octubre 2012-marzo 2013,cmas.siu.buap.mx/portal_pprd/work/sites/ingenieria/resources/pdf... ·...

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índice 3 Obtencióndecurvasi-d-TRapartirdedatos

pluviométricos,tomandoencuentalabasededatosericiiielaboradaporiMTARaúl Conde Rivera, Álvaro Lorenzo Vita Garza, Verulo Alejandro Castro Ortiz, José Rafael López Mejía

11 ModelomatemáticoparalasolucióndeunlaberintomulticursalmúltipleLuis Emmanuel Lugo Aguirre, Juan Carlos Rodríguez Campos

17 diseñodelsistemadeposicionamientoterrestredeuntractoragrícolavíaGPSLeonel Alejandro Pineda Enríquez

23 distorsiónarmónicaenlaredeléctricadealtatensióngeneradaporcentraleseoloeléctricasCarlos Alan Pedraza Calderón

29 infraestructurayvehículourbanoparaelnuevomilenio,aplicacióndelaingenieríadetránsitoytransporteEdgar Irám Villagrán Arroyo

41 AugeydeclivedelafábricatextildeMetepec,enAtlixco,PueblaIgnacio Palacios Motolinía, Yamil Omar Díaz Bustos

47 energíaTeslaVíctor Hugo Estrada Sánchez, Leonel Alejandro Pineda Enríquez

53 ObservacióndeltránsitoaparentedeVenusporeldiscosolarLuis Fernando Gómez Ceballos, José de la Luz Ramírez Mendoza, Enrique Montiel Piña, Filadelfo Aguilar Andrade

59 corrientesgeomagnéticasinducidas;unaperspectivadefallasenlostransformadoresdepotenciaLucio Martínez Rodríguez

OCTUBRE 2012-MARZO 2013, AñO 8, NO. 17

diRecTORiO

beneMéRiTAuniVeRSidAdAuTónOMAdePueblA

dR.enRiqueAGüeRAibáñezRECTOR

MTRO.JOSéAlfOnSOeSPARzAORTizSECRETARIO GENERAL

MTRO.JAiMeVázquezlóPezVICERRECTOR DE DOCENCIA

fAculTAddeinGenieRíA

M.i.edGARiRAMVillAGRánARROyODIRECTORM.i.AnAelenAPOSAdASánchezSECRETARIA ACADéMICAM.i.feRnAndOd.lAzcAnOheRnándezSECRETARIO ADMINISTRATIVOdR.GAbRielJiMénezSuáRezSECRETARIO DE INVESTIGACIóN Y ESTUDIOS DE POSGRADO Y DIRECTOR DE LA REVISTA

ReViSTA“inGenieRíAyTecnOlOGíAfAculTAddeinGenieRíAbuAP”

dR.filibeRTOcAndiAGARcíAEDITOR RESPONSABLEldf.inGRidlóPezGuAJARdODIFUSIóN Y COMUNICACIóN

cOnSeJOediTORiAl

M.i.AnTOniOMAcíASceRVAnTeSINSTITUTO TECNOLóGICO DE PUEBLAdR.TOMáSfeRnándezGóMezINSTITUTO TECNOLóGICO DE ORIZABAdR.MickAelPORTeRCINVESTAV IPN, QTO.M.enc.VícTORGAlindOlóPezCOORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERíA MECÁNICA Y ELéCTRICAMTRO.JOSédelAluzRAMíRezMendOzACOORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERíA DE TOPOGRÁFICA Y GEODéSICAdR.JORGeARTuROheRnándezzáRATeINSTITUTO TECNOLóGICO DE VERACRUZMTRA.GelSOMinAGuAdAluPequecAndiAJEFA DEL ÁREA DE EVALUACIóN INSTITUCIONAL, UADY

iMAGenenPORTAdAPROyecTO: ARTS VERTICAL LIVINGdeSARROllAdOR: DESARROLLOS INMOBILIARIOS AQUA TOWERS S.A. DE C.V.PROyecTOARquiTecTónicO: 3 A + A ARQUITECTOS, ARQ. ADRIÁN HERNÁNDEZPROyecTOeSTRucTuRAl: ITISAASeGuRAMienTOyReViSióneSTRucTuRAl: ING. RAFAEL RAMíREZ ÁLVAREZDISEñO SíSMICO AVANZADO CONFORME AL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIóN Y NORMAS TéCNICAS COMPLEMENTARIAS VIGENTES DEL DISTRITO FEDERALMOdelOeSTRucTuRAl: ING. MARTíN CASTILLO FLORES

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inGenieRíAyTecnOlOGíAfAculTAddeinGenieRíAbeneMéRiTAuniVeRSidAdAuTónOMAdePueblA, Año 8, No. 17, Octubre de 2012 a Marzo de 2013, es una publicación semestral editada por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, con domicilio en 4 sur 104, Col. Centro, C.P. 72000, Puebla Pue., y distribuida a través de la Facultad de Ingeniería, con domicilio en Blvd. Valsequillo esq. Av. San Claudio s/n, Edif. 108-C Ciudad Universitaria BUAP, Col. San Manuel, C.P. 72570, Puebla Pue., Tel. (52) (222) 229 5500 ext. 7618, www.ingenieria.buap.mx, Editor Responsable Dr. Filiberto Candia García, [email protected]. Reserva de Derechos al uso exclusivo 04-2008-022718142400-102. ISSN: 2007-1876, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Con Número de Certificado de Licitud de Título y Licitud de Contenido: 14935, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Impresa en Talleres Gráficos. Intra Comunicación. Calle 14 Oriente No. 2803-A. Col: Humboldt. C.P. 72370 Puebla, Pue. Tel. 01(222) 296 3953, éste número se terminó de imprimir en Diciembre de 2012 con un tiraje de 3000 ejemplares.Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación.Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.inGenieRíAyTecnOlOGíAfAculTAddeinGenieRíAbeneMéRiTAuniVeRSidAdAuTónOMAdePueblA es una publica-ción semestral arbitrada de divulgación científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, dirigida a profesionistas, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de ingeniería.

ediTORiAlUna formación integradora y multidisciplinaria, son los conceptos que el actual currícu-lo de los diversos Planes y Programas de Estudio (que se imparten a nivel Nacional e Internacional por las Instituciones de Educación Superior [IES]), promueven como pu-blicidad, en su intención de ofrecer una educación superior de alta calidad académica y pertinente a fin de satisfacer las necesidades y demandas de la sociedad, buscando mantener un estándar de atracción en la matrícula escolar.

El carácter de formación profesional integradora y multidisciplinaria se obtiene desde la perspectiva de la Universidad Pública a través de la Educación Continua y Permanente, alternativa que representa una inversión económica adicional, para ambas partes (es-cuela y alumno), no siendo posible lograr una cobertura del 100% de la matrícula esco-lar, mediante cursos de educación continua, seminarios, congresos y diplomados, etc.

¿Cómo atiende las condiciones de una formación integradora y multidisciplinaria la Facultad de Ingeniería? La actual administración de la UA se ha dado a la tarea de promover acciones a favor de la mejora permanente en sus perfiles de egreso, para hacerlos pertinentes con las necesidades y demandas de la sociedad. Donde la Re-vista Ingeniería y Tecnología de la Facultad de Ingeniería de la Benemérita Universi-dad Autónoma de Puebla (RITFIBUAP), incluye un apartado especial de contenido prospectivo -que inicia con el artículo; Infraestructura y vehículo urbano para el nuevo milenio, aplicación de la ingeniería de tránsito y transporte-, para garantizar que esta sea un medio de divulgación de la Ciencia y Tecnología de manera integradora y mul-tidisciplinaria, resaltando los resultados de la aplicación del conocimiento, sin restric-ciones por el área de estudio, creando de esta manera un escenario de conocimiento público, que permite incrementar la cobertura de la Educación Permanente, mediante la detonación y motivación de las inquietudes de las alumnos, docentes y gestores de la comunidad académica.

Para de esta manera asumir la siguiente responsabilidad compartida: Ser integrador y multidisciplinario demanda un alto compromiso desinteresado hacia el bien común de la sociedad, la formación de los alumnos y la pertinencia en educación superior, en este sentido la Revista Ingeniería y Tecnología, asume con respon-sabilidad ser un medio que canaliza este sentido de pertinencia y pertenencia, a favor de adquirir un pensamiento crítico y creativo, para beneficio de la comuni-dad académica de la Facultad de Ingeniería.

4 Octubre 2012 - Marzo 2013, Año 8, No. 17

Para conseguir las discrepancias entre las inten-sidades observadas y las estimadas obtiene un error relativo en cada una de ellas.

Las diferencias máximas por defecto no reba-san el 30% y en algunos casos son menores al 10%, mientras que las diferencias máximas por exceso son del orden del 60%.

Las discrepancias por defecto conducen a diseños hidrológicos insuficientes, mientras que las diferen-cias máximas por exceso conducen a diseños hidro-lógicos conservadores.

2 MeTOdOlOGíAeMPleAdA

De la base de datos del ERIC III se selecciona la es-tación pluviométrica a procesar extrayendo sus datos geográficos y las precipitaciones máximas anuales de 24 horas, para todo su registro histórico.

El procedimiento utilizado fue sugerido por Cam-pos [2], con la variante de estimar el cociente R a través de una ecuación polinomial de segundo grado, que se obtiene de los valores encontrados por Cam-pos [3] en las 10 estaciones pluviográficas contrasta-das para diferentes zonas geográficas del país, corre-lacionando estos valores de R con la altitud sobre el nivel del mar de la estación pluviométrica a procesar.

se desarrolló una memoria de cálculo en el soft-ware Mathcad 14, en la cual se estiman los paráme-tros para los criterios de Bell [1] y Chen [4].

Para ejemplificar esta metodología se tomó la es-tación pluviométrica de la capital del estado de Pue-

bla, denominada Puebla 21 Poniente (21035), según la base de datos ERIC III. (cuadro 1).

3 AnáliSiSdeReSulTAdOS

Comparando los resultados obtenidos por este crite-rio de estimación del cociente R, contra los obtenidos por Campos [3] para esta misma estación Puebla 21 Poniente (21035), por el criterio de Chen [4], los re-sultados se muestran en la tabla 1.

Para comprender cuantitativamente estas diferen-cias se recurre al parámetro denominado “Error Rela-tivo” planteado por Campos [3], el cual se determina en la ecuación (1):

. .E Ri

I i 100obsTr

estTr

obsTr

= - (1)

Donde el Error Relativo se expresa en % y pre-senta un valor negativo cuando la intensidad estima-da es menor que la intensidad observada, en cambio cuando su valor es positivo indica que la intensidad estimada es mayor que la intensidad observada.

Para nuestro caso la intensidad observada se tomó de las isoyetas de intensidad de la sCT [6], cuyos valores se muestran en la tabla 2.

Tabla2. Isoyetas de intensidad SCT (1990)

TR en años 10 20 25 50 100 Duración I I I I I Minutos MM/HR MM/HR MM/HR MM/HR MM/HR

5 278 334 352 407 461 10 184 215 225 256 286 20 127 140 152 170 189 30 97 110 114 128 141 60 61 70 73 81 89 120 36 42 44 49 55 240 23 27 29 33 37

En las tablas 3 y 4 se muestran las intensidades estimadas por los criterios de Bell [1] y Chen [4] res-pectivamente, para las mismas duraciones de tormen-ta y periodos de retorno, observadas por las isoyetas de intensidad de la sCT [6].

Tabla1

Criterio Estación Clave Período Años R a b cCONDE et. al. ERIC III Puebla 21 PTE 21035 1952-2006 55 0.691 46.091 11.742 0.903CAMPOS (2010) ERIC II Puebla 21 PTE 21035 1953-1997 45 0.653 44.485 11.975 0.889

R. Conde Rivera et al: Obtención de curvas I-D-TR a partir de datos pluviométricos...

5Octubre 2012 - Marzo 2013, Año 8, No. 17

cuadro1



cuadro1(Continuación)




Tabla3. Intensidad calculada por Bell

TR 10 20 25 50 100 Duración I I I I I Minutos MM/HR MM/HR MM/HR MM/HR MM/HR

5 216.03 249.50 260.27 293.74 327 10 161.68 186.73 194.80 219.84 244.89 20 112.75 130.22 135.84 153.31 170.78 30 89.43 103.29 107.75 121.61 135.46 60 58.72 67.81 70.74 79.84 88.93 120 36.00 43.52 45.40 51.24 57.08 240 23.79 27.476 28.66 32.35 36.03

Tabla4. Intensidad calculada por Chen

TR 10 20 25 50 100 Duración I I I I I Minutos MM/HR MM/HR MM/HR MM/HR MM/HR

5 212.46 254.23 267.67 309.44 351.20 10 167.80 200.79 211.41 244.39 277.38 20 119.24 142.67 150.22 173.66 197.10 30 93.11 111.41 117.31 135.61 153.91 60 57.10 68.32 71.93 83.16 94.38 120 32.98 39.46 41.55 48.04 54.52 240 18.38 21.992 23.15 26.77 30.38



En las tablas 5 y 6 se muestran los errores relati-vos para las mismas duraciones de tormenta y perío-dos de retorno, por los criterios de Bell [1] y Chen [4] respectivamente.

Tabla5.Error relativo por el criterio de Bell

TR en años 10 20 25 50 100 Duración E.R. E.R. E.R. E.R. E.R. Minutos % % % % %

5 -22.29 -25.30 -26.06 -27.83 -29.02 10 -12.13 -13.15 -13.42 -14.12 -14.37 20 -11.22 -6.98 -10.63 -9.82 -9.64 30 -7.80 -6.10 -5.48 -5.00 -3.93 60 -3.74 -3.12 -3.10 -1.43 -0.07 120 0.00 3.62 3.18 4.57 3.77 240 3.44 1.76 -1.17 -1.97 -2.61

Tabla6.Error relativo por el criterio de Chen

TR 10 20 25 50 100 Duración E.R. E.R. E.R. E.R. E.R. Minutos % % % % %

5 -23.57 -23.88 -23.96 -23.97 -23.82 10 -8.80 -6.61 -6.04 -4.53 -3.01 20 -6.11 1.91 -1.17 2.15 4.28 30 -4.01 1.29 2.90 5.95 9.16 60 -6.40 -2.40 -1.47 2.66 6.05 120 -8.39 -6.04 -5.57 -1.97 -0.88 240 -20.09 -18.55 -20.17 -18.89 -17.89

Como se puede observar, para esta estación plu-viométrica en particular los errores relativos para los criterios de Bell [1] y Chen [4] no rebasan el 30% para el caso en que las intensidades observadas son mayores a las intensidades estimadas.

Y para el caso en que las intensidades estimadas son mayores a las observadas, el valor de los errores relativos no supera el 10%.

4 cOncluSiOneS

La aplicación de este criterio para construir curvas I-D-TR a partir de datos pluviométricos, deberá de tomarse con precaución, sobre todo si el error rela-tivo es negativo, ya que se estaría subestimando los caudales de diseño; en caso contrario éstos serán con-servadores.

Con esta metodología el proyectista podrá cons-truir las curvas I-D-TR de cualquier estación plu-viométrica cercana a su proyecto, enriqueciendo las alternativas para adoptar la intensidad de diseño co-rrespondiente.

RefeRenciAS

[1] Bell, F-C., “Generalized Rainfall-Duration-Frequency Relationships”, proc. AsCE, Journal of Hydraulics Div., Vol. 95, no. HY1, 311-327, 1969.

[2] Campos-Aranda D.F., “Procedimiento para obtener Curvas I-D-Tr a partir de Registros Pluviométricos”, Ingeniería Hidráulica en México, Mayo-Agosto, pp 39-52. 1990.

[3] Campos-Aranda D.F., “Intensidades máximas de lluvia para Diseño Hidrológico Urbano en la Republica Mexicana”, Ingeniería, Investigación y Tecnología, Vol. XI num. 2, 179-188, Isnn 1405-7743, FI-UnAM, 2010.

[4] Chen,C-L, “Rainfall Intensity-duration-frequency formulas”, Proc. AsCE, Journal of Hydraulic Engineering, Vol., 109, no. 12, paper no. 18441,1603-1621, 1983.

[5] IMTA, 2009. Extractor Rápido de Información Climatológica (ERIC III 2.0), Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, México.

[6] secretaría de Comunicaciones y Transporte (sCT), “Isoyetas de Intensidad – Duración – Frecuencia de la República Mexicana”, subsecretaría de Infraestructura, México D.F., 495 Pág., 1990.



ceso de enseñanza en las matemáticas es una preocu-pación que surge en los docentes al observar los altos índices de reprobación y que los alumnos no tienen el interés suficiente al no concebir donde las pueden aplicar. Esto nos da una pauta para poder aplicar la lógica matemática y desarrollar un modelo matemá-tico que permita obtener y guardar resultados durante el recorrido de un laberinto multicursal múltiple que brinde una solución óptima, esclareciendo y motivan-do a los alumnos aplicar las matemáticas en un robot Lego nXT, considerando que la tecnología es una de las herramientas que prevalece en nuestros tiempos.

2 AnTecedenTeS

2.1 Laberintos

Un laberinto por definición son lugares formados por calles y encrucijadas, intencionalmente complejos para confundir a quien se adentre en ellos. El hombre desde la antigüedad se ha preocupado por diseñar in-trincados laberintos y al mismo tiempo buscar formas para recórrelos, sin extraviarse [1].

2.2 Tipos de laberintos

Las diferentes clasificaciones de laberintos vienen dadas dependiendo de su complejidad en la solución del mismo, como también su estructura y diseño; los cuales encontramos gran variedad de esquemas. El tipo unicursal cuya particularidad es tener trazado desde el punto de entrada hasta la salida, sin tener la necesidad de tomar decisiones en el recorrido. El laberinto clásico Báltico es una variante del tipo uni-cursal ya que tiene dos entradas y un centro. El tipo Romano tiene trazados que se dividen fácilmente en cuadrantes. Por otro lado se encuentran los laberintos de tipo multicursal cuya estructura está diseñada para provocar confusiones al tener múltiples opciones, caminos o encrucijadas en el mismo, de esta mane-ra aumenta el nivel de complejidad al tener varios caminos que se relacionan entre sí, existiendo calles muertas. En algunos de los trazados de los laberintos multicursales se pueden encontrar islas, lo que son secciones del laberinto que no están conectadas con el perímetro del mismo. De esta clasificación se deri-van dos tipos de laberintos que son los multicursales simples y los multicursales múltiples.

El laberinto multicursal simple a pesar de tener en su diseño diferentes caminos en el recorrido, es sencillo de resolver al tener paredes conectadas con el perímetro, siendo así, existe el método de la mano alzada, que consiste en tomar uno de los muros y se-

guirlo, de esta manera se llega a la salida o solución del mismo sin ningún problema al no contar con islas en la estructura del laberinto. A diferencia del tipo multicursal múltiple, este contiene encrucijadas más complejas al combinar todos los tipos de laberintos incluyendo una característica muy peculiar al tener en su estructura islas o caminos separados total-mente de cualquier camino o perímetro que pueda contener el laberinto, de esta manera no es posible obtener un método que dé solución como los labe-rintos unicursales [2].

2.3 Robot Lego NXT

Un robot es un manipulador funcional y programable, diseñado para mover materiales, piezas, herramien-tas o dispositivos especiales mediante movimientos programados y variables que llevan a cabo diferentes tareas. Existen diferentes tipos de robots en la actua-lidad como son los androides, que son aquellos que tratan de imitar de forma parcial o total la forma del ser humano, actualmente son dispositivos muy poco desarrollados y sin utilidad práctica.

Los robots móviles por otro lado cuentan con gran capacidad de desplazamiento basado en carros o pla-taformas y dados en un sistema locomotor de tipo ro-dante, siguen su camino por telemando o guiándose por información recibida de su entorno a través de sus sensores [3].

El nXT es el cerebro de los robots MInDs-TORMs. Es un bloque LEGO que contiene una computadora-controlador que permite a los robots MInDsTORMs tener vida y realizar diferentes ta-reas. su diseño y su diversidad de partes intercam-biables, hacen al robot lego nXT una herramienta de enseñanza, con sensores de tacto, sonido, sonar, y de luz entre otros [4]. Además de contar con numerosas piezas para la facilidad de programación.

2.4 ROBOT C (Lenguaje de programación)

ROBOTC es el lenguaje de programación para el estreno de la robótica educativa y concursos. RO-BOTC es un lenguaje de programación basado en C, con un entorno de desarrollo fácil de usar [5]. Dicha programación está basada en sensores diseñados para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud normalmente de tipo eléctrica que seamos capaces de cuantificar y mani-pular. Actualmente se cuentan con diferentes tipos de sensores para medir diferentes formas del entorno como por ejemplo tenemos el sensor de posición, su función es medir y detectar la posición de un deter-

L.E. Lugo Aguirre, J. C. Rodríguez Campos: Modelo matemático para la solución de un laberinto multicursal múltiple


minado objeto en el espacio. El sensor de tacto, son básicamente interruptores que se activan o desacti-van si se encuentran en contacto con algún objeto, por lo que de esta manera se emite una señal eléc-trica si existe o no un objeto en determinado lugar. Los sensores ultrasónicos emiten una señal de tipo ultrasónica y esta señal es recibida por un receptor, de esta manera no es necesario contacto directo con el objeto, ya que al mandar ondas ultrasónicas se puede calcular mediante el receptor la distancia que existe entre el sensor y el obstáculo en cuestión.

3 AnáliSiS

El presente trabajo se enfoca en diseñar, resolver e implementar un nuevo algoritmo aplicado a un ro-bot Lego nXT, generando conocimientos de progra-mación estructurada, matemática, física y lógica sin olvidar el objetivo primordial en dar solución a un laberinto multicursal múltiple. Tomando en conside-ración que esta investigación dejará un algoritmo fac-tible y eficaz que alumnos, compañeros o generacio-nes posteriores lo puedan utilizar como una base para la implementación de nuevos proyectos enfocados al rescate (para el rescate en caso de sismos por dar un ejemplo), ya que permite la búsqueda de caminos. Para poder llegar a una solución óptima del modelo matemático e implementarlo al robot Lego por me-dio de un lenguaje de programación. se tuvieron que realizar diferentes prototipos los cuales se describen a continuación.

3.1 Diseño detallado

En la figura 1, se muestran las características estruc-turales del laberinto para que el robot obtenga el ma-yor desenvolvimiento dentro del mismo, en el cual debe tener ángulos de 90° en su superficie, para que los sensores ultrasónicos permitan obtener una lectu-ra adecuada.

figura1. Estructura del laberinto

Después de observar la estructura del laberinto se procedió a construir el robot con el fin de tener hol-gura en los giros y la alineación durante su recorrido como se muestra en la figura 2.

figura2. Medidas del laberinto con respecto al robot

3.2 Prototipo 1

En la tabla 1 se muestran los diferentes diseños del robot obteniendo un prototipo que permitiera el ma-yor control para su recorrido. Los primeros diseños se realizaron con llantas normales el cual no propor-cionó un desplazamiento adecuado, y se optó por la sustitución de bandas, lo que permitió mejor control y evitar obstáculos.

Tabla1. Diseños Robóticos



3.3 Prototipo 2

Para la realización de este prototipo se combinaron dos técnicas de búsqueda “Profundidad” y “Anchu-ra” para obtener una correcta exploración y localiza-ción de objetivos, dando como resultado el siguiente grafo que se muestra en la figura 3 y figura 4.

figura3. Grafo de búsqueda por profundidad y anchura.

figura4. Grafo de búsqueda por profundidad y anchura.

3.4 Prototipo 3

Utilizando el método de búsqueda anterior, se obtuvo una forma detallada de los diferentes caminos y rutas que pueden recorrer en el laberinto por lo tanto, el siguiente código se encarga de verificar las distancias por medio del sensor ultrasónico en las áreas late-rales y centrales, donde se hace la comparación de las diferentes medidas para la toma de decisiones, obteniendo como resultado el giro adecuado para la exploración adecuada del laberinto.// Función que busca un camino para avanzar. motor_vel(); centro_origen(); origen_final(); wait1Msec(1000); i = SensorValue(sonar); final_origen(); if((i>16)&&(i>25)&&(c<=25)) //caso 4 { busca_y_gira(); } if((d>13)&&(d>25)&&(c<=25)) //caso 5 {

busca_y_gira(); } if((i>25)&&(d>25)&&(c<=25)) //caso 6 { busca_y_gira(); } if((i<=16)&&(d<=16)&&(c<=25)) //caso 7 { giro_360(); } }// cierre del if(c<=30) }//cierre del while(1)}

3.5 Prototipo 4

En este esquema se visualiza los diferentes casos a verificar en cuanto a la toma de medidas centrales, con el objetivo de encontrar los puntos medios en los bloques del pasillo, de esta manera se tuvieron que poner varios casos, los cuales son representados por la letra C. Para poder lograr un resultado óptimo, se llevó a cabo por la toma de cuatro casos, que son los puntos de referencia en la realización del código y la fórmula matemática para localizar dichos cuadrantes dentro del bloque.caso1 caso2C= 30 C= 55C_d= 30/25 Modulo= 5 C_d= 55/25 Modulo=5C_d=1 C_d== 2C_d= 1* 25 C_d=2*25C_d= 25 C_d= 50C_d=25 + 15 C_d= 50 + 15C_d=40 C_d= 65

caso3 caso4C= 45 C= 70C_d= 45/25 Modulo= 5 C_d= 70 /25 Modulo =20C_d=1 C_d= 2C_d= 1* 25 C_d= 2 * 25C_d= 25 C_d= 50C_d=25 + 15 C_d= 50 + 15 C_d=40 C_d= 65

Simoduloes>15direcciónhaciaadelanteSimoduloes<15direcciónhaciaatrás

Así como también se realizaron los diferentes cál-culos para que el robot Lego nXT se posicionara en el centro de cada cuadrante durante el desplazamien-to dentro del laberinto en tiempo real.

Durante las pruebas con el algoritmo pasado, se ob-servó en repetidas ocasiones que el robot no respetaba los puntos centrales de cada bloque del laberinto, ya que por defectos en los ángulos de los giros del motor



que controla el sensor sonar o los motores de las rue-das en el recorrido de línea recta, los cálculos los ob-tenía erróneamente por la mala posición del sensor y por lo tanto no respetaba los puntos centrales reales. Es importante que se respeten los puntos centrales ya que son vitales para el correcto registro de caminos durante el recorrido y exploración del laberinto. se tomaron como base las fórmulas y cálculos descritos en el algo-ritmo pasado, sin embargo la manera en que se regis-tran los puntos centrales cambió a ser almacenados en una matriz al principio de cada pasillo del laberinto, de esta manera el robot no tendrá que tomar medidas cada vez que avance, solo bastará con la consulta de la ma-triz minimizando el rango de error ya que las medidas son independientes de la posición del robot, obligando al mismo a respetar estas medidas.

3.6 Prototipo 5

En esta etapa se llevó a cabo con la creación de una matriz donde se almacenarán los diferentes nodos que va ubicando en el transcurso del recorrido del laberinto. La Matriz cumple con la función de ir al-macenando los diferentes datos que va obteniendo durante la exploración, así como también, va mar-cando de una manera lógica los diferentes nodos con las características correspondientes, lo que son las coordenadas en la ubicación de dicho nodo, esto es para el óptimo recorrido y una correcta orientación. Por lo tanto el robot tendrá que llevar un registro de cada nodo existente para la toma de decisión, como se muestra en la figura 5.

figura5. Nodos del laberinto, obtenidos por el robot.

3.7 Prototipo 6

Para obtener los nodos de la matriz anterior se utili-zó el plano cartesiano para controlar la ubicación del robot Lego nXT y especificar la estructura del labe-rinto y no confundir al robot en cuanto a su posicio-namiento. Por lo tanto, a partir del sensor ultrasónico central, se toma como referencia el eje X, como se muestra en la figura 6.

figura6. Eje de coordenadas con respecto al eje X.

3.8 Prototipo 7

El prototipo final tiene la capacidad de almacenar los nodos, sumatoria de distancias, las coordenadas de posición y de alineación, por lo cual se pueden tomar decisiones óptimas durante el recorrido y llegar a una solución del laberinto.void Inicializador_de_Herramientas_de_pasillo(){ L = I = 0; int i = 0;

for(i=0;i<10;i++) { Paradas[i]= 0; }}///////////////// Actualizar coordenadas de Posi-ción///////////////////////void Act_Coord_Pos(){ Coord_Pos[0]= Coord_Pos[0]+Coord_Alin[0]; Coord_Pos[1]= Coord_Pos[1]+Coord_Alin[1];} ///////////////// Actualizar coordenadas de alinea-ción///////////////////////void Actualizar_coordenadas_alineacion(int giro){ contador = contador + giro;

if((contador == 0)||(contador == 4)||(contador == -4)) //X { Coord_Alin[0]= 1; Coord_Alin[1]= 0; contador = 0; } if((contador == -3)||(contador == 1))//Y {



Coord_Alin[0]= 0; Coord_Alin[1]= 1; } if((contador == -2)||(contador == 2))//-X { Coord_Alin[0]= -1; Coord_Alin[1]= 0; } if((contador == -1)||(contador == 3))//-Y { Coord_Alin[0]= 0; Coord_Alin[1]= -1; } //Act_Coord_Pos();}// ///////////////// MEDIDAS SONAR///////////////////////////////////////void medidas_ojos(){ nxtDisplayCenteredTextLine (3,"medidas_ojos"); //wait1Msec(500); int der,izq,centro; izq = SensorValue[sonar_izq]; der = SensorValue[sonar_derecha]; centro = SensorValue[sonar_centro]; ojos[0]= izq; ojos[1]=centro; ojos[2]= der;}void vision_central(){ int centro; centro=0; centro = SensorValue[sonar_centro]; ojos[1]=centro;}/////////////////////////// MEDIDA DE LABERINTO/////////////////////////void medida_laberinto(){ int Medida_RX = 10; Medida_bloque = 0; medidas_ojos(); Medida_bloque = Medida_bloque + ojos[0] + ojos[2] + Medida_RX;}/////REGISTRO DE COORDENA-DAS//////////////////////////////////////void Registro_de_Coordenadas(int casos){ int casos1=0; casos1 = casos; //NODO ACTUAL MReg_Coord[Ap_mrc][0]= MReg_Coord[Ap_mrc][0]+1; //COORDENADAS DE POSICIóN MReg_Coord[Ap_mrc][1]= Coord_Pos[0]; MReg_Coord[Ap_mrc][2]= Coord_Pos[1]; //COORDENADAS DE ALINEACIóN MReg_Coord[Ap_mrc][3]=Coord_Alin[0]; MReg_Coord[Ap_mrc][4]=Coord_Alin[1]; //CAMINOS LATERALES Registro_Caminos_Laterales(casos1);

//DISTANCIA MReg_Coord[Ap_mrc][7]=Distancia; Distancia = 0; //SUMATORIA DE DISTANCIA MReg_Coord[Ap_mrc][8]=MReg_Coord[Ap_mrc-1][8]; //NODO ANTERIOR MReg_Coord[Ap_mrc][9]=MReg_Coord[Ap_mrc-1][0]; //SE MUEVE EL APUNTADOR A LA SIGUIENTE FILA Ap_mrc=Ap_mrc+1;}

4 cOncluSión

Al establecer la robótica como una aplicación de la programación orientada en la educación, nos brinda la pauta para utilizarla como una herramienta me-todológica, la cual hace posible motivar al alumno para realizar proyectos innovadores que favorezcan su aprendizaje significativo. Para esto se debe inver-tir tiempo y esfuerzo ya que el cambio de paradigma exige más tiempo de los que está planeado en la ma-teria, sin embargo involucra al mismo tiempo, que el docente esté preparado para enfrentar las nuevas demandas en las técnicas de información. El docente es parte fundamental para la realización de una me-todología exitosa, debido a la incentiva e innovación de procesos para que los alumnos aprendan y puedan desarrollar proyectos por sí mismos, y así crear su propio conocimiento, para desenvolverse en el ám-bito laboral y personal. sin olvidar que el alumno es motivado cuando se tiene un docente con la visión de enseñar, con los pilares de la educación “aprender a aprender, aprender a hacer y aprender a vivir”, por lo tanto la práctica docente es uno de los aspectos que se deben tener como prioritarios para el desarrollo de una sociedad.

RefeRenciAS

[1] http://laberintos.weebly.com/tipos-de-laberintos.html.

[2] http://laberintos.weebly.com/tipos-de-ldaberintos.html

[3] http://www.roboticspot.com/especial/historia/his2004a.php

[4] http://www.julio.sandria.org/robotica/lego-mindstorms/introduccion-al-nxt.htm

[5] http://www.robotc.net



También se puede conseguir un reloj con una exactitud extrema utilizando GPs, muy similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

2 APlicAciónenlAMAquinARiAAGRícOlA

La automatización en la maquinaria agrícola es un importante campo en donde se busca mejorar la efi-ciencia y productividad. La tecnología de guía auto-mática para vehículos off-road (vehículos que operan en superficies no pavimentadas) ha sido estudiada y desarrollada por muchas décadas y recientemente comercializada. sin embargo, para que esta tecno-logía que se ha aplicado principalmente en tractores y cosechadoras pueda ser aceptada en aplicaciones agrícolas, su capacidad debe extenderse a implemen-taciones reales de campo.

Los modelos de sistemas de implementos para tractores son muy importantes para el diseño de controladores de orientación, ya que los ingenieros mecatrónicos dependen cada vez más del diseño del controlador basado en el modelo y la virtualización para la creación de prototipos [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].

3 SiSTeMAdeidenTificAcióndeunVehículOTeRReSTRe

La primera importante etapa de identificación del sis-tema en la mayoría de las aplicaciones de control de un tractor agrícola es la linealización de componentes inherentemente no lineales. En el caso de este vehí-culo terrestre (tractor), los componentes no lineales

son típicamente asociados con la dirección.Hay tres enfoques básicos generales para linea-

lizar la dirección. El método más directo, el cual es el que se describirá en esta sección, es un procedi-miento largo para calibrar el sensor y la válvula de dirección.

Esto se logra realizando un post-procesamiento de datos experimentales. Esta técnica pasiva de identifi-cación no lineal consiste en determinar las funciones no lineales que describen el potenciómetro y el ac-tuador fuera de línea, así como el uso de tablas fijas de referencia para linealizar los componentes. Un segundo método de linealización es utilizar técnicas activas de identificación para especificar las tablas de búsqueda no lineal en tiempo real, actualizando con-tinuamente esta información en el sistema de control.

Este segundo método no requiere un largo proce-so de calibración y puede realizar resultados confia-bles tan bien como el primer método. Un método aún mejor sería utilizar técnicas lineales (como modelo de referencia de control adaptativo) o técnicas no lineales (tales como el control deslizante de modo) para cerrar el bucle de dirección interior, provocando que se comporte el sistema como un sistema lineal consistente. El sistema de dirección que se propone en este articulo, se comporta como un “cuadro ne-gro” respecto al comportamiento conocido desde la perspectiva del sistema de control exterior de bucle.

En la figura 1 se muestra el esquema de control automático basado en tablas de búsqueda para un sis-tema de vehículo terrestre de control de dirección. El actuador de la dirección se supone que tiene alguna no linealidad sin memoria (banda muerta de la mues-tra) y algunas dinámicas asociadas con los solenoides

figura1. Sistema de dirección del tractor

L. A. Pineda Enríquez: Diseño del sistema de posicionamiento terrestre de un tractor agrícola vía GPS


o hidráulicos que impulsan el actuador. El ángulo de la rueda delantera (δ) del sensor también se supone que tiene alguna no linealidad sin memoria, esto es debido a las imperfecciones del sensor y de la geo-metría de montaje.

La Guía de navegación y Control (GnC) del equipo intenta anular los efectos de las dos no li-nealidades sin memoria que se usan en las tablas de búsqueda. Con las tablas de búsqueda ideales en su lugar, se podrán ignorar las perturbaciones y el ruido del sensor. El sistema de dirección no lineal puede ser descrito por las ecuaciones lineales siguientes [10]:

( )

( )( ),s

sK s

U scmdd = (1)

.s1

measd d= (2)

La calibración de estas tablas de búsqueda no es trivial. Los tres pasos para realizar este proceso son: (1) la caracterización directa del estado es-table, es decir, tratar de anular los efectos no li-neales en el sensor de dirección, (2) la calibración no lineal del actuador, y (3) la identificación de un modelo dinámico de precisión para describir la dirección sistema.

Para determinar experimentalmente los valores dentro de las tablas de consulta, una instrumenta-ción adecuada sería utilizar en el vehículo terrestre círculos lentos constantes con un ángulo en la rueda delantera constante, esto mientras se recogen los da-tos de rumbo de banda ancha precisos, basados en tecnología GPs. Un ejemplo de recoger estos datos es tomarlos del tractor, tal y como se muestra en la figura 1. El ángulo de la rueda efectiva se encuentra utilizando la siguiente fórmula:

,tanVL

x

ss1d W= - (3)

Los datos agregados recogidos en el tractor y la interpolación de la tabla de búsqueda del tractor eficaz ángulo de la rueda delantera se muestra en la Figura 2.

4 AcciOnAdOReSdediRección

Los accionadores de dirección también vienen en una variedad de formas. Pueden basarse en la actuación lineal o angular, y puede ser alimentado por la me-cánica, electricidad, hidráulica, o algunas combina-ciones. A pesar de sus diferencias, la mayoría de los vehículos off-road de tierra utilizan actuadores de di-rección de comportamiento no lineal.

En un esfuerzo para reducir costos, actuadores baratos son deseables para los sistemas de produc-ción. Estos actuadores baratos suelen tener regiones de banda muerta y regiones activas no lineales, así como histéresis, este último punto por lo general pue-de ser anulado a través del uso eficaz de una señal de indecisión. Ahora bien para las bandas muertas de gran tamaño y regiones activas no proporcionales se requiere algún tipo de compensación. Tal y como fue el caso con la no linealidad del sensor de dirección, la no linealidad en el actuador de la dirección puede ser corregida mediante la calibración fuera de línea, así como la identificación en tiempo real, o bucle -in-terior de control adaptativo no lineal.

Las ruedas delanteras del tractor fueron impul-sadas por un motor de KH56 series 900 type conec-tado al volante a través de una correa de goma de la unidad (Figura 3). El motor fue suministrado por el fabricante, con una alta impedancia, La anchura mo-dulada de pulso se manda al controlador del motor proporcionando una tasa de ángulo a la rueda pro-porcional a la tensión de entrada. Por lo tanto, las ruedas delanteras del tractor se accionan mediante el envío de alta corriente a través de solenoides. Esto en sustitución de una plataforma electro-hidráulica de la válvula, la cual sería más costosa.

4.1 Tractor en el campus Cuautitlán

El tractor agrícola que se utilizó es un sidena 310 do-nado por la FEs Cuautitlan UnAM (Figura 4). Este tractor se mueve en promedio a una velocidad de 4,5 m / s. sobre la base de los datos experimentales, especialmente de los neumáticos, así como los pa-rámetros de interacción con el suelo, se procedió a

figura2. Ángulo eficaz de la rueda delantera del tractor



realizar el modelo de fuerza lateral del neumático, el cual se estimó utilizando un método de identificación de parámetros. Este método de promedio pondera-do se utiliza para combinar los parámetros estimados en varios conjuntos de datos experimentales dispo-nibles. Utilizando el tiempo basado en el modelo y las respuestas de frecuencia con los parámetros es-timados, se procedió a comparar con las respuestas experimentales y de esta forma evaluar la exactitud del modelo.

En este trabajo, un carro de eje único de grano fue utilizado como el implemento de arrastre, debido a que representa el comportamiento general de un im-plemento de este tipo, además de ofrecer un sistema bien definido para ser modelado.

El estudio de este sistema será importante porque varias técnicas emergentes de automatización, tales como orientación autónoma y orientación coordinada

(orientación automática de varios vehículos respecto a la otra) tendrán que incorporar el conocimiento de los sistemas de compra de tractores y de grano.

4.2 Antena de posicionamiento

Dado que las señales de satélite GPs generalmente viajan en la banda-L y teniendo en cuenta que dichas señales no viajan bien a través del metal, la antena GPs del tractor se colocó en la parte superior, tal y como normalmente se usa en esta clase de vehículos. Desafortunadamente esto no es del todo provechoso, debido principalmente a que el objetivo de la mayo-ría de los sistemas de control de vehículos terrestres es guiar las ruedas o implemento que están conecta-das a la tierra. si un vehículo terrestre experimenta un movimiento de inexactitud significativo, grandes errores pueden ocurrir entre el sensor de posición y el punto que se requiere posicionar (ver Figura 5).

figura5. Nivel de inexactitud inducido

Este problema de ubicación de detección se re-suelve fácilmente si la carrocería del vehículo supo-ne medidas exactas rígidas y tridimensionales, las cuales deben estar disponibles. Esto se debe aplicar al sistema de pre-computación de la palanca-brazo de la antena de posicionamiento y hasta el punto de referencia del vehículo. Una corrección de palanca-brazo se puede hacer para crear un sensor artificial en el punto de interés. La corrección de palanca-brazo

figura3. Motor conectado al volante para controlar las ruedas delanteras del tractor

figura4. Tractor Agrícola Sidena 310 donado por la FES Cuautitlan UNAM



como se ha descrito en esta sección no toma en cuen-ta la flexibilidad del vehículo.

si bien las observaciones sugieren que la flexibili-dad del vehículo no es significativa, validar o invali-dar esta hipótesis puede ser un tema interesante para futuras investigaciones.

5SiSTeMAdeAdquiSicióndeSeñAleS

La adquisición de datos se refiere a “la recolección de señales medibles de fuentes del mundo real y la digitalización de esas señales para almacenamien-to, análisis y representación en una computadora” [11]. Esta información reunida corresponde a datos numéricos de tipo digital que se analizarán (y/o al-macenarán) posteriormente con una computadora. El uso de una computadora como analizador de datos permite que la adquisición sea automática, permitiendo incrementar la velocidad de recolec-ción de datos y disminuir la cantidad de errores. También, ya que las computadoras son comunes en casas, laboratorios y oficinas, el costo de imple-mentar un sistema de adquisición de datos resulta muy económico.

Los principales parámetros a considerar en el di-seño del sistema de adquisición del movimiento de un tractor son: velocidad de muestreo, precisión, re-solución, cantidad de datos, capacidades multitareas y opciones de visualización.

5.1 Protocolo NMEA 0183

nMEA 0183 es una especificación eléctrica y de da-tos combinada para la comunicación entre los dispo-sitivos electrónicos marinos por ejemplo sounder del eco, sonares, anemómetro (velocidad y dirección de los vientos), girocompás, piloto automático, GPs re-ceptores y muchos otros tipos de instrumentos. Este protocolo ha sido definido y mantenido por nMEA (national Marine Electronics Association) la cual es una asociación sin fines de lucro de fabricantes, dis-tribuidores, instituciones educacionales y otros inte-resados en equipos periféricos marinos.

Los equipos GPs que se apegan al estándar nMEA 0183 usan un formato simple AsCII y son compatibles con protocolos Rs232, sin embargo, estrictamente hablando, el estándar nMEA no es Rs232, por lo que recomiendan la conformidad con la EIA-422.

Esta sería una cadena de sentencias típicas de ca-denas AsCII del estándar nMEA 0183:

$<CR><LF> MRK,0<CR><LF> ZDA,123336.8069,17,06,2001,13.0<CR><LF> GLL,4916.45,N,12311.12,W,225444,A,*1D<CR><LF>VTG,218.7,T,2.38,H,0.18,V<CR><LF> SGD,-1.0,G,-1.0,M<CR><LF>SYS,3T,9<CR><LF> ZEV,0.28745E-006<CR><LF> NSV,2,00,000,00,0.0,00.0,00,00,D<CR><LF> NSV,7,00,000,00,0.0,00.0,00,00,D<CR><LF> NSV,28,00,000,00,0.0,00.0,00,00,N<CR><LF> NSV,1,00,000,00,0.0,00.0,00,00,D<CR><LF> NSV,13,00,000,00,0.0,00.0,00,00,D<CR><LF> NSV,4,00,000,00,0.0,00.0,00,00,N<CR><LF> NSV,25,00,000,00,0.0,00.0,00,00,N<CR><LF> &

Cabe destacar que este protocolo es el que se busca implementar en el tractor, sin embargo aun falta pro-bar y desarrollar este tipo de programación en el vehí-culo. Lo cual se documentará en un artículo posterior.

6 ReSulTAdOSydiScuSión

El análisis realizado en este trabajo se basó en el su-puesto de que la velocidad de avance del tractor per-manecerá constante y no habría ninguna entrada de dirección aplicada a los neumáticos del implemento. si la velocidad de avance fuera variando, se aplica-ría al tractor un modelo de gestión en una forma no lineal. En tal caso, el método necesita ser modificado para incluir el efecto del cambio de velocidad que se pueda transmitir al modelo del sistema.

Cuando un implemento este equipado con un sis-tema de dirección activa, esta entrada se tendrá que incluir en el modelo. sin embargo, la inclusión del ángulo de giro del implemento será sencilla y no al-terará la complejidad del modelo.

suponiendo que las condiciones del campo no cambian, varios conjuntos de datos de trayectoria de campo se pueden utilizar para reducir la incerti-dumbre en los parámetros estimados. sin embargo cabe destacar que el modelo es satisfactorio para las condiciones reales en que trabajan los tractores en el campo.

7 cOncluSiOneS

si bien se ha concluido la elaboración del sistema de detección y posicionamiento terrestre aun falta ela-borar la parte del diseño de instrumentación físico (aunque ya se cuenta con el modelo analítico). Por lo que el siguiente paso del proyecto consistirá en la prueba y puesta en marcha del diseño electrónico de-sarrollado en el presente artículo.



AGRAdeciMienTOS

Este trabajo es apoyado en parte por el Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tec-nológica, UnAM, PAPIIT # IT202712, 2012–2013.

RefeRenciAS

[1] Rodríguez Escobar F., Posicionamiento Diferencial GPs y Transformaciones de Coordenadas para el Proyecto Pumagua en C.U, B.sc. Tesis, UnAM, (2005).

[2] Cremer, J., Kearney, J., Papelis, Y.,. Driving simulation: challenges for VR technology. IEEE Computer Graphics and Applications, (1996), 16 (5), 16–20.

[3] sastry, L., Boyd, D.R.s., Virtual environments for engineering applications. Virtual Reality, (1998), 3, 235–244.

[4] schulz, M., Reuding, T., Ertl, T., Analyzing engineering simulations in a virtual environment. IEEE Computer Graphics and Applications, (1998), 18 (6), 46–52.

[5] Fales, R., spencer, E., Chipperfield, K., Wagner, F., Kelkar, A.,. Modeling and control of a wheel loader with a human-in-the-loop assessment using virtual reality. Journal of Dynamic systems, Measurement, and Control, (2005), 127, 415–423.

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[7] Karkee, M., steward, B.L., study of the open and closed loop characteristics of a tractor and a single axle towed implement system. Journal of Terramechanics, (2010a), 47 (6), 379–393.

[8] Karkee,M., steward, B.L., Local and global sensitivity analysis of a tractor and single axle grain cart dynamic system model. Biosystems Engineering, (2010b), 106 (4), 352–366.

[9] Karkee,M., steward, B.L., Parameter estimation and validation of a tractor and single axle towed implement dynamic system model. Computers and Electronics in Agriculture, (2011), 77, 135–146.

[10] O’Connor, M. L.,. Carrier-phase differential GPs for automatic control of land vehicles. PhD Tesis, stanford University, (1997).

[11] Anderson, C., Harrison, C., Betts, B., Dyer, s. A., Dement, D., Hamilton, M. H. et al.. The Mechatronics Handbook (2 ed.). Austin, TX: CRC Press. (2008).



der el concepto las componentes de frecuencia armó-nica en una función periódica no lineal.

( ) cos sinv t V a k t b k tk k0 / ~ ~= + +^ hpara k =1 hasta ∞

Donde ak y bk son los coeficientes de las compo-nentes armónicas.

Los coeficientes de los términos armónicos de una función ( )f t contenida en la ecuación anterior esta determinada por:

( ) . . , , , , ...,

( ) . . , , , , ...,

cos

sin

a f t kt dt k n

b f t kt dt k n

1 1 2 3

1 1 2 3

k

k

r

r

= =

= =

r

r

r

r

-

+

-

+

#

#

Los coeficientes representan los valores pico de las armónicas de frecuencia de la función periódica no lineal representada por ( )f t .

Los efectos producidos por las armónicas en los componentes de los sistemas eléctricos han sido ana-lizados tanto para circuitos particulares como para toda una red interconectada, no obstante en algunos casos es muy difícil cuantificarlos en forma específi-ca puesto que dependen de muchos factores.

4 efecTOSdelASARMónicASenlOSTRAnSfORMAdOReSdePOTenciA

La mayoría de los transformadores están diseñados para operar con corriente alterna a una frecuencia fundamental de 60 Hz (para el sistema eléctrico na-cional mexicano), lo que implica que operando en condiciones de carga nominal y con una temperatura no mayor a la temperatura ambiente especificada, el transformador debe ser capaz de disipar el calor pro-ducido por sus pérdidas sin sobrecalentarse ni dete-riorar su vida útil.

Las pérdidas en los transformadores consisten en pérdidas sin carga o de núcleo y pérdidas con carga, que incluyen las pérdidas I2R, pérdidas por corrientes de Eddy y pérdidas adicionales en el tanque, sujeta-dores, u otras partes de hierro. De manera individual, el efecto de las armónicas en estas pérdidas se expli-ca a continuación:

Pérdidas sin carga o de núcleo [7]: producidas por el voltaje de excitación en el núcleo.

La forma de onda de voltaje en el primario es considerada sinusoidal independientemente de la corriente de carga, por lo que no se considera que aumenten para corrientes de carga no sinusoidales.

Aunque la corriente de magnetización consiste de armónicas, éstas son muy pequeñas comparadas con las de la corriente de carga, por lo que sus efectos en las pérdidas totales son mínimos.

Pérdidas I2R: si la corriente de carga contiene componentes armónicas, entonces estas pérdidas también aumentarán por el efecto piel.

Pérdidas por corrientes de Eddy: estas pérdidas a frecuencia fundamental son proporcionales al cua-drado de la corriente de carga y al cuadrado de la frecuencia, razón por la cual se puede tener un au-mento excesivo de éstas en los devanados que condu-cen corrientes de carga no sinusoidal (y por lo tanto también en su temperatura). Estas pérdidas se pueden expresar como:

P PII h,

max

e e R

R

h

h

h H 22

1

==

=

; E/ Donde:h = armónicaIh = corriente de la armónica h, en amperesIR = corriente nominal, en amperesPe,R= pérdidas de eddy a corriente y frecuencia

nominalAunado a estas perdidas, algunas cargas no linea-

les presentan una componente de corriente directa en la corriente de carga. si este es el caso, este compo-nente aumentará las pérdidas de núcleo ligeramente, pero incrementarán substancialmente la corriente de magnetización y el nivel de sonido audible [8], por lo que este tipo de cargas se debe evitar.

5cASOdeeSTudiO

En este artículo se ha presentado tanto los efectos de las armónicas en la red eléctrica de alta tensión, así como también las especificaciones correspon-dientes para el control de armónicos en la red eléc-trica mencionada.

Con la interconexión de nuevas centrales Eo-loeléctricas al sistema eléctrico nacional que se in-crementa a partir del año 2009 [9], siendo la gran mayoría en el sureste de la República Mexicana espe-cíficamente en el Istmo de Tehuantepec en el estado de Oaxaca, se han presentado considerables efectos en la operación de la red eléctrica a causa del flujo de armónicas provenientes en su mayoría e impacto de las centrales Eoloeléctricas.

En las figuras 3 y 4 se muestran los detalles geo-gráficos y operativos de la red encargada por subarea de control Coatzacoalcos-Istmo para su operación.

C. A. Pedraza Calderón: Distorsión armónica en la red eléctrica de alta tensión generada por centrales eolo eléctricas


RefeRenciAS

[1] IEEE std 519-1992 Recommended Practices and requirements for harmonics control in electrical power systems.

[2] “secretaría de Energía,” 01 Mayo 2012. [Online]. Available: http://www.sener.gob.mx/res/1825/sECTOR ELECTRICO.pdfA

[3] secretaría de energía, Resolución por la que la Comisión Reguladora de Energía expide las reglas generales de interconexión al sistema eléctrico nacional para generadores o permisionarios con fuentes de energía renovables o cogeneración eficiente.

[4] C. sankaran. Power quality. Ed CRC PREss, new York, 2002.

[5] q. zhang, K. Gupta and V. Devabhaktuni, “Artificial neural networks – From Theory to practice”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 51, no. 12, pp. 1339-1350, 2003.

[6] L. W. Pierce, “Transformer Design and Application Consideration for nosinusoidal Load Currents,” IEEE transactions on Industry Applications

[7] IEEE C57.110-1986 “Recommended Practices for Estabilishing Tranformer Capability when supplying nosinusoidal Load Current” 1988

[8] Datos Técnicos del ACOr

C. A. Pedraza Calderón: Distorsión armónica en la red eléctrica de alta tensión generada por centrales eolo eléctricas


en 1803 construyó el primer vehículo autopropulsa-do que circuló por las carreteras estadounidenses [1], iniciando con esta acción la necesidad de regular el tránsito y el transporte (puesto que los aparcaderos tendían a ser modificados con respecto a los carros tirados por caballos).

Históricamente se pueden mencionar muchas más intenciones sobre la experimentación y cons-trucción de vehículos automotores; por ejemplo en Europa, el ingeniero de minas británico Richard Trevithick construyó el primer carruaje de vapor en 1801, y en 1803 construyó el llamado London Ca-rriage. Aunque este vehículo no se perfeccionó, las mejoras a cada invención continuaban impulsando la industria automotriz y hacían latente la necesidad de una legislación en tránsito y transporte, sobre todo para la mejora del tránsito y de la optimización de las vialidades.

Estos avances tuvieron lugar sobre todo en Gran Bretaña, donde el periodo de 1820 a 1840 fue la edad de oro de los vehículos de vapor para el transporte por carretera. Para la época eran máquinas de diseño avanzado, construidas por ingenieros especializados como Gurney, Hancock o Macerone, grandes pione-ros del desarrollo tecnológico en la industria auto-motriz.

Las condiciones de la incipiente industria auto-motriz y el desarrollo de la Ingeniería de Tránsito y Transporte fue limitada por factores sociales e inte-reses económicos, ya que los trabajadores que de-pendían de la industria del transporte con caballos, para su subsistencia fomentaron el cobro de peajes más elevados para los vehículos de vapor. Esta cir-cunstancia tenía una cierta justificación, ya que di-chos vehículos eran pesados y desgastaban más las carreteras que los coches de caballos (condición que justifica la necesidad de integrar el desarrollo de las tecnologías de tránsito y de vialidades con la auto-motriz, y no como desarrollos independientes, ya que de no concurrir en un futuro próximo los problemas de transporte personal y de carga, se convertirá en un caos social).

Asimismo, la llegada del ferrocarril significó un importante golpe para los fabricantes de vehículos de vapor. La restrictiva legislación de la Locomotive Act de 1865 [1] supuso la restricción final a los ve-hículos de vapor de transporte por carretera en Gran Bretaña, y durante 30 años impidió prácticamente cualquier intento de desarrollar vehículos autopro-pulsados para el transporte por carretera. Esto hizo que el desarrollo del motor de combustión interna tu-

figura1. Triciclo de vapor inventado por Cugnot en 1770 (http://fr.wikipedia.org/wiki/Joseph_Cugnot)

figura2. De “el Carruaje sin caballos” al “vehículo de exploración lunar” de la última misión Apolo, existe mucha tecnología de por medio, pero ¿en realidad son tan diferentes? (http://http://www.taringa.net/posts/imagenes/5567215/Imagenes-Instrumentos-y-Vehiculos-espaciales_info_.html).

E. I. Villagrán Arroyo: Infraestructura y vehículo urbano para el nuevo milenio, aplicación de la ingeniería...


volumen necesario para transportar a su conductor. ¿Distribución inadecuada de Espacio? es la pregunta obligada para establecer la relación vehículo/usuario.

En un esquema tradicional de financiamiento au-tomotriz, al hablar de costos los distribuidores y fa-bricantes, suelen externar que las ventas de automó-viles turismo nuevos han descendido, sin considerar que el precio de estos es prohibitivo para la inmensa mayoría de los habitantes ya que se arriesgan a com-prometer el 30% de sus ingresos (o más), durante tres años (o más) de los cuales los intereses, crisis y devaluaciones contribuyen a que el usuario termine pagando la deuda contraída con grandes incrementos de dinero (siendo hasta entonces los felices posee-dores de un automóvil último modelo (“de hace tres años”). Lo anterior, sin contar los gastos fijos que le generan a cualquiera que tenga un automóvil, por mencionar algunos: combustible, lubricantes, neu-máticos, mantenimiento menor y mayor, tenencias, verificaciones y otros.

Es muy difícil cuantificar el retorno de cada uno de estos gastos puesto que derivan del modelo, del estado de conservación, del uso. El rubro “otros” es, por ejemplo, particularmente importante para quie-nes viven o transitan por alguna colonia o carretera donde los asaltos y robos a vehículos son altos. Así que cualitativamente, se podría decir que el poseer un automóvil implica un gasto semejante al de cual-quier miembro de la familia, una especie de “hijo adicional” del ejecutivo, profesionista, comerciante, o asalariado, etc., cada uno regido bajo su propia con-dición económica. sin embargo es necesario que la responsabilidad sea compartida y solidaria por todos los integrantes de la sociedad, ya que de no ser así la Ingeniería de Tránsito y Transporte se mantendrá y encontrará en un escenario gris para su desarrollo.

Esta condición se puede validar al analizar el caso de aquel ciudadano modelo que afina su coche, paga sus tenencias, es cortés al conducir y tiene sus pape-les en regla, en fin, el ciudadano ideal para cualquier gobierno; se tiene que a este ciudadano ejemplar y a muchos otros toca cargar con los inconvenientes de programas como el “hoy no circula”, que en princi-pio era temporal, pero que ha llegado a ser triple, ya que esta medida tiene tendencia a aumentar con lo que eventualmente podría llegar a “toda la semana sin circular”, cuando las condiciones ambientales así lo requieran, provocando desigualdades en la pobla-ción por el derecho a tránsito utilizando vehículos automotores.

Regresando al vehículo, un dato que no muestran los distribuidores y fabricantes de vehículos automo-tores, es el porcentaje de la energía potencial del com-bustible que eficientemente se transforma en energía cinética en el vehículo. Los cálculos más optimistas hablan de una eficiencia del 33%, donde el resto de la energía se transforma en calor (otra forma de con-taminación, agregada a los gases de la combustión). En la actualidad debido al avance tecnológico de la simulación es posible encontrar diseños aerodinámi-cos modelados por computadora que proporcionan menor resistencia al aire (figura 4). no obstante, en busca de mayor información, a estimación personal se considera que el 80% de la vida útil de la mayoría de los automóviles transcurre dentro de las ciudades en donde semáforos, embotellamientos y manifes-taciones hacen totalmente inútil el diseño aerodiná-mico, al no desarrollar las velocidades mínimas para aprovechar este efecto.

Esta inconsistencia en la relación velocidad / ae-rodinámica, para el tránsito urbano se debe observar en conjunto también con la relación peso vehículo / peso pasajero, para evidenciar que solamente el 3% ó 4% del combustible transporta al pasajero, el resto se destina para mover al vehículo automotor (por lo que un incremento en el rendimiento del 10% de efi-ciencia en el motor no es significativo para promo-ver el transporte particular individual), hecho que disminuye la rentabilidad de contar con un vehículo automotor personal para desplazamiento al interior de las ciudades y maximiza la rentabilidad del trans-porte público urbano, el cual debe ser elemento de alta observancia para realizar estudios de logística y de nuevos vehículos de transporte público indi-vidual, además de analizar nuevas propuestas alter-nativas en sistemas masivos de transporte público individual, que garantice el traslado eficiente de los

figura3. Dimensiones para alojar en forma cómoda a un adulto de sexo masculino mexicano sentado (Fonseca, 1994).



año anterior, sí causa mayores estragos merced a la “unificación” de los drenajes pluvial y doméstico y al mayor número de usuarios conectados a la red, post el encarpetado de la vialidad.

Así, la circulación se hace lenta o se obstruye, los semáforos dejan de ser funcionales y al final, las vías “quedan como verdaderos campos de batalla” (pro-ducto de los baches ocasionados por las diversas si-tuaciones explicadas). Otro inconveniente, señalado por los expertos ecologistas, es que se pierde la per-meabilidad del suelo con lo que se hace imposible la recarga de los mantos freáticos, así que la ingeniería de Tránsito y Transporte debe considerar una alter-nativa para redirigir el agua pluvial a confinamientos que permitan un adecuado aprovechamiento de este recurso no renovable.

figura5. Ejemplo de vialidad. Explicado lo anterior es necesario preguntar: ¿Es

posible encender un vehículo e introducirnos al ca-mino sin más preocupación que la comodidad per-sonal?, a percepción personal puedo afirmar que la respuesta es ¡¡no!!.

A beneficio y perjuicio mutuo de la sociedad, existen reglas escritas y no escritas para transitar en el camino (una de las no escritas a perjuicio, es que el transporte colectivo siempre ganará el derecho de paso, el carril de al lado, la vuelta derecha desde el carril izquierdo y el estacionamiento en doble o triple fila), pero esas cosas se aprenden rápido. En cambio a beneficio, es necesario tener una memo-ria privilegiada “cercana a la de un superdotado” para recordar las decenas de artículos que regulan el tránsito automotriz.

Debemos preguntarnos ¿dónde quedaron esos días en que solo era necesario que una persona ca-minara frente al vehículo con una campana para anunciarlo, aquellos días en que simplemente había

que bajarse del carro, voltear a los dos lados, sonar la bocina tres veces y disparar una escopeta para cru-zar una intersección? o aquellos otros en los que se anunciaba en el periódico local que “don Fulanito” usaría su automóvil el domingo y pasaría por las ca-lles principales a la tremenda velocidad de 40 Km/h, por lo que se recomendaba guardar sus animales do-mésticos.Estas se han ido para nunca más volver. Y es porque la sociedad avanza a pasos agigantados y se necesitan reglamentaciones vigentes y buenas prácticas de cultura vial, para una nueva sociedad, por ello la Ingeniería de Tránsito y Transporte debe ser tomada con suma seriedad por la sociedad y darle su lugar dentro de la planeación de rutas urbanas y de vías de comunicación interestatales. no es suficiente contar con un profesional de la construcción (Inge-niero Civil, Arquitecto, Urbanista, etc.), es necesario un verdadero especialista del área.

Con respecto a los señalamientos viales, se po-drían llenar varios tomos de ellas. Estas se encuen-tran en colores blanco, verde, azul, amarillo, rojo. Cuando son oficiales y extraoficialmente existen las más variadas formas y colores que, no obstante, no logran competir contra los más llamativos anuncios comerciales, que confunden al conductor.

Como una conclusión parcial la capacidad actual que se puede tener en cuanto a la aplicación de la Ingeniería de Tránsito y Transporte, se ve opacada por lineamientos y restricciones como: “la velocidad máxima que se puede desarrollar en zona urbana es 70 km/h” (Reglamento de Tránsito para el Distrito Federal). Pese a todos los adelantos e innovaciones del sector automotriz, que en conjunto con la restrin-gida eficiencia del motor de combustión interna, se pueden considerar factores determinantes en la baja calidad del transporte automotor urbano.

5elSiSTeMAdeTRAnSPORTecOlecTiVO

Al ser extenso el tema del transporte colectivo, se mencionarán solo dos aspectos que caracterizan el sistema de transporte en la cuarta ciudad más poblada del país, Puebla:

a) El reglamento de Tránsito del Estado prohíbe concesionar o expedir permisos para la explotación del transporte colectivo a personas morales. Así, existe casi una persona física detrás de cada unidad o grupos de unidades. se agrupan en asociaciones para exigir el aumento de tarifas, más no para ofrecer un servicio de calidad; antes bien, cada transportista exige a su chofer



una cuota diaria sin importar las condiciones en que se logre el resultado. Por lo tanto, esta situación económi-ca genera una feroz competencia por el usuario final, no solo entre las diversas rutas, sino entre las unidades de las mismas rutas. Dicha competencia se ve mani-fiesta en los constantes abusos de exceso de velocidad y del poco respeto hacia los señalamientos y el resto de los usuarios de las vialidades.

b) Para tener una aproximación sobre el problema de la falta de planeación del sistema de transporte co-lectivo en la ciudad de Puebla, a continuación se lis-tan los nombres de las principales rutas autorizadas. Como se puede ver no es necesario conocer Puebla para entender el problema, los nombres son por de-más sugerentes del caos vial que se genera día a día:

1. Ruta 1, InFOnAVIT Amalucan – Paseo Bravo2. Ruta 2, Manuel Rivera – Centro3. Ruta 4, Unidad san Bartolo – Centro4. Ruta 5A, InF. Las Margaritas – Paseo Bravo5. Ruta 6A, zona Industrial – Centro6. Ruta 8, Mercado zapata – Paseo Bravo7. Ruta 9, Constancia – Centro8. Ruta 11, La María – Centro9. Ruta 12, san Pablo Xochimehuacan–Paseo Bravo10. Ruta 15, Tres Cruces – Paseo Bravo11. Ruta 17, Bosques de san sebastián – Paseo Bravo12. Ruta 18, Chapultepec – Paseo Bravo13. Ruta 19, InFOnAVIT La Rosa – Centro14. Ruta 20, InF. Loma Bella – Paseo Bravo15. Ruta 22, InF. La Margarita – Paseo Bravo16. Ruta 25, san Ramón – Paseo Bravo17. Ruta 25A, Colonia Coatepec – Centro18. Ruta 27B, Aceitera – Paseo Bravo19. Ruta 28A, Pepsi Cola – Paseo Bravo20. Ruta 29A, Frac. Vista Hermosa – Centro21. Ruta 30A, Unidad V.W. – Centro22. Ruta 32, Bosques de san sebastián – Paseo Bravo23. Ruta 34A, Mayorazgo – Paseo Bravo24. Ruta 37, Alamos – Paseo Bravo25. Ruta 38, COnAsUPO – Centro26. Ruta 41, InF. Amalucan – Paseo Bravo27. Ruta 42, González Ortega – Centro28. Ruta 43, InF. La Flor – Paseo Bravo29. Ruta 44A, Penitenciaría – Paseo Bravo30. Ruta 58, nueva Resurrección – Centro31. Ruta 65, Unidad V.W. – Paseo Bravo32. Ruta 76, Valle del sol – Paseo Bravo

La consideración conceptual del porqué, al me-nos estas 32 rutas concurren en el lugar denominado Paseo Bravo, es debido a que este se ubica a cinco

calles del Centro Histórico de la Ciudad [4], que an-teriormente se consideraba el polo laboral más im-portante. Con los actuales desarrollos industriales y residenciales es prioritario un rediseño de las rutas de transporte colectivo, que atiendan las nuevas necesi-dades de movilidad vial.

6elcOnducTOR

En este apartado me permitiré expresar una descrip-ción sensible de un usuario del sistema de Transporte Privado y Colectivo:

El conductor es una persona totalmente diferente a la que se conoce cuando tenemos la oportunidad de estrecharle la mano. Al volante de un vehículo casi todo ciudadano normal se transforma en un “guerre-ro del camino”, en un “sobreviviente de la jungla de asfalto”, agrediendo y siendo agredido por propios y extraños, luchando a cada momento por un lugar en la fila de al lado que por unos instantes aparenta moverse un poco más rápido para luego, una vez lo-grada la hazaña, quedarse detenida en espera de que un taxista se ponga de acuerdo en el cobro de una dejada con algún cliente potencial. Una vez recupe-rado el aliento y la calma, nuestro conductor logrará (si tiene suerte) encontrar un espacio disponible para estacionarse, desde luego, a 10 cuadras de su destino.

surge la pregunta ¿Para qué entonces se anhela tener automóvil propio?, las respuestas no diferirán mucho:

• Porque “los microbuses” o “combis” siempre van llenos.

• Porque “los microbuses” o “combis” siempre andan corriendo.

• Porque ninguna ruta pasa por mi casa, trabajo, escuela, etc.

• Porque necesito salir a cualquier hora.• Por comodidad.Pocos se animarían a confesar que el vehículo

les proporciona una sensación de estatus en la so-ciedad y muchos menos mencionarán la “sensación de poder”, así que tal parece que es necesario citar las palabras de un integrante a nivel gerencia de la industria automotriz:

“El reto del futuro está claro, tenemos que hacer compatible un automóvil eficiente y no contaminante, con el deseo del hombre de tener su medio de trans-porte individual y con la necesidad de preservar nues-tros recursos y nuestra salud. El uso del automóvil ha crecido y sigue creciendo. Las tendencias en el núme-ro de propietarios apuntan a un crecimiento del 100%



en los próximos 20 años, lo cual significa que tendre-mos 1,200 millones de motores circulando por la faz de la tierra para el año 2015. El principal crecimiento de la flotilla de automóviles en el mundo, lo experi-mentarán los países en vías de desarrollo. Y está fuera de toda posibilidad el detener ese crecimiento, todos queremos vender más automóviles y todos queremos comprar más automóviles, pero la solución radica en el uso sabio y mesurado que hagamos de ellos...”

¿será cierto que todos necesitamos comprar más automóviles?, ¿O es que simplemente no se visualiza otra alternativa, para el confort de la movilidad local y regional?

si se reflexiona mejor, se identifica que lo que realmente queremos (y se necesita) es transportarnos de forma cómoda, eficiente, segura, económica y a tiempo ¿o no? Por ello, se presenta:

UNA PROPUESTA PARA EL FUTURO DE LA MOVILIDAD URBANA, COMENZANDO HOY

Para iniciar este apartado es necesario realizar un ejercicio de creatividad, imagine solo por un momen-to que le deja de importar todo lo siguiente:

1. saber manejar2. que los demás sepan manejar3. Tener licencia4. Los reglamentos de Tránsito5. Los señalamientos viales6. que aumente de precio la gasolina7. Las verificaciones8. El “Hoy no circula” y la contaminación de los

vehículos automotores9. Lavar el coche10. Llevarlo al taller11. Buscar estacionamiento12. Tener cochera o pagar la renta de una13. que le roben sus autopartes o peor aún el coche14. Los congestionamientos15. Los accidentes viales16. Los consecuentes pleitos en retenes, agencias

del Ministerio Público o juzgados dependiendo de la gravedad, la necedad u orgullo de los parti-cipantes

17. El estado del pavimento18. si es de día, de noche u hora pico19. que esté lloviendo20. Los vendedores, limpiaparabrisas, payasos, etc.,

de los cruceros21. El ruido de motores, frenadas bruscas y cláxones22. Y otras cosas muchas cosas implícitas

¿Imposible? ¡no! En principio ¡es posible!, veamos cómo puede ser.En general, si dejamos de preocuparnos por al-

gún objeto o situación es porque nos deja de inte-resar, al menos de manera directa, o cuando deja de tener un valor significativo (material o senti-mental). Esto también aplica a la sensación de des-truirlo o robarlo, tal como sucede en el caso de los llamados bienes públicos (sobre todo si son nuevos o poco usuales).

De esta manera el pensar que los automóviles sean propiedad o bien del Estado o de la iniciativa privada donde ellos se encarguen de la operación y mantenimiento de los mismos. significaría una dis-minución de las problemáticas sociales en la vida de cada persona.

Pensar en evitar las situaciones anteriormente mencionadas, con los vehículos actuales resulta ab-surdo, ya que el parque vehicular debe modificarse, éste tiene que evolucionar hasta alcanzar la verda-dera cualidad de auto–móviles, esto es, vehículos con movimiento “autónomo” al menos para el pa-sajero. Al lograrse lo anterior deja de importar la edad, sexo y la mayoría de las condiciones físicas del conductor, puesto que el vehículo no requeriría de un conductor. La ventaja adicional es que el pa-sajero podría aprovechar el tiempo de viaje (muy poco según explicaremos más adelante) en terminar el reporte, la tarea, estudiar para el examen, peinar-se, maquillarse, pintarse las uñas, etc. con toda co-modidad y seguridad.

A la pregunta ¿quién conducirá entonces? Una respuesta obvia, es una computadora. Máquinas di-señadas ex profeso, con capacidad para efectuar mi-llones de operaciones por segundo y simulación en tiempo real. Es posible que en un principio existan computadoras por zonas, las cuales, una vez trazada la ruta, se encargarán de conducir al vehículo entre fronteras, para dejar el control a la siguiente línea una vez fuera del alcance de una de ellas.

Deberán contar con una base de datos que se ac-tualice diariamente a fin de pronosticar la demanda a cualquier hora de cualquier día en cualquier zona de la ciudad, es decir, que deberán proveer el sufi-ciente número de vehículos para satisfacer la deman-da en cada zona, por lo que la misma computadora decidirá cuándo manda un vehículo de vacío a otra zona, cuántos deben estar “patrullando” aquella otra y cuántos deben enviarse las “estaciones”, en espera de ser necesitados y así ahorrar energía y ganar flui-dez en el tránsito.



se obvia mencionar que la definición instantánea de rutas alternas por saturación o detención del tráfi-co será un proceso de decisión de cada día. Las com-putadoras también regularán la velocidad de traslado, misma que será casi constante, ya que no será nece-sario que existan ni semáforos ni señales de alto o ceda el paso, esto se puede lograr sincronizando las velocidades de todos los vehículos que transiten en cada zona (de ahí la idea de una computadora por zona). Los vehículos podrán desplazarse con interva-los tan pequeños como 10 cm. uno de otro si es que se decide manejar la circulación por “trenes” o bien más espaciados para permitir el paso indistintamente en los cruceros (el pánico que causará a los viejos con-ductores irá disminuyendo conforme se den cuenta que el sistema es seguro, para la segunda generación esto será de lo más normal).

no es posible visualizar si será más conveniente mantener las vías en un solo sentido o transformarlas todas a doble circulación, la velocidad inicial prome-dio la estimo entre 40 y 60 km/h, con posibilidades de aumentar, por ejemplo, en trayectorias de extremo a extremo. Lo anterior conducirá a tiempos de viaje de entre 10 y 15 minutos en promedio y lo más im-portante, de puerta a puerta.

¿Y los peatones? Ellos podrán circular por las aceras y en los cruces deberán utilizar pasos supe-riores o inferiores (eléctricos para mayor comodidad) y que no requerirán de ser tan altos como ahora por razones que explicaremos más adelante. Y será ab-solutamente necesario el uso de los pasos, ya que los vehículos no se detendrán (salvo en casos de extrema urgencia) y la circulación será totalmente continua. Desde luego el sistema deberá ser provisto de subsis-temas redundantes y de falla segura.

¿Cómo abordar dichos vehículos? El detener un vehículo vacío para su abordaje será tan sencillo como presionar un botón (en paraderos) y la dispo-nibilidad será de apenas unos segundos (recordar la base de datos y las proyecciones de la computadora). Una vez abordado el vehículo, el pasajero podrá in-dicar verbalmente su destino, personas carentes del habla podrán indicarlo en una pantalla sensible y los de mayores limitaciones físicas podrán ser auxiliados de la misma forma en que ahora se ayuda a los invi-dentes a cruzar las calles. Problemas como “no se la dirección” o “voy hacia el centro” serán resueltos por personal especializado, si no es que por las propias computadoras.

La maniobra de descenso será expedita, el asiento saldrá lateralmente del vehículo para dejar al pasaje-

ro sobre el suelo. Vehículos especiales servirán para trasladar heridos o personal de emergencia, la com-putadora se encargará de dejar el paso libre a este tipo de situaciones. Las evacuaciones por contingencias podrán ser realizadas de manera pronta ya que las ru-tas automáticamente se dirigirán a los resguardos sin ningún caos vial.

Las características inevitables para estos vehícu-los serían:

“El combustible faltará un día; es evidente. se im-pondrá una cesantía forzosa a todas las máquinas del mundo, como no se encuentre un nuevo combustible que remplace al actual. En una época más o menos remota, no habrá ya depósitos, como no sean los que cubre una eterna capa de hielo en la Groenlandia, o en las cercanías del mar de Baffin, y cuya explotación es casi imposible. Este es el porvenir inevitable.

Los depósitos de América, prodigiosamente ri-cos aún, los del Lago salado, los de Oregón, de la California, no darán un día más que producto insufi-ciente. sucederá lo mismo con los depósitos de Cabo Bretón y de san Lorenzo, de los Alleghanis, de la Pennsylvania, de la Virginia, del Illinois, de Indiana y de Missouri. Y aunque los depósitos de América del norte sean 10 veces mayores que todos los del mundo, no se pasarán cien siglos sin que el monstruo de millones de bocas de la industria haya devorado el último pedazo de combustible del globo.

La escasez, como es fácil conocer, se dejará sentir primero en el antiguo mundo. Existen gran-des capas de combustible en Abisinia, en natal, en zambegue, en Mozambique, en Madagascar; pero su explotación regular ofrece grandes dificultades. Las de la Birmania, de la China, de la Cochinchina y del Japón, y las del Asia Central se agotarán en breve. Los ingleses vaciarán Austria de todo combustible, tan abundante en su suelo, antes de que falte en el Reino Unido. Y en esa época, los filones de Euro-pa, explotados hasta sus últimas venas, habrán sido abandonados”

Este discurso de “candente actualidad” no per-tenece a ningún texto especializado, ni tampoco se refiere al petróleo, aunque sí es tratado con toda la seriedad y preocupación del caso. quien lo escribió fue Julio Verne y el combustible al que se refiere es el carbón mineral o hulla [9].

Así que la historia se repite y se seguirá repitiendo mientras sigamos quemando los recursos no renova-bles del planeta, llámese carbón, petróleo, gas, me-tanol o lo que quieran. La respuesta está en el ente, al cual debemos prácticamente toda la energía de la



tierra y aún nuestra vida y que estará ahí mientras nosotros también estemos aquí, el sol. De manera co-loquial como “el sol sale para todos”, no es necesario pelear o especular con este recurso, lo que es necesa-rio y urgente es aprovecharlo.

La manera inmediata en que se podría aprovechar la energía solar es a través de fotoceldas, éstas se en-cargan de transformarla en energía eléctrica y su uso incipiente se manifiesta en relojes, calculadoras, telé-fonos de emergencia, parrillas y calentadores, princi-palmente, sin embargo, con el perfeccionamiento de la tecnología, pronto estarán en condición de aumentar su eficiencia del actual 30% a algo así como el 90%.

Una vez transformada la energía y con los acu-muladores necesarios para utilizarla de noche, será posible alimentar nuestra red urbana y no solamente en el transporte. En principio pareciera que se debería dotar a los vehículos de un motor eléctrico que toma-ra la energía del sol, tal y como lo hacen los vehícu-los que se han enviado a la Luna o a Marte, pero esto sería un error y acarrearía el mantener esencialmente el mismo sistema vial actual, ¡no!, la que debe tener y proporcionar la energía es: la vía.

La forma de lograr el movimiento sería, en prin-cipio, la misma que la de los trenes de levitación electromagnética, que son ya una realidad y que a su vez se basan en el principio de los años ciencuen-ta de los aceleradores de partículas. supóngase que sobre el camino (que no necesariamente debe estar pavimentado), se tienden tres hilos capaces de con-ducir impulsos electromagnéticos sincronizados a una computadora, el hilo central sería el encargado de trasmitir los impulsos y los laterales de la estabili-dad y la posibilidad de dar vuelta y cambiar de carril. Lo que se necesita es un material superconductor en la base del vehículo, de esta forma, cualquier cam-po electromagnético sobre los hilos conductores será inmediatamente inducido al superconductor. Al tener la misma polaridad ambos campos el efecto es que se repelen por lo que el vehículo podrá “levitar” unos 5 ó 10 cm sobre el suelo, un campo de signo opues-to al frente del vehículo lo atraerá y una del mismo signo en la parte posterior lo repelerá, con lo que se conseguirá el movimiento.

Las dimensiones y peso de los vehículos podrán reducirse a las medidas estrictamente necesarias para el transporte. Por ejemplo, ya en el inicio de este tra-bajo se mencionaban las dimensiones necesarias para albergar (y por lo tanto transportar) cómodamente a una persona adulta de sexo masculino sentada, (1.4 x 1.05 x 0.75 m). Pensando en la posibilidad de

viajar con hasta 3 niños muy pequeños, con un ac-cesorio como la bolsa del mandado, el portafolio, la mochila o algo similar. Resulta conveniente pensar en un espacio similar en la parte posterior, por lo que las dimensiones de estos “unicarros” podrían ser de: 3 x 1.05 x 0.8 m, lo que abre la posibilidad de enviar de tres a cuatro unicarros en cada uno de nuestros actuales carriles, de esta forma, la capacidad vial se triplicaría sin requerir ninguna obra adicional.

Puesto que ya no se deberán resistir impactos, los materiales pueden ser mucho más ligeros y por ende económicos. se puede pensar en el reciclado de au-topartes antiguas, bolsas de polietileno, pet, etc., de modo que el peso inicial del unicarro andará por los 150 Kg con posibilidades de reducirse a la mitad en el futuro (a eso se deberán dedicar las actuales com-pañías automotrices).

El transporte de carga se realizará en unicarros de carga especiales, cuya posibilidad ya se había comentado. Estos unicarros podrán ser de mayores dimensiones (la computadora se encargará de sincro-nizar los impulsos de dos o más vías contiguas y de enviarlos por la mejor ruta) y ya que se ha demos-trado su eficiencia. Podemos proponer la creación de “contenedores urbanos” con ciertas características y diferentes capacidades para diversas necesidades pero estandarizados. La carga verdaderamente gran-de o pesada tendrá que ser transportada “a la anti-gua” y con horario especial para afectar al mínimo el sistema. Con dimensiones reducidas, la altura de los pasos peatonales también disminuirá haciendo más atractivo su uso.

Familias o grupos que viajen juntos lo harán en varios unicarros con la misma ruta (tendrán que sus-pender su plática unos minutos como lo hacemos ac-tualmente al viajar más de dos en un autobús).

Posiblemente habrá quien insista en la necesidad de tener su propio vehículo, ¡peor para él!, aunque totalmente posible; lo más que podrá ganar será adi-cionarle algún equipo electrónico personal, pintarlo de otro color, cambiar las vestiduras y algún otro accesorio, sin embargo, será difícil que su unicarro sea más grande. Adicionalmente tendrá que desper-diciar espacio en una cochera, preocuparse por su mantenimiento y lo que es peor, tardará más tiempo esperando su unicarro, ya que los estacionamientos como tales no tendrán razón de ser y la computadora lo enviará a la terminal más cercana. ¿Conducción manual? ¡ni hablar!, el sistema no se podrá poner en riesgo por alguien a quien le gusten las emociones fuertes.



El costo económico y social del ambiente será mucho menor tanto para el país como para los parti-culares, siempre y cuando seamos capaces de aceptar la alternativa del “otro miembro de la familia”. La forma de cobro del transporte podrá ser por abonos, boletos tipo el metro, por impuestos similares al pre-dial, el agua, etc., en fin, alguien se las ingeniará para cobrar por el servicio a fin de mantenerlo, perfeccio-narlo y expandirlo (unicarros más veloces podrán ofrecer el servicio interurbano).

Muchas actividades podrán desaparecer, otras más se modificarán como se ha modificado la actividad del antiguo herrador de caballos al actual talachero. El servicio de taxi se utilizará ya no para transportar personas sino paquetes y mercancías, pero ¡vamos!, no se pretende tener todas las respuestas, antes bien, se ha intentado plantear una serie de contradicciones que existen en nuestro actual sistema de transporte y proponer una alternativa difícil pero factible.

7cOncluSiOneS

Considero a título personal que aquel gerente men-cionado está equivocado, no queremos comprar más automóviles (aunque ellos si quieran venderlos) y sí se puede detener ese avance, todo depende de a qué le queremos apostar para el futuro, ¿seremos capaces de tomar la decisión correcta?

El desarrollo de la actual propuesta es un reto para los futuros maestros en Ingeniería de Tránsi-to y Transporte, sin duda alguna la decisión sobre concesionar el transporte público a figuras morales deberá acompañarse de políticas públicas y partici-pación ciudadana. Esta profesión deberá reconocer su potencial y encontrar en el presente trabajo una motivación a su creatividad e innovación, para ser cultivada como una línea de investigación que dé

origen a una alta producción de trabajos de tesis, no como soluciones del actual sistema de transporte, sino como alternativas de solución del sistema de transporte del futuro. Es decir, trabajar en el futuro del sistema de Tránsito y Transporte de la nación, baste recordar las grandes innovaciones que ha pro-ducido la proyección literaria de Julio Verne.

AGRAdeciMienTOS

A J.A. Escobar, M. Galiote y a F. Candia por sus co-mentarios y revisión crítica del presente manuscrito.

RefeRenciAS

[1] Encarta, (1997), “Industria del Automóvil”, Enciclopedia Microsoft® Encarta® 98 © 1993-1997, Microsoft Corporation.

[2] Flores C, (1990), “Los Accidentes de Tránsito”, Ed. Porrúa, México.

[3] Fonseca X, (1994), “Las Medidas de una Casa”, Árbol Editorial, México.

[4] GPR (1997), Guía Práctica de Rutas Colectivas de la Ciudad de Puebla, Puebla, México.

[5] nTT (1993), nuevas Tecnologías de Transporte, Publicación Técnica no 47 Instituto Mexicano del Transporte, México.

[6] RAM (1997), Revista Auto Modelos no 3, Motorpress Luike–Televisa, México.

[7] Gobierno del Distrito Federal, (2003) Reglamento de Tránsito del Distrito Federal

[8] R4 (1996), Revista “4 Ruedas”, Ed. El planeta, “El automóvil y su futuro”, agosto, México.

[9] Verne J., (1969), “Las Indias negras”, Ed. Porrúa, colección “sepan Cuantos” no. 361.

[10] Villagrán E.I., (2001), “Reconstrucción de hechos de tránsito terrestres”, Tesis de maestría, Facultad de Ingeniería, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México.



1 inTROducción

Históricamente, señala Crawford [2], las company towns dependían de la naturaleza y viabilidad de la industria que las sustentaba, por ello es que apare-cieron de diferentes formas, localizaciones y acti-vidades. Para Crawford son formas incipientes de urbanización. Por su parte, Garner [3] observa que el establecimiento de estos pueblos industriales obe-decía a la lógica del sistema industrial capitalista de principios del siglo XIX hasta los inicios del XX, que se caracterizan por ser industrias intensivas en fuerza de trabajo y con tecnologías que no podrían conside-rarse de punta. De acuerdo con Garner, estos desarro-llos fueron el resultado de la actividad industrial de una o más empresas.

La estrategia de las company towns era apro-vechar eficientemente la fuerza laboral, de ahí que este tipo de asentamientos lo incluyeran todo o casi todo: lugar de trabajo, vivienda para los trabajado-res, centros religiosos y de esparcimiento, tiendas, escuelas, entre lo más sobresaliente. sin embargo, el centro del poder era la industria misma, la cual estructuraba cierto orden a las actividades o tareas extra laborales.

Las company towns fueron algunas de las expre-siones más importantes del desarrollo comunitario en la era inicial del capitalismo industrial, que si bien pueden ser explicadas desde una perspectiva comu-nitaria, cultural y simbólica, también es necesario reconocer que el interés económico capitalista era el preponderante y, en este sentido, el poder ejercido por el capitalista denotaba el dominio y predomino de este interés.

Ahora bien, las company towns se establecieron en diversos ramos de negocios como los mineros, por ejemplo los copreros, metalurgia, algodón, etc., Gar-ner en su obra “La Company Town Industria y Espacio en el siglo XIX” señala que las company towns tienen su origen en la tecnología de la fuerza hidráulica.

Ésta, en realidad es una fuerza motriz que es pro-ducida por el impulso generado a través de una fuer-za natural, como puede ser el agua de una cascada. La fábrica textil de Metepec, para generar su fuerza mo-triz, llevaba el agua por puentes y acueductos cuya longitud llegaba a ser hasta de 3.7 kilómetros y cuya anchura promedio era de 2.7 metros, desde el pueblo de san Pedro Atlixco, hasta la llamada presa de la compañía construida de piedra labrada y que tenía capacidad para almacenar hasta 4800 metros cúbicos de agua, construida con sus respectivas compuertas de desfogue de las que se tomaban 1400 litros de agua por segundo. Después de una caída de 153 me-tros dentro de una tubería de presión el agua movía una línea de cuatro modernas turbinas horizontales de fabricación suiza, las que producían 4464 caba-llos de fuerza, de los cuales solo se empleaban 2562 y los restantes se proyectaba aplicarlos en el futuro para una ampliación de la fábrica y que debido al es-tallido de la Revolución en el año de 1910, ya no se realizó tal proyecto de ampliación.

Las turbinas definitivamente representaban para la época un gran avance comparada con las ruedas hidráulicas; a diferencia de éstas, las hélices de las turbinas estaban herméticamente cerradas en una cu-bierta metálica, por lo que el agua pasaba a presión produciendo así más fuerza a partir de la misma can-tidad de agua. Las turbinas de Metepec transmitían su movimiento a los diferentes departamentos de la fábrica y solo a una parte de la maquinaria de es-tampado, ya que era la que no se movía por energía eléctrica. Generada la energía eléctrica requería de un mecanismo de transmisión y esto se lograba median-te ejes y bandas, y finalmente el mecanismo receptor de esta fuerza que lo constituía precisamente la má-quina o herramienta de trabajo. Toda la maquinaria textil de Metepec era de fabricación inglesa, traída directamente de Bolton, Inglaterra.[1]

Desde 1892 hasta 1902 se instalan múltiples e im-portantes factorías. Puebla muestra un considerable incremento en su número. En 1892 tiene 17; en 1899, 29; en 1906, 35; en 1908, 40; hasta llegar a 46 en 1910. Alrededor del año 1900 existían en la república 153 fábricas textiles, de las cuales 29 pertenecían a Puebla, lo que significó el 18.9%. Para 1910–1911 de un total de 145 correspondían 46 a Puebla, por lo que su participación asciende al 30.3%. En 1920 las fábricas activas del ramo textil del algodón llegaron a 120, siendo 46 (36.7%) las de Puebla, y en 1929, de 139 fábricas activas en la misma rama, 51 le pertene-cían; lo que representa también el 36.7%.

Recibido 1 de noviembre, 2012; aceptado 13 de noviembre, 2012

Ignacio PALACIOs MOTOLIníAM. en C. Profesor investigador del Colegio de Ingeniería Textil, Fa-cultad de Ingeniería, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Tel. (222) 229 5500 ext. 7628Correo electrónico: [email protected]

Yamil Omar DíAz BUsTOsDr. Estudios Organizacionales, Profesor de Carrera, UnAM FEs Aragón, Tel. (555) 623 1016Correo electrónico: [email protected]

I. Palacios Motolinía, Y. O. Díaz Bustos: Auge y declive de la fábrica textil de Metepec, en Atlixco, Puebla


La importancia de la entidad, a nivel de la produc-ción textil, se refleja de igual manera en el peso que tiene esta rama en la industria de la transformación de la región, pues ella conforma uno de los ejes fun-damentales de la actividad económica, por lo menos hasta los años cincuenta.

2 fundAcióndelAfábRicAdeMeTePec

En el año de 1899 un grupo de empresarios, en su gran mayoría de origen francés aunque encabezados por el empresario español Luis Barroso Arias, deci-dieron fundar en el pueblo de Metepec, de la región de Atlixco, en el estado de Puebla una sociedad anó-nima por acciones y decidieron llamarla “Compañía Industrial de Atlixco, s.A.”; esta acción condujo a la construcción de una fábrica textil a la que llamaron “Fábrica Textil de Metepec” y su caserío industrial muy al estilo de las llamadas company towns de fi-nales del siglo XIX, donde se construía un gran ca-serío cerca del centro de trabajo para proporcionar vivienda digna a todos los empleados y obreros que allí laboraban.

La decisión de fundar la “Compañía Industrial de Atlixco” fue tomada en sesión celebrada el 13 de febrero de 1899 por el consejo de administración, según consta en el archivo Compañía Industrial de Atlixco sociedad Anónima (CIAsA) del museo obrero de Metepec y que dice:

“Asistieron a la primer sesión previa convocato-ria: el presidente sr. Don Antonio Basagoiti y los con-sejeros señores Don Luis Barroso Arias, Don Agustín Garcín, Don Leopoldo Gavito, Don santiago Are-chega y Don Benjamín Onsin Aragón. se procedió al nombramiento de secretario y quedó electo para tal cargo el que hace las veces de gerente, que lo es Don Luis Barroso.

”El presidente ordenó se diera cuenta con la es-critura social y acta de la asamblea en la que fueron aprobados los estatutos y leídos, el presidente declaró que por haberse llenado las formalidades que la ley mercantil exige, quedaba constituida la “Compañía Industrial de Atlixco, sociedad anónima” e instalado el consejo de administración, el que comenzaba a funcionar desde la fecha, con los consejeros propie-tarios nombrados en la cláusula decima séptima de la escritura social.

”El señor presidente dio cuenta de que los traba-jos del canal están ya concluidos, y manifestó que hará la construcción del edificio, para la utilización

de la potencia motriz, y su trasmisión, y para poner la fábrica en aptitud de que funcione y produzca los hilados, tejidos y pintado, era necesario comprar en Europa diversos artefactos, maquinaria, herramientas y útiles, cuya adquisición podría hacerse en condicio-nes más ventajosas, si se comisionara para ello a una persona apta y honrada, bien conocida por el consejo, al que propuso acordarase hagan tales compras y se nombre al comisionado. Aprobada la iniciativa del presidente, se nombró como comisionado al conseje-ro Don Félix Martino: se autorizó al presidente para que otorgue y suscriba el poder correspondiente al señor Martino, con todas las facultades que a juicio del presidente sean necesarias al objeto y conduzcan al fácil y expedito desempeño de la comisión con-fiada a dicho señor, y se designó como suplente para sustituirlo en el consejo, durante el desempeño de la comisión al señor Don Iñigo noriega”.

La CIAsA reunió a algunos de los empresarios más destacados de la ciudad de Puebla tal como se presenta en el cuadro 1.

3 elAuGePROducTiVOdelAfábRicA

Durante los años de la segunda Guerra Mundial la actividad textil logra un desarrollo significativo al en-contrar el momento propicio para trabajar a toda su capacidad, teniendo que instalar los terceros turnos para satisfacer las necesidades de la demanda. Los empresarios mexicanos se benefician de este auge productivo y ponen todo su esfuerzo a favor de la producción utilizando la maquinaria instalada hacia finales del siglo XIX y las dos primeras décadas del XX. Desde luego esta maquinaria sufre algunos cam-bios en el afán de hacerla más productiva.

El desarrollo económico de Puebla en la primera mitad del siglo XX se caracteriza por el predominio de la industria textil. Así, prosperidad o depresión de-pendían en gran medida de los vaivenes que sufría la rama. En 1935 ésta condensaba: población ocupada, producción e inversiones. Del valor de la producción, que ascendía a 72 millones 902 mil pesos, concentra-ba las dos terceras partes. solo se le aproximaba la industria alimenticia con un monto productivo de 11 millones 119 mil pesos.

Las fábricas textiles en la entidad poblana con-centraban 257 mil 139 husos, cifra que corres-pondía al 30.82% de la totalidad del país y única-mente Veracruz y el Distrito Federal poseían una magnitud parecida con 162 mil 108 y 103 mil 182 respecti vamente.



Los repetidos ataques de grupos armados y el des-contento obrero hacia el patrón fueron causas de la primer debacle de “el gigante de las fábricas textiles” la fábrica textil de Metepec, la cual aunque en 1918 reinició operaciones lo hizo en un clima de descon-fianza por parte de los inversionistas y de incertidum-bre por parte de los obreros por la amarga experiencia vivida durante los tiempos críticos de la revolución mexicana, esto aunado al olvido o poco caso hacia la función social por parte del sindicato fueron lastres que cargó con ellos y que finalmente en 1967 provo-caron el derrumbe total de la que fue la más impor-tante fuente de trabajo para la región de Atlixco.

bibliOGRAfíA

[1] Castellanos Arenas, Mariano (2009 )Tan lejos y tan cerca. Los asaltos de fuerzas revolucionarias a la fábrica textil de Metepec 1911-1917. Puebla, BUAP, Edit. Colección conmemorativa.

[2] Crawford, Margaret (1995) Building The Workingman´s Paradise. The Design of American Company Towns. Uk, ny Verso.

[3] Gardner, John s. (1992) The Company Town Architecture and society In The Early Industrialization. nueva York Oxford University Press.

[4] Lombardo, Macela (2005) Vicente Lombardo Toledano y el movimiento obrero, México, Edit. Centro de Estudios Filosóficos, Políticos y sociales-sEP.

[5] Gamboa Ojeda, Leticia (2000) Historia e Imágenes de la Industria Textil Mexicana Edit. Cámara de la Industria Textil de Puebla y Tlaxcala

[6] Gamboa Ojeda Leticia (2001) La Urdimbre y la TramaEdit. Fondo de Cultura Económica

[7] Malpica, s.O. (1985). Metepec, la máquina urbana. Puebla: BUAP.

[8] Pascual Moncayo Pablo y Trejo Delarbre Raúl (1993) Los sindicatos Mexicanos ante el TLC

[9] México, FOMEs –sEP.



punto a otro a través de la radiación electromagnéti-ca “ordinaria” suele ser ineficiente, e incluso resulta peligrosa, ya que las ondas tienden a dispersarse en todas direcciones, así que la mayor parte de la ener-gía se pierde en el entorno.

2 AnTecedenTeS

Es difícil atribuir la invención de la radio a una única persona. En diferentes países se reconoce la pater-nidad en clave local. Por ejemplo; Aleksandr stepá-novich Popov, que hizo sus primeras demostraciones en san Petersburgo, Rusia; nikola Tesla en san Luis (Misouri); Guillermo Marconi en el Reino Unido o el comandante Julio Cervera en España [1].

En 1873 el físico escocés James Clerk Maxwell formuló la teoría de las ondas electromagnéticas, que son la base de la radio. En 1888 el físico alemán Heinrich Hertz descubrió las radioondas. En 1895 el italiano Guillermo Marconi construyó el primer sis-tema de radio, y en 1901 logró enviar señales a la otra orilla del Atlántico. El español Julio Cervera Bavie-ra, que trabajó tres meses en 1898 en el laboratorio privado de Marconi, es, según investigaciones reali-zadas por un profesor de la Universidad de navarra [1], el inventor de la radio; Marconi inventó antes de Cervera la telegrafía sin hilos, pero no trabajó en la radio hasta 1913, mientras Cervera fue quien resolvió los problemas de la telefonía sin hilos, lo que conoce-mos hoy día como radio, al transmitir la voz humana –y no señales– sin hilos entre Alicante e Ibiza en 1902, y llegó a registrar la patente en cuatro países: España, Inglaterra, Alemania y Bélgica.

Las primeras transmisiones para entretenimien-to regulares, comenzaron en 1920 en Argentina. La primera emisora de carácter regular e informativo es considerada por muchos autores [1] la estación 8MK (hoy día WWJ) de Detroit (Estados Unidos), perte-neciente al diario The Detroit news, que comenzó a operar el 20 de agosto de 1920, aunque muchos auto-res opinan que es la KDKA de Pittsburg, que comen-zó a emitir en noviembre de 1920, porque obtuvo una licencia comercial antes que aquélla.

Justo ahora debido a la creciente necesidad de fuentes alternativas de energía que sean sustentables y no dañen el ambiente, y también debido a que las tec-nologías existentes de energía alternativa son aún muy costosas, parece necesario idear nuevas formas econó-micas y sobretodo innovadoras a la hora de generar energía eléctrica. En el presente artículo se describirá una manera de hacerlo, utilizando ondas de radio.

Cabe recalcar que generar energía eléctrica utili-zando RF no es una idea nueva, tal y como lo muestra Marin soljacic, del Instituto Tecnológico de Massa-chusetts (MIT), y sus colegas Aristeidis Karalis y John Johann Opoulos, ellos han realizado una inves-tigación en la física de los campos electromagnéticos, demostrando cómo la energía inalámbrica podría ali-mentar en el futuro los equipos electrónicos. El grupo del MIT también está trabajando para demostrar en la práctica esta tecnología [2], tal y como se analizará más adelante.

3 ObJeTiVO

El presente artículo tiene como finalidad proponer el desarrollo de un dispositivo que pueda proporcionar energía eléctrica de una manera sustentable sin dañar el medio ambiente y de manera inalámbrica y que sea capaz de alimentar una casa común. La importancia de esta idea radica principalmente en innovar la ma-nera en que se pueda transmitir la energía eléctrica; si ésta es transportada por el medio ambiente (RF) se ahorraría mucho en cuanto a cableado e infraestruc-tura y esto reduciría los costos.

4 deSARROllO

El proyecto que se propone en el presente artículo tendrá el fin de transformar las ondas de RF (radio-frecuencia) a través de una antena, la cual actuará como un receptor de ondas RF del medioambiente.

Esta antena causará una corriente inducida, que será amplificada por una bobina. Cuando la corrien-te circule por los devanados de la bobina, esta última generará voltaje de corriente alterna, que sin embargo será pequeño, pero que será amplificado con electró-nica de potencia para poder tener un voltaje alto y para así ocuparlo en licuadoras, hornos de microondas, etc.

nuestro dispositivo desarrollado es diferente al que se usa y estudia normalmente para la transmi-sión inalámbrica de energía. El pionero en la técnica “normal” fue nikola Tesla, el cual lo desarrolló en 1891 y es conocido como efecto Tesla (nombrado así en honor a él) [1], consiste a grandes rasgos en variar el flujo magnético. Este efecto tiene la capacidad de transmitir a distancia electricidad sin necesitar nin-gún medio, ya sea sólido o algún tipo de conductor. Entre las aplicaciones se encuentra la posibilidad de alimentar lugares de difícil acceso.

Las ondas que se transmiten a través del espacio necesitan un conector y un receptor. Contrariamente

V. H. Estrada Sánchez, L. A. Pineda Enríquez: Energía Tesla


a la transmisión de datos, el rendimiento es el criterio a maximizar, y que determinará las diferencias entre las principales tecnologías.

Por lo tanto la inducción a corta distancia, realiza-da dentro de un transformador o dispositivo similar, podría transferir energía a mayores distancias, como por ejemplo la existente entre los dos extremos de una habitación. En lugar de irradiar el entorno con ondas electromagnéticas, un transmisor de energía llena el espacio a su alrededor con un campo electromagné-tico “no radiante”. La energía solo la recogen los dis-positivos diseñados especialmente para “resonar” con el campo. La mayor parte de la energía no recogida por un receptor se reabsorbe por el emisor [2]. Esta técnica requiere un emisor y receptor desarrollados específicamente para la transmisión de energía.

4.1 Funcionamiento de la radio Galeana

El funcionamiento de nuestro receptor no requiere de un transmisor especial, ya que solo es necesario captar las señales AM que existen en el ambiente. Para esto necesitamos desarrollar una radio galeana, la cual se muestra en la figura 1. A continuación se explicará su funcionamiento.

fig.1. Diagrama de una radio galeana

Cuando las ondas electromagnéticas que hay en el ambiente alcancen la antena de la radio galeana se ge-nera el fenómeno de la inducción electromagnética, como resultado tendremos una fuerza electromotriz εind que hará recorrer una corriente por el devanado primario del transformador y que a su vez inducirá en el secundario, el cual tiene un condensador variable en paralelo. La intensidad de la corriente inducida, con base en la ley de Ohm, vendrá determinada por.

Rind

indfI = (1)

Donde:

indf = fuerza electromotriz inducida.Iind = intensidad de corriente inducida.

R = resistencia eléctrica que ofrece el circuito al paso de corriente.

A causa del fenómeno de resonancia se produce un máximo de tensión para la frecuencia de resonan-cia del circuito paralelo formado por el devanado secundario y el condensador variable. Precisamente por el hecho de ser variable el condensador podemos variar la frecuencia de resonancia del conjunto, ha-ciéndola coincidir con las de las distintas emisoras que en cada momento queramos recibir.

El resto es sencillo, al estar las señales moduladas en amplitud el nivel de la onda portadora de alta fre-cuencia variará en función de la señal moduladora de baja frecuencia (voz, música, etc.) que se transmite, con lo que a la salida del diodo obtendremos una ten-sión que variará de la misma forma que la fuente mo-duladora y por lo tanto obtendremos la reproducción de la frecuencia original baja, con lo que podremos oírla en unos auriculares.

La radio galeana recibe toda la energía necesaria para la demodulación de las propias ondas de radio, por lo cual no requiere de una fuente adicional de alimentación. Esto lleva, sin embargo, a una baja in-tensidad de la señal auditiva, ya que carece de ampli-ficación.

Este receptor de radio, cuyas características se muestra en la figura 1, es el más simple que se puede construir. El diodo detector (D-1) estaba constituido por una pequeña piedra de galena sobre la que hacía contacto un fino hilo metálico al que se denominaba “barba de gato” o “bigote de gato” (catwhisker). Este componente es el antecesor inmediato de los diodos de germanio o silicio utilizados actualmente.

4.2 Tecnologías similares

Al parecer los investigadores del MIT han tenido éxi-to al situarse entre la fuente de energía inalámbrica (bobina izquierda) y una bombilla de 60 W (a la de-recha) situada a unos dos metros de distancia y de esta manera recibir la energía de manera inalámbrica.

Tras estos recientes avances en energía inalámbri-ca el MIT ha mostrado públicamente como una bom-billa de 60 W brillaba a dos metros del enchufe más cercano [2].

A pesar de que por obvias razones los detalles técnicos de los dispositivos que utilizan los inves-tigadores del MIT no sean públicos, se puede decir que tienen una buena eficiencia en cuanto a energía transmitida, pero esto es gracias a la cercanía de la bobinas. Nuestra investigación en cambio intenta lograr que la transmisión sea a grandes distancias.



La investigación del MIT muestra el gran proble-ma de esta clase de tecnología, la cual es obtener buena eficiencia, entre lo que se transmite y lo que se recibe.

También existen otras empresas que se han aven-turado a la energía inalámbrica. La compañía sony Corporation ha desarrollado un sistema de alimen-tación de energía inalámbrica para los televisores y otros dispositivos electrónicos. Este prototipo puede transmitir energía eléctrica de 60 vatios a un televisor situado a 50 centímetros de distancia. La compañía japonesa no había comunicado anteriormente algo parecido y esta es la primera vez que anuncia el nue-vo sistema.

El método de alimentación se basa en el método de resonancia magnética, que el Instituto de Tecno-logía de Massachusetts (MIT) había propuesto en el 2006. [3] sin embargo, sony ha desarrollado un “dis-positivo de repetición” que se utiliza para aumentar el rango de transmisión inalámbrica. El nuevo sis-tema de alimentación de energía inalámbrica puede transmitir 60 vatios cuando la distancia entre el dis-positivo de transmisión y el dispositivo de recepción es de 50 centímetros. En este caso, la eficiencia de la transmisión entre los dos dispositivos es de aproxi-madamente el 80% (alrededor del 60% si se incluye el circuito rectificador).

Las cajas de transmisión y los dispositivos de recepción tienen unas dimensiones de 40 x 40 cm, con una altura de varios centímetros. Aunque sony nunca reveló el contenido de las cajas, parece que contienen unas bobinas similares a las utilizadas para los sistemas desarrollados por el MIT. El dispositi-vo de repetición es un componente pasivo, sin una fuente de energía. Está situado entre la transmisión y los dispositivos de recepción de la retransmisión de resonancia magnética. Con este dispositivo, es posible mantener la eficiencia de la transmisión del 80%, incluso cuando la distancia entre el dispositivo de transmisión y el dispositivo de recepción se ha au-mentado de 50 cm a 80 cm.

sony aún no ha determinado cuándo será capaz de comercializar la tecnología, sin embargo, la com-pañía japonesa tiene previsto aplicar el sistema a una amplia variedad de productos de consumo.

Estos dos sistemas (el del MIT y sony) son lo más parecido a lo que nosotros intentamos imple-mentar, la idea es prácticamente la misma, ya que se trata de transmitir energía eléctrica inalámbrica-mente. La única diferencia es que ellos utilizan un

transmisor y receptor especialmente desarrollados, mientras que nosotros solo necesitamos un recep-tor. Por lo tanto si las grandes corporaciones e ins-tituciones están trabajando en lo mismo podríamos decir que nuestro trabajo puede ser posible y puede tener un gran futuro.

5AnáliSiSdeReSulTAdOS

En la figura 2, se muestran las bobinas que amplifican la corriente inducida obtenida de la antena. En la fi-gura 3 se puede observar la fuerza electromotriz me-dida en un multímetro, tal y como se supuso es muy pequeña, ya que como mínimo se necesitarían 127 volts para alimentar una casa habitación, pero esto se puede corregir amplificando esta fem con electrónica de potencia.

Las pruebas que se han realizado han arrojado re-sultados satisfactorios, además de que han corrobo-rado la hipótesis inicial. Obviamente estos resultados aún no cumplen con el objetivo final de este proyecto que es generar la energía suficiente para sustentar una casa común. Por lo que ahora el objetivo a corto pla-zo es obtener voltajes para alimentar lámparas leds de alta luminosidad, lo cual de todos modos sería un gran avance en esta área.

Cabe recalcar que en caso de lograr el objetivo final del proyecto y debido a la nula disipación de energía en el cableado, se disminuiría el consumo eléctrico de los hogares hasta en un 40%. Esto sería muy bueno ya que al disminuir los consumos benefi-ciaría a grandes corporaciones como la CFE, las cua-les a largo plazo podrían patrocinar el proyecto.

figura2. Bobinas que amplifican la corriente captada por la antena que recibe la señal AM.



figura3. Voltaje en el multímetro, medido a la salida de la radio galeana

6 cOncluSiOneS

En el presente artículo se describió a detalle una idea del cómo se podría generar energía eléctrica inalámbrica.

A pesar de que el proyecto se basa en la radio ga-lena, que es un circuito eléctrico que se conoce desde hace tiempo, en la presente propuesta se le da una

nueva aplicación práctica. sin embargo cabe recalcar que aún se encuentra muy lejos un prototipo factible, pero las pruebas realizadas hasta el momento indican que generar energía eléctrica por medio de una radio galeana es posible.

RefeRenciAS

[1] L. Pineda-Enríquez, (2010). nikola Tesla, Un científico que el mundo olvidó. Ana Leonor Rivera López. (Comp), Memorias del quinto Coloquio de Tecnología de la UnAM (pp. 254-257). México D.F: Universidad nacional Autónoma de México. IsBn: 978-607-02-1439-4

[2] K. setsompop (2006) Parallel RF transmission with eight channels at 3 Tesla, Magnetic Resonance in Medicine. Volumen 56, Issue 5, pages 1163–1171

[3] n. Tesla, (1898) High frequency oscillators for electro-therapeutic and other purposes. Proceedings of the American Electro-Therapeutic Association, American Electro-Therapeutic Association. Volumen 26, número 550, http://www.tfcbooks.com/tesla/1898-11-17.htm



gravitatorio de la estrella central (sol). En realidad es difícil establecer con precisión el tamaño exacto del ss. sin embargo, como una aproximación, se puede decir que comprende una distancia con radio desde nuestro sol hasta la llamada nube de Oort, pero ¿Por qué precisamente obtuvo esa forma? se cree que hace aproximadamente 5000 millones de años, el sistema solar se generó de una nube de gas y polvo cósmico que se iba compactando debido a la grave-dad; sin embargo, la nube de gas se mantenía girando como resultado de una rotación diferencial de nuestra galaxia. A medida que la nube giraba, y por el efecto gravitacional, se iba compactando y aumentando su velocidad de rotación hasta conseguir que la mayor cantidad de materia se ubicara en el centro, formando el sol. se cree que con la materia restante se forma-ron los planetas y sus lunas, los asteroides, los come-tas y en general cualquier objeto celeste contenido en nuestro sistema solar.

Aunque ésta es la idea general, existen muchas preguntas e inquietudes acerca del ss. Por ejemplo, nos preguntamos ¿Por qué obtuvo el ss esa forma aplanada, desde el sol hasta la órbita de Plutón mien-tras que la nube de Oort tiene una forma más o menos esférica alrededor del sol? La respuesta actual consi-dera el momento angular como elemento crucial para dar respuesta a esta pregunta. Actualmente se sabe que el momento angular (que considera tres variables u observables físicas: masa, velocidad y radio) fue fundamental para la formación del sistema solar. si la nube primigenia mantiene su masa y va disminu-yendo su radio, para conservar su momento angular requiere que su velocidad aumente. De este modo, al tiempo que las partículas de polvo y gas rotan, expe-rimentan una fuerza que las empuja hacia el exterior de su centro de rotación (llamada fuerza centrífuga). La lucha entre la gravedad que provoca el colapso de la nube y la fuerza centrífuga van generando la forma aplanada del ss. En estas condiciones, el sol se formó en la zona de mayor densidad (centro de la nube de gas) y de forma sorprendente contiene el 99.8% de la masa total del ss. A pesar de que existen diversas teorías sobre la formación del ss –como la Teoría de la Acreción, la de los protoplanetas, la de Captura, entre otras– la explicación anterior, cono-cida como la Teoría de las nebulosas, propuesta por el filósofo alemán Emmanuel Kant y el matemático francés Pierre-simón Laplace, si bien no propor-ciona la respuesta a todas nuestras preguntas, es la aproximación actual que mejor explica la formación de nuestro sistema solar.

3 eSTRucTuRA

La clasificación más común para los planetas del ss es aquella que los divide en dos partes: planetas in-teriores y exteriores, marcando la división un cintu-rón de asteroides. Los primeros son Mercurio, Venus, Tierra y Marte y comparten las características de po-seer un núcleo denso y metálico, estar compuestos principalmente de material rocoso (por lo cual tam-bién se les denomina planetas terrestres), poseen un tamaño similar, no retuvieron componentes de Helio e Hidrógeno y tienen una densidad elevada (entre 3.5 y 5.5 g/cm3) [1,2]; los planetas exteriores son Júpiter, saturno, Urano y neptuno (recordemos que Plutón no es actualmente considerado planeta del ss). Los planetas exteriores comparten la característica de te-ner un tamaño relativamente mayor que los plane-tas interiores y una atmósfera gaseosa que rodea un núcleo metálico relativamente pequeño. Los plane-tas exteriores se subclasifican en Jovianos (Júpiter y saturno) y Uranianos (Urano y neptuno); la anterior subclasificación es sugerida porque los planetas Ura-nianos presentan principalmente una coloración ver-de azulado, poseen grandes cantidades de metano y una densa capa de hielo que rodea sus núcleos, carac-terística que no poseen los planetas Jovianos.

Más allá de los planetas, nuestro sistema solar también contiene cometas, meteoritos, asteroides (como los que marcan la separación de los planetas en interiores y exteriores citada en el párrafo ante-rior, así como el cinturón de Kuiper, localizada más allá de la órbita de neptuno), satélites o Lunas para algunos planetas, como selene, que es la Luna que acompaña a nuestro planeta.

Las antiguas civilizaciones como los Babilonios, los Egipcios, los Griegos, los Chinos, los Mayas y seguramente muchas más, tenían un seguimiento de los eventos cósmicos los cuales abrieron paso a la Astronomía actual. Hoy día contamos con moder-nos telescopios ópticos como los Keck I y II, ubi-cados en la cima del volcán Mauna Kea, en Hawai, además de sondas espaciales, cuyos propósitos son encontrar información del sistema solar, de sus zo-nas más alejadas y en general del Cosmos, que nos permita dar respuesta a las múltiples preguntas que como humanidad nos hacemos respecto al Universo que habitamos. Con estos dispositivos se han hallado en las zonas alejadas del ss planetas que se han de-nominado planetas extrasolares. Los métodos para la búsqueda de planetas extrasolares se basan principal-mente en la “búsqueda de tambaleos” y los “tránsitos

L.F. Gómez Ceballos et al: Observación del tránsito aparente de Venus por el disco solar


5 elTRánSiTOdeVenuS

se habla del tránsito de Venus cuando desde la Tierra se ve que Venus pasa frente al sol. Este fenómeno se observa como un pequeño círculo negro pasando frente al disco solar; en el reciente fenómeno del pa-sado mes de junio, dicho disco empleó varias horas para describir una trayectoria y atravesar muy lenta-mente la luminosa superficie solar.

Este evento se observó el 5 de junio del año 2012 y volverá a ser visible desde la Tierra hasta el año 2117. Los tránsitos ocurren en repeticiones que pue-den parecer extrañas o no cíclicas. Por ejemplo, a los 122 años de pasar un tránsito, ocurre otro a los 8 años, transcurren entonces otros 105 años para que se observe uno más, el cual se repite a los ocho años, pe-riodo después del cual vuelve a observarse de nuevo 122 años después y de esta manera se repite el ciclo [5]. La figura 1 muestra una representación pictográ-fica del fenómeno del tránsito de Venus.

si recordamos la breve explicación de la forma-ción del sistema solar, todos los planetas se formaron sobre el mismo disco, pero se debe mencionar que

sus órbitas están inclinadas unas con respecto otras, como se puede ver de la Tabla 1 la inclinación res-pecto a la eclíptica, que para Venus es de 3.394° (se toma el plano sobre el que se va a medir el ángulo, tal plano, conocido como Eclíptica, es el que forma la trayectoria de la Tierra alrededor del sol, por eso es que la Tierra tiene un ángulo de inclinación de 0°), de lo contrario, si todas las órbitas estuvieran sobre el mismo disco veríamos un tránsito astronómico, en éste caso un tránsito de Venus ocurriría más de una vez al año. Es por ello que tienen que coincidir la po-sición de los planetas, tomando en cuenta su posición alrededor del sol y su inclinación sobre o debajo del disco que las formó originalmente, para que suceda un tránsito.

La importancia de éste fenómeno astronómico es más de carácter histórico, pues en la antigüedad representaba el único método trigonométrico usado para calcular las distancias entre los astros. Ahora, los científicos lo utilizan para probar técnicas que les permitan encontrar planetas en otros sistemas es-telares. En 1939 los Astrónomos ingleses Jeremiah Horrocks y William Crabtree fueron los primeros

figura1: Representación pictográfica del tránsito de Venus.



registros de una observación de este fenómeno [5], aunque la primera evidencia sustentada de la exis-tencia de sistemas planetarios asociados a otras es-trellas la presentó Alexander Wolszczan en el año de 1990.

México tiene una larga tradición de observar los tránsitos de Venus. Por ejemplo, los Mayas registra-ron a detalle los ciclos del planeta Venus y en sus calendarios muchas de las fechas que marcan corres-ponden a este evento. Incluso, en 1874 se mandó una comisión mexicana a Japón, con la finalidad de mos-trarle al mundo, y al mismo México, que nuestro país era capaz de realizar proyectos científicos.

6 ObSeRVAcióndelTRánSiTOdeVenuSPOReldiScOSOlAR

Con motivo del tránsito del planeta Venus a través del disco solar, quienes conformaron los anteceden-tes del seminario de Ciencias Espaciales, se ocupa-ron de la tarea de aprovechar el evento astronómico relativo al tránsito aparente del planeta Venus sobre el disco solar. A escasos días del fenómeno, se de-finieron objetivos y estrategias que condujeran a la investigación en Ciencias Espaciales.

6.1 Motivación y adiestramiento para satisfacer el modelo propuesto para la observación física

se escogió la parte de una metodología consistente en la aplicación de algunos elementos de posiciona-miento espacial en base a la trigonometría esférica. El tránsito fue observado en relación con el sistema de coordenadas horizontal terrestre. El adiestramien-to incluyó la elección de la estación total (de las em-pleadas en Topografía) para la observación.

El modelo matemático a satisfacer es una expre-sión de la ley de cosenos para los triángulos esféricos que contiene los elementos de un sistema coordenado horizontal:

( )( ) ( )

( ) ( ) ( )Cos Az

Cos A CosSen Sen A Sen

{d {

=-

Donde Az es conocido como el ángulo o determi-nación de acimut, expresado en función de la latitud geográfica φ del punto terrestre o lugar de observa-ción, la declinación δ y altura A del punto estelar que es objeto de estudio.

La magnitud de la función señala una dirección horizontal con referencia a la meridiana que junto con la altura sobre el horizonte es posible contar con una posición en el espacio físico.

6.2 De la estancia en el lugar

El proceso para su realización mostró algunas im-posibilidades prácticas como peligros físicos de los participantes o permisos de las autoridades para es-tacionarse en ciertos lugares geográficos, amén de la accesibilidad

6.3 Simulación de observación

Con el fin de prepararse para lograr mejores resulta-dos, se realizó un simulacro los días 2 y 3 de junio de 2012 en los terrenos que son propiedad comunal en san Miguel Atlapulco, Huehuetlán, Puebla; esto permitió asignar responsabilidades en lecturas a teo-dolito, termómetro, reloj, Global Positioning system (navegador GPs) y anotadores; toma de fotografías, control de aparatos. Todo fue una mejora en la rea-lización de funciones específicas para su funciona-miento el 5 de junio (día del evento del tránsito de Venus).

se desarrollaron la motivación y el adiestramien-to en investigación en Ciencias Espaciales. La me-todología puede aplicarse a eventos análogos. Fue-ron limitados pero útiles en términos de motivación y capacitación en esta metodología. Consiste en observar sin posibilidades de repetición el ángulo horizontal y altura sobre el horizonte con el gonió-metro conocido genéricamente como teodolito a un punto en el espacio; tiempo aproximado en Univer-sal Time Coordinated (UTC), temperatura del me-dio de refracción y georreferenciación con Global Positioning system (GPs) con fines de ubicación geográfica inicial; para satisfacer el modelo mate-mático propuesto.

Contiene los elementos de un sistema coordena-do horizontal, es decir la determinación de un acimut (Az) en función de la latitud geográfica (φ) del punto terrestre o lugar de observación, la declinación y al-tura (A) del punto estelar que es objeto de estudio. se dependió del estado de la etapa de capacitación y de los aparatos disponibles.

En la figura 2, se muestra una proyección del trán-sito de Venus a través del disco del sol, visto desde la Tierra, fotografía tomada por nosotros. Es impor-tante mencionar que debido a que no se contó con el equipo apropiado, no fue factible realizar una obser-vación directa del fenómeno, es decir, la falta de los filtros adecuados solo permitió ver el fenómeno pro-yectado sobre una pantalla. La observación directa de este fenómeno astronómico sin los filtros adecuados daña la vista de la persona que realiza la observación al grado que le puede producir ceguera.



6.4 Consideraciones finales

En el transcurso de la historia los eventos astronómi-cos han sido fuente de conocimiento y han trascen-dido la cultura. En el ejercicio intelectivo la huma-nidad describe sus experiencias haciendo relaciones bajo el concepto de espacio físico, tales son los casos de la sedentarización e incluso de las navegaciones marítima y aérea; las magnitudes astronómicas eran inimaginables.

Las mediciones angulares que se ejecutan con teodolito y hacia los astros se realizan estacionándolo sobre la superficie terrestre, y están relacionadas a un sistema coordenado definido sobre el plano del ho-rizonte. Algunos eventos estudiados por las ciencias espaciales recurren a un procedimiento como el que es motivo de este trabajo.

Es importante resaltar que las mediciones angu-lares deben realizarse empleando instrumentos cali-brados y particularmente la latitud φ, se determina previamente con métodos astronómicos, en lugar de emplear el GPs, con la finalidad de dar coherencia física a los resultados.

7 cOncluSiOneS

Fenómenos astronómicos como el tránsito de Venus sobre el disco solar pueden ser vistos y fotografia-

figura2: Proyección del tránsito de Venus sobre una superficie para la observación del fenómeno (la observación directa no es recomendable si no se cuenta con los filtros adecuados).


dos con el teodolito. El uso de este aparato topográ-fico también nos facilita tomar datos útiles para uso en cálculos posteriores, por ejemplo como en nuestro caso, para aprender el “Método de posicionamiento astronómico”, que es de mucha utilidad práctica en Ciencias Espaciales. En particular se pudieron medir las variables de la única ecuación que aparece en el texto, lo que permitió encontrar magnitudes que re-presentan la ubicación del evento en el espacio físico.

RefeRenciAS

[1] Cruz, Manuel. Planetas Interiores, Ed. Colección Divulgación, España. 1987.

[2] zharkov V. Estructura interior de la tierra y de los planetas. Ed. Mir. Moscú.1985.

[3] Keppler, E. sol, Lunas y Planetas. Ed. Biblioteca científica salvat. España, 1985ay, P., Ehrlich, H.C., steinke, T.: zIB structure Prediction Pipeline: Composing a Complex Biological Workflow through Web services. In: nagel, W.E., Walter, W.V., Lehner, W. (eds.) Euro-Par 2006. LnCs, vol. 4128, pp. 1148--1158. springer, Heidelberg (2006)

[4] J. Fierro, M. A. Herrera. La Familia del sol. Ed. Fondo de Cultura económica (colección la ciencia para todos) México, 2011.

[5] De la Herrán, José y Franco, José. Venus en tránsito. ¿Cómo Ves? Revista de divulgación de la ciencia de la UnAM. Año 14. no. 163 Junio 2012

[6] “O-AHELL, GEORGE. Exploration of the Universe. Third Edition, Holt rinehart and winston, 263-267pp.

[7] www.astrociencia.com/2002/01/30/elsistema_solar_lafamiliadelsol

[8] www.exploradoresdelespacio.cl/universo/planeta.html

[9] www.galeon.com/hom3/solar/mercurio.html [10] www.8planetas.com/mercurio [11] www.circuloastronomico.cl/planetas/mercurio.

html [12] http://www.astrosociety.org/education/

publications/tnl/02/02sp.html [13] http://fisica.unav.es/mhd/invest.html [14] http://www.gabitogrupos.com/asteromia/images/

transitosvenuspequeno.jpgp.


figura1. Imagen compuesta del Sol en luz ultra violeta y una gran Tormenta Solar.

figura2. Representación gráfica de una Eyección de Masa Coronal.

figura3. Representación gráfica del Campo Magnético Natural de la Tierra.

figura4.Fenómeno en forma de brillo que aparece en el cielo nocturno llamado Aurora Polar.

figura5. Circulación de Corrientes Geomagnéticamente Inducidas.

“según la ley de Faraday de inducción, de un cam-bio temporal de un campo magnético, por ejemplo, una variación de tiempo en el campo geomagnético, está acompañado por un campo eléctrico. Así, siem-pre ocurre una perturbación geoeléctrica durante una Tormenta o Disturbio Geomagnético, la existencia del campo eléctrico implica tensiones y el flujo de las corrientes óhmicas, llamado así corrientes geomag-néticas inducidos o GIC (por sus siglas en inglés). En los conductores, los sistemas eléctricos de potencia,

tuberías, etc. Las primeras observaciones de tal in-ducción geomagnética en los sistemas técnicos ya se habían hecho desde el siglo pasado” [1]

“Las tormenta geomagnéticas producen corrientes de corriente directa en los sistemas de 60 Hz. Estas corrientes falsas causan operaciones no deseables en los equipos de protección, medición y telemetría” [3].

Esta Corriente Geomagnéticamente Inducida (GIC) al circular por el neutro de los Transformadores de Potencia hace un efecto de Corriente de Histéresis, provocando el calentamiento en el núcleo del Trans-formador de Potencia, si la Tormenta solar es muy grande, entonces la Corriente Geomagnética Inducida también será muy grande y puede provocar calenta-miento excesivo en el núcleo del Transformador hasta dañarlo permanentemente y dejar al Transformador fuera de servicio por mucho tiempo, (figura 6).

Ahora si esto sucede al mismo tiempo en varios transformadores de potencia del sistema eléctrico, se puede llegar al colapso del sistema Eléctrico de Po-tencia, dejando sin servicio de energía eléctrica al total de la población, el restablecimiento del sistema Eléc-trico puede durar varias horas, días, meses o incluso años, pues no existen Transformadores de potencia

L. Martínez Rodríguez: Corrientes geomagnéticas inducidas, una perspectiva de fallas en los transformadores...


figura6. Curva de Saturación de un Transformador de Potencia.

como refacción para hacer el cambio inmediatamen-te, no se podrá suplir a los Transformadores dañados, originando el retardo del proceso de restablecimiento del servicio de energía eléctrica, de igual forma no se pueden llevar a los transformadores dañados a re-paración pues las herramientas funcionan con energía eléctrica y al no haberla, la reparación tardaría mucho. En marzo de 1989, se produjeron intensas Tormentas solares que produjeron Eyección de Masa Coronal que en québec, Canadá dejó a millones de personas sin energía eléctrica por 9 horas. (figura 7).

figura7. Región de la carga Afectada de Hydro Quebec en Marzo de 1989.

figura8. Probabilidad de Incidencia de los vares K desde 1932 a 1991.


a nueve, (Ver figura 8) con más menos graduaciones. K 0 indica que no hay fluctuaciones transitorias en el campo magnético, mientras que una tormenta K 9 + indica que sería uno de las más intensas jamás regis-trada. En la escala K, la tormenta del 4 y 5 de agosto de 1972 en los Estados Unidos y Canadá, se clasificó como K 8. Así una tormenta K 8 no es necesariamen-te la de más intensidad relativa, por consiguiente, las magnitudes de las fluctuaciones de campo magnético son las mismas para diferentes áreas geográficas du-rante una tormenta particular” [4].

“La cadena de acontecimientos que conduce a la generación de grandes GIC durante las tormentas geomagnéticas contiene los siguientes componentes: trastornos solares, su propagación a través del me-dio interplanetario, la excitación de los cambios en la magnetosfera, ionosfera, la excitación del campo magnético de la Tierra y la producción de la GIC en las redes conductoras de energía eléctrica. En Octu-bre de 2003 se presentaron una serie de tormentas magnéticas (los llamadas eventos “Halloween”). El 28 de Octubre de 2003 la Tierra estuvo llena de un halo de eyección de masa Coronal. Los efectos de estas “tormentas de Halloween” en las redes eléctri-cas se registraron en todo el mundo y fueron vistos los más significantes en Europa, como un apagón del sistema eléctrico de potencia por primera vez. El apagón duró una hora en Malmo, suecia. En norte América los efectos en los sistemas de energía eléc-trica se consideraron muy grandes, las GIC llegaron a 100 A con distorsión por armónicas de hasta el 10% y el voltaje estuvo inestable para los transmisores de televisión” [5]. (figura 9).

“Hay una serie de índices utilizados para indicar la gravedad de las tormentas geomagnéticas; uno que es ampliamente utilizado es el índice K, la escala K es una escala logarítmica que se extiende casi desde cero


solar, se produce un cambio violento en los valores del campo magnético de la tierra mientras capta el plasma solar energizado. Cuando se genera un evento solar, el campo magnético de la tierra sufre cambios por un período de 5 minutos. Las corrientes aurora-les son inducidas en la atmósfera debido al campo magnético cambiante, instantáneamente se produce una corriente continua opuesta que se induce desde el suelo. Cuanto más intenso es el destello, más grande es la corriente geomagnética inducida (GIC)” [7]

“En marzo de 1989, una gigantesca llamarada solar estalló: su poder duró más de una hora como si fuera una aurora boreal, inició con la aparición de una gran área de manchas solares (Figura 10) que se habían venido observando hace solo unos pocos días antes, alrededor del borde del este del sol. Una explosión masiva de rayos X y partículas cargadas estaba en ca-mino hacia la tierra. Dos días más tarde, los protones y los electrones de la antorcha fueron capturadas por el campo magnético de la Tierra, produciendo brillantes auroras del norte que iluminó el cielo tanto al sur como hacia Florida y Texas, afectando los sistemas de co-municaciones, los satélites en órbita, y los sistemas de energía eléctrica en todo el mundo. La peor interrup-ción ocurrió a las 2:45 am, hora estándar del este el 13 de marzo, cuando prácticamente toda la provincia canadiense de quebec se sumió en la oscuridad” [8]

figura9. Se representa la imagen de la principal fuente de las tormentas magnéticas.

2 TiPOSdeTORMenTASenelcliMAeSPAciAl

“Las llamaradas solares: Estas son intensas salidas transitorias de la energía, que causan ráfagas de on-das de radio y rayos X, que dura desde minutos a ho-ras. se propagan a la velocidad de la luz, pero por lo general no causan impacto en la red eléctrica. Pueden dar lugar a apagones de radio que pueden afectar a los sistemas críticos como el GPs.

Las tormentas de radiación: normalmente se pro-ducen durante una erupción solar, que baña la tierra, por lo general dentro de los 30 minutos de la erup-ción, con partículas solares, generalmente protones que penetran en la atmósfera terrestre. Ellos son una amenaza para las operaciones de satélites y el espa-cio, pero típicamente no afectan a la red.

Las tormentas geomagnéticas: Estas son causadas por una eyección de masa coronal, que es una nube de material solar y de campos magnéticos, que, si en-tran en contacto con la tierra, crean una perturbación en el campo magnético de la Tierra. El tiempo es ge-neralmente de uno a cuatro días después de la llama-rada solar. Esta es la condición que puede afectar a nuestra red de transmisión de energía eléctrica” [6].

3 elefecTOdelASPeRTuRbAciOneSGeOMAGnéTicASenlARed

“La expulsión de masa coronal es plasma compues-to principalmente de protones y neutrones. El campo magnético propio de la tierra llamado magnetosfera capta las partículas cargadas en un lapso de entre 20 y 40 horas aproximadamente, después de una erupción

figura10. Manchas Solares.


El sol pasa a través de ciclos de 11 años. Históri-camente, el final de cada ciclo es más violento que el inicio del ciclo. El actual ciclo solar termina en 2012-2013. El número de tormentas por años también ha aumentado, como se observa en la siguiente gráfica. (figura 11).

4 lAMAGneTOSfeRA

“La magnetosfera es una región alrededor de un planeta en la que el campo magnético de éste des-vía la mayor parte del viento solar formando un es-


trica por mucho tiempo. Aún teniendo un esquema de protección, difícilmente se podrá proteger a todos los Transformadores de Potencia al mismo tiempo, pero se deberá tener cuidado de elegir a los más impor-tantes para el sistema Eléctrico de Potencia. La po-blación actual se ha vuelto muy dependiente de la energía eléctrica, de la electrónica, de los dispositivos de comunicación, GPs, etc. lo que hace que esté vul-nerable ante la pérdida del suministro de engería eléc-trica por varias horas, por esta razón, es importante que la población tome consciencia de que existe una probabilidad de quedarnos sin energía eléctrica por un periodo muy grande de tiempo y debemos estar listos también con un plan de emergencia en nuestros hoga-res para cuando esto suceda.

RefeRenciAS

[1] s. M. Julius Kolawole, “EFFECT OF GEOMAGnETIC InDUCED CURREnT On POWER GRIDs AnD COMMUnICATIOn sYsTEMs: A REVIEW,” Eastern Utilities/newport Electric, p. 251, 15 noviembre 2012.

[2] P. A. L. y. V. M. silbergleit, “PERíODOs PERTURBADOs: DIsIPACIón DE EnERGíA Y CORRIEnTEs,” GEOACTA, no. 35, pp. 17,18, 2010.

[3] D. H. B. L. Trichtchenko, “Effects of recent geomagnetic storms on power systems,” Geomagnetic Laboratoy, natural Resources Canada, Canada., 2003.

[4] J. G. V. D. A. Kappenman, “Bracing for the geomagnétic storm,” IEEE spectrum, pp. 27-31, 1990.

[5] T. Hutchins and T. Overbye, “The Effect of Geomagnetic Disturbances on the Electric Grid and Appropriate Mitigation strategies,” Department of Electrical and Computer Engineering, p. 1.

[6] B. Kasztenny and G. electric, “Conferencia de Transmisión y Distribución y Exhibición.,” in Impact of Transformer Inrush Currents on sensitive, 2005/2006.

[7] J. T. J. V D. Albertson, “POWER sYsTEM DIsTURBAnCEs DURInG A K-8,” Minneapolis, Minn., 1972.

[8] T. R. H. a. T. J. Overbye, “The Effect of Geomagnetic Disturbances on the Electric Grid and Appropriate Mitigation strategies,” Urbana. IL., 201.

[9] W. Whitson, “Geomagnetic Disturbances (GMD) Causes and Effect on the north American Grid,” 2012.

cudo protector contra las partículas cargadas de alta energía procedentes del sol” [9]. Aunque el planeta es esférico y el núcleo también, el campo magnéti-co tiene forma parecida a la de una llama, inclinada por acción del Viento solar. La magnetosfera tiene la propiedad de atrapar a la mayoría de aquellas partícu-las, electrones y protones, que vienen viajando a gran velocidad desde el sol.

5 cOncluSiOneS

En este artículo he presentado el efecto que tiene una Tormenta solar y su efecto en los sistemas Eléctricos de Potencia, particularmente sobre los Transformado-res de Potencia debido a que los transformadores son equipos que al no tener partes en movimiento no pre-sentan fallas frecuentemente, pero cuando ocurre una falla en ellos, casi siempre resulta en un daño grave, que a su vez genera mucho tiempo y altos costos para su reparación, además dado que estos equipos son de un costo elevado, no se tienen Transformadores de Potencia suficientemente disponibles para sustituirlos cuando alguno de ellos falle. Los Transformadores de Potencia son una pieza fundamental en el sistema Eléctrico, es por ello importante estar preparado para cuando una contingencia de este tipo se presente, me-diante el análisis y planeación de una estrategia ope-rativa de restablecimiento por parte de los operadores del sistema Eléctrico de Potencia y también sobre la posibilidad de idear un nuevo esquema de protec-ción a Transformadores de Potencia contra Corrientes Geomagnéticamente Inducidas, para así mitigar los daños causados a éstos equipos y los efectos causados a la población al quedar sin servicio de energía eléc-


figura11. Ciclo Solar de 11 años entrando en su etapa más activa máximo en mayo del 2013.


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

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