Número 38 Ene-Jun 2019 Publicación semestral de la UTM División Industrial ISSN 2594-2964

4

Sintetizado de nanofibras de óxido de vanadio por el método de electrohilado.Por: Sergio Medina Cámara, Jesús Peet Manzón, José Rodríguez Alonzo

6

10

Buenas prácticas predictivas para la mejora del mantenimiento sustentado en la aplicación de ensayos no destructivos.Por: Diego Cisneros Castillo, Manuel Loria Martínez, Genaro Soberanis Monforte

Sistema recolector de datos remotos vía Ethernet base Arduino + Labview.Por: Juan García Sánchez, José Carrillo Baeza y Luis Patiño López

Bicicleta fija, generación de enegía eléctrica, ejercicio cardiovascular y cuidado del medio ambiente.Por: José Suárez López, Rufino Chávez Esquivel, Juan Rodríguez Ortiz y Martha Vega Aguilar

Estudio experimental de un calentador de placa plana con aletas fabricadas a partir de latas recicladas.Por: Carlos Moo Chalé, Jorge Magaña Z., R. A. Gamboa y J. G. Carrillo

Morfología de AI2O3 nanométrica en una matriz de policloropreno.Por: Luis Mendoza Pinto, David Várguez Lope y Thelma Novelo Moo

Ahorro de energía en la UTS, por medio de la meto-dología six sigma.Por: Vicente Cisneros López, José López Robles, Juan Lara Mireles y Oscar Galicia Granados

12

18

22

24

29

31

Contacto Industrial. Revista de tecno-logía industrial; es diseñada, revisada,

editada y publicada por personal docente de la División Industrial de la

Universidad Tecnológica Metropolitana

Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Yucatán. Calle 111 Núm. 315 entre 46 y 48 (Circuito Colonias Sur), Col. Santa

Rosa C.P. 97279, Mérida, Yuc., Méx. Tel. 01(999) 940 61 12 o 62www.utmetropolitana.edu.mx

Correo electrónico: informes@utmetropolitana.edu.mx

CONTENIDON

Tels. 01 (999) 940 6119 / 940 6112

oticias División Industrial

División Industrial

Desarrollo tecnológico

Automatización y control de un reactor intermitente, mediante arduino, para la determinación de la conversión de reacciones químicas, a partir de un diseño factorial.Por: Jorge González Toto, José Luis Jiménez Reyes, Moisés Mata García y Daniel Hernández Ramírez

Si su empresa requiere recursos humanos especializados, la Universidad Tecnológica Metropolitana le ofrece estudiantes para el desarrollo de estadías.

Para mayor información, llámenos al Tel. 940-62-02 Ext. 2005

DICONTACTO INDUSTRIAL, Año 13, Número 38, publicación semestral editada por la Universidad Tecnológica Metropolitana, a través de la División Industrial, calle 111 Núm. 315 entre 46 y 48 (Circuito Colonias Sur), Col. Santa Rosa C.P. 97279, Mérida, Yucatán. Editor responsable: Ivette Cárdenas Aguayo. Certificado de Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2009-100811274700-102 de fecha 28 de julio de 2016, ISSN 2594-2964, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor. Certificado de Licitud de Título y Contenido de fecha 8 de marzo de dos mil once con expediente CCPRI/3/TC/11/19053 con número 15121 por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Distribución en el Estado de Yucatán. Responsable de la última actualización de este número: Editorial Universidad Tecnológica Metropolitana. Atención a clientes: División Industrial de la UTM, Tel. 01 (999) 940 61 12, Mérida Yucatán. 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 del Instituto Nacional de Derecho de Autor (Indautor). Fecha de la última modificación: 15 de marzo de 2019.

Si está interesado en publicar con nosotros, la convocatoria está abierta de manera permanente

y la puede encontrar en: https://www.contactoindustrial.info

o enviar un correo a: revista@contactoindustrial.info

3

EDITORIALEsta edición representa el cierre de un año que ha traído muchos retos

y novedades en la vida de nuestra Casa de Estudios, cambios que seguramente

serán para bien y de los cuales tendremos la oportunidad de aprender aspectos

que quizás desconocíamos o solo servirán para reforzar lo ya conocido.

Nuevamente se comentan algunas actividades que cuatrimestralmente

realizan los estudiantes de la División Industrial en su quehacer cotidiano.

Asimimo la aportación de diversos autores con artículos de tres diferentes

temas, esperamos que cumplan con despertar la curiosidad o acrecentar su acer-

vo de conocimientos. Éstos se enfocan en temas de nanotecnología, mecatrónica

y mantenimiento.

Además, esta última publicación de 2018 es especial, porque se incluyen

los artículos derivados de cinco ponencias de diversos investigadores que partici-

paron en el Congreso Nacional de Tecnología (Conati) realizado el pasado abril.

Finalmente, esta edición se despide deseándoles tengan bonito fin de año

y mejores días por estrenar.

4

Noticias

División Industrial

4

El viernes 15 de junio, los alumnos de la carre-ra Procesos industriales, área producción de moda, visitaron el Museo Fernando García Pon-ce MACAY, con el fin de comprender diferentes formas de expresar temas de protesta de una ma-nera creativa. Durante la visita a las 11 salas, se enfocaron en analizar el trabajo realizado por el artista Fernando García Ponce que, mediante la utilización de los colores primarios y combina-ción de técnicas, logró expresar acontecimientos que observaba.

Posteriormente presenciaron la exposición Víctimas de la moda, en la cual vieron una forma creativa de expresar una crítica hacia el maltrato animal que se presenta en la sociedad, convirtiendo a las mascotas en un maniuí viviente y cómo las hemos transformado en un accesorio que se modifica a gusto. Asimismo, vieron la exposición Com-partiendo arte por la inclusión, en donde artistas con autismo y asperger logran expresar sus recuerdos o pertenencias fa-voritas en pinturas al óleo en ideas positivas.

Instituto Yucateco de EmprendedoresVISITA

Museo de Arte Contemporáneo Ateneo de Yucatán

VISITA

El miércoles 4 de junio, los alumnos de la carrera Procesos industriales, área producción de moda y artes gráficas, visitaron el Iyem (Instituto Yucateco de Emprendedores) en el cual disfrutaron del programa “Caravana” donde tuvieron varias actividades en las que conocieron las instalaciones y los servicios que les puede ofrecer la institución.

Entre las actividades realizadas estuvo una conferencia con uno de los representantes del IMPI, el Sr. Antonio López, quien les habló acerca de las diferentes clasificaciones que hay para dar de alta una marca, el costo y la ubicación de las oficinas.

Asimismo, el Sr. Kennedy Pech, les habló sobre los diferentes apoyos y programas que hay en la institución para emprender y cómo se les brindan las herramientas y asesoría para sus proyectos. Al finalizar, les dieron un recorrido por las instalaciones, en donde observaron los talleres y áreas de trabajo donde ellos podrían desarrollar sus propuestas.

5

Como parte de las actividades extracurriculares de la carrera de Energías Renovables, los grupos de tercer cuatrimestre asistieron a la fábrica de paneles solares Perfect Home.La visita estuvo atendida por los ingenieros: Eduardo Rodríguez Rodríguez, Javier Canul Mutul, Ernesto Arce y Cristian Salas. Durante ésta se mostró todo el proceso de manufactura de un panel solar. Como primer punto se observaron las pruebas a cada celda que se utilizará en los paneles, para que una vez verificadas, se pasan al proceso de soldadura

infrarroja. Cabe señalar que se realiza de forma automatizada para soldar las tiras o strings y formar una cadena de celdas. Posteriormente se unen las tiras y se les coloca el Tedlar y la EVA, para después verificar el voltaje y corriente de todo el panel, esto es antes de colocar y de laminar por completo las celdas. Una vez realizadas las pruebas de luminiscencia se instaló en la máquina laminadora para unir deforma permanente las celdas, el Tedlar y la EVA. Ya unidas se pasa al proceso de enmarca- do y colocación de caja de conexiones. Como última prueba se simula una exposición solar para medir de nuevo los parámetros de voltaje y corriente.

El día viernes 28 de mayo de 2018, la empresa Eaton y su distribuidor Master Utidel, pre-sentaron, en el auditorio 2 desde las 9:00 am, paneles con equipos eléctricos industriales y explicaciones breves acerca de los equipos en exhibición, a todos los alumnos de tercer cuatri-mestre de la carrera Mecatrónica.Además del intercambio de información, los alumnos pudieron interactuar y conocer las tecnologías disponibles en su ámbito labo-

Equipos EatonPRESENTACIÓN

ral y profesional, así como el acercamiento a proveedor especializado para que puedan ser asesorados en la línea de equipo eléctrico de baja y media tensión.

VISITA

Parque Ak

El pasado martes 12 de junio, alum-nos de la carrera Energías renovables

acudieron de visita al Parque Ak, para conocer el entorno medioambiental y de

tecnologías relacionadas al uso de ener-gías sanas.En primer momento, tuvieron una plática para sensibilizarlos en la importancia de reusar y sus beneficios. Posteriormente, recibieron información acerca de los sis-temas fotovoltaicos por parte del fundador del parque.Asimismo se les habló acerca de las estufas solares, su funcionamiento y proyectos donde se han implementado. También tuvieron la oportunidad de ver los di-ferentes tipos de secadores solares, y

conocer las varias técnicas de cons-trucción para el aprovechamiento

de la radiación.Luego, conocieron las ca-

racterísticas de una casa bioclimática.

Perfect HomeVISITA

6

ResumenEl pentóxido de vanadio (V2O5) tiene aplicaciones potenciales en el campo de actuadores, la catálisis y sensores, así como material de cátodo para las baterías de iones de litio recargables debido a su alta capacidad teórica de almacenamiento, bajo costo, abundancia y facilidad de síntesis. En este trabajo se buscó obtener V2O5 combinando las técnicas de electrohilado y de calcinación, partiendo de una solución conformada por H2O (agua) y VOSO4 (sulfato de óxido de vanadio (IV) hidratado) usando Polivinil Pirrolidona como agente de transporte para el electrohilado. Las fibras cerámicas de V2O5 obtenidas después de la calcinación fueron caracterizadas para estudiar su estructura morfológica y sus principales propiedades, empleando técnicas y equipos de caracterización como lo son: SEM, TGA, TEM y HRTEM. Se comprobó que la técnica del electrohilado es fácil y eficaz (una vez que se cuenta con el equipo) en comparación con otras técnicas para obtener nanoestructuras de metales. La morfología de las estructuras del V2O5 podría adaptarse en función de la temperatura de calcinado, pudiendo obtenerse desde nanotubos porosos hasta estructuras cristalinas (nanorods), pasando por estructuras jerárquicas (nanobelts). Palabras claves: nanotecnología, electrohilado, SEM, TGA, TEM y HRTEM

IntroducciónLa ciencia de los materiales ha tenido una evolu-ción espectacular a partir de los descubrimientos y desarrollos de productos nanotecnológicos; pero ¿qué es la nanotecnología?La nanotecnología es la ciencia que hace que los materiales sean llevados a una escala muy pe-queña del orden de 100 nm (nanómetros) por lo menos en una de sus tres dimensiones. Un na-nómetro es una milmillonésima parte (1/1 000 000 000) de un metro. Cuando se logra llevar a un material a esta escala el material cambia sus-tancialmente sus propiedades físicas, químicas y eléctricas y deja de comportarse con las propie-dades conocidas del mismo en escalas comunes. De tal suerte que literalmente se está inventando un nuevo material al que seguramente se le dará alguna aplicación práctica.Para tener una idea de qué tan pequeño es un na-nómetro. pensemos en los siguientes diámetros: el cabello humano aproximadamente 75 000 nm., glóbulo rojo 3 000 nm.La investigación en nanotecnología busca enten-der y aprovechar estas nuevas propiedades para fabricar materiales y dispositivos que superen las limitaciones del presente, ya sea creando estruc-turas con tipos de arreglos atómicos diferentes o con nuevas composiciones químicas (1).

El rápido desarrollo de fuentes alternativas de energía y transporte eléctrico ha llevado a un considerable esfuerzo investigador enfocado hacia la alta energía y alta densidad de potencia en baterías de iones de litio. El pentóxido de va-nadio (V2O5), como uno de los más atractivos materiales multifuncionales, tiene aplicaciones potenciales en el campo de actuadores, la catáli-sis y sensores, así como en materiales de la bate-ría multi-electrón.Intercalación de iones de litio en V2O5 fue re-portado por primera vez en 1976 por Whittin-gham. Intenso interés ha causado la aplicación de V2O5 como un material de cátodo para las ba-terías de iones de litio (LIB) recargables debido a su alta capacidad teórica de almacenamiento, bajo costo, abundancia y facilidad de síntesis. Por desgracia, hasta ahora, su aplicación práctica en los LIB recargables se ha visto seriamente obstaculizado por su estabilidad, ciclo pobre, baja conductividad elec-trónica e iónica y la lenta cinética electroquímica (2).En este trabajo buscamos ob-tener fibras nanométricas de pen-tóxido de vanadio (V2O5), mediante el

método de electrohilado, preparando un sol-gel con VOSO4 + PVP y posteriormente calcinarlo a diferentes temperaturas para que, a través de la caracterización, estudiemos su composición química y sus propiedades físicas resultantes. Las actividades realizadas, fueron: síntesis de las nanoestructuras y análisis de la morfología de las fibras antes de la calcinación a través de Micros-copía Electrónica de Barrido (MEB). •Calcinación de fibras y determinación de la temperatura de calcinación a través de Análisis Termogravimétrico (TGA por sus siglas en in-glés: Thermogravimetric Analysis).

Por: M.N. Sergio Medina Cámara, sergio.medina@utmetropolitana.edu.mx; M.N. Jesús Peet Manzón, jesus.peet@utmetropolitana.edu.mx; y M.N. José Rodríguez Alonzo, jose.rodriguez@utmetropolitana.edu.mx

Sintetizado de nanofibras de óxido de vanadio por el método de electrohilado

Figura 1. Estructura ortorrómbica del V2O5

Desarrollo Tecnológico

Nanotecnología

7

Figura 2. a) Formación del cono de Taylor. b) Equipo de electrohilado en CIMAV-Chihuahua. Se puede apreciar un

cable conectado a la aguja, suministrando una tensión de 15000 volts y se observa una pantalla colectora cilíndrica

rotando a 578 r.p.m.

A

B

•Análisis semicuantitativo y morfológico del V2O5 obtenida a través de MEB y EDS (Ener-gy-Dispersive X-Ray Spectrometry)•Análisis de la estructura cristalina a través de HRTEM.•Análisis semicuantitativo y morfológico del V2O5 obtenida a través de MEB y EDS (Ener-gy-Dispersive X-Ray Spectrometry)•Análisis de la estructura cristalina a través de HRTEM.

AntecedentesEl vanadio es un metal de color grisáceo con den-sidad de 6.11 g/cm3. En la tabla periódica se ubica como el primer elemento de transición del grupo VB, tiene como número atómico 23, con-figuración electrónica [Ar] 4s2 3d3, masa atómi-ca 50.95, punto de fusión 1950 ºC y punto de ebullición 3600 ºC. Existe en diferentes estados de oxidación que van de -1 a +5, y generalmente pasa de un estado a otro por la transferencia de un electrón a través de procesos de oxidación-re-ducción (IPCS 1988, Rehder 1991, Hirao 2000, EFSA, 2004).El V2O5 tiene una celda unitaria ortorrómbica (grupo espacial Pmnm 59) con parámetros de red a = 11.510 Å, b = 4.369 Å y c = 3.563 Å. El V2O5 es un semiconductor tipo n con una ban-da prohibida de aproximadamente 2.4 eV y una conductividad eléctrica de cerca de 0.5 S/cm.Una gran variedad de métodos físicos y químicos se han utilizado para sintetizar nanoestructuras de V2O5, sin embargo, estás técnicas adolecen de estabilidad y/o simplicidad. En los últimos años se ha empleado una técnica de nanofabrica-ción con una solución escalable conocida como electrohilado (electrospinning (ES)).El equipo de electrohilado consiste de una panta-lla colectora conectada a tierra, una bomba dosi-ficadora del compuesto polimérico con una aguja sometida a un alto voltaje con polaridad positiva, como se muestra en la figura 2 (pantalla colecto-ra estática en posición para un electrohilado con la aguja horizontal) y también existen equipos que cuentan con una pantalla colectora cilíndrica y dinámica que provoca que los hilos sufran un estiramiento adicional y que se nota en el grosor final, cuando es realizada la caracterización. En este trabajo se usará el método de pantalla estática con flujo horizontal y el método de pan-talla dinámica con flujo vertical. Por el efecto de la polarización y la carga originadas por el cam-

po eléctrico, la solución es arrojada en forma de chorro o cono hacia una superficie conductora conectada a tierra, a una distancia entre los 5 y 30 cm del cono o aguja. Durante la creación del chorro, el disolvente gradualmente se evapora y el producto obtenido (polímero) se deposita en forma de manta de fibra no-tejida, compuesta de nanofibras con diámetros entre 50 nm y 10 µm.A lo largo del flujo, las cargas son inducidas en el fluido a través de la distancia de separación de los electrodos y esto provoca una rotura de la tensión superficial. Un hecho relevante es el pro-ceso de transformación de la gota polimérica en fibra. Este hecho es debido a que la gota líquida está sujeta el extremo de la aguja por su tensión superficial hasta que la repulsión mutua de las cargas en la superficie de la gota es más fuerte y provoca una fuerza en sentido contrario a la con-tracción de la gota. La superficie de la gota sufre progresivamente el efecto de esta fuerza hasta que comienza a alargarse y a formar un cono inverso, llamado cono de Taylor. El proceso de elongación llega a un límite en el que la concen-tración de la carga es tan elevada, que sobrepasa a la tensión superficial y da lugar a un haz en la punta del cono. El haz recorre varias trayectorias inestables durante las cuales se alarga, reduce su diámetro y pierde todo el disolvente (evaporán-dose o solidificándose). (3)

Materiales y métodosEn relación con los trabajos realizados para ob-tener los nanomateriales de V2O5, por medio de la combinación de las técnicas de electrohi-lado y calcinación, se puede mencionar que este proceso se llevó a cabo considerando la molari-dad de una solución, las temperaturas en el TGA y las diferentes caracterizaciones para corrobo-rar los datos estructurales y las propiedades de los nanomateriales en las diferentes etapas de su sintetización, dichos trabajos y estudios se men-cionan en los apartados siguientes.

3.1 Material estudiadoComo primer paso para la síntesis de la nanofi-bras de óxido de vanadio, se tomó una sección del proceso de sol-gel, (el Sol), preparando una solución conformada por H2O (agua) y VOSO4 (sulfato de óxido de vanadio (IV) hidratado).La solución fue de la siguiente manera:Volumen del solvente: 10 ml de H2OSe determinó que la solución tendría una mo-laridad de 0.75 moles/litro. Esta solución se agitó por espacio de 10 minutos, para que los iones de vanadio se disociaran homogéneamen-te en el solvente.Posteriormente se realizó el cálculo para agre-garle PVP (polivinilpirrolidona) a una relación del 10 % de la solución. Esta se estuvo agitando

por un espacio de dos horas, monito-reándola cada 10 o 15 minutos para comprobar el grado de homogeniza-

ción de la mezcla, hasta convertirse en una solución. El siguiente paso fue realizar todos los preparativos previos para la generación de nanofibras por medio del electrohi-

lado. Para este procedimiento se utilizó un equipo comercial de electrohilado marca Nabound_Neo en modo de placa de aluminio sobre un rodillo giratorio,

con una distancia entre la aguja y la placa colectora de 15 cm. El voltaje aplicado entre la aguja de la je-ringa y la placa colectora fue de 14 kV.

La velocidad angular del cilindro fue de 580 revoluciones por minuto, a una ve-locidad de inyección de 0.5 ml por hora.

Cabe señalar que se inyectaron en el primer proceso de electrohilado una cantidad de 4 ml de solución, sulfato de óxido de vanadio + agua + polivinilpirolydona.

Desarrollo Tecnológico

Nanotecnología

8

Una vez teniendo las nanofibras electrodepo-sitadas en la placa colectora, se procedió a reti-rarlas de la misma, se obtuvo un total de 0.9098 gramos de nanomaterial de electrohilado que fue colocado en una cánula de combustión, de la cual 4.7 miligramos se tomaron para someterlas a la prueba de calcinación de fibras por medio de TGA, para determinar la temperatura de cal-cinación del compuesto, el cual nos sirvió para determinar los parámetros que se utilizaron para el proceso de calcinación de las fibras de electro-hilado, para obtener el óxido de vanadio en algu-na de sus variantes. El proceso de calcinación fue el siguiente: la muestra se calienta a razón de 3°/min desde los 25°C hasta los 600°C, posteriormente se man-tiene durante una hora a esa temperatura, y luego se baja la temperatura a razón de 3°C desde los 600 °C hasta 25 °C.

3.2 MetodologíaEl estudio de los nanomateriales electrohilados de óxido de vanadio V2O5 en cuanto a sus pro-piedades estructurales, morfológicas y caracte-rísticas de su estructura cristalina, se llevó a cabo empleando distintas técnicas experimentales las cuales se describirán a continuación.

3.2.1 Caracterización estructuralEsta consiste en el estudio de la morfología, es-tructura molecular, fases del nanocompuesto, tanto de las nanoestructuras obtenidas por el proceso de electrohilado, así como de los nano-materiales logrados al final del proceso, es decir, el V2O5.

3.2.1.1. Microscopía electrónica de barrido (SEM)En este tipo de microscopios en lugar de usar haces de luz, se emplean haces de electrones, los cuales son tratados por lentes condensadoras y de objetivo (todas las lentes son magnéticas), para posteriormente utilizar el haz de electrones para realizar un barrido a lo largo de la pieza por medio de las bobinas de barrido, esto da como resultado la emisión de diversos tipos de electro-nes, de los cuales un detector cuenta el número de electrones secundarios de baja energía emiti-dos por cada punto de la superficie. La imagen de la superficie de la muestra se forma en un monitor, al utilizar la señal procedente del detector de electrones secundarios (retrodis-

persados) para modular la intensidad del haz de electrones del monitor. El principal componente de un microscopio electrónico de barrido consis-te en un haz fino de electrones (de hasta 40 kV) que es enfocado y barrido sobre la superficie de la muestra.Esta técnica nos proporciona información so-bre la estructura del material a estudiar, en otras palabras, la distribución y los espacios entre los átomos, los tamaños y forma que tienen las par-tículas que constituyen al material sólido. Este método también nos puede brindar información sobre la textura superficial del material, que está muy relacionado con el tamaño y la forma.Para obtener las imágenes para este análisis es-tructural se utilizó el microscopio electrónico de barrido JEOL-JSM7401F que opera con un vol-taje máximo de 30 kV, con resoluciones de 1.0 nm a 15 kV y de 1.5 nm a 1 kV.

3.2.1.2 Caracterización de propiedadesA continuación, se describe la técnica empleada para la caracterización térmica del V2O5.El análisis termogravimétrico es una técnica de análisis térmico que determina la pérdida o ga-nancia de masa en función de la temperatura. En general el análisis térmico es un grupo de técnicas en las que se mide una propiedad física de una sustancia y/o de sus productos de reac-ción en función de la variación de la temperatura mientras la sustancia se somete a un programa de temperatura controlado. Esta propiedad físi-ca debe ser medida y expresada en función de la temperatura, así como por un programa contro-lado de temperatura.

Resultados4.1. Microscopía electrónica de barrido (SEM)En la figura 5 se presenta el resultado de la mi-croscopía de barrido para los nanohilos genera-dos en el colector rotatorio, estas imágenes se realizaron con el microscopio de barrido modelo JEOL-JSM7401F en modo detector de electro-nes secundarios con una aplicación de voltaje de 5 kV y amplificación de 30000 X.En la micrografía se puede apreciar que las na-nofibras son más estéticas (estiradas) debido al movimiento rotatorio de colector y también se nota que las capas de las nanofibras son más dis-tanciadas, esto es debido a que la placa colectora está colocada en un cilindro, lo que nos permite tener un área mucho mayor para que se depo-

Figura 5. Micrografías de nanofibras de H2O + VOSO4 + PVP obtenidas por electrohilado (colector rotatorio).

siten las nanofibras, las cuales sufren un estira-miento adicional.

4.2. Análisis termogravimétrico (TGA)Se realizó un análisis termogravimétrico con el fin de determinar la temperatura de calcinación más adecuada para la síntesis del V2O5, median-te la observación de los cambios de masa de los compuestos de las fibras precursoras.El análisis se ejecutó con un analizador termogra-vimétrico Q500, con una muestra de 3.39300 mg de VOSO4 PVP efectuando una rampa de calcinación de 5 °C/min a 800 °C. La figura 6 muestra los resultados del análisis realizado a la muestra de VOSO4 PVP, en el cual se concluyó que la temperatura más propicia a la que podrían obtenerse nanofibras de V2O5 se-ría de 550 °C a una rampa de 3 °C. (La primera calcinación se realizó hasta los 600 °C, lo que ocasionó que se crearan estructuras cristalinas simples (nanorods)).

ConclusionesCon este método se lograron nanofibras del com-pósito VOSO4PVP y posteriormente, al calcinar las muestras, se alcanzó la síntesis de pentóxido de vanadio el cual fue el objetivo principal. Y, por otra parte, también se comprobó que la técnica del electrohilado es fácil y eficaz (una vez que se cuenta con el equipo) en comparación con otras técnicas, para obtener nanoestructuras de óxi-dos metálicos. La morfología de las estructuras podría adaptarse en función de la temperatura de calcinación.Agradecemos a la Dra. Diana María Carrillo Flo-res, por su valiosa enseñanza y asesoramiento para llevar a cabo este trabajo, y al Centro de In-vestigaciones en Materiales Avanzados (CIMAV)

Desarrollo Tecnológico

Nanotecnología

9

por todas sus prestaciones de equipos de microscopía electrónica y a sus técnicos operadores de dichos equipos.

Referencias1) Noboru Takeuchi. Nanociencia y nanotecnología. Fondo de cultura económica. México, 2011.2) Neeta, L. Lala., Rajan Jose, Mashitah M. Yusoff., Seeram Ramakrishna. Continuous tubular na-nofibers of vanadium pentoxide (2012, septiembre 10). Recuperado en diciembre 27, 2013 de: http://www.researchgate.net/publication/2323 22361_R_Continuous_tubular_nanofibers_of_vanadium_pentoxide_by_electrospinning_for_energy_storage_devices3) Rafael Usero, Natalia Suárez. Electrospinning de poliesteramidas biodegradables. Recuperado en enero 16, 2014 de http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1 /8422/4/03_Mem%-C3%B2ria.pdf4) Marisol Faraldos, Consuelo Goberna. Técnicas de análisis y caracterización de materiales. Conse-jo Superior de Investigaciones Científicas Madrid, 2011. 2a. Edición.

Figura 6. Análisis TGA de VOSO4 PVP (fibras electrohiladas)

Figura 7. Micrografías del óxido de vanadio después de la calcinación.

10

Desarrollo Tecnológico

Mecatrónica

Automatización y control de un reactor in-termitente, mediante arduino, para la de-terminación de la conversión de reacciones químicas, a partir de un diseño factorial

ResumenEl Sistema de control está definido como un conjunto de componentes que regulan la conducta del sistema con el fin de lograr un funcionamiento óptimo, de modo que se reduzcan contratiempos, se obtengan resultados confiables. En el siguiente proyecto se pone en marcha un reactor Batch, para el uso y manejo de prácticas de laboratorio de la Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz. En el presente trabajo se calcula la eficiencia, experimentalmente, del proceso de la reacción química de hidróxido de sodio y acetato de etilo para la producción de acetato de sodio y etanol, mediante el control automático de un reactor intermitente en fase homogénea, asistido por Arduino Uno, me-diante la interfaz en LabView, a partir de un diseño factorial 23 con 3 réplicas y 24 combinaciones. Obteniendo una conversión del 85.6%.Se da a conocer la operación funcional del reactor, controlando el nivel, el flujo de la materia prima, la agitación y la temperatura, dentro del tanque de manera automatizada, para el desarrollo de prácticas de laboratorio en materias a fines a las ingenierías química y mecatrónica.

Palabras claves: Arduino, LabView, reactor Batch, diseño factorial.IntroducciónEn la Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz existe un reactor discontinuo Batch, cuyo modo de operación es manual, lo cual re-presenta un retardo en la realización de prácticas de laboratorio. La importancia del control auto-mático es la medición de variables de respuesta que faciliten y permitan optimizar el tiempo en la realización de los experimentos y las reacciones químicas en fase liquida homogénea.En este proyecto, a través del sistema Arduino, se programa mediante LabView, entradas al pro-ceso con el fin de recibir señales de sensores de flujo que permitan activar las bombas sumergi-bles en la alimentación de la materia prima. De la misma forma, se activa el sistema de agitación para mantener una mezcla ho-mogénea; si la reacción química requiere c a l e n t a -

Por: MC. Jorge González Toto, george352@hotmail.com; Ing. José Luis Jiménez Reyes, Jluis201085@hotmail.com ; Dr. Moisés Mata García, moisesmg2000@hotmail.com ; y MC. Daniel Hernández Ramírez, danhr82@hotmail.com

miento, se activa la resistencia instalada dentro del reactor, calentando los reactivos vertical-mente, de la parte superior a inferior, controlán-dola mediante señales en la tarjeta programada por Arduino Uno. Como complemento en este proyecto, se usa el software Minitab 17, para la realización del diseño factorial, para determinar la conversión de la reacción química; con estas herramientas se busca lograr un sistema de con-trol funcional en el reactor y un uso óptimo para los fines con los cuales fue propuesto. Así mismo se reduce el tiempo en las prácticas, lo que alar-ga su vida útil, obteniendo resultados confiables siempre y cuando su modo de operación sea dis-continuo.

Generalidades Según Torrente, O. (2005) el Arduino es una placa de hardware libre que incorpora un mi-

crocontrolador reprogramable y una serie de pines-hembra unidos internamente a

unas patitas de E/S del microcontrola-dor que permiten conectar, de manera segura y sencilla, diferentes sensores y

actuadores. La “placa hardware” es una PCB, placa de cir-

cuito impreso. Las PCB son superficies fabrica-das de un material no conductor (normalmente resinas de fibra de vidrio reforzada, cerámica o plástico) sobre las cuales aparecen laminadas “pegadas” pistas de material conductor nor-malmente de cobre. Las PCB se utilizan para conectar eléctricamente, a través de los caminos conductores, diferentes componentes electró-nicos soldados a ella. Una PCB es la forma más compacta y estable de construir un circuito elec-trónico (en contraposición a una breadboard, perfboard o similar) pero, al contrario de éstas, una vez fabricada, su diseño es bastante difícil de modificar. Así, la placa Arduino no es más que una PCB que implementa un determinado dise-ño de circuitería interna (Torrente, O., 2005).

2.1.1 Arduino UNO, LINX y NI – VISADe acuerdo Masterhacks (2013) existe un mo-delo “estándar” de placa, que es el más utilizado en diferentes procesos, la placa Arduino Uno. Desde que apareció en 2010 ha sufrido tres revisiones, por lo que el modelo actual se suele llamar Uno Rev3 o simplemente Uno R3.La diferencia entre las placas existentes para Arduino, es el encapsulado físico del microcon-trolador incorporado: ambas tienen el mismo

Figura 1. Arduino uno

11

Desarrollo Tecnológico

Mecatrónica

modelo, pero la placa convencional lo lleva mon-tado en formato DIP (“Dual In-line Package”) y la placa SMD lo lleva en formato SMD (“Surface Mount Device”), el formato DIP, visualmente es un gran rectángulo en el centro-inferior-derecha de la placa es mucho más grande que el formato SMD visualmente, un pequeño cuadrado ubica-do en diagonal en el centro-inferior-derecha de la placa. Para este proyecto se decide trabajar con Arduino Uno (ver figura 1).Makerhub LINX. Para la realización del proyecto se realiza la instalación del software MakerHub LINX de fuente abierta de Digilent y está dise-ñado para facilitar el desarrollo de aplicaciones en interfaz, hombre máquina, usando LabView (Masterhacks, 2013)Virtual Instrument Software Architecture (VISA) es un estándar para configurar, progra-mar y depurar sistemas de instrumentación que comprenden interfaces GPIB, VXI, PXI, serial (RS232/RS485), Ethernet/LXI y/o interfaces USB. Las nuevas características incluyen LXI autodiscovery con información mejorada sobre el dispositivo LXI en NI Measurement y Automa-tion Explorer (MAX), configuraciones de VISA Conflict Manager en MAX, soporte adicional para Mandriva Linux 2009, soporte para open-SUSE 11.0 y arquitectura insertable VISA de múltiples proveedores para la versión de 64 bits de Windows Vista (Masterhacks, 2013).NI-VISA es la implementación de National Ins-truments del estándar de E/S VISA. Proporciona la interfaz de programación entre el hardware y los entornos de desarrollo de aplicaciones como NI LabVIEW, LabWindows™/CVI y Microsoft visual studio. Las licencias de desarrollo para NI-VISA están incluidas con los productos de National Instru-ments como entornos de desarrollo y hardware GPIB. Las licencias para despliegue de NI-VISA están incluidas en sistemas desplegados que tie-nen hardware de NI, entonos de desarrollo de NI y aplicaciones escritas (Masterhacks, 2013).

2.2 Reactor BatchUn reactor Batch intermitente (figura 2), es un recipiente en forma de cilindro, el cual se emplea para operaciones a micro escala, para desarrollar procesos de reacción en fase experimental que aún no se han puesto en marcha a nivel industrial, obteniendo un producto con un grado de con-versión de acuerdo a las necesidades del proceso

(Fogler, S., 1997). La alimentación del reactor se carga por lotes, de acuerdo a la producción que se desee obtener. El reactor intermitente tiene la ventaja de permitir una alta conversión, que puede obtenerse dejando el reactivo en un tiempo de residencia previamente calculado, de acuerdo al mecanismo de la reacción química y a la conversión estimada. Las desventajas de este tipo de reactor son la variabilidad del producto de un lote a otro y la dificultad para producción a gran escala.

Figura 2. Reactor Batch

2.2.1 LabViewEs un software cuyo entorno se desarrolla es-pecíficamente para acelerar la productividad de ingenieros y científicos, dedicados al control au-tomático y sistemas dinámicos, para la creación de prototipos y simulación de procesos. Con una sintaxis de programación gráfica que facilita visualizar, crear y codificar sistemas de ingenie-ría, LabView es una herramienta para ayudar a reducir tiempos de pruebas, ofrece análisis de negocio basado en datos recolectados y convier-te ideas en realidad. LabView está diseñado para incorporarse con otro software, ya sea métodos alternativos de desarrollo o plataformas de fuen-te abierta. Se ilustra en la Figura 3 la interfaz de LabView con el Reactor Batch de este proyecto para el control del mismo (Masterhacks, 2013).

Figura 3. Interfaz en LabView

En este proyecto se controla el nivel del tanque con ayuda de un sensor ultrasónico HC – SR04, que mide el nivel del líquido suministrado como límite de 10 a 33 cm de altura. Es recomenda-ble que el reactor esté lleno, ya que la resistencia calienta de la parte superior a la parte inferior, distribuyendo el calor dentro del reactor, la alimentación es suministrada por dos bombas sumergidas que alimentan la materia prima al re-actor hasta el nivel de 33 cm, la agitación se mide en segundos, varía de acuerdo a la viscosidad de las sustancias y a las necesidades de aireación en rpm, que requiera el proceso. La temperatura está en función del mecanismo de la reacción química en estudio, la programación de esta variable en LabView, es auxiliada con ayuda de un termómetro el cual indica la temperatura óp-tima necesaria para la generación del producto. El ambiente de la interfaz es en lenguaje C en el cual se enlazan los controladores y los timer para el control del flujo, nivel y temperatura, en un ambiente similar a Microsoft visual studio, para crear los botones de encendido, selección, cua-dros de textos de captura y apagado.El nivel es la altura del fluido en el tanque, como máxima de 33 cm, y es controlado con un sensor ultrasónico del tipo HC – SR04.

MetodologiaEl seudocódigo desarrollado en LabView, es un ambiente en lenguaje gráfico, generando un dia-grama de programación dada en segundos, para la agitación y el calentamiento de la resistencia.

Figura 4. Linx firmare wizard.Para enviar el código a la tarjeta Arduino, es ne-cesario configurar el tipo de comunicación y la tarjeta a utilizar. Para ello, se selecciona dentro del panel frontal la herramienta, Tools/Maker-hub/Linx/Linx firmware wizard, en el cual se genera una ventana en donde se debe seleccionar el tipo de dispositivo a utilizar, seleccionando la placa Arduino uno (figura 4).

12

Desarrollo Tecnológico

Mecatrónica

Al presionar el botón “next”, aparece la ventana en donde se selecciona el puerto de conexión y al dar clic en la placa Arduino, correspondiente (fi-gura 5). Finalmente se presiona el botón “next” y se espera a que carguen las configuraciones realizadas.

Figura 5. Selección del puerto USB.

En este artículo, además de instrumentar el reac-tor Batch se reportan las pruebas experimentales de laboratorio, para medir la conversión de un producto determinado, siempre y cuando sea en fase líquida homogénea, intermitente, por lotes, (Tiscareño F. 2005). Para este proyecto se ana-liza el mecanismo de reacción cinético, siendo este una ecuación como se indica:La cinética química es de 1er. Orden con res-pecto al reactivo que limita la reacción, como se indica en la ecuación, Eq. 1

Donde:K: constante de velocidad de reacciónCA: Concentración -rA y dca/dt: velocidad de reacciónPara esta investigación, el reactivo que limita la reacción es el hidróxido de sodio. Los cálculos están en función del reactivo limitante de acuer-do a (Tiscareño F. 2005).

ResultadosPara determinar la eficiencia se desarrolla un diseño factorial 23 con réplicas, teniendo como variable de respuesta la conductividad, siendo esta la variable que permitirá el cálculo de la con-versión de la reacción química. En la tabla 1 se muestra las condiciones y valores propuestos por el investigador, para la realización de las 24 com-binaciones experimentales de laboratorio.

Esta tabla, permite realizar las 3 réplicas, de-sarrollando 24 experimentos, previamente se realiza la preparación de los reactivos, se mide la conductividad en las 24 pruebas dadas por el software Minitab 17, combinando los factores de tiempo, temperatura y concentración. obtenien-do los siguientes resultados. través de la recolec-ción de datos reales (Montgomery, 2008).

Tabla 1. Factores y niveles.

Con la conductividad medida en el conductíme-tro a diferentes combinaciones de tiempo, tem-peratura y concentración a partir de la siguiente reacción química.

NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH Eq.(2)

Donde:aOH: Hidróxido de sodioCH3COOC2H5: Acetato de etiloCH3COONa: Acetato de sodioC2H5OH: Etanol

Tabla 2. Recopilación de datos de Laboratorio

Se obtiene la conversión de la reacción química (ver tabla 2), se calcula la conversión de la reac-ción, resultando las conversiones, con incremen-tos de tiempo de 5 a 60 min, en las combinacio-

nes de tiempo, temperatura y concentración que se indican en la gráfica de efectos principales (ver figra 6) (Fogler, S., 1995). En esta grafica la in-terpretación del proceso nos indica que la mejor combinación es calentando el reactor a una tem-peratura de 40°C a una concentración de 0.10 M se obtiene la máxima conversión de la reacción química, permaneciendo el tiempo relativamente estable. En la gráfica de probabilidad normal (ver figura 7) se observa que los puntos forman una lí-nea recta, ya que los residuos se encuentran nor-malmente distribuidos ajustándose a la distribu-ción normal. Por lo tanto, los datos obtenidos de tiempo, temperatura y concentración muestran que hay variabilidad, ya que no existe evidencia de no normalidad, asimetría, valores atípicos, fic-ticios o variables no identificadas.En la gráfica de residuos vs valores ajustados, se muestra un patrón aleatorio de -0.01 a 0.02 resi-duos a ambos lados del valor de cero, con respec-to a los valores ajustados de 1 a 2.5, se observa que los residuos correspondientes a los valores de los datos confirman la aleatoriedad. Lo cual no existe evidencia de alguna varianza no constante, términos faltantes o influyentes entre los valores ajustados y los residuos, existe una relación de la variable de respuesta (Montgomery, 2008). En el histograma se aprecia que los datos están con-glomerados ajustadamente, formando una distri-bución alrededor de la frecuencia 7, existiendo distribución simétrica, se observa que existe un patrón simétrico en forma de campana de Gauss, lo que indica que es unimodal estos residuos son simétricos y oscilan entre -0.015 a 0.015, con una media de 1.778 y una desviación estándar de 0.9004 para 24 muestras, no hay evidencia de que existan valores atípicos o que algún valor se salga de los datos más comunes. Este histograma con ajuste en la distribución normal, satisface la prueba de normalidad.En la gráfica de residuos vs orden de los datos, se observa que los datos están dispersos aleato-riamente alrededor de cero. Existe evidencia de que los términos de error están correlacionados entre sí, en este diseño factorial, debido a que los residuos deben oscilar entre -0.01 a 0.02 con respecto a las 24 observaciones experimentales, sin embargo, se observa un punto máximo en el experimento 21 con un residuo de 0.016 y un mínimo en el experimento 20 con un residuo de -0.013, lo cual mantiene el proceso relativa-mente constante, se recomienda incrementar las

13

Mecatrónica

pruebas para tener un patrón aleatorio con mayor variabilidad, como se indica en la figura 7 (Mont-gomery, (2008).

ConclusionesEn este proyecto se obtuvieron resultados satisfactorios, ya que la instrumentación y control con Ar-duino Uno y LabView es funcional para el propósito que fue instalado, el área de mejora para este prototipo, es el volumen suministrado al tanque, ya que es necesario llenarlo con carga completa por arriba de los 10 lts de la capacidad del reactor. Con lo que respecta al diseño factorial se sugiere realizar pruebas experimentales o incrementar otra replica para que los datos estén más agrupados y exista mayor variabilidad en el proceso. La variable de respuesta es la conductividad siendo esta dependiente de la concentración y la temperatura, es por ello que para efectos de estudio es necesario experimentar la reacción química aumentando la temperatura y variando las concentraciones, descar-tando el tiempo ya que se mantiene constante en este experimento. el calor generado se distribuye por convección y conducción de manera vertical, hasta alcanzar la conversión estimada de la reacción química. Para el caso de esta investigación se obtiene un 85.6 % de conversión del NaOH en un tiem-po de 60 min. Cabe aclarar que en este reactor se puede experimentar con otras reacciones químicas, siempre y cuando estén en fase líquida homogénea y sean de operación discontinua o por lotes.El constante mantenimiento al reactor y a los instrumentos permitirá conservarlo para tener buen desempeño de las prácticas de laboratorio. Por otro lado, es recomendable la supervisión de los catedráticos antes, durante y después de la ope-ración del mismo. En caso de fallo o bloqueo en el sistema, se recomienda resetear la tarjeta Arduino. Las mini bombas tienen que estar a la misma altura, el volumen de reactivos debe ser por arriba de los 10 lts de la capacidad, para que el sensor y la resistencia reconozca la presencia del fluido y sea operable en la programación con la interfaz.El tiempo de duración de la práctica está en función del mecanismo de reacción en estudio y la prepa-ración de reactivos, para que su operación sea lo más eficiente posible.

ReferenciasFogler. H. Scott, “Elementos de ingeniería de las reacciones Químicas”, 4ta Edición. Santa rosa, CA: Edit; Pearson, 1995, pp. 33 – 66. Masterhacks “Manual básico de programación en LabVIEW”, www.masterhacks.net , febrero 2013, pp. 3-84.Montgomery. (2008). “Diseño y análisis de experimentos”, Ed. Limusa Wiley.Torrente Artero Oscar, “ARDUINO, Curso Practico de formación”, 1ra Edición. Madrid, España, Edit; Alfa - Omega, 2013, pp. 77 – 117.Tiscareño Lechuga Fernando, “Reactores Químicos, Tomo. 1, Homogéneos”, 1ra Edición. Celaya, México: Edit; Reverte, 2005, pp. 117 – 147.

Figura 6. Gráfica de efectos principales Figura 7. Gráfica de residuales

Sistemas Automati-zados y Control es un cuerpo académico de reciente creación

de la División Industrial de la Universidad Tec-

nológica Metropolitana y está conformado actual-

mente por cuatro profeso-res de tiempo completo.

Cuerpo académico

Informes en:División Industrial(999) 940 61 12

luigui.chulim@utmetropolitana.edu.mx

14

Desarrollo Tecnológico

Mantenimiento

Buenas prácticas predictivas para la mejo-ra del mantenimiento sustentado en la apli-cación de ensayos no destructivos

ResumenLa competitividad en el mundo actual exige que los equipos asociados a los procesos productivos puedan funcionar al cien por ciento de su capacidad durante todo el año, asimismo, la constante evo-lución de las máquinas que hoy cuentan con sensores e indicadores de estado, han sido un gran avance en la verificación del correcto funcionamiento de los equipos; sin embargo, esto es solo una solución parcial a las problemáticas de mantenimiento, para lo cual es conveniente apoyarse del mantenimien-to preventivo que, mediante la aplicación de pruebas no destructivas como: la inspección visual, los líquidos penetrantes, las partículas magnéticas, las emisiones acústicas, la termografía, las pruebas hidrostáticas, los nálisis ultrasónicos y radiográficos, en combinación con actividades como el mo-nitoreo de la calidad de la energía y de las vibraciones, nos permiten conocer el estado actual de los equipos y garantizar su óptimo funcionamiento.

Palabras claves: ensayos no destructivos, análisis de vibración, termografía, mentenimiento predictivo.

IntroducciónEn la actualidad los costos de mantenimiento son parte importante del total generado en las plan-tas de producción, si se reduce esta asignación puede causar perjuicios en el funcionamiento y en la vida útil de los equipos e instalaciones de una empresa.Si la gestión del mantenimiento es ineficaz, puede reducir la calidad en los productos y esto afectar la capacidad de producción. En la actua-lidad para contrarrestar estos posibles inconve-nientes, las empresas implementan una gestión del mantenimiento más avanzado, siendo esta una de las principales razones por las que se puede presentar deficiencias en la planeación de la producción. Este efecto se refleja aún más cuando el mantenimiento a los equipos son en su mayoría del tipo correctivo, ya que no se cuenta con datos tangibles que indiquen los desgastes y desajustes de los componentes de los equipos in-dustriales. Actualmente, la industria cuenta con equipos mejor instrumentados, que son capaces de proporcionar información relevante que per-mite reducir los tiempos muertos en la produc-ción debidos a reparaciones innecesarias o fallos prematuros en los equipos e instalaciones.

Por: M.C. Diego Gaspar Cisneros Castillo, M.C. Manuel René Loria Martínez, Dr. Genaro A Soberanis Monfortediego_cisne@hotmail.com, mrloria@yahoo.com, genaro_sm@yahoo.com.mx

Contrario a todo lo que se piensa, el manteni-miento tiene como objetivo principal reparar las fallas que se presenten en los equipos en el me-nor tiempo posible para reactivar la producción en ese momento, sin embargo, su verdadero pa-pel es el de prevenir dichas fallas, siendo los ob-jetivos del mantenimiento, la disponibilidad y las condiciones de funcionamiento de los equipos, así como reaccionar oportunamente a cualquier anomalía presentada.

MetodologíaUn pilar del departamento de mantenimiento en una empresa es el mantenimiento predictivo, que tiene como objetivo detectar posibles fallas y defectos en las maquinarias e instalaciones. En la Universidad Tecnológica Metropolitana se promueve esta filosofía del mante-nimiento en los alumnos que cursan el nivel Técnico Superior Universita-rio y la Ingeniería en Mantenimiento Industrial, em-

pleando técnicas de ensayos no destructivos, es-tas herramientas son la inspección visual, los lí-quidos penetrantes, las partículas magnéticas, la emisión acústica, la termografía, el ultrasonido, la radiografía, la calidad de la energía, monitoreo de vibraciones y pruebas hidrostáticas.

Inspección visualEl método de inspección visual es una de las primeras metodologías empleadas para el man-tenimiento predictivo. En ella se emplea como instrumento principal el ojo humano, el cual es complementado frecuentemente con instrumen-tos de magnificación, iluminación y medición.

Como parte de la formación académica, se realizan diversas ac-

tividades de inspec-

ción

Figura 1: Inspección visual del compresor.

15

Desarrollo Tecnológico

Mantenimiento

visual a equipos de los laboratorios en la División Industrial.Las aplicaciones de simple observación de un producto o de elemento de máquina, se realizan con la intención de detectar posibles anomalías en las superficies, tales como ralladuras, exceso de rugosidad y áreas no cubiertas por la pintura, también posibles fracturas, corrosión y grietas. Por otro lado esta inspección visual también es de gran ayuda para verificar el funcionamiento de instrumentos como manómetros, termómetros, niveles de líquidos, entre otros.Entre las prácticas realizadas se pudieron ob-servar las condiciones en las que se encuentra el compresor (ver figura 1), siendo una condición inadecuada para su funcionamiento, ya que se pudo verificar que el compresor no cuenta con el ajuste adecuado de las bandas al motor eléctrico, la pintura está en mal estado, además no cuenta con la clavija de conexión y los niveles de aceite están por debajo de lo requerido. Se inspeccionaron otros equipos, entre ellos el torno y se pudo observar que presenta deficien-cias en la lubricación de sus partes mecánicas, tanto en las bancadas de deslizamiento como en

los engranes de transmisión, asimismo, se ob-servó que algunos componentes como el contra-punto y el carro angular no funcionan de manera adecuada.Este método se utiliza para la detección de fisu-ras en partes de maquinaria y equipo, se basa en el principio de capilaridad y se aplica en la detec-ción de discontinuidades; se puede utilizar en los metales ferrosos y no ferrosos. Existen dos tipos de líquidos penetrantes, los fluorescentes y los no fluorescentes. La carac-terística distintiva principal entre los dos tipos es que los líquidos penetrantes fluorescentes contienen un colorante que resalta bajo la luz negra o ultravioleta, y los líquidos penetrantes no fluorescentes contienen un colorante de alto contraste bajo luz blanca. Se conocen como pe-netrantes visibles o coloreados. Para esta práctica realizada con alumnos del área de mantenimiento (ver figura 2), se requirió removedor de pintura, revelador, líquido pene-trante, pieza soldada para evaluar, telas de algo-dón, disolvente líquido y cepillo de alambre.Procedimiento:1. Como primer paso para realizar la prueba, se limpió la pieza con la ayuda de un cepillo de alambre para remover cualquier suciedad que pudiera tener la pieza, posteriormente, con tela de algodón y el disolvente líquido se limpió la superficie del material para eliminar impurezas.2. Posterior a la limpieza de la superficie del ma-terial, se aplicó el líquido penetrante hacia el cor-dón y se esperó durante 15 minutos para que el líquido se difunda en las fisuras de la pieza.

3. Seguido a los 15 minutos de espera, con la ayuda de una tela de algodón seca y el líquido re-movedor, se limpió la superficie de la pieza reti-rando el exceso del líquido penetrante. 4. Se aplicó el revelador sobre el cordón de la sol-dadura; para tener un resultado más confiable se esperaron 15 minutos para una mejor reacción.5. Finalmente se observó, con la ayuda de una linterna y una cámara, la reacción del líquido penetrante, observando las discontinuidades en la pieza.

Partículas magnéticasEste método de inspección se basa en el princi-pio físico del magnetismo, prácticamente en el comportamiento dentro de un campo magnético. El magnetismo es “la fuerza invisible que tiene la habilidad de desarrollar trabajo mecánico de atracción y repulsión de materiales magnetiza-bles” (Mobley, R., 2002).La inspección por partículas magnéticas es un ensayo no destructivo que se emplea para detec-tar discontinuidades superficiales y sub superfi-ciales, en muestras que pueden ser magnetizadas (ver figura 3).

Consta de tres operaciones básicas:

Figura 2: Prueba de líquidos penetrantes. Figura 3: Prueba de partículas magnéticas.Figura 4: Monitoreo de vibraciones en

partes móviles en un torno.

16

Desarrollo Tecnológico

Mantenimiento

Figura 5: Inspección termográfica de partes mecánicas y eléctricas

1.- establecer un flujo magnético adecuado, 2.- aplicación de las partículas magnéticas, e 3.- interpretación y evaluación de los resultados.Este método se aplica en la inspección de mate-ria prima, en inspección de producto terminado y en proceso de manufactura, en mantenimiento de equipo y maquinaria para inspección de mate-riales soldados, fundidos, forjados, rolados, etc.Procedimiento de las prácticas:1. Como primer paso para realizar la prueba, se limpió la pieza con la ayuda de un cepillo de alambre para remover cualquier partícula conta-minante que pudiera tener, se lijó y usando una tela de algodón y un líquido disolvente se limpió la superficie del material.2. Con la superficie de la pieza limpia y libre de partículas, se aplicó un campo magnético a ésta.3. Con el campo magnético actuando sobre la pieza se vertieron las partículas.4. Se retiró el campo magnético y se removió el excedente de partículas.

Monitoreo de vibracionesEl uso del análisis de vibración no está restringi-do al mantenimiento predictivo. Esta técnica es útil para aplicaciones de diagnóstico y monitoreo de vibraciones en los sistemas mecánicos que se utilizan para la fabricación de productos en las líneas de producción. Cuando se usan correcta-mente, los datos de vibración proporcionan los medios para mantener condiciones de funciona-miento y eficiencia óptimas de los sistemas mecá-nicos de la planta.Algunas de las aplicaciones son pruebas de con-trol de ruido, control de calidad, detección de piezas sueltas, fuga detección, analizadores de motores entre otros (ver figura 4).El hecho de que se conozcan los diversos perfiles de vibración de los equipos industriales puede ser un parámetro de gran ayuda como patrón de comparación con los elementos de rotación o elementos móviles de las máquinas, lo que nos permite utilizar técnicas de registro para prede-cir el mantenimiento. La clave para usar el análisis de los perfiles de vibración para mantenimiento predictivo, diag-nóstico y otras aplicaciones, según ASM Hand-book (1989) es la capacidad de diferenciar entre la vibración normal y anormal.

Muchas vibraciones son normales para una pieza de rotación o movimiento de maquinaria. Ejem-plos de esto son rotaciones normales de ejes y otros rotores, contacto con rodamientos, en-granes, entre otros. Problemas específicos con la maquinaria generan vibraciones anormales, pero identificables, por ejemplo tornillos suel-tos, ejes desalineados, cojinetes gastados, fugas y fatiga de metal. Entre los equipos usados en las prácticas de análisis de vibraciones de los alum-nos de la universidad se cuenta con el medidor de vibraciones PCE-VT 204. Entre las prácticas realizadas se revisaron los sistemas mecánicos del torno, el esmeril de banco, los taladros y otros equipos.

Termografía Esta es una técnica del mantenimiento predictivo que se puede emplear para controlar las condi-ciones de maquinaria, estructuras y sistemas de la planta. Utiliza instrumentación diseñada para controlar la emisión de energía infrarroja (es de-cir, temperatura) para determinar la condición de funcionamiento detectando anomalías térmi-cas (Shackerlford, J., 1998).La tecnología infrarroja se basa en el hecho de que todos los objetos con una temperatura supe-rior al cero absoluto emiten energía o radiación. La radiación infrarroja es una forma de transmitir energía. Las emisiones infrarrojas, o por debajo de la luz visible, son radiaciones con longitudes de onda cortas que son invisibles sin instrumen-tación especial.Las cámaras termográficas para inspecciones de mantenimiento predictivo, son herramientas para el diagnóstico del estado de componentes e instalaciones eléctricas y mecánicas (ver figu-ra 5). Como parte de las prácticas se realizaron diversas mediciones de partes eléctricas en las máquinas herramientas, en los centros de carga, en transformadores y en sistemas mecánicos.

RecomendacionesSe realizaron diversas rutas de inspección visual en piezas soldadas, equipos industriales y en componentes estructurales del laboratorio de la División Industrial. Posterior a realizar dichas actividades se puede decir que la calidad de la soldadura con base en la norma NOM-027-STPS

la cual establece los criterios de aceptación o re-chazo para una pieza unida mediante el proceso de soldadura (figura 2) nos permiten rechazar esa pieza por deficiencias en el cordón, ya que presenta socavones y el ancho de la grieta no es uniforme, lo cual quedó expuesto en la prueba de líquidos penetrantes que se le realizó. En cuanto a la ruta para verificar el estado del edificio, nos mostró diversas fisuras formadas en las columnas y vigas de concreto que no re-presentan un fallo estructural grave, pero son anomalías para atender a mediano plazo. En la prueba de partículas magnéticas realizada a la pieza de la figura 3, no se mostró evidencias de discontinuidades hasta que la pieza fue manual-mente alterada.En la prueba de monitoreo vibraciones se verifi-có el comportamiento de diversas máquinas he-rramientas a diferentes RPM de trabajo, como se puede observar en la tabla 1, los valores obteni-dos de las mediciones exceden los límites permi-tidos o recomendados por la norma ISO 10816.El monitoreo termográfico a las conexiones del transformador #2, ubicado a un costado del la-boratorio pesado 1, no presentó temperaturas de trabajo por encima de lo diseñado, sin embargo, en el tablero de control del edificio se notó y re-gistró temperaturas altas en algunos interrupto-res termomagnéticos, por lo que se realizó una incidencia para reportarlo, pues requiere un cambio. Podemos decir que cuando se emplean estas técnicas predictivas se pueden controlar mejor los costos generados y producidos por acciones correctivas. Los beneficios del man-tenimiento predictivo deben ser tangibles en la disminución de mantenimientos preventivos y en

17

los costos que estos generan, pero deberá tenerse en cuenta que se requiere personal calificado e instrumentación que tiene un costo alto.El objetivo de estas acciones predictivas deben reflejarse en disminuir las tareas preventivas y la reducción de inventario de piezas de refacción, aumentar la vida útil de los equipos e instala-ciones y aumentar la eficiencia de los procesos reflejándose en la calidad de los productos de las empresas que realizan e implementan acciones predictivas.Como parte de la enseñanza que se fomenta en la Universidad Tecnológica Metropolitana, se realizan estas prácticas donde los alumnos entienden la importancia que tendrían estas tareas dentro de las empresas de la región, por lo que comparan teóricamente el costo-beneficio que se pueden alcanzar utilizando algunas de estas técnicasTambién se comenta que muchas empresas de la región se resisten a aceptar los beneficios que pudieran tener los planes de mantenimiento que incluyan en sus rutinas de inspección estas ac-ciones predictivas, sin embargo, sí exigen el aumento de la vida útil de sus equipos, por lo que muchas veces los egresados de la carrera de Mantenimiento tendrán labor extra de convenci-miento para cambios de actitud en beneficio de la misma empresa.

ReferenciasMobley, R. (2002). An Introduction to predictive maintenance, 2a. Ed. Butterworth-Heine-mann, ISBN 0-7506-7531-4.ASM Handbook. (1989). Nondestructive evaluation and quality control. 9a. Ed. Metal Hand-book.Shackerlford , J. (1998). Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros. 4a. Ed. Pren-tice Hall.

Tabla 1. Monitoreo de vibraciones.

18

Desarrollo Tecnológico

Sistema recolector de datos remotos vía Ethernet base Arduino + LabView

ResumenEste trabajo estudia un sistema para la colección de datos remotos y su visualización en tiempo real desde una PC. El sistema que se escogió usar en este caso para medición de temperaturas en sitio y remotamente vía cable Ethernet, fue por medio del protocolo TCP/IP. Los softwares utilizados fueron el Arduino y Labview. El resultado de este ensamble de elementos y la implementación de los protocolos de comunicación resultó en un sistema estable que en teoría pudiera comunicar hasta 24 sensores de temperatura de forma continua, visualizando los datos en forma gráfica en tiempo real, de gran utilidad para investigaciones diversas en el área de materiales y energía renovable que requieren implementar sistemas remotos.

Palabras claves: Arduino, Labview, protocolos de comunicación, instrumentación.

IntroducciónLa obtención de datos de temperatura, radiación, entre otros, es muy importante para su estudio hoy en día, debido a que al momento de hacer diferentes análisis estos datos deben ser exactos para poder estimar, diseñar, incluso, mejorar un sistema, haciendo éste más eficiente de los que ya existen. En el Centro de Investigación Científica de Yucatán esta instrumentación de datos es re-levante para la observación del comportamiento de las temperaturas que están en el entorno, en-tre una de las aplicaciones. Las tecnologías que existen hoy en día son muy costosas debido a que éstas suelen ser sistemas robustos y precisos. Debido a esto se quiere implementar un sistema que logre acercarse a la exactitud y eficiencia de los sistemas existentes hoy en día. Estos sistemas con un precio relativamente más bajo y con un buen margen de aproximación a los ya existentes se puede lograr una implementación más barata e igual de efectiva en la recolección de datos. En este nuevo sistema, que se está realizando, se contempla que sea más versátil, cubriendo ne-cesidades variadas y que el lenguaje de éste sea fácil de implementar, con refacciones fáciles de conseguir. Otro punto que tendría este nuevo sistema, es la compatibilidad que tiene con los distintos componentes que lo conforman.

Planteamiento del problemaEn la actualidad existen muchos sistemas que se

Por: Juan Gregorio García Sánchez, José Gonzalo Carrillo Baeza, Luis David Patiño Lópezjuan_225_07@outlook.com; jgcb@cicy.mx; luis.patino@cicy.mx

pueden usar para instrumentar temperaturas, pero estos tienen precios muy elevados y sus re-facciones son complicadas de conseguir. Consi-derando este factor al momento de querer instru-mentar, este sistema trata de no dar competencia a los grandes sistemas de instrumentación reco-nocidos, pero puede probar que se puede tener un sistema confiable con componentes con pre-cios más moderados, y con una versatilidad igual o mejor, si se sabe explotar bien el hardware, con disponibilidad de refacciones que se pueden conseguir sin mayor problema.

Marco teóricoHardware y software de ArduinoSe puede decir que el Arduino es una placa de hardware libre que incorpora un microcontro-lador reprogramable y una serie de pines-hem-bra (los cuales están unidos internamente a las patillas de E/S del microcontrolador) que per-miten conectar diferentes sensores y actuado-res. Cuando hablamos de “placa hardware” nos estamos refiriendo en concreto a una PCB (del inglés “printed circuit board”; en español, placa de circuito impreso). Las PCB son superficies fabricadas de un material no conductor (normal-mente resinas de fibra de vidrio reforzada, cerá-mica o plástico) sobre las cuales aparecen lami-nadas (“pegadas”) pistas de material conductor (normalmente cobre). Las PCB se utilizan para conectar eléctricamente, a través de los caminos

conductores, diferentes componentes electróni-cos soldados a ella. Un software (más en concreto, un entorno de de-sarrollo) libre y multiplataforma (ya que funcio-na en Linux, MacOS y Windows) que debemos instalar en nuestro ordenador y que nos permite escribir, verificar y guardar (“cargar”) en la me-moria del microcontrolador de la placa Arduino, el conjunto de instrucciones que deseamos que este empiece a ejecutar.Un lenguaje de programación libre. Por “len-guaje de programación” se entiende cualquier idioma artificial diseñado para expresar ins-trucciones (siguiendo unas determinadas reglas sintácticas) que pueden ser llevadas a cabo por máquinas. Concretamente dentro del lenguaje Arduino, encontramos elementos parecidos a muchos otros lenguajes de programación exis-tentes (como los bloques condicionales, los blo-ques repetitivos, las variables, etc.). [ART13]

Protocolo I2CEl protocolo I2C fue inventado por Phillips a principios de los 80 para permitir relativamente una baja velocidad entre varios CI. El protocolo fue normalizado en los años 90, y otras empre-sas comenzaron rápidamente a desarrollar sus propios chips compatibles. Generalmente, el protocolo es conocido como el protocolo de “dos hilos” porque se utilizan dos líneas para la comu-nicación, el reloj (SCL) y línea de datos (SDA). El

19

Desarrollo Tecnológico

bus I2C permite que múltiples dispositivos escla-vos compartan las mismas líneas de comunicación con un único dispositivo maestro, en este caso el Arduino es el dispositivo maestro y algunos Shields son los dispositivos esclavos. El maestro del bus es responsable de iniciar todas las comu-nicaciones correspondientes, mientras que los dispositivos esclavos no pueden iniciar comuni-caciones, sólo pueden responder a las solicitudes que enviado por el dispositivo maestro. [BLU13]

Protocolo SPIOriginalmente creado por Motorola, el bus SPI es una comunicación serie full-duplex estándar que permite la comunicación bidireccional simultá-nea entre un dispositivo maestro y uno o varios dispositivos esclavos. Dado que el protocolo SPI no sigue un estándar formal, es común encontrar dispositivos SPI que funcionan ligeramente dife-rente (el número de bits transmitidos puede ser diferente, o la línea de selección de esclavo puede ser omitido, entre otras cosas). Este protocolo de comunicación puede actuar de cuatro maneras principales, que dependen de los requisitos de su dispositivo. Los dispositivos SPI se conocen a menudo como dispositivos esclavos. Los disposi-tivos SPI son síncronos, lo que significa que los datos se transmiten en sincronía con una señal de reloj compartida (SCLK). La configuración del sistema SPI es relativamente simple. Se utilizan tres pines para la comunicación.Entre un maestro y todos los dispositivos esclavos:•Reloj compartido / serial (SCLK)•Master out Slave in (MOSI)•Master in Slave out (MISO) [BLU13]

Software de Labview Labview (abreviatura de Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) es una plataforma y un entorno de desarrollo para un lenguaje de programación visual de National Instruments. El lenguaje gráfico se denomi-na “G”. Originalmente lanzado para el Apple Macintosh en 1986, Labview se utiliza común-mente para la adquisición de datos, control de instrumentos y automatización industrial en una variedad de plataformas incluyendo Microsoft Windows, varios sabores de UNIX, Linux y Mac OS X. [HAL12]

Protocolo de comunicación TCP/IPEl TCP (Protocolo de Control de Transmisión) se diseñó específicamente para proporcionar un flujo de bytes confiable de extremo a extremo, a través de una interred no confiable. Una interred difiere de una sola red debido a que diversas par-tes podrían tener diferentes topologías, anchos de banda, retardos, tamaños de paquete y otros parámetros. TCP tiene un diseño que se adapta de manera dinámica a las propiedades de la inte-rred y que se sobrepone a muchos tipos de fallas. Cada máquina que soporta TCP tiene una enti-dad de transporte TCP, ya sea un procedimiento de biblioteca, un proceso de usuario. En todos los casos, maneja flujos TCP e interactúa con la capa IP [TAN03].

Sensores DS18B20El sensor digital DS18B20 proporciona lecturas de temperatura de 9 a 12 bits (configurables) que indican la temperatura del dispositivo. La in-formación se envía a / desde el sensor DS18B20 a través de una interfaz de 1 hilo, de modo que sólo necesita un cable y tierra. El sensor necesita ser conectado a un microprocesador central para poder ser procesada su información. Tiene po-tencia para leer, escribir y realizar conversiones de temperatura, puede derivarse de la propia lí-nea de datos sin necesidad de fuente de alimenta-ción. Debido a que cada DS18B20 contiene un número de serie de silicio único; pueden existir múltiples DS18B20s en un mimo bus de 1 hilo. Esto permite colocar sensores de temperatura en muchos lugares diferentes ahorrando espacio en los pines de un microcontrolador. Este sensor se puede alimentar de 3.3V hasta 5V con un rango de trabajo de -55°C a 125°C [MAX15].

Almacenamiento de información (SD)La Secure Digital (SD) es un formato de tarjeta de memoria no volátil, diseñada para ser usada en dispositivos portátiles (teléfonos móviles, cá-maras digitales, computadores portátiles, etc.) cuya especificación es mantenida por la SD Card Association, entidad que engloba muchos fabri-cantes de hardware. El estándar SD incluye cua-tro “familias”, las cuales son las siguientes (por orden cronológico de aparición): las tarjetas ori-ginales (SDSC –Standard capacity–); las tarjetas

de alta capacidad (SDHC –High capacity–, que permiten almacenar hasta 32 Gbytes); las tarje-tas de capacidad extendida (SDXC –Extended capacity–, que permiten almacenar hasta 2048 GBytes); y las tarjetas que combinan almacena-miento de datos con funciones de entrada/salida (SDIO). [ART13]

Diseño MetodológicoDiseño del programa del software de Arduino Para la parte del Arduino se investigaron las di-ferentes características de sus placas para elegir la óptima para este sistema; la placa seleccionada fue la Arduino MEGA 2560, la cual cuenta con más memoria que otras de la familia Arduino y su compatibilidad con otros componentes como la Data Logger Shield, la placa Ethernet Shield y los sensores DS18B20. Para que los Shields pu-dieran usarse correctamente, se diseñaron varios programas de prueba en el software de Arduino para no generar conflictos lógicos al momento de usar los componentes de las tarjetas. En la Ether-net Shield se utiliza el puerto de la memoria SD y el puerto del Ethernet que funcionan con el pro-tocolo SPI, para la Data Logger Shield se utiliza el Real Time Clocks (RTC) que funciona con el protocolo I2C el detalle con el RTC es que su programación llega a tener un retraso de segun-dos ya que un programa aparte del que se diseñó lo pone en marcha, el programa que lo activa es un ejemplo de la librería en Arduino del modelo del RTC. Para los sensores DS18B20 se diseñó una placa que no provocara problemas eléctricos y de desconexión de estos mismos al momento de hacer pruebas con estos. El sistema puede llegar a tener 12 sensores por cada pin del Arduino, así que la placa diseñada resolvió la parte de la ma-nipulación física de los sensores y del RTC por ocupación de pines y una mejor vista del sistema físico (ver figura 1).

Diseño del programa del Software de LabviewPara la parte del Labview se investigaron algunos componentes del software para poder diseñar un programa que pudiera comunicarse con el Ardui-no vía Ethernet. El problema en este apartado era el protocolo que se usaría para comunicarlos por esta vía. Los protocolos utilizados en las pruebas fueron: el TCP/IP, UDP/IP y el HTM, luego de

20

Desarrollo Tecnológico

pruebas de comunicación entre el Arduino y el LabView se optó por usar el protocolo de comu-nicación TCP/IP ya que este protocolo permite una comunicación estable y un envío y recepción de datos frecuente. Luego de resolver este apar-tado, las variables que este protocolo maneja son de formato String, los cuales no tienen valor para graficar y vienen como una cadena de caracteres que no sirve para ser manipulada a menos que se le haga un arreglo. Con esto en cuenta, se diseñó un programa para delimitar la línea de caracteres para darle luego un valor numérico y estos valores ya puedan ser graficados (ver figura 2). La implementación de este sistema SIT se hizo en un destilador diseñado y construido en el Centro de Investigación Científica de Yucatán, el cual necesitaba ser instrumentado en diversas partes para su evaluación térmica, en su funcio-namiento. En la figura 3 se puede observar el destilador en su área de trabajo remoto (en un techo) con el SIT instalado en él.

Figura 3. Destilador solar instrumentado por SIT

Resultados y DiscusiónUno de los resultados importantes de este pro-yecto fue cuando se hizo la primera conexión exitosa en el laboratorio del Centro de Investiga-ción Científica de Yucatán (CICY). Esta prueba contaba con la conexión de todas las placas uti-lizadas de la familia Arduino y la placa diseñada la cual tenía conectado ocho sensores para su funcionamiento. En la Tabla 1 se puede obser-var los datos en Excel generados por el Arduino y guardados en la memoria SD. Otro de los resultados fue cuando el sistema fue puesto a prueba en un ambiente exterior monta-do en un sistema para instrumentar el compor-tamiento de sus temperaturas en distintas partes de un destilador solar y del medio ambiente. Esta prueba dio los resultados del trabajo en conjunto del Arduino y el Labview al momento de estarse comunicando con una red estable de Ethernet. En la figura 4 se puede observar el comporta-miento de los ocho sensores trabajando y las temperaturas correspondientes a la hora del día.Estos resultados se dieron por la buena conexión

y la corrección de los errores de conexión por la diferencia de frecuencias que estos sistemas tienen, ya que el Arduino trabaja independien-temente si el LabVIEW está conectado como cliente o no, ya que por esa razón el Arduino graba en sitio y remotamente. Por parte del Lab-VIEW, busca un servidor hasta que lo encuen-tra para poder comunicarse, así que por eso es importante tener una buena conexión y poder llegar a estos resultados.

Trabajo del sistema en conjunto A los softwares usados, lo que los une para traba-jar juntos es el cable de Ethernet y el protocolo TCP/IP, en la figura 5 se muestra cómo funciona a grandes rasgos el sistema, ya que cada software tiene una secuencia para trabajar y si una no se cumple cualquiera de los requisitos dos ambos programas, puede fallar, pero si esto no sucede el proceso de trabajo se cumple adecuadamente.

Conclusiones Los logros obtenidos a lo largo de la realización y pruebas de este proyecto fueron importantes respecto al reto que se tenía al principio de todo el proceso; desde el funcionamiento de las dife-rentes partes que conforman el sistema, hasta los distintos protocolos de comunicación que exis-ten para transmitir datos de un dispositivo a otro. En conclusión, el sistema funciona adecuada-mente, considerando una revisión periódica, donde el tema que no se ha podido abordar al 100 % es el desfase de la hora (desfase de segun-dos) que se presenta en la transmisión de datos; pero el resto del sistema, como la grabación de la SD, el recabado de información de temperatura

Figura 2. Ventana virtual del programa del Labview Tabla 1. Datos de los sensores del Arduino en Excel

Figura 1. Hardware del sistema ensamblado

21

Desarrollo Tecnológico

de los sensores al Arduino, la comunicación con el reloj del Data Logger Shield y la comunicación con la red de la Ethernet Shield a la PC, funcio-nan adecuadamente; así que es despreciable el segundo que se desfasa el reloj por día. Otro de los factores a considerar es de la alimen-tación del sistema, no por el hecho de que éste fa-lle, sino que cuando se queda sin energía, la bate-ría de litio del RTC alimenta el chip de éste para que la hora no se pierda cuando el sistema vuelva a ser alimentado. El último factor es el guardado de información del Arduino ya que éste, aunque esté desconectado del cable de Ethernet, tiene la posibilidad de seguir grabando y cuando se conecta del Ethernet graba y envía los datos al LabVIEW; la estabilidad del guardado de datos es una prioridad en este proyecto, así que se atendió y se ha programado para que funcionara de la mejor manera ante diferentes adversidades.

RecomendacionesLos factores para que el sistema sea mejor y más optimizado, es utilizando tecnologías más avanza-das en el tema de la instrumentación, ya que la in-formación sobre estas tecnologías es muy extensa al igual que el uso de diferentes componentes, los cuales pueden variar sus rangos de precisión o de comunicación con la tecnología, puesto que en este sistema se implementó la tecnología del Arduino con los sensores digitales DS18B20, un RTC, una SD y el Ethernet. Algunas de las reco-mendaciones para que el sistema no falle, sería la revisión periódica de éste, ya que debido a ciertas fallas externas, como la desconexión del voltaje y de la red de Ethernet, que pueden afectar signifi-cadamente al sistema, pero apenas se recuperan estos factores el sistema vuelve a funcionar nor-malmente. El RTC puede ser el más afectado por falta de voltaje, ya que puede perderse su hora cuando se desconecta por tiempos largos (1 se-

Figura 4. Datos graficados en Labview

Figura 5. Diagrama de flujo de SIT

mana de desconexión a la corriente). En comparación a otras tecnologías, en este aspecto el sistema necesita un trabajo más específico para ser corregido para que la estabilidad de la hora se mantenga por meses o, si se llegara a repetir, que sea en un lapso más largo.

Referencias[ART13] Torrente Artero, O. (2013). Arduino curso práctico de formación (1st ed.). México DF: Alfaomega. [BLU13] Blum, Jeremy. (2013). Exploring Arduino: Tools and techniques for Engineering wizardry (1st ed.). Indianapolis, Indiana: John Wiley & Sons Inc.[HAL12] Halvorsen Hans Peter. (2012). Introduction to Labview. USA: Faculty Technology.[MAX15] Maxim Integrated. (2015). DS18B20. Recuperado el 30 de abril del 2017 de: www.maxi-mintegrated.com.[TAN03] Tanenbaum Andrew S. (2003). Redes de computadoras (4ta ed.). México: Pearson Edu-cación de México

22

Desarrollo Tecnológico

Bicicleta fija, generación de energía eléctri-ca, ejercicio cardiovascular y cuidado del medio ambiente

ResumenEn la actualidad tenemos al alcance distintos tipos de tecnologías que nos facilitan nuestro modo de vida. Sin embargo, toda esta tecnología requiere energía eléctrica para su funcionamiento. Hoy en día existe la necesidad de encontrar formas de generación de energía que no produzcan un deterioro en el medio ambiente. El objetivo del proyecto es generar energía eléctrica a partir de la energía mecánica, el método para lograrlo es por medio de una bicicleta fija, que al ser usada por los alumnos, genera energía mecánica y se almacena en baterías que es la energía eléctrica; el alumno obtiene una buena salud. En un gabinete se concentrarán los contactos eléctricos para los equipos de uso cotidiano: lap-top, celulares. Esta energía renovable no contamina, ayuda a mejorar el estado físico de los alumnos y es de bajo costo. La conclusión del proyecto además de ser energía renovable, puede comercializarse en otras instituciones, gimnasios y centros deportivos. Además, el alumno aplica conocimientos ad-quiridos dentro de las aulas.

Palabras claves: energía eléctrica, energía mecánica, ejercicio cardiovascular, uso de energía alterna.

IntroducciónEl objetivo general es diseñar un dispositivo para bicicletas fija y aprovechando la energía que se genera en el pedaleo, para cargar pequeños aparatos electrónicos, como teléfonos celulares, iPod que se puedan cargar a través de un puerto USB y contactos eléctricos. Además contribuyen-do así al ahorro de energía. El proyecto se desa-rrolla porque se tiene la necesidad de fomentar el ejercicio, cuidar el medio ambiente, generar con-ciencia ecológica y beneficios económicos a los alumnos. El alcance que se pretende es generar un beneficio a la sociedad. Los siguientes puntos definen con mayor claridad: fomentar el ejercicio cardiovascular; innovar y fomentar una vida sa-ludable; ayudar al cuidado del medio ambiente; generar una conciencia ecológica; generar una energía limpia; beneficios económicos.Es importante porque este proyecto genera ener-gía eléctrica a partir de un sistema de acondicio-namiento físico por medio de una bicicleta fija, haciendo uso de la energía mecánica. La bicicleta será pedaleada por los alumnos que se manten-drán sanos y con un acondicionamiento físico excelente, además generan una energía limpia, esta será almacenada en un banco de baterías y

Por: T.S.U. José de Jesús Suárez López, M. en E.R. Rufino Alberto Chávez Esquivel, M. en C. Juan Gabriel Rodríguez Ortiz, T.S.U. Martha Ernestina Vega Aguilarrachaveze@utsjr.edu.mx, Suarez-lopez2010@hotmail.com, jeronimo.ordaz15@gmail.com, cruzareli61@gmail.com.

utilizada para la carga de equipos como son celu-lares y computadoras portátiles de uso cotidiano del alumno.

Metodología

Figura 1. Proceso de generación de energía

Modelado matemático Relación de las poleas en rpm Radios de cada una de las poleas con las que cuenta el dispositivo1 polea; perímetro del rin de bicicleta = 141.2 cm2 polea; perímetro de la polea del alternador = 21.67 cmRelación de vueltas de una polea conforme a la otra

N1 = Rev. De la rueda bicicleta N2 = Rev. De la polea del alternador.D1 = Perímetro de la rueda de bicicleta (141.2 cm)D2 = Perímetro del polea alternador (21.67 cm) Aplicando formula 1 y despejando N2 =

Despejando N2

Teniendo como resultado que por cada vuelta de la polea de la bicicleta, la polea del alternador gira 6.52 Rev.

Figura 2. Fuerza de una persona al pedalear.Una persona adulta puede hacer girar la rueda de la bicicleta fija a 200 rpm, con lo cual se hace el

23

Desarrollo Tecnológico

cálculo de las revoluciones por minuto que alcanza el alternador:Rev. Totales = (Rev. de la rueda por la persona) (Rev. de la polea del alternador)

rev. totales = (200 rpm) (6.52) = 1304 RPM

Fig. 3 diagrama de revolucionesEl alternador gira 1304 rpm, produce una corriente de 35 amperes (ver tabla 1)

Tabla 1Relación de revoluciones, voltaje y amperaje a los que trabaja el alternador.

Carga de baterías de 12 v, 115 a/hTiempo de carga de una batería de 115 amperes descargada al 100 %

El tiempo de cargas es de 3.28 horas y equivale a 3 horas con 16 minutos.Cálculo de la descarga de la batería con equipos conectadosPara 10 minutos Dos celulares, tomando en cuenta que la carga de estos es de 5 volts a 0.7 amperes.Una computadora que consume 127 volts a 0.4 amperes.La sumatoria de corrientes es de 1.8 amperes/hora, por los equiposLa corriente consumida durante el tiempo por los equipos está dada por:

A = (1.8 A/h) (.166 h) = .2988 A10 minutos = .166hTiempo que toma recuperar la carga consumida:

= 0.5 minutos o 30 segundos

El cálculo anterior se basa en que la rueda de la bicicleta trabaja a 200 RPM.

Para 15 minutosCorriente consumida por los mismos equipos:

A = (1.8 A/h) (.25 h) = .45 ATiempo que toma recuperar la carga consumida:

= 0.77 minutos o 46 segundos

Para 60 minutosCorriente consumida por los mismos equipos:

A = (1.8 A/h) (1 h) = 1.8 ATiempo que toma recuperar la carga consumida:

=3.08 minutos

ConclusionesCon el proyecto ayudará a los alumnos a formar-les el hábito de hacer ejercicio y además que están generando energías limpias para apoyar al cuidado del medio ambiente; economizar en las recargas de sus equipos tecnológicos de uso diario y que el pro-yecto se pueda ofertar a otras universidades, gim-nasios, etc. Áreas de mejora en el proyecto es que además puedan ver cuántas calorías están queman-do, qué velocidad están aplicando y cuánta energía están generando, todo esto en un display.

Referencias¿Cómo es una bicicleta de spinning? Disponible el 9 de noviembre de 2010. Articulo extraído de www.foroindoor.com. Osorio, Arturo, Generador eléctrico accionado por fuerza humana: una nueva alternativa de genera-ción de energía, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, 2007.Aller José Manuel, Máquinas eléctricas rotativas, Editorial Equinoccio, Venezuela, 2da. Ed., 2008.Jaramillo Morales, Gabriel A., Electricidad y mag-netismo, Editorial Trillas, México, 1997Artículo Bicicleta generadora. (2003) Cultura Científica y Cambio Social. Facultad de Ingeniería Mecánica. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. México.

24

Desarrollo Tecnológico

Estudio experimental de un calentador de placa plana con aletas fabricadas a partir de latas recicladas

ResumenEl presente documento plasma el estudio experimental de un calentador de placa plana cuyas aletas están hechas de latas de aluminio recicladas, los cuales se llevaron a cabo durante el mes de mayo del 2016. Con la intención de evaluar el desempeño térmico, se realizó la instrumentación, adquisición, digitalización de la temperatura en el colector y termotanque, así como el flujo másico e irradiancia. Se encontró que el calentador opera con un desempeño térmico que tiene un valor pico de eficiencia instantánea de 0.67, con una tendencia a mantenerse alrededor de 0.45. Estos resultados sugieren que la fabricación e implementación de aletas de aluminio recicladas en calentadores solares de placa plana puede ser técnicamente factible, con perfil ecológico..

Palabras claves: calentador solar; placa plana; reciclado; aletas aluminio; latas aluminio.

IntroducciónEn la actualidad, el suministro de la energía pro-viene principalmente del petróleo crudo, gas natural, carbón y otros combustibles fósiles. La contaminación ambiental que provocan estos combustibles es contraria a la estrategia de desa-rrollo sustentable que se busca a nivel mundial. La problemática actual del calentamiento glo-bal derivado del uso de combustibles fósiles ha promovido la búsqueda de opciones que ayuden a mitigar este fenómeno, como la energía solar. En este sentido, el uso y aprovechamiento de la energía solar tiene un buen nivel de desarrollo en la parte de conversión fototérmica. Asimismo, el calentamiento solar de agua para aplicaciones de uso doméstico y en aquellas en las que se requie-ra temperaturas relativamente bajas (40-60 °C), hace que los calentadores de placa plana sean una buena opción para aprovechar la energía térmica procedente del sol calentando agua para casas habitación. Un calentador solar de agua de este tipo opera bajo el principio de transferir el calor proveniente de la radiación solar a un fluido. Se le llama de placa debido a que el elemento princi-pal para la transferencia de energía es una placa que está en contacto con tuberías o conductos que transportan el agua [DUF13] y [ALM03].

Por: Carlos Moo Chalé, Jorge Magaña Z., R. A. Gamboa, J. G. Carrillo carlos.moo@itsmotul.edu.mx; jorge.magana@itsmotul.edu.mx; ricardo.gamboa@itsmotul.edu.mx; jgcb@cicy.mx

Estos calentadores tienen dos componentes principales: un colector o absorbedor, cuyo fin es transferir la energía proveniente del Sol al agua, y un termotanque, cuyo propósito es alma-cenar el agua caliente.El colector está conformado por tubos hechos de materiales que deben ser buenos conductores de calor, y una placa o lámina que ayuda a me-jorar la captación de la energía del Sol. Para su fabricación, se requieren materiales que tengan durabilidad y capacidad para transmitir el calor de manera eficiente, como el cobre o el alumi-nio. De estos, el último es el que se utilizó en el absorbedor en estudio, ya que se observa hoy en día; en el sector de la industria refresquera es común que ofrezcan productos en envases no re-tornables, hechos a base de aluminio. Estos en-vases son desechados una vez que el producto se ha consumido, donde, en el mejor de los casos, su reciclaje seguirá una serie de pasos y procesos que requerirán un importante consumo de ener-gía. Por ello este estudio en parte busca aplica-ciones innovadoraspara el reciclaje de envases de aluminio desecha-dos, a fin de darle una nueva vida a los mismos, utilizando latas recicladas para fabricar las aletas de los colectores.

El uso de latas recicladas en los colectores de un calentador solar ha sido estudiado, aunque el enfoque ha estado en el estudio de equipos para calentamiento solar de aire. Álvarez et al. [ALV04] del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico, en Cuernavaca More-los, presentaron un estudio referente al desem-peño térmico de un absorbedor (colector) solar de aire hecho con 128 latas de aluminio recicla-das, en el que se reportó una eficiencia máxima del 74 %, la cual es una eficiencia satisfactoria para un colector con estas características. En el mismo tema, Ozgen et al. [OZG09], de la Uni-versidad de Firat, de Turquía, presentaron un estudio en el que analizaron experimentalmente colectores solares con latas de aluminio en dife-rentes arreglos, en el cual encontraron que con el uso de ese material se obtuvieron mejores valo-res de eficiencia respecto a un colector de placa plana sin latas. Estos estudios indican que usar latas de aluminio en un calentador solar de aire es posible; sin embargo, se tiene la incógnita de su factibilidad de aplicación en calentadores de agua, pues en la literatura no se han encontrado estudios suficientes al respecto. Entre los estudios encontrados en calentadores solares de agua que tienen el absorbedor fabrica-

25

Desarrollo Tecnológico

do con aluminio, está el trabajo presentado por Robles et al. [ROB14] de la Universidad de Cali-fornia, quienes investigaron el uso de mini-cana-les cuadrados de aluminio implementados en un colector solar de agua, encontrando un aumento promedio del 13 % en la eficiencia respecto a un colector de placa plana convencional hecho con cobre. De acuerdo con este tipo de investigacio-nes, y ante la creciente generación de residuos causados por los envases de aluminio, surgió la pregunta de si fuese posible fabricar un calenta-dor solar para agua, con el colector de placa pla-na hecho con tubos de cobre y cuyas aletas fueran de aluminio provenientes de latas recicladas. Por ello, se llevó a cabo este trabajo de investigación, en el que se desarrolló, instrumentó y estudió un prototipo de un calentador solar cuyo colector se fabricó con ocho tubos de cobre, los cuales fue-ron semicubiertos con aletas de aluminio proce-dentes de latas desechables de aluminio; para el almacenamiento de agua se utilizó un termotan-que vertical de plástico, el cual almacena el agua que el colector va calentando.

DesarrolloMarco teóricoPrimeramente se describe paso a paso cómo es posible determinar la eficiencia de un calentador solar, posteriormente se especifica el proceso de construcción del mismo, para finalmente presentar la instrumentación utilizada para recabar los datos. El parámetro inicial a determinar es el flujo de calor útil del colector, Qcol , que se obtiene me-diante la ecuación [KOF14]:

Qcol = CPagua * * (Tcs - Tce)Donde: Qcol Flujo de calor útil en colector [W] Flujo másico [kgs-1] CPagua Calor específico del agua [Jkg-1K-1] Tce Temperatura a la entrada del colector [K] Tcs Temperatura a la salida del colector [K]

Donde es el flujo másico, CPagua el calor espe-cífico del agua, Tce y Tcs son las temperaturas a la entrada y salida del colector.La cantidad de calor por radiación incidente dis-ponible del colector, Qirad , es determinada con la fórmula:

Qirad = Irad * Acol

Donde: Irad Energía por radiación [Wm-2]Qirad Flujo de calor por radiación incidente en colector [W] Acol Área del colector [m2]

Donde Irad es la energía por radiación, Acol es el área del colector, y el calor específico se calcula en función de la temperatura del agua (Tagua) me-diante la ecuación [KOF08]:

Donde:Tagua Temperatura del agua [K]

La eficiencia térmica, h, se calcula siguiendo

Eq. (4)

Eu = ∫ Cp * * (Tcs - Tce) Eq. (5)

Ecm = Ac ∫ Irad (t)dt Eq. (6)

Donde:h Eficiencia térmica [-] Eu Energía útil [Wh] Ecm Energía disponible en el colector [Wh]

Donde Eu y Ecm son la energía útil diaria y la energía disponible en el colector.

El calentador solarEl calentador solar de placa plana (ver Figura 1) está conformado por un colector y un termo-tanque. El colector tiene 1 m de ancho, 1 m de alto, 0.10 m de espesor, y está conformado por un encofrado de madera de 0.02m de espesor ordenadas de manera tal que conforman un es-pacio donde se colocan nueve tubos de cobre de ½ pulgada de diámetro soldados a acoplamien-to tipo de tees para conformar los cabezales de entrada y salida. El termotanque contiene 200 litros de agua, es de forma cilíndrica con un diá-

CPagua=4226-3.244Tagua+0.575T 2agua- 0.0002656T 2agua Eq. (3)

h = ___Eu

Ecmt∫2

T∫1

t∫2

T∫1

metro de 0.58 m y 0.89 m de alto, y está hecho de un material plástico (polietileno) resistente a la intemperie. La entrada y salida del colector fueron interconectadas con la parte superior y la parte inferior del termotanque para formar un circuito cerrado.

Figura 1. Fotografía del calentador solar.

Las aletas fueron fabricadas con las latas de alu-minio, cortadas en hojas rectangulares de 0.20 m de alto y 0.13 m de ancho, que fueron dobladas y aplanadas por el lado más largo y posteriormente preformadas con una forma circunferencial co-rrespondiente al diámetro del tubo (ver figura 2).

Figura 2. Proceso de formado de las aletas

hechas a base de aluminio reciclado.

La sujeción de la aleta al tubo se hizo por me-dios mecánicos, usando grapas (ver figura 3) que comprimen firmemente la aleta al tubo. Las gra-pas son fabricadas con el mismo tubo de cobre y se cortó un pedazo de la tubería de cobre para tener la forma de un anillo abierto, que se cortó-de tal manera que abarcara un poco más del 50 % del perímetro del tubo.Para fabricar la totalidad de las aletas de aluminio se requirieron un total de 35 latas de la presenta-ción de 0.473 L. De acuerdo con Lira et al. [COR10], a 56 °C la conductividad térmica del aluminio 1100 es de 209 W m-1K-1, la del cobre puro a 54 °C es de 428 W m-1K-1, y la del bronce comercial 10ª1 a 55 °C es de 52 W m-1K-1, lo que sugiere que la fabricación de aletas que tienen aluminio como

26

Desarrollo Tecnológico

material base tiene el potencial de proveer una adecuada transmisión de calor de la aleta hacia el tubo.

Sistemas de mediciónEn la figura 4 se presenta un esquema de la ubi-cación de los sensores utilizados para la medi-ción de las temperaturas en una de las aletas de aluminio de la placa absorbedora, tanque y la en-trada y salida del colector, así como los sensores para el flujo de agua e irradiación solar.

Figura 4. Esquema de la ubicación de los sen-sores de temperatura a la entrada (Tce) y salida del colector (Tcs), en el borde externo (Ta1) e

interna (Ta2) de la aleta de aluminio, en la parte superior (Tts) e inferior (Ttf) del tanque, flujo

(F) y radiación (P).

La adquisición de datos se realizó por medio de un sistema embebido basado en el microcon-trolador ATmega328 (Arduino uno), con un módulo de tarjeta MicroSD y un módulo reloj de tiempo real DS1307 programada para almace-

Figura 3. Fotografía de las grapas de sujeción para ensamblar las aletas al tubo.

nar una medición de los datos cada 10 segundos. Para la medición y digitalización de la temperatura se utilizaron seis sensores digitales DS18B20 con intervalo de medición de temperatura de -55 °C a 125 °C, exactitud de ±0.5 °C. Para medir el flujo másico, se utilizó un sensor de flujo másico mode-lo FLR100, de la marca Omega. La medición de la radiación se realizó con un piranómetro modelo DS6450, distribuido por la empresa Davis Instruments, que mide la radiación global con un rango de 0 a 1800 W/m2 y una resolución de 1 W/m2. La temperatura ambiente se midió con una estación meteorológica Davis Pro2, con una frecuencia de adquisición de datos de 0.0167 Hz.A fin de estudiar el comportamiento del absorbedor del colector solar se instalaron dos sensores de temperatura en una de las aletas de aluminio, cerca del tubo de cobre (Ta2) y del borde exterior de la aleta (Ta1). Para caracterizar la temperatura del agua en el colector, se instaló un sensor de tempe-ratura en la entrada (Tce) y otro en la salida (Tcs) del colector. Para la temperatura en el tanque, se ubicó un sensor en la superficie (Tts) y uno en el fondo (Ttf). El sensor de flujo másico (F) fue situado entre la salida del termotanque y la entrada del colector. El piranómetro (P) se fijó en la parte superior de la caja del colector para contar con el mismo ángulo de inclinación que el colector.

Discusión y análisis de resultadosLa figura 5 presenta los valores de irradiancia y temperatura ambiente registrados en dos días típicos de intensidad normal (1 de mayo de 2016) y baja (4 de mayo de 2016) en la península de Yucatán. La cantidad de energía total disponible en el colector en el día de normal intensidad fue de 4849 Wh, con valores de temperatura ambiente máximas registradas entre 37.6 °C y 38.2 °C, ocurridas entre las 16:00 y las 18:00 h; mientras que en el día de baja intensidad, la energía total disponible fue de 3985 Wh con picos de temperatura de 33.5 °C y 33.4 °C, ocurridas a las 11:20 y a las 14:09 h.La figura 6 presenta una gráfica con las temperaturas registradas en la superficie y fondo del termo-tanque en un día de radiación normal y otro de baja intensidad. La diferencia en la temperatura máxi-ma entre esos dos días es de 8 °C, que es resultado de la diferente radiación incidente.

El objetivo de implementar las aletas de aluminio es contar con un elemento que contribuya a dirigir la energía del Sol hacia el agua. La figura 7 presenta las temperaturas en la entrada y salida de colector, junto con aquellas existentes en los sensores colocados en la aleta estudiada. Al observar esta figura se aprecia que el patrón de temperaturas, en orden descendente, sigue el siguiente orden descendente: parte externa de la aleta, la parte interna, salida y entrada del colector. Este patrón de temperaturas in-dica que la radiación que incide en las aletas de aluminio hace que éstas se vayan calentando conforme se reciben los rayos solares y transmiten calor al agua contenida en los tubos del colector.La figura 8 presenta la diferencia de temperatura (dT) en la aleta, entre los sensores Ta1 y Ta2. En el caso de la radiación normal (caso (a) de la figura 5), la diferencia va aumentando gradualmente, conforme se tiene radiación incidiendo, hasta llegar a valores de alrededor de 4 °C, punto en el que se mantiene durante el mediodía para luego disminuir conjuntamente con la radiación. En el caso de

Figura 5. Valores de irradiancia y temperatura ambiente típicos de Yucatán en días de (a) nor-

mal y (b) baja intensidad de irradiación.

Figura 6. Temperaturas en la superficie (Tts) y fondo (Ttf) del termotanque en días de (a)

normal y (b) baja intensidad de radiación.

27

Desarrollo Tecnológico

la baja radiación (caso (b) de la figura 5) se aprecia que durante la mañana se tenía un patrón similar, pero al llegar a las 11:12 h, cuando comienza a haber una menor radiación, la diferencia disminuye notablemente. De hecho, en el momento de menor radiación, cuando se tuvieron 200 W/m2 entre las 12:30 y 13:00 h, en la aleta se presentó una diferencia de temperatura de tan solo 0.3 °C, que volvió a aumentar al incrementarse la radiación. Una diferencia de temperatura tan baja entre la parte exterior e interior de la aleta indica que prácticamente no existe flujo de calor de la aleta al agua en ese momento.La inexistencia de un flujo efectivo de calor hacia el agua entre las 12:30 y 13:00 h queda evidenciado al inspeccionar la figura 9 y la tabla 1, que presentan el flujo másico y la diferencia de temperatura entre la entrada y salida del colector.Figura 9 Flujo másico y diferencia de temperatura entre la salida (Tca) y entrada (Tce) del colector en días de (a) normal y (b) baja intensidad de radiación.Cuando se tiene la radiación normal, el flujo de calor de la aleta al tubo es continuo, lo que resulta en un constante flujo de calor hacia el agua, que a su vez deriva en un constante flujo de agua hacia el termotanque debido al efecto termosifón. En contraparte, cuando hay una baja radiación, el flujo másico disminuye, e incluso prácticamente se detiene cuando el valor de la radiación es muy bajo. El hecho de tener variaciones con similitudes en la forma entre el diferencial de temperatura en la aleta (figura 8) y el diferencial de temperatura entre la salida y la entrada del colector (figura 9), indican que existe un constante flujo de calor entre la aleta y el agua. El calor útil se presenta en la figura 10. Al integrar los valores de flujo de calor útil mostrados en la figura 10 y los valores de energía disponible de la figura 5, multiplicados por el área del colector, se obtienen valores de energía cada cierto tiempo.En la tabla 2 se presentan los valores de energía disponible en el colector y la energía útil de éste, en períodos de media hora, para los días de estudio. Se calcula que en el caso del día de radiación normal, la energía total acumulada en el día es de 2068 Wh, mientras que en el de baja radiación es 1409 Wh, casi la mitad de una respecto a la otra. Al comparar estos valores respecto a la energía total disponi-

Figura 7. Valores de temperatura en parte ex-terior (Ta1) e interior (Ta2) de la aleta, entrada

(Tce) y salida (Tcs) del colector en días de (a) normal y (b) baja intensidad de radiación.

Figura 10. Calor útil del colector en días de (a) normal y (b) baja intensidad de radiación.

Figura 8. Diferencia de temperatura entre la parte exterior (Ta1) y la interior (Ta2) de la aleta

en estudio del colector en días de (a) normal y (b) baja intensidad de radiación.

Figura 11. Eficiencia del colector, en períodos de media hora, en días de (a) normal y (b) baja

intensidad de radiación.

ble por la radiación durante el día (4849 y 3985 Wh) se aprecia que el hecho de haber tenido una drástica reducción de la radiación al medio día, en el período en el que normalmente se presenta la mayor cantidad de energía disponible, impactó adversa y significativamente en la energía total transmitida al colector. Tabla 1. Valores de promedios de flujo y dT cada hora

Comparando los valores presentados en la tabla 2, es de notar que aunque la energía total acu-mulada en todo el día es efectivamente menor en el día de baja intensidad, no es así de manera constante todo el día, pues durante la mañana de ese día se tuvo una mayor radiación parcial, resultado de una menor presencia de nubes; sin embargo, a partir de las 11:00 h se presentó una mayor nubosidad, disminuyendo así la radiación incidente. Por ello, la tendencia de la radiación y de la magnitud de calor útil se invirtió en el resto del día.La figura 11 muestra los valores de eficiencia en intervalos de media hora. Inspección de la misma revela que en condiciones de la radiación nor-mal, la eficiencia entre las 10:00 y las 15:00 h se mantuvo entre 0.33 y 0.57, con el mínimo ocu-rrido en el intervalo de 10:00-12:00 y el máximo ocurrido en el intervalo de 14:30-15:00, mien-tras que en baja radiación, en ese mismo período de horario, tuvo un máximo de 0.67 y un mínimo de 0.12 ocurridos en los intervalos de 11:00-11:30 y 12:30-13:00, respectivamente. Es evi-dente que al reducirse la radiación la eficiencia del calentador disminuyó drásticamente, y que esta condición se mantuvo durante todo el resto del día.

28

Desarrollo Tecnológico

La figura 12 muestra el calor útil y la eficiencia térmica registrada en el calentador a diversas condiciones de radiación incidente, donde se observa que la eficiencia térmica se mantiene entre 0.31 y 0.43. Rodríguez-Hidalgo, et al. [ROD11] presenta eficiencias para un colec-tor de placa plana de entre 0.4 y 0.65 o Chang y otros [CHA04], que presentan eficiencias de cuatro sistemas, reportan valores que se encuen-tran entre 0.45-0.65, 0.15-0.42, 0.23-0.54, y 0.22-0.49. Esto indica que el colector desarro-llado tiene valores de eficiencias diarias dentro de valores presentados en otros colectores de placa plana, lo que sugiere que latas recicladas de aluminio tienen el potencial para utilizarse como aletas y transmitir calor del sol al tubo con agua en colectores de placa plana. Este es un resultado alentador para proyectos de este tipo, que motiva a continuar su estudio.

Conclusiones y recomendacionesEn este estudio se hizo el análisis experimental del desempeño térmico de un calentador de placa pla-na cuyas aletas fueron hechas con latas de aluminio recicladas. Se instrumentaron sensores de tempera-tura en el colector y en el termotanque, y se midió la radiación incidente a fin de digitalizar las señales.

Se analizaron los días típicos de la región de Yuca-tán, con valores de radiación normal y baja. Se en-contró que el calentador funciona satisfactoriamen-te, particularmente bajo condiciones de radiación normal. Bajo este régimen durante el día el calen-tador se mantuvo predominantemente operando con una eficiencia entre 0.33 y 0.57, teniendo un calor útil total de 2067 Wh en todo el día, tenien-do 200 litros de agua calentados hasta 48.5 °C. En contraparte, el día de baja radiación, el agua se calentó hasta 40.75 °C, teniéndose un calor útil total de 1409 Wh, con una eficiencia puntual que se mantuvo alrededor de 0.4 y una mínima de 0.12, coincidente con un valor de radiación atípica del me-diodía de 200 W/m2. Al estudiar el desempeño del calentador en varios días se observó que la eficiencia térmica se mantiene en un intervalo de 0.31 y 0.43, que se encuentra dentro de valores observados en calentadores solares de placa plana.A partir de los resultados obtenidos se concluye que el prototipo de calentador solar con aletas fabricadas a partir de latas de aluminio recicladas tiene el po-tencial para trabajar en condiciones similares a otros calentadores solares del mismo tipo.En trabajos futuros se continuará con el análisis del desempeño térmico de calentadores solares cons-truidos con materiales reciclados bajo diversas con-diciones, a fin de obtener mayor información para estimar el potencial de dichos calentadores para aplicaciones residenciales de sectores marginados. Continuar con proyectos de investigación que utili-cen energía renovable y materiales reciclados puede contribuir a reducir las emisiones al medio ambiente y a reducir la contaminación.

Referencias[ALM03] R. Almaza Salgado y F. Muñoz Gutiérrez, Ingeniería de la energía solar. Editorial Cromoco-lor, 2003.

[ALV04] G. Alvarez, J. Arce, L. Lira, y M. R. He-ras, Thermal performance of an air solar collector with an absorber plate made of recyclable alumi-num cans. Sol. Energy, vol. 77, no. 1, pp. 107–113, Jan. 2004.[CHA04] J. M. Chang, J. S. Leu, M. C. Shen, and B. J. Huang, A proposed modified efficiency for thermosyphon solar heating systems. Sol. Energy, vol. 76, no. 6, pp. 693–701, Jan. 2004.[COR10] L. L. Cortés, S. García Duarte, E. Méndez Lángo y E. González Durán , Conducti-vidad térmica de metales. Simposio de Metrología 2010, 27 al 29 de octubre 2010.[DUF13] J. Duffie and W. Beckman, Solar en-gineering of thermal processes, 4th ed. Wiley, 2013.[KOF08] P. M. E. Koffi, H. Y. Andoh, P. Gbaha, S. Touré, and G. Ado, Theoretical and experi-mental study of solar water heater with internal exchanger using thermosiphon system. Energy Convers. Manag., vol. 49, no. 8, pp. 2279–2290, Aug. 2008.[KOF14] P. M. E. Koffi, B. K. Koua, P. Gbaha, and S. Touré, Thermal performance of a solar wa-ter heater with internal exchanger using thermosi-phon system in Côte d’Ivoire. Energy, vol. 64, pp. 187–199, Jan. 2014.[OZG09] F. Ozgen, M. Esen, and H. Esen, Expe-rimental investigation of thermal performance of a double-flow solar air heater having aluminium cans. Renew. Energy, vol. 34, no. 11, pp. 2391–2398, 2009.[ROB14] A. Robles, Van Duong, Adam J. Martin, Jose L. Guadarrama, Gerardo Diaz, Aluminum minichannel solar water heater performance un-der year-round weather conditions. Sol. Energy, vol. 110, pp. 356–364, 2014.[ROD11] M. C. Rodríguez-Hidalgo, P. a. Ro-dríguez-Aumente, a. Lecuona, G. L. Gutié-rrez-Urueta, and R. Ventas, Flat plate thermal so-lar collector efficiency: Transient behavior under working conditions. Part I: Model description and experimental validation. Appl. Therm. Eng., vol. 31, no. 14–15, pp. 2394–2404, Oct. 2011.[ULI15] D.-A. Ulises and C.-B. José Gonzalo, Estudio del comportamiento térmico de agua para uso residencial en tinacos de concreto y polietile-no en un clima cálido-subhúmedo. Ing. Investig. y Tecnol., vol. 16, pp. 573–583, 2015.

Tabla 2. Valores de energía total disponible y energía útil en períodos de media hora.

Figura 12. (a) Calor útil en el colector y (b) efi-ciencia en el calentador a diversas condiciones

de radiación incidente.

29

Desarrollo Tecnológico

Morfología de Al2O3 nanométrica en una ma-triz de policloropreno

ResumenSe caracterizó en una matriz polimérica a la cual se le añadieron diferentes porcentajes de alúmi-na (Al2O3) nanométrica peso/peso (0.1%, 0.25%, 0.5%, 1.0%, 2.5% y 5.0%) para visualizar su morfología, a fin de lograr una homogeneidad. La Al2O3 es uno de los materiales cerámicos más im-portantes, ya que tiene un potencial considerable para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo materiales de alta resistencia, cerámicas electrónicas, catalizadores, sensores, celdas solares, entre otras. En este trabajo, se caracterizó mediante análisis de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM).

IntroducciónLos polímeros son una clase versátil de materia-les de ingeniería debido a que pueden ser sin-tetizados a la medida para satisfacer requisitos específicos. Los rellenos juegan un papel domi-nante en la modificación de las propiedades del polímero base.1Durante las últimas décadas, la introducción de nano-partículas abrió una oportunidad para que la industria de polímeros mejorara las pro-piedades del polímero más allá de los límites al-canzables por la adición de micro-partículas. Los nano-compuestos basados en polímeros exhiben propiedades mecánicas, térmicas y de barrera mucho mejores que los compuestos fabricados por polímeros y los rellenos convencionales co-rrespondientes. Más importante aún, su adición a polímeros no tiene efectos negativos sobre las propiedades del polímero y a menudo una mejo-ra drástica en las propiedades es alcanzable sólo añadiendo una pequeña cantidad de nano-partí-culas, tan bajo como 1 % 5.

Metodología y preparaciónTomando en cuenta que el adhesivo de contacto verde 3M Fastbond 30-NF, en adelante denomi-nado simplemente como “la matriz”, cuenta en promedio con un 48% de sólidos, las muestras preparadas (variando el porcentaje p/p de alúmi-na), se formularon de la siguiente manera: en un vaso de precipitado se pesó la alúmina nanomé-trica; posteriormente, se adicionó agua destilada para dispersar la alúmina y con una varilla de vi-drio se agitó hasta homogeneizar la mezcla. En otro vaso de precipitado se pesó el adhesivo y se

Por: Luis Mendoza, David Várguez, Thelma Novelo

colocó en un agitador mecánico con una veloci-dad de la hélice de 200 rpm y se adicionó lenta-mente la mezcla alúmina/agua con la finalidad de integrar totalmente y de manera homogénea to-dos los componentes (ver figura 1). Se probaron diferentes tiempos para la agitación de los com-ponentes de la mezcla; sin embargo, siempre se tenían al final pequeñas aglomeraciones, por lo que se optó por utilizar el dispersante Disperbyk – 2155 (anexo III) para eliminar este efecto in-deseable. Las formulaciones finales de las mues-tras se presentan en la Tabla 1, cabe mencionar que también se consideró una muestra sin alúmi-na (blanco o referencia), para poder comparar el comportamiento de la matriz con respecto a las muestras con diferentes porcentajes de alúmina.

Figura 1. a) Balanza analítica, b) agitador de hélice de regulación mecánica.

Tabla 1. Formulaciones de los composite elaborados.

Una vez terminadas las muestras, se colocaron en tablillas de madera previamente preparadas, de 7.5cm x 15cm, en éstas se colocaron las muestras en una de las caras teflón auto-adherible, el cual serviría como superficie sobre la cual se pondría la muestra correspondiente. Posteriormente, se pusieron 9 capas de cinta Masking Tape de 0.5in de ancho alrededor de los 4 bordes de la superficie con el teflón, formando una especie de pared sobre la superficie de la tablilla (Figura 2). Como paso final de la preparación de las tablillas se identificó cada una de ellas con el código de la muestra que sería vertida en ella; se prepararon 3 tablillas para cada muestra, incluyendo el blanco, por lo tanto, se prepararon 21 tablillas.

Figura 2. Preparación de tablillas de madera para muestras.

Se vertió en cada tablilla suficiente cantidad de muestra teniendo el cuidado de no sobrepasar el alto de la pared formada por las capas de la cinta adhesiva, y posteriormente de manera manual, se distribuyó la muestra depositada con la finalidad de lograr un grosor uniforme en toda la tablilla. Una vez llenas con sus respectivas muestras se dejaron en reposo durante 24 h para que se solidifiquen y obtener películas homogéneas para la realización

30

Desarrollo Tecnológico

de las pruebas posteriores. Ya teniendo formadas las películas fueron retiradas de las tablillas con ayu-da de una cuchilla (ver figura 3) y se almacenaron en sobres de papel encerado previamente identifi-cados con los códigos de las muestras.

Figura 3. Películas obtenidas para las de pruebas.La preparación de la muestra para la prueba de HRTEM consistió en hacer una dispersión agua-alúmina. Se hizo de la siguiente manera: en un matraz se vertieron 20 mL de agua y una pizca de alúmina. Luego se colocó en un baño ultrasó-nico con la mezcla durante 10 min (ver figura 4).

Figura 4. Proceso de sonificación de la muestra para la prueba del HRTEM.

Una vez preparada la dispersión agua-alúmi-na se puso una gota en una rejilla de cobre y se esperó unos minutos para que seque; posterior-mente, se puso una segunda gota en la rejilla y nuevamente se esperaron unos minutos para que secara. Después se colocó la rejilla de cobre con la muestra dentro de una cápsula de polietileno para llevarla al área en donde sería analizada. La muestra de alúmina se analizó en un microscopio HRTEM (JEM 2200FS+CS, JEOL).

Resultados Como parte importante de la caracterización de materiales es necesario hacer un análisis por microscopia electrónica cuando se utilizan com-puestos nanométricos, esto es especialmente útil para poder observar la morfología y distribución

de las nanopartículas y observar qué tan eficiente es la homogenización con otros materiales. La morfología y tamaño de partícula de la alúmina nanométrica utilizada como reforzante, se apreció cómo se aglomeraba la alúmina, lo cual es un com-portamiento normal de las partículas a escala na-nométrica por la alta energía superficial que tienen, que se genera por las fuerzas de van der Waals, lo que se traduce en una tendencia a formar aglome-raciones. También se puede comprobar que las partículas de alúmina tienen forma semiesférica y su tamaño está, principalmente, en el orden de los 7nm a los 25nm 1, 6, 7, 8 (ver figura 5).

Figura 5. Migrografías de HRTEM de la alúmina nanométrica, Izq.) Alúmina magnificación de 30000x

Der.) Alúmmina magnificación de 40000xEn comparación con nuestros resultados se tiene el trabajo de Ash y col. [18] quienes describen la morfología de las nanopartículas de alúmina en su investigación, con una distribución del ta-maño de las partículas principalmente entre los 17nm y 38nm como se observa en la figura 6. También se puede observar las aglomeraciones de la nanopartícula de alúmina.

ConclusionesLa aglomeración de la alúmina nanométrica es una característica propia de este material, lo cual ha sido comprobado en otras investigaciones similares.La interacción interfacial es mayor en la escala manométrica, debido a esto la energía interfacial aumenta considerablemente y por lo tanto las par-tículas se tienden a juntarse nuevamente resultan-do en la aglomeración de estas características. El tamaño de las partículas obtenidas al estar en escala manométrica tiende a tener este comporta-miento de aglomeración por lo que se puede esperar aglomeraciones en diferentes partes del composito.En pruebas posteriores se podrá analizar si la distribución de la alúmina en el composito de policloropreno y alúmina nanométrica influyen en sus resultados.

Referencias T. Thomas, E. P. Ayswarya, and E. T. Thachil, “Nano Alumina as Reinforcement in Natural Rubber Com-posites,” Int. J. Innov. Res. Sci. Eng. Technol., vol. 21, no. 6, pp. 2365–2370, 2013. S. Swain, R. A. Sharma, S. Bhattacharya, and L. Chaudhary, “Effects of Nano-silica/Nano-alumina on Mechanical and Physical Properties of Polyuretha-ne Composites and Coatings,” Trans. Electr. Elec-tron. Mater., vol. 14, no. 1, pp. 1–8, 2013. B. Sharma, S. Mahajan, R. Chhibber, and R. Mehta, “Glass Fiber Reinforced Polymer-Clay Nanocom-posites: Processing, Structure and Hygrothermal Effects on Mechanical Properties,” Procedia Chem., vol. 4, pp. 39–46, 2012.D. Shukla and R. Srivastava, “Effect of alumina pla-telet reinforcement on dynamic mechanical proper-ties of epoxy,” Proc. World Congr. Eng., vol. III, pp. 3–7, 2011. A. Kaboorani and B. Riedl, “Nano-aluminum oxide as a reinforcing material for thermoplastic adhesi-ves,” J. Ind. Eng. Chem., vol. 18, no. 3, pp. 1076–1081, 2012. J. Chameswary, L. K. Namitha, M. Brahmakumar, and M. T. Sebastian, “Material characterization and microwave substrate applications of alumina-filled butyl rubber composites,” Int. J. Appl. Ceram. Tech-nol., vol. 11, no. 5, pp. 919–926, 2014.M. H. Harandi, F. Alimoradi, G. Rowshan, M. Faghi-hi, M. Keivani, and M. Abadyan, “Morphological and mechanical properties of styrene butadiene rubber/nano copper nanocomposites,” Results Phys., vol. 7, pp. 338–344, 2017.M. H. Harandi, F. Alimoradi, G. Rowshan, M. Faghi-hi, M. Keivani, and M. Abadyan, “Morphological and mechanical properties of styrene butadiene rubber/nano copper nanocomposites,” Results Phys., vol. 7, pp. 338–344, 2017.

Figura 6. Micrografía TEM de nanopartículas de alúmina

31

Desarrollo Tecnológico

Ahorro de energía eléctrica en la UTS, por medio de la metodología de six sigma

ResumenSe presenta el análisis e implementación de la metodología DMAIC de Six Sigma, aplicado a un caso de estudio sobre la problemática que se tiene en la Universidad Tecnológica de Salamanca, en rela-ción a los elevados consumos de energía eléctrica a través de las diferentes estaciones del año en el período de 2012 a 2014. En este trabajo se propone como estrategia de ahorro de energía enfocarse al consumo de energía de las luminarias en todas las áreas de trabajo y las PC de docentes y adminis-trativos; por lo que mediante algunas acciones puestas en marcha, como la reducción del numero de lámparas y configuración de la hibernación de las computadoras, resultaron efectivas. Dentro de los resultados alcanzados se tuvo un ahorro considerable, aproximado al 15%, del costo del consumo total de energía, aún cuando en el período de estudio hubo aumento de la matrícula, docentes e in-fraestructura.

Palabras clave: AMEF, Six Sigma, DMAIC, gráficos, consumo.

IntroducciónLa UTS (Universidad Tecnológica de Salaman-ca), es la responsable de ofertar educación de nivel superior en los niveles 5 B y 5 A, a los jó-venes egresados del nivel medio superior, de los diferentes sistemas edcuativos de la región.La UTS se enfreta a la problemática del consu-mo excesivo de energía eléctrica en la institución (ver figura 1), por lo que se desprenden pagos elevados a la CFE (Comisión Federal de Eléctri-cidad) por concepto de pago de servicio de elec-trificación (ver figura 2), de ahí que se genera la necesidad de buscar algunas estrategias que ayu-darán a la Institución a minimizar los costos por consumo de energía elétrica.

Una vez recolectada la información, se procedió a realizar un análisis exhaustivo sobre el compor-

Por: Vicente Cisneros López, José Luis López Robles, Juan Antonio Lara Mireles, Oscar Galicia Granadosvcisneros@utsalamanca.edu.mx; jlopez@utsalamanca.edu.mx; jlara@utsalamanca.edu.mx; ogalicia@utsalamanca.edu.mx

tamiento que la UTS mostraba en el consumo de la energía eléctrica y la matrícula de alumnos inscritos (ver figura 3), por lo que se pudo ob-servar que se tenía una tendencia positiva en lo que respecta al consumo (llámese positiva por el ángulo de incremento que forma la línea con respecto a la cordenada x), pero una tendencia negativa a la matrícula estudiantil, condición que no es normal en cualquier porceso productivo o de servicio, como es el caso de la UTS. Una vez identificado el cosnumo excesivo de energía eléctrica, se procedió a investigar qué técnica o herramienta podría solucionar el pro-blema, sin que se violentaran las regulaciones gubernamentales, por lo que se tomaron en cuenta los principios básicos que el gobierno y la SEP (Secretaría de Educación Pública) han

implementado para medir a las instituciones ed-cuativas, es decir, los aspectos de calidad, por lo que se optó por la método Six sigma, el cual en sus principios fundamentales menciona que más del 20 % de los ahorros que se pueden realizar en una organización se desprenden del reacomodo del personal y modificación de procesos.

Análisis gráficoLa UTS mostraba un incremento constante en sus consumos de energía eléctrica, a lo que se calculó en la ecuación de regresión lineal (ver figura 3).

y =1.0621x + 1.9526 (1)

Con base en la cual se podría hacer un pronósti-co, del consumo Kilowatt/Alumno a diciembre de 2014, que se presenta a continuación:

y = 1.0621(24) + 1.9526 = 27.443 KW / A

Figura 1. Consumo en KWH//Alumno 2013 (Cisneros, 2015).

Figura 2. Pagos a CFE 2013 (Cisneros, 2015).

Figura 3. Comportamiento matrícula UTS 2013 (Cisneros, 2015).

32

Desarrollo Tecnológico

Condición que provocaría que los consumos por conceptos de energía eléctrica en la UTS se dis-paren a más del 100 % y aunado a esta condición que hacía que esto fuera más crítico, si se anali-zan las gráficas anteriores vs. figura 3, se iden-tifica que se tuvo un decremento de la matrícula de un poco más del 7 %, es decir, mientras la ma-trícula mostraba un decremento, los costos por consumo de energía eléctrica se incrementaban.

Descripción del métodoEn el desarrollo de la presente investigación se consideraron desde dos vertientes; la primera que consiste en un trabajo de campo, en el cual se in-vestigaron los consumos de energía eléctrica en la UTS, estos comsumos fueron registrados en tres tipos de consumo: en pesos, en Kilowatts y tarifa que aplicaba la CFE al recibo. Además de estos datos también se calcularon los consumos por lámparas en los edificios de la Institución y, por último, los consumos de los equipos de cómputo. La segunda parte consiste en la aplicación del método del DMAIC, es un acrónimo (por sus siglas en inglés: Define, Measure, Analyze, Im-prove, Control (definición, medición, análisis, implementación y control)).Definir: identificar los requerimientos del cliente y entender los procesos importantes afectados. Estos requerimientos se denominan CTQ (por sus siglas en inglés: Critical to Quality). Definir quién es el cliente, así como sus requerimientos y expectativas. Se determina el alcance del proyec-to, que delimitarán el inicio y final del proceso que se busca mejorar. Medir: el objetivo es cuantificar el desempeño actual del proceso que se busca mejorar. Se uti-lizan los CTQ para determinar los indicadores y tipos de defectos. Después, se diseña el plan de recolección de datos y se identifican las fuentes de los mismos, se lleva a cabo la recolección de las distintas fuentes y se comparan los resultados actuales con los requerimientos del cliente para determinar la magnitud de la mejora requerida.Analizar: se lleva a cabo el análisis de la infor-mación recolectada para determinar las causas raíz de los defectos y oportunidades de mejora. Se identifican y priorizan las oportunidades de mejora, de acuerdo a importancia y validan sus causas de variación.

Mejorar: se diseñan soluciones que incidan direc-tamente en el problema raíz y oriente los resulta-dos a superar las expectativas del cliente. Además se desarrolla el plan de implementación.Controlar: analizado el impacto positivo de las so-luciones, se requiere de la implementación de con-troles que garanticen la funcionalidad del proceso y que se mantendrá en el rumbo fijado. Para prevenir que la solución sea temporal, se documenta el nuevo proceso y su plan de monitoreo.Contribución. Mediante este trabajo se está apor-tando a nuestra institución desde dos puntos de vista: en la reducción del costo por concepto del consumo de energía eléctrica y contar con una base para la preparación de una propuesta e implementa-ción de una campaña de concientización a toda la co-munidad universitaria sobre el tema del ahorro de la energía y el cuidado al medio ambiente, que permi-tirá alcanzar la certificación en este aspecto. Otra de las ventajas es tener una metodología para el segui-miento y mejora continua, en donde los indicadores de costo– consumo – tiempo como resultado de los gráficos de control permitirán, de manera inme-diata, tomar mejores decisiones para la implemen-tación de nuevas estrategias que impacten en otras áreas de la institución, como por ejemplo: laborato-rios, biblioteca, centros de cómputo, etc. También se espera hacer de esta metodología una estrategia que coadyuve a convertirse en una costumbre y pos-teriormente una cultura en nuestra institución

ResultadosDefinir. La elaboración del proyecto se desprende de los altos consumos de energía eléctrica, por lo que se procedió a la implementación de un diagra-ma causa efecto y así identificar las causas princi-pales de los altos consumos (ver figura 4).Medir. En las figuras 1 y 2, se pueden observar los incrementos al consumo de energía eléctrica, así como el costo del pago por el servicio realizado a la CFE, de los que se desprende la ecuación 1 y 2.

y =1419.5x + 8190.4 (2)Aunado a esto, se realizó una análisis de norma-lidad del comportamiento de los datos (ver figura 5), en la que se puede identificar que no existe un comportamiento normal de los datos.Métricos críticos. En la tabla 1 se pueden observar todos los métricos críticos definidos y que tienen un impacto directo sobre el metríco principal.

Tabla 1Identificación de los métodos críticos (Cisneros, 2015).

Analizar. En la tabla 2, se muestra el impacto de cada de cada uno de los diferentes aspectos y se puede observar el AMEF (Análisis de Modo y Efecto de Falla) (ver figura 8) en cuál se puede identificar la severidad, ocurrencia y así poder realizar el cálculo del NPR (Número Prioritario de Riesgo), el cuál permite identificar cuales fac-tores realmente son trasedentales y cuales no.Mejorar. Existen cuatro factores que pueden afectar la variable de salida “Y”, los cuales son: 1) Tiempo de iluminación; 2) Horario (verano o invierno), el cual se encuentra muy ligado con el punto anterior, ya que existe un incremento en el tiempo de iluminación; 3) Equipos en uso; 4) Tiempo de invernar de los equipos de cómputo. En la figura 7 se puede observar el diagrama de los factores que afecta el pago de energía eléctrica a CFE y el incremento del consumo de la misma. Se realizó el diseño factorial de múltiples niveles

Figura 4. Diagrama causa efecto.

Figura 6. Mapa del proceso de consumo de energía eléctrica de la UTS (Cisneros, 2015).

33

Desarrollo Tecnológico

Figura 5. Comportamiento estadístico del pago a CFE por concepto de consumo de energía eléctrica en la UTS (Cisneros, 2015).

Figura 7. Mapa de factores de consumo de energía eléctrica de la UTS (Cisneros, 2015).

Figura 5. Consumo en KWH//Alumno 2014 (Cisneros 2015).

Tabla 3. Diseño factorial 42, realizado con el software Minilab 17 (Cisneros, 2015).

Tabla 4. Plan de trabajo (Cisneros, 2015).

Tabla 2. Análisis de impacto (Cisneros, 2015).

(ver tabla 3), del cual se desprende el plan de tra-bajo que se muestra en la tabla 4. Una vez imple-mentadas las estrategias, se monitoreó el proce-so y se obtuvieros datos (ver figura 5).Como se puede, observar el consumo por alum-no ha dismunido, así como la ecuación de com-portamiento (ecuación 3) se ha visto afecta de forma positiva.

y = 0.0972x + 9.7028 (3)También se identifica que se ha tenido una gran mejora en el comportamiento del proceso, pues existe una tendencia al incremento y después un decremento, comportamiento normal del proce-so, ya que se depende de la temporada, es decir, el tipo de horario (verano o invierno), mientras que en el proceso anterior no se tenía este con-trol; por otra parte, se puede identificar el com-

portamiento de la matrícula, la cual manifiesta un crecimiento rectilíneo, condición que no se ha reflejado en los costos de iluminación.Controlar. Una vez comprobado que las acciones realizadas en pro de la resolución de la problemá-tica realmente han tenido un impacto en la causa raíz, se determinó el plan de control que ha de mantener sobre el rumbo las acciones impleme-tadas (ver figura 9).

34

Desarrollo Tecnológico

Figura 8. AMEF.

ConclusionesComo se puede observar en la gráfica de dis-persión de matrícula versus gasto en energía eléctrica (ver figura 10), se puede identificar el beneficio sustancial, pero en un análisis más pro-fundo se acentúa que: la matrícula de diciembre

de 2012 a diciembre de 2014, ha mostrado un incremento en más del 200 %, lo que habría de suponer un incremento en la misma proporción.También cabe aclarar que, en diciembre de 2012, la institución únicamente laboraba de lu-nes a viernes de 8:00 a 17:00 h y, en la actuali-dad, se trabaja de lunes a viernes en un horario de 8:00 a 21:00 h y los sábados de 8:00 15:00 h. En 2012 la UTS únicamente disponía de 2 edi-ficios (uno de docencia y otro de laboratorio), en la actualidad se tienen cuatro edificios (dos de docencia y dos laboratorios). En 2012, ninguno de los laboratorios contaba con equipamiento, sin embargo, actualmente to-dos disponen de equipo pesado.Otro aspecto muy importante es el crecimiento de la plantilla docente, en el mes de diciembre de 2012, los docentes de tiempo completo, pro-fesores de asignatura y personal administrativo

Figura 10. Gráfica de dispersión de matrícula vs gasto en pesos de consumo de energía eléctrica, gráfica ela-borada con el software minitab 17 (Cisneros 2015).

Figura 9. Plan de control (Cisneros, 2015).

eran 82 personas, según registro de planeación; mientras que en la actualidad (2014) dicha plan-tilla es de aproximadamente 250 personas.

Referencias Cisneros, V., y López, J. (2015). Proyecto de certificación: Black Belt Six Sigma. Escalante, E. (2008). Seis-Sigma: Metodología y técnicas. México: LimusaGestioPolis.com Experto. (2001). ¿Qué es seis Sig-ma? Metodología e implementación. Recuperado de http://www.gestiopolis.com/que-es-seis-sig-ma-metodologia-e-implementacion/González, F. y Vilar, J. (2003). Seis Sigma. Espa-ña: Gramadosa.Harry, M., Schoeder, R. (2000). Six Sigma. The breaktrough Management Strategy. Mc Graw Hill.Brown, S., Morrinson, G. (1991). The Introduc-tion to Six-Sigma Methodology. Editorial Trillas.

35

Desarrollo Tecnológico

Mecatrónica