

Congreso

M. en C. Gabriel Rodríguez López Profesor de Tiempo Completo de la Carrera de

Ingeniería en Mantenimiento y Coordinador del

Congreso

M. en A. Norma A. Ledesma Uribe Profesora de Tiempo Completo de la Carrera de

Ingeniería en Tecnologías de la Información y

Comunicación, y Coordinadora del Congreso

M. en A. Jesús Antonio Mascareño Profesor de Tiempo Completo de la Carrera de


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López Química Industrial y Coordinador del Congreso

M. en E.R. Luz Carmen Castillo

Martínez

Profesora de Tiempo Completo de la Carrera de

Química Farmacéutica

M. en E.R. Rufino Alberto Chávez

Esquivel


Ingeniería en Energías Renovables

M. en A.P.I. José Luis Flores

Andrade

Profesor de la Carrera de Ingeniería en Sistemas

Productivos

M. en I.E. Alejandra Pavón

Steffani

Profesora de Asignatura de la Carrera de Ingeniería

en Negocios y Gestión Empresarial.

Integrantes de los Cuerpos

Académicos de la UTSJR

Sistemas de Gestión de la Calidad

Organización y Gestión de la Producción

Mecatrónica

Química

Mantenimiento y Energías Renovables

Tecnologías de la Información y Comunicación


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Presentación

En la Universidad Tecnológica de San Juan

del Río estamos convencidos en que

impulsar y fomentar el desarrollo de la

Ciencia, la Tecnología, es el camino

correcto para apoyar el bienestar de las

sociedades contemporáneas, y que estos

elementos representan junto con la

Innovación, factores estratégicos y

determinantes para el desarrollo de todo país.

El contenido de este libro denominado: “Actualidades en Ciencia, Tecnología e

Innovación”, fue desarrollado dentro del marco del Primer Congreso Internacional de

Investigación Aplicada e Innovación Tecnológica “Factor Sinergia”, evento realizado del 25

al 27 de noviembre del 2015, en esta Institución.

El presente muestra en sus páginas, 30 artículos académicos y de investigación, donde

se contemplan las siguientes áreas del conocimiento: Energías Renovables, Química,

Farmacéutica, Mecatrónica y Robótica, Tecnologías de la Información, así como Manufactura

y Calidad. Este compendio de trabajos y ensayos, es el resultado de la participación de 98

autores, los cuales son profesores y alumnos pertenecientes a cuatro Universidades del

Subsistema de Universidades Tecnológicas y Politécnicas, 3 Centros de Investigación y una

Universidad privada.


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Este importante esfuerzo de colaboración, sin duda enriquece el trabajo colegiado que

permite potenciar la investigación básica y aplicada, así como la transmisión del

conocimiento, logrando, de esta manera, impactar en la formación académica, profesional y

personal tanto de los docentes como de los alumnos y, el desarrollo y consolidación de

Cuerpos y Redes Académicas, órganos fundamentales de las Instituciones de Educación

Superior.

Reconozco la intensa labor de la comunidad docente y de los alumnos participantes; a

los revisores, administrativos y directivos que aportaron su tiempo y esfuerzo para la

culminación de esta obra, ya que a través de ejercicios como éste, la Universidad Tecnológica

de San Juan del Río hace patente su compromiso con la construcción de una comunidad

científica que impacta en el desarrollo local y nacional.

Atentamente

M.A.P. Bibiana Rodríguez Montes

Rectora de la UTSJR.


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Prólogo

Escribir un libro es un gran reto, escribir uno donde se conjuguen varios proyectos con

un fin común, lo es aún más. Sinergia se define como: vocablo griego que significa

“Cooperación”. El concepto es utilizado para nombrar a la acción de dos o más causas que

generan un efecto superior que se conseguiría con la suma de los efectos individuales.

Factor Sinergia fue el nombre más acertado para nuestro congreso ya que este concepto

muestra lo que es nuestra Universidad: un conjunto de “mentes” de diversas disciplinas que se

congregan todos los días para formar e instruir a su comunidad estudiantil y cumplir

cabalmente con su misión.

Esta obra representa la unión de los esfuerzos de autoridades, académicos,

investigadores, estudiantes y participantes externos que hicieron posible el evento que sirvió

de referencia para la recepción y análisis de los interesantes trabajos que compilamos aquí.

La investigación, parte esencial del quehacer universitario, no puede supeditarse a un

pequeño grupo, debe dirigirse a todos los miembros de la sociedad, a todos aquellos que tarde

o temprano se verán beneficiados con la misma. De aquí, la importancia de trascender el

conocimiento de expertos nacionales e internacionales a través de la presente obra.

En un mundo donde la competencia es la constante, la innovación tecnológica se ha

convertido en un pilar fundamental del conocimiento. Innovación en la creación de nuevos

productos, nuevos servicios, de nuevas ideas que ayudan a transformar y mejorar nuestro

entorno. Es así que, la conjunción entre el sector educativo, gobierno, empresarios y sociedad

plasmada en documentos como el que nos ocupa, son el resultado de una sinergia que tanto

hace falta a nuestro país.

Coordinadores Congreso Factor Sinergia 2015


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Contenido

Adquisición de datos mediante NI-DAQ y Visual Studio .................................................................................................... 12

Gerardo Mendieta Eyair, Luna Severo Leonardo, Sánchez Elizondo Justo Sergio.

Análisis del Posicionamiento en Redes Sociales para Institución Educativa de nivel Superior aplicado a UTSJR .................. 17

Rodríguez Hernández Alma Ariana, Brenda Juárez Santiago

Ahorro de energía en motores eléctricos mediante la sustitución de motores de baja eficiencia por motores de alta eficiencia 26

Jhoany García Fernández, Aldo Zaul Zúñiga Álvarez, Ángel Marroquín de Jesús, Rufino Alberto Chávez Esquivel

Eminus: Una plataforma educativa subutilizada .................................................................................................................. 45

Juárez Gómez Guadalupe, Ríos Jiménez Uriel, Salas Parada Beatriz Eugenia, Valdez Pérez Carlos Javier

Investigación del estado del arte de Motores Gráficos con Interfaces Naturales de Usuario (NUI) e Interfaces Cerebro

Computadora (BCI), para el aprendizaje del desarrollo de Software .................................................................................... 52

Rodríguez Miranda Gregorio, Juárez Santiago Brenda, Ledesma Uribe Norma Alejandra, Valencia García Alejandro

César, Cortés García Alicia, López Angeles Dora Lilia, Saldaña Benítez Héctor, Santos Osorio René.

Publicación de la Red Nacional de Caminos mediante el uso de Sistemas de Información Geográfica Web ........................... 59

Valladares Romero Juan Jesús, Backhoff Pohls Miguel Ángel, Morales BautistaElsa, Juárez Santiago Brenda, Rodríguez

Miranda Gregorio ....................................................................................................................................................... 59

Remoción de nanopartículas coloidales de plata presentes en agua por electrocoagulación

Nolasco Arizmendi Víctor Alfredo, Martínez Mendoza Abygail Adarely, Juárez Pérez Haly Surisadday

Diseño de un Controlador para Mosfets Basado en Amplificadores Clase (A) ...................................................................... 84

Silva Sánchez Luis Rodrigo, Hernández Zavala Antonio

Guía para el Desarrollo de Interfaces Gráficas Humano-Máquina (GHMI) .......................................................................... 94

Ramírez Bautista Julián Andrés, Chaparro Cárdenas Silvia Liliana, Hernández Zavala Antonio

Cuadricóptero auto-estable ............................................................................................................................................... 103

Hernández Pons Allan Isaac, Feria Salazar Daniel, Reséndiz de Jesús Eduardo, Soto Mejía David Roberto

Cocina solar estacionaria de tubos evacuados ................................................................................................................... 110

Estrella Martínez Cristina, Cervantes Vázquez Jonathan, Marroquín de Jesús Ángel

Análisis del potencial de la producción de biodiésel a partir de aceites vegetales ................................................................ 117

Melquiades Cruz Areli Jazmín, Herrera Velázquez Martha, Marroquín de Jesús Ángel.

Diseño de un sistema de monitoreo y control de estanques de cultivo de microalga ............................................................ 124

Flores Romero Roberto Carlos

Invernadero monitorizado por página web ........................................................................................................................ 130

Arteaga Martínez Estefano, Olvera Morales Gabino, González Moreno Mauricio Ramón, Martínez Anaya Reynaldo

Inspección de canales de salida de autoestéreo con instrumentación virtual ........................................................................ 139

Sotelo Martínez Samuel, Ocampo Martínez Rafael, Trejo Martínez Jaquelina Adriana.

Sistema de censado de distancia por ultrasonido para automóvil con marcha en reversa ..................................................... 149

Espinosa Ahumada Elías, Gutiérrez Granados Cuitláhuac, Camacho Nieto Saúl

Motor de movimiento cuasi perpetuo................................................................................................................................ 156

García Fernández Jhoany, Zúñiga Álvarez Aldo Zaúl, Cruz Garrido José Daniel

Terminsulin .................................................................................................................................................................... 167


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Onofre Román Carlos Alejandrino, Brito Salgado Daniel, Martínez Brito Jorge Arturo

Desarrollo de la Interfaz de Control utilizando Arduino del Proceso de Deposición Química de Vapor (CVD) para Síntesis de

Nanotubos de Carbón....................................................................................................................................................... 172

Álvarez Trejo Jesús A, Ramírez del Valle José Angel, Pérez Robles Juan Francisco

Implementación de la plataforma Moodle para el trabajo de academias de asignatura en la Universidad Tecnológica de San

Juan del Río .................................................................................................................................................................... 183

Valencia García Alejandro César

Aplicación del PVA+I con afinidad hacia Cd2+, Pb2+ y Hg2+ en medio acuoso ................................................................... 187

Gómez López Iraís, Otazo Sánchez Elena María

Diseño y Desarrollo de Brazo Robótico con 4 Grados de Libertad ..................................................................................... 195

Cano López José Antonio, Martínez Cruz Salvador, Ramos Montalvo Francisco1, Cano Salas Nathaniel, Arellano Rincón

Víctor Daniel, Moreno Toledano Jersaín, Álvarez Trejo Jesús Alejandro, González Almaraz Luis Fernando, Legaspi

Nieves Luis Arturo4, Barrios Granados Cristina Adilene

Extracción de aceite de semillas de árbol de huizache (acacia farnesiana) por método químico a través de hexano. ............ 202

Vázquez Monroy Fortino, Islas Cerón Alejandro, Padilla Estrada Víctor Lucino

Estudio del Renio metálico en polvo en medio ácido ........................................................................................................ 213

García García Raúl, Rivera Morales José Guadalupe ,Castañeda Olivares Felipe, Oaxaca Jiménez Hada Concepción,

Mascareño Lopez Jesús Antonio, Zamora Antuñano Marco Antonio, Orozco Gamboa Germán

Big Data para principiantes .............................................................................................................................................. 219

Licea Yáñez Raúl, Ledesma Uribe Norma Alejandra

Tonalli (hijo del sol) ........................................................................................................................................................ 224

Onofre Román Carlos Alejandrino, Martínez Brito Jorge Arturo, Badillo Medina Venecia Nabila

Estudio de la efectividad del proyecto integrador como medio de evaluación formativa y sumativa en la asignatura de

Métodos Estadísticos en la carrera de Ingeniería Química ................................................................................................. 228

Oaxaca Jiménez Hada Concepción, Arciga Pedraza Raquel, Castañeda Olivares Felipe, García Espino Luis Octavio

Balance de materia y energía de un biodigestor doméstico de la zona rural de San Juan del Río. Querétaro, México ........... 234

Castañeda-Olivares F., Oaxaca Jiménez H., Arciga Pedraza R., García García R., Cruz Loma L., García Saldaña L.I

Ahorro de energía eléctrica para iluminación en aulas de la UTBB .................................................................................... 243

Dibene Arriola Luis Martín, Messina López Víctor, Mejía Amezcua Miguel Ángel


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Adquisición de datos mediante NI-DAQ y Visual Studio Gerardo Mendieta Eyair, Luna Severo Leonardo, Sánchez Elizondo Justo Sergio.

Universidad Tecnológica de San Juan del Río

Resumen

En el presente artículo Desarrollo de una interfaz mediante el software libre para desarrolladores de

Microsoft “Visual Studio” con el cual se logre una adquisición de datos utilizando el hardware de National

Instruments “NI-DAQ”, con fin de ahorrar el costo de licencias.

La creación de este proyecto, es simplemente porque en distintas empresas e incluso entre estudiantes es de

vital importancia ahorrar en costos monetarios, sin dejar de lado la calidad del proceso o producto. Se decidió

crear esta interfaz para evitar los costos de licencia del programa de National Instruments “LabView” la cual

tiene un costo de alrededor de $3,500 dólares, mientras que con el software “Visual Studio” no se necesita

licencia para proyectos propios.

Para demostrar el funcionamiento de está interfaz se realiza la simulación de una embotelladora automatizada.

Palabras clave: NI-DAQ, Visual Studio, LabVIEW.

1. Introducción

El hardware NI-DAQ, específicamente la NI-DAQ 6008 es una tarjeta de adquisición de datos de bajo costo, está tarjeta es utilizada frecuentemente para trabajar con el software NI-LabView, el cual es muy sencillo de

utilizar y con el cual es posible diseñar interfaces para controlar o monitorear un proceso mediante las entradas y

salidas físicas, las cuales son conectadas a la NI-DAQ 6008 para posteriormente ser procesadas en LabView.

Cabe mencionar que para trabajar con este software es necesario adquirir una licencia de $56,530 pesos,

siendo esta, la licencia de la versión más adecuada para el proyecto Fig. 1.

Fig. 1. Costo de licencia completa de LabView.

En la figura 2, se pueden apreciar las distintas licencias y sus respectivos costos, así como una pequeña

descripción de las mismos [1].


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Fig. 2. Tipos y costos de licencias de NI-LabView.

Para reducir estos costos, es posible sustituir el software con el cual creamos la interfaz, pasando de utilizar

LabView a utilizar el programa Visual Studio, siendo este último un software de menor costo, o en su defecto,

gratis, únicamente para aplicaciones propias, ya que, si se desea crear aplicaciones comerciales, es necesario

adquirir una licencia. El precio de las licencias se puede apreciar en la fig. 4. [5]. Siendo la versión de Visual

Studio Professional con MSDN la de menor costo, con un valor de 1,199 dólares figura 3.

Fig. 3. Costo de licencia de Visual Studio Professional con MSDN.

Fig. 4. Tipos y costos de licencias de Visual Studio.


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2. Recopilación de información técnica y material necesario

Para realizar esta práctica se utiliza la tarjeta de adquisición de datos NI-DAQ 6008 la cual es mostrada a

continuación en la figura 5 [2].

Fig. 5. NI-DAQ 6008.

Se utiliza este dispositivo porque es una tarjeta de adquisición de datos sencilla y se acomoda perfecto para los

requerimientos del proceso, a continuación, se muestran algunas de sus características técnicas:

o Dispositivo DAQ Multifunción de Bajo Costo de 12 Bits, 10 kS/s

o 8 entradas analógicas (12 bits, 10 kS/s)

o salidas analógicas (12 bits a 150 S/s), 12 E/S digitales; contador de 32 bits

o Energizado por bus para una mayor movilidad, conectividad de señal integrada o La versión OEM está disponible

o Compatible con LabVIEW, LabWindows™/CVI y Measurement Studio para Visual Studio .NET

o Precio de $3,330 MX.

A continuación, también se muestran los requerimientos del programa Visual Studio [4]:

Fig. 6. Logotipo del programa Visual Studio

Sistema operativo compatible

o Windows 7 SP1 (x86 y x64)

o Windows 8 (x86 y x64)


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o Windows Server 2008 R2 SP1 (x64)

o Windows Server 2012 (x64)

Requisitos de hardware:

o Procesador a 1,6 GHz o más rápido

o 1 GB de RAM (1,5 GB si se ejecuta en una máquina virtual) o 10 GB de espacio disponible en el disco duro

o Unidad de disco duro de 5400 rpm

o Tarjeta de vídeo compatible con DirectX 9 con una resolución de pantalla de 1024 x 768 o superior

3. Análisis de los resultados

Para el diseño gráfico de la interfaz se pueden utilizar los mismos gráficos que contiene LabView para

realizar sistemas SCADA, de modo que la visualización no cambiara en lo absoluto tal y como se muestra en

la comparativa entre la figura 7. (figura que muestra la interfaz creada en Visual Studio) y la figura 8. (Figura

que muestra la interfaz creada en LabView.

Fig. 7. Interfaz creada en Visual Studio

Fig. 8. Interfaz creada en LabView


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Cabe mencionar que únicamente se utiliza la librería DAQ MX 0.8, ya que se utiliza una NI-DAQ-6008

aunque con esta versión de DAQ MX se puede trabajar también con la NI-DAQ6009 [3].

3.1 Comparación entre LabView y Visual Studio

Visual Studio LabView

Bajo costo de licencia Alto costo de licencia

Alto tiempo de

programación

Bajo tiempo de

programación

Mayor dificultad de

programación

Programación más

intuitiva

A simple vista parece que LabView proporciona mejores características, pero sí las comparamos con los

$44,621.78 que nos ahorramos en costos de licencia, es mucho más factible utilizar Visual Studio.

4. Conclusiones

Es bien sabido que en un proyecto se busca calidad, eficiencia y bajo costo. Lo importante en este campo es

realizar una investigación detallada de lo que se quiere y cómo se espera lograr, ya que, de esta manera, en este

caso es posible disminuir los costos del programa en un gran porcentaje. El conocimiento es poder, y entre más

conocimiento se tenga, será más fácil resolver adecuadamente los retos.

Referencias bibliográficas

[1] National Instruments. (2015). Comprar LabVIEW

Recuperado el: 15 de junio de 2015

Recuperado en: http://www.ni.com/labview/buy/esa/

[2] National Instruments. (2015). Adquisición de Datos USB Recuperado el: 15 de junio de 2015

Recuperado en: http://www.ni.com/data-acquisition/usb/esa/?

[3] National Instruments. (2014). Programación NI-DAQ en Microsoft Visual Basic .NET

Recuperado el: 15 de junio de 2015

Recuperado en: http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/AFFC0BE95DE6B38186256D9B0051342B

[4] Microsoft C. (agosto 2012). Microsoft Visual Studio Ultimate 2012

Recuperado el: 11 de julio de 2015

Recuperado en: https://www.microsoft.com/es-es/download/details.aspx?id=30678

[5] Microsoft C. (2015). Ofertas de productos de Visual Studio 2015.

Recuperado el: 20 de julio de 2015

Recuperado en: https://www.visualstudio.com/vs-2015-product-editions

http://www.ni.com/labview/buy/esa/

http://www.ni.com/data-acquisition/usb/esa/

http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/AFFC0BE95DE6B38186256D9B0051342B

https://www.microsoft.com/es-es/download/details.aspx?id=30678

https://www.visualstudio.com/vs-2015-product-editions


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Análisis del Posicionamiento en Redes Sociales para Institución

Educativa de nivel Superior aplicado a UTSJR 1Rodríguez Hernández Alma Ariana, 2Brenda Juárez Santiago

1,2Universidad Tecnológica de San Juan del Río

[email protected], [email protected]

Resumen

Actualmente el uso de la tecnología es cada vez más dependiente en las nuevas generaciones en los distintos

entornos, los portarles de internet con el uso de redes sociales virtuales, son los de mayor utilidad, los centros

educativos están dando inicio hacer presencia en este tipo de aplicaciones, para tener un acercamiento a sus

clientes potenciales que son los estudiantes, sector productivo y sociedad en general. El trabajo que se presenta

muestra el análisis de uso de redes sociales como es facebook y twitter, en universidades públicas y privadas,

que utilizan como una herramienta de comunicación y difusión de sus actividades que involucran a la

comunidad estudiantil, se presenta una muestra de instituciones privadas y públicas incorporadas a la

CGUTyP , que número de seguidores tiene y el tipo de información es la que se difunde., así como las diferentes

situaciones encontradas como situación vulnerable.

Palabras Claves: Facebook, Twitter, Red social, Hastag, Seguridad, TIC Tecnologías de la Información y

Comunicación, AMIPCI.

1. Introducción

En un estudio de la Asociación Mexicana de Internet AMIPCI. En el 2013 describió que el correo

electrónico es la principal actividad que realiza el internauta, y que el uso de redes sociales superó a la búsqueda

de información. Situación que en el 2014, este estudio describe que el uso de internet es para el acceso de redes

sociales con un 85%, el uso es para redes sociales en empresa del 17% y de ocio en redes sociales el 83%. El

dispositivo de conexión es de Smartphone con el 58%, donde el uso de el para acceso a internet es de 87%, y el

62% está en edad de 13 a 30 años, de acceso a internet. Esto refiere que los estudiantes 9 de cada 10 están

entrando a las redes sociales. [1].

2. Metodología

La metodología que se utilizó se describe en la figura 1. Que describe en 5 etapas el análisis de

posicionamiento de red social, la etapa 1 inicia la investigación de los usos de redes sociales en los diferentes

tipos de usuarios, la etapa 2 describe la investigación sobre los criterios de seguridad en las redes sociales, donde

se identifican las amenazas de una red social, la etapa 3 se determina las instituciones de educación que serán la

muestra para identificar el posicionamiento en uso de red social, se verifica la institución UTSJR, con respecto al

uso de sus logos y nombre en diferentes perfiles de red social Facebook y Twitter.

Factor Sinergia – Congreso Internacional de Investigación Aplicada e Innovación Tecnológica 2015

25 al 27 de noviembre. San Juan del Río, Qro., Méx.

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Figura 1.- Diagrama del proceso de análisis.

En la etapa 4, se diagnostica la participación de algunas instituciones de nivel superior: privadas y

púbicas, la etapa 5 se desarrolla la estadística y el informe sobre el análisis de la UTSJR en uso de redes sociales

Facebook y Twitter.

3. Redes Sociales Facebook y Twitter

Las redes sociales son estructuras compuestas por personas u otras entidades humanas las cuales están

conectadas por una o varias relaciones que pueden ser de amistad, laboral, intercambios económicos o cualquier

otro interés común. [2].

Las redes sociales son servicios prestados a través de Internet que permiten a los usuarios generar un

perfil público, en el que plasmar datos personales. Estos nuevos servicios se configuran como poderosos canales

de comunicación e interacción, que permiten a los usuarios actuar como grupos, para diferentes fines. [3].

La red social de Facebook y Twitter es la que se propone en este trabajo, para que pueda ser un vínculo

entre universidad y estudiantes, Facebook tiene presencia en 3 perfiles: Usuarios, Grupos y páginas, cada usuario

crea el suyo propio con datos personales, fotografías, etc. Posteriormente puede unirse a una o varias redes, las

cuales suelen representar áreas geográficas, universidades, empresas importantes, etc. Es posible personalizar

cada perfil instalando aplicaciones con las más diversas funcionalidades y estableciendo el nivel de privacidad

que se crea conveniente.

Los grupos son creados por un usuario con perfil de Facebook y puede agregar a otros o aceptar

invitación. Las páginas son utilizadas para organizaciones en donde pueden tener las ventajas de evaluar la

estadística de consulta de información por parte de los visitantes a su página. [4].

El proyecto Facebook en la premisa de Lash (1998) según la cual no podemos hacer una crítica reflexiva

sobre el mundo en que vivimos por fuera del orden tecnológico y de la información sobrevoló el diseño y la

construcción del Proyecto Facebook. Se trata de conocer haciendo, meter las manos en la masa. Sumergirnos en

espacios virtuales que son objeto de estudio y a la vez lugares de entretenimiento y trabajo; y, en definitiva, de

aprendizaje, experimentación y construcción colectiva del conocimiento. [5].

La red social Twitter es la herramienta más usada para microblogging, que permite a los usuarios enviar

y recibir mensajes cortos públicos llamados tuits. Los tuits están limitadas a no más de 140 caracteres y puede

incluir enlaces a blogs, páginas web, imágenes, vídeos y todo otro material online. Puede empezar a tuitear en

menos de 10 minutos, en cualquier momento y desde su ordenador, teléfono inteligente, tableta o cualquier otro

dispositivo móvil. Al seguir a otras personas y fuentes que son capaces de construir un canal instantáneo y

personalizado de Twitter que se ajuste a su amplia gama de intereses, tanto académico como personal. Cuando

creas tu perfil en Twitter debes considerar los estilos: Los tuits sustantivos, que están escritos como oraciones

completas y son siempre inteligibles por sí mismos @mundopublicitario, @gobiernodigital. El estilo



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Figura 1 SEQ Figura_1 \* ARABIC 6 Páginas de Twitter que Involucra a la UTSJR

conversacional o informal es mucho más fragmentado y relajado, todo lo contrario al estilo sustantivo,

correspondiente, habitualmente, a usuarios que comparten historias de una variedad de fuentes @luisvjtutor, Este

estilo se ajusta bien a los académicos más jóvenes, y el elemento personalizado puede ayudar a que los

estudiantes empaticen con los tutores si se utiliza una cuenta relativa a la enseñanza. También es posible usar un

estilo intermedio o estilo de compromiso, que es ampliamente utilizado en el mundo académico. [6]

3.1. ¿Qué es un hashtag en Twitter?

Hash es como en inglés llaman a este signo #, que en castellano llamamos almohadilla. Tag significa etiqueta en

inglés, un hashtag es un conjunto de caracteres precedidos por una almohadilla sin espacio entre sí.

Un hashtag significa que se está usando un conjunto de caracteres (una palabra) para destacar una

información, para agrupar una temática o un conjunto de conversaciones.

¿Cómo crearlo? Muy sencillo, coloca una almohadilla # y un conjunto de caracteres, que pueden

formar o no una palabra, a continuación sin espacios. En algunos casos, te va a convenir asegurarte de que ese

hashtag no exista por otro usuario. [7]

Al tener la información de los conceptos y usos de las redes sociales Facebook y Twitter, se realizó la

identificación de perfiles, grupos y páginas que involucran a la institución educativa UTSJR, en donde se

identificaron varios perfiles con solo escribir la una palabra que identificara el nombre de la institución, en el

buscador de Facebook y Twitter fue posible acceder a las distintas páginas que, mostraban contenidos donde

comprometen a la institución perjudicial o de forma indirecta lo cual no era administrada por personal designado

por UTSJR.

4. Resultados

Al realizar la investigación en las redes sociales de Facebook y Twitter nos damos cuenta que hay más

de una página la cual utiliza las siglas UTSJR (Universidad Tecnológica de San Juan del Río) las páginas siempre

son creadas para distintos fines, tanto pueden ser académicas, social, o bien para los dos fines, en este análisis

encontramos que en Facebook hay aproximadamente 77 paginas o perfiles creados los cuales son 54 página

creadas solo para fines sociales primordialmente para comunicación de los propios alumnos, de igual forma hay

solo 11 páginas que son dedicadas para fines académicos incluyendo la página oficial de la universidad, hay otras

6 páginas que no solo son ocupadas para fines sociales si no de igual forma académicos ya que hay profesores

dentro de esos grupos los cuales hacen publicaciones respectos a las materias que imparten y las utilizan como

apoyo para cualquier cosa, 6 páginas que no son actualizadas desde su creación de entre 3 y 5 años. Ver figura 2.

Mientras que en la red social Twitter se encontraron 5 páginas existentes incluyendo la página oficial de la

universidad solo una más que se tiene fines académicos, y obteniendo 3 más que son para fines sociales ver figura

3.



20

Fig. 2.- Gráfica de páginas de Facebook con datos de la UTSJR.

Fig. 3.- Gráfica de Páginas Facebook con datos de UTSJR.

En la figura 4 se representa en qué posición se encuentra las universidades en la red social Facebook las

privadas estando como primer lugar con 1,294,843 seguidores obteniendo como segundo lugar las universidades

tecnológicas con 121,808 seguidores y por último lugar las politécnicas ya que son las que cuentan con menos

seguidores.

Fig. 4.- Gráfica de usuarios Twitter con datos de UTSJR.



21

De acuerdo a la estadística realizada, se observan las redes sociales de las distintas Universidades del país, se

muestran los resultados de las Universidades Tecnológicas, Politécnicas así como las Privadas con más

seguidores y likes, tanto en Twitter como Facebook. En la figura 5, se observan 10 universidades de la

CGUTyP. Con la posición de acuerdo al número de seguidores. Donde se identifica que Tijuana tiene el 1er.

Lugar y la UT Fidel Velázquez el 10º.

Fig. 5.- Gráfica de Facebook de universidades que utilizan Facebook y son de la CGUTyP.

La figura 6 muestra el uso de red Facebook de 10 universidades politécnicas. 1er. Lugar Sinaloa y 10º Coahuila.

Fig. 6.- Gráfica de Facebook de universidades Politécnicas.

La figura 7 es una muestra de 10 universidades privadas, donde se observa 1er. Lugar Tecnológico de Monterrey,

cabe mencionar que es campus Monterrey, y el 10º Universidad Panamericana.



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Fig. 7.- Gráfica de Facebook de universidades Politécnicas.

Se identificó el uso de red Facebook con universidades del estado de Querétaro, públicas y privadas, de observa

que es el Tecnológico de Monterrey el primer lugar con 513, 527 seguidores, segundo lugar la Universidad del

Valle de México con 183, 957 seguidores, la Universidad Tecnológica de San Juan del Río se encuentra en el

noveno lugar con 3 569 seguidores. Observe figura 8.

Fig. 8.- Gráfica de Facebook de universidades en Estado de Querétaro.

En la figura 9 se aprecia el uso de red Twitter en universidades de Estado de Querétaro, el 1er. Lugar es de

Tecnológico de Monterrey con 23,700 seguidores y 11vo. Lugar la UTSJR. Con 1 seguidor.



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Fig. 9.- Gráfica de uso Twitter de universidades en Estado de Querétaro.

5. Análisis del resultado

El análisis de los resultados mostrados permite concluir la figura 10, que presenta el uso de redes sociales en

UTSJR , y describir que Facebook es la que tiene más seguidores 1964 en el mes de mayo-junio 2015, y en,

Twitter con 1 seguidor en el mismo mes.

Fig. 10.- Gráfica del uso de Facebook y Twitter en UTSJR.

Después de haber realizado el análisis se muestra que aún falta cultura de uso de redes sociales con fines

académicos y de apoyo a la investigación para los proyectos de estudiantes de esa institución, para comunicación

efectiva en el medio que el mayor número de estudiantes utilizan para estar en interacción con sus intereses

académicos y personales.

Al realizar la búsqueda de diferentes páginas se encontró una página donde se utiliza el nombre de la UTSJR y

colocan información de venta de “votos”, aun cuando no es una página oficial, es información que se encuentra

en la red y puede ser una vulnerabilidad para la institución, y perder la confianza de los clientes de la institución.



24

Se realizó una propuesta de mejora para la administración de las redes sociales e incluso su página web de la

institución UTSJR o cualquier otra.

La propuesta de mejora que se desarrollo fue un lineamiento de exactamente 14 requisitos para una correcta

administración. Cabe destacar que estos lineamiento se aplicaron en una prueba de administración de una página

en Facebook que en la actualidad es la página para TIC con 120 seguidores 120, y como resultado pudimos

obtener que a las semanas de haber comenzado y dándole una fluidez excelente la audiencia crecía enormemente,

publicando un 25% a la semana. Ver Figura 11.

Fig. 11.- Pantalla de Página de TIC para estudiantes UTSJR en carrera TIC.

6. Conclusiones

En conclusión sabemos que la tecnología está en manos de las nuevas generaciones, y el compromiso de

las instituciones educativas es orientar y motivar a los estudiantes a que las TIC en redes sociales son un apoyo

en su formación integral y que si hacen una buen uso de ellas, sus éxitos serán cada vez mayor, aquellas

instituciones que no vean las redes sociales como parte de la estrategia para su comunicación y desarrollo de

competencias, su visión de conocimiento en el uso de TI es nula, si los directivos y administradores pueden tener

un repositorio de información que ayude a las generaciones que se incorporan a la UTSJR sería un avance en el

uso de la TIC con el desarrollo de competencias profesionales.

Datos estadísticos en México nos dice que hay 39 millones de usuarios y la edad promedio es de 12 y 20

años de edad ocupando el puesto número 6 a nivel mundial, más del 50% de esta población mundial tiene menos

de 30 años de edad, 1 de cada 5 personas se conocen en línea. Si Facebook fuera un país sería el 3ro más grande

del mundo.



25


[1]AMIPCI “Reporte” www.amipci.org. 2015 acceso 22 octubre 2015.

[2]De Haro J. “Redes Sociales en Educación”.2010, Revista “ Las TI en sociedad”. Universidad de Almería

“Reporte”. Edición 24 de Septiembre del 2010

[3]Dídac Margaix Arnal “Las bibliotecas universitarias y Facebook: cómo y por qué estar presentes.”

Diciembre 2008.

[4]Iván Adaime, “El Proyecto Facebook y la creación de entornos colaborativos educativos” Editorial Ariel

2010., p.21.

[5] Mollet, Moran,Dunleavy; “El uso de Twitter en la investigación universitaria, la enseñanza y el impacto en

las investigaciones: Una guía para los académicos e investigadores ”, Universidad de León, España Noviembre

2011. Pp 8-14.

[6] Portal de Twitter “Reporte : Crear Hashtags” https://twitter.com/hashtags,acceso 22-Octubre-2015


26

Ahorro de energía en motores eléctricos mediante la sustitución de

motores de baja eficiencia por motores de alta eficiencia Jhoany García Fernández, Aldo Zaul Zúñiga Álvarez, Ángel Marroquín de Jesús, Rufino Alberto Chávez

Esquivel

Universidad Tecnológica de San Juan del Rio, Querétaro.

Av. La Palma No. 125, Col. Vista Hermosa | San Juan del Río, Qro. | Tel. (427) 129 20 00 | Fax: Ext.

269 | C.P. 76800

Resumen

En el presente trabajo se realizan los cálculos necesarios para determinar el calibre de un conductor que

alimentará a un grupo de motores, considerando el método de caída de tensión, posteriormente se utilizó un

software libre SINASAVE de Siemens, para revisar el consumo de energía, así como la cantidad de emisiones

contaminantes al tener en operación a los motores eléctricos. Para implementar medidas de ahorro de

energía, se decidió cambiar los motores de baja eficiencia por motores de alta eficiencia, se realizan los

cálculos del retorno de inversión al realizar esta actividad. Se observa una disminución en el consumo de

energía, lo que redundará en una disminución de la facturación de energía eléctrica. En promedio la tasa de

retoro de inversión es de 7 años. Los resultados muestran la viabilidad de la sustitución de motores eléctricos

para el ahorro de energía.

Palabras clave: motores, ahorro de energía.


27

1. Introducción

Tabla 1. Diferencia entre motores eléctricos.

MOTORES

ESTÁNDAR

MOTOR DE ALTA EFICIENCIA

Mayor factor de

potencia del motor por

tiempos cortos.

El hecho de que se tenga una eficiencia mayor significa que se disminuye los costos de operación del motor y se puede recuperar la inversión adicional en un tiempo razonable, sobre todo si se opera a una carga cercana a la potencia nominal, teniendo en cuenta que en un año el costo de

la energía es aproximadamente seis veces el costo de compra del motor.

En motores estándar

que opera

sobrecargados o con

baja carga.

Se puede pagar mucho menos debido al menor coste de la energía consumida

La mejor calidad de los

materiales incrementa

normalmente la vida

útil del motor.

La mejor calidad de los materiales incrementa normalmente la vida útil del motor.

Usualmente es usado en

grandes velocidades

con cargas no tan

grandes

Motores usualmente polifásicos máximo de 200 hp

Eficiencia nominal de

motores estándar. Es el

promedio

de eficiencia de un lote

de motores estándar del

mismo diseño y que

cumple con los valores

de eficiencia

nominal

Los motores de alta eficiencia poseen generalmente un menor deslizamiento (mayor velocidad de

operación) que los motores de eficiencia estándar debido a los cambios que se producen en los parámetros del motor. La mayor velocidad puede ser ventajosa en muchos casos, pues mejora la

ventilación.

Menos componentes

que el motor de alta

eficiencia, siendo más

compactos, fácil

operación y resistentes

Los motores de alta eficiencia son normalmente más robustos y mejor construidos que los motores estándar, lo que traduce en menores gastos en mantenimiento y mayor tiempo de vida.


28

2. Tarifa HM (2014-2015)

Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión,

con una demanda de 100 kW o más.

2.1. Cuotas aplicables en el mes de octubre de 2015.

Se aplicarán los siguientes cargos por la demanda facturable, por la energía de punta, por la energía

intermedia y por la energía de base.

REGIÓN CARGO POR

KILOWATT - HORA

DE ENERGÍA

INTERMEDIA

CARGO POR

KILOWATT - HORA

DE ENERGÍA DE

BASE

Baja California $ 0.8008 $ 0.6290

Baja California Sur $ 1.1111 $ 0.7866

Central $ 0.8866 $ 0.7412

Noreste $ 0.8233 $ 0.6744

Noroeste $ 0.8169 $ 0.6844

Norte $ 0.8311 $ 0.6757

Peninsular $ 0.8332 $ 0.6861

Sur $ 0.8472 $ 0.7049

Tabla 2. Tarifa H-M (2014 - 2015)


29

2.2. Mínimo mensual

El importe que resulta de aplicar el cargo por kilowatt de demanda facturable al 10% de la demanda

contratada

2.3. Demanda contratada

La demanda contratada la fijará inicialmente el usuario; su valor no será menor del 60% de la carga total

conectada, ni menor de 100 kilowatts o la capacidad del mayor motor o aparato instalado.

En el caso de que el 60% de la carga total conectada exceda la capacidad de la subestación del usuario, sólo

se tomará como demanda contratada la capacidad de dicha subestación a un factor de 90%.

2.4.- Horario

Para los efectos de la aplicación de esta tarifa, se utilizarán los horarios locales oficialmente establecidos.

Por días festivos se entenderán aquellos de descanso

obligatorio, establecidos en el artículo 74 de la Ley Federal del Trabajo, a excepción de la fracción IX, así como

los que se establezcan por Acuerdo Presidencial.

3. Especificaciones

3.1.1 Eficiencia del motor

Cualquier motor debe tener indicada en su placa de datos una eficiencia nominal igual o mayor a la

especificada en la Tabla 2.

3.1.2 Eficiencia mínima asociada

Cualquier motor debe tener una eficiencia mayor o igual a la eficiencia mínima asociada a la eficiencia

nominal que muestre en su placa de datos de acuerdo con la Tabla 1.

3.1.3 Determinación de la eficiencia

Para determinar la eficiencia energética de motores de inducción trifásicos en potencia nominal de 0,746 a

373 kW, se precisa como prueba única el método descrito en el capítulo 9 de la presente norma oficial mexicana.


30

3.1.4 Muestreo

De acuerdo con el artículo 73 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Secretaría de Energía,

a través de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, establecerá el procedimiento para la

evaluación de la conformidad de los motores con las especificaciones de esta norma oficial mexicana.

Tabla 3. Eficiencia nominal y mínima asociada, en por ciento.

Notas:

1.- Los valores de la eficiencia nominal de la Columna A se obtienen a partir del 99,0%, con incrementos de

pérdidas del 10%.

2.- Los valores de eficiencia mínima asociada de la Columna B, se obtienen incrementando las pérdidas en un

20%.

3.2. Criterios de aceptación

3.2.1 Placa de datos

La eficiencia nominal marcada por el fabricante en la placa de datos del motor, debe ser igual o mayor que la

eficiencia de la Tabla 2 de esta norma oficial mexicana, de acuerdo con su potencia nominal en kW, número de

polos y tipo de enclaustramiento.

3.2.2 Resultados de las pruebas

La eficiencia determinada con el método de prueba para cada motor probado, debe ser igual o mayor que la

eficiencia mínima asociada a la eficiencia nominal marcada en la placa de datos por el fabricante.


31

Tabla 4. Valores de eficiencia nominal a plena carga para motores verticales y horizontales, en por ciento

4. Datos generales

Para el siguiente diagrama, determinar el calibre mínimo del conductor para alimentar al grupo de motores.

Fig. 1. Centro de control de motores.

MOTOR

HP

VOLTAJE

POLOS

F.P.

EFICIENCIA

1 5 440 4 85% 73%

2 5 440 4 85% 73%

3 3 440 4 85% 69%

4 3 440 4 85% 69%

5 10 440 4 78% 84%

6 10 440 4 78% 84%

7 10 440 4 78% 84%


32

4.1 Cálculos de Corrientes

Motores de 3HP

Motores de 5HP

Motores de 10HP

In=7.9*2+5*2+15*3= 70.8Ampers

Como la norma señala aumentar el 25 por ciento del motor más grande del circuito, tendremos que la

corriente resultante.

Ir=70.8+ (0.25*15)=74.55Amperes

Para una temperatura ambiente de 45oC y una temperatura en el Conductor de 90ºC, el factor es

0.87.

Para una instalación de tres cables en charola dispuestos en forma horizontal, el factor es de 0.87.

Calculando con estos factores, la nueva corriente.


33

Al consultar en la tabla número 4.4 (Vinanel 2000MR) el calibre necesario para transportar 98.5

amperes, el 6 AWG es el que puede transportar hasta 105 amperes al aire libre.

La caída de tensión (%∆V) se analiza aplicando la fórmula del punto 5 de la guía para selección del

calibre en baja tensión:

La caída de tensión sobrepasa el 3 por ciento que marca la norma NOM-001-SEDE 2005, por lo

tanto, será necesario buscar un calibre superior.

Calibre 2 AWG tiene un factor de caída de tensión unitaria menor a 1.3115; por lo tanto, el cable

Vinanel 2000MR calibre 2 AWG es el indicado para la instalación.

5. Datos generales de los motores de 5HP

Fig. 2 Datos de motores de 5 HP.


34

Fig. 3. Datos de motores de 5 HP.

Fig. 4. Para motores de 5HP


35

5.1.- Precios de motores de 5HP

Fig. 5. Precios de motores para 5HP en un año.

Costo de energía por un año $75,654 pesos

Motor 1: costo por un año de uso $73,453 pesos

5.2. Sustitución del motor por uno de alta eficiencia

Fig. 6. Comparación de motores.


36

Fig. 7. Comparación de motores.

Fig. 8 Gráficas de motores.


37

5.3.- Comparación de precios para sustitución de motores estándares a alta eficiencia

Fig. 9. Precios comparados con un año de uso.



Motor 2: costo por un año de uso $72.054 pesos

Ahorro estimado $1,399 pesos

6. Datos generales de los motores de 3 HP

Fig. 10. Datos de un motor de 3 HP.


38


Fig. 12. Gráficas de un motor de 3 HP.


39

6.1. Costo de un motor de 3 HP

Fig. 13. Costo de un motor de 3 HP.



6.2. Sustitución del motor por uno de alta eficiencia 3HP.

Fig. 14. Comparación de motores de 3 HP.


40

Fig. 15. Comparación de motores de 3 HP.

Fig. 16. Gráfica de Comparación de motores de 3HP.

6.3. Comparación de precios para sustitución de motores estándares a alta eficiencia

Costo de energía por un año $15,780pesos


Motor 2: costo por un año de uso $14,567pesos

Ahorro estimado $467 pesos


41

7. Datos generales de los motores de 10 HP

Fig. 17 Datos de un motor de 10 HP.



42

Fig. 19. Gráficas de datos de un motor de 10 HP.

7.1.- Costo de un motor de 10HP

Fig. 20. Gráfica de costos para motores de 10 HP.




43

7.2.- Sustitución del motor por uno de alta eficiencia

Fig. 21. Comparación de los motores de 10 HP.

Fig. 22. Gráfica de comparación de los motores de 10 HP.


44

7.3.- Comparación de precios para sustitución de motores estándares a alta eficiencia

Fig. 23. Gráfica de comparación en costos.

Costo de energía por un año $30,571pesos



8. Conclusiones

En muchas de las empresas actualmente no se tiene la suficiente ambición por conseguir

beneficios a largo plazo con la compra de motores de alta eficiencia puesto que si no es un ahorro en el

momento de su compra a largo plazo nos dará muchos beneficios desde el punto de vista empresarial

por el consumo menor de energía y el poco mantenimiento que en algunos casos nos ofrecen esta clase

de motores.


[1] Eric-Mosvel. (06 de Junio de 2015). Docslide. Obtenido de http://myslide.es/documents/motores-especiales-y-

de-alta-eficiencia.html

[2] Marroquin, D. Á. (s.f.). Curso de Electricidad Básica. Obtenido de

file:///C:/Users/RAHZEL%20ANADIS/Downloads/PRESENTA%20E%20BASICA%20(1).pdf

[3] NOM-016-ENER-2010. (19 de 10 de 2015). Diario Oficial de la Federación. Obtenido de

http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5163735&fecha=19/10/2010 [4] Siemens. (2013-2015). SinaSave. Obtenido de http://www.automation.siemens.com/sinasave#/motor


45

Eminus: Una plataforma educativa subutilizada Juárez Gómez Guadalupe, Ríos Jiménez Uriel, Salas Parada Beatriz Eugenia, Valdez Pérez Carlos Javier.

Facultad de Administración de la Universidad Veracruzana, región Veracruz.

Resumen

El paradigma educativo promovido por las tecnologías de información y comunicación (TIC) hace más de

dos décadas invitó al docente a cambiar o modificar su cotidianeidad en los procesos de formación académica

permitiendo su flexibilidad, innovación y la diversidad de recursos didácticos.

En la actualidad los docentes de la Universidad Veracruzana disponemos de una plataforma educativa de

desarrollo propio, la cual facilita tanto procesos educativos virtuales como procesos educativos en los cuales el

docente decide qué herramientas de ésta plataforma quiere incorporar al proceso presencial-tradicional de

enseñanza-aprendizaje; el académico tiene la elección de las formas y los momentos de interacción con sus

alumnos.

En este artículo se recoge la apreciación de algunos docentes universitarios que usan la plataforma

educativa Eminus la cual les permite innovar en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Sin embargo,

consideramos introducir un parámetro intermedio de comparación con una plataforma educativa comercial:

Blackboard.

Los elementos que se toman como punto de referencia son: aspectos generales, distribución de

contenidos, comunicación y colaboración, seguimiento y evaluación, administración y asignación de permisos y

herramientas complementarias, se muestran los resultados obtenidos de la aplicación de un instrumento sobre el

grado de satisfacción en el uso de ambas plataformas educativas.

Palabras Claves: Plataformas Educativas, Blackboard, Eminus.

1. Introducción

El uso de las Tecnologías de la Información y de la Comunicación (TIC) ha requerido que los docentes de educación superior reflexionen sobre la necesidad de migrar sus modelos y estrategias de enseñanza así como en

la introducción de elementos tecnológicos que doten a los estudiantes de medios que lo guíen en su aprendizaje,

así como que se los faciliten.

Dicha migración se puede ir formalizando a partir del uso de las plataformas educativas siendo estas un conjunto de herramientas que permiten crear y gestionar espacios de enseñanza- aprendizaje en Internet, donde

los profesores y alumnos pueden interactuar durante su proceso de formación.

Es de nuestro interés ahondar en las causas del bajo uso de nuestra plataforma institucional.


46

2. Plataformas Educativas

En la medida que avanzamos en este siglo las exigencias y retos del sistema de educación superior son cada

vez más complejas, mismas que deberán ser superadas para satisfacer adecuadamente las necesidades de la

sociedad en general y de los agentes involucrados en la formación universitaria en particular.

Para responder a estos desafíos, las instituciones educativas deben revisar sus referentes actuales y seguir

promoviendo sus experiencias innovadoras en procesos de enseñanza-aprendizaje apoyados en las TIC.

Los sistemas de enseñanza configurados alrededor de las telecomunicaciones y las tecnologías interactivas

obligaron a una redefinición de los modelos tradicionales para conducir a un tipo de procesos más flexibles,

innovadores y didácticos.

En la educación superior, estos sistemas presentan grandes oportunidades tanto para los docentes como, y

sobre todo, para los estudiantes, en términos de accesibilidad, de flexibilidad y, en algunos casos, de costos.

Impactan, por tanto, en tres de los aspectos críticos de la educación superior actual: en la necesidad de

proporcionar acceso a una cantidad cada vez mayor de estudiantes a la educación superior, en la necesidad de modalidades cada vez más flexibles en términos de lugar, espacio, ritmo, itinerarios, etc. y en la importancia que

va tomando la financiación y, en consecuencia, los costos de la educación superior. Dar respuesta adecuada a

cada uno de estos tres frentes mediante el uso de las TIC supone grandes retos para las instituciones. Sobre todo,

si al mismo tiempo se quiere asegurar la calidad de estos mismos procesos. Salinas (2004).

Desde esta perspectiva, es innegable el sustento que las plataformas educativas brindan en el logro de lo que

en 2004 manifiesta Salinas como retos del sistema educativo de nivel superior, siendo estos entornos

herramientas integradas que se utilizan para la creación, gestión y distribución de formación a través de la Web.

Para Chiarani y otros (2002), la utilización de una plataforma integrada permite la creación y gestión de

cursos completos para la Web sin que sea necesario conocimientos profundos de programación o de diseño gráfico. El acceso al material didáctico (textos, gráficos o incluso videos con información del profesor) combina

diferentes opciones de interacción y retroalimentación, tales como videoconferencia, correo electrónico, foros de

discusión, chats, etc., Las plataformas de formación si bien son potentes instrumentos que permiten diseñar,

elaborar e implementar un entorno educativo que esté disponible en Internet con todos los recursos necesarios

para cursar, gestionar, administrar y evaluar las actividades educativas, dentro de las ofertas que se hallan en el

mercado.

Para el aprovechamiento del entorno virtual de aprendizaje se requiere que esté sustentado en una

plataforma tecnológica accesible, diseñada y teniendo en cuenta criterios de usabilidad y de flexibilidad. En

función de la frecuencia e intensidad de las actividades presenciales y de la situación y necesidades de los

estudiantes, el entorno virtual tendría que facilitar, además, el acceso a los servicios complementarios de tipo

académico, administrativo y social que permitieran al estudiante el desarrollo de las distintas facetas de la

actividad universitaria sin necesidad de su presencia física en el campus.

Según Sigalés (2004) comenta que la elección de la plataforma dependerá, como ya hemos dicho, de los

objetivos del curso, de las características y necesidades de los estudiantes y del papel que se atribuya al profesor,

en cuanto al grado de responsabilidad y de participación que vaya a tener en el conjunto de decisiones que

afectan al conjunto del proceso docente. Una plataforma accesible y flexible permite, por ejemplo, la

introducción de más modificaciones sobre la marcha, en el entorno virtual de aprendizaje, por parte de profesores

y estudiantes. El hecho de que la plataforma incluya la posibilidad de introducir herramientas para el trabajo colaborativo puede permitir una mayor interacción entre sus participantes.

En cuanto al rol del profesor, la formación virtual exige habitualmente la introducción de cambios drásticos

en el enfoque de la actividad docente. Cuando el entorno no permite el uso de recursos sincrónicos de carácter


47

audiovisual, desaparecen las posibilidades de dictar clases de forma magistral y, aunque esto tecnológicamente

sea posible, no resulta en ningún caso recomendable. Los entornos virtuales de aprendizaje permiten poner a

disposición de los estudiantes, desde el principio, los contenidos con los que se va a trabajar a lo largo del curso.

La tarea del profesor como experto que ayuda a los estudiantes a construir su propio conocimiento se puede

descomponer en varios roles distintos que, en determinadas circunstancias, pueden ser llevados a cabo por

profesores distintos o por equipos compuestos por profesores y otros profesionales especializados.

Dichos roles permiten diversificar las ayudas que los profesores pueden prestar a los estudiantes en su

proceso de aprendizaje. Para un mejor análisis, podríamos distinguir, por un lado, los que desarrollan tareas de

ayuda diferida, antes de la puesta en marcha del proceso formativo, elaborando o seleccionando actividades, escenarios, relaciones y materiales en los que los estudiantes puedan trabajar y participar, y, por otro lado, los que

se llevan a cabo durante el proceso para intervenir e interactuar con los estudiantes de manera frecuente a lo largo

de la actividad formativa, anticipando la resolución de posibles confusiones, aclarando dudas, proponiendo

debates, evaluando, asegurando una construcción adecuada en los momentos clave y propiciando oportunidades

para la adquisición de competencias digitales.

Dada la complejidad que conlleva el diseño y el desarrollo de cursos y de actividades de formación virtuales

resulta altamente recomendable, para garantizar la calidad y la sostenibilidad de todo el proceso, la constitución

de equipos de trabajo que de manera interdisciplinaria lleven a cabo el conjunto de las tareas y hagan posible un

sistema de apoyo y ayuda continuada a los estudiantes y a los propios profesores.

Dentro de la fortaleza que se tiene en la utilización de las plataformas educativas se encuentran las que

aporta Mott (2010)

Simple, coherente y estructurada. Integración con los sistemas de información de los estudiantes (SISS), con listas de estudiantes rellenan

automáticamente en los cursos.

Privado y seguro.

Sencillos y poco onerosos para capacitar y apoyar (en comparación con los instrumentos de apoyo

múltiple).

La integración de herramientas.

Apoya la estructuración de los contenidos sofisticados (secuenciación, la ramificación, la liberación de

adaptación).

Toda vez que se ha presentado la importancia que tienen las plataformas educativas como herramienta de

apoyo en los actuales procesos de enseñanza aprendizaje, a continuación se muestran los resultados obtenidos con

respecto a la satisfacción en el uso de la plataforma educativa Eminus así como el referente de satisfacción en el uso de la plataforma comercial Blackboard.


48

3. Análisis de Resultados

El primer elemento considerado para ésta comparación es el de aspectos generales, en el cual se observa

que ambas plataformas tienen un nivel muy similar de satisfacción por parte de los docentes que las utilizan, en lo

referente a facilidad de uso, acceso desde dispositivos electrónicos, interfaz gráfica, organización de elementos en

pantalla y de cursos, acceso a la información, capacidad de respuesta y nivel de seguridad. Ver Fig. 1.

Fig. 1. Aspectos Generales.

A continuación en la figura 2 se representan los niveles de satisfacción que manifestaron los usuarios de ambas

plataformas en puntos importantes de distribución de contenidos, cabe hacer mención que en lo referente a lo

manifestado por los usuarios de Eminus, nos refleja que no existe una experiencia previa de uso en lo que

respecta a: Inserción de contenido multimedia externo, compatibilidad de extensiones de archivo, y gestión y

producción de contenido, considerando que al elegir No Aplica (NA) en estos aspectos, la ponderación de satisfacción de uso de ésta plataforma se ve mermada y pone focos rojos sobre el nivel de uso de la plataforma

que tenemos los docentes de la facultad de administración.

Fig. 2. Distribución de contenidos.


49

El grado de satisfacción en las herramientas de comunicación tanto síncronas como asíncronas y las de

colaboración es mayor para la plataforma Eminus, de acuerdo al promedio ponderado obtenido en la evaluación

de los resultados, consideramos que este resultado es producto de que la variedad de elementos de comunicación

y colaboración de la plataforma Eminus es mayor que la plataforma Blackboard, ya que ésta sólo cuenta con

mensajes y notificaciones.

Fig. 3. Comunicación y Colaboración.

En la figura 4, se aprecia que el nivel de satisfacción de uso de la plataforma Blackboard es superior al

que los usuarios de Eminus manifiestan, sin embargo, se considera relevante puntualizar que todos los elementos

que se incluyeron en este aspecto de Seguimiento y Evaluación, tuvieron un alto índice de NA por parte de los

usuarios de la plataforma Eminus, mientras que la plataforma Blackboard no tuvo uno solo por parte de sus

usuarios. Se hace ésta aclaración ya que la elección NA en el instrumento aplicado, no le fue asignada una

ponderación a diferencia del resto de las opciones.

Fig. 4. Seguimiento y Evaluación.

En la figura 5 vemos representados los niveles de satisfacción en la administración y asignación de permisos para

el docente en ambas plataformas. Los cuales reflejan un nivel muy parecido en lo que respecta a la permanencia de cursos, niveles más altos en el uso de Blackboard en la manipulación del perfil, en la organización de grupos

colaborativos, herramientas para gestión de perfil y en las fichas de alumnos, los usuarios de Eminus muestran un

mayor nivel de agrado en la visualización de otros perfiles y en la activación y desactivación de cursos. Aún y

cuando hubo varios usuarios que optaron por la opción no ponderada NA, este número fue muy similar para

ambas plataformas, por lo que se considera que en este rubro es irrelevante este dato.


50

Fig. 5. Administración y Asignación de Permisos.

En lo referente a herramientas complementarias, es innegable la superioridad de la plataforma Blackboard, al

ofrecerle al usuario una mayor variedad de herramientas como Blogs, Wikis, Anotaciones, etc. Quedando de

manifiesto en la figura 6

Fig. 6. Herramientas Complementarias.

.


51

4. Conclusiones

El desarrollo de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), ha conducido a la enseñanza

universitaria hacia el uso de las denominadas plataformas educativas, permitiendo tanto a los académicos como a

los estudiantes modificar los procesos de enseñanza‐aprendizaje caracterizados sobre todo por la interacción y

comunicación entre ellos y los contenidos del curso.

Los resultados de este comparativo reflejan que nuestra plataforma Institucional Eminus es lo

suficientemente completa y robusta para cubrir los objetivos tanto de una modalidad de aprendizaje virtual, como

de una modalidad asistida por las TIC. Sin embargo se aprecia que el grado de satisfacción de los usuarios de

Eminus frente al grado de satisfacción de los usuarios de Blackboard no es muy dispar, en la Facultad de Administración de la Universidad Veracruzana, región Veracruz, el nivel de uso de nuestra plataforma es bajo, ya

que Eminus es usado en un porcentaje que se calcula cercano al 20% por parte de los académicos de ésta facultad,

lo cual a 11 años del lanzamiento de esta plataforma consideramos es un indicativo de una baja disposición de

uso de ella en los procesos de enseñanza-aprendizaje, por parte de la plantilla docente.

Es necesario hacer mención que para poder tener un referente de satisfacción con una plataforma educativa

distinta a la nuestra y con una buena reputación en el mercado, solicitamos el apoyo de lectores de la

Universidad Nacional de Irlanda, para que nos respondieran el mismo instrumento que fue aplicado en nuestra

Institución. Ya que Blackboard es su plataforma institucional y es usada en el 100% de sus asignaturas.

Estos resultados nos muestran la vital importancia y urgencia que tiene explotar los recursos tecnológicos de

los cuales disponemos para desarrollar nuestra actividad académica, debido a que esto redundaría en un mayor cumplimiento de los deberes que como institución educativa pública tenemos con la sociedad: modelos

educativos más flexibles, en términos de lugar, espacios, ritmo, itinerarios, así como la minimización de costos de

la educación superior, al tiempo que una mayor cobertura.


[1] Salinas J. “Cambios metodológicos con las TIC. Estrategias didácticas y entornos virtuales de enseñanza-aprendizaje” (2004). Consultado: 22 de octubre del 2015. Disponible en:

http://www.researchgate.net/publication/39214325.

[2] Chiarani M., Lucero M., Pianucci I., Manzur L."Los ambientes Web en Educación...una aproximación a los

Ambientes Colaborativos Inteligentes". CACIC 2002.

[3] Sigalés, C.“Formación universitaria y TIC: nuevos usos y nuevos roles”. (2004). Revista de Universidad y

Sociedad del Conocimiento (RUSC). [artículo en línea]. UOC. Vol. 1, nº 1. Consultado: 19 de octubre del 2015.

Disponible en: http://www.uoc.edu/rusc/dt/esp/sigales0704.pdf

[4] Mott, J. “Envisioning the Post--‐LMS Era: The Open Learning Network. Educause Quartely”, 33 (1). [artículo en línea]. Consultado el: 20 de octubre

del 2015. Disponible en.

http://www.educause.edu/EDUCAUSE+Quarterly/EDUCAUSEQuarterlyMagazineVolum/Envi

sioningthePostLMSEraTheOpe/199389.

http://www.researchgate.net/publication/39214325

http://www.uoc.edu/rusc/dt/esp/sigales0704.pdf

http://www.educause.edu/EDUCAUSE+Quarterly/EDUCAUSEQuarterlyMagazineVolum/Envi


52

Investigación del estado del arte de Motores Gráficos con

Interfaces Naturales de Usuario (NUI) e Interfaces Cerebro

Computadora (BCI), para el aprendizaje del desarrollo de

Software Rodríguez Miranda Gregorio, Juárez Santiago Brenda, Ledesma Uribe Norma Alejandra, Valencia García

Alejandro César, Cortés García Alicia, López Angeles Dora Lilia, Saldaña Benítez Héctor, Santos Osorio René.

Universidad Tecnológica de San Juan del Río, Querétaro, Av. La Palma, No. 125, Col. Vista Hermosa

CP 76803.

Resumen

El presente documento tiene el propósito de reunir las especificaciones y herramientas relacionadas a los

temas de compiladores gráficos, interfaces naturales de usuario e interfaces cerebro computadora para el

desarrollo de software,

La interfaz de usuario consistirá de dos partes:

1. Una representación gráfica de las órdenes emitidas por el usuario, en la cual se utilizará open blocks,

que es una librería que nos permite la utilización de gráficos.

2. Una herramienta que le permite al usuario emitir órdenes, la cual es implementada con BCI y NUI.

Finalmente la aplicación de software será construida mediante el uso del framework Qt, que se encargará

de compilar los bloques.

Palabras clave: Motor gráfico, compilador gráfico, herramientas de aprendizaje en el desarrollo de software,

1. Introducción

La palabra “motor” en el mundo del software se usa para hacer referencia al programa informático

que ejecuta un determinado tipo de tareas comunes a diversas aplicaciones de software: un motor de

base de datos, un motor de transcripción texto a escrito, o un motor gráfico. En esta investigación nos

abocaremos a discutir las bases teóricas fundamentales del estado del arte de los motores gráficos,

también empleados en el ámbito del uso de las interfaces naturales de usuario en conjunto con las

interfaces cerebro-computadora.


53

2. Estado del arte

2.1 Compiladores Gráficos

La construcción de un compilador es una de las tareas más gratas con las que una persona puede encontrarse

a lo largo de su carrera profesional en el área de Sistemas Computacionales. Aunque no resulta sensato pensar

que una labor tal pueda formar parte de la actividad cotidiana de la mayoría de estos profesionales, sí es cierto

que, con cierta frecuencia, suele aparecer la necesidad de analizar un fichero de texto que contiene información

distribuida según algún patrón reconocible: ficheros XML, ficheros de inicialización .ini, ficheros con comandos

del sistema operativo, los propios programas fuente, etc. Pero a pesar de la indudable utilidad de los conceptos

generales relacionados con la teoría y práctica de los análisis de textos, el crear un compilador introduce a la

persona en un nuevo mundo en el que el control sobre el ordenador es absoluto y le lleva al paroxismo de la

omnipotencia sobre la máquina. Y es que resulta imprescindible un pleno conocimiento de todos los conceptos

intrínsecos a la computadora: dispositivos de E/S, código máquina utilizado por el microprocesador,

comunicación a bajo nivel entre ésta y el resto de sus periféricos, distribución de la memoria, mecanismos de uso

de memoria virtual, etc.

2.2. Concepto de traductor.

Un traductor se define como un programa que traduce o convierte desde un texto o programa escrito en un

lenguaje fuente hasta un texto o programa equivalente escrito en un lenguaje destino produciendo, si cabe,

mensajes de error. Los traductores engloban tanto a los compiladores (en los que el lenguaje destino suele ser

código máquina) como a los intérpretes (en los que el lenguaje destino está constituido por las acciones atómicas

que puede ejecutar el intérprete) Ver figura 1.

Fig. 1. Proceso de compilación.

Metacompilador: es un compilador de compiladores. Se trata de un programa que acepta como entrada la

descripción de un lenguaje y produce el compilador de dicho lenguaje. Hoy por hoy no existen metacompiladores

completos, pero sí parciales en los que se acepta como entrada una gramática de un lenguaje y se genera un

autómata que reconoce cualquier sentencia del lenguaje. A este autómata podemos añadirle código para

completar el resto del compilador. Ejemplos de metacompiladores son: Lex, YACC, FLex, Bison, JavaCC, JLex,

Cup, PCCTS, MEDISE, etc. Los metacompiladores se suelen dividir entre los que pueden trabajar con gramáticas

de contexto libre y los que trabajan con gramáticas regulares. Los primeros se dedican a reconocer la sintaxis del

lenguaje y los segundos trocean los archivos fuente y lo dividen en palabras. La construcción de esqueletos

básicos de compiladores es una labor que ha sido ampliamente superada tras los estudios teóricos de Chomsky

sobre gramáticas, y el desarrollo posterior de multitud de herramientas, llamadas metacompiladores (Yacc, Bison,


54

byacc, PRE-CC Xtended, etc.), cuyo objetivo es el de generar programas que reconozcan si una frase sigue o no

determinada gramática.[2].

2.3. Programación por blocks

En la programación por blocks gráficos el usuario manipula y conecta piezas de un rompecabezas como

objetos para construir sus programas. Las figuras de estos blocks dictan la sintaxis del lenguaje: solo blocks con

figuras complementarias pueden conectarse. Entonces los usuarios no son forzados a aprender y recordar sintaxis

confusa, ayudándolos a reducir la curva de aprendizaje. Además al permitir solo figuras complementarias

previene que el usuario comenta errores de sintaxis. La siguiente figura muestra algunos blocks de LogoBlocks,

un ambiente de programación por blocks donde cada block represente un comando para controlar el programa.

Este sistema influencia muchos otros lenguajes como Bongo, Flogo, Mindstroms, Tangible Programming Bricks,

Scratch y StarLogo TNG.

Fig. 2. Programación por bloques con Logoblocks.

Open Blocks

Los sistemas de programación gráfica se han desarrollado para disminuir la curva de aprendizaje para

principiantes. Sin embargo, debido a que estos sistemas fueron diseñados para hacer la programación más

accesible a los nuevos, tienen muchas limitantes. Por ejemplo, en StarLogo TNG, un ambiente de programación

por blocks gráficos, los usuarios pueden crear juegos y simulaciones pero no pueden usar este mismo sistema

para crear programas que puedan automatizar procesos computacionales, como si lo pueden hacer en otros

lenguajes basados en script de texto. Los desarrolladores de aplicaciones pueden crear sus propios sistemas de

programación (compiladores) pero esta tarea puede tomar mucho tiempo para el diseño y la implementación.

Existe un framework llamado OpenBlocks que permite a los desarrolladores de aplicaciones construir sus propios

sistemas de programación basados en blocks gráficos especificando sus requerimientos en un archivo XML. Los

desarrolladores de aplicaciones pueden enfocarse más en el diseño del sistema en lugar de en los detalles de la

implementación.

2.4. Opengl y QT

OpenGL significa Open Graphics Library. Es una especificación de un API para la representación de

gráficos, por lo general en 3D. Las aplicaciones de OpenGL son bibliotecas que implementan la API definida por

la especificación.


55

Las tarjetas gráficas suelen tener una implementación de OpenGL. Debido a que la especificación OpenGL

no está ligada a la plataforma, es posible escribir una aplicación con la que será posible utilizar varios tipos

diferentes de tarjetas gráficas. También aumenta la posibilidad de que la aplicación seguirá trabajando cuando un

nuevo hardware esté disponible.

La API de OpenGL sólo se ocupa de la representación de gráficos. OpenGL no proporciona funciones para

las animaciones, el momento, archivos IO, procesamiento de formato de archivo de imagen, interfaz gráfica de

usuario, y así sucesivamente. OpenGL se preocupa sólo de la representación.

OpenGL tiene dos propósitos esenciales:

1. Ocultar la complejidad de la interfaz con las diferentes tarjetas gráficas, presentando al programador una API

única y uniforme.

2. Ocultar las diferentes capacidades de las diversas plataformas hardware, requiriendo que todas las

implementaciones soporten la funcionalidad completa de OpenGL

El funcionamiento básico de OpenGL consiste en aceptar primitivas tales como puntos, líneas y polígonos, y

convertirlas en píxeles. Este proceso es realizado por una pipeline grafica conocida como Máquina de estados de

OpenGL. La mayor parte de los comandos de OpenGL bien emiten primitivas a la cadena de ejecución gráfica

(pipeline) o bien configuran a la pipeline en el procesamiento de dichas primitivas. Hasta la aparición de la

versión 2.0 cada etapa de la pipeline ejecutaba una función prefijada, resultando poco configurable, ahora. son

programables usando un lenguaje de programación llamado GLSL.

2.5. Qué es QT

QT es un marco de desarrollo de aplicaciones multiplataforma para escritorio, embebido y móvil. Las

plataformas compatibles incluyen Linux, OS X, Windows, VxWorks, QNX, Android, iOS, BlackBerry, Sailfish

OS y otros.

QT no es un lenguaje de programación por su propia cuenta. Es un framework escrito en C ++. Qt es un

preprocesador, el MOC (Compilador Meta-Object), se utiliza para extender el lenguaje C ++ con funciones como

señales y slots. Antes de la etapa de compilación, el MOC analiza los archivos de código fuente escrito en la

extensión-Qt C ++ y genera fuentes estándar compatibles con C ++. Así, el propio framework y aplicaciones /

bibliotecas que lo utilizan pueden ser compiladas por cualquier compilador de C ++ compatible, como Clang,

GCC, ICC, MinGW y MSVC.

2.6. BCI

Una interfaz cerebro-computadora (del inglés Brain Computer Interface), es un dispositivo que permite

establecer una comunicación con el mundo exterior a partir de la actividad eléctrica cerebral sin la ayuda de los

nervios periféricos o de la actividad motora [1] Estos sistemas están pensados para facilitar la vida a personas con

alguna discapacidad o que tengan algún padecimiento que les impida realizar tareas con sus propias extremidades

(por ejemplo pacientes con Esclerosis Lateral Amiotrófica).


56

Las señales cerebrales de la actividad neuronal pueden obtenerse de dos maneras: invasivamente a

partir de la electrocorticografía o de manera no invasiva mediante la electroencefalografía. En el caso

de la electroencefalografía, las señales son adquiridas directamente del cuero cabelludo con algún

dispositivo con electrodos, por lo que permite el registro de la actividad eléctrica de distintas áreas

cerebrales. Una vez adquiridas las señales, deben procesarse e interpretarse para asociarlas a

intenciones voluntarias del individuo y utilizarlas como señales de comando para ejecutar alguna tarea.

Modelo Funcional de las Interfaces Cerebro Computador

El principio de funcionamiento básico de las interfaces cerebro ordenador, se puede ver en la figura 3.

Fig. 3. Interfaces Cerebro-Computadora (BCI)

La descripción de la figura 3 se detalla de la siguiente manera:

Adquisición de la señal. Bloque donde se adquiere la señal, se amplifica y se le realiza la conversión

Analógica/Digital. Normalmente los sistemas BCI trabajan a tiempo real, pero opcionalmente también se incluye

la posibilidad de registrar la señal obtenida para un estudio posterior de ésta.

Procesado de la señal. En ese bloque se extraen las características de interés de la señal digitalizada para que

el dispositivo sobre el que el usuario está actuando sea capaz de interpretar sus órdenes. En este bloque se

distinguen 3 etapas:

Cancelación de artefactos. Aquí se eliminan los ruidos que provienen de otras actividades bioeléctricas

como los movimientos musculares (estas actividades se denominan artefactos) que distorsionan la señal.

Algunos dispositivos consideran de utilidad las señales de los artefactos y no incluyen esta etapa.

Obtención de características. Se traduce la señal de entrada en un vector de características en relación al

fenómeno neurológico asociado a la señal.

Traducción de características (decodificación), donde se transforma el vector de características a una señal de control adecuada para el dispositivo que se quiere controlar.


57

Aplicación. Es el bloque en el que se recibe la señal de control y realiza las acciones correspondientes en el

dispositivo a través del controlador del mismo.

Configuración. Se permite al usuario definir los parámetros del sistema.

Para que una Interfaz Cerebro-Computadora sea considerada como tal, debe cumplir con 3 características

básicas:

1. Registrar actividad cerebral (Invasivo o No invasivo)

2. Proveer retroalimentación al usuario en tiempo real.

3. Basarse en el control intencional.

Esto significa que el usuario debe elegir entre realizar una tarea mental cada vez que quiera lograr un

objetivo con la BCI. También es importante mencionar que NO son consideradas Interfaces Cerebro-

Computadora, aquellos dispositivos que solo pasivamente detectan cambios en la actividad cerebral, es decir, sin

ninguna intención. Por ejemplo, la actividad EEG que se encuentra asociada con la carga de trabajo, excitación o

sueño.

2.7. NUI

La interfaz natural de usuario (en inglés natural user interface, NUI) es aquella en la que se interactúa con un

sistema, aplicación, etcétera, sin utilizar sistemas de mando o dispositivos de entrada, y en su lugar, se hace uso

de movimientos gestuales del cuerpo o de alguna de sus partes tales como las manos, sirviendo de mando de

control.

En el campo de la educación, la interacción alumno-ordenador a través de gestos se utiliza con frecuencia

para e-training. El e-training se refiere a la formación que permite adquirir y mejorar las capacidades necesarias

para realizar tareas mediante el uso de las tecnologías de la información y comunicación, como la realidad virtual

y la realidad aumentada. [2]

3. Análisis de resultados

Como resultado de esta investigación es la generación del estado del arte robusto que nos guie como equipo de

trabajo al desarrollo de este compilador gráfico, o motor gráfico en el apoyo del aprendizaje de la programación a

las personas que no tengan la posibilidad de usar interfaces de entrada comunes y permita integrar a otra parte de

la población en el estudio de la programación.

Así mismo, este proyecto representa un compromiso como cuerpo académico del área de TI de la UTSJR, puesto

que está aprobado y avalado por el programa PRODEP, programa federal ante el que nos hemos registrado y

somos cuerpo académico reconocido y financiado para el desarrollo de este software.


58

4. Conclusiones

Desarrollar un software con herramientas y tecnologías poco exploradas representa un reto importante, ya

que existe poco trabajo registrado al respecto. Definir las bases teóricas sobre las que va a versar el proyecto,

implica un esfuerzo mayor en la investigación exploratoria, donde los resultados previos publicados por otros

investigadores en el área, son alentadores para profundizar en el desarrollo de dicho proyecto. Como parte de este

artículo, se encuentra viable la continuidad del proyecto, ya que las tecnologías que proyectamos emplear

inicialmente en este software, son capaces de ser útiles en la implementación del mismo.


[1] Gentilletti G, García E. (2008). Interfaz cerebro computadora (ICC) basada en el potencial relacionado

con eventos P300: análisis del efecto de la dimensión de la matriz de estimulación sobre su desempeño. Revista

Ingeniería Biomédica ISSN 1909-9762, volumen 2, número 4, julio-diciembre 2008, págs. 26-33. Escuela de

Ingeniería de Antioquia - Universidad CES, Medellín, Colombia.

[2] Minjae P., Kang J., Seonwong P., Kwangsu C. (2014). User Interface Design of E-learning: Focused on

the Automatic Speed Control of Multimedia Material by Learner’s Head Angle. Advanced Science and

Technology Letters Vol.46 (Games and Graphics 2014), pp.269-274

[3] Que es y que no es OpenGL: https://www.opengl.org/wiki/FAQ#What_is_OpenGL.3F

[4] S. Galvez y M. Mora. “Java a tope: traductores y compiladores con lex/yacc, jflex/cup y

javacc.”.Sergio Gálvez Rojas MA-185-2005 ISBN: 84-689-1037-6

[5] D. Tinaquero, A. Guevara y A. Luis Carrillo Generación completa de compiladores mediante diagramas

de sintaxis extendidos. Dpto. de Lenguajes y Ciencias de la Computación Universidad de Málaga.

[6]Arellano, A. D. (2013). Informática. Obtenido de http://informatica4194.webnode.mx/compiladores/tipos-de-

compiladores-/


59

Publicación de la Red Nacional de Caminos mediante el uso de

Sistemas de Información Geográfica Web Valladares Romero Juan Jesús1, Backhoff Pohls Miguel Ángel2, Morales Bautista

Elsa2, Juárez Santiago Brenda3, Rodríguez Miranda Gregorio3

1Tecnologías de la Información y Comunicación, Universidad Tecnológica de San Juan del Río,

Av. La Palma No. 125, Col Vista Hermosa, San Juan del Río, Querétaro, México

2 Instituto Mexicano del Transporte,

Carretera El Colorado - Galindo Km. 12, Col. San Fandila, 76703 Pedro Escobedo, Qro.

Resumen

En el presente documento se muestra el desarrollo de un Sistema de Información Geoespacial Web basado en

tecnología Software Libre, así como la metodología empleada para su implementación y el ciclo de vida de la

aplicación desarrollada.

Palabras Claves: SIG, Software Libre, Archivo de Capas, RNC (Red Nacional de Caminos), Raster, Vectorial,

BDG, SGBD, USIG, IMT, INEGI, SCT

1. Introducción

El proyecto “Publicación de la Red Nacional de Caminos mediante el uso de los Sistemas de Información

Geoespaciales”, es un Sistema de Información Geoespacial (SIG) anexo al micrositio web de la Unidad de Sistemas de Información Geoespacial (USIG) del Instituto Mexicano del Transporte (IMT). En él se muestra un

visor de información geográfica con la información de la Red Nacional de Caminos (RNC) mediante el uso de un

navegador web.

Este sistema permite al usuario navegar por un mapa observando la información de la RNC, de una manera

georreferenciada, a la cual, puede dar clic para observar sus atributos.

En este documento, se explica, el análisis de las diferentes tecnologías aplicables y el funcionamiento del

sistema, así como todo el proceso de desarrollo, las pruebas y resultados obtenidos con la implementación del

SIG.

Partiendo de que un sistema de información se puede definir técnicamente como un conjunto de componentes relacionados que recolectan (o recuperan), procesan, almacenan y distribuyen información para apoyar la toma de

decisiones y el control en una organización, [1] Se entiende que un sistema de información geográfica es un

sistema para la gestión, análisis y visualización de conocimiento geográfico que se estructura en diferentes

conjuntos de mapas interactivos, datos geográficos, modelos de geoprocesamiento, modelos de datos y metadatos

[2].

Una parte vital para este tipo de sistemas son los datos, que básicamente tienen dos componentes: La

información espacial y la información de atributos. La información espacial dice dónde está localizado un

elemento geográfico, es decir cuáles son las coordenadas, ya sean estas planas o geográficas. La información de

atributos describe y/o caracteriza este elemento [3].

Los datos se unen al sistema geográfico por medio de capas geográficas, las cuales son las características

geográficas del evento o área que se desea modelar, organizadas en temas para facilitar la información. Por

ejemplo, un mapa puede ser organizado en varios temas o capas, tales como división política, hidrología,


60

caminos, contornos o puntos de control [4]. Estas pueden ser de dos tipos: Raster, las cuales son la estructura de

datos con referencia espacial más sencilla; esta ordena los datos en una forma celular o de celdas. El valor de

cada parámetro de interés es almacenado en un arreglo espacial para cada celda. Por lo general las celdas son

pixeles cuadriculares [5] o, de estructura vectorial, que son un formato que utiliza entidades geométricas para la

representación de los elementos geográficos. La información asociada es encadenada a través de un identificador

que se almacena tanto en la base de datos grafica como en la tabla de atributos. En una estructura vectorial la

información se puede almacenar por puntos, líneas, polígonos.

Gracias a los datos y a las capas geográficas podemos representar entidades en el mapa, las cuales son una

cosa (objeto, persona, evento, concepto) distinguible de lo que le rodea, acerca de la cual se requiere información.

Para propósitos de la BDG (Base de Datos Geoespacial), una entidad es la representación digital del componente descriptivo de un rasgo geográfico [6].

Las entidades se geolocalizan en sistema de información por medio de un Sistema de Coordenadas

Geográficas el cual utiliza una superficie esférica de tres dimensiones para definir ubicaciones en la Tierra. Un

GCS incluye una unidad angular de medida, un meridiano base y un datum (basado en un esferoide).

Para hacer referencia a un punto se utilizan sus valores de latitud y longitud. La longitud y la latitud son ángulos

medidos desde el centro de la Tierra hasta un punto de la superficie de la Tierra. Los ángulos se suelen medir en

grados (o en grados centesimales).

Así como hay datos espaciales (explicados en los párrafos superiores), también existen los datos no

espaciales, que son los atributos o características cuantitativas asociadas al objeto que se desea describir, generalmente se almacenan en tablas y se administran por algún manejador de bases de datos, También son

llamados datos descriptivos [7].

Toda esa información viaja a través de la red por medio de Web Services tales como WMS (Web Map

Service, Servicio de Mapas Web) que es un estándar para publicar cartografía en Internet cuyas especificaciones

están recogidas en el Open Geoespatial Consortium (OGC), este servicio permite generar mapas de forma

dinámica a partir de coordenadas geográficas en un formato de imagen como PNG, GIF o JPEG, facilitando con

ello la construcción de mapas personalizados a partir de datos tomados de distintas fuentes [8].

2. Metodología

La metodología para el desarrollo del proyecto se basó en un modelo de desarrollo en cascada también

llamado Lineal secuencial, que es un enfoque metodológico que ordena rigurosamente las etapas del proceso para

el desarrollo de software, de tal forma que el inicio de cada etapa debe esperar a la finalización de la etapa

anterior.

En la primera fase se analizan las necesidades de los usuarios finales del software para determinar qué

objetivos debe cubrir. De esta fase surge una memoria llamada SRD (documento de especificación de requisitos),

que contiene la especificación completa de lo que debe hacer el sistema sin entrar en detalles internos. Es

importante señalar que en esta etapa se debe consensuar todo lo que se requiere del sistema y será aquello lo que

seguirá en las siguientes etapas, no pudiéndose requerir nuevos resultados a mitad del proceso de elaboración del

software.

Una vez terminada la primera etapa, se da lugar la segunda etapa llamada Diseño del sistema, en esta se

descompone y organiza el sistema en elementos que puedan elaborarse por separado, aprovechando las ventajas

del desarrollo en equipo. Como resultado surge el SDD (Documento de Diseño del Software), que contiene la

descripción de la estructura relacional global del sistema y la especificación de lo que debe hacer cada una de sus

partes, así como la manera en que se combinan unas con otras. Es conveniente distinguir entre diseño de alto

nivel o arquitectónico y diseño detallado. El primero de ellos tiene como objetivo definir la estructura de la

solución (una vez que la fase de análisis ha descrito el problema) identificando grandes módulos (conjuntos de

funciones que van a estar asociadas) y sus relaciones. Con ello se define la arquitectura de la solución elegida. El

segundo define los algoritmos empleados y la organización del código para comenzar la implementación.


61

Fig. 1 Modelo de desarrollo en cascada.

En la tercera etapa se desarrolló el diseño del sistema, en esta fase es en donde se realizan los algoritmos

necesarios para el cumplimiento de los requerimientos del usuario así como también los análisis necesarios para

saber que herramientas usar en la etapa de Codificación.

En la codificación se implementa el código fuente, haciendo uso de prototipos así como de pruebas y ensayos

para corregir errores. Dependiendo del lenguaje de programación y su versión se crean las bibliotecas y

componentes reutilizables dentro del mismo proyecto para hacer que la programación sea un proceso mucho más

rápido.

En las pruebas los elementos, ya programados, se ensamblan para componer el sistema y se comprueba que

funciona correctamente y que cumple con los requisitos, antes de ser entregado al usuario final.

EL mantenimiento no se llevó acabo ya que por causas de tiempo fue imposible darle lugar, pero en esta

última fase es de las más críticas, ya que se destina un 75% de los recursos, ya que al ser utilizado por el usuario

final puede ser que no cumpla con todas nuestras expectativas.

3. Resultados

Siguiendo la metodología descrita en el punto 2 de este artículo se dio comienzo con el desarrollo elaborando

un análisis de lo que se necesitaba gracias a entrevistas que se llevaron a cabo con la unidad de sistemas

geoespaciales del Instituto Mexicano del Transporte, se plantearon las necesidades así como las exigencias que

debía de cumplir el sistema geoespacial una vez desarrollado y en funcionamiento.

En la fase de Análisis de los requisitos se elaboró un estudio del sistema que necesitaba la USIG (Unidad de

Sistemas Geoespaciales) del IMT (Instituto Mexicano del Transporte) para de esta manera seleccionar las

tecnologías ideales que permitieran el desarrollo del sistema de manera óptima.

Las tecnologías que se seleccionaron fueron las siguientes:


62

Tabla 1 Tecnologías usadas

Software Importancia en el proyecto

Java Java es de vital importancia para el proyecto ya que Tomcat lo

necesita como requisito para poder funcionar correctamente, por

eso, se instaló Java 8 Update 31 en el servidor.

Tomcat Tomcat es un servidor web, el cual permite hospedar sitios web.

En él, se publicara el sitio del Sistema de Información

Geográfico creado para la publicación de la Red Nacional de

Caminos así como el servidor de datos geoespaciales Geoserver.

Al momento de realizar este proyecto se instaló la versión más

actual del servidor, la cual es la versión 8.

Geoserver Servidor de información geoespacial en el cual se publicará la

información espacial de la RNC, para de esta manera poder

consumir dicha información desde una aplicación web, y poder

mostrársela al usuario final desde un navegador.

PostgreSQL / PostGIS Sera el encargado de almacenar la base de datos de la RNC, así,

el servidor de datos geoespaciales podrá consumir desde aquí la

información para poder entregársela a los usuarios que se

conecten a él

Tabla 2 Tecnologías usadas (continuación).

Software Importancia en el proyecto

Sublime Text 2 Editor de texto utilizado para

llevar a cabo la creación,

edición y depuración del código

fuente de la aplicación web

desarrollada.

HTML / Javascript / CSS /

JQuery /AJAX

Estas herramientas sirvieron

para el desarrollo de la página

web, para poder maquetarle,

darle el estilo deseado, así como

para poder crear efectos y el

backend necesario para la

funcionalidad de la misma

Open Layer Framework que permitió la

manipulación y visualización de

las capas georreferenciadas.


63

Para la fase del diseño se elaboró un diagrama de cómo sería el ciclo de vida de la aplicación, en donde se

explica desde que el usuario ingresa la URL del sitio en su navegador hasta que se visualiza en él el Sistema de

Información Geoespacial (Fig. 2). Y en la Fig. 3 muestra el proceso de consulta de información cuando el cliente

da clic en algún elemento geográfico dentro del SIG.

Fig. 2 Petición del sitio a los servidores del IMT.

Fig. 3 Petición de información geoespacial.

Una vez terminada la fase de diseño, análisis de requisitos y la ingeniería del sistema, se puede empezar con

la fase de codificación, en donde se empezó por la parte de los datos, ya que toda la información de la RNC se

encuentra en archivos en formato ShapeFile, el cual “es un formato de representación vectorial desarrollado por

ESRI (Enviromental Systems Research Institute) Consta de un número variable de archivos, en los que se

almacena digitalmente la localización de los elementos geográficos (archivo shape *.shp) junto con sus atributos

o características (tabla dBase *.dbf).” [9]

Fig. 4 Estructura de un archivo .shp.

La información .shp utilizada en este proyecto fue obtenida gracias al trabajo contiguo entre el INEGI, IMT y

la SCT.


64

Tabla 3 Capas de la RNC completa

Nombre Descripción

Estructura Es una construcción relevante que es parte de la red de

transporte, como un puente o túnel.

Localidad Lugar ocupado con una o más edificaciones utilizadas

como viviendas, las cuales pueden estar habitadas o no,

este lugar es reconocido por un nombre dado por alguna

disposición legal o la costumbre.

Maniobra prohibida Acción que los conductores de vehículos deben realizar a

través de giros para lograr encausarse a otras vías en

intersecciones a nivel

Plaza de cobro Construcción sobre una carretera donde se paga el

derecho de tránsito de vehículos.

Poste de referencia Sitio donde la SCT marca el kilometraje en determinado

tramo de la red carretera, así como la existencia de alguna

tipo de señal relevante para el transporte.

Puente Estructura que permite la comunicación vial sobre un

obstáculo natural o artificial.

Red vial Vía de transporte terrestre destinada para el tránsito

vehicular y/o peatonal.

Sitio de interés Lugar donde se ubican servicios y lugares de interés.

Transbordador Embarcación que realiza alternativamente el mismo

recorrido entre dos puntos; especialmente la de grandes

dimensiones destinada al transporte de cargas pesadas o

pasajeros.

Unión Punto que delimita un elemento de la Red Vial o un

Transbordador conformando una conectividad.

El objetivo, es publicar esa información en Geoserver para poder distribuirla a las aplicaciones web. Para que

la información que se integra en la RNC pueda ser publicada utilizando el software Geoserver y pueda ser

integrada en una aplicación de visualización vía web, es necesario que previamente se integre en una base de

datos geoespacial. Para lo anterior, se empleó el Sistema Gestor de Bases de Datos (SGBD)

PostgreSQL/PostGIS.


65

Creación de la base de datos en PostgreSQL

Se creó una base de datos en PostgreSQL que lleva por nombre RNC (Red Nacional de Caminos), se le

configuró la extensión PostGIS para poder tratar la información de una manera georreferenciada y se cargaron los siguientes shapefiles con el componente “PostGIS Shapefile and DBF loader 2.1”

Preparación de los datos para su publicación

Cada capa de información tiene asociada una tabla de datos. Cada campo en la tabla representa un atributo.

Para agilizar el tiempo de ejecución de la aplicación se realizó una selección de los campos considerados de

mayor interés para los usuarios.

Tabla 4 Tablas finales publicadas

Nombre de la tabla Atributos

Estructura Tipo

Nombre

Altura

Ancho

Geom

Localidad Tipo

Nombre

Geom

Plaza_cobro Administra

Nombre

Sección

Subsección

Geom

Poste_de_referencia Km

Geom

Puente Nombre

Tipo

Material

Geom


66

Red_vial Tipo_vial

Nombre

Desc_sup

Carriles

Peaje

Administra

Jurisdi

Circula

Velocidad

Longitud

Ancho

Geom

Sitio_de_interes Clase

Subclase

Nombre

Geom

Transbordador Nombre

Tipo

Velocidad

Longitud

Geom

Para la omisión de los campos de menor relevancia se utilizó el lenguaje SQL.

Fig. 5 Lenguaje SQL.


67

Servidor de datos geoespaciales GeoServer trabaja con la siguiente jerarquía de organización:

Espacio de trabajo

o Almacenes de datos

Capas

Estilos

Lo cual nos indica que se debe de llevar un orden de creación de las diferentes áreas de manera secuencial para su

correcto funcionamiento.

Espacios de trabajo

Es la carpeta principal de toda la jerarquía del proyecto, esta área engloba los almacenes de datos, las

diferentes capas y los distintos estilos que se ocupan en todo el proyecto.

Se creó un espacio de trabajo en Geoserver llamado RNC (Red Nacional de Caminos).

Almacén de datos

El almacén de datos es el lugar lógico de donde Geoserver tomará los datos para compartirlos con las

diferentes aplicaciones que se conecten a él.

Anteriormente ya se creó una base de datos georreferenciada con la información de la Red Nacional de

Caminos (RNC) que se desea compartir, la cual se encuentra en ostgreSQL.

Es por eso que se creó un almacén de datos que le indica a Geoserver que la información la va a tomar de esa

base datos, al finalizar el proceso de creación del almacén de datos se puede observar en el servidor que el

almacén de datos BDRNC (Base de Datos de la Red Nacional de Caminos) ha sido creado.

Capas

Las capas son las tablas que se tienen en la base de datos, y estas son las que se mostraran en el visor de

información geográfica.

Se cuentan con 8 capas en nuestro almacén de datos, las cuales se publicaron en su totalidad.

Estilos

Las capas publicadas en geoserver adoptan un estilo por default. Para este proyecto, fue necesario que al

mostrarse al usuario, estas adopten un estilo según lo que representen. Es decir, la red vial, por ejemplo, de no aplicarle estilo se mostraría como una línea azul uniforme, pero al aplicarle un estilo se configuró que su grosor

sea determinado por el tipo de administración, federal, estatal o municipal. De la misma manera se determinó el

color de la línea.

Para configurar el estilo es necesario crear un archivo en lenguaje XML, en donde se establecen todas las normas

de estilo que se desean aplicar a la capa, una vez terminado se guarda con una extensión .sld.


68

Fig. 6 Diferencia entre estilo por default y estilo personalizado.

Fig. 7 Estilo de la red vial.

Aplicación Web

El objetivo de la aplicación web es que el usuario pueda visualizar la información de la Red Nacional de

Caminos mediante un navegador web. Para cumplir con este objetivo lo primero fue investigar las diferentes

herramientas tecnológicas que podían ayudar a la realización del mismo. Y después de una amplia investigación

en internet, se eligieron las siguientes tecnologías:

Html (HyperText Markup Language) (lenguaje de marcas de hipertexto)

CSS (Cascading Style Sheets) (Hojas de Estilo en Cascada)

Ol3 (Open Layers 3)(Capas Abiertas 3)

Javascript

JQuery


69

El sitio web final se visualiza como en la imagen

Fig. 8 Pantalla del Sistema de Información Geográfico de la Red Nacional de Caminos.

Descarga de los datos

El usuario también está habilitado para descargar los datos de la Red Nacional de Caminos.

Pueden descargar los datos de toda la red nacional, la cual consta de los siguientes archivos:

Diccionario de datos

Metadatos de la RNC (Red Nacional de Caminos)

Y toda la información geoespacial de las 8 capas que se muestran en el visor más 2 capas que no se muestran en él.

O puede descargar solo las capas que le interesen, del conjunto de las 10 capas de la Red Nacional de

Caminos (RNC).

Visor de información geográfica

En él se puede navegar por toda la información geográfica de la RNC, además, de que al darle clic, o tocar alguna capa en él, se mostrara un cuadro con la información del campo geográfico del cual se solicitó.

Fig. 9 Visor de información geográfica.


70

Pruebas y resultados

Las pruebas del sistema se realizaron en los navegadores Internet Explorer 11, Google Chrome, Firefox y

Safari.

Lo que se probó en cada uno de los navegadores y/o dispositivos fue:

Carga de datos

Visualización de capas

Que los iconos se acomodaran según el zoom

Funcionalidad de herramienta de capas

Funcionalidad de menú de iconografía.

A continuación se muestran los resultados obtenidos en el navegador Firefox:

Fig. 10 Versión del navegador.

Se ingresó la URL en el navegador 148.243.51.170:83 y se visualizaba de manera correcta el sistema de

información geográfica, tal y como se muestra en la imagen 11.

Fig. 11 Sistema de información geográfico de la RNC.

La carga de los datos se hace de forma correcta, además de que las capas funcionaban de manera esperada, ya que se puede añadir y/o quitar según se desee.

Fig. 12 SIG RNC con algunas capas activadas.


71

Al probar como se comportaban los iconos al aumentar y/o disminuir el zoom, funcionaban perfectamente.

Fig. 13 Iconos a zoom de 500 km.




72


Fig. 17 Iconos a zoom de 200 m.

Fig. 18 Iconos a zoom de 50 m.


73

También se probó que el menú desplegable de la señalización funcionara correctamente.

Fig. 19 Prueba de menú de señalización.

Se verificó que al pasar el puntero por un elemento geográfico este cambiará a “mano” y que al dar clic

mostrará la información del elemento.

Fig. 20 Puntero e información


74

Se comprobó que el menú de descargas funcionara correctamente y que el usuario tenga la posibilidad de

descargar la información de la RNC.

Fig. 21 Descarga de la RNC completa

Fig. 22 Descarga de la RNC por capas

Fig. 23 Archivos Zip descargados con la información de la RNC.


75

4. Conclusiones

Los sistemas de Información Geográficos son un medio efectivo para la fácil visualización de información

geográficamente referenciada, este proyecto servirá para, en base a la información que se puede consultar desde

internet, los usuarios puedan hacer planeaciones acerca de sus itinerarios, rutas, etc. Ahorrando tiempos, costes, y

hasta previniendo accidentes. En este trabajo se demostró que con el uso de software libre es posible realizar un SIG totalmente funcional, con características tales como la descarga de los datos para la utilización de las capas

por los usuarios finales y la visualización de las entidades con controles tales como activar y/o desactivar capas,

controles de zoom y pantalla completa Las recomendaciones para la mejora del proyecto descrito en este reporte,

es la elaboración de un sistema de búsqueda, el cual sea capaz de encontrar cualquier elemento geográfico

almacenado en la base de datos georreferenciada, y que sea capaz de buscar por cualquier atributo que contenga

el elemento geográfico, y que al encontrarlo, el mapa haga un efecto de visualización y lleve al usuario

directamente hasta este elemento.

Otra mejora es, la posibilidad de trazar rutas de acuerdo con los criterios de velocidad, sentido de carretera,

peaje, costo de gasolina, casetas, estaciones de abastecimiento de combustible, lugares de interés, etc. para que el

usuario final sea capaz de tener una lista completa de lo requerido para un viaje, además de lugares de interés para que pueda disfrutar aún más de su recorrido.


[1] Instituto Tecnológico de Sonora. (s.f.). Introducción a los sistemas de información. Obtenido de Introducción

a los sistemas de información: http://biblioteca.itson.mx/oa/dip_ago/introduccion_sistemas/p3.htm

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espana/que-es-un-sig-/

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de Instituto Nacional de Estadística y Geografía: http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/servicioswms/

[9] Geogra. (s.f.). Geogra. Obtenido de Geogra: http://www.geogra.uah.es/gisweb/practica-

vectorial/Formato_Shapefile.htm




76

Remoción de nanopartículas coloidales de plata presentes en agua

por electrocoagulación Nolasco Arizmendi Víctor Alfredo, Martínez Mendoza Abygail Adarely, Juárez Pérez Haly Surisadday.

Universidad Tecnológica de Tula-Tepeji, Av. Universidad Tecnológica No. 1000, C.P. 42830, El Carmen,

Tula de Allende, Hidalgo, México.

Resumen

En la actualidad los tratamientos para la desinfección del agua pueden ser realizados mediante la

aplicación de nanopartículas de plata, una vez utilizados los nanomateriales deben de ser removidos ya que las

nanopartículas permanecen solubles generando toxicidad. La presente investigación muestra la remoción de

nanopartículas de plata por electrocoagulación como una alternativa para el tratamiento de aguas derivadas del

uso nanotecnológico. Los factores como el voltaje y el pH de la solución en la electrocoagulación permiten la

total precipitación del material nanoestructurado y la remoción del contaminante del agua. El seguimiento en la cuantificación de parámetros durante el tratamiento del agua se realizó con la medición de temperatura, pH y

la disminución del plasmón de resonancia superficial de nanopartículas de plata alrededor de 440 nm en el

agua residual, indicativo de la presencia de nanopartículas coloidales disueltas. De acuerdo a los datos

obtenidos el procedimiento más viable para precipitación de las nanopartículas es modificando el medio a

básico para la total electrocoagulación del material nanoestructurado. Desde esta perspectiva, la

electrocoagulación es un tratamiento de agua viable para la remoción de nanopartículas coloidales de plata en

condiciones específicas.

Palabras clave: plasmón, tratamiento de agua, coloide

1. Introducción

Las Nanociencias y la Nanotecnología involucran un mayor campo de aplicación como lo puede ser la

desinfección y la inhibición en el crecimiento de microorganismos patógenos en el agua, es bien sabido que el

elemento plata presenta propiedades antimicrobianas y ahora con el auge de la Nanotecnología se puede inhibir el

crecimiento de hongos y bacterias en condiciones experimentales y de aplicación debido a las propiedades

antimicrobianas mejoradas de las nanopartículas [1] Actualmente los métodos de síntesis se pueden dividir en

métodos por vía seca (molienda mecánica, pulverización catódica, ablación láser, etc.) y métodos por vía húmeda

(método por microondas, coloidal, reducción química, hidrotérmico, etc). [2] La reducción química permite

obtener nanopartículas metálicas coloidales por mecanismos de oxido-reducción de precursores metálicos y agentes reductores como lo pueden ser el borohidruro de sodio (NaBH4), sin embargo puede ser sustituido por

ácidos orgánicos débiles o extractos de plantas con moléculas reductoras que llevan acabo la síntesis de

nanopartículas entre las cuales tenemos azúcares, proteínas, colorantes naturales o metabolitos secundarios. Se ha

reportado en la literatura que pueden obtenerse nanopartículas de oro, plata, platino, hierro y cobre por

bioreducción.[3,4,5,6,7] Tales nanopartículas generan coloides muy estables solubles en agua que pueden

permanecer de tamaño nanométrico por bastante tiempo siendo útiles para la desinfección de aguas. [8] Las

nanopartículas de plata pueden presentar diferentes aplicaciones entre ellas el uso como catalizadores, en

biosensado o como agentes de desinfección; además, las nanopartículas presentan propiedades ópticas como la

fluorescencia debido al tamaño entre 1-10 nm y el plasmón de resonancia superficial alrededor de 440 nm

característico de las nanopartículas de plata determinado por espectroscopía ultravioleta-visible, esta última

propiedad relacionada a la superficie de los metales y que en condiciones específicas genera una interacción con la radiación electromagnética representada en plasmones de utilidad en Química ya que el campo eléctrico

oscilante amplía las propiedades ópticas de las nanopartículas. El plasmón de resonancia superficial son

oscilaciones de electrones localizados en volúmenes pequeños de metal que ocurren cuando las partículas tienen

un tamaño menor que las longitudes de ondas incidentes en un espectrofotómetro que incide radiación visible, tal

efecto aparece en las nanopartículas de metales como oro, plata o platino. [9] Es por ello que la aparición del



77

plasmón de resonancia superficial en una muestra indica la presencia de materiales con dimensiones

nanométricas. [10] En la búsqueda de metodologías para la eliminación de metales en agua por vía

electroquímica la electrocoagulación es una alternativa viable para la remoción de metales como arsénico, hierro,

níquel cobre, zinc, plomo, cadmio o mercurio. [11] Los procesos de electrocoagulación permiten la variación de

condiciones como el pH durante la electrocoagulación, bajo diferentes parámetros de potencial eléctrico y el

tiempo del proceso, siendo estos factores clave para la correcta eliminación de metales pesados en aguas

residuales; es de importancia la remoción de este tipo de contaminantes ya que pueden tener una movilidad en el

medio ambiente y presentar alta toxicidad. [12] En este trabajo se electrocoagulan nanopartículas de plata

obtenidas por un proceso de reducción química con un extracto de planta de Tillandsia recurvata L., la cual

presenta azúcares responsables del proceso de reducción química del precursor metálico de plata y dan

estabilidad a los coloides formados en agua en el laboratorio en donde la presencia de nanopartículas de plata en agua fue seguida determinando el plasmón de resonancia superficial de las nanopartículas de plata una vez que el

pico de absorción disminuye y el material de plata flocula para ser removido.

2. Metodología

2.1 Obtención del precursor metálico

Se utilizó una solución de nitrato de plata (AgNO3) a una concentración molar de 10 -3M para la obtención

de las nanopartículas de plata en solución.

2.2 Obtención del extracto de Tillandsia recurvata L.

Se obtuvo el extracto de Tillandsia recurvata L. previamente lavando la planta con agua destilada y

obteniendo trozos de alrededor de 1 cm de longitud. Para un volumen de 100 mL se mezclan 2 g de planta recién

lavada y se lleva a ebullición durante 2-3 minutos. Una vez transcurrido el tiempo el extracto se llevó a

temperatura ambiente antes de ser mezclado con la solución del precursor metálico.

2.3 Prueba cualitativa de azúcares

La Tillandsia recurvata L. fué lavada previamente a la reacción de Benedict con agua corriente la cual

eliminó impurezas y posteriormente con agua destilada. Se colocó 1 g de planta en 50 mL de agua destilada y se

llevó a ebullición durante 10 minutos. Aparte a 15 mL de agua destilada se agregan 3 perlas de NaOH y se

mezcló con la solución anterior. A 35 mL de solución de sulfato cúprico la cual contiene 0.5 g de esta sal, se

agregó en caliente al extracto de Tillandsia recurvata L. con el hidróxido de sodio. Se agregaron 5 perlas más de

hidróxido de sodio y se llevó a ebullición durante 5 minutos hasta la obtención del precipitado café resultado de

la reducción del cobre a óxido de cobre por los azúcares.

2.4 Obtención de nanopartículas de plata por biorreducción química

Se realizó una solución 1:1 de nanopartículas de plata mezclando el extracto de Tillandsia recurvata L. con

la solución precursora a temperatura ambiente. La mezcla se colocó al abrigo de luz durante 24 horas.

2.5 Electrocoagulación de nanopartículas de plata

Se realizó la electrocoagulación de las nanopartículas de plata en una celda electroquímica con electrodos de

cobre y aluminio de un tamaño de alrededor de 5 cm. Se usaron 100 mL de la solución que contiene

nanopartículas, cada muestra fue colocada en un vaso de precipitado de 250 mL. Una fuente de poder de 30V

donde los electrodos se conectaron de tal forma que el ánodo es el aluminio (-) y el cátodo el cobre (+). Se

llevaron a cabo pruebas para la precipitación de las nanopartículas variando el medio ácido o básico de la



78

reacción con la finalidad de encontrar las condiciones óptimas de pH para llevar a cabo la electrocoagulación;

también se llevó a cabo sin realizar ninguna modificación al pH.

Para esto se prepararon 2 soluciones utilizando la sal de un ácido débil (citrato de sodio) y carbonato de

sodio de la siguiente forma:

Se colocan 50 ml del residuo nanotecnológico en un matraz Erlenmeyer de 250 mL y posteriormente se

agregan 50 ml de Na2C6H5O7 (citrato de sodio), 0.4 M.

Se vierten 50 ml del residuo nanotecnológico en un matraz Erlenmeyer de 250 ml, seguidos de 50 ml de

Na2CO3 (carbonato de sodio) 0.5 M.

Una vez preparadas las mezclas se realizan las siguientes pruebas para tratar a las nanopartículas de plata en

diferentes condiciones de pH y voltaje durante 60 minutos.

1. Electrocoagulación de nanopartículas de plata (100 ml) sin realizar modificaciones al medio acuoso a

voltajes de 20, 25 y 30.

2. Electrocoagulación de nanopartículas de plata (100 ml) a 30 V modificando el pH con la sal de un ácido

débil.

3. Electrocoagulación de nanopartículas de plata (100 ml) a 30 V modificando el pH con carbonato de sodio en solución.

2.6 Separación, clarificación y disposición final del residuo

Para la separación del residuo después del proceso de electrocoagulación se utilizó decantación de los

flóculos durante 72 h a temperatura ambiente, al finalizar el precipitado es separado del agua por filtración por

gravedad en papel filtro y secado a una temperatura de 100 ºC durante 1 hora para ser mezclado con yeso. El

papel filtro que contiene el material tratado es cortado en trozos de 4 mm aproximadamente para a continuación ser mezclado junto con 50 mL de agua utilizando un proceso de molienda. El proceso se llevó a cabo hasta

obtener una mezcla lo más homogénea posible. La mezcla obtenida fue adicionada a 400 g de yeso mezclando al

mismo tiempo 400 mL de agua, hasta lograr una consistencia densa para ser vertido en un molde y secado a

temperatura ambiente.

2.7 Caracterización del residuo nanoestructurado

Se realizaron las mediciones de pH y temperatura en las nanopartículas de plata en solución utilizando un

medidor multiparamétrico el cual puede medir la temperatura y pH en las muestras marca Testr serie 35 Medidor de bolsillo multiparamétrico a prueba de agua (Medida pH, Conductividad/TDS/salinidad/Temperatura). Para

determinar el plasmón de resonancia superficial se utilizó un barrido mediante espectrofotometría ultravioleta-

visible de 190 a 800 nm de las nanopartículas de plata durante las pruebas de electrocoagulación cada 5 minutos,

así como de las nanopartículas de plata sin electrocoagular.

3. Resultados y Discusión

Se realizó la electrocoagulación de la solución de nanopartículas de plata obtenidas por bioreducción

aplicando variaciones de voltaje y pH para analizar el comportamiento de las nanopartículas y comprobar las

condiciones óptimas para llevar a cabo la floculación, utilizando los electrodos de Al y Cu. Los resultados donde

se muestra mayor disminución del plasmón de resonancia superficial fue la muestra a 30V con los medios ácido y

básico, mientras que a voltajes de 20 y 25 V el plasmón no disminuye su intensidad, indicando que las

nanopartículas están presentes en la solución.



79

3.1 Prueba cualitativa de presencia de azúcares

Se realizó la prueba para la determinar la presencia de azúcares reductores mediante la reacción de

Benedict, esta prueba muestra un precipitado rojo indicativo en la formación de óxido de cobre denotando la

presencia de azúcares reductores que son los responsables de la biorreducción del precursor metálico. En la figura

Nº 1 se muestra la formación del precipitado rojo de óxido de cobre. [13]

Fig. 1. Prueba para la determinación de azúcares reductores

3.2 Obtención de nanopartículas de plata

La figura Nº 2 muestra el espectro ultravioleta-visible de un extracto de Tillandsia recurvata L., con picos

menores a los 400 nm relacionados con la biomasa que se encuentra en el extracto y pueden atribuirse a la presencia de biomoléculas como azúcares, principales componentes que reducen al nitrato de plata para la

formación de nanopartículas que forman un plasmón alrededor de los 440 nm en la región visible el cual fue

medido después de 24 h de reacción y es mostrado en la figura Nº 3. [14]

200 300 400 500 600 700 800

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

AB

S

Longitud de Onda (nm)

Fig. 2. Absorbancia de las moléculas reductoras en el extracto de Tillandsia Recurvata L.



80

200 300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

AB

S

Longitud de onda (nm)

Fig. 3. Plasmón de resonancia superficial de nanopartículas de plata debido a la oscilación de electrones.

3.3 Electrocoagulación de nanopartículas de plata sin modificación de pH a 20V, 25V y 30 V.

Al obtener las nanopartículas de plata sin realizar modificaciones al pH de la reacción durante la electrocoagulación a 20V, 25V y 30V no hay precipitación significativa del material nanoestructurado. El

plasmón de resonancia superficial atribuido a las nanopartículas de plata que todavía se encuentran en solución

no presenta modificaciones aún después de 60 minutos. La figura Nº 4 muestra los plasmones de resonancia

superficial para nanopartículas de plata obtenidas por reducción química con un extracto acuoso de Tillandsia

recurvata L. en donde no existe un cambio significativo en la forma del plasmón al momento de tratar el material,

además que se muestra la solución de nanopartículas de plata obtenidas con una coloración característica

amarrilla al momento de formar un coloide (sol) estable con el tiempo.

a)

100 200 300 400 500 600 700 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

Ab

s (

u.a

.)


0 min

5 min

10 min

15 min

20 min

25 min

30 min

35 min

40 min

45 min

50 min

55 min

60 min

!

b)

100 200 300 400 500 600 700 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Ab

s (

u.a

.)


0 min

5 min

10 min

15 min

20 min

25 min

30 min

35 min

40 min

45 min

50 min

55 min

60 min

!

c)

100 200 300 400 500 600 700 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

Ab

s (

u.a

.)


0 min

5 min

10 min

15 min

20 min

25 min

30 min

35 min

40 min

45 min

50 min

55 min

60 min

d)

Fig. 4. a) Coloración en la solución de nanopartículas de plata. b) Plasmones de resonancia superficial a 20 V. c)

Plasmones de resonancia superficial a 25 V. d) Plasmones de resonancia superficial a 30 V.

3.4 Electrocoagulación de nanopartículas de plata a 30 V modificado con citrato de sodio y carbonato

de sodio

Al realizar la modificación al pH con la sal de un ácido débil (citrato de sodio) y el carbonato de sodio a la

solución de nanopartículas de plata se induce la floculación en menor tiempo, los plasmones de resonancia

superficial disminuyen su intensidad en menor tiempo indicando que el material suspendido ya no es

nanoestructurado y pierde las propiedades ópticas características. En la figura Nº 5 se muestran los

plasmones de resonancia superficial de las nanopartículas de plata tratadas por electrocoagulación y la

disminución de la intensidad en el pico de absorción que se encuentra alrededor de los 440 nm, además del

material floculado en medio básico y la disposición final del residuo en yeso, el cual puede ser usado en

construcciones o edificaciones sin presentar riesgos tóxicos.



81

Fig. 5. a) Disminución del plasmón tratado en presencia de la sal de un ácido débil (citrato de sodio). b) Disminución

del plasmón en presencia de carbonato de sodio. c) Decantación del residuo después de 72 h. d) Disposición final del

residuo en yeso.

Las nanopartículas de plata pueden ser tratadas por electrocoagulación en el laboratorio, sin embargo para

escala industrial se necesita el diseño de una celda electroquímica con placas de cobre y aluminio a una distancia

específica sin haber mayor problema en su tratamiento. El seguimiento de los parámetros de pH y temperatura

fueron medidos cada 5 minutos hasta completar 1h, con respecto al pH este tiende a ser básico al finalizar el

tratamiento en cualquier caso, ya que en la reacción electroquímica entre el aluminio y el cobre se forma la

especie química hidróxido de aluminio Al(OH)3, el cual se cataloga como un floculante, capaz de remover del

agua tanto material orgánico como inorgánico. El pH y la temperatura varían para 20 V (pH= 7.74 ± 0.21; T=

26.4 ± 0.17 ºC) para 25 V (pH= 7.63 ± 0.36; T= 24.27 ± 0.29 ºC) para 30 V (pH= 7.75 ± 0.31; T= 24.27 ± 0.1

ºC) para 30 V modificando el pH con la sal de un ácido débil (pH= 8.4 ± 0.18; T= 24.7 ± 0.18 ºC) y para 30 V

modificando el pH con carbonato de sodio (pH=11.27± 0.051; T= 23.8 ± 0.07 ºC). Como se observa en los datos

anteriores se propicia la formación del floculante de aluminio al mezclar las nanopartículas de plata con citrato de

sodio y carbonato sodio durante la electrocoagulación ya que el pH tiende a ser básico desde un inicio en la

reacción a los 5 minutos y la intensidad del pico disminuye. En la figura Nº 6 se muestra la disminución de los

máximos de las absorbancias para nanopartículas de plata según el voltaje y el medio de reacción con carbonato

de sodio y citrato de sodio, indicando la remoción de plata en condiciones específicas ya que en un tratamiento

normal de electrocoagulación las nanopartículas pueden no precipitar y ser separadas de agua residual de un

proceso que incluya desinfección; los máximos de absorbancia de las nanopartículas de plata muestran que el

nanomaterial puede ser tratado en mejor forma en medio básico ya que presenta el mínimo de absorción del

plasmón de resonancia superficial característico de la nanopartículas de plata indicando que el nanomaterial no

está presente en agua durante un tiempo de 60 minutos. Por otro lado, se muestra la caracterización mediante

espectroscopía ultravioleta-visible de nanopartículas de plata las cuales presenta plasmón de resonancia

superficial durante 22 meses, mientras que con la lectura hecha a 24 h presentan una disminución debido a que

las nanopartículas pueden crecer y modificar la forma del plasmón inicial, sin embargo la presencia del plasmón

indica que se tiene un nanomaterial con cierta estabilidad [8] y puede presentar toxicidad si este llega al medio

ambiente motivo por el cual debe ser tratado.

100 200 300 400 500 600 700 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Ab

s (

u.a

.)


0 min

15 min

30 min

45 min

60 min

a)

100 200 300 400 500 600 700 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Ab

s (u

.a.)


0 min

60 min

45 min

30 min

15 min

b)

c) d)



82

0 10 20 30 40 50 60

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Ab

so

rba

ncia

má

xim

a p

ara

na

no

-Ag

Tiempo (min)

20 V

25 V

30 V

30 V+citrato de sodio

30 V+carbonato de sodio

a) b)

100 200 300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Ab

s(u

.a.)


22 meses

Fig. 6. a) Disminución de las absorciones máximas de nanopartículas de plata, nótese la diferencia de intensidades

cuando el residuo es tratado con citrato de sodio y carbonato de sodio b) Plasmón de resonancia superficial para

nanopartículas de plata después de 22 meses.

4. Conclusiones

La electrocoagulación de residuos nanotecnológicos a partir de la variación de las condiciones, es una

alternativa para el tratamiento de nanopartículas de plata obtenidas por biorreducción química cuando se modifica

el medio con una base débil como lo es el carbonato de sodio a 30 V, utilizando electrodos de cobre y aluminio;

ya que los coloides formados de nanopartículas de plata son desestabilizados debido a la presencia del hidróxido

de aluminio como agente floculante, así como el medio básico para la remoción del nanomaterial con mayor

eficiencia, lo que vuelve viable el procedimiento.


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83

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[11] Acosta G., Coy C., Bourdón A., Cuervo E. “La electrocoagulación como un tratamiento eficiente para la

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Universidad Militar Nueva Granada, volumen 9, número 2, páginas 306-317, año 2013.

[12] Arango A. “La electrocoagulación: una alternativa para el tratamiento de aguas residuales”, Revista Lasallista de Investigación. Corporación Universitaria Lasallista, volumen 2, número 1, páginas 49-56,

año 2005.

[13] Nolasco-Arizmendi V., Morales R., Sánchez V., Hinestroza J., Castro E., Vilchis A. “Formation of silk−gold

nanocomposite fabric using grapefruit aqueous extract”, Textile Research Journal. SAGE, volumen 83,

número 12, páginas 1229–1235, año 2013.

[14] Castro L., Blázquez M., Muñoz J., González F., García C., Ballester A. “Biosynthesis of gold nanowires

using sugar beet pulp”, Process Biochemistry. Elsevier, volumen 46, número 1, páginas1076–1082, año

2011.


84

Diseño de un Controlador para Mosfets Basado en Amplificadores

Clase (A) Silva Sánchez Luis Rodrigo, Hernández Zavala Antonio

Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del Instituto Politécnico Nacional

(CICATA Querétaro), Cerro Blanco #141 Col. Colinas del Cimatario, C.P 76090 Querétaro, Querétaro MÉXICO

Resumen

En el presente artículo, se presenta el desarrollo de un controlador para mosfets, canal (N), utilizando un

amplificador con transistores clase (A). Así como haciendo la comparación, con un controlador comercial

(IR2110), a nivel simulación. El énfasis de este artículo, es la comprensión del funcionamiento en conmutación

de los mosfets, para posteriormente diseñar un circuito de conmutación, en base al amplificador clase (A), para

implementarlo en un controlador de motores de inducción monofásico y trifásico. Finalmente se muestran

algunas graficas de sus respuestas de conmutación y transitorios.

Palabras claves: Mosfet, amplificador, conmutación.

1. Introducción

Un amplificador de potencia convierte la potencia de una fuente de corriente continua, a potencia de salida

en forma de señal, lo cual es controlado usando una señal de entrada.

Un amplificador clase (A), es aquel que presenta en su salida una señal copia de la entrada, pero amplificada

y sin distorsión [1].

Los controladores de Mosfets comerciales como él (IR2110), emplean la técnica de Bootstrap, para crear las

diferentes Referencias bibliográficas de voltaje en la compuerta de los transistores de potencia.

El controlador (IR2110) provee dos señales de polarización con tierras diferentes, para su implementación es

necesario contar con protecciones contra cortocircuito.

Los controladores comerciales tienen una gama de características de las cuales podemos nombrar [2]:

Manejo del puente inversor completo.

Conmutación rápida.

Rangos de voltaje óptimos para el encendido del semiconductor.

Tiempos muertos.

Detección de sobre corriente.

Problemas de sincronización.

Los MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), es un dispositivo controlado por voltaje

y requiere solo de una pequeña corriente de compuerta. La velocidad de conmutación es muy alta y es del orden

de los nanosegundos.

Los Mosfets se aplican en convertidores de baja potencia y frecuencias altas, pueden ser canal (p) o canal (n)

[2].


85

2. Descripción y Principios de Operación

Los transistores de potencia (Mosfets), que se desean conmutar, para su posterior implementación en un

controlador de motores de inducción, son el (IRF840), con las siguientes características.

Símbolo Descripción Magnitud Unidad

Corriente media

de drenaje

8 A

Voltaje drenaje-

fuente

500 V

Voltaje

compuerta-fuente

4 V

Corriente de

drenaje pulsante

32 A

Potencia máxima

de disipación

125 W

Tabla. 1. Datos del Mosfet (IRF840) [3].

Los circuitos de ayuda para la conmutación, conocidos como Snubber, son una parte esencial en muchos de

los circuitos electrónicos de potencia. Ya que estos le dan protección a los dispositivos electrónicos durante las

conmutaciones y aseguran un régimen de trabajo seguro.

Para este artículo se utilizó el controlador (IR2110) puede manejar un bus de 600V, es compatible con

señales lógicas (0V-5V), tiene un rango de voltaje de excitación a los mosfets de 10V-20V y puede manejar

corrientes hasta 2.5A [4].

El integrado maneja la técnica Bootstrap, para crear la fuente de alimentación flotante, para la compuerta del

mosfet. La fuente Bootstrap tiene un diodo y un capacitor como se muestra en la siguiente figura.

Fig. 1. Configuración de fuente Bootstrap [8].


86

El diseño del capacitor y el diodo está determinada para las siguiente ecuaciones [5].

Donde:

: es la carga de compuerta en el Mosfet.

: es la corriente en estado inactivo del controlador.

: es la corriente del condensador Bootstrap.

: es el cambio de nivel de carga requerido por cada ciclo de conmutación.

: es frecuencia de conmutación.

En este caso se utilizó un capacitor cerámico en paralelo con un capacitor electrolítico, en esta configuración

se desprecia la corriente de fuga , sustituyendo los valores de la hoja de datos del Mosfet (IRF840) y del

controlador (IR2110) [3] y [4].

Se obtiene el siguiente resultado:

El valor mínimo del condensador para la fuente Bootstrap es:

Donde:

: es el Voltaje de alimentación.

: es la caída de voltaje en el diodo Bootstrap en conducción.

: es la caída de voltaje a través del Mosfet.

: es el voltaje mínimo entre y .

Calculando la ecuación.

Donde:

es la resistencia del Mosfet en conducción.

es la corriente del Mosfet en conducción.


87

Si el voltaje de alimentación es de 15V, la caída del diodo (NTE575) es 1.5V y el voltaje mínimo entre y

es 9.5V, según el fabricante respectivamente [6].

Para el caso del diodo Bootstrap debe ser capaz de bloquear el voltaje del bus DC, así como tener una

recuperación rápida.

El fabricante del controlador recomienda, que tenga las siguientes características.

Voltaje máximo repetitivo, Voltaje del bus DC.

Máximo tiempo de recuperación inversa, .

Para la corriente del diodo en la conducción es:

(4)

(4)

(4)


Voltaje repetitivo

máximo

1000 V

Tiempo de

recuperación

70 ns

Corriente en

conducción

0.5 A

Tabla. 2. Datos del Diodo (NTE575) [6].

Finalmente hay que calcular las resistencias de encendido y apagado que estarán interactuando con la

conmutación de los Mosfets.

Para hacer el cálculo de dichas resistencias se tienen las siguientes formulas [7]:

(5)

Donde:

es la carga entre la compuerta y fuente del Mosfet.

es la carga entre la compuerta y el drenaje del Mosfet.

es la corriente parasita que circula a través de que fluye en y .

es el tiempo de conmutación, definida como el tiempo que tarda en llegar al voltaje final.


88

Para una mejor comprensión se muestra la siguiente figura.

Fig. 2. Diagrama de conmutación de un Mosfet [7].

Sustituyendo en la ecuación (5) en base a la hoja de datos del Mosfet (IRF840).

(5)

(5)

La ecuación para calcular la resistencia de encendido es:

Donde:

: es la resistencia de encendido de la compuerta.

: Voltaje compuerta fuente.

: es la resistencia equivalente del controlador, cuando la salida está encendida.

Para calcular esta última se tiene la ecuación:

Donde:

: es la corriente de salida del controlador, en la parte alta.

Con la hoja de datos del fabricante se sustituyó.


89

Por lo tanto:

Para calcular la resistencia de apagado , se tienen las siguientes ecuaciones.

Donde:

: es la capacitancia de transferencia inversa del Mosfet.

: es la pendiente de voltaje de salida.

: es el voltaje compuerta fuente en el umbral.

: es la resistencia equivalente del driver cuando está apagado.

Para calcular la pendiente de voltaje de salida se tiene la siguiente ecuación.

Por la hoja de datos se tiene que , sustituyendo en la ecuación (9) se obtiene lo siguiente.

Para calcular la resistencia equivalente del controlador cuando está apagado . Se tiene la siguiente

ecuación.

Donde:

: es la corriente de salida del driver, en la parte baja.

Con la hoja de datos del fabricante se sustituyó.


90

Remplazando los valores obtenidos y para un , en la ecuación (8).

(8)

Una vez obtenidos los parámetros de diseño, para el circuito de conmutación con el controlador comercial

(IR2110), se obtiene la siguiente figura.

Fig. 3. Diagrama de conmutación para los Mosfet IRF840.

Los parámetros que ayudaran al diseño del amplificador clase (A), se muestran en la siguiente tabla.


Voltaje de

Alimentación

15 V

Corriente de

Salida

2 A

Corriente

parasita

0.82 A

Frecuencia de

conmutación

1260 Hz

Resistencia en

encendido

10

Resistencia en

apagado

3.9

Tabla. 3. Parámetros de diseño.

Para comenzar el diseño, tenemos que definir, la entrada, que en este caso será una entrada digital de (0V-

5V), lo cual nos lleva a encontrar el Voltaje de base [1].

(11)


91

Por lo que tiene que ser lo más cercano a 0.7V, esto con la finalidad de que cuando, este en bajo, la señal

digital (0V), el circuito empiece a conmutar, proporcionando una excelente respuesta. Sustituyendo algunos

valores comerciales de resistencias tenemos:

(11)

(11)

Como nuestro primer transistor es un canal (p), hay que sumarle los 0.7V del diodo emisor, por lo cual se

obtiene un .

La ganancia en nuestra primera etapa será de 36, para lograr esto se tiene, la siguiente formula.

(12)

Sustituyendo por resistencias comerciales.

(12)

(12)

Finalmente tenemos un segundo transistor canal (n), con salida a emisor común. El circuito quedaría como se

muestra en la siguiente figura.

Fig. 4. Diagrama del amplificador clase (A).


92

3. Análisis de Resultados.

Una vez realizados todos los cálculos para la conmutación de los Mosfets.

Se revisó la hoja de datos, para determinar el voltaje adecuado de acuerdo a la corriente que se necesite,

como se muestra en la siguiente figura.

Fig. 5. Diagrama de voltaje en la compuerta del Mosfet IRF840.

En la siguiente figura se puede ver como el controlador (IR2110), genera una señal de 15V saturando

completamente el mosfet (IRF840), dejando pasar la máxima corriente del sistema.

Fig. 6. Señal del controlador (IR2110) para la conmutación del Mosfet IRF840.

La siguiente figura muestra, la señal del controlador (IR2110) y el amplificador clase (A), la principal

ventaja del amplificador clase (A), es que puedes variar, la amplitud de la señal de excitación en la compuerta del

Mosfet, a través de las resistencias y logrando obtener el amperaje de salida deseado de acuerdo a la fig. 5.

También con la resistencia , puede cambiar la corriente de salida, esto genera una gran ventaja, ya que el

controlador (IR2110) siempre mantiene una corriente de 2A, generando una corriente parasita demasiado alta.

Otra de las ventajas de este circuito es que puedes acoplar más etapas de amplificación ya sea de voltaje o

corriente, esto con la finalidad de poder controlar transistores de potencia de mayor capacidad como los (IGBT´s

o (GTO´s)).


93

Fig. 7. Comparación de señales para la conmutación del Mosfet IRF840.

4. Conclusiones

En este artículo, se presenta una alternativa, para la excitación de transistores de potencia, en particular para

el Mosfet (IRF840). Enfocado a los estudiantes de ingeniería, ya que es de bajo consto y fácil construcción.

También se muestran, todos los parámetros, que el estudiante debe tener en cuenta para una polarización

correcta de algún transistor de potencia, independientemente si se utiliza un controlador comercial o la alternativa

presentada en este artículo.

Se recomienda ampliamente, que para la implementación de la alternativa presentada en el artículo, se

realicen todos los cálculos, como si se fuera a implementar un controlador comercial, ya que el circuito no cuenta

con detectores de sobre corriente, detector de problemas con la sincronización, ni manejo de un puente completo

(fuente flotante).

En un trabajo futuro se pretenden, implementar estas características, que manejan la mayoría de

controladores comerciales.


[1] Malvino A. "Principios de Electrónica", McGraw-Hill, País México, Segunda edición, Año1986.

[2] Rashid M. "Electrónica de Potencia Circuitos, dispositivos y aplicaciones", Pearson Educación, País

México, Tercera edición, Año2004.

[3] Fairchild Semiconductor, "DataSheet IRF840", Copyright Fairchild Semiconductor Corporation 2002.

[4] International Rectifier, "DataSheet IR2110", Copyright International Rectifier 2005.

[5] Adams J., "Bootstrap Component Selection for Control IC´s", International Rectifier, Vol. DN98, N°, pp. 1-

5, 2002.

[6] NTE Electronics, "DataSheet IRF840", Copyright NTE Electronics INC. 2000.


94

Guía para el Desarrollo de Interfaces Gráficas Humano-Máquina

(GHMI) Ramírez Bautista Julián Andrés, Chaparro Cárdenas Silvia Liliana, Hernández Zavala Antonio.

CICATA-IPN Unidad Querétaro. Cerro Blanco #141

CP. 76090. Querétaro, Qro. México. Email: [email protected], [email protected],

[email protected]

Resumen

Se presenta la relevancia que tiene a nivel académico e industrial el diseño de las Interfaces

Humano-Máquina (HMI), marcando la diferencia en la efectividad con la que se alcanzan los

resultados y el óptimo uso del dispositivo controlador en los sistemas de control de procesos, donde el

estudiante u operador adquieren nuevas y mejores habilidades. Las interfaces humano-máquina debe

contener componentes gráficos, numéricos, así como terminología estandarizada y clara para hacer

mucho más fácil y cómoda la acción frente a un problema en el proceso controlado, para su desarrollo

se deben seguir normas tales como UNE-ES 9241, NUREG-0700, ISA S5.5 y la guía de evaluación

GEDIS, con las cuales se obtienen muy buenos resultados en la usabilidad del sistema.

Palabras clave: HMI, sistemas de control de procesos, usabilidad, UNE-ES 9241, NUREG-0700, ISA

S5.5, guía GEDIS.

1. Introducción

Los sistemas gráficos de monitoreo y control de procesos son diseñados para entrenar a estudiantes y

profesionales en el campo del control y automatización. Un GHMI está compuesto por un hardware, un software

y una parte mecánica.

a) Por Hardware, se refiere a dispositivos utilizados para el control de procesos entendidos como PLC, PAC o

controladores diseñados con micro controladores, los cuales reciben las señales del proceso a través de

transductores, las procesan en base al control diseñado y como resultado se obtiene una señal para un

actuador.

b) El software es el lenguaje mediante el cual el usuario se comunica con el sistema, donde puede configurar el

lazo de control y observar el funcionamiento del proceso para atender a los fallos.

c) La parte mecánica comúnmente está conformada por plantas industriales en pequeña escala, que emulan

procesos conformados por: motores, válvulas, etc.



95

Se han realizado interfaces gráficas como la desarrollada por Francesco Adamo, Filippo Attivissimo,

Giuseppe Cavone, y Nicola Giaquinto en su trabajo: “SCADA/HMI Systems in Advanced Educational Courses”

su propósito fue realizar un sistema para prácticas de laboratorio, pero en ella no se tuvieron en cuenta aspectos

diseño como se observa en la Figura 1., en la distribución en pantalla de la información.

Fig. 1. SCADA HMI para el control de nivel y temperatura [1].

Otro desarrollo es el realizado por Jhon Jairo Grueso Delgado en su trabajo titulado “implementación de una

interfaz HMI para la operación del módulo control de procesos del laboratorio de robótica” en el cual, su objetivo

fue desarrollar una HMI para control de nivel, temperatura y de un robot, pero como se observa en la Figura 2,

los aspecto que deben ser importantes para el operador como los indicadores tienen un tamaño muy pequeño que

resulta difícil para el objetivo del operador de monitorear las variables, entre otros.

Fig. 2. HMI para el control de nivel, temperatura y un robot cartesiano [2].

En el trabajo realizado por Francisco Jesús Beltrán Carranza y Marco Antonio López Thomas, que tiene por

título “Aplicación de un HMI en un sistema de control de flujo de agua”, como se observa en la Figura 3. , no se

tuvieron en cuenta aspecto de color, ya que como se tratara posteriormente el negro no se usa que produce un alto

contraste y por ende aumenta la fatiga visual en el operador.



96

Fig. 3. HMI para control de flujo de agua [3].

En la HMI desarrolla por Esteban Darío De La Torre Hurtado para el trabajo “Diseño y Simulación de la

Lógica de Control y de la Interfaz HMI de un Prototipo de Sistema de Transportación para Ensamblaje en una

planta Automotriz”, se cuidaron aspectos como alarmas y la ubicación de la información más relevante en la

parte superior, pero no se tiene un diseño muy claro en cuanto a los menús de operación, ocasionando en el

operador confusiones en el momento de atender fallos, como se observa en la Figura 4.

Figura 4. HMI de un Prototipo de Sistema de

Transportación para Ensamblaje en una planta

Automotriz [4].

Para evitar estos problemas que soportan las GHMI, existen estándares que regulan de forma específica el diseño de interfaces como lo son: UNE-ES 9241, NUREG-0700, ISA S5.5 y la guía de evaluación GEDIS, dentro

de sus prioridades se encuentra lo referente a diseños de ventanas, controles, visualizadores, sistemas de alarma y

formas de evaluación que tiene como criterio: consistencia, visibilidad, perceptibilidad, informatividad,

interactividad y tiempos de respuesta.



97

El trabajo está organizado de la siguiente manera:

En el apartado 2, se describen los aspectos más relevantes de los estándares a seguir para el desarrollo de

interfaces humano-máquina ergonómicas, en las que se reduce el tiempo de aprendizaje de los procesos de

control en nuevos operadores, además de disminuir la tasa de errores de los operarios gracias a unas

presentaciones claras e intuitivas de las fases de control.

En el apartado 3, se presenta el análisis de los resultados obtenidos con los estándares presentados.

Y para finalizar se presentan las conclusiones obtenidas al aplicar los estándares correspondientes en el

desarrollo de las GHMI.

2. Interfaces humano computadora

La interacción entre los humanos y las computadoras es un área multidisciplinar porque involucra tanto

aspectos relacionados con la computación como aspectos relacionados con las ciencias humanas, debido a que el

objetivo principal es combinar el procesamiento de imágenes, la visión computarizada y los lenguajes de

programación con factores humanos tales como la ergonomía, la psicología cognitiva entre otros; para lograr la

óptima comunicación entre estos dos mundos [5][6]. Anteriormente los desarrolladores de interfaces gráficas se

preocupaban poco por el aspecto gráfico que debían tener, pero esto vino cambiando de la mano tanto de la

evolución informática como de los procesos de control. Estos inadecuados diseños de los programas informáticos

causaban en el personal encargado de visualizar datos fatiga visual y mental [7]. La mayoría de los problemas

que presentan estos tipos de sistemas es debido a la gran cantidad de información que deben mostrar y esto va a

depender del tamaño del template por que no puede ser más grande que el monitor que se tenga disponible [8].

2.1 Estándares y normativas

Con el fin de atacar los problemas que sufren las interfaces gráficas, existen estándares que

regulan parámetros en el momento del diseño.

UNE-ES 9241: esta norma fundamenta su contenido en el estándar ISO 9241, un aspecto

importante es que define el termino usabilidad como el conjunto de criterios como eficacia, eficiencia y

satisfacción con los cuales un usuario alcanza los objetivos de su tarea, a través de esta característica se

puede reconocer que una interfaz es fácil de utilizar para todos los usuarios independientemente del

nivel de experiencia [7]. Otros aspectos importantes que presenta la norma son:

La capacidad de adecuación a la tarea que posee la HMI esto en cuanto a los diálogos de

advertencia que aparecen cuando el usuario realiza alguna acción.

La controlabilidad para que el usuario pueda deshacer o rehacer una acción.



98

La facilidad de aprendizaje, existe cuando se tienen gráficos mímicos de la planta.

La tolerancia a errores, contemplando errores comunes que pudiera ocurrir para corregirlos

automáticamente o brindar asistencia.

La presentación de la información se debe realizar de forma clara y en un lenguaje que este en

contexto del trabajo.

El uso del color es importante, ya que no solo es un aspecto estético sino que con ellos se

influye en la percepción visual de la información que tiene el usuario.

[7].

NUREG-0700: este estándar fue desarrollado por la Comisión de Regulación Nuclear de los

EE.UU. para revisar el diseño de las interfaces persona-sistema (Human System Interfaces, HSI) desde el punto de vista de factores humanos [8], estos criterios se organizan en cuatro partes, que a su vez se

dividen en secciones. Para efectos del diseño de las HMI se toma la Parte I, que contiene directrices

para los elementos básicos de las HMI, los más relevantes que se tienen en cuenta son: visualización de la información, interacción del usuario-interfaz y gestión.

Visualización de la información: se enmarcan las directrices en cuanto a los caracteres que se

utilizan evitando los tipos de letra cursiva, sombreada o en tres dimensiones para que sea posible distinguir entre: X y K, T y S, I y L, I y 1, O y Q, O y 0, S y 5, y U y V. Las etiquetas se deben

enfatizar para diferenciarlas del resto de la pantalla y mostrar su texto en forma horizontal para

mayor comodidad de lectura. Los iconos y símbolos que se utilizan deben representar el objeto o las acciones reales asemejándose pero sin dejar de lado la simplicidad y la compatibilidad con

otras fuentes como diagramas P&ID o diagramas lógicos. Y por último las escalas, ejes y grillas,

en la cual se debe evitar el uso de escalas tridimensionales y si se emplean utilizar métodos de proyección como: isométrica u ortográfica, dibujo en perspectiva, triangular o cuadrícula de

coordenadas para evitar confundir al usuario; en cuanto a los ejes, si se manejan grandes

cantidades de datos se deben duplicar los ejes, de manera que el eje X aparezca en la parte

superior e inferior, y el eje Y, tanto en el lado derecho de la gráfica como al izquierdo.

En cuanto al uso del color, establece utilizarlo de forma conservadora y consistente utilizando el mínimo necesario para no saturar al usuario, el estándar establece el código de

colores generales aplicados en plantas nucleares.

Interacción del usuario-interfaz y gestión: Entre sus características, establece la organización de

los menús, teniendo en cuenta el modo que más se adapte ya sea: categórico, alfabético,

frecuencia, secuencial o mezclado, con el fin de dar un acceso más rápido a la información;

además establece las interrupciones que puede hacer el usuario en la interfaz como las funciones de control para el procesamiento de comandos y las funciones de control para ingresar

información.

[8].



99

ISA S5.5: esta norma es complemento a las normas ISA-S5.1 e ISA-S5.3 para

proporcionar una combinación cohesiva de la simbología (válvulas, motores, sistemas

eléctricos, procesos en general, etc.) y los diagramas de flujo de uso en la industria, además,

del uso del color para representar los estados del sistema [9].

Guía de evaluación GEDIS: Marca las pautas para el diseño de pantallas de los

sistemas de control supervisor industrial [10], se divide en dos partes, en la primera se

encuentran un conjunto de indicadores de los cuales los más relevantes son: distribución de

pantalla, navegación, uso del color, información textual, estatus de los equipos y eventos de

proceso, información y valores de proceso, gráficos de tendencias y tablas, comandos e

ingreso de datos y alarmas. Y en la segunda parte muestra cómo obtener las medidas

cuantitativas de la evaluación de los indicadores, para que el diseñador o el usuario puedan

analizarlos y/o mejorarlos.

Distribución de pantalla: la carga de elementos debe estar balanceada teniendo en cuenta el

diagrama de Gutenberg el cual establece que el movimiento del ojo va de arriba abajo y de derecha a izquierda describiendo una “z”, es decir la información más importante debe ir en la

parte de arriba, además las funciones e información crítica deben estar en un lugar fijo en pantalla.

Navegación: con el fin de que la navegación sea fácil para el usuario, establece el uso de métodos

como: Menús y submenús, barra de botones, barras de iconos gráficos, link con hipertexto, link

con gráficos de proceso, teclas de función, cajas combo o Listas desplegables; o la combinación

entre ellos pero siguiendo directrices para obtener una navegación clara, utilizando iconos acompañados con ayuda textual, pero teniendo en cuenta textos cortos y concisos. Los menús se

deben agrupar dependiendo a su función o a su frecuencia de uso empleando separadores.

Uso del color: es importante dentro del diseño de interfaces hombre-máquina el uso del color, ya

que del buen uso depende el resultado final, se deben definir estándares de color para: representar

el estado de los equipos de la planta: marcha, paro, falla, automático, manual, etc.; color de los materiales o fluidos del proceso como: agua, aire, gases, etc., y valores de proceso como

temperatura, presión, etc.; identificar alarmas: críticas, advertencias, etc.; fondos de las diferentes

pantallas ya sea la general, la de detalles, etc.

Información textual: es la información más utilizada por el usuario, para ello se recomienda no utilizar más

de tres tamaños ni fuentes teniendo en cuenta de no usar tamaños menores a 8, ni mezclar mayúsculas con minúsculas ni colores en el texto. Los texto se debe alinear a la pantalla teniendo en cuenta que las etiquetas

deben ir a la izquierda y los números a la derecha.

Estatus de los equipos y eventos de proceso: para esta etapa se debe recurrir a estándares

referentes a símbolos e iconos que representan los diferentes procesos.



100

Información y valores de proceso: la representación de datos en las pantallas se puede realizar a

través de gráficos mímicos, por tablas o por gráficos de tendencias; para mantener enterado al

operador de lo que ocurre en el proceso.

Gráficos de tendencias y tablas: en los gráficos se deben evitar poner más de 9 variables y estas se

deben mostrar en diferentes colores de acuerdo a su tipo, deben incluir rejillas, etiquetas y permitir

al operador interactuar con las gráficas. Las tablas deben estar tituladas, separadas con rejillas y ordenadas ya sea por importancia, frecuencia de uso, función, tiempo, tipo o alfabéticamente

Comandos e ingresos de datos: se deben incluir comandos que faciliten la interacción como:

Comandos de arranque y paro, confirmación de alarmas, selección de una sola opción entre varias,

selección de varias opciones al mismo tiempo, selección simple (aceptar o no una acción).

Alarmas: se clasifican en:

Críticas: amenazan la seguridad de la planta y pueden indicar detención. Advertencias: puede desencadenar una alarma crítica si el evento que se originó empeora y

no es consultado a tiempo.

Mensaje: eventos que se deben transmitir al operario pero no representan amenazas a la seguridad de la planta y/o el proceso.

[10].


Al no existir un estándar general y único que tenga en cuenta todas las posibles variables y

situaciones, lo que existe es una convivencia de estándares, que en muchos casos puede llevar a la confusión del diseñador, dado que en ocasiones un estándar contradice al otro, pues se mezclan

diferentes aspectos ya sea de campo de la ingeniería con el campo de los factores humanos. El aspecto

que presenta mayor conflicto es el uso del color, ya que cada estándar establece uno diferente para definir relevancias y cantidad de colores que se deben aplicar a cada pantalla.

Una de las ventajas que se tiene al utilizar los estándares, es que se logra combinar factores tanto de la ciencia de la computación como: procesamiento de imágenes, visión computarizada,

lenguajes de programación entre otros, así como factores relacionados con las ciencias humanas como:

ergonomía, factores humanos, psicología cognitiva, y otras similares. Otra ventaja que se obtiene es la

disminución de enfermedades en los operadores como fatiga visual y mental, causada por el mal diseño de interfaces gráficas.



101

4. Conclusiones

Aplicando los estándares correspondientes, se obtienen las GHMI que cuentan con

características desde el punto de vista de la ingeniería que le dan soporte a los procesos, hasta teniendo en cuenta los factores humanos, ya que el buen diseño va a repercutir directamente en como los

usuarios alcanzan sus objetivos de manera eficiente y eficaz.

Un buen control de procesos va a estar relacionado directamente en como el operador puede

intervenir en el procesos, ya sea para atender alertas o para analizar el comportamiento, proponer

medidas preventivas o formular mejoras.

El mal diseño de las interfaces gráficas causa problemas tanto de fatiga visual como metal, ya

que el usuario debe estar constantemente monitoreando datos, para estar al pendiente del

funcionamiento de los procesos.

Al contar con una HMI estandarizada, se obtiene una herramienta ergonómica y flexible con la que estudiantes y trabajadores pueden alcanzar de manera eficiente y eficaz los objetivos propuestos.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Instituto Politécnico Nacional y al CONACYT, por el apoyo económico proporcionado.


[1] Adamo. F, Attivissimo. F, Cavone. G, and Nicola. G, “SCADA/HMI System in Advanced

Educational Course” IEEE Transactions On Instrumentation And Measurement, Vol. 56., no.1

February, 2007.

[2] Grueso. J, “Implementación de una Interfaz HMI para la operación del módulo control de

procesos del laboratorio de robótica” Universidad de la Salle., Bogotá, 2008.

[3] Beltrán. F, “Aplicación de un HMI en un Sistema de control de flujo de agua” Instituto

Politécnico Nacional., México, Diciembre 2010.

[4] De La Torre. E, “Diseño y Simulación de la Lógica de Control y de la Interfaz HMI de un

Prototipo de Sistema de Transportación para Ensamblaje en una planta Automotriz” Escuela

Politécnica del Ejército, Ecuador, 2008.

[5] P. Montuschi, A. Sanna, F. Lamberti, and G. Paravati, “Human-Computer Interaction: Present

and Future Trends,” Comput. Now, vol. 7, no 9., p. 2, 2014.



102

[6] S. Martig and S. Castro, “Interfaces para el Monitoreo y Control de Procesos Industriales”

Bahía Blanca, Argentina.

[7] S. P. Valencia Aguilar, “Guía Metodológica para diseño de interfaces de usuario para control y

supervisión de procesos industriales,” Universidad Nacional de Colombia, 2012

[8] U.S. Nuclear Regulatory Commission Office of Nuclear Regulatory Research, “Human-System

Interface Design Review Guidelines Human-System Interface Design Review Guidelines”

Washington,DC 20555-0001, 2002.

[9] J. R. Quintero H and H. de J. Cuicas R, “Símbolos Gráficos para el despliegue de procesos Norma

ANSI/ISA -S5.5-1985,” 1996.

[10] P. Ponsa, R. Vilanova, M. Díaz, and A. Gomà, “A Human Factors Approach to Supervisory

Control Interface Improvement” Syst. Eng., no. October, 2008.



103

Cuadricóptero auto-estable

Hernández Pons Allan Isaac, Feria Salazar Daniel, Reséndiz de Jesús Eduardo, Soto Mejía David Roberto


Resumen

Este articulo expone de forma concisa pero detallada el procedimiento, que llevamos a cabo para la

elaboración de un cuadricóptero (Helicóptero de 4 motores) que es capaz de mantener la estabilidad por sí

mismo, puede ser rastreado vía GPS, cuenta con una cámara para vigilancia a distancia, cuenta con un sistema

de monitoreo remoto a través de un computador y además puede operado mediante un mando a control remoto o

bien desde el propio sistema de monitoreo. Esto con el propósito de poder realizar labores de reconocimiento en

lugares de difícil acceso, como desastres naturales, sin poner en riesgo a las personas, también sirve de apoyo

en la búsqueda de personas extraviadas, o bien para toma aérea en general.

Su elaboración comenzó desde el diseño de las partes que conformarían al cuadricóptero, tomando en

cuenta factores como el peso, tamaño y resistencia de los materiales, y en base a estos seleccionar los elementos

a utilizar como motores y controladores, además se llevaron a cabo los cálculos y la programación pertinentes

para elaborar el sistema de control y monitoreo.

Además se obtuvieron otras aplicaciones factibles, como utilizar al cuadricóptero de forma didáctica en el

aprendizaje de sistemas de control.

Palabras clave: Cuadricóptero, sistema, control, monitoreo, toma aérea, didáctica, aprendizaje.

1. Introducción

Uno de los inconvenientes que se presentan para el estudio académico con relación al control de sistemas

de vuelo, es la dificultad en su maniobra [1]. Los vehículos voladores no tripulados, conocidos por sus siglas en

ingles UAV (Unmanned Aerial Vehicle), pueden ser aeronaves de ala fija o rotante o incluso cohetes. Estos

vehículos vuelan pilotados en forma remota o de manera autónoma. Aquellos UAV capaces de realizar vuelos

estáticos como los helicópteros o los denominados cuadricópteros, presentan particular interés para ciertas

aplicaciones que requieren vuelos de baja altitud, entre obstáculos o incluso en espacios cerrados.

En el pasado, el uso de UAV ha estado mayormente relacionado a aplicaciones militares. En la actualidad el

interés por los sistemas UAV es creciente en la dirección de aplicaciones civiles, esto como consecuencia de la

reducción de costos de las tecnologías involucradas. En forma sintética se puede aseverar que la navegación de

aeronaves implica la resolución eficiente y segura de cuatro tareas: toma de decisiones, percepción de obstáculos,

estimación del estado de la aeronave (posición, velocidades y altitud) y control de la aeronave.

Pero el costo de este tipo de artefactos y la poca flexibilidad que otorgan debido a sus arquitecturas

cerradas dificultan su uso en la investigación universitaria. Debido al creciente interés en este tipo de

arquitecturas, son cada vez más las universidades y centros de investigación que están construyendo su propio

cuadricóptero para realizar con ellos diferentes tipos de trabajos de investigación. Estos últimos tienen la

principal ventaja de ser más económicos que los anteriores, pero sin embargo su costo de ensamblado sigue

siendo excesivo. Además estos tipos de proyectos aún no tienen la suficiente maduración para su uso en

investigación y sólo son aplicables para usos hobbistas.



104

1.1 Ventajas de un Cuadricóptero

Un cuadricóptero como plataforma experimental surge de un análisis de las ventajas que tiene este

prototipo con respecto a otros UAV. Puede despegar y aterrizar en forma paralela el plano terrestre, lo cual nos

da una gran ventaja para la navegación en ambientes interiores. Desde el punto de vista mecánico las únicas

partes móviles son las hélices. Dado que estas están acopladas directamente a los ejes de los motores no es

necesario implementar ningún tipo de mecanismo. Esto es un punto a favor bastante grande ya que nuestro

conocimiento en mecánica no es suficiente para encarar la construcción de un dispositivo con una estructura más

sofisticada.

1.2 Problemática

En la actualidad existen múltiples modelos de cuadricóptero en el mercado de costo excesivo y que

además no permiten un libre análisis de su funcionamiento, y aquellos desarrollados con propósitos de estudio

son bastante limitados e invertir en ellos resulta algo excesivo.

1.3. Objetivo general

Construir un cuadricóptero con las características necesarias para el vuelo tanto en interiores como en

exteriores a partir de componentes existentes en el mercado de bajo costo, así como algunos de diseño propio,

además de implementar un sistema que sea capaz de controlar y monitorear al dispositivo de forma remota.

1.3.1. Objetivos particulares

Diseño y armado de la estructura.

Ensamblado de los componentes mecánicos y electrónicos.

Integración de diferentes elementos electrónicos para crear un sistema de control de vuelo, bajo los estándares de dispositivos Arduino.

Cálculo, codificación y validación de la estrategia de control de la planta.

Documentación del proyecto

2. Desarrollo

En esta parte se describe de la forma más detallada posible el proceso mediante el cual fue desarrollado el

prototipo, pasando por la selección de los elementos a utilizar, pasando por el diseño, el ensamble del prototipo y

la programación.

2.1. Fundamentos de funcionamiento

La característica principal del cuadricóptero son la disposición simétrica y su rotación asimétrica dos a

dos. Esto le permite equilibrarse aplicando rotaciones iguales en los 4 motores, y al mismo tiempo hace calcular

los giros.



105

Fig. 1. Disposición del Cuadricóptero.

Los pares generados por 1,3 y 2,4 de figura 1 son contrarios y eso auto-estabiliza el cuadricóptero siempre

y cuando se apliquen empujes de mismo módulo en los 4 motores. De esta manera no se necesita la hélice lateral

de un helicóptero, simplificando el cálculo y el diseño.

En aeronáutica, las rotaciones que puede ejecutar un aparato según sus ejes se llaman Yaw, Roll y Pitch. En la siguiente figura se puede ver a qué ejes se refiere cada término.

Fig. 2. Movimientos en la aeronáutica.

Así pues las cuatro configuraciones de motores y sus movimientos asociados son:

Control del Altitud: La posición base es con los 4 motores aplicando el mismo empuje. Con la cantidad

total de empuje podemos llegar a 3 movimientos:

Estabilizarse en el aire

Subir altura

Bajar altura

Fig. 3. Control de altitud.

Control del Yaw: Para ajustar el yaw se sube el empuje de dos motores opuestos mientras los otros dos se

mantienen estables.



106

Fig. 4. Control de Yaw.

Control del Roll: El movimiento de roll se consigue modificando dos motores opuestos con la misma

diferencia, pero en uno se sube y en otro se baja.

Fig. 5. Control de Roll.

Control del Pitch: El movimiento de pitch se hace de la misma manera que el roll, pero tocando los otros

dos motores.

Fig. 6. Control de Pitch.

2.2.- Selección de elementos

Materia prima: Al requerir un material liviano pero resistente, se ha optado por utilizar el material

conocido como ABS, el cual se trata de un termoplástico utilizado habitualmente en la impresión 3D,

especialmente para las impresoras 3D caseras, el famoso fabricante de juguetes Lego utiliza ABS. [2] Además se

optó por utilizar tubos de aluminio para crear los “brazos” del cuadricóptero.

Motores y propelas: Gracias a su gran balance entre costo y beneficio se eligieron los motores Brushless

modelo A2212/13T. De pequeño tamaño (28 mm x 28 mm) y de peso aceptable (52.7 g) son ideales para nuestro

propósito, cada motor tiene un capacidad de 1000Kv (1000 RPM/V) con una eficiencia máxima del 80%, con lo

que teóricamente, cada motor posee una potencia de empuje de 300 a 800 gramos, el máximo voltaje que se

recomienda para su suministros es de 11.1 V. por lo que nuestro modelo puede llegar a pesar hasta 3.2 kilos si se

utilizan estos motores a su máxima capacidad. [3] Las propias especificaciones del motor sugieren el uso de

propelas 10x45, esto para no superar el límite de corriente (13 amp) que se genera durante el empuje y además asegurar un vuelo lento pero estable.



107

Esc: Los motores antes mencionados son trifásicos, por lo que el suministro directo de corriente continua

no será capaz de encenderlos. Por esta razón se requiere de estos dispositivos, capaces de generar tres señales de

alta frecuencia con fases diferentes pero controlables para mantener el giro del motor. [4] En base a las

características que posee el motor elegido se han elegido unos controladores con capacidad de 30 Amps.

Fig. 7. Un motor a2212, un ESC y sus propelas.

Batería: Se utilizan baterías de tipo Li-Po que son una variación de la batería de Li-On (ion de litio)

Ofrecen gran densidad de energía, tamaño reducido y buena tasa de descarga. Cada celda de la batería tiene un

voltaje nominal de 3,7 V, voltaje máximo 4,2 y mínimo 3,0. La batería del cuadricóptero es de 3 celdas a 5mah y

una constante de descarga de 25c.

Arduino Mega: Es probablemente el más capaz de la familia Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas análogas, un cristal oscilador de 16 MHz. El ATmega2560 también

soporta la comunicación I2C (TWI) y SPI. El software de Arduino incluye una librería Wire para simplificar el

uso el bus I2C, esto es indispensable para utilizar la IMU y el magnetómetro. [5]

IMU: Se trata de un dispositivo capaz de mesurar la fuerza (aceleración) y la velocidad. Genéricamente

consta de un Acelerómetro y un Giroscopio. El MPU-6050 es una IMU de 6DOF (se lee “6 Degrees Of

Freedom“). Esto significa que lleva un acelerómetro y un giroscopio, ambos de 3 ejes (3+3 = 6DOF). Hay IMUs

de 9DOF, en este caso también llevan un magnetómetro. Otras pueden tener 5DOF, en cuyo caso el giroscopio

sólo mide dos ejes, etc. Utiliza comunicaciones I2c.

Magnetómetro: Él es un magnetómetro es un sensor capaz de medir el campo magnético terrestre y mostrárnoslo en 3 componentes cartesianas, es decir, un valor para cada uno de los ejes X, Y & Z, de esta forma

mediante un magnetómetro y sus datos podemos obtener datos muy precisos de la orientación del sensor respecto

al polo norte (norte magnético). Por estas características es muy utilizados en multicópteros. Es compatible con

los diferentes integrantes de la familia Arduino como el IMU MPU-6050.

Comunicación inalámbrica (XBee): Los módulos XBee son soluciones integradas que brindan un medio

inalámbrico para la interconexión y comunicación entre dispositivos. Estos módulos utilizan el protocolo de red

llamado IEEE 802.15.4 para crear redes Punto a Punto. Se seleccionaron los módulos XBee Pro S1 dado a sus

características las cuales nos permiten una rápida comunicación punto a punto de hasta 1.6km de distancia entre

los dos puntos, además su utilizaron Shields de la marca Sparkfun para un acoplamiento y conexión sencillo con

el Arduino mega. [6]

GPS y FPV system: Se ha optado por utilizar la shield GPS basada en el módulo GPS EB-365, es

compatible con las placas Arduino MEGA. Posee un margen de error de +-2 metros. Este módulo nos proporciona los valores para altitud, latitud, longitud y curiosamente también para temperatura ambiente. El sistema FPV (First Person View) consiste

de una cámara con resolución de 720p a 30fps, otro elemento en el sistema es un transmisor de 5.8Ghz que se encarga de enviar las señales de video a tierra (a un receptor conectado a un a TV).



108

Fig. 8. Elementos de control.

2.4. Diseño de piezas (Solid Works).

El diseño de las piezas mecánicas y de la estructura se realizó en el programa Solid Works en su

versión 2013, puesto que es una plataforma amigable y por sobre todo compatible con la impresora 3D que se

planeó utilizar, se realizaron modelados individuales para cada elemento que conformaría al cuadricóptero para

más adelante unirlas y de esta forma obtener una vista clara de cómo luciría el prototipo final, a continuación se

muestra el diseño final.

Fig. 9 Diseño final en Solid Works.

2.5. Programación de control vuelo (Arduino).

Se utilizaron bibliotecas existentes durante la programación del sistema del control en el Arduino,

tales como “Servo” o “Software Serial”. Se utilizaron algunas bibliotecas que son específicas para el

acelerómetro/giroscopio y el magnetómetro además de “WIRE” para poder utilizar la comunicación I2C. Para

controlar a los ESC y por ende los motores sin escobillas (brushless) se utilizaron en conjunto las bibliotecas

“PID” y “Servo”.

2.6. Comunicaciones inalámbricas.

Para poder utilizar ambos módulos es necesario utilizar la librería “Software Serial” la cual nos permite

crear puertos de comunicación serial (TX-RX) virtuales. El GPS utiliza la librería “TinyGPS” la cual nos permite

con simples instrucciones, iniciar la conexión con un satélite y una vez establecida esta conexión obtener nuestra

posición al arrojar los datos como latitud, longitud y altitud. Antes de poder realizar la programación en Arduino

con el XBee, este último debe ser configurado en una misma red con el XBee receptor ubicado en tierra, para ello

sus parámetros de “Canal (Channel)” e “Identificación de red de área personal (PAN)” deben ser idénticos,

además cada XBee debe poseer una “Dirección (Add.)” distinta, este último punto es importante ya que nos

permite diferenciar a los XBee que se encuentran en una misma red. Todo Esto mediante el uso del software “X-

CTU” de DIGI. [7]



109

2.7. Sistema de monitoreo.

El sistema de monitoreo se realizó en WPF, la cual es una tecnología de Microsoft, presentada como parte de

Windows Vista. Permite el desarrollo de interfaces de interacción en Windows tomando características de

aplicaciones Windows y de aplicaciones web. Gracias a ella, las señales del cuadricóptero recibidas mediante

XBee son leídas y desplegadas gráficamente en la computadora, tomemos por ejemplo al GPS, al obtener las

coordenadas, el sistema de monitoreo puede mostrar gráficamente mediante “Google Maps” nuestra ubicación,

de manera similar se podrá monitorear el estado de las baterías, motores, estabilidad, etc.


Se han obtenido los resultados hacia los que se apuntaban al inicio, estos son que fue la construcción o

ensamblaje se llevó a cabo con materiales de bajo costo o fabricados por nosotros mismos, así como el desarrollo exitoso de la programación en software conocido como visual estudio WPF, en el cual se muestra parte del

control del cuadricóptero ya que en base a ese programa podemos tener acceso a información del mismo como

(capturas de video, imágenes, localización, etc.). El logro te más importante es implementar un correcto

funcionamiento del sistema de control, el cual se obtuvo en base a la estabilidad del cuadricóptero en esta parte

enfocamos un poco más nuestra atención para así obtener mejores resultados a la hora de poner en marcha

nuestro proyecto, cabe mencionar que se obtuvo un buen funcionamiento controlando el cuadricóptero vía control

a larga distancia esto con la finalidad de tener varios métodos con los que podamos obtener el control total del

mismo. Hoy día estos aparatos nos son de gran utilidad ya sea en rescate o en partes de la didáctica, si bien por el

precio no podemos tener acceso a uno nosotros mismos podemos construir uno y obtener mejores beneficios ya

que el aprendizaje nos lo quedamos nosotros.

4. Conclusiones

Lo que se puede decir es que el haberlo llevado a cabo por nosotros mismos nos deja una muy grata

experiencia simplemente por el hecho de que mostrando una gran actitud y una visión general de hasta donde se

puede llegar se pueden alcanzar los objetivos marcados, cabe mencionar que hoy día los cuadricópteros nos

permiten obtener mayores beneficios ya que son utilizados de manera útil sin arriesgar la integridad de las personas y en áreas en donde el ser humano no puede tener acceso, se puede decir que en un futuro esta

tecnología llegara muy lejos dándole usos adecuados y en forma en que pueda ayudar a los seres humanos así

como usos académicos y didácticos.


[1] David Villaseca Alan Kharsansky. “Sistema de estabilidad para uav”, 2009.

[2] Leal Mariano. “ABS”, http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.mx/2011/06/abs.html, 2011.

[3] Sin autor, “A2212/13T TECHNICAL DATA”, http://www.batteryheatedclothing.com/pages/a2212-13t-

technical-data.html, 2015.

[4] Diaz Leandro, “Quadcopter”, https://prezi.com/afpux_0yhsya/quadcopter/, 2015.

[5] Sin autor, “Arduino Mega 2560 Rev3”, https://www.openhacks.com/page/productos/id/5/title/Arduino-

Mega-2560#.VixTGvmrS01, 2011.

[6] XBee, “¿Qué es XBee?”, http://XBee.cl/que-es-XBee/, sin año.

[7] JIMB0, “Exploring XBees and XCTU RETIRED”, https://learn.sparkfun.com/tutorials/exploring-

XBees-and-xctu-retired, sin año.



110

Cocina solar estacionaria de tubos evacuados

Estrella Martínez Cristina, Cervantes Vázquez Jonathan, Marroquín de Jesús Ángel

Universidad Tecnológica de San Juan del Río, División de Química Industrial y Energías Renovables, Cuerpo

Académico de Mantenimiento Industrial y Energías Renovables. Av. La Palma no. 125,

Col. Vista Hermosa, San Juan del Río, Querétaro, México. C.P. 76800.

Resumen

La cocina solar de tubos evacuados es un proyecto que brinda la oportunidad de emprender

innovaciones en el ámbito del ahorro de energía, aprovechando el abundante recurso solar en nuestro país.

La cocina consta de dos etapas, captación de radiación solar mediante colectores solares de tubos evacuados

tipo heat pipe, que es transferido a un fluido calo portador y almacenado en un termotanque y la

transformación de luz solar a energía eléctrica que es almacenada en baterías, una motobomba que funciona

a 12 volts de corriente directa, hace circular el fluido calo portador a través de un serpentín de cobre, el

aceite alcanza una temperatura de 140ºC en el interior del termotanque, con una radiación solar de 950

W/m2 y temperatura ambiente de 25 a 30ªC, por conducción el fluido transfiere el calor a un recipiente donde

se cocinan los alimentos. La cocina se puede utilizar de día y de noche.

Palabras clave: Energía solar, cocina solar, cocción de alimentos.

1. Introducción

En nuestro país para la preparación de alimentos se hace en lugares cerrados y en ocasiones a la intemperie esto depende si la zona es rural o urbana, para esto se emplea el gas L.P, leña o carbón, En la

actualidad ante el agotamiento de los recursos no renovables, el consumo de combustibles debe cambiar e

implementar nuevas alternativas para dejar de deteriorar nuestro planeta. La energía solar es la energía

producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir

electricidad (como sus principales aplicaciones).

Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía de la que consumimos, por lo que su potencial es

prácticamente ilimitado. La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende,

del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la

orientación del dispositivo receptor. Actualmente es una de las energías renovables más desarrolladas y

usadas en todo el mundo.

Las ecotecnias son un instrumento desarrollado en el ámbito rural para aprovechar eficientemente los recursos naturales y materiales del entorno; sin embargo, hoy en día no solo es importante atender las

necesidades rurales a partir de estos productos sino llevarlas al ámbito urbano para lograr optimizar y

eficientar los servicios a través del diseño de producto. Lo que significa, considerar nuevas formas de

comportamiento de los habitantes frente a tecnologías económicas con consideraciones ambientales

estableciendo el beneficio social en los sectores de la ciudad.

La participación del diseño industrial en el desarrollo e implementación de una ecotecnia, además de

entender el aprovechamiento de recursos y materiales producidos puede generar una transferencia de

tecnología y esto conlleva a dar respuestas integrales que puedan generar un mejor uso de los servicios de la

urbe.



111

La energía solar térmica es una alternativa para la cocción de alimentos, desde los hornos de caja de

cartón que emplean material reflejante para concentrar los rayos solares sobre un recipiente, hasta los hornos

solares desarrollados por Rincón [3], el presente trabajo trata sobre el desarrollo de una propuesta para

construir una cocina solar estacionaria que funcione de día y de noche.

2. Componentes

Para la construcción de la cocina solar estacionaria de tubos evacuados, se utilizaron los siguientes

componentes:

a) Calentador solar de tubos evacuados tipo heat pipe, con tanque de almacenamiento de 150 litros. b) Calentador solar de tubos evacuados de paso.

c) Paneles fotovoltaicos

d) Baterías

e) Tubería de cobre

f) Mueble y recipiente

g) Serpentín de cobre

h) Fluido caloportador

i) Bomba

2.1 Calentador solar de tubos evacuados tipo heat pipe.

El calentador solar es del tipo heat pipe tiene capacidad para almacenar hasta 150 litros de agua, la figura

1, muestra la imagen del calentador solar.

Fig. 1. Calentador Solar de tubos evacuados tipo heat pipe.

2.2 Calentador solar de tubos evacuados tipo heat pipe de paso.

Utilizando un calentador solar de tubos evacuados tipo heat pipe de paso, se precalienta el fluido calo

portador, que pasa por el cabezal del mismo, y posteriormente se almacenará en el calentador que cuenta con

termotanque de almacenamiento, en la figura 2 se muestra el calentador solar.



112

Fig. 2. Calentador solar de tubos evacuados tipo heat pipe de paso.

2.3 Paneles fotovoltaicos.

Para la transformación de la luz solar en energía eléctrica, se utilizaron dos paneles fotovoltaicos de 100

W, el voltaje de salida es de 12 volts de corriente directa.

Fig. 3 Paneles fotovoltaicos de 100 W, 12 VCD.

2.4 Baterías

Se utilizaron dos baterías libres de mantenimiento, selladas para aplicaciones solares, de 115 Ah, y 12 VCD.

Fig. 4. Baterías solares de 115 Ah, 12 VCD.

2.5 Tubería de cobre.

Para transportar el fluido caloportador, se utilizó tubería de cobre de ½ pulgada, con accesorios y

conectores para evitar fugas, se utilizó soldadura de estaño, para el serpentín, se utilizó tubería de ¼ de

pulgada, el serpentín tiene la forma para que sea alojada una sartén donde se preparan los alimentos.



113

Fig. 5 Tubería de cobre tipo m.

2.6 Mueble y recipiente.

El mueble de madera, consta de dos cajones y aloja en su interior a un serpentin de cobre, en el cual se

coloca una sarten para la cocción de los alimentos.

2.7 Fluido caloportador.

Se utiliza un aceite para térmico para transferencia de calor, MXL TERM 300 ISO 22. El cual tiene la

particularidad de transportar el calor hacia la sarten para realizar la cocción de los alimentos.

2.8 Bomba

La bomba utilizada es de marca Shurflo funciona a 12 V de corriente directa y tiene un gasto de 13 litros

por minuto.

Fig. 6 Bomba Shurflo 12 VCD, 13 LPM.

3. Radiación solar

San Juan del Río se ubica en las coordenadas 20°23′ N, 99°59′ W, con una altitud de 1920 msnm, una

precipitación anual promedio de 450 mm a 630 mm. Se considera que tiene un clima semi seco templado con

temperaturas medias anuales entre 16 °C a 18 °C. De conformidad con los datos mostrados en la página de la

National Aeronautic and Space Administration, para la ciudad de San Juan del Río, se tiene el siguiente

potencial de energía solar.



114

Tabla1. Radiación solar en San Juan del Río, Qro. MES RADIACIÓN

SOLAR

kWh/m2/d

ENERO 4.17

FEBRERO 5.00

MARZO 5.85

ABRIL 6.15

MAYO 6.26

JUNIO 5.73

JULIO 5.58

AGOSTO 5.53

SEPTIEMBRE 4.75

OCTUBRE 4.52

NOVIEMBRE 4.35

DICIEMBRE 4.00

PROMEDIO 5.16

Lo que es sin duda de los valores más altos en nuestro país.

3.1. Cocina solar

El propósito básico de una cocina solar es calentar cosas, cocinar comida, purificar el agua y esterilizar

instrumentos (por mencionar unos pocos).Una cocina solar cuece porque el interior de la caja se ha calentado por la energía del sol. La luz solar, tanto directa como reflejada, entra en la caja solar a través de la parte

superior de cristal o de plástico. Calienta el interior siendo la energía absorbida por la plancha negra y cocina

lo que hay dentro de las ollas. Este calor en el interior causa que la temperatura dentro de la cocina solar

aumente hasta que el calor que se pierda de la cocina sea igual al aumento del calor solar. Se alcanzan

fácilmente temperaturas suficientes para cocinar comida y pasteurizar agua. Aquí menciono algunos tipos de

cocinas solares para hacer una comparación y mostrar las ventajas del producto ante otros.

3.2. Objetivos

Objetivo general: Construcción y caracterización de una cocina solar estacionaria elaborada a partir de un

calentador solar tipo heat pipe para que pueda operar durante el día y durante la noche.

Objetivos específicos:

•Diseño del prototipo en autocad.

•Construcción y caracterización del prototipo

•Registro del modelo de utilidad.

3.3. Hipótesis

En función de la temperatura que alcanzan los tubos evacuados tipo heat pipe utilizados en calentadores

solares que ronda los 170ºC a 180ºC en el bulbo y con valores de radiación solar comprendido entre 850

W/m2 a 905 W/m2, se pretende calentar a 200º C un fluido de trabajo, el cual será almacenado en un termo

tanque y utilizando una bomba que operará con energía eléctrica proveniente de baterías que serán cargadas

por paneles fotovoltaicos, se hará la circulación de este fluido hasta unas parrillas y cocinar alimentos.



115

4. Experimentación.

Se han realizado pruebas preliminares al poner en funcionamiento el prototipo construido, la figura

muestra el prototipo de cocina solar estacionaria.

Se pueden observar los paneles fotovoltaicos, el mueble donde se coloca la sartén, el calentador solar de

paso y el calentador solar con tanque de almacenamiento.

Inicialmente el termotanque se ha llenado con agua y posteriormente se enciende la bomba, la cual hace

que el agua circule por el colector solar, después de 2 dias que se deja en funcionamiento a los calentadores

solares, la temperatura en el agua es cercana a los 85ºC, la temperatura en el serpentín que se encuentra

ubicado en el mueble de madera es de 70ºC, la temperatura en el agua que se encuentra en la sartén es de

65ºC, se sustituirá el agua por el aceite, se espera que los resultados mejores debido a que el aceite puede

alcanzar los 150ºC, con lo cual se estaría en posibilidades de poder cocinar alimentos.

La cocina solar se espera que se coloque en la azotea de una casa, y calentará aceite para transferencia de

calor.. En un día claro el aceite puede alcanzar los 180°C. En el tanque de almacenamiento se crea un sifón

por la diferencia de temperaturas y el aceite caliente es succionado al tanque mientras aceite más frío de la

parte inferior entra al colector para ser calentado.

5. Conclusiones

Se han presentado los componentes de la cocina solar estacionaria de tubos evacuados, hasta el momento

solo se han realizado pruebas con agua, que se ha hecho circular mediante el uso de una bomba, las

temperaturas obtenidas son alentadoras, se sustituirá el agua por aceite térmico.

Una vez terminado el prototipo será utilizado por los estudiantes de la carrera de energía renovable área

calidad de la energía y área solar.

Falta hacer pruebas con alimentos, medir la radiación solar, la temperatura ambiente y los tiempos de

cocción de los alimentos, se continuará con la caracterización.

Agradecimientos: Los autores desean expresar su agradecimiento al programa nuevos talentos por el

financiamiento para la compra de todos los componentes de la cocina solar estacionaria, del mismo modo se

agradece al Ing. Francisco Marcial Marcial de la empresa Global Solutions, por la asesoría brindada durante

la construcción de la cocina solar estacionaria de tubos evacuados.



116


[1] Tonda, Juan. El oro solar y otras fuentes de energía, La ciencia para todos FCE, Mexico 2003, 152 pp.

[3] Tiwari, G.N. Solar Energy Fundamentals, Design, Modelling and Applications. Centre for Energy

Studies. Indian Institute of Technology. Alpha Science International Ltd, New Delhi, India 2002, 646pp.

[4] Athziry Anhai Felix Renteria, Iliana Indira Beltran Palma, Celina Amairani Arce Quiñonez, reporte final

de estancia del programa XXI Verano de la Investigación Científica Junio-Agosto 2011.

[5] http://ciencianet.com/friocalor.html (15-noviembre-2011)

[6] http://biocab.org/Transferencia_Calor.html (14-noviembre-2011)

[7] Tester W. Jefferson et. Al. Sustainable Energy, MIT Press, USA 2005.

[8] http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_solar (15-noviembre-2011)

[9] http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/ir/infrared.html (10-noviembre-2007)

[10] Serway A. Raymond. Física . Mc Graw Hill, 4ta edición, México 1997.

[11] http://es.wikipedia.org/wiki/Colector_solar (20-noviembre-2011)

[12] http://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtml#COMPO (20-noviembre-2011)

[13] http://webvision.med.utah.edu/spanish/fisicaluz.html (7-mayo-2007)

[14] Maass, M. 2007.

[15] Kalogirou, Soteris, Solar Energy Engineering; Process and Systems 1st. Ed. Elsevier, Julio 2009.



117

Análisis del potencial de la producción de biodiésel a partir de

aceites vegetales

Melquiades Cruz Areli Jazmín, Herrera Velázquez Martha, Marroquín de Jesús Ángel.

Universidad Tecnológica de San Juan del Río División de Química Industrial y Energías

Renovables. Cuerpo Académico de Mantenimiento Industrial y Energías Renovables. Av. La Palma

no. 125, Col. Vista Hermosa, San Juan del Río, Qro.

Resumen

El uso de biodiésel en el sector de transporte, específicamente en motores convencionales de combustión interna, reduce las emisiones de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono,

sulfatos compuestos aromáticos y material particulado.

El biodiésel se puede obtener a partir de una reacción química sencilla que consiste en mezclar aceite vegetal con metanol o etanol en presencia de un catalizador.

El objetivo del presente trabajo fue obtener biodiésel a partir de aceites vegetales tales como el aceite de maíz, aceite de girasol y aceite quemado de cocina, obteniendo como

subproducto glicerina que puede reutilizarse obteniendo otros productos (como cosméticos,

jabón, lubricante en industrias, etc.) El biodiésel es caracterizado por medio de la densidad y espectrofotometría de infrarrojo, tomando como referencia las propiedades del diésel de PEMEX. Las

propiedades obtenidas hacen que el biodiésel obtenido de los diferentes aceites vegetales sea

completamente mezclado con diésel proveniente de la industria del petróleo.

Palabras clave: biodiésel, transesterificación, combustibles.

1. Introducción

El interés por el manejo de los recursos energéticos ha tenido un crecimiento acelerado de la

producción y utilización de biocombustibles en muchas partes del mundo.

Como “biocombustibles” se denomina a todo tipo de combustibles que se derivan de la biomasa

(organismos recientemente vivos o desechos metabólicos como la caña de azúcar, maíz, sorgo, yuca y

otros usados para producir etanol), y fueron la primera fuente que conoció la humanidad. La idea de los biocombustibles surgió desde el siglo XIX, ya que Rodolf Diesel creó en 1893 el primer motor que

quemaba aceite vegetal (aceite de palma).

El biodiésel es un biocombustible líquido que sirve como reemplazo de gas oíl y se produce a

partir de materias primas renovables(biomasa ) como aceites provenientes de palma africana , soja.

Higuerilla, jatrofa o grasas de animales, convirtiendo a los triglicéridos en estrés de metilo o etilo, a

través de un proceso de transesterificación.



118

Fig. 1. Reacción de transesterificación.

En el citado proceso se produce la reacción de tres cadenas de ácidos grasos (cadena de esteres)

de cada molécula de triglicérido, con un alcohol. Produciéndose la separación de estas cadenas de la

molécula de glicerina.

Esta separación necesita un catalizador básico, como el hidróxido de potasio, para la reacción

completa y a una velocidad más rápida

Finalmente las cadenas esteres de convierten en biodiésel, reteniendo moléculas de oxígeno en su

constitución, lo que hace que tenga propiedades interesantes en la combustión Según el

departamento de Energías de los Estados Unidos (DOE) reporto que el uso del biodiésel reduce las partículas contaminantes hasta un 65%, lo que a su vez reduce el riesgo de cáncer en la población hasta

un 94%. Al igual que la agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA)

estipula que los hidrocarbonos no consumidos, los cuales contribuyen en

gran medida a la destrucción de la capa de ozono, el smog y el cáncer, son reducidos un 50% en la combustión del biodiésel.

2. Metodología

Se producirá biodiésel a partir de aceites vegetales y comparar las propiedades fisicoquímicas del biodiésel obtenido con el diésel de PEMEX.

2.1 Selección de aceites vegetales

Los aceites vegetales con los que se decidió trabajar fueron. Aceite de Maíz, aceite de aguacate y

aceite quemado de cocina. Se seleccionaron estos debido a que el aceite de maíz es el más producido a nivel industrial, el aceite de aguacate es uno de los que podrían tener mayor desarrollo debido a la

facilidad de obtención por la alta producción del aguacate en el país, y el aceite quemado de cocina por

ser uno de los desechos más comunes en la industria alimenticia.

Fig. 2 .Selección de los aceites.



119

2.2. Caracterización de los aceites vegetales

Se midieron densidades de los aceites vegetales de maíz, aguacate y aceite quemado de cocina con

un densímetro Ludwig Schneider y el pH, con tiras de papel pH.

Fig. 3. Mediciones de Densidades.

2.3. Reacción de transesterificación

La reacción de transesterificación consistió en hacer reaccionar el aceite vegetal con Metanol en presencia de un catalizador, Hidróxido de Sodio. Esta reacción se llevó a cabo en un sistema de

destilación a reflujo. La relación de las materias primas utilizadas fueron 5/1 aceite vegetal / Metanol

con el 0.035% de catalizador.

Fig. 4. Transesterificación



120

2.4 Separación del biodiésel

Después de la reacción de transesterificación, se deja reposar el biodiésel por 8 horas en un embudo de separación. Pasando el tiempo de reposo se separan las fases y se realizan los lavados del biodiésel.

Fig. 5. Separación del biodiesel.

2.5 Lavados del biodiésel

Los lavados consistieron en mezclar el biodiésel con agua en una relación 1/1 para eliminar los

residuos de Hidróxido de Sodio. La mezcla se dejó reposar por 8 horas en un embudo de separación. Pasando el tiempo de reposo se separan las fases y se repitió la operación dos veces más.

Fig. 6. Lavados del biodiesel.

2.5 Caracterización del biodiésel

El biodiésel obtenido después de los lavados se caracterizó por medio de la densidad, el espectro de

Infrarrojo y pH. Se tomó la muestra de diésel de PEMEX como referencia.

3. Resultados y análisis de resultados

3.1 Caracterización de los aceites vegetales 3.1.1 Medición de densidad



121

En la tabla 1 se muestran los resultados de densidad de los aceites vegetales utilizados.

Tipo de aceite Densidad

Maíz .900

Girasol .914

Aceite de cocina .929

Tabla 1. Densidad de los aceites

En la tabla 1 se muestra que la densidad de los aceites vegetales no varía demasiado, aunque se ve que

la del aceite vegetal es más alta, esta debido a las impurezas que traía por el tratamiento previo al que había sido sometido.

3.1.2 Medición de pH

En la tabla 2 se muestran los resultados de pH de los aceites vegetales. Podemos observar que

no hay variación del pH independientemente de tipo de aceite.

Tipo de aceite pH

Maíz 7

Girasol 7

Aceite de cocina 7

Tabla 2. pH de los aceites

3.2 Caracterización de Biodiésel 1

3.2.1Medición de densidad

En la tabla 3 se muestran los resultados de densidad del biodiésel y diésel.

Tipo de aceite Densidad (gr/cm)

Maíz .880

Girasol .878

Aceite de cocina .882

Diésel de PEMEX .824 Tabla 3. Densidad del biodiésel

Las densidades de los biodiésel son muy parecidas entre si y tienen una ligera diferencia respecto al

diésel de PEMEX. Sin embargo están dentro de las especificación que es de 0.87 – 0.95 gr/cm3 de

acuerdo a la hoja de seguridad del Diésel Pemex. Cabe señalar que de 5 acuerdo a la NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-086SEMARNAT-SENER-SCFI- 2005, no hay especificación.



122

3.2.2Medición de pH Tipo de aceite pH

Maíz 7

Girasol 7

Aceite de cocina 7

Diésel de Pemex 7 Tabla 4. pH del biodiésel y diésel.

En la tabla 4 se muestran los resultados de pH de los Biodiésel y Diésel. Podemos observar que no hay

variación del pH independientemente del tipo de biodiésel o diésel. No hay especificación para esta propiedad.

4 Análisis por Espectrofotometría de infrarrojo

En la figura 7 se muestran los espectros de infrarrojo de biodiésel, 1a, de Maíz, 1b de aceite quemado y 1c de girasol; comparativamente con el diésel. Al comparar los espectros de las figuras 1a, 1b y 1c se

observan claramente señales características del biodiésel que están presentes en el diésel, como son

dos grupos de bandas de absorción propia de los esteres metílicos que lo conforman, así en la región de la huellas dactilares aparece la banda entre (1200-1300)cm1 originada por la deformación axial

asimétrica C-O y en la región de los grupos funcionales entre 1750cm-1 y 1730cm-1 se encuentra el

pico intenso correspondiente al grupo carbonilo (C=O) propio de los esteres; que está relacionado con la vibración de estiramiento relativamente constante y libre de interferencia, siendo esta señal la mayor

diferencia con el espectro del diésel; para ambos espectros también es común la banda de absorción

entre (2950 y 3000) cm-1, correspondiente al estiramiento de los enlaces CH3, CH2 y CH propio de

carbonos alifáticos.

Figura 7. Espectros de infrarrojo de biodiésel, 1ª de Maíz, 1b de Aceite quemado y 1c de girasol comparativamente

con el diésel.

4. Conclusión

Al realizar este trabajo de experimentación se obtuvo como resultado biodiésel a partir de aceite vegetal, con los distintos tipos de aceite atendiendo de manera individual las características de cada

uno, con el fin de obtener un biocombustible de alta calidad que pueda ser usado en cualquier tipo de

motor que utilice combustible diésel. El desarrollo de los biocombustibles en nuestro país plantea una alternativa viable en el mediano y

largo plazo para disminuir la fuerte concentración de la matriz energética , además llegara un

momento donde el petróleo y sus derivados se agota Para lograr esto se debe incrementar un

mercado interno donde que sustente el desarrollo de este tipo de combustibles.



123


[1] http://www.consumidor.gob.mx/wordpres s/wpcontent/uploads/2012/03/aceites_ve ge tales.pdf

[2] http://upcommons.upc.edu/bitstream/han dle/2099.1/9403/3.3.%20Biodiésel.pdf?seq uence=5&isAllowed=y

[3] numero- 7/109-los-aceites-vegetalescomo-fuente-de-biodiésel.html 4. El diesel

[4] http://www.ref.pemex.com/octanaje/24DI ESEL.htm [5] NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-086SEMARNAT-SENER-SCFI-

2005,Especificaciones de los combustibles fósiles para la protección ambiental.

[6] Hoja de datos de seguridad PEMEX

DIÉSEL, Fecha elab: 30/10/1998, Revisión: 5, Fecha rev: 06/07/201 [7] http://www.lineaysalud.com/que-es/la-glicerina

http://www.consumidor.gob.mx/wordpress/wpcontent/uploads/2012/03/aceites_vege%20tales.pdf




http://www.ref.pemex.com/octanaje/24DIESEL.htm



http://www.lineaysalud.com/que-es/la-glicerina








124

Diseño de un sistema de monitoreo y control de estanques de

cultivo de microalga Flores Romero Roberto Carlos

Universidad Tecnológica de San Juan del Río, Querétaro.


269 | C.P. 76800

Resumen

La propuesta consiste en realizar un sistema de monitoreo y control de las variables que afectan el cultivo

de las microalgas en condiciones controladas (pH, temperatura, irradiación, agitación del agua, oxígeno

disuelto, Dióxido de carbono). Para esto se tienen que aplicar tecnologías como la automatización de procesos,

la adquisición de datos, electrónica de control y de potencia, manejo de datos mediante computadora, uso de

FPGA.

Se propuso una interfaz para el monitoreo y control de las variables mediante el uso de Labview y el uso de

FPGA (sistemas embebidos) para tener un registro y control de los estanques de cultivo de microalgas.

1. Introducción

La propuesta del diseño del sistema de monitoreo y control es un ejemplo muy claro de lo que es la

automatización, donde las tareas que habitualmente habría que hacerlas de manera manual, se van a transferir a

un conjunto de sistemas tecnológicos para operar de manera independiente del usuario.

La automatización es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar

maquinaria o procesos. La automatización abarca el uso de sensores, transmisores de campo, sistemas de control,

sistemas de transmisión y recolección de datos y aplicaciones de en tiempo real para supervisar y controlar las

operaciones de procesos.

Entre las ventajas que se pueden obtener al usar la automatización son:

software Se incrementa una mejora en la calidad del trabajo del operador y del desarrollo del proceso.

Reducción en los tiempos de procesamientos de datos e información.

Racionalización y uso eficiente de energía.

Aumento en la seguridad de las instalaciones y protección al operador.

Un sistema que puede operar de manera desatendida, es decir, que puede trabajar sin intervención del

usuario.



125

2. Antecedentes

En la actualidad, la instrumentación electrónica afronta constantes cambios y se ha convertido en una

herramienta indispensable para ingenieros, científicos y técnicos que requieren de sistemas electrónicos de

medida y estimulación de gran exactitud y precisión. Por un lado, el continuo avance de la microelectrónica, las

prestaciones de los paquetes informáticos y el desarrollo de nuevas tecnologías en el diseño de sistemas de

medida y estimulación para el control de procesos, verificación de productos, explotación de servicios, análisis de

calidad, etc., han permitido el desarrollo de potentes sistemas automatizados de medida (ATE, Automated Test

Equipment); mientras que por otro lado, es cada vez más común la utilización de computadoras personales (PC,

Personal Computer) como el principal recurso en diversas áreas de aplicación, por ejemplo laboratorios, entornos

industriales, sistemas de instrumentación, etc.

Los sistemas ATE guardan una gran dependencia respecto a los sistemas de adquisición de datos (DAQ,

Data Acquisition) y para lograr la interconexión de los diversos sistemas electrónicos de medida existe un amplio

número de protocolos de comunicaciones dedicados a dicha tarea, como son el bus de interfaz de propósito

general (GPIB, General Purpose Instrumentation Bus), VXI (VME Bus eXtension for Instrumentation),

PXI/CompactPCI (PCI eXtension For Instrumentation), MXI (Multisystem Instrument Interface), etc. Además,

los nuevos conceptos como VISA (Virtual Instrumentation Systems Architecture), VXIplug&play e IVI

(Interchangeable Virtual Instruments) han logrado estandarizar las bibliotecas software para el soporte de

programación y control de los instrumentos electrónicos programables.

El estudio del GPIB, especificado en el estándar IEEE 488, ha alcanzado una enorme expansión permitiendo

el diseño de complejos sistemas ATE implementados en diversas plataformas de computadoras bajo diferentes

sistemas operativos, lo cual ha dado lugar al concepto de instrumentación virtual que, de forma paulatina, ha

venido a reemplazar al concepto de instrumentación electrónica tradicional.

Los autores presentan la evolución de la instrumentación electrónica programable mediante un estudio

general de las arquitecturas, herramientas hardware y software, y tendencias actuales en el campo de la

instrumentación electrónica programable y virtual. Se presenta la historia del GPIB y compara con la propuesta

HS 488 realizada por la firma National Instruments.

3. ¿Qué es un sistema de adquisición de datos?

La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico como

voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste de sensores, hardware de medidas

DAQ y una PC con software programable.

Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en PC aprovechan la

potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las habilidades de conectividad de las PC

estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable.



126

3.1 ¿Qué es un sensor?

La medida de un fenómeno físico, como la temperatura de una habitación, la intensidad de una fuente de luz o

la fuerza aplicada a un objeto, comienza con un sensor. Un sensor, también llamado un transductor, convierte un

fenómeno físico en una señal eléctrica que se puede medir.

Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo

eléctrico que varía con el tiempo. Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para

producir correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un dispositivo DAQ.

3.2 ¿Qué es un dispositivo DAQ?

El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona

principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda

interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de

acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC.

Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos. Por

ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DAC) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben

y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales.

3.3 Acondicionamiento de señales

Las señales de los sensores o del mundo exterior pueden ser ruidosas o demasiado peligrosas para medirse

directamente. El circuito de acondicionamiento de señales manipula una señal de tal forma que es apropiado para

entrada a un ADC. Este circuito puede incluir amplificación, atenuación, filtrado y aislamiento. Algunos

dispositivos DAQ incluyen acondicionamiento de señales integrado diseñado para medir tipos específicos de

sensores.

3.4 ¿Qué es el software LabvVIEW?

LabVIEW es un entorno de desarrollo diseñado específicamente para acelerar la productividad de ingenieros y

científicos. Con una sintaxis de programación gráfica que facilita visualizar, crear y codificar sistemas de

ingeniería, LabVIEW es incomparable en ayudar a ingenieros a convertir sus ideas en realidad, reducir tiempos de

pruebas y ofrecer análisis de negocio basado en datos recolectados. Desde desarrollar máquinas inteligentes hasta

garantizar la calidad de los dispositivos conectados, LabVIEW ha sido la solución predilecta para crear,

implementar y probar el Internet de las Cosas por décadas.

Es un software que tiene muchas aplicaciones como:

Adquirir datos y procesar señales

Control de instrumentos

Automatizar sistemas de pruebas y validación

Sistemas de monitoreo sencillos

Generación de prototipos con FPGA



127

3.5 ¿Qué es un sistema Compact-Rio?

NI CompactRIO combina una arquitectura embebida abierta con un tamaño pequeño, extrema robustez y

módulos industriales de E/S intercambiables en vivo y la arquitectura de E/S reconfigurable (RIO) NI LabVIEW.

El controlador CompactRIO incluye un procesador y un FPGA reconfigurable. El procesador es usado para

comunicación en red, registro de datos, control y procesamiento con el SO determinístico y confiable NI Linux

Real-Time.

Con el FPGA programable por el usuario, usted puede implementar hardware personalizado para control de

alta velocidad, procesamiento de datos en línea o temporización y disparo complejos.

5. Objetivos

En el sistema que se propone deben realizarse las mediciones y registro de las variables en un dispositivo

Compact-RIO, el cual es un sistema robusto de calidad industrial. El sistema compact-RIO trabaja mediante el

uso de FPGA, los cuales están diseñados para realizar tareas o procesos en paralelo sin afectar a los demás

procesos que se estén ejecutando.

El sistema propuesto debe tener las siguientes características:

Interfaz centralizada de control y monitoreo de variables mediante software.

Medir variables físicas que afectan el desarrollo de microalgas.

Controlar la velocidad de agitación del agua de los estanques.

Operación a temperatura ambiente.

Llevar un registro de las variables con el paso del tiempo en una base de datos.

Que pueda operar de manera independiente.

Control del sistema de manera remota o a distancia.

6. Desarrollo

Debido a que los proyectos de investigación y desarrollo van cambiando con respecto al tiempo, se requieren

cambios o implementaciones de tecnologías para poder facilitar el registro de datos y poder analizarlos de una

manera más sencilla.

Al llevar un registro de las variables que afectan el cultivo de las microalgas en escalas más pequeñas o en menor

número de estanques de cultivo puede no ser tan complejo, como cuando van incrementándose por el número de

estanques y variables a medir.



128

Debido al incremento de la cantidad de estanques de cultivo de microalgas en los que se requiere llevar un

registro de las variables que afectan al crecimiento. Se propone un sistema de monitoreo y control de las variables

que afectan el cultivo de las microalgas mediante el uso de Labview y FPGA.

Actualmente se lleva un registro de las variables que afectan el cultivo de las microalgas en los estanques de

260L, 2600L y 26000L. Pero muchas variables se miden de manera separada en cada uno de los estanques

mediante instrumentos de medición que no están interconectados, es decir, cada instrumento realiza su medición

sin relacionar sus datos con otros dispositivos.

7. Metodología científica

Diferentes tipos de señales necesitan ser medidos o generados de diferentes maneras. Un sensor (o

transductor) es un dispositivo que convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica que se puede medir, como

voltaje o corriente. Usted también puede enviar una señal eléctrica que se puede medir a su sensor para crear un

fenómeno físico. Por esta razón, es importante comprender los diferentes tipos de señales y sus correspondientes

atributos. De acuerdo a las señales en su aplicación, usted puede comenzar a considerar cuál dispositivo DAQ

usar.

Un dispositivo DAQ de uso general puede medir o generar +/-5 V o +/-10 V. Algunos sensores generan

señales muy difíciles o peligrosas de medir directamente con este tipo de dispositivo DAQ. La mayoría de los

sensores requieren acondicionamiento de señales, como amplificación y filtros, antes que un dispositivo de DAQ

pueda medir la señal de forma efectiva y precisa.

Una de las especificaciones más importantes de un dispositivo DAQ es la velocidad de muestreo, la cual es la

velocidad a la cual el ADC del dispositivo DAQ realiza muestreos de una señal. Las velocidades de muestreo

típicas son temporizadas ya sea por hardware o software y son hasta velocidades de 2 MS/s. La velocidad de

muestreo para su aplicación depende del componente de la señal de máxima frecuencia que está tratando de

medir o generar.

El cambio más pequeño que puede ser detectado en la señal determina la resolución que es requerida por su

dispositivo DAQ. La resolución se refiere al número de niveles binarios que puede utilizar el ADC para

representar una señal.

La precisión es definida como una medida de la habilidad de un instrumento para indicar fielmente el valor de

una señal medida. Este término no está relacionado con la resolución; sin embargo, la precisión nunca puede ser

mejor que la resolución del instrumento. Como usted especifica la exactitud de su medida depende del tipo de

dispositivo de medida. Un instrumento ideal siempre mide el valor verdadero con 100% de certeza, pero en

realidad los instrumentos reportan un valor con una incertidumbre especificada por el fabricante. La

incertidumbre puede depender de varios factores, como ruido del sistema, error de ganancia, error de desfase y no

linealidad. Una especificación común para una incertidumbre del fabricante es la precisión absoluta.



129


Aunque el sistema quedó en propuesta se obtuvo avances para poder realizar su construcción más adelante en

caso de aprobar el presupuesto:

Se realizó la propuesta para el sistema de monitoreo y control de las variables que afectan el cultivo de

microalgas.

Se estuvo trabajando con el equipo y sensores disponibles para desarrollar el sistema.

Se realizó las cotizaciones de los costos de los equipos propuestos.

Se realizó los diagramas eléctricos para el sistema propuesto.

9. Conclusiones

Un sistema de monitoreo y control de variables ayuda a poder adquirir, procesar, registrar, visualizar y

controlar las variables que afectan el cultivo de microalgas en la investigación. El uso de estos sistemas ayuda a

tener un sistema que pueda operar de manera desatendida por el usuario, sobre todo cuando la cantidad de

variables y diferentes tipos de sensores se incrementa.

Hay que tener en cuenta el tipo de sensor utilizado en los siguientes aspectos como: precisión, velocidad de

muestreo, rangos de medición, distancia entre el sensor y el equipo que adquiere las señales.

La precisión y costos de los equipos de grado robusto y de calidad industrial suelen ser más altos debido a su

precisión, robustez y fiabilidad de su uso.

Referencias bibliográficas.

[1] Análisis de datos con NI, (07 de septiembre de 2015). National Instruments, Obtenido de

http://www.ni.com/labview/why/analysis/esa/

[2] ¿Qué es un sistema de adquisición de datos? (14 de agosto de 2015). National Instruments.

http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/esa/

[3] ¿Qué es un FPGA?, (18 de julio de 2015), National Instruments, Obtenido de http://www.ni.com/fpga/esa/

[4] Cómo construir un sistema de medidas (19 agosto de 2015). National Instruments, Obtenido de

http://www.ni.com/gate/gb/GB_EKITDAQSYS/ESA

[5] Resistividad eléctrica (27 de septiembre de 2015). Wikipedia, Obtenido de

https://es.wikipedia.org/wiki/Resistividad.

[6] ¿Qué es un sistema Compact-Rio? (3 de octubre de 2015) National Instruments, Obtenido de

http://www.ni.com/compactrio/whatis/esa/

http://www.ni.com/labview/why/analysis/esa/

http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/esa/

https://es.wikipedia.org/wiki/Resistividad



130

Invernadero monitorizado por página web Arteaga Martínez Estefano, Olvera Morales Gabino, González Moreno Mauricio Ramón,

Martínez Anaya Reynaldo

Universidad Tecnológica de San Juan del Río.

Resumen

En este artículo expondremos sobre un invernadero automatizado y monitorizado por una página web,

utilizando el módulo ESP8266 wifi de arduino, el cual nos permite comunicar con alguna página web

mediante comandos AT.

Se trata básicamente de obtener de forma óptima, en cualquier momento y donde se tenga acceso a

internet, los datos de los sensores (temperatura y humedad), actuadores, ventiladores, nivel del agua, entre

otros., y así poder verificar en cualquier momento si existiera un problema y actuar de manera rápida, ya sea

desde un Smartphone, computadora o tabletat.

Esto con el propósito de mejorar y ahorrar tiempo, ya que al estar automatizado no se requerirá de mucho personal, solo de algunos que estén revisando y actuando en algún problema.

Palabras clave: invernadero, web, arduino, comunicación, programación.

1. Introducción

En este artículo explicaremos la realización del invernadero automatizado, con la comunicación vía Wifi

del módulo ESP8266 de arduino con una página web, el motivo principal fue para la monitorización y

automatización del invernadero, se utilizaron diferentes tipos de sensores, como; de temperatura y humedad,

dependiendo de las variables de salida de los sensores se activaban actuadores para la apertura de ventanas,

para activar el sistema de riego, para accionar un ventilador, y para así facilitar las condiciones de nuestro

invernadero.

En el capítulo 1, se hablara del problema encontrado, del objetivo que se planteó, de la justificación y del

alcance, ya que es necesario tener en cuenta estas cuatro guías para saber hacia dónde queremos llegar, y así

saber por dónde podemos empezar y tomar las mejores decisiones en el transcurso del proyecto.

En la parte 2, hablaremos de los componentes que se utilizaron, como el módulo arduino MEGA, y el

módulo Wifi ESP8266 de arduino, los sensores (temperatura y humedad), actuadores, entre otros y se

describirá su funcionamiento, también se mostraran las principales señales de los comandos de texto AT y las

principales configuraciones del módulo ESP8266.

En las secciones 3 y 4, mencionaremos el desarrollo general del proyecto y el resultado del mismo.

Y por último pero no menos importante, daremos la conclusión general del proyecto, así como un

glosario, la bibliografía, para así complementar mejor el proyecto.



131

2. Marco teórico

Aquí hablaremos un poco de los principales componentes electrónicos que utilizamos, dando una

pequeña introducción de lo que son y cómo funcionan, para así poder entender aún más el proyecto.

2.1 Arduino Mega

El Arduino Mega es una placa electrónica basada en el ATmega1280. Cuenta con 54 pines digitales de

entrada/salida (de los cuales 14 se pueden utilizar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UART

(hardware puertos serie), un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el micro-controlador;

simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB o el poder con un adaptador de CA o la batería a

CC para empezar. La Mega es compatible con la mayoría de los escudos diseñados para el Arduino Due.[1]

Figura. 1 Arduino MEGA.

El Mega Arduino puede ser alimentado a través de la conexión USB o con una fuente de alimentación

externa. La fuente de alimentación se selecciona automáticamente.

Potencia (no USB) externo puede venir con un adaptador de CA a CC (pared-verruga) o la batería. El

adaptador se puede conectar al conectar un enchufe de 2,1 mm de centro-positivo en el conector de

alimentación de la placa. Leads de una batería se pueden insertar en los cabezales de pin GND y Vin del

conector de alimentación.

El tablero puede funcionar con un suministro externo de 6 a 20 voltios. Si se suministra con menos de

7V, sin embargo, el pin de 5V puede suministrar menos de cinco voltios y la junta puede ser inestable. Si se

utiliza más de 12V, el regulador de voltaje se puede sobrecalentar y dañar la placa. El rango recomendado es

de 7 a 12 V.

Memoria

El ATmega1280 tiene 128 KB de memoria flash para almacenar el código (de los cuales 4 KB se utiliza

para el cargador de arranque), 8 KB de SRAM y 4 KB de EEPROM (que puede ser leído y escrito con la

biblioteca EEPROM).

Entrada y salida

Cada uno de los 54 pines digitales en el Mega se puede utilizar como una entrada o salida, utilizando

pinMode(), digitalWrite(), y digitalRead() funciones. Operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o

recibir un máximo de 40 mA y tiene una resistencia de pull-up (desconectado por defecto) de 20-50 kOhms.

Además, algunos pines tienen funciones especializadas:

Serial: 0 (RX) y 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) y 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) y 16 (TX); Serial 3: 15 (RX)

y 14 (TX). Se utiliza para recibir (RX) y transmitir datos en serie (TX) TTL. Pernos 0 y 1 también están

conectados a los pines correspondientes de la USB-to-TTL chips Serial FTDI.

Interrupciones externas: 2 (interrumpir 0), 3 (alarma 1), 18 (interrumpe 5), 19 (interrupción 4), 20

(interrumpir 3), y 21 (interrupción 2) Estos pines pueden configurarse para activar una interrupción en un



132

valor bajo, un flanco ascendente o descendente, o un cambio en el valor. Ver el attachInterrupt () función

para más detalles.

PWM: 2 a 13 y 44 a 46. Proporcionar una salida PWM de 8 bits con el “analogWrite ()” función.

SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Estos pines admite la comunicación SPI, que,

aunque proporcionada por el hardware subyacente, no está incluido en el lenguaje de Arduino. Los pines SPI

también se desglosan en la cabecera ICSP, que es físicamente compatible con el Due.

LED: Hay un LED incorporado conectado al pin digital 13. Cuando el pasador es de alto valor, el

LED está encendido, cuando el pasador es bajo, es apagado.

I^2 C: 20 (SDA) y 21 (SCL). Apoyo I^2 C (TWI) de comunicación con el librería Wire

(documentación en el sitio web de cableado). Tenga en cuenta que estos pines no están en la misma ubicación

que los I^2 C en el Due.

Comunicación

El Arduino Mega tiene una serie de instalaciones para la comunicación con un ordenador, otro Arduino, u

otro micro-controlador. El ATmega1280 ofrece cuatro hardware UART para TTL (5V) de comunicación

serie. Un FTDIFT232RL en los canales de mesa uno de ellos a través de USB y los drivers FTDI (incluido

con el software de Arduino) proporcionan un puerto COM virtual para el software en el ordenador. El

software de Arduino incluye un monitor de serie que permite a los datos de texto simples para ser enviados

hacia y desde la placa Arduino. Los RX y TX LED en el tablero parpadean cuando se están transmitiendo

datos a través del chip y conexión USB FTDI al ordenador (pero no para la comunicación en serie en los

pines 0 y 1).

Una biblioteca SoftwareSerial permite la comunicación en serie en cualquiera de los pines digitales de la

Mega.

2.2 Módulo ESP8266

Lo primero es decir que este módulo es muy sencillo y diseñado desde el principio con la Internet of

Things en mente ( IOT), y por eso incluye todo lo necesario para conectarse a un punto de acceso WIFI

mediante comandos de texto AT, vía una puerta serie, que puede ser configurada a diferentes velocidades.

Una vez que le instruimos para que se conecte a nuestra WIFI, el modulo es capaz de enviar información

que le remitimos vía la puerta serie a una dirección IP y puerto que deseemos.

Cuando se trata de recibir, limpia todo el empaquetado TCPIP y nos reenvía por la puerta serie la información

de datos limpia de polvo y paja, con lo que tiene la enorme virtud de permitirnos olvidarnos de la gestión del

TCPIP y de las demandas de procesador y memoria que suponen.

A cambio no es exactamente una conexión WIFI, porque no tenemos acceso al stack o al socket IP pero

para el Arduino esto es casi una ventaja.

De hecho el módulo ESP8266 incluye un pequeño procesador interno que podríamos programar para

funcionar de modo autónomo y que incluso dispone de un par de puerto GPIO (General Purpose Input

Output) para su uso como activador de algo. [1]



133

Figura. 2 Módulo ESP8266.

Veamos como conectarlo a nuestro Arduino, el patillaje del módulo visto desde la parte superior donde se

puede observar la antena integrada, es así:

Figura. 3 Pines del módulo.

2.3 Construcción

Materiales:

2 Actuadores (actuadores para seguro de autos genérico), 2 Bombas de agua (bombas para limpia

parabrisas de autos en general), 1 Arduino mega, 1 Módulo WIFI ESP8266 para arduino, 2 Sensores de

humedad para arduino, 3 Tramos de ángulo de aluminio 2”, 2 Tramos de solera de aluminio 1”, Cable, 1

Sensor de temperatura LM35, 1 Ventilador para computadora, 2 Tinas para utilizarlas como macetas, 5

metros de manguera para nivel, Plástico para forrar libreta, 2 cubetas, resistencia para 4 litros.

Procedimiento:

A. Primero se construyó toda la estructura utilizando el aluminio. Esto lo hicimos cortando los tramos de

aluminio con las medidas que queríamos utilizando una segueta, después la unimos con una remachadora.

B. Después se colocó las tinas y las fijamos con alambre.

C. Lo siguiente fue colocar las mangueras en las bombas y en las cubetas. Estas se fijaron con cinchos

para que no se saliera el agua en las bombas y en las cubetas se le coloco silicón en donde se perforaron. La

manguera para agua caliente se metió por dentro de las tinas en la parte de abajo para que queden tapadas por

la tierra, esta manguera regresa a la cubeta del agua caliente, mientras las que son para riego fueron colocadas

en la parte de arriba, agujeradas con una aguja y con un tapón en la parte final.

D. Después se conectó la parte eléctrica y los sensores con el arduino.



134

E. Al final colocamos el plástico en el invernadero cubriéndolo por completo.

Programa en arduino:

Figura. 4 Declaración de variables.



135

Figura. 5 Declaración de comandos AT y puertos serial.



136

Figura. 6 Comandos HTML para la pagina web.

Figura. 7 Programación de sensor de temperatura.



137

Figura. 8 Programación de sensor de humedad [2].


Los resultados obtenidos del proyecto fueron favorables en cada una de las partes, permitiéndonos observar el funcionamiento, ventajas y desventajas.

3.1 Invernadero

a) Estructura

En la parte de la estructura los problemas que surgieron fueron el material con el que se pretendía

realizar, la construcción debido a la ubicación de cada uno de los elementos, por ello se utilizó un material

ligero pero resistente lo cual nos permitió un buen manejo de este logrando colocar de mejor manera los elementos, permitiendo ver el comportamiento y control de las partes más comunes, como lo son la humedad

del cultivo, el sistema de riego y el sistema de regulación de temperatura, gracias a los elementos y material

empleado para construirlo.

En la parte electrónica con los dispositivos empleados para el control de los estados de los actuadores,

así como el envío y recepción de señales para activar la parte física existieron unos problemas para activar los

actuadores, en un principio se utilizaron transistores para hacerlo, sin embargo no se obtuvo el

funcionamiento deseado por ello se utilizaron relevadores permitiendo que se activaran sin ningún problema,

logrando controlarlos de forma automática según las condiciones en las que se encontrara la planta.

b) Programa Para la parte de la programación no se cumplió al 100% lo deseado. Los problemas que tuvimos en esta

parte fueron la detección del Reuter para comunicarlo con el módulo Wi-fi así como la creación de la página

donde se monitorearía el invernadero. Esto se resolvió configurando el módulo Wi-fi como punto de acceso

(Access point), así solo los usuarios conectados al Wi-Fi configurado como Router podrían acceder a la

página de monitoreo.



138

La parte que no se cumplió fue el diseño ya que por falta de tiempo no se logró diseñar una página más

interactiva para el usuario al consultar el estado del invernadero.

Pero si lo más importante que era el control de forma automática, la lectura de datos, la creación de la página, él envió de datos por Wi-Fi a una red local desde el invernadero, la cual podía ser visualizada desde

cualquier dispositivo conectado a la red local para visualizar el estado en la que se encontrara .En lo general

se cumplió con el objetivo el cual era monitorear el estado de un invernadero por medio de Wi-Fi en una red

local.

4. Conclusiones

Los resultados del proyecto fueron satisfactorios ya en la demostración final de su funcionamiento, se

cumplió con lo necesario.

Tuvimos problemas al momento de estar programando el módulo ESP8266 ya que se requería utilizar

comandos HTML para realizar la página web en donde se iban a mostrar los datos adquiridos de los sensores,

actuadores, ventilador, bomba de agua, entre otros, lo cual, nos llevó un poco más de tiempo saber utilizarlos.

Esto nos sirvió para la mejora de nuestros conocimientos en cuanto al uso de nuevas tecnologías, y en

cuanto a los problemas, nos enseñaron que debemos saber muchas más cosas, no solo del ramo mecatrónico,

sino también un poco de informática (HTML, PHP, etc.) lo cual nos servirá mucho más adelante, ya que en

este caso, se nos permitió meter un poco de páginas web.

Fue una experiencia agradable y enriquecedora para nuestros conocimientos, y esperamos seguir adelante y

aprender mucho más de más tecnologías.


[1]https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega

Autor: Arduino

Fecha de consulta: 4 de septiembre de 2015

[2]http://wiki.iteadstudio.com/ESP8266_Serial_WIFI_Module

Autor: ITEAD Wiki

Fecha de consulta: 3 de septiembre de 2015

.

Factor Sinergia – Congreso Internacional de Investigación Aplicada e Innovación Tecnológica 2015 25 al 27 de noviembre. San Juan del Río, Qro.

139

Inspección de canales de salida de autoestéreo con

instrumentación virtual Sotelo Martínez Samuel, Ocampo Martínez Rafael, Trejo Martínez Jaquelina Adriana.

Ingeniería Mecatrónica. Universidad Tecnológica de San Juan del Río. Av. La Palma No. 125, Col. Vista

Hermosa, C. P. 76806. San Juan del Río, Querétaro. Tel (427) 129 2000

[email protected], [email protected], [email protected]

Resumen

La industria manufacturera electrónica es una de las más exigentes en cuanto a calidad de sus productos,

ésta dentro de su proceso utiliza varios instrumentos de medición para asegurar el correcto funcionamiento de

su producción, así le garantiza al cliente una excelente calidad, además de cumplir con los estándares actuales.

Este artículo describe un sistema de instrumentación virtual mediante un software de programación

gráfica y una tarjeta de adquisición de datos, dicho sistema permite monitorear de manera eficaz las variables

del proceso.

La aplicación realiza pruebas como: distorsión, respuesta en frecuencia, relación señal/ruido y

separación entre canales.

El sistema sustituye el uso de instrumentos electrónicos por instrumentos virtuales automatizando el

proceso de inspección, reducción en el tiempo de fabricación, optimizando el recurso humano y eléctrico,

logrando una supervisión contínua del proceso y registro de resultados.

Palabras clave: Medición, adquisición de datos, instrumento virtual, inspección, estéreo de automóvil.

1. Introducción

La instrumentación es una área esencial de la industria eléctrica y electrónica, en la cual se utilizan varios

instrumentos principalmente para la medición de variables en un proceso productivo. Con éstos es posible

monitorear y registrar los datos de estas variables[1].

1.1 Definición del problema

La industria de electrónica automotriz exige productos de buena calidad, además del uso de tecnologías

confiables y eficientes.

Específicamente en el producto terminado se requiere una verificación funcional que avale el buen

desempeño del producto electrónico, una alternativa es utilizar instrumentos convencionales de medición para

monitorear el buen estado del aparato.

mailto:[email protected]




140

Esta alternativa puede agregar el error humano al resultado, generar una tendencia incorrecta al ser una

actividad repetitiva y el tiempo de inspección puede prolongarse varios segundos.

Fig. 1. Instrumentos para verificación funcional.

1.2 Objetivo

Desarrollar de un instrumento virtual basado en LabVIEW, enfocado en un sistema automático de

inspección electrónica para auto estéreos producidos en la industria manufacturera automotriz.

En el mundo de la instrumentación al automatizar los procesos de medición, la herramienta ideal es

LabVIEW, un software de fácil aprendizaje. LabVIEW constituye un revolucionario sistema de programación

gráfica para aplicaciones que involucren adquisición, control, análisis y presentación de datos.

1.3 Justificación

Dado que las industrias del ramo automotriz son empresas que tienen que estar en actualización constante

debido a la evolución tan rápida de modelos en automóviles, además estas industrias presentan una exigencia

particular en la manufactura de sus productos.

Por lo mismo el surgimiento de nuevos modelos, (en caso particular el de auto estéreos) exige que en las

líneas de ensamble se desarrollen mejoras continuamente, especialmente en posiciones importantes como inspección funcional.

1.4 Hipótesis

Se busca verificar que la implementación de un diseño de instrumentación virtual en la inspección

funcional de un auto estéreo presente valores de monitoreo muy cercanos a los que presentan los instrumentos

convencionales y se pueda reemplazar el uso de estos últimos reduciendo tiempo, espacios y recursos e

incrementando producción.



141

2. Referencial teórico

2.1 Instrumentos electrónicos de medición

Son aparatos que se usan para comparar magnitudes físicas mediante un proceso electrónico de medición

de magnitudes normalmente eléctricas, que son parámetros que describen el comportamiento de componentes

electrónicos pasivos y activos o señales asociadas al funcionamiento de un componente, circuito, equipo o

sistema electrónico[2].

Los instrumentos tradicionales como osciloscopios o generadores de funciones están diseñados

únicamente para realizar tareas específicas, debido a ello los usuarios deben adaptarse a los parámetros

establecidos y no tienen la oportunidad de extender o modificar las capacidades del sistema. Las perillas y los

botones del instrumento, los circuitos que lo forman, y las funciones disponibles son específicas para las

características intrínsecas del aparato, además de que deben ser desarrollados componentes costosos y tecnología

especial para construirlos, lo cual hace de ellos instrumentos caros y de difícil adaptación además de que solo son

útiles para pocas actividades[3].

Fig. 2. Instrumentos electrónicos de medición.

2.2 Instrumentos virtuales de medición

Desde su lanzamiento al mercado en 1986, LabVIEW se ha consolidado como un estándar de la industria

de pruebas y mediciones e instrumentación, asi como en la automatización industrial, áreas de control, monitoreo

y visión artificial.

Fig. 3. Logotipo comercial.



142

La instrumentación virtual (basada en software) representa una gran innovación en muchos aspectos

dando ventajas sobre la instrumentación basada en hardware, debido a que la instrumentación virtual permite

explotar todas las características de productividad, despliegue de datos y conectividad de las computadoras,

además de que los sistemas desarrollados satisfacen exactamente las necesidades definidas por el usuario a

diferencia de los instrumentos tradicionales que tienen funciones establecidas por el fabricante[3].

Los instrumentos virtuales, basados en las computadoras, pueden tomar ventaja de los beneficios de las

crecientes tecnologías incorporadas al software y al hardware tales como: La capacidad de almacenamiento o la

velocidad de procesamiento, incluyendo los nuevos sistemas operativos con todas las opciones de comunicación

e intercambio de datos. Aunado a ello, una aplicación ejecutada en una computadora portátil puede ser

desplazada con gran facilidad[3].

El ambiente de programación en LabVIEW permite la creación de una aplicación ejecutable que puede ser

instalada en varios equipos sin la necesidad de comprar software para cada uno de ellos. El diseño modular de la

instrumentación virtual representa una herramienta flexible y de fácil adaptación para las necesidades específicas

de distintos usuarios, también permite realizar una adaptación sencilla para sistemas más complejos que

involucren otros dispositivos que pueden ser controlados desde la computadora[4].

2.3 Tarjeta de adquisición de datos

El USB-6008 brinda funcionalidad DAQ básica para aplicaciones como registro de datos simple, medidas

portátiles y experimentos académicos de laboratorio. Es accesible para uso de estudiantes, pero lo

suficientemente poderoso para aplicaciones de medida más sofisticadas. El USB-6008 incluye el software

registrador de datos para empezar a tomar medidas básicas en minutos o prográmelo usando LabVIEW o C y el

software de servicios de medida NI-DAQmx Base para un sistema de medida personalizado.

Fig. 4. Tarjeta NI-USB-6008.

Sus especificaciones:

10 Ks/s (12 Bits; 10 mil muestras por segundo).

8 Entradas Analógicas.

2 Salidas Analógicas (12 Bits, 150 S/s).

12 I/O digitales.



143

Contador de 32 Bits.

Diseño de potencia del Bus por conveniencia (Conector de 34 Pines de fácil integración).

Para la aplicación se utilizaron dos entradas analógicas configuradas como voltaje diferencial ±10 V en

un modo de adquisición de muestras contínuas.

3. Metodología

La metodología de investigación que se siguió para el diseño del instrumento virtual de verificación

funcional se presenta en la siguiente figura, es un proceso básico pero completo para los propósitos perseguidos.

Fig. 5. Bloques de la metodología.

3.1 Instructivo de operación

Las instrucciones de trabajo que se realizan una vez ensamblado el auto estéreo para verificar su

funcionamiento son en esencia las siguientes:

Colocar el auto estéreo en un dispositivo de prueba, donde se conecta con las terminales de entrada y salida

del dispositivo con los instrumentos de medición.

Verificar forma de onda, introducir desde generador de funciones, ajustar con perilla de volumen de mínimo a máximo, verificar que las oscilaciones estén por debajo de los 3 dB. y que la forma de onda sea correcta.

Verificar balance entre canales, ajustar volumen al 50%, introducir señal, seleccionar opción de balance y

verificar que exista sólo señal por el canal correspondiente.



144

Verificar respuesta en frecuencia, introducir señales a distintas frecuencias desde 17 Hz hasta 20 KHz. y

verificar en osciloscopio presente señal mayor a los 40 dB.

Relación señal ruido; introducir señal y monitorear que la relación de la señal sea mucho mayor a la

presencia mímina del ruido, debajo de 3 dB.

3.2 Implementación de instrumentos virtuales

Para las operaciones mencionadas en el punto 3.1 se requieren los siguientes instrumentos convencionales:

voltímetro, generador de señales, osciloscopio, decibelímetro y frecuencímetro.

Para la aplicación en la plataforma virtual se requerirán los mismos instrumentos y se conectarán con el auto

estéreo a través de una tarjeta de adquisición de datos.

En la siguiente figura se puede observar la presencia de los instrumentos de medición virtuales, medidores de

voltaje, frecuencia, osciloscopio, además contiene indicadores para mostrar el resultado de la verificación.

Fig. 6. Panel frontal de los instrumentos virtuales.

3.3 Programación del diagrama de bloques

La plataforma LabView trabaja con dos ventanas, una llamada Panel Frontal de instrumentos y otra

llamada Diagrama de bloques. En ésta última se realiza toda la programación gráfica de cada uno de los

elementos que aparecen en el panel frontal de instrumentos, la programación es orientada a objetos, donde sólo se

requiere la unión con líneas de señal entre los diferentes bloques.

Para la aplicación realizada se presenta a continuación la programación gráfica de los bloques.



145

Fig. 7. Programación en diagrama de bloques.

3.4 Adquisición de datos

Las señales eléctricas que ganará el auto estéreo que serán medidas por los instrumentos virtuales se

capturan a través de una tarjeta de adquisición de datos, la cual enlaza la computadora con el dispositivo a medir.

Una vez implementados los instrumentos virtuales y programados de acuerdo a los parámetros

establecidos en el instuctivo de operación se procede a realizar una lectura de señales para verificar que el

instrumento virtual realice las mediciones en las señales eléctricas solicitadas.

En la siguiente figura se puede observar la lectura presentada en un canal del instrumento virtual, se

percibe la forma de onda en la gráfica del osciloscopio y se observan los indicadores de amplitud, frecuencia, fase

y ciclo.

Fig. 8. Medición del instrumento virtual.

3.5 Pruebas de operación

Para verificar el buen desempeño del instrumento virtual se realizó la medición con un osciloscopio digital

convencional de la misma señal para identificar alguna posible desviación o error en la lectura de los



146

instrumentos virtuales. El instrumento utilizado fue un osciloscopio marca Agilent Technologies modelo

DSO1002A con capacidad de 60MHz a 2 G Sa/s.

Como se puede observar en la siguiente figura las lecturas del osciloscopio digital convencional son muy

parecidas a las lecturas realizadas por el osciloscopio virtual creado en esta aplicación que se muestran en la

figura 9.

Fig. 9. Medición de osciloscopio.

En la instrumentación virtual se pueden observar las pruebas de relación señal ruido por canal, la respuesta

en frecuencia y el balance entre los canales. Los parámetros programados dependen de la capacidad del auto

estéreo y de las especificaciones del fabricante, se agregaron indicadores visuales para presentar el resultado de

las comparativas hechas a las señales adquiridas.

Fig. 10. Mediciones del Instrumento virtual.

4. Conclusiones

El instrumento virtual creado satisface con los requerimientos para los que fue diseñado, es capaz de

procesar las señales analógicas de auto estéreos, analizarlas y compararlas contra los parámetros establecidos en

la programación del instrumento virtual.

El diseño de este sistema tiene la capacidad de mejorar el sistema actualmente usado para la verificación

funcional de auto estéreos, evita la inspección visual, compara y toma decisiones sobre el producto, realiza el



147

mismo proceso en menor tiempo y puede funcionar de forma continua durante el tiempo en que se mantiene

activa la línea de producción y con la capacidad de tener una exactitud y repetibilidad en las mediciones

posteriores.

La nueva tendencia dentro de la instrumentación, a saber la instrumentación virtual, presenta ventajas

sobre la instrumentación básica tradicional, representa una nueva generación dentro de la instrumentación,

acompañada por la ventaja que ofrece la tecnología informática y el uso de ordenadores personales para la

medición de señales eléctricas.

Los instrumentos virtuales aún lo logran superar a los instrumentos convencionales en un renglón muy

importante: tiempo de muestréo, los instrumentos convencionales pueden medir y mostrar datos en un tiempo

muy rápido, unos cuantos nano segundos y trabajar en tiempo real con la lectura de la variable eléctrica, en

contraparte los instrumentos virtuales por el tratamiento, acondicionamiento y codificación gráfica requiere de un

tiempo más para realizar la medición. En el presente trabajo se utilizó una tarjeta de adquisición de datos de 10

000 muestras por segundo en comparación se utilizó un osciloscopio de 2000 000 000 muestras por segundo. En

este renglón se puede mejorar mucho la medición para el instrumento utiliando una tarjeta de adquisición de

datos de mayor velocidad (por ejemplo la PCI 6014 de 200 000 muestras por segundo) además de un computador

de alto desempeño en procesamiento de datos.

La adquisición de datos se realiza mediante un DAQ assistant que es un programa (VI) de apoyo de

LabVIEW pero que no es muy flexible o escalable para aplicaciones de mediciones mixtas por lo que se puede

realizar la adquisición mediante los Vis de NI-DAQmx de bajo nivel más flexibles con estas herramientas

podremos configurar el canal físico a utilizar, la velocidad de muestreo así como el registro de datos en caso de

ocuparse y finalmente concluir con la adquisición de los datos de las señales de interés. Esta estructura hace

posible crear desde aplicaciones simples de adquisición y generación a aquiellas con múltiples canales

simultáneos utilizando temporización y disparo más complejos. En la figura 12 y 13 se muestran la señal de

prueba y el diagrama a bloques de la adquisicón de datos de con los Vis DAQmx de bajo nivel que ofrecen mas

flexibilidad sacrificando la facilidad relativa de utilizar el DAQ assistant.

Fig. 11. Medición de señal de prueba.



148

Fig. 12. Diagrama a bloques con VI DAQmx.


1.- Helfrick, A. & Cooper, W. “Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición”. Pearson

Educación, 1991.

2.- Pallás R. “Instrumentos Electrónicos Básicos”, Marcombo, España, 2006.

3.- Lemus I. & Vargas J. “Diseño modular de instrumentación virtual para la manipulación y el análisis de

señales electrofisiológicas”, Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica, 2006.

4.- Lázaro A. M. & Fernández J. “programación gráfica para el control de instrumentación”, Thomson, 2005.



149

Sistema de censado de distancia por ultrasonido para automóvil

con marcha en reversa Espinosa Ahumada Elías, Gutiérrez Granados Cuitláhuac, Camacho Nieto Saúl


Resumen

Es un sistema electrónico basado en un microcontrolador de “ATmega” que calcula y muestra la distancia existente entre un objeto y el parachoques trasero dentro de la zona ciega para el conductor. Para monitorear la

distancia usa ondas ultrasónicas y la muestra a través de una pantalla a color la cual estará ubicada a un

costado del retrovisor central, tiene además alarma acústica y luminosa (semáforo) que advierten al conductor

que se ha superado un determinado rango de distancia preestablecido.

Considerando que se emplearon sensores ultrasónicos para fines didácticos, el funcionamiento del sistema,

incluyendo el tamaño y la resolución de la pantalla son adecuados, por lo cual los resultados obtenidos son

satisfactorios.

Palabras clave: sensado, ultrasonido, tarjeta arduino, emisor y receptor.

1. Introducción

Con frecuencia somos testigos, por experiencia propia o de terceros, de la dificultad que experimenta el

conductor de vehículo de poca pericia para ejecutar las maniobras con marcha en retroceso, y más aún si se

llevan a cabo en lugares reducidos.

Existe una limitante del campo visual del conductor, debido a que a través del retrovisor central no se

aprecia cabalmente la zona constituida por el parachoques y la portezuela de cajuela. En este punto radica el

problema y el área de oportunidad del proyecto que se presenta ya que el cálculo de la distancia entre el objeto y

el auto se hace de forma intuitiva por el conductor, situación que pone en desventaja principalmente a

conductores de poca experiencia.

En la actualidad existen sistemas que sirven de apoyo al conductor cuando está en reversa, sin embargo estos

solo son adquiridos en unidades nuevas de lujo. Es decir un alto porcentaje de los conductores no cuentan con

este sistema, por lo cual es un área de oportunidad para aplicar la tecnología en favor de los que menos tienen.

Por ello se diseñó un sistema de medición por ultrasonido con monitoreo visual y auditivo mediante una

pantalla a color que muestra la distancia entre el parachoques y el objeto y además un semáforo de alerta “pre-

ajustado” para ciertas distancias de choque, el cual asiste al conductor cuando esta con marcha en retroceso a una

velocidad menor de 5 km/h.

2. Metodología

Para desarrollar el presente proyecto se partió del hecho de que sería desarrollado por un estudiante de sexto

cuatrimestre con escasos recursos y sin un patrocinador por lo que se optó en usar tecnología al alcance del

bolsillo, con miras a una segunda etapa con sensores más robustos (“patrocinados”).


150

Por lo anterior se decidió usar una tarjeta Arduino Mega y una pantalla de TFT (“Thin film transistor”

Transistor de películas finas) adafruit y ambos con software y hardware de uso libre con un entorno de

programación abierto y cuyo software puede adquirirse de forma gratuita a través de sus páginas oficiales.

Como sensor se utilizó un ultrasónico de batalla para alumnos de ingeniería en sus diversos proyectos, el

HC-SR04 que trabaja a una frecuencia de 40 kHz y a una tensión de 5V.

Los pasos que se siguieron para el desarrollo del proyecto fueron los siguientes:

Desarrollo de un Cronograma de actividades.

Investigar que tecnología usar compatible con Arduino Mega.

Investigación de costos para la viabilidad de compra.

Compra de los materiales.

Investigación y estudio de la tecnología que se empleará.

Desarrollo del diagrama del proceso y diagrama de flujo del programa para la tarjeta de control.

Ensayos con el sensor ultrasónico y puesta a punto para mediciones en centímetros a través del

monitor serial. Ensayos con la pantalla TFT, y adecuación de la misma para el entorno visual al conductor.

Integración total de los elementos del proyecto.

Elaboración y colocación de los elementos en sus respectivas protecciones.

Pruebas finales y puesta a punto.

Figura 2. Diagrama general del proceso de monitoreo

Figura 1. Sensor ultrasónico


151

Figura 3. Diagrama de flujo del programa de monitoreo

3. Desarrollo del proyecto

3.1 Encapsulado y conexiones eléctricas

A continuación se muestra el procedimiento de encapsulado y conexión de los principales componentes del

sistema.

Figura 4. Dimensiones de la caja de alojamiento del LCD y la tarjeta arduino.

Figura 5. Diámetro para sensor receptor y emisor.


152

Figura 6. Acondicionado de terminales de arduino.

Figura 7. Esquema de conexión del sensor ultrasónico.

Figura 9. Esquema de conexión arduino-lcd

3.2 Diseño del formato del LCD

Los LED virtuales en la parte superior nos advierten sobre los rangos de distancia. En la parte central se

imprime la distancia menor de los tres sensores. La parte inferior está destinada para imprimir la distancia que

los tres sensores estén generando en tiempo real sin importar su valor. En parte lateral se pretende imprimir

variables ajenas al sistema en cuestión.

Figura 10. Boceto del formato de LCD


153

3.3 Elaboración del código de programación

Para programar la LCD se agregaron dos carpetas de biblioteca para el microcontrolador y los gráficos.

Para ello utilizamos la librería de “Adafruit_GFX” que tiene algunas funciones listas que nos permiten

realizar gráficos básicos.

Figura 11. Opción para descargar la librería.

Figura 13. Fragmento del código de programación de la pantalla.

4. Pruebas y resultados

Para comprobar el funcionamiento del sistema se realizaron las pruebas con objetos de madera y metal,

además de una persona, ya que se considera que están dentro de las variables más comunes que pudieran

presentarse en una situación real con el sistema instalado en un vehículo.

4.1 Condiciones de las pruebas para los tres objetos:

Temperatura ambiente de 28 °C.

El objeto se presentó verticalmente en línea recta en relación al sensor que toma la lectura.

La altura del objeto en relación al suelo fue de 20cm.

Un área despejada en una radio de 4m.

El objeto se mantuvo estático durante la toma de lectura de distancia.

LED verde se activa cuando la distancia es mayor a 61cm.

LED amarillo se activa cuando el rango de distancia es igual o mayor que 41cm y menor o igual que

60cm.

LED rojo y buzzer se activan cuando la distancia es igual o menor que 30cm.


154

Figura 14. La persona se sitúa entre el sensor dos y tres en posición de cuclillas y es detectado.

En la siguiente imagen se muestra la activación del del led rojo, indicando que la distancia es inferior a 30

cm. Además se puede observar que la distancia que se imprime en el centro de la pantalla es la del sensor uno, la

caul es menor que la del dos y tres. Esto se puede corroforar en la parate inferior de la pantalla.

Figura 15. La advertencia se activa cuando la distancia de la persona es menor a 30cm.

Se tomaron quince muestras de lectura para cada sensor con tres objetos, es decir, 45 lecturas por sensor, con

intervalos que incrementaban cada 15cm de distancia entre el sensor y objeto.

4.2 Tabla de resultados promediados.

Objeto Promedio del

Error en cm

% de Error

Tomando 1.5 m

como distancia

máxima

Madera 1.2cm 0.8%

Metal 0.7cm 0.4%

Persona 0.9cm 0.6%

5. Conclusiones

El sistema tiene una desviación media con diferentes materiales de 0.9 cm a 1.5 m y 0.06 cm a 0.10 m, es

decir un 0.6 % de la distancia medida y se mantiene este porcentaje dentro del rango de 0.1 m a 1.5 m. El tiempo

de respuesta del sistema es adecuado para que el conductor promedio tome una decisión.


155

Los resultados obtenidos en esta primera etapa del proyecto fue satisfactoria dadas las condiciones del

equipo con las que se trabajó. Queda claro que se asientan las bases para continuar con el proyecto, buscando un

patrocinio que nos permita emplear sensores más robustos con miras a implementarlo en un vehículo real y que

garantice una confiabilidad adecuada para su venta a personas de clase media y baja que deseen tener este sistema

en su vehículo.

Un punto pendiente por desarrollar es la creación de un menú desplegable y de selección táctil en el primer

nivel de la LCD, a través del cual el conductor podrá configurar el sistema de acuerdo a sus necesidades o

pReferencias bibliográficas de uso.


http.//arduino.cc/en/Main/ArduinoCoardMega2560. (s.f.).

http//:inteadstudio.com/store/images/produce/sensor/HCSR04/HC_SR40.pdf. (s.f.).

http://inteadstudio.como/store/images/produce/dsiplay/TFT/TFTLCD_ITBDO2. (s.f.).

MIKE, R. (1997). PROGRAMMING YOUR HOME. E.U: CARTER.

MONK, S. (2002). 30 PROYECTOS ARDUINO. MEXICO: ESTRIBOR.

RAMOS, E. (2005). ARDUINO ANN KINECT. MEXICO D.F: APRES.



156

Motor de movimiento cuasi perpetuo García Fernández Jhoany, Zúñiga Álvarez Aldo Zaúl, Cruz Garrido José Daniel

Universidad Tecnológica de San Juan del Rio, Querétaro.


269 | C.P. 76800

Resumen

Hay muchos científicos que a través de los siglos han ideado máquinas que supuestamente

lograrían el movimiento perpetuo pero ninguna de ellos es realmente funcional. El asunto quizás es,

para verlo en el mundo real, dedicarse a construir estas máquinas de movimiento perpetuo y ver si

fallan de verdad o no. A pesar de que se considera que el móvil perpetuo es inalcanzable, la verdad

es que –“a pesar de que no pueda existir”- tiene ya una larga historia de búsqueda: nada menos

que unos nueve siglos.

A pesar de que la comunidad científica no admite discusiones sobre la posibilidad de

conseguirlo, sino que, en todo caso, exige un aparato que demuestre su existencia, la idea de

conseguirlo es tan sugerente que, a pesar de innumerables intentos fallidos, se ha seguido y se sigue

intentando, incluso por personas con una sobrada formación.

1. Introducción

El hombre siempre ha pretendido superar barreras e ir más allá de los límites.

El motor de movimiento perpetuo o infinito es una máquina hipotética que sería capaz de

continuar funcionando eternamente, después de un impulso inicial, sin necesidad de energía externa

adicional. Se basa en la idea de la conservación de la energía. Su existencia violaría teóricamente

la segunda ley de la termodinámica, por lo que se considera un objeto imposible, el hecho de

impulsar un móvil, sin energía externa, es imposible, debido a que la energía se disipa en muchos

medios, principalmente en calor, que produciría la máquina al estar en movimiento.

Una de las grandes virtudes de las leyes de la física es que son tan generales y tan estables,

que dejan poca duda a eventos que aparentemente las contradigan. De hecho, estas leyes siempre

están poniéndose a prueba y a la fecha no se ha hallado que fallen. Por ello, cuando alguien habla de

estos aparatos de movimiento perpetuo, ya podemos saber que las cosas no van a funcionar y que

estamos ante un fraude elaborado (a veces), o a fenómenos que a la larga se pueden demostrar como

buenos intentos aunque ninguno funcional, como el del pato de Jottabich.



157

2. Antecedentes

Todo arte falso, toda charlatanería dura solamente el tiempo que le corresponde, puesto que al fin y

al cabo se destruye a sí mismo y la culminación de su desarrollo es al mismo tiempo el comienzo de su

derrumbamiento. I. Kant Al iniciar el examen de la historia del móvil perpetuo hay que, por lo visto,

comenzar por el hecho, de dónde apareció esta noción y qué precisamente significa.

La idea sobre un dispositivo que pudiera poner en movimiento las máquinas sin utilizar ni la fuerza muscular de los hombres y los animales, ni la fuerza del viento y del agua cayente, surgió por primera

vez, por lo que se sabe, en India en el siglo XII. Sin embargo, el interés práctico hacia ella apareció en

las ciudades medievales de Europa en el siglo XIII.

Esto no era una casualidad; el motor universal, capaz de funcionar en cualquier lugar, sería de gran utilidad para el artesano medieval. Él podría poner en movimiento los fuelles, que suministraban el aire

a las fraguas y hornos, las bombas de agua, dar vueltas a los molinos, elevar cargas en las obras.

Hablando en el lenguaje actual, la creación de semejante motor permitiría dar un paso considerable en

la energética y en el desarrollo de las fuerzas productivas en general. La ciencia medieval no estaba preparada para ayudar a estas búsquedas. Las nociones habituales para nosotros, relacionadas con la

energía y las leyes de sus transformaciones, en aquellos tiempos todavía no existían.

Por esta razón, es natural que las personas que soñaban en crear el motor universal se apoyaban

ante todo en el movimiento perpetuo que ellos vieron en la naturaleza circundante: el movimiento del Sol, la Luna y los planetas, los flujos y reflujos de los mares, la corriente de los ríos. Este movimiento

perpetuo se llamaba móvil perpetuo natural (perpetuum mobile naturae).

La existencia de semejante movimiento perpetuo natural desde el punto de vista medieval

atestiguaba de modo irrefutable sobre la posibilidad de crear también un movimiento perpetuo artificial

«perpetuum mobile naturae». Hacía falta solamente encontrar el método de transmisión de los fenómenos existentes en la naturaleza a Móvil Perpetuo Antes y Ahora www.librosmaravillosos.com

V. M. Brodianski Preparado por Patricio Barros Antonio Bravo 10 las máquinas creadas

artificialmente. Como resultado de tal transferencia la palabra «perpetuum» (perpetuo) adquirió en este

término un sentido algo distinto.

Con arreglo a la técnica él ya significaba no «sin fin» sino, más bien, «ininterrumpido», «de acción

constante». Era evidente que cualquier máquina artificial, creada por el hombre, no es eterna, ella, al

fin y al cabo, se desgasta. Pero mientras el motor existe, debe funcionar constantemente. En este sentido, como denotación del motor que funciona constantemente de por sí, la combinación de

«perpetuum mobile artificae» ha llega hasta nuestros días.

La palabra «artificae» desapareció poco a poco, puesto que estaba claro que el término se refiere al

dispositivo artificial. Para simplificar, «móvil perpetuo» se escribe frecuentemente en forma abreviada

mpp. Haremos lo posible en evitar donde se pueda la mención frecuente de los adjetivos «imaginario», «irrealizable» aplicados a las palabras «móvil perpetuo» puesto que esto se sobreentiende desde el

principio. Por la misma razón, la combinación de «móvil perpetuo» en todos los sitios, comenzando

por el título, se escribe sin comillas.

Pues, mencionan en la literatura sin comillas diablos, brujas y toda clase de espíritus del mal, aunque se sabe perfectamente que en forma natural ellos no existen, lo mismo que el móvil perpetuo.

La noción sobre el móvil perpetuo con el tiempo cambiaba esencialmente en correspondencia con el

desarrollo de la ciencia, en particular, de la física y de los problemas que surgieron ante la energética.

En la primera etapa de desarrollo del mpp (los siglos XIII al XVIII) sus inventores no comprendían

la diferencia de principio entre el movimiento perpetuo de los cuerpos celestes y los fenómenos relacionados con él (por ejemplo, de las mareas ascendentes) y el movimiento por medio del cual ellos



158

querían realizar el trabajo en los motores. Aunque parezca extraño ahora, el problema de dónde debe

tomarse este trabajo, en aquellos tiempos no surgía en general. Sólo aproximadamente desde el siglo

XVI, cuando poco a poco comenzó a formarse la idea sobre cierta «fuerza» como fuente de

movimiento y sobre que esta fuerza no puede surgir de la nada, ni desaparecer sin dejar huella,

aparecieron dudas sobre la posibilidad y, luego, la convicción de la imposibilidad de crear el mpp.

3. ¿Qué se entiende por móvil perpetuo?

Entre las muchas definiciones que se han dado de móvil perpetuo, destacaré las tres siguientes:

El móvil perpetuo (en latín, perpetuum mobile) es una máquina hipotética que sería capaz de

continuar funcionando perpetuamente, después un impulso inicial, sin necesidad de energía

externa adicional. Su existencia violaría teóricamente la primera ley de la termodinámica, por

lo que se considera un objeto imposible.

Aquel dispositivo artificial -imaginario- que permanecería en movimiento continuo

indefinidamente, sin aporte de energía del exterior.

“Los intentos alocados de científicos ignorantes por conseguir una máquina de movimiento

perpetuo, que se moviera a sí misma sin recibir ningún aporte energético del exterior”

(Brodianski).

Expresado de estos modos, es obvio que tal aparato no existe ni puede existir. Es obvio que, para

que algo se mueva, partiendo de una posición de reposo, hace falta una fuerza que lo impulse a

moverse; luego, si no recibe esa fuerza del exterior, no podrá moverse. Por otro lado, nos consta que

una máquina, dejada al albur, no produce, de por sí, energía ninguna que la mueva.

Sabiendo que la subida y la bajada cíclica de un peso o de un flotador no producen energía, o que

la compresión y descompresión de un muelle tampoco, es evidente que tales máquinas son imposibles.

Dado que los principios de la termodinámica son algunos de los más comprobados y estables a lo

largo de siglos de la física, las propuestas de movimiento perpetuo han sido siempre desdeñadas.

De lo anterior se deduce la imposibilidad de un móvil que se mueva a sí mismo, sin recibir fuerza

del exterior que pueda moverlo. De aquí que, por consenso científico, se afirme con rotundidad que el

movimiento perpetuo es imposible, según las bien establecidas leyes de la Mecánica y la

Termodinámica.

“Imposible” se utiliza en el lenguaje común para describir las cosas que no pueden ocurrir, de

ningún modo, en el contexto de nuestra actual formulación de las leyes físicas.



159

Lo de “perpetuo” no sería tal, puesto que cualquier máquina artificial, creada por el hombre, no es

eterna, se desgasta, y sabemos que, en la naturaleza, nada es eterno: los materiales se degradan, entre

otros motivos, por rozamiento.

Se entiende, pues, por móvil perpetuo “aquella máquina que, en las condiciones antes dichas,

continuaría moviéndose durante un tiempo prolongado, ininterrumpidamente, mientras se encuentre en

buen estado de funcionamiento y no sea detenida por una fuerza externa”.

3. Conservación de la energía

La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma

que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema)

permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de

energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni

destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.

3.1 Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica «en

realidad el primer principio dice más que una ley de conservación», establece que si se realiza trabajo

sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto

de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el

sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas

Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las

máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la

termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada

por Rudolf Loreto Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la

termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W

es el trabajo realizado por el sistema.



160

3.2 Segunda ley de la termodinámica

Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por

lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta

dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en

algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin

pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que

hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya

todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que,

para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la

entropía siempre debe ser mayor que cero. Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo

de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor

temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico

mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco

o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico

obtenido.

3.3. Movimiento perpetuo

Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius

y el de Kelvin.

- Enunciado de Clausius: "No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor

de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente

a temperatura más elevada".

- Enunciado de Kelvin: "No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una

única fuente, y lo convierta íntegramente en trabajo”.

- Enunciado de Kelvin—Planck: "Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un

ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, y la realización de una

cantidad igual de trabajo".

- Otros: "Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin

aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento

energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo, siempre será menor a la



161

unidad, y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor sea el rendimiento energético de la

misma. Es decir, cuanto mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el

impacto en el ambiente, y viceversa".

4. Primeros proyectos de móvil perpetuo

Es difícil establecer exactamente cuándo, por quién, y dónde se presentó el primer proyecto de

móvil perpetuo. Las primeras Referencias bibliográficas de que se tiene constancia proceden del s.

VIII, en el que se afirmaba que la “rueda mágica” de Bavaria (un disco montado en un eje, que

funcionaba con piedras magnéticas) era capaz de girar para siempre.

Por lo que se sabe, la idea de conseguir un dispositivo de este tipo, sin utilizar la fuerza muscular

humana o animal, ni la fuerza de los elementos, como el viento o las caídas de agua, volvió a surgir en

la India, durante el siglo. XII.

La obra del árabe Falira ad-din Ridvay (c. 1200) se hace eco de un tratado del matemático y

astrónomo indio Bashkara Achariya (1114-1185) donde se menciona el móvil perpetuo (alrededor del

año 1150).

En Europa, las primeras noticias escritas relacionadas con el móvil perpetuo se deben al arquitecto e

ingeniero francés del s. XIII Villard d'Honnecourt, quien presenta, en un álbum de croquis y dibujos

(c. 1235 - 1240), un modelo de móvil perpetuo mecánico que se conserva en la Biblioteca Nacional de

París. En este álbum aparecen dibujos y descripciones del primer proyecto conocido de móvil

perpetuo.

El texto dice: “Desde hace cierto tiempo los maestros discuten cómo obligar a la rueda a girar por

sí Villard d’Honnecourt, 1230 misma”.

El autor no duda en absoluto de la posibilidad de que la rueda gire por sí sola. El problema consiste

sólo en cómo hacerlo. En el texto se habla también de dos variantes de móvil perpetuo: con martillos y

con mercurio.

“Por cuanto el número de martillitos en la llanta de la rueda es impar, siempre será mayor por un

lado que por el otro. En el caso dado, a la izquierda se encontrarán cuatro martillitos, y a la derecha,

tres. Por consiguiente, el lado izquierdo de la rueda será más pesado que el derecho y la rueda,

naturalmente, girará en sentido contrario a las agujas del reloj. Entonces el siguiente martillito girará

en el mismo sentido y pasará al lado izquierdo, asegurando de nuevo su superioridad. De este modo, la

rueda girará constantemente”.



162

A partir de estas premisas (con pesas, con líquido pesado o con bolas rodantes) se han elaborado

las más distintas variantes de móviles perpetuos mecánicos en el transcurso de ocho siglos.

También en el s. XIII surgió otro tipo de móvil perpetuo: los magnéticos.

El primero en proponer los móviles perpetuos magnéticos fue Pedro Piligrim de Mericour (siglo

XIII), en 1269: “Las fuerzas misteriosas que obligan al imán a atraer al hierro, son similares a las que

obligan a los cuerpos celestes a moverse por órbitas circulares alrededor de la Tierra”. [En aquel

momento regía el sistema geocéntrico del mundo de Ptolomeo].

Piligrim estableció, por primera vez, los dos tipos de interacción magnética: la atracción y la repulsión,

y la designación de los polos Norte y Sur de los imanes. La idea de utilizar fuerzas magnéticas para

crear el motor era nueva y muy interesante. A partir de ella surgió una familia de móviles perpetuos

magnéticos, que conllevó a la creación del motor eléctrico actual, el cual funciona a base de

interacción magnética del rotor y del estator.

Más tarde apareció un tercer tipo de móviles perpetuos: los móviles perpetuos hidráulicos, basados

en la experiencia de elevación de cargas y en los molinos de agua medievales.

4.1 Móvil perpetuo de primera especie

Los móviles perpetuos de primera especie violarían la primera ley de la termodinámica, que es la

que afirma la conservación de la energía. Así, producirían más energía de la que consumen, pudiendo

funcionar eternamente una vez encendidos. Muchos de estos diseños utilizan imanes como fuente de

energía libre, y asumen que no hay rozamiento. Así, aunque estos inventos no puedan funcionar

eternamente, son a veces capaces de funcionar por sí mismos por largos períodos, siempre que no se

les obligue a realizar ningún trabajo sobre su entorno.



163

Figura 1. Móvil perpetuo de primera especie.

4.2 Móvil perpetuo de segunda especie

El móvil perpetuo de segunda especie sería aquel que desarrollase un trabajo de forma cíclica (indefinida)

intercambiando calor sólo con una fuente térmica. También es llamado móvil de Planck, y es imposible de

construir bajo la Segunda ley de la termodinámica. El llamado móvil perpetuo ocupa en la historia de la ciencia y

la técnica un lugar especial y muy notable, pese a que no existe ni puede existir. Este hecho paradójico se explica,

ante todo, porque las búsquedas del móvil perpetuo por los inventores, que continuaron más de 800 años, están

relacionada con la formación de la representación de la noción fundamental de la física - la energía. Es más, la

lucha contra los errores de los inventores de los móviles perpetuos y de sus defensores científicos (también

existían tales) contribuía en sumo grado al desarrollo y el establecimiento de la ciencia sobre las

transformaciones de la energía, la termodinámica.

Figura 2. Móvil perpetuo de primera especie.



164

Figura 3 Móvil perpetuo de segunda especie.

5. Objetivos

5.1 Objetivo General

La generación de movimiento perpetuo a base de magnetismo (imanes) que sea capaz de

implementarse en un sistema de generación de energía eólica y que este sea funcional.

5.2 Objetivos Específico

o Construir un motor funcional que trabaje a base de magnetismo.

o Generar energía con el movimiento del motor y que esta sea satisfactoria.

o Implementar el motor en un sistema y analizar su eficiencia.

o Hacer pruebas del motor cambiando su orientación y analizar los resultados obtenidos.

o Observar y analizar la durabilidad del motor.

6. Desarrollo

Basándonos en prototipos anteriores:

Montar dos imanes grandes de neodimio sobre una superficie rotatoria (lector de CD, VHS o disco

duro), este a su vez en una base inmóvil, en esta base serán pegados otros dos imanes de menor

tamaño de neodimio y con su polo opuesto, de manera que estos puedan repeler los grandes de los

imanes grandes. Un imán de neodimio removible más hará el funcionamiento de encendido y apagado.



165

7. Metodología científica

Una de las propiedades fundamentales de la interacción entre imanes es que los polos iguales se

repelen, mientras que los polos opuestos se atraen.

El efecto de atracción y repulsión tiene que ver con las líneas de campo magnéticas. Las líneas de

campo magnéticas exteriores suelen ir del polo Norte al polo Sur. Por lo tanto, cuando se acercan dos

polos opuestos, estas líneas tienen a saltar de un polo a otro: tienden a pegarse. Y según sea la distancia

entre los dos imanes esta atracción será mayor o menor.

En cambio, cuando se acercan dos polos iguales, estas líneas de campos no tienden a saltar de un polo a

otro, si no que se empiezan a comprimir hacia su propio polo. Cuando esta compresión es máxima,

las líneas de campo tienden a expandirse, lo que provoca que los polos iguales de dos imanes no

puedan acercarse y se repelan.


Un prototipo de un motor de movimiento casi perpetuo y que sea funcional para:

• Investigación aplicada y servicios tecnológicos al sector productivo.

• Un informe técnico detallado de la construcción y caracterización.

• Un manual de operación del prototipo.

• Una trabajo de divulgación en un congreso nacional.

Todo esto fortalecerá de manera integral al cuerpo académico de Mantenimiento Industrial y Energías

Renovables de la Universidad Tecnológica de San Juan del Río.

9. Conclusiones

Las discusiones en torno a los móviles perpetuos, durante las dos primeras etapas de la historia del

móvil perpetuo, contribuyeron a la comprensión de los principios de la Física relacionados con los

mismos, a su progreso, y, más tarde, al desarrollo de la termodinámica y de la energética, puesto que

los dos principios fundamentales se relacionan con los porqués de la imposibilidad de creación del

móvil perpetuo. Éste, por otra parte, contribuyó a generar las tesis científicas fundamentales que

pusieron el punto final a su larga y dilatada historia.

Se concluye, asimismo, con la imposibilidad de funcionamiento de cualquier tipo de móvil perpetuo en

concordancia con el actual consenso científico, avalado por suficientes argumentos científicos y por

suficientes pruebas históricas.

Desgraciadamente, las tentativas actuales de hacer renacer el móvil perpetuo sobre una nueva base, ya

no dan, ni pueden dar, nada a la ciencia. Al contrario, ellas sólo llevan a confusiones y distraen a las

personas de una tarea verdadera. La etapa actual de la historia del móvil perpetuo se caracteriza por las

tentativas de avanzar en dirección contraria, de la ciencia a la utopía.



166


Burns, C. M. (01 de JULIO de 2011). Taringa! Obtenido de http://www.taringa.net/post/ciencia-

educacion/11408635/Maquinas-de-Movimiento-Perpetuo.html

Michelone, M. L. (01 de FEBRERO de 2015). UNOCERO. Obtenido de

http://www.unocero.com/2015/02/01/maquinas-de-movimiento-perpetuo/

Tejeda, D. D. (2012). Entorno al problema del movimiento perpetuo, una visión historica. Madrid:

Realigraf S.A.

Wales, J. (24 de MAYO de 2015). WIKIPEDIA. Obtenido de

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirling

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wolff, c., bessler, j., harrison, j., & orffyreus. (15 de mayo de 2013). www.energias libres. org.

Obtenido de https://energiaslibres.wordpress.com/2013/05/15/el-movimiento-perpetuo-probado-desde-

1712-a-partir-de-la-fuerza-de-la-gravedad/



167

Terminsulin Onofre Román Carlos Alejandrino, Brito Salgado Daniel, Martínez Brito Jorge Arturo

Universidad Tecnológica de la Región Norte de Guerrero.

Resumen

El presente trabajo nos muestra una forma de conservar el medicamento llamado INSULINA que es tan

utilizado en los diabéticos, y que provoca un gran problema cuando se trata de transportar de un lugar a

otro, pues si bien es sabido causa molestia desde que se proporciona en clínicas del ISSSTE o IMSS.

El propósito de este proyecto es mantener una temperatura estable por más tiempo y mantener el

medicamento en condiciones de uso y conservación, sin necesidad de refrigerarlo, y poder transportarlo de

un lugar a otro sin problema alguno, ya que esto es un problema pues el diabético tiene necesidad de

aplicarse el medicamento ya sean en casa o en sus lugares de trabajo o en viajes de placer o vacaciones pues

hacer esto es imposible ya que no hay en el mercado termos para mantener la insulina sin ser voluminosos.

Nunca se da tanto cuando se dan esperanzas (ANATOLE FRANCE).

Palabras clave: Insulina, prototipo, gel refrigerante, terminsulin.

1. Introducción

Este proyecto es un termo para transportar insulina y poder disponer de un medicamento básico para

enfermos de diabetes, fue pensado para solucionar este detalle pero se logró superar pues en un principio se

pensó en solo llevarlo de la clínica de asistencia o farmacia donde se compraba pero el resultado fue mayor

pues se puede transportar a diversos lugares utilizando poco espacio.

Se sabe que en México, La Encuesta Nacional de Nutrición 2012 reveló que el 9.17 por ciento de la

población adulta ha tenido un diagnóstico de diabetes que se traduce en 6.4 millones de personas. En lo

referente a las entidades de la República la encuesta encontró que el Distrito Federal es la entidad con mayor

porcentaje de hombres con diagnóstico de diabetes (12.7%), seguido del Estado de México (11.5%) y

Veracruz (11.9%). En tanto que para las mujeres el primer lugar es Nuevo León (15.5%), seguido Tamaulipas

(12.8%) y el Distrito Federal (11.9%) [1].

En Guerrero el problema no decrece pues es más recurrente ya que la diabetes mellitus como causa de

muerte en el 2004 se ubicó en el primer lugar, manteniéndose en el mismo para el 2010, con tasas de 41.24 y

67.35% respectivamente [2].

La insulina se debe mantenerse en el refrigerador a 36°- 46° F (2°- 8°).En temperatura ambiental para la

conserva de la insulina que estaremos utilizando en las inyecciones diarias con una temperatura entre 59° -

85° (15° - 29° centígrados en temperatura ambiental).

La insulina tiende a durar en el promedio de 28 o 30 días aunque sea refrigerada no es viable a usarse en

ese promedio de tiempo ya que puede causar un daño secundario y por eso desechar los frascos de insulina

aunque todavía quede una cantidad o dosis.



168

2. Justificación del prototipo

El presente trabajo se basa en la justificación que en el mercado existe poca información de este

producto( termo para insulina), pues es bien sabido que en sector salud al entregar este medicamento solo se

pide que se lleve hielo y en tan solo una bolsa pastica con un pedazo de hielo se entrega y es como dicen ellos

solo de forma improvisada para llegar a casa y almacenarlo en el refrigerador, pero que pasa cuando el

enfermo tiene que trasportar su dosis a su trabajo o en un viaje de placer ¿deberá viajar con una hielera de 4

litros repleta de hielo para solo llevar en el interior una jeringa y un frasco de tan solo 5 cm de alto cuando la

hielera puede medir hasta 45cm x 25 cm de largo y ancho respectivamente.

Por la incomodidad que genera esto se ha pensado en una forma práctica y sencilla de traslado de

medicamento y conservación del mismo pues en realidad el paciente muchas veces o en su mayoría no regresa

de consulta a casa y debe conseguir donde guardar su medicamento mientras regresa y lo coloca en el

refrigerador de casa.

El 50% de los pacientes toma su bolsa de plástico y su trozo de hielo y lo trasporta a su centro de trabajo

pero es incomodo pues el hielo se derrite y se vuelve liquido al ser liquido busca salir de la bolsa y esta como

no es un recipiente idóneo para el agua se tira desperdicia y cusa accidentes pues puede mojar formas o ordenes de trabajo que ya no tan fácil se pueden conseguir y la falta de cuidado es otro ingrediente al mismo

caso.

Por ello la solución fue crear un dispositivo con gel congelado y un espacio donde caben 3 jeringas y un

frasco de insulina donde es fácil transportarlo y conservarlo pues como es un solo recipiente este no tiene fugas de agua o que genere condensa miento de agua al rededor, esta es una solución práctica y viable por su

costo y facilidad de fabricación.

2.1. Descripción del prototipo

El prototipo cuenta con un cuerpo de PVC hidráulico mismo que se acopla con una capa de aislante

térmico (unicel),y un centro de PVC hidráulico forrado por una capa de gel refrigerante debidamente sellado y

acomodado para que el gel mantenga frío el interior por 8 horas y esté en condiciones de inyectarse el

medicamento que para ello fue creado el prototipo.

El gel funciona congelándolo con anterioridad en congelador de refrigerador normal este proceso puede

durar de 2 a 3 horas y para ello se introduce todo el termo en el congelador, después de este paso se colocan

las jeringas preparadas o en su caso el frasco para dosificar y las jeringas para su dosificación dependiendo el

uso deseado del paciente, ya que el dispositivo está diseñado para realizar las dos tareas transportar dosis en

jeringas o en frasco.

Al tapar el recipiente tome en cuenta que los medicamentos se coloquen correctamente y selle con la tapa

el recipiente y el medicamento se conservara por 8 u 12 horas dependiendo de las condiciones extremas de

calor externo es decir que en iguala siendo la temperatura de 40 a 45°C dura 8 horas en condiciones favorables de temperatura es decir menores de 22°C o atmosferas controladas con aire acondicionado el

tiempo es mayor de 12 a 14 horas en promedio.



169

.

Figura 1. Vista sin ensamblar.

Figura 2. Ensamble de partes.

Figura 3. Vista ensamblado final.

2.2 Funcionamiento

Un termo o vaso es un recipiente que se puede volver a cerrar manteniendo excelentes características

de aislamiento térmico.

En vez de confiar solamente en un termo para aislar el interior del exterior, el envase sellado, de hecho,

contiene un vacio Un vacío no conduce calor en absoluto por conducción o convección y la radiación. Al

termo común, ese que utilizamos para mantener un litro de agua caliente, se trata de dos botellas de vidrio,

una adentro de la otra separadas por un espacio totalmente estanco en el que se ha hecho un vacío total. La



170

superficie interior del termo se ha espejado, aprovechando la propiedad que este tiene para impedir el paso del

calor. El poco calor que pasa a través del espejo, se encuentra con el vacío de esa cámara y es sabido que en el

vacío no hay transmisión de calor. De esa manera, la temperatura no tiene cómo salir al exterior. El punto

débil del conjunto es, como es de suponer, el tapón. Pero, en términos generales, el grado de confiabilidad de

un termo está dado por la separación entre los dos botellones y el grado de vacío que se haya logrado.

En teoría, un termo podía, por lo tanto, ser una aproximación a un aislante perfecto para su contenido, por

ejemplo, manteniendo una taza de café caliente durante una década. En la práctica, sin embargo, la pared

interior del recipiente se une a la pared exterior, generalmente en la boca del envase, en la cual una leve

conducción del calor ocurre entre las paredes interiores y exteriores (quedando el vacío en medio).

2.3. Gel refrigerante

Las bolsas de gel refrigerante son un método conveniente para mantener frías las cosas por largos

períodos de tiempo. Muchas veces funcionan tan bien como los paquetes de calor. Se usan para una variedad

de propósitos como transporte, calentamiento o enfriamiento de los músculos, y comidas escolares. Lo que

hay dentro de ellos no es peligroso y está diseñado para cambiar con las temperaturas.


El principal objetivo de nuestro termoinsulin es mantener la insulina a una temperatura apta que

mantenga a el medicamento funcional, apta y eficaz para su aplicación durante un periodo de 12hrs esto facilita a nuestra comunidad ya que no se podía andar portando el medicamento “insulina” en mano o en el

automóvil ya que una si no se mantiene a su temperatura requerida esta tiende a descomponerse y afectar a su

usuario en cuestión de salud.

Debido a este problema cotidiano llegamos al punto de crear un prototipo capaz de sustentar la insulina fría y viable para su consumo , pero sin causar alguna molestia al ir cargando una toscos hielera … nuestro

producto es mas practico de llevar a cualquier lugar sin acaparar la atención de los demás y de manera

discreta pero lo más interesante es que no pierde la eficacia de mantener estable su medicamento ya que

nuestro gel especializado combinado con nuestros tubos de pvc hidráulico mantienen seguro y frio dicho

medicamento dando así un excelente resultado y manteniéndose al alcance de su presupuesto ya que es un

prototipo económico que vale la pena invertir para la comodidad de su salud.

4. Conclusiones

Después de realizar estos estudios y procesos el proyecto se finalizó con éxito en lo que

respecta a los problemas planteados para la realización de este proyecto.

Es muy importante mencionar que el prototipo está dirigido a personas jóvenes o adultas que requieren

que sus dosis de insulina estén en condiciones óptimas sin necesidad de transportar un refrigerador a sus

aéreas de trabajo o esparcimiento.

El impacto es alto pues en el mercado actual existen diferentes tipos de termos de insulina pero son de

patente americana y estos por ende solo se venden en términos de dólares y el costo es de acuerdo al tipo de

cambio que este al día de la compra.

Tomando en cuenta que el incremento de usuarios de insulina es grande este proyecto auxiliaría de

manera eficiente y en bajo costo para el usuario pues en el mercado un termo de este costo es inimaginable el



171

acceso a este dispositivo es de gran ayuda pues la temperatura va desde las 8 hasta las 12 horas de

temperatura de 18 a 12 grados que todavía es optimo para quien necesita la insulina y requiere de dos o más

dosis durante el día.

Y sobre todo demostrar que la creatividad de los jóvenes emprendedores es cada vez con más

visión de servir a la gente sin recibir una recompensa o pago por ello, y que sin recurso o con los mínimos se

puede generar tecnología para poder progresar como lo dijo el Sr. Miguel Ángel Cornejo NO HAY POBREZA

MÁS EXTREMA QUE LA IGNORANCIA DE UN PUEBLO.


1.- I.N.E.G.I. Página Web información del Estado de Guerrero en finanzas y economía 2014. 2.- I.N.E.G.I. Página Web información del Estado de Guerrero en salud social 2014.



172

Desarrollo de la Interfaz de Control utilizando Arduino del

Proceso de Deposición Química de Vapor (CVD) para Síntesis de

Nanotubos de Carbón. Álvarez Trejo Jesús A.(2), Ramírez del Valle José Angel(2), Pérez Robles Juan Francisco(1).

(1) Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN. Libramiento Norponiente #2000, Fracc. Real de

Juriquilla. Juriquilla, Querétaro. México. C.P. 76230

(2) Universidad Tecnológica de San Juan del Río. Avenida La Palma 125 Colonia Vista Hermosa, San Juan del

Río, Querétaro. México C.P. 76800

Resumen

El presente artículo describe el desarrollo de una interfaz para controlar el proceso de Deposición Química

de Vapor utilizando el software de p rogramación LabVIEW® de National Instruments[4] para realizar de

manera automática la síntesis de Nanotubos de Carbono en el Centro de Investigación y de Estudios

Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, ubicado en el Estado de Querétaro.

Los Nanotubos de Carbono son un material que puede ser utilizado en muchas aplicaciones debido a sus propiedades y se pueden obtener utilizando la técnica de Deposición Química de Vapor , sin embargo, es un

proceso en el que se tiene que realizar una serie de pasos controlando variables como: temperatura, tiempo y

flujo de gases. Por tal motivo se desarrolló una interfaz Hombre-Máquina (HMI) utilizando el software de

programación LabVIEW®, en la cual, el usuario podrá crear secuencias de pasos para controlar la

temperatura y el flujo de gases en el tiempo especificado, cada una de estas secuencias puede ser guardada

en un archivo, y así poder acceder a este las veces que sea necesario, posteriormente, estas secuencias se

ejecutan de forma automática para realizar este proceso de una forma más fácil, mejorar la calidad de los

materiales y reducir errores.

Los resultados obtenidos fueron satisfactorios al crear una nueva interfaz para automatizar el proceso

de Deposición Química de Vapor, ya que se realiza de una forma más sencilla para el usuario, siendo de

gran utilidad al momento de realizar experimentos con distintas configuraciones, brindando mayor seguridad

al usuario, mejorando la pureza y ayudando al análisis e investigación de este tipo de materiales.

Palabras clave: Instrumentación Virtual, Automatización, Interfaz, Arduino, LabVIEW®, Nanotubos de

Carbono, CVD.

1. Introducción

Hoy en día con el avance de la tecnología se están investigando nuevos materiales que en el futuro pueden ser utilizados en un gran número de aplicaciones. Uno de estos materiales son los nanotubos de carbono

debido a sus propiedades mecánicas, eléctricas, químicas, ópticas, entre otras.

Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los

fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma.

Dependiendo del grado de enrollamiento y la manera como se conforma la lámina original, el resultado

puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Se ha confirmado -experimental y

teóricamente- que los nanotubos poseen muy alta rigidez y resistencia. Los nanotubos de carbono tienen

también altas conductividades eléctricas y térmicas. Tienen propiedades físicas y mecánicas únicas en



173

combinación con su alta relación longitud / diámetro, y su baja densidad ha dado lugar a una extensa

investigación en la creación de sistemas de materiales compuestos para aprovechar estas propiedades [1]. En

la figura 1 podemos observar imágenes TEM (Microscopia electrónica de transmisión) de nanotubos de

carbón de pared múltiple sintetizados por la técnica de CVD (Deposición química en fase vapor).

Fig. 1 Imágenes TEM de nanotubos de carbón de pared múltiple crecidos a baja temperatura y presión

atmosférica [2]

Existen muchas técnicas para la obtención de este material y una de ellas es la técnica de Deposición

Química de Vapor (CVD) el cual es un proceso utilizado para producir materiales de alta pureza y de alto

rendimiento. La Deposición Química de Vapores se puede definir como la deposición de un sólido mediante

una reacción química en fase vapor sobre una superficie previamente calentada. Durante este proceso se realiza una secuencia de pasos en donde es necesario controlar variables como: temperatura, tiempo y flujo de

gases [2].

2. Desarrollo de la interfaz.

2.1.Descripción del sistema.

En el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV)

ubicado en el Estado de Querétaro, en su departamento de materiales, es utilizada la técnica de Deposición

Química de Vapor para realizar la síntesis de nanotubos de carbono, sin embargo, el proceso es realizado utilizando un software de forma manual por un operador que durante todo el proceso tiene que monitorear la

temperatura y controlar el flujo de distintos gases cada cierto tiempo, haciendo de esto un proceso difícil y

vulnerable a errores, además de que debe ser realizado por el personal adecuado ya que se pueden provocar

reacciones químicas peligrosas.

Durante este proceso se realiza una secuencia de pasos en donde es necesario controlar la temperatura,

tiempo y flujo de gases. El sistema para realizar la técnica CVD consta de un horno, electroválvulas y una

bomba de vacío. En la figura 2 se muestra el esquema del sistema CVD.



174

Fig. 2 Diagrama del proceso CVD.

El horno utilizado en el sistema es un horno de tubo modelo 79400 de Thermolyne, alcanza una

temperatura máxima de 1200°C, trabaja a 220V-60 Hz y puede utilizarse de manera horizontal o vertical.

Se cuenta con electroválvulas que activan o desactivan el flujo de los siguientes gases:

N2.- Nitrógeno.

N2/H2.- Mezcla de Nitrógeno/Hidrogeno.

Cx/Hy.- Acetileno.

Ar.- Argón.

CO2.- Dióxido de Carbono.

Además, también se cuenta con elementos que ayudan en el proceso como:

Electroválvula de Escape.- Es una válvula que se utiliza de desfogue para evitar que los gases se

acumulen, ya que puede haber riesgo de explosiones.

Bomba de Vacío.- Es una bomba utilizada para crear un vacío dentro del horno y evitar reacciones

peligrosas debido a altas presiones.

Electroválvula de Dopante.- Controla un flujo de hidrogeno para dopar los materiales fabricados

con metales (litio y níquel), y así mejorar sus propiedades.

En la figura 3 se muestra una imagen del sistema utilizado para el proceso de Deposición Química de

Vapor.

Fig. 3 Sistema CVD.



175

2.2. Estructura principal de la interfaz

El panel frontal del programa cuenta con un contenedor principal en donde se encuentran controles e

indicadores para facilitar el manejo del programa. Dentro de este contenedor se encuentran 5 ventanas y en

cada una se puede acceder a una tarea específica como lo son: Modo Automático, Abrir Proceso, Crear Proceso, Modo Manual e Historial. Para visualizar cada una de estas ventanas se cuenta con 5 botones, que al

posicionar el cursor sobre cada uno de ellos, se tiene acceso a la ventana que le corresponde, las cuales se

explicaran a continuación.

2.2.1. Modo Manual

En la ventana del modo manual se cuenta con diferentes botones, cada uno es utilizado para controlar un

actuador de forma manual. Además, se cuenta con un control numérico para que el usuario defina el SetPoint

de la temperatura, la cual, se controlará al presionar el botón “horno”. El resto de los botones controlan

directamente las válvulas del proceso que son: Escape, Vacío, Nebul, N2, N2/H2, Cx/Hy, N2 DOP, C02. Esta

ventana se muestra en la figura 4.

Fig. 4. Ventana de modo manual.

2.2.2. Crear Proceso

Esta es la ventana en la cual se puede crear una lista de instrucciones que posteriormente pueden ser

ejecutadas de forma automática. Las instrucciones que se pueden agregar están divididas en tres opciones a

las que se puede acceder posicionando el cursor sobre botones, estas opciones son:

Configuración.- En esta parte se encuentra la configuración del proceso como la temperatura del

horno y el control de las válvulas de escape, vacío y dopante.

Tiempo.- Contiene un control en el cual se puede agregar una instrucción para esperar un tiempo en

minutos.

Gases.- En esta parte se pueden agregar instrucciones para el control on/off de los gases utilizados en

el proceso, como lo son: N2, N2/H2, CxHy, Ar, CO2.



176

Una vez que se seleccione la instrucción que se desea agregar, se presiona el botón “ok” y de esta

manera, esta instrucción se guardará y se mostrará en un indicador que contiene la lista de instrucciones

agregadas. En la figura 5 se muestra la parte en donde se agrega una instrucción de una secuencia determinada

por el usuario.

Fig. 5. Ventana para agregar instrucciones.

En la figura 5.1 se muestra la parte del código que se ejecuta al presionar el botón “ok” para agregar a la

secuencia el control de una válvula. La válvula que se desea controlar es seleccionada mediante el control

“Válvula”, en esta estructura de casos, la válvula del gas CxHy (Acetileno) corresponde al caso “3” y es dentro de este donde se agrega la instrucción “Activar CxHy” o “Desactivar CxHy” dependiendo del estado

en que se encuentre el control “Control gas”, esta instrucción se agrega al arreglo que contiene la secuencia de

los pasos agregados por el usuario, este arreglo esta retroalimentado a registros de corrimiento para almacenar

las instrucciones creadas anteriormente.

Fig. 5.1 Código en LabView® para agregar una instrucción.

2.2.3. Guardar

Cuando el usuario haya terminado de crear la lista de pasos para un proceso, contará con la opción de

guardar dicha lista como un archivo que posteriormente podrá utilizar, este archivo se guardará con un

nombre especificado por el usuario y se creará con una extensión “cvd” (por ejemplo: “proceso.cvd”) para reconocer que son archivos generados por el programa.

En la figura 5.2 se muestra la parte del código correspondiente al evento que se ejecuta al guardar el

proceso, al arreglo del proceso generado por el usuario se le agrega la instrucción “Fin del Proceso” y

“Detener Proceso” para que al momento de ejecutar el programa en modo automático se reconozca el final del

proceso y se apague el sistema.



177

Figura 5.2 Código en LabView® para guardar un proceso.

2.2.4. Abrir Proceso

En esta ventana se puede abrir un proceso que haya sido creado anteriormente. En la figura 5.3 se muestra

la parte del código que se utilizó al abrir un archivo de texto que contiene las instrucciones de un proceso

creado anteriormente, el cual es convertido a un arreglo.

Figura 5.3 Código en LabView® para abrir un proceso.

2.3. Modo Automático

Esta ventana cuenta con indicadores que muestran información como: el nombre del archivo que se está

ejecutando, la hora de inicio del proceso, la hora en que terminará el proceso, el progreso, el último evento ejecutado y el próximo evento. Además, se cuenta con un botón de “Stop” el cual funciona como un paro de

emergencia. En la figura 6 se muestra la ventana correspondiente al “Modo Automático”.



178

Fig. 6 Modo Automático del programa de control.

2.3.1. Iniciar el Modo Automático

Una vez que se inicia el modo automático cada segundo se leen las instrucciones que contiene el archivo, tales como:

Encender.- Encender el horno.

SetPoint.- Obtener el valor de la temperatura.

Apagar.- Apaga el horno.

Activar.- En esta instrucción se realiza una segunda comparación dentro de otra estructura de casos

para abrir cada una de las diferentes válvulas que pueden ser: N2, N2H2, CxHy, Ar, Dopante, Vacio,

CO2 o Escape.

Desactivar.- Se realiza una segunda comparación dentro de otra estructura de casos para cerrar las

válvulas que pueden ser: N2, N2H2, CxHy, Ar, Dopante, Vacio, CO2 o Escape.

Esperar.- Esperar un tiempo en minutos.

Fin.- Se apaga el horno, se desactiva el control de temperatura y el modo automático.

Detener.- Se cierran todas las válvulas.

En la figura 6.1 se muestra una parte del código en donde se analiza el archivo Para leer cada una de las

instrucciones que contiene el arreglo se utiliza el bloque “Index Array”, en el cual entra un arreglo, y a su

salida muestra el texto que se encuentre en la posición determinada por la entrada “index”, de esta manera se

ejecuta la primera instrucción que está en la posición cero, y al terminar se le suma un valor “+1” y se

retroalimenta por medio de registros de corrimiento para que la próxima instrucción que se analice sea la que

se encuentra en la posición 1, después en la posición 2,3,4, etc.

Utilizando el bloque “Match Pattern” se puede buscar una expresión dentro de un texto y tiene como

salidas el texto que hay antes y después de dicha expresión, en este caso se busca el carácter de espacio (“ ”) para dividir la instrucción en dos partes, por ejemplo: al buscar un espacio en la instrucción “Activar N2”, la

expresión antes del carácter es: “Activar” y la expresión después del carácter es: “N2”.

En la parte del código mostrado en la figura 6.1 se aprecia el caso correspondiente a “Activar”, y dentro

de este el caso correspondiente a “N2”, entonces, se abre la válvula de Nitrógeno y los valores del estado de

cada una de los actuadores se agrupan para posteriormente actualizarlos utilizando el sistema desarrollado con

la tarjeta Arduino® para la adquisición de datos. Finalmente, al historial se le agrega la expresión “N2

Abierto” y la hora de este evento.



179

Fig. 6.1 Código Fuente para lectura de instrucciones

2.4. Envío de Datos

En una estructura de secuencia dentro del evento de tiempo, después de monitorear la temperatura y leer

un archivo, el conjunto de datos del estado de los actuadores es enviado a una tarjeta Arduino® Uno, que fue

programada para realizar la tarea de adquisición de datos [3] para abrir o cerrar las válvulas correspondientes

a la instrucción solicitada y poder controlar el flujo de los diferentes gases utilizados en el proceso.

En la figura 7.1 se muestra la configuración del bloque de Arduino® “Inicio de comunicación serial” en

el cual se establecieron parámetros solo para tres opciones del bloque.

Fig. 7.1 Bloque arduino: Inicio de comunicación serial.

Se configura la velocidad de comunicación serial que se tendrá, la cual se mantendrá en la velocidad ya

establecida por el bloque. Además se configurara el tipo de tarjeta Arduino® con el que se cuenta, en este

caso se utilizó la Arduino® UNO. Por último, se configurará el tipo de comunicación a utilizar, que en nuestro caso fue comunicación serial. Cabe destacar que no se configura el puerto, de esta manera el puerto es

identificado automáticamente.

En la figura 7.2 se muestra la programación de la estructura de secuencia en la que se envían los datos, se

puede observar que se utiliza el SubVI “Digital Write Port” para configurar la tarjeta Arduino® Uno.

Fig. 7.2 Envío de datos en una estructura de tiempo.



180

En la figura 7.3 se muestra el cierre de la comunicación serial con el último SubVI de Arduino® y de esta

manera se unieron todos los demás con el cable de comunicación serial y el cable de error ya que si ocurriera

algún problema con la comunicación el programa generará el código de error correspondiente.

Fig. 7.3 Estructura de cierre de la comunicación serial.

2.5. Historial

En esta ventana se muestra el historial generado por los eventos realizados durante el proceso, ya sea en modo manual o modo automático, por ejemplo: la temperatura del horno, el proceso se está realizando, la

fecha y la hora en que fue activada cualquiera de las válvulas. Este historial es de mucha ayuda para el

usuario, ya que si se realizó alguna prueba se puede saber con exactitud cuál fue el proceso que se realizó.

Este historial se puede guardar en un archivo de texto.

2.6. Interfaz final de usuario

En la figura 8 se muestra la interfaz final de usuario que cuenta con el contenedor principal, grafica de

temperatura, diagrama del proceso, historial de eventos y la hora actual.

Fig. 8. Interfaz de usuario para el sistema de control del CVD



181

2.7. Etapa de control y potencia

Se utilizaron 2 tarjetas que contienen 4 módulos de relevadores con entradas opto acopladas, es decir,

contiene un aislador acoplado ópticamente, que es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como

un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED (MOC), de esta manera se protege

electrónicamente la placa Arduino® y la etapa de activación de los relevadores.

Debido a que los 2 módulos de relevadores con entradas optoacopladas funcionan con lógica inversa, es decir, cuando en la entrada se suministra un 1 lógico, el relevador se mantiene en su estado normal y cuando

se suministra un 0 lógico el relevador se acciona, se agregó una compuerta not (HD74LS04) para trabajar con

lógica directa, de esta manera se logró trabajar en LabVIEW® normalmente sin tener que invertir la lógica

dentro de la programación y a su vez, tener facilidad de modificar la programación cuando se requiera en el

futuro.

Para activar el paro de emergencia se usa una placa con la configuración de un transistor para activar a un

relevador, así, cuando por programación sea activado el paro de emergencia, ambas placas de relevadores se

desactivaran. Además se hizo el uso de un fusible de .2 A para proteger la placa Arduino® y todo el sistema,

como se observa en la figura 9.

Fig. 9. Diagrama electrónico de control y potencia.



182


3.1. Pruebas

Se realizaron pruebas conectando la tarjeta de adquisición de datos NI-6009 para controlar cada uno de los actuadores del sistema desde la computadora, además de monitorear la temperatura utilizando el modulo NI USB

– TC01.Para realizar pruebas en el modo automático, el flujo de todos los gases fue cerrado por cuestiones de

seguridad, de esta manera, solamente se verifico el estado de las electroválvulas.

Al crear un proceso y ejecutarlo en el modo automático se determinó que el control fue satisfactorio debido a

que el programa realizo la secuencia en orden y ejecuto cada una de las instrucciones requeridas al abrir o cerrar

cada una de las electroválvulas respetando los tiempos de espera estipulados durante los distintos procesos.

3.2. Implementación

La implementación del programa fue adecuada debido a que se probó para realizar el proceso de síntesis de nanotubos de carbono de forma automática obteniéndose los resultados esperados, además de contar con una

interfaz amigable, fácil de usar y con herramientas que son de gran utilidad para el usuario, los cuales, quedaron

satisfechos con el uso de este programa, ya que mejoro los tiempos de síntesis y la pureza de los materiales

obtenidos además de reducir la posibilidad de errores humanos que pueden causar reacciones peligrosas durante

el proceso. Con la ayuda de este programa, una vez creada una secuencia, se realizan los pasos requeridos

evitando que se abra el flujo de gases que no se requieren mejorando la seguridad del usuario.

4. Conclusiones

Con el desarrollo de este proyecto se logró crear una interfaz capaz de controlar la temperatura, el tiempo y

el flujo de gases utilizados en el proceso de Deposición Química de Vapor. Con el uso de esta interfaz el usuario

tiene la opción de controlar el proceso de forma manual activando o desactivando cada uno de los actuadores

utilizados en el sistema presionando un botón en el momento que se requiera, también se puede realizar el

proceso en forma automática donde el usuario puede definir una secuencia de pasos controlando las distintas

variables que intervienen en el proceso, y posteriormente ejecutarlas.

Además, la interfaz cuenta con herramientas útiles para conocer el estado del proceso y analizar los materiales obtenidos, haciendo más fácil para el usuario la realización de experimentos con distintas

configuraciones para determinar de qué manera se pueden obtener materiales de mayor calidad. Con el diseño de

esta interfaz, es posible controlar el proceso CVD de forma automática para mejorar la seguridad del usuario,

reducir la posibilidad de errores humanos y obtener materiales de mayor pureza para desarrollar investigación en

el área de la Ciencia e Ingeniería de Materiales del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto

Politécnico Nacional (CINVESTAV) unidad Querétaro.


[1] Frackowiak Elzbieta, Béguin Francois. Electrochemical storage of energy in carbón nanotubes and

nanostructured carbons. Carbon 40 (2002) 1775–1787

[2] Mukul Kumar and Yoshinori Ando. Chemical Vapor Deposition of Carbon Nanotubes: A Review on Growth

Mechanism and Mass Production. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 10, 3739–3758, 2010

[3] Especificaciones de la tarjeta Arduino Uno de https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

[4] H. Bishop Robert. (2007) Learning with LabVIEW. Pearson Prentice Hall



183

Implementación de la plataforma Moodle para el trabajo de

academias de asignatura en la Universidad Tecnológica de San

Juan del Río Valencia García Alejandro César


Resumen

En este artículo se describe de manera general el trabajo que llevó a la implementación de una

plataforma electrónica de aprendizaje, que apoyase el trabajo de las academias de asignatura en la Universidad

Tecnológica de San Juan del Río.

El proyecto comenzó en 2008 y para 2015 ya tenemos una semilla bien plantada para seguir sacando

provecho a nuestra Aula Virtual, y proporcionando así a nuestros docentes una herramienta tecnológica que

facilite su trabajo, fomente la colaboración entre pares y sobre todo, los acerque al uso de las tecnologías de la

información y comunicación.

Palabras clave: Moodle, Aula virtual, academias de asignatura, e-learning, sistemas de gestión del conocimiento.

1. Introducción

En la era digital, las plataformas educativas electrónicas cumplen con una función vital en los nuevos

esquemas de enseñanza. Nuestros estudiantes pertenecen a la generación de los llamados “nativos digitales”, que

constituyen la primera generación formada en los nuevos avances tecnológicos, a los que se han acostumbrado

por inmersión al encontrarse, desde siempre, rodeados de computadoras, vídeos y videojuegos, música digital,

telefonía móvil y otros entretenimientos y herramientas afines [1].

Es por ello, que toda institución educativa que quiera estar acorde a los tiempos que vivimos, debe contar

con un sistema de gestión del conocimiento (Learning Management System o LMS). En este trabajo, se abordará

el caso de la Universidad Tecnológica de San Juan del Río, y la adopción de la plataforma Moodle para el trabajo

colaborativo docente, mediante la integración de academias de asignatura.



184

2. Antecedentes

En el año 2008, a petición de las autoridades de la institución, me di a la tarea de buscar una alternativa

para implementar un LMS en la Universidad Tecnológica de San Juan del Río. Tomando como modelo el

software ‘Blackboard’, se analizaron diversas opciones, con miras de optimizar costos, ya que al ser una

institución pública, el presupuesto para licenciamiento de software es limitado.

Me encontré entonces con una plataforma open source, desarrollada a principios del siglo XXI por el

australiano Martin Dougiamas, la cual tenía por nombre Moodle, siglas que significan Module Object-Oriented

Dynamic Learning Environment (Entorno Modular de Aprendizaje Dinámico Orientado a Objetos) [2].

Esta plataforma ofrecía todos los elementos que permiten al docente apoyarse de las tecnologías de la

información y comunicación para facilitar su trabajo. Herramientas como exámenes en línea, foros de discusión,

solicitud de envío de tareas para su revisión vía internet, son elementos que enriquecen de manera notable la

actividad docente y que permiten una mayor interacción del estudiante con el material didáctico.

Contando con el visto bueno del área administrativa se procedió entonces a recabar los componentes

técnicos necesarios para la instalación y configuración de la plataforma.

3. Primera versión

Después de realizar algunas pruebas iniciales y conforme a los requerimientos mínimos, me dispuse a

instalar y poner en marcha la primera versión de la ahora llamada “Aula Virtual” de la Universidad Tecnológica

de San Juan del Río. Se dio una capacitación muy básica a los profesores y se echó a andar en el cuatrimestre

enero – abril de 2009.

Al no contar con experiencia previa ni capacitación en el uso y administración de Moodle, se trabajó bajo

el modelo de “Prueba y error”, en el cual se dio un aprendizaje tanto de la parte administrativa como de la parte

técnica. Fue realmente motivante el ver que algunos docentes mostraban una fuerte iniciativa por usar la

herramienta y compartían sus experiencias, lo que permitía darle un uso más óptimo. Destacó en gran medida la

Academia de Idiomas, que encontró en Moodle la herramienta ideal para complementar el proceso de enseñanza

del idioma inglés. Esta sería la semilla para lo que 6 años después nos daría la pauta para organizar el trabajo de

academias a través de Moodle.



185

4. Las Academias de Asignatura

El trabajo de academias ha tenido variaciones a lo largo de los años en la UT de San Juan del Río.

Recientemente se empezó a trabajar con un modelo de academias de asignatura, en las cuales los profesores que

imparten la misma materia, forman una academia en la cual establecen los criterios de evaluación, las actividades

de enseñanza, los instrumentos de evaluación, etc., con la finalidad de que los estudiantes reciban una formación

homologada. Todo esto teniendo como base las hojas de asignatura con desglose de unidades temáticas y la

planeación cuatrimestral. Estos acuerdos quedan formalmente asentados en minutas que sirven como evidencia

para efectos de calidad.

Sin embargo, en la práctica esto queda en mera formalidad en la mayoría de los casos. Es entonces que

surge la idea de aprovechar Moodle como recurso de colaboración para estas academias y con esto motivar a los

maestros a usar la tecnología, a la vez que cumplen con lo acordado en el trabajo de las academias de asignatura.

A partir de aquí vendría la evolución de nuestra Aula Virtual.

5. Segunda versión

Se determinó actualizar la plataforma Moodle a la versión más reciente (2.8) y reorganizar la estructura

visual de manera que ahora está dividida en dos grandes categorías (TSU e Ingeniería) y cada una de ellas a su

vez en subcategorías que son los programas educativos ofertados, los cuales su vez se subdividen por

cuatrimestre. De esta manera es más sencillo para el estudiante “encontrar” la materia que desea consultar, y al

solo haber posibilidad de dar de alta una sola vez la asignatura (es decir, sin duplicados), los docentes se verán

obligados a trabajar en equipo para ponerse de acuerdo en la estructura del curso, los materiales, los instrumentos

de evaluación, etc.

Fig. 1. Pantalla inicial del Aula Virtual

En términos coloquiales, se mataron dos pájaros de un tiro, ya que se actualizó técnicamente el software a

una versión moderna, más intuitiva y con mejores herramientas y al mismo tiempo se proveyó la herramienta

para que los profesores pudieran trabajar en academias de asignatura.



186


A un año de la implementación de la segunda versión, y sorteados algunos imponderables, se puede decir

que:

- De todos los programas educativos ofrecidos por la Universidad, hay al menos 3 asignaturas por

cuatrimestre ya cargadas en la plataforma.

- Existe una estructura coherente e intuitiva tanto para el docente como para el estudiante en lo referente al uso de la plataforma.

- Gradualmente un mayor número de profesores hacen uso de la plataforma, aportando ideas y nuevas

prácticas.

- Se ha consolidado el trabajo de academias de asignatura.

La meta es que a la vuelta de 2 años (para Agosto de 2017), tengamos el 100% de los programas

educativos cargados en Moodle, de manera que un docente, aun cuando nunca haya impartido la asignatura,

pueda hacer uso del material didáctico ya generado y hacer sus propias aportaciones para enriquecer el contenido.

7. Conclusiones

Aún hay trabajo por hacer, hay mucho por aprender. Realmente la plataforma la estamos usando al

momento como libro de texto electrónico. El objetivo ahora es sacarle mayor provecho explotando todas las

bondades que nos ofrece. Hay que usar más los foros, los exámenes en línea, las tareas, etc.

Si logramos tener una mayor interacción con la plataforma, quizá en un futuro la Universidad podría

ofrecer carreras virtuales al 100%. Pero antes de intentar correr, debemos aprender a caminar. El camino está

trazado, hay que recorrerlo.

Referencias bibliográficas [1] Prensky M. Digital Natives, Digital Immigrants, From On the Horizon (MCB University Press, Vol. 9 No. 5,

October 2001)

[2] Dougiamas M. Acerca de Moodle. https://docs.moodle.org/all/es/Acerca_de_Moodle

https://docs.moodle.org/all/es/Acerca_de_Moodle



187

Aplicación del PVA+I con afinidad hacia Cd2+, Pb2+ y Hg2+ en

medio acuoso Gómez López Iraís1, Otazo Sánchez Elena María2

Departamento de Química Ambiental1. Universidad Tecnológica Tula-Tepeji, Av. Universidad Tecnológica No.

1000, Tula de Allende, Hidalgo, México, C.P. 42830

Área Académica de Química (AAQ)2. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca

Tulancingo km 4.5, Ciudad Universitaria, Mineral de la Reforma, Hidalgo. C.P.42184, México.

Resumen

La síntesis del PVA+I se logra por la reacción de esterificación Dean Stark entre el PVA y un ácido carboxílico (brazo espaciador I) que contiene la función tiocarbamida. La estrategia de síntesis utilizada requiere

la obtención previa del brazo espaciador. En las condiciones de una hora de destilación azeotrópica con benceno

se obtiene el mayor porcentaje de funcionalización (15 %). La capacidad del PVA+I para sorber Cd2+, Hg2+ y

Pb2+ se estudia en modo batch. Resultados muy promisorios se obtienen en particular para la remoción de Hg2+ y

Pb2+. La interacción entre los metales y el material polimérico se estudia mediante modelos isotérmicos. El

proceso es asociado a una quimisorción (Lagergren) en múltiples sitios activos en su superficie y en su volumen

(Freundlich).

Palabras clave: PVA+I, metales pesados, sorción, modelos isotérmicos.

1. Introducción

La industria metal-mecánica, minera y algunas actividades domésticas, como el uso de pilas, introducen

cantidades potencialmente tóxicas de metales pesados en el ambiente acuático y terrestre, y con ello ha logrado la

degradación del ambiente [1], por lo cual, se estudia activamente alternativas de descontaminación del agua y

recuperación de estos elementos. Aunque la filtración por membrana y adsorción, cuyo motor son los materiales utilizados la mayoría poliméricos [2], se ha recurrido a la modificación de polímeros para incluir grupos

funcionales polares diseñados para enlazar metales pesados con una alta capacidad de sorción.

Las funciones tionocarbamato y tiocarbamida se han analizado como funciones coordinadoras,

reconocedoras y selectivas de iones metálicos en medio acuoso [3-7]. En este trabajo se presenta la aplicación de un material polimérico derivados del PVA funcionalizados con la función tiocarbamida en la sorción de los iones

metálicos Cd2+, Hg2+ y Pb2+ en medio acuoso, se muestra la caracterización del mecanismo de sorción

involucrado mediante modelos cinéticos [8, 9] e isotérmicos [10, 11], con el fin de entender y modificar las

condiciones de operación, con vías a la ejecución de procesos de sorción más eficientes.

2. Metodología

2.1. Síntesis y caracterización del material

a) Síntesis del brazo espaciador I

El ácido p-aminobenzoico se disuelve en una solución de piridina: agua (1:1), se mantiene el pH de 9 y se

adiciona fenilisotiocianato (PITC), se calienta a 40°C durante 30 minutos, terminando el tiempo de reacción el

producto se purifica y seca al aire. El producto de reacción se identifica por RMN de 1H y de 13C. y corresponde

al derivado ácido: 4-(3-feniltioureido) benzoico (CAS Registry number: 1223-42-3).

b) Síntesis y caracterización del derivado funcionalizado PVA+I

Con 0.5 g (0.006 moles) de PVA sólido se disuelve en DMSO utilizando la técnica reportada en la

literatura [12]. Enseguida un equivalente molar del brazo espaciador I, II o III se adiciona. El equipo Dean-Stark

de destilación azeotrópica se monta, benceno se utiliza como disolvente. La mezcla se calienta a reflujo durante



188

el periodo de 30 a 60 minutos. Transcurrido el tiempo de reacción el derivado PVA+I se precipita con una mezcla

éter de petróleo: acetona (3:1). El producto se lava con cloroformo y se seca al aire. El PVA+I se caracteriza

mediante espectroscopía de IR y RMN de 1H.

2.2. Estudios de sorción de los materiales con los iones Cd2+, Hg2+ y Pb2+

Los experimentos de sorción en batch se llevan a cabo en un vaso de precipitados de 100 mL provisto de

una mosca de agitación magnética. 0.25 g del polímero PVA+I y 50 mL de solución del ion metálico se ponen en

contacto, la agitación y la temperatura se controlan mediante un baño termostático con agitación durante tiempos

definidos. Transcurrido el tiempo se toman alícuotas de la solución y se aforan a 5 ml con una solución HNO3 1

%. Las muestras se conservan para futuras mediciones. Todos los experimentos se llevan a cabo por triplicado.

El porcentaje de remoción del ion metálico (% E) se calcula de la diferencia entre la concentración inicial

(Ci) y la concentración final de cada experimento, utilizando la Ecuación ( 1 ). Ci y Cf fueron determinadas

mediante el equipo VARIAN modelo SPECTRAA.880 con software versión 2.10.

( 1 )

Para el estudio isotérmico ocupa una solución del ion metálico a 5 diferentes concentraciones (50-600

mg/L) a 22 °C. La capacidad de sorción (qe, mg/g) para los sistemas Cd2+, Hg2+ y Pb2+/PVA+I se calcula

mediante la Ecuación ( 2 ).

( 2 )

3. Resultados y discusión

3.1. Preparación del material PVA+I

La introducción de un brazo espaciador al PVA se realiza con la finalidad de insertar el grupo funcional

tiourea para aumentar la capacidad de sorción ante los metales pesados. Para ello el brazo espaciador con la

función feniltioureido en un extremo se preparara mediante la reacción del ácidos p-amino benzoico con fenilisotiocianato. Éste se identifica por RMN de 1H y de 13C y corresponde al ácido: 4-(3-feniltioureido)

benzoico (I) (CAS Registry number: 1223-42-3).

Estos brazo espaciador se introducen en la cadena del alcohol polivinílico (PVA) mediante la

esterificación del PVA con I. En la Figura 1 se muestra el esquema de la obtención del polímero PVA+I. El

correspondiente derivado del PVA (PVA+I) se obtuvo, el cual no ha sido reportado previamente en la literatura.

Fig. 1. Esquema de reacción de la obtención del PVA+I

El PVA+I fue caracterizado mediante IR, y RMN de 1H, en DMSO-d6. El espectro de IR del PVA+I las

bandas de absorción reportadas [13] para los grupos de la cadena principal, y las siguientes bandas debidas a la

introducción del brazo espaciador I: Grupo fenilo: C-Har, en 3000 cm−1, C=C en 1600 cm−1, y ωC-Har en 772 cm−1. Grupo tiocarbamida: se observan las bandas tipo tioureido (I) 1531, (II) 1380, (III) 1253 y (IV) 644 cm−1 a

frecuencias similares a las reportadas en la literatura [14]. Las bandas de vibración N-H no fueron asignadas

debido a su traslapamiento con la banda ancha O-H.



189

El espectro de RMN de 1H del polímero PVA+I muestra a frecuencias altas una señal ancha en 11.71 ppm

que fue asignada al protón del grupo OH de la cadena polimérica, que se desplaza a frecuencias altas por efecto

de electronegatividad, al encontrarse probablemente quelatado con el grupo C=O de la misma molécula. En el

espectro de RMN de 1H del polímero también muestra 5 señales en 7.88, 7.70, 7.56, 7.29 y 7.11 ppm,

correspondientes a los protones aromáticos. En 4.46 ppm, 3.76 y 1.23 ppm se tienen las señales que integran para

1, 1 y 2 protones respectivamente, la zona de desplazamiento químico para estas señales es similar a la observada

para el PVA [15], por lo que las señales se asignan a los hidrógenos de los grupos CH (unido a éster), CH2

(cadena alifática) y CH (unido a OH) respectivamente. El porcentaje de funcionalización obtenido para este

compuesto es muy cercano al 15 % calculado basándose en el espectro de RMN de 1H.

De acuerdo a su caracterización por IR y RMN de 1H se propone que en el material PVA+I se ha logrado

la funcionalización del polímero de partida (PVA) y con ello se tiene la función tiocarbamida, que será la

responsable de la adsorción de iones metálicos pesados. El nuevo polímero es medianamente soluble en DMSO a

temperatura ambiente.

3.2. Comprobación de las propiedades sorbentes de PVA+I ante Cd2+, Hg2+ y Pb2+

En la Tabla 1 se muestran los resultados del %E de Cd2+, Pb2+ y Hg2+ en PVA+I, el resultado más

relevante es que el Pb2+ interactúa de manera más eficiente con el material polimérico, dado que la concentración

del metal en solución disminuye considerablemente incluso cuando la concentración inicial en solución es 100 mg/L. La conducta observada es coherente con las características de la función tiocarbamida existente en el

PVA+I, el grupo tionocarbamoilo con grupos voluminosos y electro aceptores como sustituyentes se ha reportado

como ionóforos de metales blandos, prefiriendo Pb2+ y Hg2+ [6]. Por otra parte, la longitud del brazo espaciador

incrementa la flexibilidad del grupo funcional dentro del polímero, lo cual puede beneficiar la coordinación del

grupo funcional con el metal.

Tabla 5. Eficiencia de remoción de Cd2+, Hg2+ y Pb2+ por PVA+I

Ion metálico Ci

mg/L

Tiempo de contacto

horas % E

Cd2+ 50 4 11

Hg2+ 100 3 70

Pb2+ 100 3 97

3.3. Modelos cinéticos de Lagergren para los sistemas Cd2+, Hg2+ y Pb2+/PVA+I

Los resultados obtenidos para la sorción de Cd2+, Hg2+ y Pb2+ en PVA+I a diferentes tiempos de contacto

fueron analizados mediante las Ecuaciones (4), (5) y (6).

( 1 )

( 2 )



190

( 3 )

Donde qe y qt son la cantidad de ion metálico sorbida (mg/g) al tiempo de equilibrio y al tiempo t (min),

respectivamente. kad y Kad2 son las constantes de velocidad de los procesos de sorción de pseudo primer (min−1) y

pseudo segundo orden (g/mg.min) respectivamente [8].

Fig. 2. Cinéticas de adsorción de pseudo-segundo orden de Cd2+, Hg2+ y Pb2+ en PVA+I, dosis de adsorbente 5g/L

La Tabla 2 muestra los parámetros cinéticos calculados. Todos los modelos presentan altos coeficientes de

correlación y mejor conformidad con el modelo de pseudo segundo orden. La Figura 2 muestra la gráfica t/ qt vs.

t. para el modelo lineal de pseudo segundo orden.

Tabla 2. Constantes cinéticas de Cd2+, Pb2+ y Hg2+ sorbidas en PVA+I. Concentración inicial 100 mg/L. Dosis del sorbente 5g/L

Parámetro Ion metálico

Cd2+ Hg2+ Pb2+

qe exp (mg g-1) 1.1 12.4 23.69

Pseudo primer orden

k1 ( min -1) 3.1 x 10-3 8.5 x 10-3 3.4 x 10-3

qe (mg g-1) 0.1158 1.1094 1.3609

R2 0.7439 0.9650 0.9689

Pseudo segundo orden

k2 (g mg-1 min-1) 2.7 x 10-2 1.3 x 10-3 8.2 x 10-4

qe (mg g-1) 0.85 15.29 19.8

h0 (g mg-1 min-1) 2.0 x 10-2 3.0 x 10-1 3.2 x 10-1

R2 0.9960 0.9755 0.9641



191

El ajuste lineal del modelo cinético de pseudo segundo orden a los datos cinéticos experimentales muestra

que la sorción depende tanto de los sitios activos en el PVA+I como de la concentración de los iones metálicos en

solución, en consecuencia, el mecanismo de sorción es descrito como una quimisorción.

3.4. Modelo isotérmico de Langmuir y Freundlich de los sistemas Cd2+, Hg2+ y Pb2+/PVA+I

La Tabla 3 muestra la constante de Langmuir KL (L/mg) y Qmax (mg/g) que se calcularon mediante la

Ecuación ( 7 ) y para los sistemas estudiados [10].

(7)

Donde Ce (mg/L) es la concentración en el equilibrio del adsorbato en solución, qe (mg/g) es la

capacidad de adsorción del adsorbente al equilibrio, KL (L/mg) es la constante de equilibrio de adsorción la cual

está relacionada con la afinidad a los sitios de enlace y Qmax (mg/g) es la máxima cantidad adsorbida del ion

metálico. Los bajos coeficientes de correlación sugieren que los metales Cd2+ y Hg2+ no son sorbidos en PVA+I

en una cobertura de monocapa sobre la superficie del sorbente.

Tabla 3. Parámetros de isotermas de adsorción de los sistemas Cd2+/PVA+I, Hg2+/PVA+I y Pb2+/PVA+I. Dosis del adsorbente de 5 g/L

Parámetro Ion metálico

Cd2+ Hg2+ Pb2+

Isoterma de Langmuir

Qmax ( mg/g) 22.78 175.44 88.50

KL (L/mg) 1.3 x 10-3 2.6 x 10-3 5.4 x 10-2

R2 0.1567 0.7698 0.9560

Isoterma de Freundlich

Kf (mg/g) 0.046 0.77 13.47

n 1.16 1.21 2.80

R2 0.9681 0.9838 0.9683

La máxima capacidad de sorción Qmax del Pb2+ en PVA+I es 88.50 mg/g a temperatura ambiente sobre

la base de la isoterma de Langmuir. En la Tabla 4 se muestra otros materiales poliméricos reportados para la

remoción de Pb2+ en medio acuoso, de acuerdo con los valores de sorción que se reportan en la literatura el

PVA+I demuestra ser un material competente para la remoción de Pb2+.

Tabla 4. Capacidad de sorción reportada para materiales poliméricos sorbentes de Pb2+

Sorbente qe (mg/g) Referencias bibliográficas



192

Sorbente qe (mg/g) Referencias bibliográficas

Copolímero 2-hidroximetil

metacrilato-metil

metacrilato

31.45 [16]

Poliuretano funcionalizado

con ácido sinfónico 0.51 [17]

Sílica mesoporosa

funcionalizado con grupos

amino

1.31 [18]

Quitosana/Bentonita 15 [19]

PVA+I 88.50

La Fig. muestra la gráfica del ajuste del modelo isotérmico de Freundlich a los datos experimentales de los sistemas estudiados [11]. Los parámetros de Freundlich se calcularon mediante el ajuste lineal al modelo [11]

basándose en la Ecuación ( 4 ).

( 4 )

Donde Kf (mg/g) y n son las constantes de Freundlich, relacionadas con la capacidad de sorción del

sorbente y la energía de sorción respectivamente. La Tabla también muestra los parámetros de Freundlich, un

buen ajuste al modelo de Freundlich se observa en los tres sistemas estudiados (Cd2+/PVA+I (R2= 0.9681),

Hg2+/PVA+I (R2= 0.9838), Pb2+/PVA+I (R2= 0.9683)) lo que indica que los metales pesados se asocia a múltiples

sitios activos en el interior del PVA+I.

Fig. 3. Gráfica lineal del modelo de Freundlich para los sistemas Cd2+/PVA+I, Hg2+/PVA+I y Pb2+/PVA+I

La energía de interacción entre los metales y el material es fuerte y ocurre una quimisorción. El ajuste del

modelo de Freundlich es común en polímeros ya que en principio los materiales poliméricos son superficies

heterogéneas con diferentes sitios activos capaces de formar multicapas cuando se asocian fuertemente a especies

químicas (quimisorción) [20].



193

4. Conclusiones

La generación de la función tiocarbamida se realizó mediante la síntesis del brazos espaciador ácido 4-(3-

feniltioureido) benzoico (I), el cual se introdujo al PVA mediante la reacción de esterificación (Dean Stark) en

fase homogénea y calentamiento convencional, para generar el derivado PVA+I con un 15 % de funcionalización como lo demuestran los estudios espectroscópicos de IR y RMN de 1H. Este derivado no se ha reportado en la

literatura. El PVA+I absorbe eficientemente Hg2+ y Pb2+, sin embargo, para Cd2+ no presenta el mismo

comportamiento. La interacción entre los metales y el material polimérico se estudia mediante modelos de

isotermas de adsorción. El proceso es asociado a una quimisorción (Lagergren) en múltiples sitios activos en su

superficie y volumen (Freundlich). Como conclusión general en este trabajo de investigación se logró sintetizar el

materiales PVA+I, el cuales es altamente recomendables para la sorción de Hg2+ y Pb2+. Estos resultados pueden

ser extrapolados para aplicación industrial.

5. Bibliografía

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[20] H. Yuh-Shan, "Citation review of Lagergren kinetic rate equation on adsorption reactions", Scientometrics,

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195

Diseño y Desarrollo de Brazo Robótico con 4 Grados de Libertad Cano López José Antonio1, Martínez Cruz Salvador1, Ramos Montalvo Francisco1, Cano Salas Nathaniel2,

Arellano Rincón Víctor Daniel3, Moreno Toledano Jersaín3, Álvarez Trejo Jesús Alejandro3, González Almaraz

Luis Fernando4, Legaspi Nieves Luis Arturo4, Barrios Granados Cristina Adilene4

(1) Profesores de la Universidad Tecnológica de San Juan del Río.

(2) Alumno de Ingeniería Biomédica de la Universidad Autónoma de Querétaro

(3) Alumnos de Ingeniería en Mecatrónica de la Universidad tecnológica de San Juan del Río

(4) Alumnos de T.S.U. de Mantenimiento Industrial de la Universidad Tecnológica de San Juan del Río

Resumen

En este Trabajo se describen dos etapas del brazo robot, una es la parte del desarrollo del software para

controlar 4 servomotores y un motor a pasos y la otra es la construcción mecánica del brazo. Para el desarrollo

del software se utilizó la plataforma de Labview 2014 en la que se programó cada uno de estos motores utilizando como control un arduino mega y para dos motores se diseñó su tarjeta de potencia, con esto se

procedió a diseñar el software con el cual se controlarían estos movimientos a través de la computadora

En la parte mecánica se diseñaron los mecanismos que tendrían movimiento mediante las ecuaciones de

desplazamiento para que no se fuera a trabar el robot, se fabricó en un modelo prototipo ya que la idea es que se

aplique a nivel industrial, por lo pronto se utilizaron servomotores con pares desde 5 N-m hasta 20 N-m, la idea

es aplicar motores de 100 N-m.

Fue un trabajo multidisciplinario donde la mayor aportación fue de los alumnos, cabe señalar que fue un

proyecto financiado por CONCYTEQ en el programa de nuevos talentos 2015 en la universidad Tecnológica de

San Juan del Río.

Palabras clave: Robot 4 grados de libertad, programa LabView.

1. Introducción El desarrollo de un producto como es el brazo mecánico con movimientos programables o controlados por

una computadora en una institución como la Universidad Tecnológica de San Juan del Río UTSJR, deberá ser un

trabajo multidisciplinario, donde intervienen especialidades como mecánica, eléctrica, electrónica, programación

y en su caso biomédica para una aplicación humana. Se pretende que este robot tenga aplicaciones de pintura,

soldadura, manipulación de objetos, la precisión que logramos en este prototipo es de 0.01 mm utilizando un

motor a pasos en la base con giro a 360 grados y un par de 20 N-m para lo que es el brazo se utiliza un

servomotor de 20 N-m, para lo que es el antebrazo y mano son servomotores de 5 N-m, la precisión en los

movimientos de este robot está directamente asociada con la rigidez de sus elementos estructurales y los tipos de

motores que utilizamos, la programación de este robot radicó principalmente en hacer el diagrama para control de

los cuatro motores dejando un motor más de reserva basándose en una plataforma de LabView y un arduino

como controlador.

Como resultado de este trabajo fue un prototipo de brazo mecánico programable y controlado por medio de

la computadora el cual deja como base el software desarrollado por os alumnos para el control de diversos tipos

de motores, la habilidad de los alumnos para maquinar las piezas mecánicas en el laboratorio de manufactura de

la Universidad y el poder compartir información con alumnos de Biomédica de la UAQ para en un futuro poder

trabajar en captación de imágenes o censar señales del cuerpo humano que nos permita ver desde una

computadora.



196

2. Dimensiones Principales y Amplitud de Movimientos

Después de hacer varios intentos se decidió dejar los cuatro movimientos que se señalan:

La base puede girar alrededor del eje Z-Z con una amplitud de 360 grados en el plano horizontal X-Y

El brazo puede girar en un plano vertical del eje Z-Z con un ángulo de 180 grados

El ante brazo puede girar también 180 grados con respecto al brazo en un plano vertical.

Las tenazas pueden abrir y cerrar para sujetar un objeto hasta con una fuerza de 300 gramos.

En la figura 1 se muestran las amplitudes de los movimientos en forma esquemática con las dimensiones

del robot real, y en la figura 2 se muestran la forma de la superficie, en un plano vertical, que puede barrer el

extremo del brazo.

Figura 1. Esquema de amplitud de movimientos.

Figura 2. Forma de la superficie en un plano.



197

2.1 Velocidades y aceleraciones angulares

Para cálculos iniciales se establecerá, para todos los movimientos del brazo mecánico una sola velocidad

angular:

(1)

Y una aceleración angular positiva y negativa de:

(2)

De modo que se alcance la velocidad de

1 rad/seg en tan solo 0.1 seg.

(3)

(4)

Para nuestro prototipo es una escala de 1 a 20 por lo que este desplazamiento angular lo recorrerá en 2

segundos.

2.2 Fuerzas y Momentos

Para este análisis es necesario estimar primeramente el valor de las masas en movimiento para poder

calcular las fuerzas de inercia y los pares necesarios para mover los mecanismos. Una estimación de pesos puede

hacerse con los diferentes eslabones y elementos del brazo mecánico.

Peso del eslabón 1 (base) 500 gr, G= 4.9 N

Peso del eslabón 2 ( brazo) 300 gr, G= 2.9 N

Peso eslabón 3 (ante brazo) 250 gr, G= 2.4 N

Peso articulación 4 (tenaza) 350 gr, G=3.4 N

La masa y el peso están relacionados y tomando la gravedad como 9.81 m/s^2.

Para efectos de abreviar solo mostraremos el cálculo para el eslabón 3 con los siguientes parámetros:



198

Cuando los eslabones 2 y 3 giran alrededor del eje Z-Z desarrolla fuerzas centrífugas en un plano X-Y y

para cada masa y todas estas fuerzas producen un momento alrededor de la base. Por lo que es necesario calcular

los momentos de inercia de cada eslabón para obtener el par necesario para acelerar o frenar el brazo compuesto

por cada eslabón.

2.3 Análisis Cinemático

Para el análisis cinemático parte de conocer la geometría de todo el mecanismo. Primero se establecieron

las matrices homogéneas de transformación de coordenadas de un sistema que se mueve con relación a un

sistema de coordenadas que permanece fijo y que se toma como referencia.

Todos los movimientos del sistema se analizan y se descomponen en rotaciones y traslaciones y se

mueve el sistema de tal forma que sus ejes Xi, Yi, Zi, quedan en las mismas direcciones de los ejes X, Y, Z, dela

articulación precedente. De acuerdo a la convención de Denavit – Hertenberg para los sistemas de transformación

de coordenadas, el proceso se inicia con la última articulación que es la portadora de la herramienta y es libre

para moverse en un espacio de trabajo y se retrocede de articulación en articulación hasta el punto que este fijo

por el qe se hace pasar el sistema de coordenadas de referencia Oo , X0 , Y0 , Z0 . La figura 3 muestra la

convención de Denavit.

2.3 Matrices Homogéneas Compuestas

La matriz homogénea directa se obtiene por el producto de todas las matrices de traslación y de rotación

necesarias para hacer coincidir un sistema de coordenadas con otro diferente. Para los eslabones rígidos

articulados se muestra un caso general de dos eslabones adyacentes L1 y L2. A la junta de articulación J3 se fija un

sistema de coordenadas ortogonales y dextrógiras O2, X2, Y2, Z2 y a la articulación J2 se fija otro sistema de

coordenadas ortogonal y dextrógiro O1, X2, Y1, Z1 para encontrar la matriz Transpuesta T2 que transforma las

coordenadas de O2 en coordenadas O1 se necesita realizar los siguientes movimientos:

1. Girar alrededor de X2 el ángulo ϕ2

2. Trasladar X2 a X1 a la distancia de a2

3. 1 la distancia d2

4. Girar alrededor de Z1 el ángulo final ϴ2

Las matrices homogéneas son respectivamente:



199

Haciendo el producto de estas cuatro matrices en el orden inverso de los movimientos e obtiene la matriz

homogénea. Para transformar las coordenadas de O2 en coordenadas de O1

Todo lo anterior se refiere a la figura 7.

3. Aspectos de control electrónico

3.1 Plataforma de programación

La Plataforma en la cual se diseñó el software de programación para el robot fue en la de Lab View 2014 en la

cual se utilizó el lenguaje de programación de Arduino y se hizo la comunicación con puerto usb de la

computadora el software mostrado en la figura 4 es una pantalla donde muestra el control de cada uno de los

motores y en la figura 5 se muestra la programación hecha para el software.

Figura 3. Convención Denavit –Hertenberg.



200

Figura 4. Software desarrollado.

Figura 5. Programación de motores.

En la figura 6 se muestra el control físico de los motores y el arduino utilizado para su control.

Figura 6. Armado físico del control.



201

Figura 7. Caso general de dos eslabones.

4. Conclusiones

Se terminó la fabricación del robot y el desarrollo del software programado y manual, así como el control.

Figura 8. El costo de fabricación de este brazo fue de $6043.00 pesos, patrocinados por Concyteq.

Figura 9. Prototipo terminado.


[1] Alfonso Alfonso Armando transformaciones rectangulares a polares CIDESI, 1994.

[2] Sotelo A. Juan Antonio, LabView Programación, Editorial Trillas 2014



202

Extracción de aceite de semillas de árbol de huizache (acacia

farnesiana) por método químico a través de hexano. Vázquez Monroy Fortino, Islas Cerón Alejandro, Padilla Estrada Víctor Lucino.

Universidad Tecnológica de Tula- Tepeji, Universidad tecnológica No. 1000, col. El 61, El Carmen, Tula de

Allende, Hidalgo, C.P. 42830. México. [email protected]

Resumen.

En el presente proyecto de investigación está dividido en cuatro etapas: la primera se tiene como objetivo

principal la extracción de aceite de las semillas de árbol de huizache (acacia farnesiana), por un método químico

a través del equipo soxhlet, que consiste en reflujo de hexano para la extracción del aceite de las semillas de

huizache. La segunda etapa consiste en realizar la caracterización del aceite por espectroscopia de infrarrojo,

el cálculo del porcentaje de aceite que contiene la semilla, el color del aceite y el PH del aceite. La tercera

etapa se tiene como objetivo la síntesis del biodiesel del aceite de la semilla. La cuarta etapa se realizara la

caracterización del biodiesel por espectroscopia de infrarrojo. Una vez obtenidos los resultados se difundirán

entre las personas de las zonas rurales de la región Tula-Tepeji.

Palabras claves: extracción, caracterización, aceite, huizache Hidalgo.

1.- Introducción.

Derivado de que día con día el precio de los combustibles fósiles suben su precio para este caso el diésel y

que en un futuro no muy lejano se agotaran surge el proyecto de realizar un estudio de la investigación de las

semillas no comestibles de las plantas autóctonas que crecen en los lugares no aptos para la agricultura de la

región Tula –Tepeji para extraerles el aceite y producir biodiesel de lo cual se creará un catálogo para saber con

qué recursos se cuentan en la región con respecto a semillas y su viabilidad a nivel industrial en la extracción de

aceite para la producción de combustibles alternos.

Figura 1. Ubicación geográfica de la Región Tula-Tepeji pintada en verde en el estado de Hidalgo.




203

En la región Tula-Tepeji como se observa en el mapa del estado de Hidalgo que se ve en la figura 1 [1] la

parte de verde es la región antes mencionada que pertenece al valle del mezquital donde se realiza el proyecto

denominado extracción de aceites de las semillas de las plantas autóctonas no comestibles de la región Tula-

Tepeji. En este artículo se hablara de la semilla del árbol de huizache (acacia farnesiana) como se muestra en la

figura 2.

Figura 2. Árbol de huizache.

Esta planta crece en esta región, cabe mencionar que la región Tula-Tepeji se encuentra a una altura de 2140

msnm, con una latitud norte de 20°01’ y una longitud este de 99°13’ [2] es una zona semiárida, el árbol de

huizache (acacia farnesiana) es un árbol de las llamadas plantas coníferas que florece en los meses de febrero a

mayo y empieza a madurar en el mes de junio, sus frutos son vainas con semillas de color negro como se muestra

en la figura 3

Figura 3. Vainas de árbol de huizache.

Se reporta a la acacia farnesiana como una especie invasora en la isla de providencia Colombia, de acuerdo

con la evaluación de riesgo y establecimiento de potencial invasor esta especie ha sido definida como una

invasora de alto riesgo, [3].



204

El aceite se obtiene de las flores y se utiliza en perfumería y se obtiene por maceración en aceite de cacao o

manteca de coco, tiene un olor a violetas se utiliza como aromatizante, [4].

Se reporta que en los trabajos de campo para el control de plagas, los mejores resultados se han obtenido en el

frijol para el control de la roya (U. appendiculatus) en donde con aplicaciones semanales de extracto acuoso al 2

% de pithecellobium acacia farnesiana, hibiscus rosa sinensis y tribulus cistoides se aumentó en más del doble la

producción de frijol en un ciclo de cultivo en donde el daño de la roya fue muy severo, también se han obtenido

resultados alentadores en el control de la cenicilla y el mildiu de la calabacita. [5].

No se reporta ningún artículo donde hable de extracción de aceite de semillas de huizache.

2. Huizache (Acacia farnesiana)

Semillas de árbol de huizache empleadas: Se utilizaron semillas maduras de árbol huizache (Acacia

farnesiana) cosechadas en Tula de Allende, Hidalgo en la temporada 2013.

Las semillas se molieron en un molino mecánico y se hicieron polvo con un tamaño de partícula de 1 mm

como se muestra en la figura 4 para después llenar cartuchos de celulosa con este polvo de la semilla y

posteriormente se metió el cartucho de celulosa con la semilla molida en el soxhlet y se le agrego medio litro de

hexano y se calentó el hexano a una temperatura de 62°C para ponerlo a reflujo durante 2.5 horas este solvente

arrastrara el aceite de las semillas [6], posteriormente se metió el aceite con el hexano a un equipo de destilación

donde se mantuvo a una temperatura de 80°C para quitar el hexano y nada más que quedara el aceite que tiene un

color ámbar obscuro como se observa en la figura 5, recolectarlo y la pasta de la semilla sin aceite se le evaporo

el hexano para nada más tener la pasta para un posterior estudio.

Figura 4. Semilla de árbol de huizache molida.



205

Figura 5. Aceite de árbol de huizache.

3. Análisis de Resultados.

Se extrajo el aceite por método químico de las semillas de árbol de huizache (Acacia farnesiana) obteniéndose

como resultado un porcentaje de 1.91 % de aceite, en la prueba visual se ve el color del aceite que es de un color

ámbar obscuro y el PH de aceite es de 3.45. La caracterización del aceite por la técnica de espectroscopia de

infrarrojo da el siguiente resultado que se observa en la gráfica de espectroscopia de infrarrojo de la figura 6 una

banda alrededor de 3380 cm-1 correspondiente a las vibraciones de estiramiento del grupo hidroxilo (O-H), se

observa la señal correspondiente a la tensión C=CH en 3002 cm-1 presentes en los ácidos grasos insaturados de

los aceites. Dos bandas en 2928 y 2854 cm-1 asociadas, respectivamente, a la vibración de tensión de C-H

simétrico y C-H asimétrico en CH2 y una banda en 1744 cm-1 asociada al movimiento de extensión del enlace

C=O típica de los ésteres de triglicéridos. En la región entre 1460 y 1231 cm-1 se observa una banda ancha con

varios picos, este rango se asocia a la presencia de vibraciones de flexión C-H en CH2 y CH3. Luego se visualiza

una banda en 1165 cm-1, característica de las vibraciones de tensión C-O y en 1114 cm-1 se observan vibraciones

de tensión O-CH2. Por último se ven claramente en 722 cm-1, las vibraciones de flexión correspondiente a (CH2)n

con n>4 propias de esqueletos carbonados de considerable longitud.



206

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

40

60

80

100

Tra

nsm

ita

ncia

%

Numero de Onda (cm-1)

Huizache

Figura 6. Gráfica de espectroscopia de infrarrojo de aceite de árbol de huizache.

4. Conclusiones.

No es viable la producción de aceite del árbol de huizache (acacia farnesiana) a nivel industrial ya que el

contenido de aceite de la semilla es de 1.91 %, este porcentaje es de acuerdo a la norma, esta nos dice que si

tenemos por arriba de un 8 % es viable obtener aceite a nivel industrial, el color del aceite de la prueba visual es

de color ámbar obscuro, el PH es de 3.45 y en espectroscopia de infrarrojo se observan los elementos de que está

compuesto el aceite como son se encontraron ácidos grasos insaturados de los aceites, esteres de triglicéridos y

esqueletos carbonados de considerable longitud que son propios de los aceites.

Reconocimiento.

Se agradece al PROMEP y Universidad Tecnológica de Tula-Tepeji por el apoyo en la realización de este

proyecto.

Referencias bibliográficas.

[1] Intranet.e-hidalgo.gob.mx

[2] INEGI 2010

[3] López Camacho René, González-M. Roy; Cano Marcela, Acacia Farnesiana (L) Willd, (Febaceae

leguminosae), una especie exótica con potencial invasivo en los bosques secos de la isla Providencia

(Colombia), Biota Colombiana, Vol. 13, Numero 2, 2012, 232-246.

[4] L. willd, Acacia farnesiana, species plantarum, cuarta edición, 1806, 1083-1084

[5] Montes Belmont Roberto, Cruz Cruz Victoriano, Martínez Martínez Gabriela, Sandoval Garcia Gerardo,

Garcia Licona Rogelio, Zilch Domínguez Susano, Bravo Luna Leticia, Bermúdez Torres Kalina, Flores

Moctezuma Hilda Elizabet, Carbajal Moreno Magda, Propiedades antifungicas en plantas superiores. Análisis

retrospectivo de investigaciones, Revista Mexicana de Fitopatología, vol. 18, num. 2, 2000, 125-131, Sociedad

Mexicana de Fitopatología, A.C; México.

[6] Firestone David, 2013, Physical and Chemical Characteristics of Oils, Fats, & Waxes, 3th Edition.



207

Desconocimiento igual a inseguridad Ledesma Uribe Norma Alejandra, Pérez Zamarroni Gustavo Arturo

Universidad Tecnológica de San Juan Del Rio

Resumen

El uso cada vez más constante y creciente de internet aumenta año con año y con ello la inseguridad.

Diariamente se generan datos e información que pueden comprometer personas, empresas y gobiernos, este

premio en información es el objetivo de ciber delincuentes que están dispuestos a obtenerlo utilizando

sofisticados métodos de intrusión, engaños o estafas.

Para hacer frente a esta problemática existen profesionales denominados Ethical Hackers que tienen los

conocimientos para hacer frente a las amenazas informáticas que surgen día con día con la ayuda de estándares

de seguridad y medidas de seguridad como configuraciones en el software o prácticas de seguridad.

Palabras clave: Seguridad, prácticas de seguridad, vulnerabilidad, hacker ético, ingeniería social, phishing.

1. Introducción

Para que las empresas puedan desarrollar sus negocios o para que las personas realicen sus tareas

cotidianas, la tecnología siempre está ahí, simplificando las cosas. Esto ha llevado a una dependencia en la cual

no todas son ventajas. Si nos situamos a unos veinte años atrás podemos imaginar que la pérdida de conectividad

con Internet o el mal funcionamiento de un sistema resultaba algo bastante molesto. Hoy en día, la pérdida de

conectividad significa que una empresa quede prácticamente inoperable.

A medida que las personas volcamos nuestras vidas hacia la tecnología, almacenamos información

personal, registros médicos y balances de cuenta en sistemas informáticos. Y a medida que las organizaciones

confían en la tecnología para hacer negocios, establecer comunicaciones y transferir fondos, empiezan a aparecer

otras personas, no tan bien intencionadas, que ven la tecnología como una excelente plataforma para cometer

acciones ilícitas, con el fin de obtener beneficios a costa de los demás. Debido a esto, los daños por robo o

pérdida de información crecen a la par de nuestra dependencia tecnológica.

Muchos criminales optan por utilizar la tecnología como herramienta, ya sea para cometer nuevas formas

de crimen o para complementar que ya están difundidas.

En el caso de las empresas, debemos sumar los intereses que pueden llegar a tener la competencia por

obtener datos confidenciales, como planes de marketing, balances financieros, datos de clientes, etcétera [2].

Es por eso que se ha vuelto necesario establecer mejores prácticas y crear herramientas destinadas a

proteger la información de las personas y las organizaciones. Todos estos esfuerzos se conocen como seguridad

informática, y han ido evolucionando hasta convertirse en un área de estudio que dio lugar a la existencia de

profesionales dedicados exclusivamente, a proteger la información.



208

2. La seguridad como profesión

Ser un profesional de la seguridad informática es una tarea bastante particular, debido a que es necesario

tener relación con todas las áreas de una empresa. Es imperativo que un profesional de la seguridad tenga

conocimiento amplio acerca de cómo funciona la organización para la que está trabajando, sus procesos de

negocio, sus objetivos y otros aspectos. Solo de esta manera es posible tener una visión global acerca de cómo es

adecuado proteger la información con la que se está trabajando [1].

En esta profesión se requiere estudiar una gran cantidad de material, teniendo en mente varios estándares

y metodologías, lo que puede llevarnos a pensar solamente en lo que debería hacerse y olvidar de lo que puede

hacerse. Lo que debería hacerse es exactamente lo que dice la norma ISO 27000. Si nos detenemos a pensar, esta

norma escrita por profesionales sobresalientes, con una amplia experiencia y un claro entendimiento de la

seguridad de la información.

Lo que puede hacerse son las mejores prácticas que podemos implementar, muchas veces, basándonos

en normas como la ISO 27000, pero considerando que nuestros recursos son limitados. Incluso en las

organizaciones más grandes, los recursos tienen un límite; la única diferencia es la cantidad de ceros a la derecha

que tienen esos límites.

Aquí entra en juego la capacidad para poner los pies sobre la tierra y discernir entre lo que dice una

norma de mejores prácticas acerca de todo lo que debería hacerse para proteger la información de una

organización, y los recursos con los que cuenta una entidad para implementar medidas de seguridad, sin entrar en

quiebra por tener que realizar dichas inversiones.

Tenemos que tener en cuenta que los objetivos de las organizaciones son variados: captar más clientes,

ganar más dinero, brindar mejores servicios, tener los costos más bajos, y otros, pero como todo individuo en una

organización, se debe ayudar a que esta alcance sus objetivos. En este caso se logrará implementando las medidas

de seguridad adecuadas, para evitar pérdida de datos, robo de información y fraudes. Teniendo esto en cuenta, un

profesional de la seguridad puede aportar un verdadero valor a la organización y estará muy bien visto en todos

los niveles jerárquicos de la empresa.

3. Hackers y seguridad

En el mundo de las telecomunicaciones, como en cualquier otro aspecto de nuestra vida, la seguridad,

entendida como la imposibilidad de violentar un sistema, es imposible de conseguir. No obstante, sí podemos

lograr un grado de fiabilidad lo suficientemente aceptable como para considerar un sistema seguro.

Podemos decir que un sistema es seguro cuando cumpla con las siguientes características:

Confidencialidad: Esta característica se refiere a la privacidad de la información.

Integridad: Los datos o información no deben modificarse más que solamente por personal autorizado.

No repudio: Esta característica comprueba tanto el emisor de la información, así como el receptor de

esta misma.

Fig. 1 Ataques Informáticos



209

4. México segundo país con mayor ciberataques en América Latina y el más inseguro del

mundo

¿Cuáles son los sectores más atacados por los ciberdelincuentes en México?

Hay tres segmentos vulnerables: El gobierno, la banca o el sector financiero, y el retail, que conocemos

también como ventas minoristas.

El gobierno es atacado porque tiene información que puede ser robada y usada para fines ilegales o

políticos, por ejemplo, un ciber delincuente puede adquirir información de Pemex para venderla después en el

mercado negro o a otras petroleras. En este tipo de ciber delitos vemos tres formas de ataques: Los que son

dirigidos hacia un objetivo específico, los ataques masivos y los híbridos.

En el sector de la banca vemos el robo de información de las tarjetas de crédito o información de los

clientes. Y en retail se agrega el tema de los puntos de venta que es donde se hacen operaciones y también se

extraen datos de las tarjetas de crédito, mediante el desciframiento de la encriptación de las propias tarjetas.

Dicho lo anterior México es el segundo país más atacado de América Latina, solamente superado por

Brasil, pero en cuestiones de nivel de seguridad informática es el país más inseguro del mundo según un estudio

realizado por la empresa Intel Security tomándose una métrica de seguridad de uno a cinco países como

Alemania o Estados Unidos obtuvieron un puntaje de 4.5 mientras que México obtuvo el último lugar con una

puntuación de 2.

4.1. ¿Qué tipo de amenazas o ataques están sucediendo en 2015?

Es importante señalar que el problema de las amenazas actuales es que tratan de pasar desapercibidas y

entonces es complicado para las empresas detectar las vulnerabilidades. Existe poca información fidedigna sobre

los costos que estos ataques generan en términos económicos, pues pocas compañías reportan las cantidades que

invierten para combatir o reparar estas amenazas. Tan sólo en Estados Unidos las empresas que sí reportan esta

cifra señalaron que tuvieron que invertir hasta 4 mil millones de dólares en el último año.

Esa cifra nos puede dar una visión sobre los costos que podría representar para las industrias, pero la

cantidad podría ser mayor en la medida en que más empresas reporten los costos que asumen por estos ataques.

Conocemos las estadísticas de Estados Unidos debido a que en ese país la legislación obliga a las empresas y

organismos a reportar estos ataques para prevenir a los clientes y las personas afectadas, a fin de que cambien sus

contraseñas, según sea el caso, pero en México no tenemos una legislación así y por eso es difícil conocer estos

datos. Aunque según CNNExpansión las empresas mexicanas gastan alrededor de 15000 a 20000 dólares por

corregir fallas informáticas y que al año esto se tornó a alrededor de 39 millones de pesos.

La mayoría de las empresas que son atacadas invierten individualmente hasta 300 millones de dólares al

año para mantener sus esquemas de seguridad. Hay casos recientes de compañías como JP Morgan o Sony, cuyos

sistemas fueron vulnerados, y ello las lleva a revisar sus esquemas y complementar sus métodos de defensa

tradicionales con mecanismos de prevención y detección de amenazas.

Otro de los temas que preocupa a las organizaciones es el asunto de la movilidad. Hoy en día cada vez

más empresas permiten que sus empleados trabajen desde casa o fuera de la oficina. Eso representa un riesgo

para la información privada de las organizaciones y éstas deben reducir las áreas de oportunidad para la fuga de

información [5].

Es por todo esto que actualmente en el país se está solicitando un 30% más de especialistas en seguridad

informática, siendo lo más posible que esta tendencia aumente exponencialmente.



210

4.2. Análisis de casos de Inseguridad Informática

En junio de 2013 Banamex fue multado por el IFAI por una cantidad de 16 millones de pesos por pedir

información sensible de sus clientes siendo esta innecesaria y continuaron utilizándola siendo que se había

solicitado el cese del uso ilegítimo de estos datos. Aunque este caso aparentemente está fuera de la seguridad

informática, lo cierto es que ninguna institución debe solicitar más datos de los necesarios para realizar su trabajo

y mucho menos de carácter sensible. Lo que puede resaltarse de esta situación1 es el hecho que México no tiene

la correcta regulación de la información, dejando huecos en sus leyes que permiten realizar diversos actos ilícitos.

El segundo caso a poner bajo análisis son las 3 bajas de servicio de la red social Facebook

concretamente los días 17, 24 y 28 de septiembre del año en curso, no fue sino hasta la tercer caída de esta red

social que la compañía explicó el origen del problema fue a causa de errores en la configuración de los sistemas

de la empresa. Lo que sucede en este caso es un problema informático llamado factor humano, según Marc

Goodman experto en seguridad que trabajó para la Interpol el 85% de los errores informáticos son provocados

por el factor humano, mientras que el 15% restante es por fallas en el software [3].

Si nos ponemos a pensar un poco es demasiada la responsabilidad por parte del usuario en cuanto a

mantener la seguridad informática de un equipo. Por este motivo es necesario crear una conciencia de ciber

seguridad con el fin de disminuir un poco las amenazas informáticas.

El tercer caso es el famoso CelebGate en el cual se accedió a iCloud logrando así obtener las fotos de

famosos, para posteriormente publicarlas en Internet. Muy poco se sabe de los métodos utilizados para realizar

este ataque masivo, lo que puede destacarse de todo esto es que Apple no sufrió ningún ataque informático, dicho

esto se puede decir que nuevamente el factor humano fue lo que hizo este sistema vulnerable ya que posiblemente

con paginas falsas (phishing) y/o otros métodos engañosos dirigidos directamente a los titulares de las cuentas fue

como se obtuvo el usuario y contraseña para poder descargar las fotos y posteriormente publicarlas [4]. Aunque

un dato que hay que recordar es el hecho que según Apple las fotos guardadas mediante PhotoStream (programa

que guarda un respaldo automáticamente de las fotografías tomadas) por seguridad duran 30 días en su nube, lo

cual quiere decir que posiblemente este ataque ya tenía más tiempo efectuándose y no solo por una persona si no

por un equipo de ciber delincuentes e incluso que fijaran una fecha para revelar todo este contenido.

5. ¿Qué necesitas para protegerte?

Hoy en día un antivirus es insuficiente, ya que las amenazas actuales en su mayoría no son detectadas

por este tipo de software, es por esto que voy a mencionar lo mínimo recomendable para una mejor protección:

Firewall

IPS (Sistema de Prevención de Intrusos)

Control de Aplicaciones

Filtro de URL

Antivirus

Anti-Bot (Protección de infección de bots)

Threat Emulation (Protección contra exploits especialmente vulnerabilidades de día 0)

Existen varias empresas que ofrecen estos servicios, no importa cual elijas, lo que importa es que

protejas tu información personal y la de tu negocio o trabajo.



211

6. Prácticas de seguridad que utilizan los expertos

Los expertos en seguridad informática también son usuarios de internet y como tal navegan por internet

y consumen contenidos pero.. ¿Qué medidas de seguridad toman? ¿Estas medidas de seguridad están al alcance

de todos? La respuesta es un sí rotundo para la segunda pregunta pero en grandes rasgos.

Esta información surge de un estudio realizado por Google unas fechas atrás, para lo cual entrevistó a

más de 200 expertos del ramo y a otros 300 usuarios que no son expertos en la materia en busca de las diferentes

prácticas de cada grupo. Lo más destacado es que la mayoría de expertos si actúan de acuerdo a lo que predican,

con alguna excepción. Por el contrario los usuarios comunes continúan cayendo en errores básicos.

Es por este motivo que es necesario llevar a cabo las siguientes prácticas de seguridad para disminuir

considerablemente el riesgo de un ciber ataque:

Hacer respaldos: Antes que nada crear un respaldo del sistema operativo y de nuestros archivos es lo

más importante ante cualquier desastre inminente el respaldo es nuestra mejor ayuda.

Tener las actualizaciones siempre al día: Es lo más importante, todo software ya sea un sistema

operativo o aplicación debe estar siempre actualizado, para corregir vulnerabilidades que se vallan

encontrando.

Tener un antivirus: Si usas Windows el antivirus es imprescindible aunque no existe un antivirus

100% efectivo, el no tener uno o no utilizarlo es un gran error, por supuesto la efectividad de este

depende que este bien actualizado tanto la aplicación y su base de datos.

Una contraseña para cada sitio: Así como cada puesta tiene su propia llave, cada sitio que visites o

servicio que utilices debe tener su propia contraseña. El uso de una sola contraseña como llave maestra

de todas las cuentas es un error muy grave ya que compromete todos los servicios que utilicen dicha

clave, otra cosa a tener en cuenta es crear contraseñas fuertes tomando en cuenta caracteres y números.

Utilizar un gestor de contraseñas: Tener una contraseña para cada sitio se vuelve complicado, es por

eso que debemos recurrir a un gestor de contraseñas que haga todo este trabajo por nosotros, este tipo de

software resulta útil, cómodo y seguro, pero si después de lo mencionado todavía existe desconfianza, lo

cual es un punto valido, lo mínimo por hacer es anotar las contraseñas y guardarlas en un lugar seguro.

Seguridad en dos pasos: La verificación en dos pasos cada vez es más común, las hay de diferente tipo:

un código de verificación al correo, un mensaje de verificación a un móvil o una aplicación que pueda

hacer la comprobación con los equipos, existen muchas posibilidades por explorar en cuanto a la

verificación en dos pasos se refiere, lo importante es utilizar alguno de estos métodos para fortalecer la

seguridad de nuestras cuentas o un equipo.

Fíjate en dónde navegas: Revisa la URL del navegador cuidadosamente para comprobar que la

página sea verdadera, también existen extensiones como WOT que dará aviso sobre la reputación del

servicio que estas visitando. Otra extensión útil es HTTPS Everywhere que permite forzar a

conexiones seguras siempre cuando sea posible. (K., 2013)

No más Anuncios: Utiliza extensiones para suprimir anuncios como Ublock o Addblock Plus para

eliminar anuncios molestos y fraudulentos, aunque parezca increíble la mayoría de la infecciones por

algún malware o fraudes son provocadas por caer en anuncios de dudosa procedencia.

Borra el historial del navegador: Aunque parezca irreal hay amenazas que utilizan los historiales de

navegación para realizar ataques, es por este motivo que en la mayor medida posible se debe borrar el

historial.

Utiliza el modo incognito de tu navegador: Cuando inicias sesión en un navegador se guarda el

registro de lo que has hecho, lo cual se llama cookie utilizar el modo incognito no genera historial ni

cookies.



212

Enlaces de dudosa procedencia si los tengo que revisar que sea en incognito: Cuando navegas por

internet y utilizas servicios de Google, Facebook o Twitter tu sesión se mantiene activa y sin darte

cuenta al abrir una nueva página web esta puede interceptar esas sesiones, esto es posible gracias a la

ayuda de botones como: Inicia sesión en la página con tu cuenta de Facebook o Twitter, es por ello que

si abres páginas de la cual desconfíes en modo incognito no tendrá rastros de tus cookies de inicio de

sesión.

7. Conclusiones

La seguridad informática es una cuestión delicada que debe ser tomada en cuenta por cualquier persona

que utilice un dispositivo capaz de conectarse a internet, ya sea desde una computadora, celular, tablet o reloj

inteligente. El no darle importancia a estas cuestiones es un grave error ya que cada vez nuestras vidas dependen

más de un sistema digital, por lo tanto nuestros trámites, servicios y dinero poco a poco utilizan estos medios para

funcionar, de ahí la necesidad de expertos que puedan salvaguardar la información que exponencialmente se hace

más grande, pero algo que es más crítico e importante, es el hecho que las personas deben conocer las medidas

para cuidar su información personal y la de su trabajo ya que la mayoría de los ataques informáticos van dirigidos

a engañar a la persona para que voluntariamente de la información que el atacante desea obtener. Lo más

impactante de toda esta investigación es el hecho que muy pocas personas que no se dedican a la informática

conocen las medidas preventivas para proteger su información y aunque las conocen no lo llevan a la práctica.

Referencias bibliográficas [1] Astudillo K. “Hacking Ético 101 Cómo hackear profesionalmente en 21 días o menos”, Karina Astudillo

B., Argentina, Primera Edición, 2013. [2] Benchimol D. “Hacking desde 0”, Fox Andina, Argentina, Primera Edición, 2011.

[3] Goodman M. “Future Crimes”, Doubleday, United States, Primera Edición, 2015.

[4] Berta S. “Web Hacking Claves para desarrolladores y Administradores de Sitios”, Fox Andina,

Argentina, Primera Edición, 2013.

[5] Bergman N, Stanfield M, Rouse J, Scambray J. “Hacking Exposed: Mobile Security Secrets &

Solutions”, Mc Graw Hill, United States, Primera Edición, 2013.



213

Estudio del Renio metálico en polvo en medio ácido

García García Raúl1*, Rivera Morales José Guadalupe.2 ,Castañeda Olivares Felipe1, Oaxaca Jiménez Hada Concepción1, Mascareño Lopez Jesús Antonio1, Zamora Antuñano Marco Antonio1, Orozco Gamboa Germán2

1Universidad Tecnológica de San Juan del Río, Av. La Palma N. 125, Col. Vista Hermosa, San Juan del Río, Qro,

México. 2Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, Parque Tecnológico Querétaro,

Sanfandila, Pedro Escobedo, C. P. 76703 Querétaro, México *E-mail: [email protected]

Resumen

Utilizando la técnica de voltamperometría cíclica se estudió el comportamiento del renio metálico

(polvo) sobre un sustrato de carbón vítreo en solución 0.5M de H2SO4. De acuerdo con las ecuaciones de

equilibrio termodinámico reportadas por Zoubov and Pourbaix el sobre cruce que se observa en el

voltamperograma puede corresponder al depósito de Re- sobre la superficie del sustrato. Así mismo, de

acuerdo con Steven G Bratscht existe la posibilidad de que el Re- forme Re-H por influencia del medio en

que se está trabajando. Por otro lado, en sentido de oxidación se observan dos picos muy cercanos los cuales

pueden estar relacionados con el Re3+ en forma de Re203. Sin embargo es inestable ya que con una pequeña

variación de voltaje se oxida a ReO4-.Los resultados obtenidos serán tomados como referencia para el

desarrollo de electrocatalizadores para cátodos y ánodos en celdas de combustible de metanol

Palabras clave: renio, voltamperograma, acido, Cíclico.

1. Introducción

La evidencia empírica de la química del renio dice que es resistente al ácido sulfúrico, ácido clorhídrico

y agua regia a temperatura ambiente. Por otra parte, más del 95% del renio se utiliza en compuestos

bimetálicos Pt/Re para la catálisis en la producción de bajo contenido plomo en gasolinas de alto octanaje.

La solubilidad de Re depende principalmente del estado de oxidación del Re (VII) siendo la especie predominante el anión perrenato ReO4

- , además el estado de oxidación Re (IV) que también es estable en

medio acido en forma de óxido de ReO2.

Las ecuaciones de equilibrio termodinámico reportadas por Zoubov and pourbaix [1] y utilizadas en el

diagrama potencial-PH [2] para el sistema Renio metálico – Agua a 25oC, muestra que el óxido de Re (III) y

el anión Re2- son estables a potenciales negativos. [2] menciona que Re (III) existe en un estado meta estable

a baja concentración de Re o en un medio anódico.

Por otra parte En la región de potenciales negativos Steven G Bratscht [3] considera la formación de un

hidruro de Re a diferencia de [1] Zoubov and pourbaix que considera la disolución del Re metálico y la

formación de Re-.

Por lo anterior se realizó voltamperometria cíclica que contribuya a determinar la actividad

electrocatalitica del Re metálico en el desarrollo de electrocatalizadores.



214

Para efectuar la reacción de reducción de oxígeno (RRO) y la reacción de oxidación de hidrogeno

(ROH) en celdas de combustible de metanol (DMFC). Por lo anterior es necesario obtener más información

del comportamiento del Re [4] ; por lo que se decidió estudiar el comportamiento voltamétrico del

Re Metálico La evidencia empírica de la Química Del Renio dice que es resistente al ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y agua regia a temperatura ambiente.

Por otra parte, más del 95% del renio se utiliza en compuestos bimetálicos Pt/Re para la catálisis en la

producción de bajo contenido plomo en gasolinas de alto octanaje.

La solubilidad de Re depende principalmente del estado de oxidación del Re (VII) siendo la especie

predominante el anión perrenato ReO4- , además el estado de oxidación Re (IV) que también es estable en

medio acido en forma de óxido de ReO2.

Las ecuaciones de equilibrio termodinámico reportadas por Zoubov and Pourbaix [1] y utilizadas en el

diagrama potencial-PH [2] para el sistema Renio metálico – Agua a 25oC, muestra que el óxido de Re (III) y el anión Re2

- son estables a potenciales negativos. [2] menciona que Re (III) existe en un estado meta estable

a baja concentración de Re o en un medio anódico.

Por otra parte En la región de potenciales negativos Steven G Bratscht [3] considera la formación de un

hidruro de Re a diferencia de [1] Zoubov and pourbaix que considera la disolución del Re metálico y la

formación de Re-.

2. Experimentación

Para realizar los voltamperogramas se burbujeó por 20 min. con nitrógeno el medio (H2 SO4 0.5M) que

contenía inmerso como electrodo de referencia uno de Hg/HgSO4, Como contraelectrodo se empleó uno de

platino y como electrodo de trabajo uno de carbón vítreo; se preparó la tinta catalítica pesando tres

miligramos de Renio en polvo adicionando 90 µL de alcohol isopropílico y 30 µL de nafion líquido de tal

forma que quedara esparcido el Renio metálico. Se obtiene el blanco del electrodo de trabajo. Posteriormente

se depositan dos µL de tinta catalítica sobre el electrodo de carbón vítreo (Esperamos a que seque) se

burbujea con nitrógeno por 10 minutos y se realizan los voltamperogramas. El primer voltamperograma que se realiza es sobre la región catódica utilizando una ventana de potencial de -0.21 a 0.94 V y posteriormente

el voltamperograma cíclico completo considerando la ventana de potencial de -0.21 a 0.94 V que contempla

la región catódica y anódica. Sobre el voltamperograma cíclico construido con la ventana de potencial

completa se trazan líneas rectas partiendo del potencial obtenido de las ecuaciones de equilibrio

termodinámico 1.2.7, 1.2.8, 1.2.11, 1.2.13 y 1.2.14 del capítulo II-4 (rhenium and technectium) a PH=0.3. Se

construye el voltamperograma cíclico únicamente de la región anódica utilizando una ventana de potencial de

0.15 a 0.890 V. En todos los voltamperogramas se empezó en el potencial de equilibrio selecciona de 0.15 V,

en donde el Renio metálico es estable.

3. Resultados y discusión

3.1 Análisis de la región catódica

En la figura 1 se indica la dirección de barrido de acuerdo con la numeración, observándose un

sobrecruce característico de un proceso de electro depósito, por lo tanto la formación de Re- es lo que se

esperaría que se observe experimentalmente y sería de esperarse que una parte de Re- se deposite sobre la

superficie del electrodo de carbón vítreo con Renio metálico y otra parte de Re- quede en solución como Re-H.

Mas sin embargo de acuerdo a estudios recientes [4] lo anterior no es posible y todo parece indicar que se

debe el sobrecruce a la presencia de un Oxido



215

Fig.1. Voltamperograma cíclico del renio metálico con sobrecruce en -0.155 V.

3.2 Voltamperograma cíclico del Renio en ventana completa

En las siguientes figuras se muestra el voltamperograma cíclico que se obtuvo al depositar Re metálico

sobre el electrodo de carbón vítreo y su blanco en medio ácido 0.5 M. La ventana de potencial utilizada fue

de -0.21 a 0.94 V iniciando el barrido en sentido catódico en 0.150 V hacia el lado anódico y regresando

nuevamente al potencial inicial a una velocidad de barrido de 10 mVs-1.

Fig.2. Voltamperograma cíclico del Renio considerando una condición de estabilidad del Re en 0.150 V.



216

Figura 2b) Se puede apreciar los picos formados tanto del lado de reducción como del lado de oxidación.

Fig. 2c). Se aprecian dos picos del lado de oxidación uno enseguida del otro indicando que el renio se oxida e

inmediatamente vuelve a oxidar con muy poca energía adicional.

Figura. 2d. Del lado de reducción se aprecia un pico definido.



217

3.3 Estudio Termodinámico

En la figura 3 Se trazaron las líneas de los potenciales tomados del diagrama de Pourbaix a PH= 0.3

correspondiente al ácido H2SO4 0.5 M, sobre la figura 2a para asociar los picos encontrados del

voltamperograma a las posibles especies del Re metálico reducidas u oxidadas.

Figura 3 Líneas Dpourbaix a PH=0.3 trazadas sobre voltamograma del renio metálico.

En la figura anterior se observa que el pico en aproximadamente 0.2015 V correspondería a renio

metálico ( Ecuación 13 ) [1] , los dos picos que se encuentran juntos se podrían relacionar con Re3+ en forma

de Re203 de acuerdo a la ecuación 7 y 8[1] , Sin embargo este estado solo es instantáneo ya que

inmediatamente se transforma a ReO4-.

3.4 Análisis de la región anódica

En esta región se realizó Voltamperometria cíclica que al depositar Re metálico sobre el electrodo de carbón

vítreo. La ventana de potencial que se fijo fue de 0.15 a 0.890 V iniciando el barrido en sentido catódico en 0.15 V y cambiando inmediatamente a la región anódica a una velocidad de 10 mVs-1. Mas sin embargo no se

observan los picos de los óxidos formados en la figura 3c. Por lo que es necesario realizar más

experimentación para deducir este fenómeno.

Agradecimientos: Este trabajo fue desarrollado bajo el soporte de CONACYT con el proyecto número

2243366.

4. Conclusiones

Este estudio afirma que no es posible cuantificar las corrientes de intercambio en Re metálico en polvo por lo que no se podría asegurar que el renio metálico sigue el principio Sabatier reportado en nuestro trabajo anterior (García et al., 2014). Al parecer Una delgada capa de óxido se forma en la superficie del electrodo metálico de renio. También la

formación de óxido soluble ReO4 se produce a partir de 0.5V. Los resultados de la voltamograma indicaron reacciones superficiales; sin embargo, no se observa Oxidación de Hidrógeno. Por lo que es necesario realizar más experimentación. incertidumbre a un en cuanto como se forman los picos de Oxidación-Reducción del Re metálico en polvo y estos estudios no pueden cuantificar la corrientes de intercambio debido a que es difícil conocer el área electro activa en el electrodo .



218


[1].- Zoubov N, Pourbaix M, in Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions (NACE, Texas,

1974), pp. 300-306.

[2].-Zoubov N. Chemistry of rhenium as an analogue of technetium: Experimental studies of the dissolution

of rhenium oxides in aqueous solutions (1976).

[3].-Bratsch S.G, J. Phys. Chem. Ref. Data 18, 1 (1989). [4].- García G. R, Sarsosa O. G, Gamboa O. G. The Hydrogen Evolution Reaction on Rhenium Metallic

Electrodes: A Selected Review and New Experimental Evidence. (2014).

[5].- Pecherskaya G, Stender V., Zhur. Fiz. Khim., 24, 856 (1950). Abstracts from SciFinder® ACS (2013).

[6].- Joncich M.J, Stewart L.S , Posey F.A, J. Electrochem. Soc. 112, 717 (1965). 3. a) V. L. Krasikov,

Elektrokhimiya, 17, 1518 (1981); b) V.L. Krasikov, Elektrokhimiya, 19, 209 (1983).

[7].- Szabó S., Bakos I., in Proceedings of the 7th International Symposium on Scientific Bases for the

Preparation of Heterogeneous Catalysts, ed. B. Delmon, P.A. Jacobs, R. Maggi, J. Martens, A. Grange, P.G.

Poncelet (Elsevier, Amsterdam, 1998), pp. 269-276.



219

Big Data para principiantes Licea Yáñez Raúl, Ledesma Uribe Norma Alejandra


Resumen

El crecimiento de la información en internet aumenta exponencialmente año tras año, todos los días se generan

millones de datos; ante este incremento de información se requirió cada vez una mayor habilidad en el control

de todos los datos que existen en la web.

Novedosas técnicas han sido creadas para manipular la información, al mismo tiempo los datos en la red van

aumentando todos los días.

Con la evolución de la tecnología y software, nació Big Data, la cual nos permitía minar los datos existentes.

Las grandes empresas en todo el mundo se están enfocando en Big Data, ya que la velocidad de respuesta de los

datos se ha convertido en algo crucial para los millones de usuarios de internet.

Palabras clave: Big Data, información, minación de datos.

8. Introducción

El tamaño de los datos en internet se ha convertido en un gran desafío, el control de ellos necesita cada vez de

técnicas novedosas para el control de la información, esta técnica de manejo de datos se llama Minacion de datos,

para lograr este objetivo utilizamos grandes bases de datos, así como gestores de bases de datos avanzados.

Existen métodos para la obtención de datos, el más usado en la comunidad tecnológica es mapa, el cual desarrolla

todo un proceso para la obtención rápida de datos a través de grandes DB.

Las grandes compañías tecnológicas de nuestros tiempos tienen la necesidad de velocidad en la obtención de

datos, ignorando así métodos más convencionales de búsqueda de datos, sin embargo, estas técnicas usadas

permiten un gran resultado en obtención de resultados, gracias a esto podemos acceder a información en la web

en cuestión de segundos.

9. Principios en Big Data

Para alcanzar a comprender lo que es Big Data, empecemos por las bases, el bit es la unidad mínima de

almacenamiento. 1 bit es igual a 0.0000000012 m, o de manera similar 12 átomos, sus posibles valores son 0 y 1.

En 1cm2 se pueden llegar a meter 1.5 Tb.

Byte es otra unidad que se usa en Big Data, su equivalencia son 8 bits, y nos da un total de 256

combinaciones. Es posible expresar cualquier carácter alfabético en un byte. Mediante una prueba podemos

comprobarlo, guardando un archivo de texto con una sola letra. Pesará 1 byte con ASCII, UTF-8.

Las frecuencias con las que operan los procesadores también son importantes, un procesador de 32 bits

es de 32 bits y uno de 64 es de 64 bits; ¿Y cuáles son las funciones? El procesador solo procesa palabras enteras,

es decir por cada ciclo de reloj desplaza esa información.

Las escalas de datos son mucho más grandes que bit y byte, y es importante que alguien que trabaje con

Big Data tenga conocimiento de ellas:


220

Fig. 1 Unidades de almacenamiento.

Así, que las cantidades de datos si tienen un nombre, más sin embargo, la posibilidad de uso de estas

cantidades de datos es inconcebible, debido a que el número de átomos de todo el universo es de 1082 por lo que

no es necesario usar las cantidades tan estratosféricas para nombrarlos.

10. Gestión de Big Tables

El concepto de Big Data, conforme al crecimiento exponencial de las bases de datos; no hay mínimo de

tamaño, las grandes bases de datos almacenadas en los grandes centros de datos alrededor del mundo están

disponibles para ser evaluadas como herramientas de Big Data.

La gestión de estas bases de datos se da a partir de las bases de datos, y las necesarias para usarlas son las menos

comunes; es decir, las bases de datos tradicionales cuentan con cierta incapacidad de almacenamiento, tal es el

caso de MySQL que soporta hasta 4GB en discos duros FAT o 2TB en formato NFTS, Linux ext3 o Mac HFS+,

a causa de esto, para la gestión de las grandes tablas necesitamos herramientas especiales.

Al contario de las bases tradicionales, las bases de datos de Big Data están en gestión gracias a software como los

siguientes:

1010DATA

ACTIA

IBM

Microsoft

ORACLE

Hadoop

Cassandra


221

Las grandes empresas los usan, por ejemplo:

Fig. 2 Bases de datos de empresas.

3.1 Modelo No-Relacional

La gestión de estas bases de datos también está dada por los modelos de bases de datos:

Fig. 3 Modelos de Data Base.

Contrariamente a la tradición de modelos de bases de datos, el uso de bases de datos de modelo no relacional es

mucho más acertado en el manejo de Big Data; Las bases de datos no relacionales no requieren de estructuras

fijas, como tablas, para el manejo y gestión de los datos, aunque no siempre garantizan que tengan todas las

funciones de una base de datos relacional, un claro ejemplo de ellos son atomicidad, coherencia, aislamiento y

durabilidad.

En el 2011 nació NewSQL, sus objetivos fueron conseguir el mismo rendimiento escalable de sistemas no

relacionales para el procesamiento de transiciones en línea para garantizar un rendimiento de una base de datos

tradicional.

NoSQL nació también, su principal característica es la ausencia de SQL como principal lenguaje de consultas.

Las principales compañías de internet se dieron cuenta que el rendimiento es más importante que la coherencia.

11. Minación de datos

Hay un concepto denominado “Key Value”, su función es relacionarse con un valor, este es el principio

fundamental que logra que consultas se ejecuten instantáneamente en bases de datos de muy alta escala. Buscar

en bases de datos de quintillones de registros es instantáneo gracias a esto.

El uso de Key Value es mediante arreglos. Consiste en guardar varios valores en una variable y se

mandan llamar por su posición.


222

Fig. 4. Ejemplo de un arreglo.

Después de declarar el arreglo, podemos obtener los datos, para esto llamaré a los datos dependiendo de su

posición en la tabla. Si requiero el valor de la casilla, mandaré llamar a la posición 2 del arreglo, devolviendo así

el valor deseado:

arreglo [1]; (1)

Esto nos devuelve “Arreglo”. Lo mismo pasa con los textos, pero se suelen llamar “Mapas”, la cual es la base del

Big Data.

Fig. 4 Ejemplo de un mapa.

Usando el mismo método para llamar en un arreglo, podemos obtener el valor de la posición que buscamos.

mapa [Buscando]; (1)

De esta manera nos devolverá “Devolviendo” como valor de la casilla Buscando; la búsqueda es un proceso

simple, inmediatamente ubica la posición de memoria ya sea dependiendo de la posición o trae el registro

directamente de una tabla de Hash que genera internamente, lo que lo hace instantáneo y no necesita “buscar”,

solo lo trae.

De esta simple manera funciona la Minacion de datos, haciendo la búsqueda aún más eficiente de lo que ha sido,

esto ha revolucionado internet en cuestión de años.

12. Conclusiones

Las grandes empresas de tecnología de nuestros días necesitan velocidad en sus búsquedas y no podían perder

tiempo buscando en miles de tablas, por lo que todo lo pusieron en una sola, con miles y miles de columnas. Esta

enorme tabla no tiene que estar en una sola computadora, puede estar distribuida en una granja de servidores.

Muchos profesores de bases de datos tradicionales no tienen en cuenta las grandes funcionalidades de este

modelo de base de datos, porque rompe con los conceptos de normalización ya que la misma información se

repite muchas veces.


223

Mas sin embargo, la importancia del espacio que ocupan las tablas en Big Data es irrelevante, lo importante es

que sea instantáneo, es la esencia del mismo tema abordado


[1] http://www.enriquedans.com/2011/10/big-data-una-pequena-introduccion.html [2] http://www.ibm.com/big-data/us/en/

[3] Michael Stonebraker, SQL databases v. NoSQL databases, 2010, Pag, 10 y 11.


224

Tonalli (hijo del sol) Onofre Román Carlos Alejandrino, Martínez Brito Jorge Arturo, Badillo Medina Venecia Nabila.

Universidad Tecnológica de la Región Norte de Guerrero.

Resumen

El presente trabajo nos muestra una forma de generar energía solar utilizando una pequeña celda de 32 cm

de ancho y 29 cm de largo, la función de la celda es mantener con carga una batería de 12 V con 5 A de potencia

misma que alimenta de forma continua un inversor de corriente modificado para que pueda trabajar con una

potencia baja y entrega 120 volts con una potencia de 100 W, la corriente que genera este dispositivo

principalmente se ha utilizado en la iluminación de hogares pues puede encender 5 lámparas ahorradoras de 13

W, a una distancia de 5 m sin perder carga

El propósito de este proyecto es tener energía eléctrica donde el acceso es difícil y esta no llega por ejemplo

en el estado hay lugares en la sierra donde por la naturaleza del terreno y su orografía se dificulta llevar

energía por medio de cables, otro motivo es tener energía eléctrica en caso de desastres naturales como fue hace

dos años durante las inundaciones del fenómeno climatológico Manuel e Íngrid, como se recordará el siniestro

fue tan grande que mucha población estuvo sin energía y sin poder comunicarse o mantenerse informado de los

operativos de auxilio que se notificaban por estaciones de radio o televisión.

La energía del sol es un tipo de energía inagotable, renovable y limpia. También se conoce como energía verde y

ecológica [1].

1. Introducción

En el estado de Guerrero la población indígena sufre de muchas carencias en cuanto a servicios se refiere,

pues según INEGI [2], el 80% de la población tiene acceso a energía eléctrica el 20% restante por su ubicación y

difícil relieve se hace imposible tener un acercamiento a este servicio y las actividades cotidianas se rigen por la

luz solar, amen que si hablamos de servicios como salud por falta de energía eléctrica hay medicamentos que no

se disponen pues requieren de cuidados especiales y ni hablar de tener servicio de radiografías o aparatos para

estudios más específicos, y en la vida cotidiana se refleja en la necesidad de poder conservar alimentos, tener

comunicación con el exterior se dificulta y sobre todo la educación se vuelve un lujo pues sin energía no hay

medios que faciliten el conocimiento de forma global como lo pide la nueva forma de enseñar por competencias,

muchas de las personas que viven en estas poblaciones llegan a fallecer por falta de medicamentos y sobre todo

por la falta de medios de comunicación para poder asistir a este tipo de personas pues viajar a civilización y llevar

el medicamento refrigerado o vacunas en buen estado es imposible por ello nos preocupamos por poder dar una

opción de tener acceso a energía eléctrica y poder ayudarles a tener un mejor nivel de vida a que sus escuelas y

hospitales o centros de salud tenga energía para poder tener vacunas y medicamentos en buen estado.

Tonalli es un generador solar pensado en brindar una opción de tener energía en lugares apartados y que

estos tengan un medio de comunicación, ya se ha por radio donde puedan auxiliarse o conocer un poco más de

tecnología.


225

2. Justificación de Tonalli

El prototipo se pensó en un principio en tener un cargador solar para poder cargar dispositivos de

comunicación como son teléfonos, tabletas, laptops y demás sistemas Smart para entretenimiento, pero se

presentó un problema pues dentro de esto las conexiones y voltajes de los dispositivos eran diferentes se trató de

estandarizar la entrada en USB pero existen dispositivos que solo traen una entrada de carga exclusiva como son

los de marca APPLE ya que estos son muy específicos en sus voltajes, por ello se pensó en tener un contacto

normal para conectar en un contacto de casas su propio cargador y de esta manera estandarizar este conector,

pero al hacer lo nos dimos cuenta que existían inversores y nos aplicamos a estos dispositivos, de esta manera la

energía solar se puede invertir y podemos tener energía domestica portátil.

2.1. Descripción del prototipo

El prototipo cuenta con una caja de madera de triplay de 6 mm, un inversor de corriente de 12 V de CD a 120

V de CA, modificado para trabajar en bajos amperajes y voltajes de 12 V de CD, un centro de carga regulador

que funciona como controlador de carga pues distribuye la energía de manera que la batería se cargue y ya una

vez cargada la batería cierra esa salida y alimenta el inversor, un contacto de casa polarizado, y una manija para

trasportarlo.

2.2 Funcionamiento

Fig. 1. Vista del prototipo Tonalli portátil

El prototipo funciona de la siguiente manera:

La celda solar recibe los rayos del sol y los convierte en energía eléctrica continua de 12 V con una

potencia de 10 W.

Al iniciar la recepción de energía esta se acumula en una batería sellada para motocicleta de 12 volts con

un amperaje de 7 A. (para mejorar el desempeño se puede usar una batería sellada de 12 V a 12 o 17 A

de las que usan los nobreaks y la celda la cargaría sin problema alguno). Esta energía pasa por el centro

de carga que regula la energía para la batería y el inversor de corriente, es decir que cuando la batería ya

está en el voltaje deseado envía la corriente al inversor y este puede trabajar sin la batería.

Una vez que el inversor tiene el voltaje de corriente directa, este la invierte por un banco de diodos

invertidos para completar el ciclo y pasa por una serie de transistores amplificadores de corriente y por

un transformador amplificador para convertir esos 12 V en 120 V, cabe mencionar que a este inversor se


226

le modifico el transistor 17JN para poder trabajar con una corriente baja y dar la potencia de 100 W que

puede encender hasta 5 lámparas ahorradoras una distancia de 5 m sin perder carga.

Fig 2. Vista interna del prototipo.


Los resultados obtenidos han sido buenos ya que el prototipo funciona en condiciones de normalidad y

se puede iluminar un espacio considerable con él y sobre todo que se cumple con el propósito de poder cargar

dispositivos portátiles y sin necesidad de tener energía eléctrica a la mano pues ese era en un principio la

finalidad del mismo estandarizar la corriente para cargar cualquier teléfono, tableta, o reproductor de mp3 y etc...

En estos momentos estamos experimentando con una celda más grane en potencia pues se adquirió un

inversor más grande de potencia de 1000 W pero este si requiere de una corriente de 50 W por lo que la celda que

se tiene le queda chica, tendría que ser una celda solar de dimensiones de aproximadamente un metro por lado.

4. Conclusiones

Después de realizar estos estudios y procesos el proyecto se finalizó con éxito en lo que respecta a

los problemas planteados para la realización de este proyecto.

De hecho una gran parte de maestros de primaria y secundaria nos pidieron unas muestras del

proyecto para poder iniciar la comercialización del mismo.

Lo anterior nos llena de motivación ya que demuestra que todo proyecto pensado para sobrellevar una vida

mejor de trabajo y desempeño es viable a bajo costo de mantenimiento y de operación de los mismos y nos

sentimos orgullosos de que con esto el nombre de la UTRNG se ponga en lo más alto de los prestigios como

formadores de jóvenes.

Y sobre todo demostrar que la creatividad de los jóvenes emprendedores es cada vez con más visión de servir

a la gente sin recibir una recompensa o pago por ello, y que sin recurso o con los mínimos se puede generar

tecnología para poder progresar como lo dijo el Sr. Miguel Ángel Cornejo NO HAY POBREZA MÁS EXTREMA

QUE LA IGNORANCIA DE UN PUEBLO.


227

Fig.3 Exposición en feria ecológica en Chilpancingo Gro.


1.- García Lord Carlos “El Futuro De La Energía Solar” Grup de Dispositius Fotovoltaics y Optoelectrònics

.Departamento de Física, Universitat Jaume I- Mayo de 2010

2.- I.N.E.G.I. página Web información del estado de Guerrero en Finanzas y Economía 20014.



228

Estudio de la efectividad del proyecto integrador como medio de

evaluación formativa y sumativa en la asignatura de Métodos

Estadísticos en la carrera de Ingeniería Química Oaxaca Jiménez Hada Concepción, Arciga Pedraza Raquel, Castañeda Olivares Felipe, García Espino Luis

Octavio


Resumen

En este estudio realizado se presenta un análisis comparativo del comportamiento de los resultados

obtenidos en una evaluación que permitió determinar el grado de aprendizaje logrado en la asignatura de

Métodos Estadísticos de alumnos que realizaron un proyecto integrador de la asignatura con respecto a los

alumnos que no realizaron el proyecto, con lo que se pone de manifiesto que con los proyectos integradores

los alumnos logran un aprendizaje significativo y de esta manera alcanzan las competencias en el curso

mencionado con mayor eficacia.

Palabras clave: Proyecto Integrador, rúbrica, competencias, aprendizaje significativo.

1. Introducción

En el presente trabajo se describe la metodología empleada para implementar la realización de un

proyecto integrador en la asignatura de Métodos Estadísticos, con los alumnos de primer cuatrimestre de la carrera de Ingeniería Química, al mismo tiempo que se analiza el comportamiento de los resultados de la

evaluación del grado de aprendizaje logrado al emplear el proyecto integrador como una herramienta de

aprendizaje y para la evaluación formativa y sumativa, comparando con los resultados obtenidos por un grupo

de alumnos que no realizaron el proyecto integrador en dicha asignatura.

2. Proyecto Integrador

La técnica didáctica de aprendizaje basado en el desarrollo de proyectos pretende enfrentar a los

estudiantes a una situación real que esté vinculada a uno o varios temas de la asignatura y/o diferentes

asignaturas.

2.1 Ventajas de los proyectos

El concepto de competencia profesional involucra habilidad y conocimiento para emprender un proyecto.

Este tipo de actividades prepara al alumno para ser un profesional competente.

El método de proyectos permite aplicar el conocimiento especializado que se está aprendiendo en el curso y promueve una toma de decisiones real para promover resultados reales.

Este método es excelente para promover el involucramiento de los alumnos en las ideas del curso y

motivarlos a pensar en los conceptos más importantes de la clase. Alumnos "de libro", que tienden a

simplemente memorizar información de importancia, elevan sus habilidades a niveles de mayor

competencia. El alumno debe apropiarse de las ideas, adaptarlas a sus propias creencias y aplicarlas; no

sólo repetirlas.

La apropiación del conocimiento sólo ocurre de manera constructivista, activando la red semántica de

conocimiento previo del alumno. Al verse confrontado con la necesidad de crear y dar forma al proyecto,

el alumno probablemente integre en forma útil y permanente el nuevo conocimiento.

El proyecto es tal vez el mejor método para fomentar el pensamiento creativo.



229

Es un método muy efectivo para permitir la expresión de diferentes tipos de inteligencia o estilos de

aprendizaje en un curso.

El proyecto representa un "punto de anclaje" de conocimiento profesional de importancia. Esto significa

que muchos conceptos y modelos de toma de decisiones quedarán encapsulados en la memoria a largo

plazo, a través de actividades de aprendizaje de este tipo, dando base para la creación de nuevos conocimientos.

Como es práctica común presentar el proyecto ante una audiencia, las habilidades narrativas del alumno

mejoran y, con ello, su auto-confianza para expresar ideas propias y su autoestima por ser capaz de

generar ideas y cristalizarlas en algo concreto. El reconocimiento personal por el trabajo intelectual es un

gran motivador extrínseco.

El desarrollo de proyectos favorece la investigación.

Aun en el caso de proyectos poco exitosos, por lo general las ventajas de haberlo realizado son mayores

que las desventajas. El alumno tiende a darse cuenta del valor de la organización, la planificación, la

perseverancia y la paciencia necesarias para la elaboración del proyecto. Todas ellas son características

del trabajo competente en el mundo real. [1]

2.2 Lineamientos para el desarrollo de la actividad que deberán realizar los alumnos

Con el proyecto integrador que realizan en equipo se pretende que desarrollen habilidades y apliquen

conocimientos que adquirirás en las asignaturas de Probabilidad y Estadística, Química Básica,

Administración de laboratorios y Expresión Oral y Escrita, por lo que los resultados del proyecto son considerados en la evaluación sumativa de dichas asignaturas.

OBJETIVO DEL PROYECTO: Validar una técnica para la determinación de densidad y concentración de

una solución básica de escala normal a micro escala, a la vez que se demostrará que la densidad de las

soluciones depende de la temperatura y de la concentración de las mismas.

DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD PARA EL PROYECTO INTEGRADOR:

1. Forme equipos de 3 a 4 personas máximo.

2. Lea con atención todos los pasos y aclare sus dudas respecto a la obtención experimental de los datos.

3. Preparen 100 ml de una solución de hidróxido de sodio a la concentración que le toque (equipo 1a 8,

0.01, 0.015,0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04 y 0.045 M). Cada equipo trabajará con una concentración

diferente. 4. Preparen 100 ml de una segunda solución de hidróxido de sodio a la concentración que les toque (0.05,

0.055, 0.06, 0.065, 0.07, 0.075, 0.08 y 0.085). Cada equipo deberá elegir una concentración diferente

5. Diseñar los formatos para el registro de datos considerando que va a generar 4 poblaciones distintas.

6. Cada integrante del equipo determine la densidad a cinco muestras de cada una de las soluciones

preparadas a temperatura ambiente (aprox. 20°C), verifique la temperatura y manténgala constante

durante las mediciones de densidad de ambas soluciones durante el proceso de medición por parte de

todos los integrantes del equipo. Cada vez que realice una medición de masa de la solución verifique y

registre la temperatura.

7. Cada integrante del equipo determine la densidad a 5 muestras de cada una de las soluciones preparadas a

35°C, verifique la temperatura y manténganla constante durante las mediciones de densidad de ambas

soluciones. Cada vez que realice una medición de masa de la solución verifique y registre la temperatura. 8. Registre los datos de masa y volumen de los picnómetros empleados, así como la masa medida en cada

una de las muestras tomadas de cada solución, en los formatos diseñados por ustedes.

9. Realice los cálculos correspondientes para determinar la densidad de las muestras tomadas.

NOTA: La metodología para la determinación de densidades, así como los lineamientos para trabajar en

el laboratorio serán explicados en la asignatura de Química Básica.

10. Estratifique los datos obtenidos. Recuerde que tiene cuatro poblaciones distintas que se muestran en la

siguiente tabla.



230

Tabla 1.

Población Concentración Temperatura I C1 T1 (ambiente) II C1 T2 (35°C) III C2 T1 (ambiente) IV C2 T2 (35°C)

11. Realice el análisis del comportamiento de los datos, determinando las medidas de tendencia central y las

medidas de dispersión tomando los datos de densidad sin ningún tratamiento estadístico previo.

12. Elabore una tabla de frecuencias y con ella construya un histograma, a partir de la tabla de frecuencias

vuelva a calcular las medidas de tendencia central y de dispersión.

13. Elabore en equipo un informe técnico parcial de la primera etapa del proyecto que cumpla con los

lineamientos que se anexan y que serán explicados en la asignatura de Expresión Oral y Escrita.

14. Realice el análisis de los resultados aplicando pruebas de hipótesis para la validación de la técnica y

aplique el diseño de experimentos para demostrar el efecto de la temperatura y la concentración sobre la

densidad de las soluciones.

15. Cada integrante del equipo presentará la memoria de cálculo y análisis de comportamiento de los datos en su respectivo portafolio de evidencias.

2.3 Objetivos de desarrollo de competencias que se persigue con esta actividad de evaluación y su

concordancia con las competencias globales que la institución intenta desarrollar

Los objetivos de desarrollo de competencias que se persiguen con esta actividad de evaluación son:

Que el alumno al término de la primera etapa del proyecto integrador de la asignatura de métodos estadísticos

demuestre su competencia para:

Analizar el comportamiento de los datos de densidad obtenidos experimentalmente, mediante la

construcción y análisis de histogramas, el cálculo de las medidas de tendencia central y de dispersión.

Trabajar organizadamente en equipo.

Trabajar con buenas prácticas de laboratorio.

Redactar conclusiones.

Como se puede apreciar estos objetivos concuerdan con la competencia global que la institución intenta

desarrollar en los TSU en Química Área Industrial, que es: “coordinar la operación de laboratorios de análisis

químicos, mediante procedimientos técnicos y administrativos establecidos, apegados a la normatividad

vigente, para proporcionar información confiable en la toma de decisiones y contribuir a la optimización de

procesos”.

Ya que al hacer el análisis del comportamiento de los datos podrá contribuir a la optimización de procesos y a

la toma de decisiones, por otro lado también contribuye a la habilidad de coordinar la operación de laboratorios de análisis químico mediante la capacidad de trabajar con buenas prácticas de laboratorio.

2.4 Características del aprendizaje colaborativo

Como se mencionó en las instrucciones el trabajo en equipo, se deben formar equipos de 4 integrantes.

Cada equipo nombrará un líder que es quien coordinará las actividades de la etapa experimental y

coordinará la recopilación de los datos analizados por todos los integrantes del equipo y asignará tareas

concretas para cada integrante tanto en la parte experimental, como en la parte de elaboración del informe

técnico.

Cada integrante deberá realizar 5 mediciones de densidad en cada una de las condiciones establecidas para

poder realizar el estudio estadístico.



231

Una vez obtenidos los datos cada integrante del equipo analizará el comportamiento de los datos de una

población distinta de datos obtenida con cada uno de los instrumentos de medición ya que se obtendrán cuatro

poblaciones distintas para cada instrumento, por lo que cada integrante realizara el análisis del

comportamiento de dos poblaciones.

Los resultados obtenidos por cada participante los integrarán para que conjuntamente en equipo realicen el

análisis comparativo del comportamiento de cada una de las poblaciones de datos y en equipo sacarán

conclusiones y elaborarán un informe técnico.


A continuación te presento la rúbrica para la evaluación del proyecto integrador con enfoque a evaluar

únicamente la asignatura de Probabilidad y Estadística.

Tabla 2. Rúbrica para la evaluación del proyecto integrador de la asignatura de Probabilidad y Estadística.

Criterios de Desempeño Nivel de

desempeño

Obtuvo los datos siguiendo las instrucciones dadas

Realizó correctamente la estratificación de

datos.

Calculó correctamente la media, mediana,

moda, desviación estándar, varianza y

coeficiente de variación para datos

individuales para cada población de datos

obtenidos.

Construyó correctamente la tabla de

frecuencias y el histograma para cada

población de datos obtenida.

Calculó correctamente la media, mediana,

moda, desviación estándar, varianza y

coeficiente de variación para datos

agrupados para cada población de datos

obtenidos.

Interpretó correctamente el comportamiento de los datos a partir de la

forma del histograma.

Realizó el análisis comparativo de los

resultados obtenidos con datos

individuales y con datos agrupados

Seleccionó adecuadamente las pruebas de

hipótesis y estableció las hipótesis

adecuadamente

Construyó adecuadamente la tabla

ANOVA para el diseño de experimentos y

obtuvo todos los parámetros correctamente

Basándose en los resultados obtuvo

conclusiones congruentes y acertadas.

Desarrollo del trabajo colaborativo:

respeto, tolerancia, apoyo a decisiones y

solidaridad (no -0.5)

Ortografía correcta (no -0.5)

Entregó a tiempo y cumpliendo con los



232

lineamientos para la elaboración del

informe técnico (no -0.5)

La rúbrica aquí presentada tiene los siguientes niveles de evaluación del desempeño:

A cada nivel de cumplimiento se asignan los puntos previstos en la tabla, de tal forma que la suma de los

puntos logrados en cada criterio dará la calificación global del proyecto. Nivel 1: No cumple o apenas se acerca a los requerimientos mínimos. (0 pts.)

Nivel 2: Solo cumple algunos de los requisitos mínimos. (0.5 pts.)

Nivel 3: Cumple con todos los requisitos mínimos.(0.8 pts.)

Nivel 4: Supera los requisitos mínimos. (0.9 pts.)

Nivel 5: Supera los requisitos mínimos y además es capaz de aplicar los saberes en cualquier otro escenario.

(1.0 pts.)

Se evaluó el grado de aprendizaje de los alumnos de ambos grupos de estudio a través de un estudio de

caso.

El grupo de alumnos que realizaron el proyecto integrador obtuvo en promedio 4 aciertos de 6 mientras que el grupo de alumnos que no realizó el proyecto integrador tuvo en promedio 2 aciertos de 6.

La evaluación se realizó un año después de haber concluido el curso.

4. Conclusiones

Considero que la realización de proyectos integradores dentro del contexto académico, realmente es muy efectiva tanto para la evaluación formativa como para la evaluación sumativa.

La realización de proyectos integradores es efectiva en la evaluación formativa, ya que cuando el alumno

aplica lo que aprende en el salón de clases se hace consciente de su nivel de aprendizaje y le detona una serie

de acciones que el mismo alumno toma para corregir las deficiencias encontradas cuando se le da el tiempo y

la oportunidad de reflexionar acerca de los resultados y objetivo del proyecto con la guía adecuada y las

condiciones propicias para elegir las acciones que necesita tomar para lograr las habilidades que conforman la

competencia buscada.

En cuanto a la evaluación sumativa, el alumno cuando es consciente de la importancia que tiene la

evaluación para su formación, al ser honesto nos presenta un valor más acertado acerca del verdadero nivel de aprendizaje logrado, con lo cual la evaluación sumativa se vuelve más objetiva.

Basándome en los resultados obtenidos del estudio, considero que los alumnos que realizan proyectos

integradores logran entender mejor cuáles son sus áreas de oportunidad para trabajar sobre ellas y así lograr

los objetivos de aprendizaje del curso además de que al aplicar los conocimientos logran aterrizar y con ello

alcanzan un aprendizaje significativo que aquellos alumnos que no realizan proyectos.

Lo preferible es que los alumnos conozcan anticipadamente las rúbricas con las que serán evaluados, para

que tomen acciones preventivas.


[1] Méndez H., Valenzuela J. (2013) Notas de “Diplomado en herramientas metodológicas para la formación

basada en competencias profesionales” impartido en línea por el ITESM, .

[2] Coll C., Mauri A. & Onruvia, L. (2007). La evaluación de la calidad de los procesos de innovación

docente universitaria. Una perspectiva constructivista. Grupo de Innovación Docente en Psicología de la

Educación (GIDPE) Universidad de Barcelona. Docencia universitaria n. 2. España: Universidad de Murcia (En línea). Disponible en: http://www.um.es/ead/Red_U/1/mauri.pdf

http://www.um.es/ead/Red_U/1/mauri.pdf



233

[3] De Ketele, J. (1984). Observar para educar. Observación y evaluación en la práctica educativa. Madrid:

Visor.

[4] Denyer, M. (2009). Las competencias en la educación Un balance. México: Fondo de cultura económica.

[5] Instrumentos de evaluación por competencias. http://www.scribd.com/doc/17265850/ INSTRUMENTOS-DE-EVALUACION-POR COMPETENCIAS- v-29052009

.

http://www.scribd.com/doc/17265850/



234

Balance de materia y energía de un biodigestor doméstico de la

zona rural de San Juan del Río. Querétaro, México Castañeda-Olivares F., Oaxaca Jiménez H., Arciga Pedraza R., García García R., Cruz Loma L., García Saldaña L.I.

Universidad Tecnológica de San Juan del Río / CONCYTEQ.

Resumen

La producción de biogás ha sido ampliamente estudiada, sin embargo, no se ha implementado de

forma extensiva en las zonas más necesitadas de México. Una de las causas de esto es que los costos todavía no son lo suficientemente accesibles, además de la constancia que se requiere para que trabajen de forma

adecuada. El presente estudio consiste en comparar las proyecciones de producción teóricas de un biodigestor

que opera en condiciones reales, contra la cantidad generada en la realidad. Dicho balance de materia se llevó

a cabo por medio de la medición de la Demanda Química de Oxígeno. Los resultados encontrados demuestran

que la eficiencia en condiciones reales de operación es aproximadamente del 50%, lo que debe de considerarse

como un dato a tomar en cuenta en el diseño de sistemas para el área rural.

Palabras clave: biogás, eficiencia, DQO.

1. Introducción

En el estado de Querétaro cerca del 50% de la población vive con algún tipo de pobreza, alrededor de 20,000 personas viven en pobreza extrema y alimentaria. En el Estado, alrededor del 3.4% es población

indígena, es decir casi 50 000 personas. Además 36 000 personas no disponen de energía eléctrica. Existen

aproximadamente 2400 poblaciones con menos de 5000 habitantes que no tienen acceso a gas LP [1] Esta

realidad sugiere la búsqueda de alternativas energéticas para apoyar el desarrollo de éstas personas en

condiciones precarias.

La importancia del desarrollo de formas eficientes de energías renovables se nota en los proyectos que muchas

instituciones de investigación y universidades han llevado a cabo. Se han publicado múltiples trabajos de

investigación sobre la producción de biogás con biodigestores, considerando las variables que afectan su

desempeño, como son: tipos de biodigestor, sustrato, pH, temperaturas extremas, región geográfica, estación del año, mantenimiento del biodigestor, alimentación adecuada de sustrato, tipos de bacterias utilizadas, etc. Incluso

muchas de éstas investigaciones se basan en condiciones ideales de producción. Dentro de las más representativas

tenemos los trabajos de Botero [2], Chen [3], Gwavuya [4], Martí Herrero [5]., Islas & Manzini [6]., Pérez [7],

Nasir-Tinia [8], Soria Fregoso [9], Suslov & Kushchev [10], Traversi [11], Vallejo [12], Weiland [13], y Xiaohua

[14].

La Universidad Tecnológica de San Juan del Río cuenta con un biodigestor que se encuentra operando desde

hace más de un año en condiciones reales, por lo que ahora se evalúa su desempeño en dichas condiciones. Para

esta investigación, se documenta la eficiencia operativa de éste biodigestor en las condiciones de una comunidad

rural de San Juan del Río, a través de un balance de materia y energía.

Típicamente, la producción de biogás se explica con las reacciones de la digestión anaeróbica de materiales poliméricos (figura 1) [15].



235

Figura 1. Mecanismo de producción de biogás. Los números indican la población bacteriana responsable del proceso:

1: bacterias fermentativas; 2: bacterias acetogénicas que producen hidrógeno; 3: bacterias homoacetogénicas; 4: bacterias metanogénicas hidrogenotróficas; 5: bacterias metanogénicas acetoclásticas.

Este proceso se realiza en un biodigestor perteneciente a la Universidad Tecnológica de San Juan del Río, el

cuál es un biodigestor de bajo costo tipo FAO, que no requieren de sistemas activos de calefacción y/o mecanismos móviles de mezcla. Se considera un biodigestor continuo. Las características de esta tecnología es su

bajo costo de inversión, fácil manejo, poco mantenimiento y su accesibilidad [15].

La implementación de biodigestores familiares puede proveer de energía sustentable para una familia

completa, pero además tiene otras ventajas aparte de la generación de energía renovable, como son:

- El biogás no desprende humo al cocinar, en comparación con la leña.

- Reduce la deforestación al sustituir a la leña para cocinar.

- El fertilizante, llamado biol, se consideraba secundario, pero actualmente se le da la misma o mayor

importancia, ya que es un fertilizante natural que mejora fuertemente el rendimiento de las cosechas.

- Se reduce la contaminación en cultivos por agroquímicos [2].

Como se mencionó anteriormente, los valores tanto de producción como de rendimiento en gas de los estiércoles presentan grandes diferencias. Esto es debido al sinnúmero de factores que pueden intervenir en el

proceso, que hacen difícil la comparación de resultados. Sin embargo, en este estudio pretendemos llevar a cabo

los siguientes objetivos:

- Cuantificar la eficiencia de un biodigestor productor de biogás y biol en condiciones reales de operación.

- Realizar el balance de energía que nos permita comprender los beneficios obtenidos por la producción

de biogás y su uso potencial.

- Comparar las eficiencias teóricas contra las reales y sugerir mejoras al proceso si fuera el caso.

Se ha establecido, mediante visitas periódicas, que las condiciones de operación satisfacen las necesidades

de la familia que tiene en custodia el biodigestor, pero queda la duda de cuál es su eficiencia en esas condiciones.

Por ello llevaremos a cabo el análisis de DQO (Demanda química de oxígeno) para establecer de forma indirecta la eficiencia del sistema. La hipótesis que planteamos es que aún en condiciones no ideales de trabajo el

biodigestor debería de tener mínimo una eficiencia del 80% respecto a las condiciones ideales reportadas.

Para la realización de los balances de materia se usan estimaciones de producción en función de los sustratos

y ciertas condiciones de producción, tal como lo sugiere [17]. Una forma más real de cálculo es con la medición

de la Demanda Química de Oxígeno (DQO), que es un parámetro aproximado, que mide el contenido total de

materia orgánica presente en una muestra líquida. La DQO cuantifica la cantidad de oxígeno necesario para

oxidar la materia orgánica degradable, y se expresa en mg de oxígeno consumido para la oxidación de las

sustancias reductoras presentes en un litro de muestra, (mg O2/ L) [11].



236

2. Antecedentes

La comunidad que se escogió para realizar el proyecto es llamada El Coto. Está localizada a una altura de

2050 msnm. Habitan 1100 habitantes. El 50.14% son adultos. El promedio de años en educación escolar es de 4

años. Las coordenadas de localización son 100.135278° de longitud oeste y la latitud es de 20.394167° norte.

Hay 217 hogares. 200 tienen acceso a la luz eléctrica. Cuenta con una presa perteneciente a la región

hidrológica No. 26 Pánuco, que abastece al sistema de riego de las tierras ejidales, con capacidad de 654,500

metros cúbicos utilizables [1] [16].

Las áreas llanas dedicadas principalmente al cultivo agrícola en sus alrededores, se localizan a una altitud

que ronda los 2000 msnm. El clima es semiseco semicálido, con temperatura media anual cercana a los 17ºC y

precipitaciones concentradas en el verano que suman, en promedio al año, entre 550 y 590 mm.

El biodigestor instalado es el modelo BB6 de la empresa Biobolsa ®. La distancia del biodigestor (Fig. 2) al

quemador (Fig. 3) es de 10 metros (máximo debe ser 50 m). Las medidas de construcción de la zanja son: 8.5 m

de largo, 1.1 m de ancho en la parte superior y 0.7 m de profundidad. La capacidad del biodigestor es de 6 m3. La

relación de alimentación empleada es de excremento de bovino-agua es de 1:3.

Figura 2. Biodigestor BB6

Figura 3. Quemador

3. Materiales y Métodos

Los materiales empleados fueron:

- Biodigestor modelo BB6 de Biobolsa ®. 6 m3.

- Quemador para biogás.

- Material de laboratorio para análisis fisicoquímico de material prima y biol, demanda química de

oxígeno. - Potenciómetro.

- Equipo Khendall.



237

La metodología empleada fue la siguiente:

a) El biodigestor se encuentra trabajando de forma “normal” en la comunidad de El Coto, San Juan del Río.

Bajo las siguientes condiciones:

- Se evaluó en el período de tiempo de julio a septiembre del año 2015, por un tiempo de 90 días.

- La temperatura promedio fue de 20°C. Siendo las máximas de 28°C y las mínimas de 10°C.

- Para una relación de alimentación de estiércol de bovino-agua de 1:3, se recomendaba una cantidad de

sólidos entre 8 y 12%, que fluctúa debido a la alimentación de los alimentos, además de ser temporada

de lluvias. Las muestras analizadas determinaron 17% de sólidos. En estas condiciones se obtiene una

relación de Carbono-Nitrógeno de 25:1, que es una relación adecuada para la producción de biogás.

- Diariamente se tiene que alimentar el biodigestor con 4 cubetas de la mezcla de estiércol-agua, lo que equivale a 75 litros aproximados de mezcla. Con esta alimentación se obtienen de 70 a 75 litros diarios

de biol.

- El tiempo de residencia calculado es de 80 días, lo que habla de un muy buen tiempo de digestión.

b) Se realizaron las técnicas analíticas para caracterizar la alimentación y el biol obtenidos. Se determinó la

materia orgánica, nitrógeno (determinación de nitrógeno total), y pH.

La demanda química de oxígeno se realizó al digerir por 120 min a 150°C un volumen conocido de

muestra a analizar, con dicromato de potasio (K2Cr2O7), en un medio ácido. Permitiendo que la materia

orgánica presente en la muestra se oxide, consumiendo el dicromato de potasio, cuyo valor de absorbancia es

conocido, y generando el ión crómico, el cual posee una absorbancia diferente, y por lo tanto permitirá realizar la medición posterior por determinación colorimétrica (NMX-AA-030-SCFI-2001. Análisis de agua.

Determinación de la demanda química de oxígeno en aguas naturales, residuales y residuales tratadas).

El cambio de valores de la DQO antes y después del proceso de digestión anaerobia puede indicar la

eficiencia del proceso. La DQO al ser un parámetro conservativo, es decir al mantenerse la suma de las DQO de

entrada igual a la suma de las DQO de salida, permite conocer de manera indirecta la cantidad de materia

orgánica degradada y transformada en metano, esto en caso de que exista una buena degradación sin acumulación

en el reactor o producción de otros gases, en otras palabras la DQO permite establecer si el proceso de digestión

anaerobia es eficiente [11].

c) El balance de material se llevó a cabo en el biodigestor, de acuerdo a la figura 4.

Figura 4 Diagrama del espacio de control para el balance de masa

Las muestras de estudio se tomaron cada 30 días hasta completar 3 muestras, los resultados se

promediaron y se calculó su desviación estándar.



238

El balance de material se llevó a cabo según el modelo propuesto por para una estimación teórica del

funcionamiento [5]. El balance de materia será calculado según el modelo propuesto por el Instituto para la

Diversificación y Ahorro de la Energía [18] valores obtenidos de Demanda Química de Oxígeno.

4. Análisis de Resultados

Los resultados del modelo de Martí Herrero [5] se muestran en la tabla 1. Para las condiciones de

operación establecidas

Tabla 6. Producción de Biogás estimada

Factor de sólidos1 0.17

Factor de sólidos

volátiles2

0.77

Carga diaria de estiércol 75 Kg

Vol. Líquido del

biodigestor

6 m3

Sólidos Totales =

(75*0.17)/6 = 2.125

2.125 Kg/m3

Sólidos Volátiles =

(2.125*0.77) = 1.636

1.636 kg/m3/día

Producción de Biogás

(0.436*0.27)= 0.441

0.441 m3biogás/m3vol

Liq/día

PB*VL = 0.441*6 =

2.65

2.65 m3 / 3.18 kg

Tiempo de cocción

aproximado

5.00 Horas

Producción aproximado

de Fertilizante diario

68.0 Litros

1 El estiércol fresco tiene alrededor de un 17% de sólidos totales [5] 2 Los sólidos volátiles representan la parte de los sólidos totales del estiércol que están sujetos a pasar a fase gaseosa. Su valor corresponde aproximadamente -y de forma general- al 77% del sólido total introducido por día

[5]



239

Tabla 7. Caracterización de la alimentación y el biol, obtenido.

Alimentación (%) Biol (%) Desviación estándar

Carbono 7 2 0.05 0.02

Nitrógeno 0.25 0.6 0.01 0.002

pH 6.9 7.2 0.1 0.1

Factor de sólidos 0.0425 0.004 0.001 0.00002

DQO (Kg/L) 0.060 0.001680 0.001 0.00015

Tabla 8. Datos del balance materia

Datos Nomenclatura Unidades Balance1 Balance 2 Balance 3

Entrada F

4.5 4.2 4.4

Salida P

0.11 0.14 0.12

Volumen de Biogás

producido VGas Producido

1.4 1.2 1.3

Densidad del Biogás Ρbiogás

1.2 1.2 1.2

Volumen de reactor VReactor m3 6 6 6

Tabla 9. Pasos y fórmulas para el balance de masa

Cálculo Nomenclatura Fórmula Unidades

Balance de masa F-P-C=0

Consumo de DQO C C=F-P

Velocidad de degradación

de DQO

RDQO

Cantidad de biogás

producida

ṁbiogás

Velocidad de producción

de biogás

Rbiogás

Producción específica de

biogás

Pbiogás



240

Tabla 10. Resultados para la producción específica de biogás.

Cálculo Unidades Balance 1 Balance 2 Balance 3

Consumo de DQO

4.38 4.06 4.28

Velocidad de degradación

de DQO

0.73 0.68 0.71

Cantidad de biogás

producido

1.68 1.44 1.56

Velocidad de producción

de biogás 0.28 0.24 0.26

Producción específica de

biogás.

0.064 0.59 0.061

El balance de energía se calcula como sigue: La materia orgánica, creada durante la fotosíntesis, contiene

energía. De forma resumida:

CO2 + H2O + Energía solar → CH2O + O2

(-394 kJ) + (-237 kJ) + (ΔGf/mol) → (-153 kJ) + 0 kJ

ΔGf = 478 kJ・mol-1 con pH = 7.

La degradación de la materia orgánica en biogás puede cuantificarse como sigue:

CH2O → 0,5 CH4 + 0,5 CO2

(-153 kJ) → 0,5・(-51 kJ) + 0,5・(-394 kJ)

ΔGf = -70 kJ・mol-1

Observamos que 478 kJ・mol-1 de carbono pueden ser ganados como energía libre por la degradación de 1 kmol

de glucosa a CO2 y H2O, mientras que la combustión de 0,5 kmol de CH4 resulta en -408 kJ・mol-1. Así, la energía

contenida en la glucosa permanece en un 85% aproximadamente durante la producción de metano. 1.44 kg de

biogás *(478KJ/mol)(0.5 de concentración de metano)(1 mol/16 kg)= 21.51 KJ/diarios obtenidos por la

combustión del biogás [19]

5. Conclusiones

El biodigestor perteneciente a la Universidad Tecnológica de San Juan del Río fue usado para medir su

eficiencia tanto teórica como práctica, con algunos datos de operación y se obtuvo un resultado de 3.18 kg diarios

de biogás producidos. Una vez que se estableció el resultado usando la demanda química de oxígeno, se encontró

una eficiencia contra el valor teórico de entre 49 al 52%, lo que nos indica un resultado cercano a la mitad de los

valores esperados.



241

La demanda química de oxígeno se disminuyó por un factor de 40 veces lo cual puede ser explicado por el

tiempo de retención hidráulica que es de 80 días. La energía generada por el biodigestor está siendo usada para la

cocción de alimentos, cubriendo aproximadamente un 70% de las necesidades de la familia de cinco integrantes

que la usan. Los principales problemas que tienen con su uso son la temporada de lluvias, ya que eso dificulta la

recolección de la materia prima. Además se junta con la siembra y cosecha de maíz y reconocen que en ocasiones

no agitan el biodigestor o no lo alimentan con la frecuencia requerida eso se nota en la eficiencia, ya que no se

logró arriba del 80% que se esperaba de forma teórica.

Cabe hacer notar que difícilmente cualquier biodigestor que se instale en una zona rural, podrá tener las

condiciones ideales de operación por lo que es factible esperar rendimientos menores a lo ideal.


[1] http://www.inegi.org.mx/ Consultada el 3 de Agosto de 2015. [2] Botero, B.M. y Thomas, R.P. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y

fertilizante a partir de excretas. Manual para su instalación, operación y utilización. Centro Internacional de

Agricultura Tropical. Cali, Colombia.

[3] Chen Y. 2010. Household biogás use in rural China: a study of opportunities and constraints. Renewable

and Sustainable Energy Reviews. 14:1. Pag. 545-549.

[4] Gwavuya, S.G. y col. 2012. Household energy economics in rural Ethiopia: A cost-benefit analysis of biogás

energy. Renewable Energy. 48. Vol. 202-209.

[5] Martí Herrero. J. 2008. Biodigestores Familiares Guía de diseño y manual de instalación. GTZ-Energía.

Bolivia.

[6] Islas, J. Manzini, F. 2007. A prospective study of bioenergy use in Mexico. Energy. (Elsevier). 32:12. Pag.

2306-2320.

[7] Pérez, I. y col. 2014. Technical, economic and environmental assessment of household biogás digesters for rural communities. Renewable Energy. 62. Pag. 313-318.

[8] Nasir, I. M., Ghazi, T. I. M., & Omar, R. 2012. Production of biogás from solid organic wastes through

anaerobic digestion: a review. Applied microbiology and biotechnology, 95(2), 321-329.

[9] Soria Fregoso, Manuel de Jesús y colaboradores. 2001. Producción de Biofertilizantes mediante biodigestión

de excreta líquida de cerdo. Terra Latinoamericana. Universidad Autónoma de Chapingo, México. Vol. 19.

Número 004. Pág. 353-362.

[10] Suslov, D.Y. Kushchev, L.A. 2010. Biogás Technology – A contemporary method for processing organic

wastes. Chemical and Petroleum Engineering. 46:5. Pag. 5-6.

[11] Traversi, D, et al. 2013. Enviromental Advances Due to the Integration of Food Industries and Anaerobic

Digestion for Biogás Production:Perspectives of the Italian Milk and Dairy Product Sector. Bioenerg. Res. 6.

Pag. 851-863. [12] Vallejo Patiño, W. 2008. Estudio de viabilidad para el aprovechamiento del biogás, producido en el sitio de

disposición final de Navarro, bajo los mecanismos establecidos en el protocolo de Kyoto 2008. Universidad

Santiago de Cali. Gerencia Ambiental y desarrollo sostenible empresarial.

[13] Weiland, P. 2010. Biogás production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol. 85. Pag.

849-860.

[14] Xiaohua, W. 2007. The influence of using biogás digesters on family energy consumption and its economic

benefit in rural areas—comparative study between Lianshui and Guichi in China. Renewable and Sustainable

Energy Reviews. 11:5. Pag. 1018-1024.

[15] Manual de Biogás. 2011. Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Organización de las Naciones

Unidas para la Alimentación y la Agricultura. Global Environment Facility. Ministerio de Energía de Chile.

FAO. Roma. Italia.

[16] http://www.conagua.gob.mx/bancos del agua/ Consultada el 3 de Agosto de 2015.

[17] Gutiérrez García, G de J., I. Moncada Fernández, M.M. Meza Montenegro, A. Félix Fuentes, J.J. Balderas

Cortés y P. Gortéres Moroyoqui (2012), Biogás: Una alternative ecológica para la producción de energía.

Ide@s CONCYTEG, 7(85), pp. 881-894. ISSN: 2007-2716.



242

[18] Biomasa, V. I. (2007). Digestores anaerobios. IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la

Energía), ELABORACIÓN TÉCNICA BESEL, SA (Departamento de Energía ISBN-13: 978-84-96680-21-0.

Madrid 2007.

[19] Dennis, A., & Burke, P. E. (2001). Dairy waste anaerobic digestion handbook. Environmental Energy

Company, 6007, 20.



243

Ahorro de energía eléctrica para iluminación en aulas de la UTBB Dibene Arriola Luis Martín, Messina López Víctor, Mejía Amezcua Miguel Ángel.

Universidad Tecnológica de Bahía de Banderas – Bulevar Nuevo Vallarta No. 65, Nuevo Vallarta, Nayarit, C.P.

63732.

Resumen:

En el aula DI-204 del edificio de Docencia I de la Universidad Tecnológica de Bahía de Banderas (UTBB) se

instalaron lámparas LED en U de 18 W, para sustituir a las fluorescentes en U de 32 W que estaban instaladas

en ella. Se realizó la con la NOM-025-STPS-1999. Se le asigna al aula con LED un grupo de alumnos para ver

sus efectos en el mismo. Asimismo se realiza una prueba de 24 horas continuas en ambas aulas y en paralelo

para comparar tanto el consumo eléctrico como los efectos en la calidad de la energía para ambas aulas. También se realizaron acciones correctivas en el aula con LED que permitieron ajustar los niveles de

iluminación y sus efectos en los alumnos. Finalmente con los resultados obtenidos se proyectan los consumos y

probables ahorros si se cambia la tecnología de fluorescente a LED para adecuarla en aulas de la UTBB.

evaluación de los niveles de iluminación tanto en el aula DI-204 con LED como en el aula DI-205 con

iluminación fluorescente que sirvió como testigo. Esto se hace con un luxómetro calibrado y en diversos horarios

para ver si tanto el sistema de iluminación fluorescente como el de LED cumplen

Palabras claves: Iluminación, ahorro, NOM, fluorescente, LED.

1. Introducción

La luz artificial es aquella que proviene de lámparas, proyectores o reflectores de luz, flashes y otros objetos

luminosos y tiene como principal finalidad facilitar la visualización para realizar el trabajo en condiciones

aceptables de eficacia, comodidad y seguridad. Una mala iluminación puede generar una sensación generalizada

de cansancio visual [1].

El nivel mínimo de iluminación recomendado para las aulas es de 300 luxes (300 lm/m2) [2] y el

procedimiento para hacer la evaluación consiste en primero hacer un reconocimiento para determinar las áreas

que cuenten con deficiente iluminación o que presenten deslumbramiento. Este reconocimiento incluye reportes

con plano de distribución de áreas y luminarias y recorrido por las áreas de estudio y su evaluación. Para evaluar los niveles de iluminación y determinar el factor de reflexión se deben comparar las mediciones con los niveles

máximos permisibles del factor de reflexión de la tabla 2. Una vez seleccionado el sitio, se deben encender las

lámparas con al menos 20 minutos de antelación, con todo operando normalmente, dividiendo el área de trabajo

en zonas del mismo tamaño de acuerdo a un Índice de área, con al menos una medición en cada plano de trabajo,

colocando el luxómetro tan cerca como sea posible del plano de trabajo, y tomando precauciones para no

proyectar sombras ni reflejar luz adicional sobre el luxómetro [3].

El utilizar lámparas LED en U de 18 W cada una permite ahorrar hasta casi 80% en energía eléctrica respecto a

las fluorescentes de 32 W cada una, cumpliendo con las normas respectivas y sin causar incomodidad a los

alumnos, lo que permite cumplir lo especificado por la SENER [4]


244

2. Desarrollo y fundamentos

El procedimiento seguido fue el siguiente:

1. Se definió un aula para sustituirle sus lámparas fluorescentes por LED.

2. En el aula DI-204 se realizó el cambio de 16 lámparas fluorescentes por 16 LED.

3. Se midieron, con un luxómetro calibrado, los niveles de iluminación tanto del aula con LED como de

otra aula (DI-205, sin cambios, llamada testigo) para comprobar si cumplen con la Norma Oficial

Mexicana correspondiente.

4. Se monitoreo a los grupos asignados al aula DI-204 durante dos meses para conocer si las nuevas

lámparas les causan molestias.

5. En el aula DI-204 se ajustó el acomodo y número de lámparas LED de 16 a 8, para corregir los

problemas detectados y a la vez cumplir con la NOM correspondiente.

6. Se realizó una prueba en paralelo por 24 horas continuas de los consumos eléctricos tanto del aula DI-204 como del aula DI-205.

7. Se proyectaron los cambios para toda la UTBB y los posibles ahorros a obtenerse. Ello implicó realizar

un inventario de todas las lámparas de la UTBB.

8. Se analizaron los resultados para sacar conclusiones.

La eficacia luminosa se refiere a la capacidad que tiene una fuente de luz para transformar la energía eléctrica

consumida en luz visible, y si se lograra fabricar una lámpara que transformara sin pérdidas toda la potencia

eléctrica consumida en luz a una longitud de onda de 555 nm, esta lámpara tendría el mayor rendimiento posible,

cuyo valor sería de 683 lm/W [5]. Por otro lado, la apariencia general del color de la luz generada por una fuente

luminosa se denomina temperatura de color o cromaticidad y se mide en grados Kelvin (K). Esta temperatura de

color influye en el comportamiento y estado de ánimo de las personas y en la siguiente tabla se muestra esto [6]:

Tabla 1. Aplicaciones iluminación

TEMPERATURA

DE COLOR

K APLICACIONES

RECOMENDADAS

Blanco Neutro 3500-

4000

Oficinas, escuelas,

negocios

Blanco Frío 4001-

5000

Universidades,

hospitales

Blanco Luz de

Día

5001-

6500

Universidades,

hospitales

3. Resultados

Con relación al punto 1 del procedimiento, en el mes de enero del 2015 se inició con la selección del aula a la

cual se le hizo el cambio de lámparas fluorescentes por lámparas LED. El aula elegida fue la DI-204 que

correspondió al grupo 5°A de TSU en Energías Renovables, en la planta alta del edificio de Docencia I (DI), con

un horario de 07:00 a 14:30 horas y 8°A de ingeniería en Energías Renovables con un horario de 17:00 a 22:00

hr.

Asimismo, respecto al punto 2, en febrero del 2015 se realizó la sustitución de las 16 lámparas fluorescentes

por 16 lámparas LED en U (especificaciones en el anexo 1), las cuales no requieren balastro. Se utilizó el mismo

cableado anterior y solo se usó cinta aislante como material extra. De las 16 lámparas fluorescentes, 12 estaban

buenas y 4 en mal estado. Asimismo, de los 8 balastros, 5 estaban bien y 3 mal. Esas lámparas y balastros buenos

sirvieron para utilizarlos en otras aulas con un ahorro económico en ese rubro. Durante febrero y marzo se

monitoreo al grupo diariamente para conocer su opinión respecto a la nueva iluminación.


245

Con relación al punto 3, y de acuerdo con la NOM-025-STPS-1999, el método de medición consistió en lo

siguiente: Primero se ubican los puntos a medir con el Luxómetro. Para ello, se debe dividir el área de trabajo en

zonas del mismo tamaño de acuerdo a un índice de área ( ) el cual se calcula de la siguiente manera:

(1)

Dónde:

Dimensiones del área (largo y ancho en metros)

Altura de la luminaria respecto al plano de trabajo, en metros.

Una vez obtenido ese índice, se aplica la tabla 2 siguiente:

Tabla 2. Relación entre el índice de área

y el número de zonas de medición

Índice de

área

Número

mínimo de

zonas a evaluar

Número de zonas

a considerar por la

limitación

4 6

9 12

16 20

25 30

Para el caso de los salones del edificio de Docencia I (DI) de la UTBB las aulas tienen 8.6 x 4.57 metros y la

altura del plafón al suelo es de 2.50 m y del plafond al plano de trabajo es de 1.70 metros. En pasillos o escaleras,

el plano de trabajo por evaluar debe ser en un plano horizontal a 75 cm ± 10 cm, sobre el nivel del piso,

realizando mediciones en los puntos medios entre luminarias contiguas y colocando el luxómetro tan cerca como

sea posible del plano de trabajo sin proyectar sombras ni reflejar luz adicional sobre el luxómetro. Para las aulas

en estudio:

(1)

Por lo que el número de zonas a considerar es de 12. Asimismo, para evaluar los niveles máximos permisibles

del factor de reflexión el número de puntos de medición será el mismo que se calculó con antelación.

Posteriormente se efectúa una primera medición (E1), con la fotocelda del luxómetro colocada de cara a la

superficie, a una distancia de 10 cm ± 2 cm, hasta que la lectura permanezca constante y la segunda medición

(E2), se realiza con la fotocelda orientada en sentido contrario y apoyada en la superficie, con el fin de medir la

radiación incidente.

El factor de reflexión de la superficie (Kf) se determina con la siguiente ecuación:

(2)

Una vez determinado el factor mencionado, se compara con los valores mostrados en la tabla 3 siguiente,

considerando que existe deslumbramiento si Kf supera los valores establecidos en esta tabla:


246

Tabla 3. Niveles máximos permisibles

del factor de reflexión

Concepto Niveles máximos permisibles

de reflexión

Techos 90%

Paredes 60%

Plano de trabajo 50%

Suelos 50%

A continuación, en la figura 1 se presenta un croquis del aula DI, en el cual se especifican los puntos donde

se tomaron las mediciones:

Figura 1. Croquis del aula DI-204, indicando los puntos de medición con el luxómetro calibrado modelo LT-YK10LX.

De acuerdo con la NOM-025-STPS-1999, el luxómetro debe contar con:

a) Detector para medir iluminación;

b) Corrección cosenoidal;

c) Corrección de color, detector con una desviación máxima de ± 5% respecto a la respuesta

espectral fotópica;

d) Exactitud de ± 5% y ajustarse al inicio y durante la evaluación de acuerdo al manual del

fabricante y estar calibrado y contar con un documento de calibración vigente, de acuerdo con

la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.

Mismas que cumple el Luxómetro utilizado. Lo que siguió fue hacer las mediciones de acuerdo a la jornada

de trabajo, que en este caso es mañana tarde y noche; por lo que se considera que con mediciones a las 07:00 am,

14:00 pm y 20:00 pm con al menos una hora de calentamiento previo. Se tomaron mediciones de acuerdo a la

metodología, y los valores encontrados para las 20:00 horas se muestran en la tablas 4 siguiente:

Tabla 4. Niveles de iluminación y reflexión

para el aula testigo y el aula de prueba

P1 550/100 P4 576/145 P7 578/132 P10 584/126

P2 536/130 P5 502/165 P8 600/149 P11 539/112

P3 525/174 P6 529/158 P9 507/122 P12 527/125


247

P1 570/120 P4 514/165 P7 532/182 P10 524/172

P2 546/140 P5 523/172 P8 514/163 P11 523/163

P3 528/194 P6 516/178 P9 502/157 P12 528/155

Los valores mostrados están dentro de norma y son los menores de los 3 horarios. Con relación al punto 4 del

procedimiento, se encontró que a la semana de estar monitoreando al grupo 5° A TSU ER, ellos solo usaban la

mitad de las luminarias debido a que manifestaron incomodidad por deslumbramiento. Por lo anterior, y de

acuerdo al punto 5 del procedimiento, se decide quitar una lámpara LED a cada luminaria, reacomodando la ubicación de las mismas y con esto resolviendo la queja del grupo. Debido a lo anterior, se vuelven a tomar

mediciones de esta aula encontrándose los valores de la tabla 5 siguiente:

Tabla 5. Mediciones en el aula DI-204

P1 315/75 P4 278/74 P7 255/71 P10 268/70

P2 366/97 P5 356/87 P8 328/87 P11 364/92

P3 378/86 P6 331/73 P9 350/92 P12 342/77

Se observa que a las 9 de la noche 3 de los 12 puntos de medición (que están en rojo) se salen de la norma, pero son los que están cerca del pizarrón que es de vidrio y refleja la luz, por lo que favorece la clase y además

los alumnos del 9°A de Ingeniería en energías renovables manifiestan sentirse bien con estos niveles de

iluminación, pues su área de trabajo si cae dentro de los niveles de norma.

Con relación al punto 6 del procedimiento, prueba en paralelo por 24 horas continuas de los consumos

eléctricos del aula DI-204 con LED y del aula testigo, DI-205, con lámparas fluorescentes en U de 32 W. algunos

de los resultados se muestran en las imágenes 1 a 3 siguientes:

Resumen de mediciones en aula DI-204 con 8 lámparas LEDs en U de 18W c/u VS aula DI-205 con 16 lámparas

fluorescentes de 32 W c/u:

Resumen de mediciones en aula DI-204 con 8 lámparas LEDs en U de 18W c/u VS aula DI-205 con 16 lámparas

fluorescentes de 32 W c/u:

Figura 2. Resumen de mediciones en las aulas DI-204 y DI-205, respectivamente.


248

Comportamiento Diferencia de Potencial (V) contra Potencia Reactiva Integrada (kvarh) aulas DI-204 y DI-205:

Comportamiento Diferencia de Potencial (V) contra Potencia Reactiva Integrada (kvarh) aulas DI-204 y DI-205:

Figura 3. Comportamiento del voltaje (V, rojo)

contra Potencia Reactiva Integrada (kVArh, violeta) para las aulas DI-204 y DI-205.

Potencia reactiva contra corriente aulas DI-204 y DI-205:

Potencia reactiva contra corriente aulas DI-204 y DI-205:

Figura 4. Comportamiento de la Potencia

Reactiva (kVAr, rojo) contra la Corriente (A, café) para las aulas DI-204 y DI-205

Con relación al punto 7 del procedimiento, del inventario de luminarias de la UTBB se encontró que la misma

cuenta con 1804 lámparas fluorescentes en U de 32 W cada una, más otros tipos de lámparas como lámparas

fluorescentes compactas de 13W cada una y tubos fluorescentes rectos de diversos consumos. Si solo se


249

cambiaran las lámparas de los salones y pasillos de los edificios de Docencia I (DI) y Docencia II (DII) se

tendrían en total 966 lámparas fluorescentes en 483 luminarias por cambiar. Los cálculos se muestran en la tabla 6.

FB32T8 IL-TU-G13-18W-U

Cantidad 966 483

Horas uso al año 3900 3900

Años de vida útil 6 13

Horas máximas de vida 24000 50000

Sustituciones c/10 años 1.67 0.77

Costo balastro $165.89 $0.00

Costo lámpara $78.00 $650.00

Costo por sustitución $259638.40 $313950.00

Costo por

demanda facturable

$66584.45 $18726.88

Costo anual por energía $151299.60 $42553.00

Tabla 6. Cálculos proyección UTBB

Y el tiempo de amortización se muestra en la gráfica siguiente:

Figura 5. Tiempo amortización para

Sustitución por LED iluminación en

Aulas UTBB


250

Es decir, se amortizan en un año y medio.

4. Conclusiones

Con relación al punto 8 del procedimiento; análisis de resultados, se puede ver que:

1. De acuerdo a la tablas 3, tanto el aula con 16 lámparas fluorescentes en U de 32 W cada una, como la de

16 lámparas LED en U de 18 W cada una; se pasan con mucho de los niveles de iluminación mínimos

especificados en la NOM-025-STPS-1999, la cual pide al menos 300 luxes para el área de trabajo de un

aula.

2. También se puede observar que a la semana de estar monitoreando al grupo 5° A TSU ER, ellos solo

usaban la mitad de las luminarias LED debido a que manifestaron incomodidad por deslumbramiento.

Por lo anterior, y de acuerdo al punto 5 del procedimiento, se decide quitar una lámpara LED a cada

luminaria, reacomodando la ubicación de las mismas y con esto resolviendo la queja del grupo. Los

niveles de iluminación en Luxes se observan en la tabla 4, donde se ve que la mayoría cumplen con la

norma y los alumnos manifestaron que el nivel de iluminación era adecuado, no obstante ser estas lámparas LED de luz fría.

3. Con relación al experimento de medir el comportamiento del consumo y los efectos eléctricos de las dos

aulas en una prueba de 24 horas, se puede observar (de acuerdo a la imagen 1), que la Potencia Activa

promedio del período medido fue de 0.1114 kW contra los 0.5216 kW, es decir un ahorro de 78.65 %.

Asimismo, el Factor de Potencia fue de 93.78% en el aula con LED contra el 97.82% en el aula con

lámparas fluorescentes y además con mayores variaciones

4. También se observa en las imágenes 2 y 3 que las lámparas LED tuvieron mayores efectos

(interferencias) que las fluorescentes con respecto a la calidad de la energía.

5. Se aprecia en la gráfica 1 que el tiempo de amortización para cambiar las 966 lámparas fluorescentes en

U de 32 W cada una por 483 lámparas de LED en U de 18 W cada una es menor a 2 años, por lo que es muy atractivo el cambio, sobre todo si se considera una vida útil de 13 años.


E. E. Garcia Alcolea y A. R. Alcolea Sotelo, «Iluminación y salud visual,» Medicentro, pp. 1-5, 2009.

G. Balderas Orozco, M. Hipólito Chamú y J. A. López Fernández, Iluminación eficiente para aulas y oficinas de

la facultad de contaduría, México DF: UNAM, 2012.

Secretaría del Trabajo y Previsión Social, «Condiciones de iluminación en los centros de trabajo,» Diario oficial

de la federación, México, DF, 2009.

Secretaría de Energía, Eficiencia Energética en Sistemas de Alumnbrado en Edificios No Residenciales, México

DF: Diario oficial de la Federación, 2005.

Indalux Iluminación Técnica S.L., Manual de Luminotecnia Indalux, Madrid España: Indalux, 2002.

Phillips Ligthing de México, Catálogo general de lámparas 2010, México: Phillips, 2010.



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Conclusiones

Al final del congreso se tuvieron las siguientes cifras

Se impartieron 7 Conferencias Magistrales a lo largo de los 3 días que tuvo duración el congreso, 10 Conferencias

Técnicas, se dieron a conocer 30 Artículos hechos por 8

diferentes universidades, centros de investigación y empresas del país, se impartieron 13 Talleres, además de la

Expoindustrial donde se llevaron 4 Conferencias de Índole

Industrial y junto con todas estas actividades de carácter educativo también se llevaron a cabo diferentes actividades

culturales en donde algunas de estas actividades quedaron a

cargo de los alumnos de la Universidad Tecnológica de San Juan del Río. Se tuvo una asistencia de 1800 participantes.

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