ÍNDICE - Benemérita Universidad Autónoma de Pueblacmas.siu.buap.mx/portal_pprd/work/sites/ingenieria/... · en el centro de la ciudad de México. El Dr. Leonar-do Zeevaert en 1949,

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ÍNDICE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS 3 Subsidencia por extracción de agua subterránea

Gabriel Jiménez Suárez, Margarita Teutli León, Ana Elena Posada Sánchez, Joaquín Lozano Mercado

11 Análisis del comportamiento de estructuras semirrígidasJoaquín Lozano Mercado, Germán Antonio Coeto Valdibia, Gabriel Jiménez Suárez

17 Síntesis de nanocristales del grupo III-VMartha Patricia González-Araóz, J. F. Sánchez-Ramírez

23 Control por aislamiento activo de un sistema dinámico sometido a vibraciones mecánicas de baja frecuenciaJorge Arturo Hernández Zárate

29 Motor de combustión externa, con baja diferencia de temperaturaTomás Fernández Gómez

ARTÍCULOS DE DIFUSIÓN ACADÉMICA33 Elementofinitoaplicadoalaestática,unaalternativapara

el análisis de la ingeniería aplicadaCarlos R. Ibáñez Juárez

39 Teoría de grafos aplicada al cálculo de fórmulas molecularesM. Ramírez, I. Ochoa

43 Determinación de constantes para errores geodésicos de posicionamientoMáximo Ávila Cruz, José Abraham Torres Méndez

49 Sistema de información interactivo aplicado a tutoríasJosé Rafael Mendoza Vázquez, Irma Delia Rojas Cuevas, Ma. Griselda Ramírez Lavalle, Carolina Y. Castañeda Roldan

ARTÍCULOS DE CORTE PROSPECTIVO 55 Apuntes para entender las nuevas demandas sociales en

ingenieríaFiliberto Candia García, Víctor Galindo López, Janette Yonemoto Martínez

ABRIL-SEPTIEMBRE 2013, AÑO 8, NO. 18

DIRECTORIO

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

MTRO. JOSÉ ALFONSO ESPARZA ORTIZRECTOR

DR. JOSÉ IGNACIO MORALES HERNÁNDEZSECRETARIO GENERAL

MTRO. JAIME VÁZQUEZ LÓPEZ VICERRECTOR DE DOCENCIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

M.I. EDGAR IRAM VILLAGRÁN ARROYODIRECTORM.I. ANA ELENA POSADA SÁNCHEZSECRETARIA ACADÉMICAM.I. FERNANDO D. LAZCANO HERNÁNDEZSECRETARIO ADMINISTRATIVODR. GABRIEL JIMÉNEZ SUÁREZSECRETARIO DE INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS DE POSGRADO Y DIRECTOR DE LA REVISTA

REVISTA “INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA FACULTAD DE INGENIERÍA BUAP”

DR. FILIBERTO CANDIA GARCÍAEDITOR RESPONSABLELDF. INGRID LÓPEZ GUAJARDODIFUSIÓN Y COMUNICACIÓN

CONSEJO EDITORIAL

M.I. ANTONIO MACÍAS CERVANTESINSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLADR. TOMÁS FERNÁNDEZ GÓMEZINSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABADR. MICKAEL PORTERCINVESTAV IPN, QTO.M. EN C. VÍCTOR GALINDO LÓPEZCOORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICAMTRO. JOSÉ DE LA LUZ RAMÍREZ MENDOZACOORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA DE TOPOGRÁFICA Y GEODÉSICADR. JORGE ARTURO HERNÁNDEZ ZÁRATEINSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZMTRA. GELSOMINA GUADALUPE QUE CANDIAJEFA DEL ÁREA DE EVALUACIÓN INSTITUCIONAL, UADY

IMAGEN EN PORTADACONDICIONES HIDROGEOMECÁNICAS EN LA VECINDAD DE POZOS DE EXTRACCIÓNFIGURA DEL ARTÍCULO: SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEADR. GABRIEL JIMÉNEZ SUÁREZM.I ANA ELENA POSADA SÁNCHEZDRA. MARGARITA TEUTLI LEÓNDR. JOAQUÍN LOZANO MERCADOILUSTRACIÓN DIGITAL: INGRID LÓPEZ GUAJARDO

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INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA FACULTAD DE INGENIERÍA BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA, Año 8, No. 18, Abril de 2013 a Septiembre de 2013, es una publicación semestral editada por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, con domici-lio en 4 sur 104, Col. Centro, C.P. 72000, Puebla Pue., y distribuida a través de la Facultad de Ingeniería, con domicilio en Blvd. Valsequillo esq. Av. San Claudio s/n, Edif. 108-C Ciudad Universitaria BUAP, Col. San Manuel, C.P. 72570, Puebla Pue., Tel. (52) (222) 229 5500 ext. 7618, www.ingenieria.buap.mx, Editor Responsable Dr. Filiberto Candia García, [email protected]. Reserva de Derechos al uso exclusivo 04-2008-022718142400-102. ISSN: 2007-1876, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Con Número de Certificado de Licitud de Título y Licitud de Contenido: 14935, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilus-tradas de la Secretaría de Gobernación. Impresa en Talleres Gráficos. Intra Comunicación. Calle 14 Oriente No. 2803-A. Col: Humboldt. C.P. 72370 Puebla, Pue. Tel. 01(222) 296 3953, éste número se terminó de imprimir en Abril de 2013 con un tiraje de 3000 ejemplares.Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación.Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA FACULTAD DE INGENIERÍA BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA es una publica-ción semestral arbitrada de divulgación científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, dirigida a profesionistas, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de ingeniería.

EDITORIALEn concordancia con los trabajos realizados por la ANFEI en su libro “Ingeniería México 2030: Escenarios de Futuro, (ANFEI, 2010)”. La Facultad de Ingeniería (FI) ha tomado el compromiso de fomentar la creatividad y “proyectar el ingenio” de sus integrantes.

Para ello promueve en la Revista de Ingeniería y Tecnología de la Facultad de Inge-niería de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (RITFIBUAP), la difusión y divulgación del conocimiento científico de las áreas de la Ingeniería.

Asimismo incluye artículos de origen prospectivo (en el número 16 con “Evaluación del aprendizaje por competencias en un programa educativo de ingeniería” y en el número 17 con “Infraestructura y vehículo urbano para el nuevo milenio, aplicación de la ingeniería de tránsito y transporte”), para motivar la participación en publica-ciones de los estudiantes y académicos a través de estos documentos que son sui-géneris en el formato de una revista científica. Como complemento a este formato editorial se incluye un espacio de divulgación para la comunidad de la FI en sus modalidades de Licenciatura y Posgrado, donde se resaltan los trabajos realizados al interior de la Unidad Académica (UA) y que han involucrado a docentes, alumnos y gestores a profundizar sobre los temas de ingeniería aplicada, esta sección ha ini-ciado con “Observación del tránsito aparente de Venus por el disco solar” (publicada en el número 17).

Siendo una UA dinámica y propositiva en su quehacer, pero con un bagaje cientí-fico, académico y prospectivo, las actividades de difusión y divulgación científicas y académicas permiten dar alternativas de solución a las necesidades de difusión del conocimiento de la sociedad en el ámbito de la ingeniería y tecnología, contribu-yendo sólidamente con la formación de los estudiantes para alcanzar los futuribles establecidos por la ANFEI para el perfil del ingeniero al año 2030:

“un ingeniero es una persona altamente capacitada,comprometida social-mente, competitiva, internacional, emprendedora y nacionalista que trabaja y participa en un ambiente tecnológico, innovador y que desarrolla productos nuevos para mejorar la calidad de vida de la sociedad. Un ingeniero que cons-truye una infraestructura pública y sea apoyado por políticas públicas guber-namentales que favorezcan la expansión del conocimiento y sus aplicaciones tecnoproductivas(ANFEI, 2010)”.

4 Abril - Septiembre 2013, Año 8, No. 18

Las zonas en que ocurre la subsidencia están for-madas por una sucesión de acuíferos y acuitardos, Los acuíferos están formados por gravas y arenas permeables de baja compresibilidad, los acuitardos están formados por arcillas y limos compresibles de baja permeabilidad.

Figura 1. Cuenca sedimentaria en donde ocurre la subsidencia.

2.2. Pozo de bombeo

En un acuífero, después de cierto tiempo de bombeo, la superficie del agua adopta la forma de un cono, cuyo centro es el pozo, denominado cono de abatimiento, el cual produce un gradiente hidráulico que facilita el flujo de agua hacia el pozo. El radio de influencia del cono de abatimiento es de 500-1000 m, esta magnitud depende de la permeabilidad del material, volumen de recarga y caudal de bombeo. La profundidad máxima media de los pozos es del orden de 250-350 m.

El radio de influencia de un pozo se estima por medio de la ecuación 1:

RSTt= (1)

Donde:

R= radio de influencia del pozoT= Kb Transmisibilidad del acuífero, K permeabi-

lidad, b espesor saturado del acuífero.t = tiempo de bombeoS = coeficiente de almacenamiento del acuífero

Cuando el caudal de extracción de agua es igual al caudal de recarga que el acuífero puede propor-cionar al pozo, el cono de abatimiento permanece estacionario, y la profundidad alcanzada por el agua se denomina nivel dinámico, cuando el volumen de extracción es mayor que la recarga el cono de aba-

de agua subterránea es para la agricultura, el resto es para la industria y otros usos, (Conagua, 2008).

La subsidencia en México se presenta en ciuda-des como Aguascalientes, Querétaro, Celaya, Irapua-to, Ameca Jalisco, San Luis Potosí, Morelia, México D.F., todas localizadas en el altiplano mexicano.

En la ciudad de Irapuato, en el estado de Gua-najuato, se tienen identificados hasta 15 sistemas de grietas, con una extensión lineal total de más de 25 km, (Rodríguez-Castillo, 2006). En la ciudad de Aguascalientes, se tiene registrado un total de 105 km de grietas (Llamas, 2007).

En la ciudad de México nivelaciones realizadas en los años 1891-1895 registran asentamientos de 5 cm/año, en los años 1936-1944 se perforaron 93 pozos profundos que incrementaron el asentamiento en el centro de la ciudad de México. El Dr. Leonar-do Zeevaert en 1949, registró velocidades de asen-tamiento de 35 cm/año en el centro de la ciudad de México. Posteriormente en 1960, se tomaron medi-das para reducir la extracción de agua clausurando pozos en el centro de la ciudad y hubo una correspon-diente reducción del asentamiento (Zeevaert 1983).

La subsidencia es un problema que se presenta en varias partes el mundo tanto en el medio urbano como en campos agrícolas, Shanghai, China (Chai, 2004); Tokyo, Japón (Konagai, 2011); Valle de San Joaquín California, E.U. (Lofgren, 1969).

2 GEOLOGÍA DE LAS ZONAS SUJETAS A SUBSIDENCIA

La subsidencia ocurre en cuencas costeras e inter-montañas, que estén rellenas por sedimentos clásticos permeables y blandos compresibles, en los que existe agua subterránea en cantidades suficientes para su ex-plotación. La extensión de las cuencas sedimentarias es del orden de miles de km2, y sus profundidades lle-gan alcanzar aproximadamente 1500-2000 m. En un área tan grande como la mencionada, existen estruc-turas geológicas como pliegues, fallas, fracturas, ríos, lagunas, intrusiones, actividad volcánica, y de todas ellas se encuentran influencia en el entorno geológico.

2.1. Marco hidrogeológico

La subsidencia se presenta en sistemas acuíferos en los que ha declinado el nivel del agua subterránea por extraer volúmenes de agua mayores a la recarga na-tural, otra de las causas que intensifica la caída del nivel potenciométrico son las sequías estacionales o de periodo largo que abarcan años.

G. Jiménez Suárez et al: Subsidencia por extracción de agua subterránea


La compresibilidad generada por el desplaza-miento de las partículas minerales hacia posiciones más estables produce deformaciones inelásticas. Es decir cuando se remueve el esfuerzo el suelo no recu-pera totalmente su forma original.

Si se presenta una recuperación del nivel del agua disminuyen los esfuerzos efectivos y se presenta una expansión del medio poroso, pero no de la misma magnitud que la reducción de volumen, es decir la subsidencia no es un proceso perfectamente elástico, sino que los diferentes estratos pueden presentar dis-tintas características esfuerzo-deformación-tiempo tal como elástico, elasto-plástico, visco-elasto-plás-tico en diferentes localizaciones del cono de abati-miento (Xiaoqing et al, 2012), incluso el mismo acuí-fero en el mismo sitio en diferentes periodos puede presentar diferentes características esfuerzo-defor-mación-tiempo (Yun et al, 2012).

El que la subsidencia no sea una deformación elástica del acuífero y acuitardos tiene importancia por dos aspectos:

a) La deformación en la superficie no se recupera.b) El volumen almacenado de agua en el acuífero

es menor, al volumen almacenado antes de la subsidencia.

La teoría de la consolidación unidimensional de Terzaghi (1943), explica parcialmente la subsiden-cia por extracción de agua, pero esta teoría explica la consolidación para condiciones de esfuerzo y de flujo de agua distintas a las que tienen lugar en la subsidencia, lógicamente la magnitud de asentamien-tos y el tiempo de consolidación calculados por esta teoría pueden discrepar de la realidad debido a las di-ferencias en la consolidación por extracción de agua y la consolidación unidimensional generada por un aumento de carga en la superficie. A continuación se exponen las principales diferencias entre la teoría de consolidación de Terzaghi por sobrecargas en el te-rreno y la subsidencia.

3.1 Consolidación unidimensional por aumento de cargas en la superficie

a) El incremento de carga se debe a una presión de contacto en la superficie superior del estrato en un área pequeña y no varía con el tiempo.

b) El estrato en consolidación está saturado.c) El flujo de agua es vertical.d) Las deformaciones son verticales.e) La consolidación es un estado de esfuerzos y de-

formaciones plano.

3.2 Subsidencia

a) Consolidación tridimensional por extracción de agua y por el aumento de esfuerzos efectivos por el peso propio de los estratos.

b) El área en que se presenta la subsidencia es del orden de km2, puede implicar diferentes estratos, fallas, fracturas, contactos, plegamientos, estratos inclinados, fronteras impermeables, acuíferos col-gados.

c) La subsidencia se desarrolla bajo altos esfuerzos de filtración.

d) Los estratos sujetos a consolidación pueden recibir recarga subterránea de agua, con alto contenido de energía potencial adquirida en las zonas de recar-ga del sistema acuífero.

3.2.1 Subsidencia diferencial

Es la diferente magnitud de la subsidencia del terreno en grandes áreas, es decir se presenta un gradiente de asentamientos. Son varias las causas que influyen en la diferente magnitud de los asentamientos que se presentan en una zona sujeta a subsidencia entre las principales se puede mencionar:

a) Estratigrafía irregular, diferentes parámetros de compresibilidad y conductividad hidráulica.

b) Inclinación, fallas, discontinuidad de los es-tratos distintas permeabilidades y parámetros de compresibilidad. En zonas de falla el nivel freático puede localizarse a diferente profun-didad debido a que la falla sea el contacto de estratos permeables e impermeables, lo cual ocasiona diferente profundidad de abatimien-to, asentamiento.

c) La deformación de distinta magnitud que se presenta en un mismo acuífero y acuitardo, de-bido a que una parte se ubica arriba del nivel dinámico del agua es decir ya se consolidó y otra parte está abajo del nivel dinámico en pro-ceso de consolidación (figura 6).

4 FACTORES QUE INDUCEN GRIETAS EN EL TERRENO DEBIDO A LA SUBSIDENCIA

Las grietas en la superficie del terreno se deben a di-ferentes condiciones mecánicas e hidráulicas entre las principales en sitios con subsidencia que se han corroborado son:

1) Un alto gradiente horizontal de subsidencia (Cabral et al, 2011).


7Abril - Septiembre 2013, Año 8, No. 18

2) Las condiciones necesarias aunque no sufi-cientes para que se presente el agrietamiento de la superficie en un valle sujeto a bombeo son (Alberro, 2006):• El flujo de agua debe ser bi o tridimensional

con líneas de flujo divergentes.• Los gradientes hidráulicos deben ser grandes.

• El material de relleno del valle debe ser de baja resistencia a la tensión.

3) La irregularidad del basamento de roca que subyace a los acuíferos y acuitardos genera asentamientos diferenciales y en consecuencia grietas de tensión (Pacheco, 2007).

Figura 4. Estratos con diferente espesor e inclinación.Figura 5. Diferente profundidad del agua subterránea por falla geológica.

Figura 6. Condiciones hidrogeomecánicas en la vecindad de pozos de extracción.



f) Existen estratos profundos que están en proce-so de consolidación desde su formación debido a que la velocidad de formación de los estratos fue mayor a la rapidez de consolidación.

5 DAÑOS DEBIDO A LA SUBSIDENCIA

La subsidencia tiene un gran poder destructivo so-bre edificaciones y toda la infraestructura urbana como vialidades, aeropuertos, alcantarillado, siste-mas de agua potable, comunicaciones etc., causan-do grandes pérdidas económicas e inconformidad en la población.

Las reparaciones en estructuras, vialidades, sis-temas de agua potable y alcantarillado deben ser frecuentes debido a que el asentamiento del terreno puede tardar años incluso décadas.

El mercado inmobiliario tiende a bajar en las zo-nas de subsidencia debido a que las edificaciones es-tán dañadas, los terrenos presentan en su superficie deformaciones, agrietamientos. A la fecha no hay so-lución a este problema desde el punto de vista de la ingeniería de cimentaciones.

En estructuras cuya cimentación es a base de pilo-tes aumenta el esfuerzo de fricción negativa sobre los pilotes, pilas, muros inmersos en suelos en proceso de consolidación. La fricción negativa es un esfuerzo cortante y se produce debido a que existe adherencia entre suelo y pilote porque el suelo se comprime y se cuelga del pilote, pila o muro, aumentando la car-ga sobre las estructuras de cimentación. En edificios produce asentamientos diferenciales que producen severos agrietamientos (Zeevaert, 1983).

La subsidencia causa emersión de edificios apo-yados en cimentaciones profundas en estratos resis-tentes poco deformables, subyacentes a los estratos compresibles.

En la ciudad de Aguascalientes se tienen regis-tradas más de mil viviendas dañadas con diferente intensidad, muchas de las cuales son inhabitables y un gran número se han demolido. Los costos de los inmuebles y la infraestructura urbana dañada se calcula aproximadamente en mil millones de pesos (Llamas, 2007).

El alcantarillado al romperse e infiltrar sus aguas en el subsuelo produce una gran contaminación en el subsuelo y en los acuíferos freáticos.

La subsidencia genera que las zonas que han sido afectadas por el hundimiento queden abajo del nivel

del terreno circundante o abajo del cause de ríos (Río La Compañía en el municipio de Chalco, Estado de México) y potencialmente sean zonas de inundación debido a las dificultades para drenar el agua de lluvia por la red de alcantarillado o por el escurrimiento na-tural del terreno.

6 CONCLUSIONES

La subsidencia se debe al abatimiento del nivel del agua subterránea en sistemas acuíferos interestratifi-cados con acuitardos formados por materiales com-presibles como arcillas, arcillas limosas, limos. La disminución de la presión del agua en los sistemas acuíferos aumenta los esfuerzos efectivos en el sub-suelo lo cual induce un proceso de consolidación a nivel regional.

Las medidas para prevenir la subsidencia son la sustentabilidad del uso del agua subterránea, extraer un volumen de agua igual a la recarga natural del sis-tema acuífero. Lo cual se puede conocer aproximada-mente por medio de un balance hidrogeológico de la cuenca o de una zona en particular.

La subsidencia es un efecto del uso intensivo del agua, pero disminuir el consumo de agua subterránea podría detener la producción industrial o agrícola, de una región.

Algunas zonas debido a las características de compresibilidad de los estratos pueden ser mas sus-ceptibles al fenómeno de subsidencia, por lo tanto es necesario delimitar zonas cuya estratigrafía este formada por materiales de baja compresibilidad, y que permitan una extracción de mayor volumen de agua, sin que se registre subsidencia.

Es necesario conocer los registros históricos de la profundidad del nivel estático en el sistema acuífero para determinar la magnitud del abatimiento y prever qué zonas son susceptibles a presentar subsidencia.

La teoría de la consolidación de K. Terzaghi, tie-ne diferencias hidromecánicas y geológicas con la subsidencia, debido a ello el cálculo de los asenta-mientos y su evolución en el tiempo por medio de las ecuaciones de la teoría de la consolidación de Ter-zaghi es muy aproximado.

La diferente declinación del nivel del agua subte-rránea en el acuífero origina un aumento no uniforme de esfuerzos efectivos y en consecuencia asentamien-tos diferenciales a nivel regional, lo cual genera ten-siones en el terreno y por ende grietas de tensión.



REFERENCIAS

[1] Alberro J. Ayala G. Hernández R. 2006. Agrietamiento en la periferia de un valle sometido a bombeo. Series del Instituto de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México SID/2006.

[2] Cabral Cano E. Díaz Molina O, Delgado Granados H. 2011. Subsidencia y sus mapas de peligro: Un Ejemplo en el área nororiental de la zona metropolitana de la ciudad de México. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana. Vol.63 núm. 1 p.53-60.

[3] CONAGUA, Comisión Nacional del Agua en México. 2006. La gestión del agua en México avances y retos.

[4] CONAGUA, Comisión Nacional del Agua en México. 2008. Estadísticas del agua en México.

[5] Chai, J.-C., Shen, S.-L., Zhu, H.-H. And Zhang, X.-L. 2004. Technical note land subsidence due to groundwater drawdown in Shanghai. Geotechnique 54, No. 2, 143–147.

[6] Kazuo Konagai, Toru Asakura , Shota Suyama , Siroyuki Kyokawa Takashi Kiyota, Chikako Eto and Kenichi Shibuya. (2012). Soil subsidence map of the tokyo bay area liquefied in the march 11th great east Japan earthquake. Proceedings of the International Symposium on Engineering Lessons Learned from the 2011 Great East Japan Earthquake, March 1-4, Tokyo, Japan.

[7] Lofgren, B. E. 1969. Field measurement of aquifer system compactatión, San Joaquin Valley, California, U.S.A. Proc, Tokyo Symp. On Land Subsidence, IASH-UNESCO.

[8] Terzaghi K. (1943) Theoretical soil mechanics, Wiley, New York.

[9] Pacheco Martínez J. 2007. Modelo de subsidencia del valle de Querétaro y predicción de agrietamientos superficiales. Tesis doctoral posgrado en ciencias de la tierra, centro de Geociencias, Juriquilla Querétaro. Universidad Nacional Autónoma de México.

[10] Rodríguez Castillo R, Rodríguez Velásquez I. 2006. Consecuencias sociales de un desastre inducido, subsidencia. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana número especial de geología urbana. Tomo LVIII núm. 2 p. 265-269.

[11] Xiaoqing Shi, Rui Fang, Jichun Wu, Hongxia Xu , YuanYuan Sun , Jun Yu. 2012. Sustainable Development and utilization of groundwater resources considering land subsidence in Suzhou, China. Engineering Geology 124 77–89 Elsevier.

[12] Yun Zhang, Yuqun Xue, Jichun Wu, Huimin Wang, Jiajia He. (2012). Mechanical modeling of aquifer sands under long-term groundwater withdrawal. Engineering Geology 125 74–80 Elsevier.

[13] Zeevaert Leonardo. (1983). Foundation engineering for difficult subsoil conditions. Second edition. Van Nostran Reinhold Company.



dos casos idealizados, modelan el comportamiento de las conexiones transmitiendo sólo una parte de los momentos y presentando una capacidad de rota-ción que contribuye a los desplazamientos de toda la estructura. En la figura 1 pueden verse las curvas típicas del comportamiento de diferentes conexio-nes semirrígidas, obtenidas experimentalmente. El aumento de los desplazamientos que provocan las uniones semirrígidas obliga a considerar modelos de análisis que contemplen la no linealidad geométrica junto con la no linealidad de la conexión, al estar ligados sus efectos.

Este trabajo presenta una metodología de análi-sis mediante la implementación del análisis no lineal (Pushover), para estructuras metálicas planas con co-nexiones rígidas y semirrígidas. Las conexiones se-mirrígidas se definen al utilizar un valor relacionado con su rigidez al giro como variable de diseño.

Figura 1. Comportamiento de la curva momento rotación de conexiones viga-columna.

2 CONSIDERACIONES TÉCNICAS

El análisis estructural de las conexiones en una cons-trucción metálica puede ser, en algunas ocasiones, la-borioso y complejo. En ellas hay una concentración de esfuerzos muy importantes y la evaluación de los esfuerzos y deformaciones que se presentan sola-mente pueden obtenerse mediante el análisis experi-mental o utilizando métodos numéricos en el campo elasto-plástico. Para analizar una conexión, es im-prescindible materializar las condiciones supuestas para la conexión en el cálculo de la estructura como:

• La no coincidencia de ejes de miembros en el nodo teórico, originando momentos secunda-rios que aumentan los esfuerzos, ocasionando plastificaciones y/o deformaciones excesivas.

• Diferencias en el grado de empotramiento. Por ejemplo que un extremo de viga se adopte como empotrado y una vez ejecutado no sea capaz de absorber los momentos.

La conexión debe diseñarse de forma que permita una transmisión sencilla y directa de las fuerzas in-ternas entre los miembros conectados. Por lo tanto es necesario conocer la capacidad de resistencia y de-formación máxima que cada uno de los elementos de una estructura es capaz de desarrollar, y para deter-minar sus capacidades más allá del límite elástico, es necesario utilizar algún tipo de análisis no lineal, que incorpore directamente las propiedades inelásticas de los materiales utilizados.

El comportamiento de cada elemento dentro de los límites de diseño es fundamental para prevenir daños estructurales; pero debido a la frecuente exposición a movimientos sísmicos, el comportamiento de cual-quier elemento puede variar, de un rango lineal a un rango no lineal. Por lo tanto surge la siguiente inte-rrogante: ¿Qué metodología eficiente se puede utili-zar para conocer el comportamiento de una estructura compuesta de conexiones rígidas y semirrígidas, lue-go de estar expuesta a movimientos sísmicos?

Este estudio evaluará la capacidad estructural de edificios rígidos y semirrígidos y analizará las posibi-lidades prácticas de diseño que ofrecen las conexio-nes semirrígidas. Además de contribuir con la nueva filosofía de diseño, que toma en cuenta la variedad de intensidades sísmicas y proporciona un criterio de diseño sismorresistente.

3 DISEÑO DE ESTRUCTURAS SEMIRRIGIDAS

La distribución óptima de momentos bajo una carga uniformemente distribuida corresponde a un momen-to al centro y en los apoyos de la viga igual a wl2/16. Como se muestra en la figura 2.

Figura 2. Gráfica de momento para una viga con conexiones semirrígidas.

J. Lozano Mercado et al: Comportamiento de estructuras semirrígidas


Esta distribución de momentos es con el mínimo peso y óptimo comportamiento estructural. La rigidez correspondiente para obtener este comportamiento tiene un valor de 5EI/L. Si se realiza un análisis no lineal para determinar rótulas plásticas en un marco, es aconsejable que éstas ocurran primero en las vigas y al final en las columnas. Ésta es la filosofía aplicada en la actualidad en los EE.UU. para el diseño plástico de estructuras en zonas sísmicas.

Cuando las rótulas plásticas se originan en la co-nexión, éstas deben ser de tipo dúctil, ya que este tipo de respuesta está asociado al comportamiento de la conexión controlado por el alma de la columna a cortante, el patín de la columna a flexión o la pla-ca de extremo a flexión. De estos tres componentes mencionados el que presenta mejor comportamien-to dúctil es la placa de extremo, por lo tanto, resulta aconsejable que el comportamiento de la conexión sea calificado como “semirrígida”, ya que posee una elevada rigidez inicial, pero se comporta como semi-rrígida para mayores giros.

En conexiones semirrígidas, un concepto impor-tante para el análisis es el de “factor de rigidez”. Este factor define la rigidez relativa de una conexión res-pecto de la viga, y está definido como:

rEIRL

1 31

{a= =

+ (1)

Donde: r es el giro del extremo de la viga “a” dividido por el giro del nudo “{” al aplicarle al nodo un momento unidad tal y como se muestra en la fi-gura 3. E es el módulo de elasticidad del material del elemento, I el momento de inercia del elemento, L la longitud del elemento y R la rigidez inicial al giro de la conexión semirrígida en el extremo del elemento.

momento en el extremo de un elemento con conexio-nes semirrígidas de rigidez R. Sin embargo, la rigidez inicial de la conexión R es dependiente del grado de rigidez “r”, del área del elemento A y del momento de inercia I. El factor r puede ser el parámetro más útil para caracterizar las propiedades en vigas como la rigidez rotacional, R, o la relación de rigidez en la conexión, RL/EI, debido a que este parámetro tiene una aproximación lineal relacionada con los momen-tos y deflexiones.

4 MÉTODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL

El procedimiento es el siguiente: Se dimensiona la estructura a partir de las características teóricas de las conexiones previstas y posteriormente se detallan tales conexiones. Se parte de una suposición inicial teórica de la rigidez óptima de la unión. Para ello se estima la rigidez óptima como aquélla que permite obtener una distribución de momentos similar a la mostrada en la Figura 2. Así, según el grado de es-fuerzo presente en la conexión, se puede requerir una rigidez inicial en la conexión de 5 ó 10 EI/L de acuerdo a la longitud de la viga y en función de la inercia equi-valente de la misma. Una vez establecida e introducida en el modelo la rigidez de las conexiones, se realiza un análisis inicial, considerando todas las cargas presen-tes en la estructura y se revisa que satisfaga el Estado Límite de Servicio. Realizado el análisis y verificando que la estructura no tenga problemas por deformacio-nes, desplazamientos y diseño de secciones, se puede llevar a cabo el análisis no lineal de la estructura.

5 NO LINEALIDAD DEL MATERIAL

Las características mecánicas del material, esto es, su curva esfuerzo-deformación se define para cada material de la estructura. Es importante que las ca-racterísticas elásticas e inelásticas sean tomadas en cuenta en los puntos donde se espera plastificación de la sección. Algunos programas comerciales para el análisis de estructuras permiten definir estos puntos dentro de los elementos estructurales como rótulas plásticas. En el caso de edificaciones se recomienda ubicarlas en los extremos de los elementos de vigas y columnas, que es donde se generan los mayores momentos. En el SAP2000, el comportamiento del material en las rótulas plásticas se define ingresando puntos que relacionen las características de resisten-cia-rotación o resistencia-deformación del material, como se muestra en la figura 4.


Figura 3. Definición del factor de rigidez.

Este factor para conexiones articuladas es cero, para conexiones empotradas el factor es 1 y para co-nexiones semirrígidas este factor varía entre 0 y 1. Para conexiones semirrígidas lineales, y cuando exis-te simetría, el factor “r” multiplicado por el momen-to de empotramiento perfecto en el extremo de un elemento con conexiones rígidas nos proporciona el


Figura 4. Curva representativa de las propiedades mecánicas del material, según FEMA, 2000.

Donde:Q: Esfuerzo interno del materialQy: Resistencia nominal del material a, b, c: Parámetros que dependen del elemento y

la fuerza internaD : Deformación axiali : Rotación

6 APLICACIÓN PRÁCTICA

En un trabajo de tesis de maestría se elaboraron va-rios modelos estructurales de 10, 8, 6, 4, y 2 nive-les respectivamente, en el presente artículo solo se presentan los resultados de la estructura de 8 niveles, la cual ésta dimensionada con conexiones rígidas y semirrígidas. La metodología se llevó de la siguien-te manera: se realizó el análisis pushover al modelo estructural propuesto, se determinó la curva de ca-pacidad de la estructura con el cortante basal contra desplazamiento horizontal del nivel superior.

Una vez obtenida la curva de capacidad esta se convierte a una relación de aceleración espectral con-

tra desplazamiento espectral, llamada espectro de ca-pacidad. Los espectros de diseño para las demandas DBE (Design Basis Earthquake) y ME (Maximum Earthquake) se transforman a curvas de aceleración espectral contra desplazamiento espectral, llamadas espectros de demanda, que se pueden modificar para amortiguamientos mayores del sistema, dependiendo de las solicitaciones inelásticas de la estructura. Por último, se superpusieron las curvas de espectro de capacidad y espectros de demanda. Los puntos de in-tersección determinan los niveles de desempeño para cada demanda sísmica.

En las figuras 5 y 6 se indican las rótulas plásticas después de realizar el análisis no lineal.

En la tabla 1 se muestra la comparación de resul-tados de la curva pushover obtenida para cada una de las estructurales estudiadas.

7 RESULTADOS

Como se aprecia en la figura 5, se presentan cinco articulaciones plásticas en el primer piso en la base de las columnas de la estructura rígida, del mismo modo sucede para la estructura semirrígida (figura 6). Para la rígida aparecen en el paso 10 del aná-lisis cuatro rótulas que están en un nivel CP y una con nivel C; para la estructura semirrígida también aparecen en el paso 10 del análisis con un nivel CP para las cinco articulaciones. Las cuatro rótulas de la estructura rígida del cuarto nivel se encuentran en nivel CP, en la estructura semirrígida dos rótulas se

Figura 5. Rótulas plásticas, análisis no lineal estructura rígida (8 niveles).

Figura 6. Rótulas plásticas, análisis no lineal estructura semirígida (8 niveles).



tamiento ante los desplazamientos (1.16 m). La co-nexión rígida permite que la estructura presente des-plazamientos menores en columnas, no sacrificando demasiado la ductilidad o capacidad de deformación. Para comparar la ductilidad “n” hacemos referencia a la curva pushover y relacionamos el desplazamien-to ultimo “ ud ” entre el desplazamiento de cedencia “ yd ” es decir, /u yn d d= . Por lo tanto, para la es-tructura rígida la ductilidad es de 3.34 y para la se-mirrígida de 3.26 según los valores de la tabla 1.Por lo que podemos ver que la estructura rígida es ligera-mente más dúctil que la semirrígida.

Sin embargo, la demanda sísmica se mantiene casi igual en ambas estructuras debido a que el cambio de pendiente en la curva de capacidad se presenta en la parte curva del espectro de diseño para ambos casos. La estructura rígida presenta una aceleración espec-tral de 0.41y un desplazamiento espectral de 0.12 a diferencia de la estructura semirrígida cuya acelera-ción espectral es de 0.39 y el desplazamiento espec-tral es de 0.13. De acuerdo a la tabla 1 las conexio-nes rígidas generan una estructura más dúctil con un desplazamiento menor, logrando ser sísmicamente más resistente a diferencia del caso de la estructura semirrígida que es un poco menos dúctil y presenta un mayor desplazamiento. Ambas estructuras tienen el mismo amortiguamiento efectivo (5%); la estruc-tura rígida presenta un periodo fundamental de 1.11s, en cambio en la estructura semirrígida aumenta lige-ramente el periodo (1.17s), lo que demuestra que es más flexible.

8 CONCLUSIONES

El análisis estático no lineal pushover, es un méto-do para definir la respuesta no lineal de la estructura, y la secuencia en la que se generarían los posibles daños en los elementos estructurales para diferentes estados límites de comportamiento; en conjunto con las características de evaluación estructural de los ni-veles de desempeño, proporcionan una metodología que proporciona resultados que permiten conocer el comportamiento estructural en el rango no lineal.

Las estructuras rígidas presentan un buen desem-peño al cumplir con los requisitos de desplazamien-tos máximos admisibles y definen un buen comporta-miento local de la estructura. En el caso de las rótulas plásticas para los puntos de desempeño A, B, IO, LS y CP; las estructuras semirrígidas se comportan de manera similar a las estructuras rígidas como se pue-

de observar en el caso del edificio de ocho niveles. Este hecho pone en evidencia la gran capacidad que tienen las conexiones semirrígidas de deformarse sin producir colapso estructural. Sin embargo, este buen desempeño estructural depende mucho de una buena ejecución en campo. Por lo que se sugiere una bue-na supervisión para evitar fallas frágiles que puedan disminuir considerablemente la confiabilidad de la estructura ante cargas sísmicas.

Las estructuras que presenten una geometría si-milar al ejemplo aquí empleado, deben ser objeto de especial atención en las columnas y vigas próximas al cambio o reducción de superficie, ya que las vigas próximas a esta área presentaron articulaciones con un nivel muy elevado sobre todo en edificios altos (8 y 10 niveles). Por lo que se recomienda utilizar en estas áreas vigas de mayor peralte o con módulo de sección elevado y conexiones rígidas que presentan una mayor capacidad a las rotaciones. Esto con el fin de evitar daños en zonas intermedias de la estructura y puedan presentar una gran ductilidad, con un am-plio margen de seguridad desde la formación de las primeras rótulas plásticas hasta el colapso final.

La decisión para usar un determinado tipo de co-nexión se basa en los aspectos de diseño preferen-tes para cada caso en particular. Si los esfuerzos de flexión en las vigas sobresalen en el diseño, lo ideal sería utilizar una estructura semirrígida.

REFERENCIAS

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Uno de los objetivos importantes al desarrollar cristales a escala nanométrica es sin duda alguna la creación de nuevos métodos simples y reprodu-cibles que sean capaces de preparar nanopartículas semiconductoras con control de tamaño, forma, com-posición, estructura y homogeneidad. Controlar la funcionalidad superficial es también importante en términos del control de las propiedades superficiales así como el de extender sus aplicaciones.

Comparadas con los materiales semiconductores del grupo II-VI, los materiales del grupo III-V tienen un alto grado de enlace covalente en la red crista-lina y relativamente mayor diámetro de excitón de Bohr (por ejemplo, 20 nm para InP en comparación con los 6 nm de CdS). Cuando el tamaño de partícula decrece por debajo del diámetro de excitón de Bohr (usualmente a unos pocos nanómetros), los efectos de tamaño cuánticos pueden ocurrir debido al confi-namiento de los portadores de carga. Por esta razón los efectos de tamaño cuántico sobre el espectro óp-tico en los nanocristales semiconductores de grupo III-V se espera que sean más fuertemente elucidados en comparación con otro tipo de semiconductores.

Las nuevas e interesantes propiedades que presen-ta la materia a escala nanométrica [16], se han cen-trado en la puesta en práctica de métodos de prepara-ción de partículas a nanoescala [17, 18].

En particular, la síntesis y caracterización de nano-cristales semiconductores (NCS) es tan importante no solo para conocer sus propiedades extraordinarias que los convierten en los preferidos en la nanoescala [19].

Los nanocristales semiconductores NCS luminis-centes son considerados materiales con cero dimen-siones que están siendo utilizados en una amplia gama de campos tecnológicos como sondas fluorescentes de gran potencia y/o como módulos de biosensores. Los nanocristales semiconductores tienen dimensiones por debajo del radio de excitón de Bohr a temperatura ambiente, el cual es la distancia característica entre un electrón excitado y su hueco dentro de un material dado. Esto confina el par electrón-hueco y hace que las partículas tengan propiedades ópticas específicas, tales como espectros de emisión que son claramente diferentes a los mismos materiales semiconductores a nivel bulto. Los nanocristales semiconductores han sido estudiados durante los últimos años producto de sus nuevas e interesantes propiedades físicas y quími-cas que se generan en la escala nanométrica [20, 21]. La investigación en estos sistemas nanocristalinos se ha llevado a cabo en su mayoría en el estado coloidal debido a que son más fácilmente manipulables para

diferentes aplicaciones, por ejemplo, pueden ser co-locadas sobre sustratos sólidos en un proceso de auto-ensamblado para desarrollar biosensores ópticos [21].

Para una mayor eficiencia óptica los nanocrista-les semiconductores requieren de una estructura que los cubra para pasivar las cargas superficiales y eli-minar defectos por comportamientos de los átomos superficiales [23]. La coraza es el medio por el cual los nanocristales semiconductores interactúan con su entorno, de aquí la importancia de controlar sus pro-piedades superficiales. Con una coraza adecuada, los nanocristales semiconductores pueden ser utilizados para aplicaciones de biomarcadores y/o aplicaciones biológicas. Por estas razones, una investigación so-bre cómo sintetizar nanocristales semiconductores de fosfuro de indio (InP) con una coraza de sulfuro de zinc (ZnS) y conjugados con moléculas biológicas para aplicaciones como nuevos marcadores biológi-cos, es de gran interés [24, 26, 27].

El fosfuro de indio (InP) es un miembro de la fa-milia de semiconductores de los grupos III-V. Los materiales del grupo III-V son cristales binarios con un elemento de grupo 3 (metálico) de la tabla perió-dica, y uno del grupo 5 (no-metálico). Algunos de estos compuestos binarios son conocidos por su alta movilidad de electrones y huecos. Los compuestos del grupo III-V tienen una estructura cristalina cúbi-ca centrada en las caras con átomos en cada vértice, indio y fósforo. El InP siendo un semiconductor tiene una energía de banda prohibida característica, lo que lo hace opaco para las energías mayores a las de su banda prohibida por lo que es útil para dispositivos optoelectrónicos como diodos láser. Tiene uno de los fonones ópticos de más larga vida de cualquier com-puesto con la estructura cristalina zinc blenda.

El sulfuro de zinc (ZnS) es un material compuesto por un átomo de azufre y otro de zinc. Tiene propie-dades fotoluminiscentes en la oscuridad cuando es excitado por la luz, especialmente por la luz ultravio-leta, y también por el calor. Es un compuesto binario con un elemento del grupo 2 B (metálico) y uno del grupo VI (no-metálico) de la tabla periódica, estos dos átomos se unen mediante enlace iónico.

El nanocristal semiconductor debe ser protegido de la degradación y oxidación superficial para man-tener y mejorar el rendimiento cuántico. Es bien conocido que tanto el crecimiento de una coraza y la modificación superficial mejoran estas propieda-des [28, 33].

El crecimiento de la coraza proporciona protec-ción del núcleo con una delgada capa de un segun-

M. P. González-Araóz, J. F. Sánchez-Ramírez: Síntesis de nanocristales del grupo III-V


do material semiconductor con un ancho de banda superior. Las corazas semiconductoras son también de naturaleza inorgánica, comúnmente están com-puestas de sulfuro de zinc (ZnS). La protección de la superficie puede también ser lograda mediante mo-dificación superficial del núcleo utilizando solventes orgánicos, tales como alquilaminas, pero utilizando corazas de un material semiconductor es el método de protección más utilizado [34, 35].

La coraza más común para nanocristales de InP es con ZnS, la cual ha sido obtenida por métodos de “inyección en caliente de precursores en dos pasos”. La coraza de ZnS no se incorpora o difunde en el núcleo ni altera la estructura cristalina del núcleo. Se ha demostrado que la coraza de ZnS ha aumentado el rendimiento cuántico del núcleo de InP por 50-60% [29, 31, 32, 35]. La coraza también proporciona una protección importante, contribuyendo a la estabili-dad del núcleo contra la degradación y fotoblanqueo. La adición de una coraza o material de recubrimien-to proporciona sitios funcionales terminales para la conjugación, tal como solubilización acuosa o bio-conjugación de los núcleos semiconductores.

Los nanocristales semiconductores de InP@ZnS son una nueva clase de partículas luminiscentes con especial brillo, alta resistencia a la fotodestrucción, emisión multicolor y alta biocompatibilidad para la generación de una nueva clase de biomateriales.

En este trabajo de investigación se establecen las mejores condiciones experimentales para la sínte-sis de nanocristales semiconductores de InP cubier-tas con ZnS con un control de tamaño de 1-10 nm, distribución de tamaño (dispersión menor al 25%), composición, estructura y propiedades ópticas de lu-miniscencia.

Para la preparación de dispersiones coloidales de nanopartículas semiconductoras InP@ZnS se utilizó el proceso ya establecido de “inyección en caliente de precursores en un solo paso”. Modificando este método se sintetizaron los sistemas semiconducto-res InP@ZnS controlando sus propiedades óptica-estructurales en estado coloidal.

2 PARTE EXPERIMENTAL

2.1 Reactivos

Acetato de indio (InAc3), ácido mirístico (MA), 1-Octadeceno (ODE), 1-Dodecanotiol (DDT), tris (trimetilsilil)fosfina (P(TMS)3) y estearato de zinc fueron adquiridos de Sigma-Aldrich y se utilizaron tal como fueron recibidos.

2.2 Síntesis

La síntesis de nanocristales de InP@ZnS se llevó aca-bo utilizando el método “inyección en caliente de pre-cursores en un solo paso”. En primer lugar se preparó el precursor de indio (miristato de indio In(MA)x fue preparado mezclando bajo atmósfera inerte 0.1 mmol de acetato de indio (InAc3) con 0.3 mmol de ácido mirístico (MA) y 5.0 g de 1–octadeceno (ODE) en un matraz de 50 ml de tres bocas equipado con un condensador. La mezcla se calentó a 120°C durante 1 h bajo vacío para obtener una solución ópticamen-te transparente, rellenada con gas Ar, y se enfrió a temperatura ambiente. Se prepararon soluciones del precursor molecular de miristato de indio, debido a que este no se encuentra disponible comercialmente.

En otro matraz de 50 ml de tres bocas equipa-do con condensador 0.2 mmol de estearato de zinc, 0.2 mmol de dodecanotiol (DDT), 0.2 mmol de tris(trimetilsilil)fosfina (P(TMS)3) y 10 ml de octa-deceno (ODE) y diferentes contenidos de In(MA)x (0.1, 0.2, 0.3 y 0.4 mmol, muestra S1, S2 S3 y S4 respectivamente) se agitó bajo atmósfera inerte. La mezcla fue entonces calentada a una temperatura de 230° C y un tiempo de reacción de 2 hrs. Al término del proceso de calentamiento la solución fue enfriada a temperatura ambiente. Las dispersiones coloidales preparadas de este modo son estables, con un diá-metro promedio de 3.1 a 4.6 nm. El producto final fue aislado agregándole un volumen equivalente de una mezcla de cloroformo/metanol/acetona (1:1:10 vol:vol:vol) seguidos por centrifugación, para elimi-nar los subproductos. El precipitado resultante fue redispersado en cloroformo.

2.3 Mediciones

Los espectros de absorción fueron realizados a tem-peratura ambiente utilizando un espectrofotómetro marca Shimadzu UV-3101PC de doble haz en el in-tervalo de 190-1200 nm. Para el análisis de micros-copía electrónica de transmisión MET se utilizó un microscopio JEOL-JEM200 y un microscopio JEOL-400EX. Con una resolución de 1.7 Å para las obser-vaciones por HREM. Las imágenes del microscopio de electrones de alta resolución se procesaron digital-mente mediante el uso de filtros en el espacio de Fou-rier. Para la microscopía electrónica de transmisión, una gota de solución fue extendida sobre una micro-rejilla de cobre cubierta de una delgada película de carbono, las muestras fueron secadas a temperatura ambiente durante un día. Para el análisis químico se utilizó un microscopio electrónico de barrido JEOL



JSM-63000. Las líneas de los rayos X usadas fueron las Kα y el voltaje de incidencia fue de 7 kV.

3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los nanocristales de materiales semiconductores, ta-les como InP@ZnS en la nanoescala absorben fuer-temente la luz cuando la energía de excitación es ma-yor que la energía de banda prohibida. Durante este proceso, los electrones son promovidos de la banda de valencia a la banda de conducción [36,37].Las mediciones de los espectros UV-Vis revelan un gran número de estados de energía en los NCS [38]. El estado de energía más bajo excitado se mues-tra por el primer pico observable en el espectro de absorción, conocido como el pico de confinamien-to cuántico. La energía del pico de confinamiento cuántico depende del tamaño, forma y estructura núcleo@coraza [39].

En la figura 1 se muestran las imágenes de las so-luciones coloidales preparadas a diferentes razones In(MA)x/P(TMS)3. En la figura 1a podemos obser-var que hay un cambio de color conforme la razón In(MA)x/P(TMS)3 disminuye, producto de la pre-sencia de nanopartículas de InP@ZnS con diferentes tamaños en la escala nanométrica. Mayores tamaños son esperados para las dispersiones de color rojo. La calidad de las propiedades luminiscentes de cada una de las muestras es clara en la figura 1b. Las disper-siones coloidales fueron estables por más de cuatro semanas. En la figura 2 se muestran los espectros de absorción de las dispersiones coloidales de las muestras obtenidas a diferentes razones molares de In(MA)x⁄P(TMS)3.

Es posible observar en la figura, que todos los espectros presentan un solo pico de absorción loca-lizados a: 496, 507, 516 nm para las muestras S2, S3 y S4, respectivamente. Las características de los espectros de absorción corresponden a dispersiones

coloidales conteniendo partículas con tamaños en la escala nanométrica.

También es posible observar que con el incre-mento de la razón molar, se presenta un cambio del Eg (mayores longitudes de onda) de la banda prohi-bida correspondiente a la transición electrón-hueco del estado base de la banda de conducción al estado base de la banda de valencia producto del efecto de confinamiento cuántico. Esta cambio hacia el rojo del ancho de banda confirma que el tamaño de las partí-culas semiconductoras se aumenta con el incremento de la razón In(MA)x⁄P(TMS)3.

En la figura 3 se muestran las micrografías de MET con sus correspondientes histogramas de distribucio-nes de tamaño para cada muestra. De esta figura, se observa que todas las partículas presentan forma casi esférica con tamaños en la escala nanométrica. Las distribuciones de tamaño siguen un comportamien-to Gaussiano con una distribución estrecha. Para el caso de las muestras S1 no se detectó la presencia de partículas en las imágenes de MET (no presentada) confirmando la no formación de nanocristales semi-conductores. Ausencia de una distribución bimodal en los histogramas de distribución de tamaño, sugieren que las partículas obtenidas a diferentes razones de In(MA)x⁄P(TMS)3 corresponden a la formación de na-nocristales conteniendo InP y ZnS y no a una mezcla

a) Sin luz ultravioleta b) Con luz ultravioletaFigura 1. Fotografía de dispersiones coloidales de InP@ZnS de diferentes tamaños (Para un detalle claro de los colores debe referir vía correo electrónico a la autora).

Figura 2. Espectro de absorción en la región UV-Vis de las nanoesferas de InP@ZnS preparadas con diferentes razones molares de In(MA)x@P(TMS)3: S2 (0.2), S3 (0.3) y S4 (0.4) mmol.



física de nanocristales semiconductores de InP y ZnS. El tamaño promedio de las partículas es incrementado con el incremento de la razón In(MA)x⁄P(TMS)3 en los nanocristales semiconductores. Así, con el valor de la razón In(MA)x⁄P(TMS)3 es posible controlar la forma-ción y tamaño de las partículas semiconductoras tipo InP@ZnS. Para observar de forma directa la calidad cristalina de los NCS obtenidos, imágenes de HREM de tres muestras fueron realizadas. De las imágenes de HREM mostradas en la figura 4, se puede observar la formación de NCS con estructura cristalina bien definida. El espacio interplanar para las muestras co-rresponde bien con la estructura del InP en su fase zinc-blenda. Analizamos cada muestra para tratar de observar la presencia del ZnS, sin embargo no fue posible detectarlo fuera o en los nanocristales de InP. Posiblemente la presencia del ZnS en forma de co-raza sobre el núcleo de InP es tan delgada que no es posible detectarla por HREM. Para confirmar la presencia de ZnS, análisis cualitativo sobre las par-tículas fue realizado. La composición global de las muestras fue monitoreada por espectroscopía EDS en un microscopio SEM.

En la figura 5, se presentan los espectros de EDS de las muestras semiconductoras sintetizadas a dife-rentes razones de In(MA)x⁄P(TMS)3. La presencia de Zn y S es observada por la presencia de los picos ca-racterísticos. Acompañados de los picos de emisión del In, P, Zn y S, también aparecen las señales del carbón, oxígeno y cobre en los espectros de EDS. Mientras el origen del carbón, oxígeno y cobre están relacionadas con la rejilla de MET utilizada, la razón In:P y Zn:S es calculada que es de 1:1.

Figura 3. Micrografías MET y distribuciones de tamaño de partículas de semiconductoras de InP@ZnS con diferentes razones molares de In(MA)x/P(TMS)3. El tamaño promedio de las partículas es calculado del ajuste Gaussiano de los histograma.

Figura 4. Imágenes de HREM de nanopartículas semiconductoras con fase zinc-blenda: (a) para S2 con un espacio de red de 0.338 nm, (b) para S3 con un espacio de red de 0.295 nm, y (c) para S4 con un espacio de red de 0.340 nm.

Figura 5. Espectro de dispersión de energía EDS para la muestra coloidal S3.



4 CONCLUSIONES

Los nanocristales semiconductores de InP@ZnS con diferentes tamaños fueron obtenidos usando un sim-ple método llamado “inyección en caliente de pre-cursores en un solo paso”. Formación de nanocris-tales semiconductores con diámetros entre 3.1 a 4.6 nm fueron obtenidas variando la razón molar de los precursores moleculares In(MA)x/P(TMS)3 de 0.2 a 0.4 mmol de miristato de indio. La formación de los nanocristales semiconductores fue verificada a través del análisis de MET y HREM. La espectroscopia de absorción acompañada por la espectroscopia EDS re-veló la formación y composición de los nanocristales semiconductores, así como también la espectrosco-pia EDS dio información sobre la formación de la coraza de ZnS sobre la superficie del núcleo de InP.

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consecuencia de causas externas o de condiciones de funcionamiento pueden producir efectos indeseables que pueden afectar de forma negativa no sólo el com-portamiento del sistema dinámico, sino también cau-sar efectos nocivos sobre las personas.

La normativa actual existente da criterios de eva-luación de la severidad de la vibración respecto a la condición operacional de la máquina y los ensayos de aceptación, pero con respecto a la personas es parti-cularmente explícita y concreta.

La norma más importante y ampliamente conoci-da es la norma “ISO 2631: Mechanical vibration and shock. Evaluation of human exposure to whole-body vibration Part 1: General requirements”.

Este estándar define y da valores numéricos para los límites de exposición a los que puede estar so-metido un ser humano. Estos límites establecen los valores que permiten cuantificar diferentes efectos de las vibraciones sobre el individuo:

1. Daño en la salud o seguridad de las personas.2. Disminución de la eficiencia en el trabajo.3. Disminución en el confort de la persona.

Las quejas médicas incluyen dolor vertebragéni-co, deformaciones de la columna vertebral, fatiga, enfermedades de los músculos, desordenes hemo-rroidales, etc. Esta norma utiliza para evaluar la seve-ridad vibratoria la aceleración RMS entre 1 y 80 Hz, medida en tres direcciones mutuamente ortogonales. Limita el nivel vibratorio de acuerdo a la frecuencia de vibración. Los valores más bajos corresponden a los rangos de frecuencia donde se encuentran las frecuencias naturales de vibración de los diferentes órganos del ser humano. Por ejemplo, la frecuencia natural longitudinal (de cabeza a pies) de un ser hu-mano se considera que está entre 4 y 8 Hz, las trans-versales (espalda a pecho y de derecha a izquierda) están entre 1 y 2 Hz.

Los niveles de vibración y sus causas se estable-cen de la siguiente forma de acuerdo a la Directiva 2002/44/CE:

a) De muy baja frecuencia (f < 1 Hz): El movimien-to de balanceo de trenes, barcos, aviones, etc.

b) De baja frecuencia (1 a 20 Hz): Vibraciones originadas por carretillas elevadoras, tractores, prensas, vehículos de transporte, máquinas ex-cavadoras, etc.

c) Alta frecuencia (20 a 1000 Hz): Máquinas neumáticas y rotativas, tales como martillos picadores neumáticos, pulidoras, motosierras, lijadoras, etc.

La exposición a estos niveles de vibración hace que la selección de un sistema de aislamiento tome la importancia necesaria para disminuir y controlar de forma efectiva los efectos sobre las personas y los equipos.

3 SISTEMAS DE AISLAMIENTO

En las máquinas, equipos y construcciones civiles es común que se presenten problemas en su funciona-miento, debido a los efectos de las vibraciones. Éstos, a su vez, se transmiten de forma directa al personal que se encuentra cerca, causando efectos impercepti-bles. Especialmente, si la fuerza vibratoria es de baja frecuencia. Aquí toma relevante importancia la selec-ción adecuada de un sistema de aislamiento que, por su naturaleza, puede ser pasivo o activo.

El aislamiento pasivo es un sistema de control que no requiere energía externa para su funciona-miento. Involucra la reducción de las vibraciones mediante el uso de resortes, materiales elásticos y amortiguadores que se adicionan durante la etapa de diseño. Su principal desventaja está en eliminar sólo vibraciones en el rango de frecuencia, para lo cual, fue calculado, por lo que resulta ineficiente o inesta-ble si este rango cambia.

Otra opción es el sistema de aislamiento activo, cuya ventaja principal es permitir la disminución de los efectos generados por las vibraciones mediante un sensado continuo. El control por aislamiento acti-vo, por lo regular, involucra el uso de una fuente de energía externa, sensores, actuadores, amortiguado-res y algún tipo de sistema de control electrónico, con el objeto específico de reducir o mantener los niveles de vibración dentro de los márgenes definidos pre-viamente.

De acuerdo a Pineda Botero (2004) existen tres clases de aislamientos activos los cuales se mues-tran en la figura 1. Cada aislador consiste en ele-mentos pasivos y activos que generan fuerzas de reacción para cancelar la vibración; además, pueden utilizarse combinaciones de estas clases en el dise-ño de control activo.

Para el presente trabajo se desarrolla el análisis de un control por aislamiento pasivo. Se efectúa la com-paración con los resultados obtenidos mediante aisla-miento activo en serie, ya que la masa intermedia y el soporte aislante pasivo son ideales para aislar el ac-tuador de control y la fuente vibratoria de la dinámica de la estructura del soporte flexible. Lo cual supone una mejora en el comportamiento del sistema.

J. A. Hernández Zárate: Control por aislamiento activo de un sistema dinámico sometido a vibraciones...


4 ANÁLISIS Y SIMULACIÓN

El estudio del sistema de aislamiento se inicia apli-cando un control pasivo tomando como base un sis-tema masa-resorte-amortiguador convencional. El modelo propuesto se muestra en Simulink de Matlab en la figura 2.

Figura 1. Tipos generales de aisladores activos a) Inercial, b) Paralelo, c) Serie.

Figura 2. Modelo con aislamiento pasivo.

Electroválvula E.v.Flujos hacia el pistón q1 y q2.Presión en las caras del pistón P1 y P2.Desplazamiento del pistón z(t).Desplazamiento del carrete de la electroválvula Xs.Perturbación vibratoria x(t).Desplazamiento de la masa y(t).Constante del resorte K.Señal de control u.

Figura 3. Control por aislamiento activo.

trolador que, a su vez, activa una electroválvula ac-cionando un cilindro hidráulico que ejerce una fuerza sobre la masa para amortiguar el movimiento.

El modelo que se utilizó en Simulink de Matlab se muestra en la siguiente figura 4.

Los valores que se consideraron para la simula-ción con aislamiento pasivo fueron:

Masa m = 250 kgConstante del amortiguador c = 178.88 Ns/mConstante del resorte K = 20 kN/m

Para la simulación con aislamiento pasivo los va-lores son los dados por Naranjo Pérez [3] y Cirera [2] como:

Masa m = 250 kgConstante del resorte K = 20 kN/mÁrea del émbolo del cilindro A = 11.4 cm2

Constantes del cilindro ca = 0.313 m2/s; cb = 0.375 cm4s/kg ; cL = 0.25 cm4s/kg.

La fuerza F(t) es del tipo X sen(~ t), donde X es el desplazamiento que genera la fuerza perturbadora y (~ t) es su frecuencia. Para la simulación los valores propuestos de X serán de 0.01m y 0.001 m que es lo que comúnmente desarrollan las prensas hidráulicas de acuerdo a datos de experimentación del fabrican-te. Para (~ t) se tomarán valores de baja frecuencia que pasen por el punto de resonancia de 8.9443 rad/s, con un tiempo de muestreo de 50 ms.


El sistema de control por aislamiento activo es el utilizado por Cirera [1] y se muestra en la figura 3. Consiste en un sensor que registra los movimientos en la masa “m” y envía una señal amplificada al con-


5 RESULTADOS

La simulación con sistema de aislamiento pasivo, pasando por el punto de resonancia, se muestra en la figura 5. En ella se observa que a la frecuencia natu-ral de operación, el sistema vibra con oscilaciones de amplitud creciente hasta llegar a un valor máximo de 1.55 mm, debido a la acción del amortiguador para lo cual fue diseñado y que se encuentra en su máxima capacidad.

Para el mismo sistema sometido a la acción de un aislamiento activo la simulación se muestra en la figura 6.

A diferencia del aislamiento pasivo, en este caso el desplazamiento de la masa no se dispara a un valor máximo, sino que se mantiene dentro de los rangos de trabajo aceptables, tomando un valor estable de aproximadamente 0.07 mm. Esto debido a la acción reguladora del amortiguador y a la retroalimenta-ción.

6 CONCLUSIONES

De acuerdo con la investigación y las simulacio-nes realizadas, se confirma que el sistema de control por aislamiento activo es el ideal para sistemas diná-

Figura 4. Modelo con aislamiento activo.

Figura 6. Simulación con aislamiento activo.

Figura 5. Simulación con aislamiento pasivo.



micos sometidos a vibraciones de baja frecuencia. Es decir, entre los rangos de 1 a 20 Hz, siendo el aisla-miento pasivo el idóneo para frecuencias altas.

En el análisis de la frecuencia de resonancia, el sistema por aislamiento activo reaccionó de forma más estable y segura en comparación con el sistema pasivo. La selección y el diseño de la ley de control para el sistema activo, es un punto importante a con-siderar ya que el buen desempeño del sistema depen-de invariablemente de ella.

REFERENCIAS

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[2] Cirera, E. A., 2000. “Aislamiento de Vibraciones” Arandú Revista Virtual Facultad de Ingeniería de la UNNE No. 2, Año 2, Abril.

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[4] Balakumar, B., 2006. Vibraciones. México: Editorial Thomson Learning.

[5] Ginsberg, J. H., 2001. Mechanical and Structural Vibrations. Editorial Wiley.

[6] Hernández, J. A., 2005. Atenuación de vibraciones en sistemas mecánicos basados en la disipación de energía utilizando control adaptable, Tesis Doctoral Octubre.

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[12] Suárez, J., et al.. Análisis teórico de un sistema de control de vibraciones mecánicas de baja frecuencia por medio de aislamiento activo, Revista electrónica en Ingeniería Mecánica, ISSN 1870-1264, Volumen 17, Páginas 1-18.

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[19] Benjamin, C. Sistemas de control automático, Sétima edición. Prentice Hall.

[20] Katsuhiko, O. Ingeniería de control utilizando Matlab. Prentice Hall.




En el enfriamiento a volumen constante, el calor extraído equivale a:

* *Q m Crl v DS= (2) Qrl = (5.3641x10-5) (0.718) (55)Qrl = 0.002118 KJEn la compresión isotérmica el trabajo requerido,

igual al calor extraído equivale a:* * * ( )Q L m R T Ln rc c Min= = (3)

Q Lc c= = - (5.3641x10-5) (0.287) (298) (Ln 1.01)Q Lc c= = - 0.00004561 KJCon el rendimiento del recuperador e, el calor dis-

ponible equivale a:

*Q e Qc rl= (4) Qr2 = (1) (0.002118)Qr2 = 0.002118 KJ

La diferencia entre el calor disponible y el calor requerido para volver a la temperatura TMax , deberá ser aportada antes de la expansión, por la fuente ca-liente, para volver a las condiciones iniciales.

(1 ) * (1 ) * * * TQ e Q e m Cr rl vD D= - = - (5) QrD = (1-1) (0.002118)

= (1-1) (5.3641x10-5) (0.718) (55)QrD = 0 KJ

El trabajo útil efectuado, diferencia entre (1) y (3) equivale a:

* * * ( )TL m R Ln rD= (6) L = (5.3641x10-5) (0.287) (55) (Ln 1.01)L = 0.000008424 KJY el calor total ingresado, suma de 1 y 5 es:

* * * ( )

( ) * * * T

Q m R T Ln r

e m C1

Max

v D

=

+ - (7)

Q = ((5.364lx) (0.287) (353) (Ln 1.01)) + ((1-1) (5.3641x) (0.718) (55))

Q = 0.00005407 KJRelacionando (6) y (7), se obtiene el rendimiento

térmico de este ciclo que equivale a:* * ( )/( * * ( )

( ) * * )

T

T

R Lu r R T Ln r

e C1

Max

v

h D

D

=

+ - (8)

Se notará que como en nuestro caso c=1 el segun-do término del divisor se anula, y el rendimiento se reduce a:

/T TMaxh D= (9) h = 55 / 353h = 0.15 x 100h = 15%

De esta forma encontramos que el motor Stirling LTD tiene una eficiencia del 15%.

4 BALANCE TÉRMICO UTILIZANDO EL CALOR DESPRENDIDO POR LA MANO

Realizaremos un balance térmico utilizando sola-mente la temperatura desprendida por nuestra mano, tomando en cuenta que la TMax 36°C (temperatura promedio del cuerpo humano) y la TMin 25°C (tem-peratura ambiente), y queda de la siguiente manera:

En la expansión isotérmica el trabajo efectuado, igual a la cantidad de calor aportado equivale a:

* * * ( )Q L m R T Ln re e Max= = (1) Q Le e= = (5.3641x10-5) (0.287) (309) (Ln 1.01)Q Le e= = (5.3641141x10-5) (0.287) (309) (0,009950)Q Le e= = 0.00004733 KJ

En el enfriamiento a volumen constante, el calor extraído equivale a:

* *Q m Crl v DS= (2) Qrl = (5.3641x) (0.718) (11)Qrl = 0.0004236 KJ

En la compresión isotérmica el trabajo requerido, igual al calor extraído equivale a:

* * * ( )Q L m R T Ln rc c Min= = (3) Q Lc c= = - (5.3641 x) (0.287) (298) (Ln 1.01)Q Lc c= = - 0.00004564 KJ

Con el rendimiento del recuperador, el calor dis-ponible equivale a:

*Q e Qr rl2 = (4) Qr2 = (1) (0.0004236)Qr2 = 0.0004236 KJ

Y la diferencia entre el calor disponible y el calor requerido para volver a la temperatura, TMax , deberá ser aportada antes de la expansión, por la fuente ca-liente, para volver a las condiciones iniciales.

(1 ) * (1 ) * * * TQ e Q e m Cr rl vD D= - = - (5) QrD = (1-1) (0.0004236)

= (1-1) (5.3641x) (0.718) (11)QrD = 0 KJ

El trabajo útil efectuado, diferencia entre (1) y (3) equivale a:

* * * ( )TL m R Ln rD= (6) L = (5.364lx) (0.287) (11) (Ln 1.01)L = 0.000001684 KJ

T. Fernández Gómez: Motor de combustión externa, con baja diferencia de temperatura


Y el calor total ingresado, suma de 1 y 5 es:* * * ( )

( ) * * * T

Q m R T Ln r

e m C1

Max

v D

=

+ - (7)

Q = ((5.3641x) (0.287) (309) (Ln 1.01)) + ((1-1) (5.3641x) (0.718) (11))Q = 0.00004733 KJ

Relacionando (6) y (7), se obtiene el rendimiento térmico de este ciclo que equivale a:

* * ( )/( * * ( )

( ) * * )

T

T

R Lu r R T Ln r

e C1

Max

v

h D

D

=

+ - (8)

Se notará que como en nuestro caso e=1 el segun-do término del divisor se anula, y el rendimiento se reduce a:

/T TMaxh D= (9) h = 11 / 309h = 0.035 x 100h = 3.5%

5 ANÁLISIS DE RESULTADOS

En el caso número l, la taza caliente, se puede ob-servar que teniendo una diferencia de temperatura de 55ºK, la eficiencia dada por el motor es aceptable (15%), y aunque esta es la mayor obtenida en nuestro balance pudo haber sido mayor si la temperatura am-biente hubiera sido de menor valor, lo que demuestra que a mayor diferencia de temperaturas la eficiencia brindada por los motores Stirling es más elevada.

En el caso número 2, la palma de la mano, la efi-ciencia (3.5%) fue la menor obtenida de los dos casos dada la mínima diferencia de temperatura T que fue de solo 11ºK.

Se puede observar que en todos los casos el mo-tor de combustión externa es capaz de proporcionar

eficiencia positiva aun con una diferencia de tempe-ratura muy mínima.

Todo esto nos sirve para demostrar que el ciclo Stirling será en un futuro no muy lejano la opción más viable para la obtención de trabajo sin depender tanto de combustibles fósiles.

6 CONCLUSIONES

El ciclo de esta máquina térmica puede llegar a ser la respuesta a aquellas interrogantes acerca del si-guiente paso que deberá tomarse en cuanto a ahorro de combustibles y su reflejo de este en la obtención de energía destinada a realizar un trabajo.

El motor de combustión externa seleccionado puede ser tomado de referencia para el diseño de otros motores de este tipo o como base de diversos estudios.

Es conveniente pensar a futuro, y con esto tomar el ejemplo de aquellos países que destinan tiempo y esfuerzo a la investigación y mejora de este tipo de motores para beneficio de sus comunidades.

REFERENCIAS

[1] Agüero, V.R., 2006. Diseño y construcción de un motor Stirling para la generación de energía eléctrica. Lima: Universidad Nacional de Ingeniería.

[2] Álvarez, F., Et al., 2005. Máquinas térmicas motoras, México: Editorial Alfa omega.

[3] Kramer, J., 2002. El motor del futuro, ¿Cómo ves? año 5, Pp.16-19.

[4] De la Herrán, J., 1981. El motor Stirling, reto a la tecnología. Información Científica y Tecnológica, 15 de octubre de 1981,Vol. 3 Núm. 55. Pp. 4-11.

T. Fernández Gómez: Motor de combustión externa, con baja diferencia de temperatura


• La ejemplificación del comportamiento mecáni-co de cada elemento en una forma simple.

• La conexión de los elementos por medio de nodos.

Este proceso presenta un conjunto de ecuaciones algebraicas, las cuales son de equilibrio para cada uno de los nodos (ecuaciones nodales); un modelo de MEF puede presentar una centena o incluso miles de ecuaciones nodales, para su solución se utilizan cada vez más, poderosas computadoras.

Si necesitamos una descripción más sofistica da del MEF, puede ser la que se representa sobre una base de

interpolaciones polinomiales, para cada parte del pro-blema o del elemento en general. Sobre un elemen-to, un campo de variables (deformaciones unitarias-desplazamientos, esfuerzos –deformaciones unitarias, deformaciones unitarias planas y temperaturas) en los nodos. Conectando los elementos en forma conjunta, el campo viene a ser interpolado sobre toda la estruc-tura por las expresiones polinomiales que tienen los elementos. La minimización de una función en par-ticular, como la energía total, (Método de Rayleigh-Ritz), va a generar un conjunto de ecuaciones alge-braicas para los valores del campo en los nodos. Su forma matricial, de este conjunto de ecuaciones es:

K u F=6 @" ", , (1)

Donde u" , es el vector de las incógnitas (des-plazamientos en los nodos), F" ,, es el vector de las fuerzas o cargas nodales y [K], es la matriz de rigidez.

La principal diferencia entre el método clásico y el MEF, radica en la forma de “ver”, el dominio físi-co y la forma de aplicar la resolución. Los métodos clásicos consideran que el dominio físico es un me-dio continuo por el cual una solución analítica a sus ecuaciones gobernantes puede ser obtenido. La solu-ción será exacta para problemas físicos simples (una columna a tensión por ejemplo), ó una aproximación en problemas físicos semi complejos (solución por el método de Rayleigh-Ritz). Dicha solución aproxima-tiva se obtiene por métodos variacionales de aproxi-mación como el método de Rayleigh-Ritz, Galerkin, etc. El método del elemento finito es un método nu-mérico en cual el dominio físico esta representado por una colección de dominios simples, llamados elementos finitos y que permite obtener una solución aproximada a un problema dado.

El análisis por Elemento Finito el cual lo podemos dividir en tres fases:

1. El Pre-tratamiento.2. El tratamiento.3. El Post- tratamiento. Los programas que se utilizan para resolver las

ecuaciones resultantes de la aplicación del MEF, como ANSYS, COMSOL, ADINA FEMLAB, CA-TIA, etc; utilizan gráficas para ayudar al Pre y Post tratamiento, lo cual permite generar el mallado, de-finir los materiales a utilizar y las condiciones a los límites de frontera; dichos sistemas intervienen prin-cipalmente en el Pre y Post tratamiento como se ha mencionado.

La parte del tratamiento es donde se encuentran los fundamentos del MEF que serán implementados, in-

Figura 1. Problema simple, una columna sometida a tracción.

Figura 2. Llave de mano problema complejo, para el análisis de la ingeniería aplicada.

Figura 3. a) Medio continúo b) Medio continuo cortado en triángulos (elemento finito).

Ibáñez Juárez: Elemento finito aplicado a la estática, una alternativa para el análisis de la ingeniería aplicada


un problema físico sea bien entendido con la finali-dad de escoger de forma inteligente los tipos de ele-mentos a utilizar y su cantidad requerida para que el problema físico sea representado de forma adecuada.

En un modelado por MEF, se debe de evitar los elementos de formas inadecuadas o complejas o muy grandes a fin de representar de forma correcta las variaciones rápidas e importantes de las varia-bles. Además un mallado muy grueso dará resulta-dos erróneos inaceptables sobre el gradiente. Por el contrario un mallado muy fino demandará más recursos del programa y la pérdida de tiempo co-rrespondiente y la utilización de más elementos que los indispensables para obtener los resultados ade-cuados, la figura 6 nos muestra las curvas de despla-zamiento sobre una columna con carga excéntrica a diferentes espesores, la buena adecuación de un modelo permitirá obtener resultados tangibles, y va-lidables.

Una vez que el programa genera los resultados habrá que verificar que los resultados sean razo-nables lo cual es muy importante para llegar a un buen análisis. En un análisis por Elemento Finito, la anticipación de resultados y su verificación son partes importantes para que el modelo tenga éxito. En nuestro ejemplo podemos anticipar el efecto de la fuerza excéntrica sobre la columna y la forma en que se verán afectados los esfuerzos y los des-plazamientos de las reacciones. Si existieran diver-

gencias importantes a los resultados anticipados, sería un indicativo de una mala comprensión del problema físico; y las divergencias deberán de ser corregidas o entender una explicación lógica antes de que los resultados puedan ser juzgados de forma correcta.

3 CONCLUSIONES

Un análisis realizado por un usuario típico o con-vencional, no tiene la necesidad de un conocimiento profundo de la matemática que se encuentra detrás del MEF, sin embargo un usuario competente deberá comprender como se comportan los elementos para tomar las decisiones adecuadas del modelo (tipo de mallado, grosor, etc.) de manera que pueda evitar malas interpretaciones e identificar los errores, y los resultados no realistas que se presentan durante el tra-tamiento. Él debe de comprender que el MEF es una forma de implementar una teoría matemática sobre un comportamiento físico y que trae como consecuencia la formulación de hipótesis y límites los cuales debe-rán de ser respetados en el análisis a realizar con el programa. Las preguntas que se deberán de responder cuando se realiza un análisis por elemento finito son:

• ¿Cuáles son los tipos de elementos a utilizar y cuántos?

• ¿Dónde se debe de realizar un mallado fino y en donde uno grueso?

• ¿Puede ser simplificado el modelo?• ¿Cuáles detalles físicos deberán de ser represen-

tados?• ¿Qué tipo de análisis se quiere realizar (térmico,

estático, dinámico, lineal, etc.)?


Figura 5. Representación del modelado de un problema físico.

Figura 6. Comportamiento de la columna a diferentes espesores del FPR, la gráfica presenta el desplazamiento unitario-carga aplicada.


• ¿Como se verifica la precisión de los resultados y los errores de análisis?

La utilización del MEF en la ingeniería aplicada permite la simulación y análisis de diversos proble-mas físicos que generan nuevos productos o mejoran la calidad de vida, no es casualidad que este método sea considerado dentro del ciclo de vida del produc-to (PLM, por sus siglas en inglés) como parte fun-damental de los modernos software´s de Ingeniería Asistida por Computadora (CAE, por sus siglas en inglés).

REFERENCIAS

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En esta ecuación, |A| es el número de lados que conforman el grafo y la fórmula expresa que la suma total de las valencias de los vértices de un grafo es igual a dos veces el número de lados del grafo. Para las Figuras 1 a) y 2 b) la igualdad anterior toma la forma:

1+2+1=2(2) 3+3+2+2+2+2=2(7)

A partir del procedimiento dado se pueden obte-ner útiles resultados. Una aplicación es el problema del recuento de todas las estructuras isométricas de las moléculas del tipo C Hn n2 2- , C Hn n2 , C Hn n2 2+ , etc. así como los isómeros de sus derivados. Nos enfoca-remos a la obtención de estos.

En particular, se puede dar solución al siguiente problema: si un hidrocarburo saturado (por ejemplo, un hidrocarburo acíclico con enlaces simples llama-do alcano) tiene n átomos, entonces tiene n2 2+ átomos de hidrógeno, si no contiene sustituyentes. El grafo asociado a tal hidrocarburo es un grafo parti-cular llamado árbol, para el cual existen resultados extras que serán descritos más adelante. Visualmente un grafo-árbol tiene la forma de un árbol común, de donde deriva su nombre (figura 3).

Figura 3. Árbol.

Como se observa en la figura 3, un árbol no tiene ciclos, es decir, hay un solo camino entre cada par de vértices. Esta es la propiedad básica y, de acuerdo con esto, la Figura 1 corresponde también a un árbol grafo. El grafo de la figura 4, también es un grafo árbol:

Figura 4. Grafo árbol por definición.

Para cualquier árbol se cumple la regla: si el núme-ro de vértices es n , entonces el número de lados es n 1- . Para las figuras 3 y 4 el número de vértices son 8 y 5, por tanto el número de lados es 7 y 4, res-pectivamente.

3 OBTENCIÓN DE FÓRMULAS MOLECULARES. ALQUENOS Y ALQUINOS

Para una mejor ilustración del recuento de átomos de hidrógeno en un hidrocarburo saturado, se utilizará la molécula del n-butano (figura 5).

Figura 5. Estructura molecular y grafo del butano.

Sus fórmulas molecular y condensada son CH CH CH CH3 2 2 3 y C H4 10 , respectivamente. La fór-mula es del tipo C Hn n2 2+ para n 4= .

La fórmula para valencias y lados de un grafo toma la forma:

( ) ( ) ( )x x4 4 1 2 3+ = +

En el lado izquierdo de la ecuación, el primer cuatro es el número de carbonos, el cuatro entre pa-réntesis es la valencia con la que interviene el car-bono en la molécula, la variable x es el número de átomos de hidrógeno que queremos obtener y el nú-mero uno entre paréntesis es la valencia del hidróge-no. En el lado derecho de la ecuación, el número 3 es el número de lados que se tiene en el grafo y co-rresponde a los enlaces carbono-carbono. La varia-ble es el número de enlaces (lados) del carbono con los restantes átomos de hidrógeno. Resolviendo esta elemental ecuación de primer grado con respecto a la variable x , se obtiene x 10= , es decir obtenemos la conocida fórmula del butano C H4 10 .Abordemos el caso general con un número conocido de átomos de carbono. Supongamos que se tiene una cadena con n vértices (figura 6).

Figura 6. Alcano sin sustituciones.

M. Ramírez, I. Ochoa: Teoría de grafos aplicada al cálculo de fórmulas moleculares


Este grafo representa un alcano sin sustituciones. Al mismo tiempo es un grafo tipo árbol con n vér-tices, por tanto tiene n 1- lados. Para este caso, la ecuación para valencias y lados de un grafo toma la forma:

( ) ( ) (( ) )n x n x4 1 2 1+ = - + [**]

El significado de cada parámetro es el mismo que se explicó para el butano solo que en este caso el nú-mero de átomos de carbono es n . Despejando la va-riable x , se obtiene x n2 2= + , es decir la fórmula de este compuesto es:

C Hn n2 2+

Para el caso de un alqueno con un enlace doble y con n átomos de carbono, se tendría que el núme-ro de lados (enlaces) es: ( )n n1 1- + = . El número entre paréntesis se obtiene de la propiedad para gra-fos tipo árbol, el 1+ es debido a un enlace doble en la cadena molecular. De esta manera la ecuación es:

( ) ( ) ( )n x n x4 1 2+ = +

Resolviendo para la variable x se obtiene 2 ,x n=y se obtiene la fórmula familiar para los alquenos:

C Hn n2

En el caso de k enlaces dobles, la fórmula anterior, para el número de lados, queda: ( )n k1- + .

Un caso análogo resulta para los alquinos, en donde el número de lados para un triple enla-ce sería: ( )n 1 2- + y para k triples enlaces sería: ( )n k1 2- + , siendo k un número entero.De la presente explicación debe ser claro las opera-ciones a aplicar en el caso de que el número de enla-ces dobles y/o triples aumente o intervengan átomos diferentes al hidrógeno en cuyo caso en la fórmula [**], x es el sustituyente diferente al hidrógeno y se reemplaza la valencia del hidrógeno por aquélla del sustituyente.

4 CONCLUSIONES

Las características y propiedades de las estructuras llamadas grafos que se encuentran en el campo de la química molecular, física nuclear y otras áreas, han

encontrado mayor aplicación. Otros campos de la matemática, como la teoría de conjuntos y el algebra van teniendo mayor interés para los especialistas.De esta manera se muestra que la aplicación del apa-rato matemático, en particular la teoría de grafos, permite un análisis de una gama de fenómenos va-rios, en particular del área de la química. Esta útil he-rramienta puede utilizarse para predecir propiedades fisicoquímicas [4, 5, 6, 7] de compuestos aún antes de ser sintetizados. El especialista puede, en base a su experiencia acumulada, proyectar nuevos grafos químicos de interés tecnológico y no conocidos con anterioridad para después encontrar la manera de sin-tetizarlos. Este mecanismo sería de gran ayuda, por ejemplo, para la química combinatoria en base a la cual se analizan, preparan y procesan empíricamente gran cantidad de materiales que en condiciones tra-dicionales requiere tanto de un proceso experimental costoso y un proceso complejo de cálculos.

REFERENCIAS

[1] Whitten, K.,1998. Química General. 5a ed., España: Mc Graw Hill.

[2] King, R., 1983. Chemical Applications of Topology and Graph Theory. Georgia: Elsevier Science Publishers B. V.

[3] Rosen, K., 2004. Matemática Discreta y sus Aplicaciones. 5a ed., España:Mc Graw Hill.

[4] Bulanova, A., Kharitonova, A. and Row, K., 2005. Connection of Topological Characteristics with Physicochemical Parameters of Benzoic Acid Derivates. Revista de la Universidad de Samara, Rusia. No. 2(36).

[5] Sharma, R., Sikarwar, A. and Gupta, N., 2011.Correlation Studies of Topological Indices for Cephalosporin Type Antibiotic Drug Derivates. Asian Journal of Biochemical and Pharmaceutical Research. Vol. 1 (Issue 2).

[6] Ezhela, V., 2004. Isomeric Stability of Graph Structures. Rusia: Centro Estatal de Ciencias, Instituto de Física de Energía.

[7] Olexnovich, L.,1997. Variability of Structures and Forms of Organic Compound Molecules. Rostov-na-Donu: Universidad Estatal de Rusia.

M. Ramírez, I. Ochoa: Teoría de grafos aplicada al cálculo de fórmulas moleculares


tratamiento del error mencionado [1], por medio de fórmulas matemáticas que son comprensibles hacia nosotros los Ingenieros, de esta manera podemos ob-servar ciertas partes del error, estas mismas fórmu-las son aplicables a nuestro trabajo y si nos ayudan a entregar resultados, pero como Ingenieros debemos por lo menos saber de dónde provienen esos mismos elementos. Este caso tiene la particularidad de que desmenuzándolo, lo podemos comprender, por eso hemos decidido exponer de manera breve pero preci-sa, de donde provienen las constantes para el algorit-mo que denota dicho error.

A través de métodos y técnicas estadísticas pode-mos simplificar la fórmula de Círculo de Error Pro-bable, y exponer como la Topografía clásica es base importante para determinar la fórmula.

Aunque la ciencia y la técnica se encuentran en un gran punto de desarrollo, no debemos olvidar las bases estadísticas de donde provienen. Es decir que a pesar de que esta fórmula de error tiene su aplicación principal en Procesos Modernos de Levantamientos Geodésicos, está caracterizada por elementos que de-finen el concepto que ostentan la tradicionalidad de las mediciones Topográficas y Geodésicas.

Los organismos oficiales, a nivel nacional e inter-nacional, que se encargan del desarrollo en cuestión de lineamientos Topográficos y Geodésicos, marcan al usuario de sistemas coordenados, apegarse a la re-glamentación vigente, utilizando esa fórmula, y cabe mencionar que aunque el propio usuario se automa-tiza a realizar los cálculos correspondientes, a veces deja de lado la verdadera esencia y sentido común, que lo llevó a realizar dichos cálculos.

Se mostrará la determinación de las constantes numéricas, de una manera simple, concisa y enten-dible a las personas dirigidas y mencionadas.

A través de mediciones realizadas en campo, se determinarán cantidades estadísticas elementales, las cuales revelarán la aproximación a los factores numé-ricos de las fórmulas. También se explicarán de ma-nera breve los conceptos involucrados con la fórmula, para después exponer con un ejemplo su aplicación.

2 DESARROLLO

El objetivo del presente es exponer la forma en que se desarrolla la metodología para determinar algunas constantes probabilísticas, y que tienen como fun-ción, estimar uno de los errores que se utilizan en los Posicionamientos Geodésicos.

Conociendo las constantes numéricas del CEP, podremos determinar el CEP, en la medición de un punto.

El CEP (Círculo de Error Probable) se define como la región de confianza en la cual existe cierto porcentaje de probabilidad de que se encuentre el va-lor verdadero [2].

Expresa la probabilidad de que las mediciones se encuentren dentro del rango expresado.

Si en la medición se obtiene un metro de CEP, quiere decir que en un cierto rango de observaciones, un porcentaje de estas se encuentran en un círculo de radio = 1.

Con centro en el valor promedio de las observa-ciones.

De acuerdo al tratamiento que se le dé al CEP, y al propósito del trabajo de medición, los porcentajes mencionados tendrán variación.

Figura 1. Relación de Incertidumbre en el CEP.

2.1 Características del CEP.

• Regularmente es una medida estadística.• Es bidimensional.• Su Exactitud depende de Precisión.Para comprender mejor el concepto, conviene re-

cordar lo siguiente.1. Precisión: grado de cercanía de mediciones re-

petidas de la misma cantidad.En ingeniería, se denomina precisión a la capa-

cidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes, realizadas en las mismas condiciones.

2. Exactitud: grado de cercanía a una cantidad es-timada.

En ingeniería, se denomina exactitud a la capa-cidad de un instrumento de acercarse al valor de la magnitud real.

2.2 Relación

Conocer el CEP, nos da idea del tamaño, que tiene nuestro circulo de error, es decir podemos saber la incertidumbre en la medición de dicho punto.

M. Ávila Cruz, J. A. Torres Méndez: Determinación de constantes para errores geodésicos


En los conceptos anteriores figura el término de que el CEP solo da una indicación aproximada de la probabilidad; de que un punto sea preciso, y esto de-riva de otros conceptos llamados [1]:

EPE (estimated position error). DOP (dilution of precisión).URA (user range accuracy).

Figura 2. Gráfico de la Dilución de Precisión DOP

2.3 Relaciones métricas y no métricas

Por convención se ha determinado que para mayor exactitud se debe multiplicar el factor EPE x DOP.

Suponiendo:

EPE = .85 DOP = 2 (.85)*(2) =1.7

El resultado será 1.7 metros.

CEP=0.59

• Correcto para ubicación.• Incorrecto para Levantamientos Geodésicos-

Topográficos.Es frecuente para las mediciones topográficas y

geodésicas, utilizar el término CEP95, y este se defi-ne como el CEP pero con un radio de 95% de proba-bilidad, llamado también: R 95

2.4 Norma Geodésica

De acuerdo con la fórmula original que se propone en la norma geodésica:

CEP=0.59 ( )v v+z m

Dónde:

vz : Desviación estándar de la latitud en metrosvm : Desviación estándar de la longitud en metros

Determinación:Según la probabilidad la fórmula original

CEP = . * . *y x0 62 0 56v v+

Entonces:

0.62 + 0.56 =1.18 / 2 = 0.59

Por lo tanto:

CEP=0.59 ( )y xv v+

Mientras que el CEP95 está dado por [3]:

CEP 95 = 2.08 * CEP

La constante de CEP95 se deriva de:

0.59 * 2.08 = 1.2272

Con lo que se tiene finalmente:

CEP 95 = 1.2272 ( )v v+z m

Los valores fijos de 0.62/0.56/2.08 se obtienen de curva de Gauss (campana).

Esta se obtiene al graficar algunos valores relacio-nados con la probabilidad de un conjunto de datos.

Esta gráfica es denominada “gráfica de distribu-ción” y está en función de la densidad.

También se puede decir que no importa el tamaño de la muestra, la mayor precisión será cuando la cur-va este más cerrada, y menor precisión cuando esté abierta.

Figuras 3 y 4. Gráficos que muestran la dispersión de un error puntual.

Recordando también:

xnx

1i

i

n

1

==

r /MediaResiduo v x x= - rDesviación Estándar

( )n

x x1

i

i

n2

1

v = -=

r/

2.5 Ejemplo de Graficación

Se realizó una serie de 100 observaciones angula-res con un teodolito de precisión, a continuación se muestra el conjunto de valores con su media y su va-lor más probable.

Los valores están ordenados en forma ascendente.



El siguiente gráfico muestra un Histograma con barras que definen la distribución de residuos en la forma más apropiada, el intervalo de clase se escogió de 0.7.

Produjo 17 barras que si se unen por medio de su punto central se obtiene el llamado polígono de fre-cuencia, el cual se adopta con forma de campana para los cálculos matemáticos y estadísticos.

Figura 5. Histograma de la medición, unión de barras para curva de Gauss.

El CEP, que es el error al 50%, se encuentra en los límites del punto de inflexión.

El error al 95%, se manifiesta a medida en que la probabilidad va decreciendo, esto demuestra que a mayor residuo menor probabilidad, y viceversa.

Figura 6. Curva de Gauss que muestra el porcentaje de error.

La siguiente gráfica muestra el porcentaje del área total bajo la curva de distribución normal, que existe entre intervalos de residuos.

El 50%, del área bajo la curva, nos dice que la probabilidad de error será de 0.67.

Y que el 95%, del área bajo la curva dará una pro-babilidad de 1.9599.

Por lo tanto, con el valor de 2.0, nuestro valor cae en una confianza del 95%.

Este valor demuestra que estamos ocupando casi todo el margen de error.

Los cálculos tradicionales son la base para deter-minar constantes que se utilizan en errores de equi-pos de última generación.

Figura 7. Área bajo la curva de Distribución.

Ejemplo:Se han tomado lecturas en un punto, con equipo

Magellan PIII, L1 de Post Proceso.

Figura 8. Tabla de Comparativa en Fórmulas de CEP.

De campoOtro claro ejemplo de la utilización del CEP, es

durante la configuración Miscelánea en los progra-mas de post-proceso.

3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con esto queremos decir que no importando la cons-tante que se nos de, para el cálculo del Círculo de Error Probable, este factor dependerá también de otros elementos.

Aun cuando se realicen cualquier cantidad de ob-servaciones, estas se sujetarán a variables “externas”.



Lo que hace el CEP, es darnos una idea de la incer-tidumbre del punto, y dependiendo del que tomemos (CEP o CEP95), siempre tendremos el mismo error, ya que las constantes mencionadas solo darán tole-rancia para la determinación puntual. El escoger un CEP95, no da mayor precisión.

Podemos utilizar ambas fórmulas de convención: las PROBABILÍSTICAS y/o las de la NORMA GEODÉSICA [3].

Lo que si podemos hacer es tener en cuenta los cuidados durante la medición (tiempo, firmamento, multitray, etc.), para poder reducir al mínimo el CEP, y entonces dependiendo del propósito, pueda ser has-ta despreciable.

Recordando que el EPE (calidad de señal, SPS, y SA). Entonces para coadyuvar en la determinación

de incertidumbre, se puede multiplicar el CEP por el DOP.

REFERENCIAS

[1] Uralov, S.S., Baranov, N.V. y Mendoza, A.D., 2008. Astronomía Geodésica de Posición. Ohio: Cosmos.

[2] Zakatov, P.S., 1997. Curso de Geodesia Superior. Madrid: Editorial MIR 1984.

[3] INEGI, 2006. La RGNA. [Internet]. Aguascalientes: INEGI, Disponible desde: http://www.inegi.org.mx/inegi/contenidos/espanol/instituto/contacto.asp?c=16 [Acceso 4 de febrero 2013].

Figuras 10 y 11. Ejemplos de utilización en Software Geodésico.




abandono, problemas personales. Debido a ello, se busca reducir la reprobación y el abandono a fin de lograr índices de aprovechamiento y de eficiencia ter-minal satisfactorios, de modo que los estudiantes de IES concluyan sus estudios y se incorporen al am-biente laboral. Diferentes instituciones y asociacio-nes tanto a nivel nacional como internacional se han avocado al desarrollo de programas de tutorías que apoyen el desarrollo de los estudiantes tanto de nivel profesional como de otros niveles educativos.

La propuesta de Educación Superior para el Siglo XXI [2] propone la institucionalización de las activi-dades de tutoría. También propone los programas ins-titucionales de tutoría: una propuesta de la ANUIES [5] es empleada en muchos de los programas de tu-toría que actualmente operan en buena parte de las instituciones de educación superior en México. A mediados de 2003, la propia ANUIES [3] publica un estudio sobre las modalidades y los procedimientos utilizados por las instituciones que ya habían puesto en marcha un programa de tutoría, resultados inte-resantes para otras instituciones que también buscan implementar modelos tutoriales, dado que muestran la diversidad de estrategias utilizadas, pero a la vez, la homogeneidad en los objetivos e intenciones for-mativas.

1.1 La tutoría

La tutoría es una actividad docente que apoya la inte-gración escolar en general, así como la vida cotidia-na extraescolar del alumno a partir de sus intereses y necesidades académicas, tiene la finalidad de impul-sar la independencia y madurez en su propio proce-so educativo [1]. La tutoría también asegura que la formación sea integral, personalizada y/o grupal, al existir una interrelación y compromiso entre el tutor y los tutorados mediante el establecimiento de con-diciones de apoyo y seguimiento para el aprendizaje.

Algunas consideraciones sobre la tutoría son: es un proceso continuo; apoya, orienta y evalúa el pro-ceso de aprendizaje del alumno [1, 2, 5]; propicia la auto-orientación y es planificada sistemáticamente, busca contribuir al abatimiento de la deserción, crear un clima de confianza, contribuir al mejoramiento de las circunstancias o condiciones del aprendizaje, desarrollar la capacidad del estudiante para asumir responsabilidades en el ámbito de su formación pro-fesional, fomentar el desarrollo de valores, actitudes y habilidades de integración al ámbito académico, desarrollándose profesional y personalmente, todo esto por medio del estímulo al interés del estudiante

para incorporarse a equipos de trabajo, entre muchos aspectos a considerar en las tutorías.

2 SISTEMA DE INFORMACIÓN

Se define a un sistema de información [7] como un conjunto de elementos ordenadamente relacionados entre sí, de acuerdo con un conjunto de ciertas reglas que aportan al sistema objeto la información necesa-ria para el cumplimiento de sus fines. Existen varios tipos de sistemas de información entre los cuales se pueden mencionar al sistema tradicional: empleados en nominas y contabilidad, los cuales son desarrollos estructurales y modulares; otro tipo es el sistema de soporte de decisiones que proporciona información elaborada para la toma decisiones; se tiene también al sistema de información de oficina, el cual se encarga de difundir la información empleando bases de datos distribuidas, multimedia, herramientas ofimáticas, etc.; finalmente se presentan los sistemas de nego-cios de procesamiento automático, los cuales sirven de apoyo a las tareas de organización, planificación y decisión. En este caso el sistema que se presenta tiene características de sistema de información de oficina y de sistema de procesamiento automático, lo cual le da la ventaja de ser simple en su manejo y brindar información vital para su análisis.

2.1 Modelo

El modelo empleado para el desarrollo de tutorías [6], se presenta en la figura 1, en él se muestran las seis etapas principales como son: determinación de requerimientos, diseño funcional, diseño pedagógi-co, diseño físico, sistema y evaluación para mejoras así como el proceso de retroalimentación y mejora-miento. Dentro de este modelo la parte fundamental son los requerimientos, a partir de dichos requeri-mientos se establecen las bases fundamentales para el desarrollo del sistema. La característica principal de este modelo, es que considera el diseño pedagógico, el cual permite que los contenidos sean asimilados de forma fácil.

2.2 Organización del sistema

La organización del sistema implementado, se mues-tra en la figura 2:

Como se observa, en el sistema existe un solo ad-ministrador y solo un encargado de mantenimiento. Este sistema fue desarrollado para el Instituto Tec-nológico de Puebla, motivo por el cual considera dos grandes áreas, las cuales comprenden la central de

J. R. Mendoza Vázquez et al: Sistema de información interactivo aplicado a tutorías


Puebla y la extensión de Acajete. Se recomienda que exista un gestor por departamento. Los tutores que dependen de un gestor están en el mismo departa-

mento que el gestor. En el caso de los alumnos, cada alumno será un tutorado y estará separado por depar-tamento.

Para el administrador se tiene el entorno donde se presentan las diferentes funciones, entre las cuales se ubican: validar usuario, búsqueda, eliminar usuarios, novedades y encuestas.

2.3 Funciones de mantenimiento

Las funciones de mantenimiento serán principalmen-te al arranque del sistema, altas, modificaciones y bajas de departamentos, carreras y retículas. Se reco-mienda realizar al menos un respaldo semanal, dejan-do dicho respaldo en unidades externas.

2.3.1 DepartamentosEn esta sección se tienen las opciones de registrar, modificar, consultar y dar de baja departamentos.

Figura 1. Modelo para el desarrollo de sistemas de gestión de la información.

Figura 2. Estructura general del sistema.



Figura 5. Ambiente del tutor.

Previo al inicio de registro del departamento, el en-cargado deberá tener ya un listado preparado con las claves y los nombres de los departamentos que va a generar, para ello deberá tener en cuenta, que todo aquel departamento que desee pueda tutorar a estu-diantes de cualquier carrera, deberá tener como pri-mera letra la T en la clave de la carrera.

2.3.2 Registrar departamentos

Para probar el sistema se generaron departamentos con claves, empleando una normativa propia, los de-partamentos generados se presentan en la figura 3.

tiene la posibilidad de buscar un usuario pertenecien-te a su departamento o consultar el listado de tutores con sus respectivos tutorados.

3.2 Funciones del tutor

El tutor podrá revisar los formatos que ha llenado el tutorado, para darle el diagnóstico de sus habilida-des de estudio, darle la retroalimentación del análisis FODA y revisar su formato de entrevista inicial para auxiliar al tutorado. Así también podrá llenar los for-matos de seguimiento académico, asesoría académi-ca, formación integral, de modo que pueda auxiliar al alumno durante su estancia en el instituto, además existe un formato de seguimiento que permite reali-zar las observaciones pertinentes acerca del tutorado y controlar el semáforo que indicará al gestor el sta-tus del alumno con respecto a su necesidad de tutoría. Para acceder a cada tutorado y sus documentos debe-rá dar clic en Tutorados y formatos que aparece en el ambiente del tutor (figura 5).

Figura 3. Tabla de departamento.

Figura 4. Ambiente del Gestor.


Como podrá observarse, los departamentos de Administración y Ciencias básicas, tienen como pri-mera letra la T, lo cual indica que los tutores de esas carreras podrán tutorar alumnos de cualquier carrera. Para el registro de departamentos, deberá elegir la opción “Registrar” de la sección “Departamentos”, desde el ambiente de mantenimiento.

2.3.3 Retículas

En esta sección se tienen las opciones de registrar, modificar, consultar y dar de baja retículas. Previo al registro de las retículas, el encargado deberá tener ya un listado preparado con el nombre de la carrera de la cual depende la retícula, la clave de la retícula que va a registrar, así como la fecha en que inició la retícula, la cantidad de materias y el nombre de cada materia.

3 FUNCIONES

3.1 Funciones del gestor

Para acceder como gestor deberá entrar a la página del departamento de desarrollo académico, en don-de seleccionará el tipo de usuario “GESTOR”. La pantalla que se muestra en la figura 4 corresponde al ambiente desde el cual el GESTOR podrá realizar sus funciones.

El gestor tiene las funciones de validar a los tuto-rados, asignarles un tutor o cambiárselos, así también

Enseguida seleccionar el tutorado del cual se de-sea realizar el seguimiento (figura 6).

En la pantalla desplegada para los documentos del tutorado (figura 7) podrá ver tres grandes secciones, la sección donde podrá consultar los formatos que el tutorado ha llenado, la siguiente sección contiene los


formatos que el tutor deberá llenar y la tercer sección permite llevar el seguimiento del tutorado.

3.3 Funciones del tutorado

El tutorado deberá llenar 3 formatos, el de entrevis-ta inicial, el de habilidades de estudio, el análisis FODA, el primero y segundo los podrá realizar de manera independiente, pero el tercero deberá llenarlo en conjunto con su tutor (figura 8).

4 ELEMENTOS DE SEGURIDAD

Estos elementos fueron diseñados para prevenir que alguna intrusión pudiera obtener datos del sistema.

4.1 Base de datos encriptada

La base de datos se encuentra protegida en sus datos más importantes mediante un algoritmo de encripta-ción (figura 9).

Figura 6. Tutorados asignados.

Figura 7. Documentos del tutorado.

4.2 Datos en la barra de direcciones encriptados

Cuando el usuario cambia de una página a otra en la barra de direcciones aparecen los datos en forma transparente, motivo por el cual los sitios son sus-ceptibles de hackeo. Para remediar esta situación se generó una encriptación utilizando dos datos conjun-tos de cada usuario y se sometieron a un algoritmo de encriptación sin reversa (figura 10).

Figura 8. Documentos del tutorado.


Figura 9. Base de datos encriptada.

Figura 10. Acceso encriptado.

4.3 Separación de entradas

Los tipos de usuarios gestor, tutor y tutorado tienen un acceso común, el cual es mostrado en cuanto se in-gresa al sistema. Los usuarios de tipo administrador y mantenimiento tienen una entrada a la cual solo ellos saben como acceder.

4.4 Ingreso al sistema

Cualquiera puede registrar sus datos en el sistema, pero únicamente podrán ingresar al sistema aquellos usuarios que sean validados. Los gestores deberán ser


validados por el administrador; los tutores y tutora-dos deberán ser validados por el gestor.

4.5 Actividades críticas

Las actividades críticas como son crear la base datos, los departamentos, las carreras, las retículas y su mo-dificación o eliminación fueron separadas en el perfil de mantenimiento, evitando con ello que puedan ser elegidas por error cuando el administrador está reali-zando sus actividades en el sistema.

4.6 Separación de tablas

La tabla de alumnos tutorados (figura 11) fue sepa-rada de la tabla de profesores, evitando con ello que algún intruso, al ingresar como tutorado pueda tener acceso a los datos de profesores (administrador, man-tenimiento, gestor, tutor).

5 CONCLUSIONES

Se desarrolló un sistema para tutorías, en el Instituto Tecnológico de Puebla, el cual contempla la norma-tividad vigente en DGEST-ANUIES, así como el uso de los diferentes documentos en conjunción con las actividades del tutor y del tutorado.

El modelo con el cual se desarrolló el sistema es desarrollo propio, dado que ningún modelo contem-pla el diseño pedagógico, lo cual permitirá su fácil asimilación por parte de los usuarios.

El sistema que se presenta permitirá que cada tipo de usuario realice sus funciones de modo que se pue-da realizar un seguimiento eficiente de los tutorados, otra de las ventajas que presenta es que el tutorado no

deberá llenar el formato cada semestre conforme sea asignado a un nuevo tutor y el sistema de semáforos permitirá conocer cuál es el status que guardan los tu-torados con respecto a su desempeño académico y/o emocional, dado que el semáforo será acompañado con las anotaciones del tutor anterior para que se le pueda dar seguimiento y de esta forma ayudar al tutor a ser más eficiente en este proceso.

Finalmente éste es un desarrollo de tecnolo-gía aplicada para contar con desarrollos propios de acuerdo a las necesidades particulares de un sistema de tutorías, en el cual no se debe olvidar tanto la pe-dagogía como la funcionalidad.

REFERENCIAS

[1] ANUIES, 2000. Programas Institucionales de Tutoría. Colección de la Biblioteca de la Educación Superior. México: ANUIES.

[2] ANUIES, 2000. La Educación Superior en el Siglo XXI Líneas estratégicas de desarrollo una propuesta de la ANUIES, marzo del 2000. (ISBN: 968-7798-59-9).

[3] ANUIES, 1998. Programa Nacional de Extensión de la Cultura y los Servicios (1998). Aprobado en la XXX Sesión Ordinaria de la Asamblea General de la ANUIES. México: ANUIES.

[4] De la Cruz, F., Gabriela, y Abreu H., 2008. Tutoría en la educación superior: Transitando desde las aulas hacia la sociedad del conocimiento. Revista de Educación superior. Vol XXXVI, No. 17 (ISSN 0185-2760). pp 107-124

[5] Roma, A.,2003. La incorporación de los programas de tutorías en las Instituciones de Educación superior. México: ANUIES.

[6] Rojas, I., et al., 2000. Diseño de un sistema de gestión de la Información para tutorías. Congreso Internacional de Cómputo en Optimización y Software CICos2009, Noviembre de 2009, pp 300-314. Cuernavaca.

[7] Tramullaz, J., 1997. Los sistemas de información: una reflexión sobre información, sistema y documentación. Madrid: Revista general de Información y Documentación. Vol. 7. No. 1 Universidad Complutense.

Figura 11. Tabla de alumnos.



Para ello los cambios en la alineación del pensa-miento estratégico requieren de un eje de acción que permita determinar las mejores alternativas de traba-jo y atención, en una entidad de servicio.

Estableciendo como prioridad del presente trabajo el mostrar el concepto de planeación prospectiva a partir de la reflexión de la teoría desarrollada por di-versos autores expertos en la materia como: Eleonora Barbieri, Gaston Berger, Michel Godet, De Jouvenel y Tomas Miklos entre otros…

1.1 Hacia la definición del concepto

“Prospectiva”: este término extraordinariamente im-portante se originó con Gaston Berger en la década de los cincuenta en Francia. Berger definió prospecti-va como “una manera de enfocarse y concentrarse en el futuro imaginándolo de manera completa en lugar de haciendo deducciones desde el presente1”…

Michel Godet entiende a la ‘prospectiva’ como un reflejo de la ‘conciencia’ de un futuro que es a la vez determinista y libre, lo mismo sufrido pasivamente que ‘deseado’ activamente2.

Su orientación hacia la acción la compromete a algo adicional: la creación e implantación de “proyectos”.

Éstos son, dice ella, “declaraciones éticas, actos de voluntad, que los futuristas desean que sean tradu-cidos en realidad […] Los proyectos de futuros son posiciones políticas y éticas que conducen a la ac-ción”. A este respecto, los futuristas no difieren de los arquitectos y los ingenieros, pero en lugar de diseñar y construir estructuras inanimadas, tales como puen-tes, museos o edificios de oficinas, los futuristas sir-ven a otros volviéndose diseñadores y constructores de futuros deseables para individuos y sociedades hu-manas, incluyendo la sustentabilidad a largo plazo de los sistemas de apoyo a la vida en el planeta Tierra3.

Para comprender la intención de la prospectiva se debe documentar desde el presente el antes y después del comportamiento de los cambios realizados como un todo. El hacerlo de manera parcelada genera un vacío significativo de incertidumbre sobre el destino de los recursos económicos invertidos en el proceso, ya que un cambio no siempre representa mejoras y satisfacciones.

Esta problemática del conocimiento parcelado (Morín, 1999) se acrecienta al no encontrar alterna-tivas adecuadas de manera documental (ya que en

1 Citado en Eleonora Barbieri Masini, Alma De Los Estudios De Los Futuros, 2013.

2 Ídem.3 Ídem.

muchas ocasiones no es posible recurrir a la docu-mentación histórica o proyección de indicadores de eficacia), para justificar el crecimiento o rezago ins-titucional, antes de que ocurran los eventos y tengan consecuencias negativas.

La toma de decisiones dentro de las instituciones públicas o privadas, requiere de procedimientos alta-mente estructurados que permitan realizar escenarios sobre la eficiencia operativa de la organización sin que ocurran eventos catastróficos.

Como un ejercicio de reflexión personal es nece-sario dimensionar los alcances de los tres sistemas de planeación empleados en los últimos 20 años; Pros-pectiva, con Enfoque a Sistemas y Estratégica, donde se enfaticen las características cualitativas de cada sistema y determinar las mejores condiciones para la toma de decisiones.

Asimismo los elementos de apoyo como los pro-nósticos, las predicciones y las proyecciones, como mecanismos generadores de criterios de medición de funcionalidad y productividad, demandan acciones innovadoras y actuales con alta flexibilidad, para la anticipación de situaciones de conflicto.

En el ejercicio de reflexión es necesario eva-luar cuál teoría de los tres sistemas de planeación (prospectiva, con enfoque a sistemas y estratégica) mencionados, incluye como característica propia la creación de escenarios de gestión a través de proyec-ciones del futuro. Donde de manera clara se pueda ofrecer información oportuna, veraz y confiable, en una toma de decisiones.

Esta característica permite llevar cabo la ejecu-ción y dirección de los organigramas instituciona-les de una manera justa, pertinente y equitativa, de acuerdo a las necesidades de las instituciones y de la sociedad, con la certeza de no promover los benefi-cios propios.

De esta manera el trabajo presentado justifica am-pliamente, la intención de proporcionar una referen-cia operativa (que se caracterice por su alta eficiencia y eficacia en la generación de información a través de indicadores pragmáticos) para sistematizar la ges-tión de instituciones educativas inteligentes (Martín, 2001).

La actual tendencia institucional de prospectar los futuros de una organización, es a través de elementos como los: pronósticos, predicciones y proyecciones que se plantean como situaciones creativas para co-nocer el futuro dentro de un proceso de planeación institucional.

F. Candia García et al: Apuntes para entender las nuevas demandas sociales en ingeniería


La planeación tiene su origen en la organización militar y la organización de la iglesia católica (Chia-venato, 2006). Entes organizacionales que han lidera-do a la condición humana y su actuar político, social, cultural y económico. Resaltando la importancia de este proceso dentro de la administración y función de las instituciones.

A través de las reflexiones de Tomas Miklos4 (2007), se enfatiza que “el hombre no solo ha inten-tado constantemente vislumbrar su futuro, sino que de una u otra forma ha generado formas de llegar a él. En estricto sentido, la inquietud sobre el por-venir no ha cambiado mucho en el transcurso de la historia; lo que más ha variado es la forma de acce-der a él: consultando oráculos, proyectando datos del presente, realizando pronósticos, preguntando a expertos, etc.”.

Conocer el futuro es una actividad que se hace in-dispensable en el presente, para comprender el con-cepto de planeación prospectiva y sus repercusiones sociales, económicas y políticas.

2 CONCEPTO Y APROXIMACIÓN

Para presentar una aproximación al concepto del fu-turo y del futurible, en este apartado se hace uso de una definición genérica de los denominados estudios del futuro, que Miklos y Tello (2007) han definido. El futuro y el futurible constituyen “un tipo de investi-gación especialmente creativa, orientada a la explo-ración del porvenir, con el objeto de proporcionar in-formación relevante de una perspectiva a muy largo plazo que permita apoyar la toma de decisiones para la creación de escenarios posibles”.

Su propósito es apoyar a los directivos que lle-van el peso de tomar decisiones de la mejor manera posible –en función de la identidad institucional– de entre una serie de opciones, que en la mayoría de las ocasiones no son favorables. La responsabilidad de elegir el mejor escenario posible, conlleva el com-promiso de promover una fuerte sensibilidad hacia el comportamiento futuro de la organización, consi-derando las mejores consecuencias probables en un determinado curso de acción a seguir.

4 Doctor en ciencias, con especialidad en matemáticas, en la Sorbona, París, en donde además realizó estudios de administración general y computación electrónica. Director general del Centro de Cooperación Regional para la Educa-ción de Adultos en América Latina y el Caribe (CREAFAL). Asesor en la Secretaría de Gobernación en México.

Miklos (2007) dice que si el comportamiento or-ganizacional de una institución se concibe como un devenir, entonces el futuro es objeto del discurso de la acción (ver la tabla 1, que muestra la representación de los futuros de acuerdo al concepto filosófico tempo-ral de la humanidad); donde el tomador de decisiones está ante la futurología5 y la prospectiva. Sin embargo, mientras que el producto de la futurología es la predic-ción, en la prospectiva se trabaja con conjeturas que son producto de la información documentada.

Tabla 1. Futuro: Representación y modos de expresión.

Representación del futuro Modos de expresión

Destino Adivinación Profecía

Porvenir Utopía Ciencia ficción

Devenir Futurología Prospectiva

En cuanto al método empleado en la futurología y la prospectiva, la incorporación de intuiciones, jui-cios e imaginación como medios para diseñar el fu-turo, no ha sido aceptada de la mejor manera por ser considerada falta de un método rígido de generación del conocimiento.“Aquí habría que recalcar que el diseño del porvenir es un acto creativo, en el que el empleo sistemático de la imaginación y la experien-cia del investigador, junto con el empleo de proce-dimientos surgidos en diversos campos, transforman la labor del estudio del futuro en una actividad de naturaleza bivalente: artística y científica” (Miklos, 2007).

Para clarificar el proceso de la obtención de los futuribles o escenarios del futuro, sobre los procesos de la predicción, proyección, etc. Es necesario ser ex-plícito en la definición de las vías de aproximación al futuro.

3 VÍAS DE APROXIMACIÓN AL FUTURO

Se han resumido de acuerdo a Miklos (2007) las no-ciones y técnicas utilizadas por la humanidad para definir los caminos utilizados para conocer las conse-cuencias de las acciones realizadas.

5 La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Eco-nómicos (OCDE) define la futurología como el conjunto de tentativas sistemáticas para observar e integrar a largo plazo el futuro de la ciencia, la tecnología, la economía y la sociedad…



3.1 Preferencia

Merello, investigador argentino, agrupa bajo esta denominación una serie de técnicas para acceder al futuro con base en la experiencia. Es decir, se funda-menta en el pasado para construir el futuro. Este gru-po abarca proyecciones y extrapolaciones. El investi-gador afirma además que los recursos empleados por la preferencia se basan siempre en un antecedente, para de ahí deducir un consecuente, lo cual califica como “seguir viendo el futuro con ojos nutridos por la experiencia presente” (Citado en Miklos, 2007).

Esta técnica aún tiene una alta vigencia dentro de las organizaciones y es preferida por los directivos, sin embargo su uso se convierte en abuso negativo cuando las situaciones superan el expertise del toma-dor de decisiones.

3.2 Predicción

Shwarz, Svedin y Wittrock, investigadores suecos, señalan que “la predicción se basa en teorías deter-minadas y presenta enunciados –no sujetos a contro-versias– que intentan ser exactos respecto a lo que sucederá en el futuro. Emplea tanto la lógica cientí-fica –deductiva e inductiva– como el conocimiento tácito o el sentido común” (Citado en Miklos, 2007).

Técnica muy socorrida por los inexpertos toma-dores de decisiones, que equivale a una certeza del 50%, ya sea de error o de acierto. Si se predice algo no se puede justificar su empleo continuo como eje directriz de la acción de una institución, conforme esta se encuentra en crecimiento y desarrollo.

3.3 Previsión

Esta aproximación pretende dar una idea de los suce-sos probables a los cuales será preciso adaptarse, con-duciendo a decisiones inmediatamente ejecutables. Por su parte,“Decouflé considera la previsión en su sentido más general y vasto, ya que en ella se encuen-tran inmersas tanto la adivinación, profecía, utopía y ciencia ficción como la prospectiva y futurología, las cuales se diferencian fundamentalmente por la forma de concebir el futuro” (Citado en Miklos, 2007).

El ser provisorio demanda de una gran cantidad de recursos en una institución, guiándola al estanca-miento o al fracaso productivo, por el lastre generado y la poca movilidad de recursos.

3.4 Pronóstico

Se refiere a un enunciado condicionado, esto es, al desarrollo de eventos futuros generalmente proba-bles…Para Johnston, el pronóstico“representa jui-

cios razonados sobre algún resultado particular, que se cree el más adecuado para servir como base de un programa de acción” (Citado en Miklos, 2007).Así, pueden encontrarse pronósticos de carácter normati-vo o exploratorio.

El pronóstico representa condiciones estáticas dentro de las organizaciones y se deriva de rutinas cotidianas que no favorecen el desarrollo y progreso de las instituciones, sin embargo un cambio inespera-do en las variables representa un evento catastrófico.

3.5 Proyección

La proyección brinda información sobre la trayecto-ria de un evento ofreciendo una serie de alternativas a considerar, sean éstas deseables o indeseables. Da una imagen del futuro asumiendo la continuación del patrón histórico de las tendencias actuales y pasadas.

Sachs, autor de la obra “Diseño de un futuro para el futuro”, enfatiza en este sentido que la proyección constituye una ayuda para la crítica del presente ya que amplifica las contradicciones que existen en el aquí y ahora, (Citado en Miklos, 2007).

La proyección establece tendencias a lo largo de una línea continua del tiempo y los puntos de in-flexión solo son posibles cuando se toman medidas extremas, que representan la inclusión de grandes cantidades de recursos internos y externos.

3.6 Prospectiva

Ésta consiste en atraer y concentrar la atención sobre el porvenir imaginándolo a partir del futuro y no del presente.

La prospectiva no busca adivinar el futuro, sino que pretende construirlo. Así, anticipa la configura-ción de un futuro deseable; luego, desde ese futuro imaginado, reflexiona sobre el presente con el fin de insertarse mejor en la situación real, para actuar más eficazmente y orientar nuestro desenvolvimiento ha-cia ese futuro objetivado como deseable.

La prospectiva se propone entonces hacer el fu-turo deseable, más probable que los otros, transcen-diendo lo exclusivamente posible, pero sin dejar de incorporarlo también.

La prospectiva se interesa especialmente en la evolución, el cambio y la dinámica de los sistemas sociales. Básicamente se relaciona con “generar vi-siones alternativas de futuros deseados, hacer explí-citos escenarios factibles y establecer los valores y reglas de decisión para seleccionar y alcanzar futuros más deseables”. Entre sus características principales se encuentran: la visión holística, la consideración



de variables cualitativas, las relaciones dinámicas, creatividad y participación, a más de su actitud activa hacia el porvenir” (Miklos, 2007).

Porvenir es la concepción humanizadora de los futuros, que conlleva un bagaje histórico a favor de la mejora de las condiciones laborales humanas y que reflejan el respeto a la dignidad de las personas.

4 FUTURIBLE

Si el objetivo de una decisión está vinculado con el diseño de un futuro deseable, probable o posible, entonces el futurible caracteriza las mejores condi-ciones para las vías de acceso al futuro a través de la visualización del mejor porvenir, que se forma de cada una de las condiciones que se pueden presentar en el desarrollo de un ámbito laboral.

Establecer el mejor futurible, demanda del cono-cimiento de los escenarios vinculantes que se gene-ran ante una situación particular que requiere aten-ción inmediata para un tomador de decisiones y que Miklos (2007) establece como parte de su metodo-logía.

Primero, el “futuro deseable” es, en síntesis, la ex-presión de un estado de cosas que se ambicionan por-que reflejan nuestras aspiraciones y valores. “Es ese conjunto de aspectos específicos, que hacen apete-cible una configuración futura, digna de perseguirse hasta conquistarse”. Este futuro brinda entonces una guía de elección bajo la cual son manejados, explícita o implícitamente los valores.

Por otra parte, lo que se denomina “futuro pro-bable” denota acontecimientos que pueden suceder; “es decir, aquello sobre lo que existen razones apa-rentemente suficientes –fundamentadas en el pasado y presente– para creer que determinados eventos se presentarán en el futuro”.

Finalmente, el “futuro posible” involucra la ac-ción y el esfuerzo, es así como un dictamen de via-bilidad afirma que contamos con el poder suficiente para llevar a cabo aquello que ambicionamos; “que está al alcance de nuestros conocimientos, o bien que tenemos el manejo de los elementos fundamentales, los cuales diestramente orquestados darán como re-sultado el logro de la imagen propuesta”. Merello afirma que el estado de “lo posible” debe hacerse en función de realizar “lo deseable”… Bajo las premisas anteriores (Citado en Miklos, 2007).

Las vías de aproximación al futuro pueden ubi-carse de manera sintética en la tabla 2 y se pueden observar la cantidad de escenarios que se pueden

generar con la información que se obtiene de cada técnica utilizada.

Tabla 2. Ubicación de las vías de aproximación al futuro.

Vía de Futuros aproximación Deseable Posible Probable

PROSPECTIVA X X XPREFERENCIA XPRONÓSTICO: Exploratorio X Normativo X PREDICCIÓN XPREVISIÓN XPROYECCIÓN X

En relación con los estudios prospectivos, Alon-so, investigador mexicano y director del Centro de Estudios Prospectivos de la Fundación Javier Barros Sierra, expresó en el Taller México 2010 que “estos deberían juzgarse por la seriedad con que se realizan y no por la precisión con que sus imágenes se aproxi-men a la realidad por venir. Las fallas del pronós-tico probablemente están vinculadas con la carencia de una teoría adecuada para explicar el presente; si no somos capaces de hacer esto último, difícilmen-te podemos esperar explicar el futuro. En un estudio de futuros o prospectivo podrán decepcionarnos las imágenes del futuro que de él surjan, pero el estudio no habrá fallado si el proceso nos ha estimulado a pensar acerca de lo que podría ocurrir en el futuro.”

La prospectiva se presenta como una alternativa cualitativamente diferente. Constituye una forma distinta de pensar sobre el porvenir, no sólo intenta concordar, sino que demanda el compromiso con el futuro. Impulsa además la adopción de un rol creati-vo y dinámico del hombre hacia él, como se ve en la figura 1.

Figura 1. Imagen de los futuros que se pueden obtener de una tendencia identificada. Fuente Miklos y Tello (2007).



Se puede concluir de manera breve que la pros-pectiva, con un enfoque comprometido hacia el bien-estar del porvenir, habrá de dimensionarse como una estructura básica y direccional de los futuros estudios del futuro.

5 METODOLOGÍA DE LA PROSPECTIVA

Miklos (2007) establece que la lógica de la prospec-tiva existe a partir de la exploración del porvenir6, “no de un futuro deducido sino de una pluralidad de previsiones posibles”. La prospectiva invita a la re-flexión sobre el futuro para, en un primer momento, comprender mejor nuestro presente.

Sin embargo, la prospectiva mantiene una base metodológica peculiar, en la que destacan seis ele-mentos básicos y cuatro grandes fases de desarrollo.

5.1 Elementos básicos de la prospectiva

Miklos (2007) especifica que los elementos meto-dológicos de la prospectiva, van más allá del simple instrumental técnico y en realidad conforman una es-tructura con actitud y forma de pensar y actuar ante y a partir del mañana.

Esta descripción mantiene un carácter práctico y trata de contribuir con aquellos que creen en la apertura del futuro y en la posibilidad de alcanzarlo; brinda líneas orientadoras para diseñar, desarrollar y valorar los estudios prospectivos, mismos que tras-cienden el mero logro de objetivos al propiciar un proceso formativo de aprendizaje y desarrollo a nivel individual y grupal.

Visión Holística

Al reflexionar e imaginar el futuro que se desea, con-trastarlo con el presente y perfilar estrategias para al-canzarlo, necesariamente se debe enfocar la atención tanto hacia un conjunto muy definido y a las partes que lo integran, como a la interacción entre estas. Es decir, se requiere “mirar sistémicamente” cada ele-mento con sus propiedades y el rol que desempeñan en el marco del todo.

Creatividad

E. Rausepp, autor de diversas obras y estudios sobre el tema, expresa que “la única manera de sobrevivir en un mundo golpeado por el cambio es a través de

6 Definido por el diccionario de la RAE como la: Situación futura en la vida de una persona, de una empresa, etc. Involucra el reconocimiento de los sistemas del ser humano como persona.

la creación y de la innovación”. Asimismo, sobre la creatividad, Tyger afirma: “a menudo los descubri-mientos se realizan por no seguir instrucciones, por salirse de la carretera, por ensayar lo no ensayado”. El imaginar el futuro desde el futuro en prospectiva, ¿no es acaso salirse de la carretera o ensayar lo no en-sayado? Si la prospectiva mantiene como propósitos tanto el diseño del “mañana” como la selección de instrumentos que permitan construirlo y alcanzarlo, requiere necesariamente de la creación y de la inno-vación, es decir, de la creatividad.

Participación y Cohesión

Con estos elementos, en prospectiva se intenta alcan-zar un consenso, o al menos un compromiso, entre los actores sociales. Con la participación se promue-ve el intercambio de ideas creándose la oportunidad para solucionar conflictos y corregir interpretaciones erróneas entre las partes involucradas. Algunos au-tores expresan que las personas que discuten sobre aspectos normativos, íntimamente relacionados con la prospectiva, tienen mayores probabilidades de alcanzar el consenso que aquellas que se ubican en asuntos de carácter táctico. Por lo general la gente presenta un mayor y más fácil acuerdo sobre los fines que sobre los medios. Si bien esta afirmación suscita controversias, también permite aclarar una dimensión poco estudiada sobre los motivos que im-pulsan a una persona a participar en enfoques de este tipo: ¿qué valores comparten? ¿por qué lo hacen, si en ocasiones parecieran tener posiciones radical-mente diferentes? Explicitar ese factor común, que de alguna forma los relaciona, es una de las funcio-nes de la prospectiva.

Preminencia del proceso sobre el producto

Cuando se habla de estudios del futuro, subsisten implícitamente las ideas de exactitud y precisión de las imágenes que se diseñan o de los pronósticos que se llevan a cabo. A partir de estas dos premi-sas se califican los resultados como exitosos o de-ficientes. Esta actitud –explícita o implícitamente–comprometida con el producto, ha dejado de lado numerosas aportaciones, fundamentalmente en el campo de la prospectiva. Esto subsiste por la prio-ridad que se ha venido otorgando, en otras áreas de conocimiento, al logro exacto de los propósitos, a su cuantificación y al convencimiento de que sólo lo mensurable vale la pena.



Convergencia-Divergencia

Trátase de un proceso cíclico y permanente que bien puede comenzar con el esfuerzo por elaborar las pri-meras imágenes del futuro. El diseño del futuro brin-da la oportunidad para que quienes sostienen valores diferentes, discutan sus respectivos puntos de vista (divergencia). Sin embargo, ya al optar por un deter-minado escenario normativo, se requiere del acuerdo en el nivel estratégico de los ideales (convergencia). La convergencia-divergencia constituye un proceso iterativo en prospectiva.

Finalidad constructora

La prospectiva no radica exclusivamente en imaginar futuros deseables y posibles. Va mucho más allá; re-basa los estudios de naturaleza proyectiva para cons-tituirse en vía constructora del futuro. Los primeros son estáticos, parten del presente para contestar a la pregunta ¿qué sucederá? En contraste, la prospectiva viene del futuro, se encuentra vinculada a aspectos normativos y a una concepción y conciencia del cam-bio a enfrentar constantemente.

En resumen para que un trabajo se considere de corte prospectivo debe contener:

1. Visión Holística2. Creatividad3. Participación y Cohesión4. Preminencia del proceso sobre el producto5. Convergencia-Divergencia6. Finalidad constructora

5.2 Fases de la Prospectiva

La metodología prospectiva puede caracterizarse por la presencia de cuatro etapas mismas que se encuen-tran en constante interacción:

• Normativa.• Definicional.• De confrontación estratégica y factibilidad.• De determinación estratégica y factibilidad.

Tomas Miklos (2007), establece de manera clara los beneficios de utilizar la prospectiva como alter-nativa de planeación, entre los que se encuentran la supervivencia de las instituciones y la adaptabilidad a los cambios, además de la identificación de as-pectos cualitativos de gestión de alta relevancia e importancia, como la toma de decisiones y mejora de la calidad de vida de los integrantes de las orga-nizaciones, asimismo ejemplifica como la determi-nación de los futuros es esencial para una adecuada toma de decisiones y control de una institución, me-

diante el respeto a la dignidad y a la diversidad del ser humano.

5.3 La necesidad de políticas públicas a través de la prospectiva

Un ejemplo del empleo de la metodología propuesta y sistematizada por Miklos (2007), se puede encon-trar en el discurso “MÉXICO FRENTE A LA CRI-SIS: HACIA UN NUEVO CURSO DE DESARRO-LLO (SEPTIEMBRE DE 2009)”.

El documento establece una propuesta para im-plementar POLÍTICAS SECTORIALES en México y que impacten hacia el desarrollo sustentable del país, en el documento de trabajo resaltan para nuestro caso el apartado de infraestructura.

Sobresalen las propuestas sobre “La creación y/o consolidación de centros de pensamiento estratégico que contribuyan a formular y a evaluar proyectos de inversión en infraestructura”. Este es un propósito que corresponde cubrir a las instituciones de educa-ción superior, a los colegios profesionales y a la ban-ca de desarrollo.

Destaca en esta propuesta la relación de vincula-ción que debe existir entre la sociedad-escuela-indus-tria, a través de políticas públicas.

Como ejemplo se encuentran las bases de licita-ción de los proyectos y obras de la infraestructura que han de procurar la generación de encadenamien-tos productivos nacionales, así como la creación de empleo de calidad garantizando el respeto a los dere-chos de los trabajadores, evitando así la contratación informal y el trabajo precario en empresas contrata-das con recursos públicos.

Esta es una conjetura que permite suponer un alto impacto en los Modelos de Integración Social (MIS), si se incluyen políticas públicas por parte del Estado que apoyen a la Universidad. El implantar un MIS a partir de la Escuela Pública es indispen-sable en la actualidad para el desarrollo sustentable, siendo esta un canal que a través de su autonomía tiene la responsabilidad y compromiso del desa-rrollo tecnológico, área donde debe recuperarse la capacidad técnica del sector público mexicano en materia de infraestructura.

Para un desarrollo sustentable el grupo de trabajo de “MÉXICO FRENTE A LA CRISIS: HACIA UN NUEVO CURSO DE DESARROLLO (SEPTIEM-BRE DE 2009)”, documenta que es indispensable “Impulsar iniciativas público-privadas, con políticas de fomento selectivas de la banca privada y una forta-lecida banca de desarrollo, dirigidas a promover pro-



yectos estratégicos en el ámbito sectorial y regional que atiendan las necesidades del mercado nacional y de los nuevos mercados internacionales y favorezcan la participación competitiva de las PYMES. En este contexto deberá darse atención prioritaria al desarro-llo del rezagado sureste nacional, así como el mejor aprovechamiento del potencial industrial y tecnológi-co del norte del país”.

5.4 Responsabilidad Social con Prospectiva

Para un cambio de pensamiento estratégico dentro de la administración de las instituciones es indispensa-ble mirar hacia la planeación prospectiva estratégica, por la interrelación que establece el componente del desarrollo organizacional con los estudios del futuro y los requerimientos del desarrollo tecnológico para su consolidación, como se puede ver en la figura 2.

permitan a los profesionistas en formación recibir una compensación económica de dos a tres salarios mínimos al mes, de acuerdo a la responsabilidad y compromiso mostrados, para ello se incluirán jefes de cuadrillas que evalúen el desempeño de los participantes de acuerdo a habilidades requeridas.

3. Para las instituciones privadas, en conjunto con los paquetes de beneficios fiscales se necesita que exista un apartado de compensación fiscal, si esta demuestra de manera estructurada que incluye en sus procesos la integración de es-tudiantes universitarios, que se benefician de conocimientos como un complemento en su formación.

4. En conjunto con estas actividades de las or-ganizaciones, el Estado debe crear una polí-tica pública que integre a las organizaciones públicas y privadas, mediante la emisión de Certificados de Responsabilidad Social que les permitan participar en un premio nacional de Responsabilidad Social, para actividades de inclusión de práctica profesional y servicio social. El cual debe ser instaurado a nivel Re-gional, Estatal y Nacional.

5. La importancia de las políticas públicas sobre los programas de apoyo o rescate a la socie-dad, se encuentra en su continuidad temporal sin importar los resultados de los eventos polí-ticos, sociales o militares.

Estas actividades permitirán a las organizaciones mirar hacia la educación con un compromiso de res-ponsabilidad social compartida. El cual les permite generar una inversión estratégica y no un lastre finan-ciero, que se verá consolidado mediante la atracción de inversión extranjera por alta capacidad tecnológi-ca y no solo por mano de obra barata.

6 CONCLUSIONES

Se puede concluir que mirar hacia la prospectiva como una alternativa de planeación permitirá obtener mayores beneficios en el control de la administración de una institución, que prevé el futuro y orienta los esfuerzos a procesos integradores de gestión que bus-can mejorar la calidad de vida de sus involucrados y estos de manera implícita incrementan la produc-tividad de las organizaciones, para un beneficio del país mediante el incremento de la Población Econó-micamente Activa (PEA) y el Producto Interno Bruto

Una política pública, es un apoyo indispensable para el avance en el desarrollo económico de una na-ción, el concepto de política pública de acuerdo con la OCDE debe ir dirigida hacia el beneficio de los sectores de; la educación, la investigación y el desa-rrollo tecnológico.

1. En particular para la educación superior se de-ben promover apoyos económicos, para la rea-lización de su servicio social y práctica profe-sional, por parte de las organizaciones públicas y privadas, que previamente han identificado figuras o entes de atención prioritario dentro de su actuar.

2. Desde las organizaciones públicas, las Secre-tarías Gubernamentales necesitan ampliar sus programas para incluir actividades operativas que proporcionen el beneficio de becas que

Figura 2. Interrelación que da origen a la Planeación Prospectiva Estratégica (Fuente: Marsh, N. et. al.; StrategicFeresight, p.13).



(PIB), indicadores internacionales de mejora y desa-rrollo en la soberanía de una nación.

Es importante mencionar que los escenarios que se ilustren mediante la prospectiva, al aplicar una obser-vación participante sobre los desempeños de los inte-grantes de una comunidad, deben ser alentadores para el porvenir de las figuras de atención identificadas.

REFERENCIAS

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[9] Weihrich, H., Koontz, H., & Coro Pando, J. (2010). Administración: una perspectiva global / Heinz Weihrich, Harold Koontz ; traducción Julio Caro Pando. México: McGraw-Hill, 2010.



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ReferenciasbibliográficasEstas se adaptarán de acuerdo al formato de referencias Harvard o IEEE.[1] Alaniz-Álvarez (2003). La Revista Mexicana de Cien-cias Geológicas a través de los índices de impacto del Ins-titute for Scientific Information. Boletín De La Sociedad Geológica Mexicana, Tomo LVI, Núm. 1, 2003, P. 87-98.

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ÍNDICE - Benemérita Universidad Autónoma de Pueblacmas.siu.buap.mx/portal_pprd/work/sites/ingenieria/... · en el centro de la ciudad de México. El Dr. Leonar-do Zeevaert en 1949,