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reunióninformativaanual 2017
Subdirección de Hidráulica y AmbientalViernes 3 de febrero de 2017Unidad de Seminarios “Dr. Ignacio Chávez”, Ciudad Universitariade 10 a 16 horas
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Evaluación de un reactor anaerobio a escala piloto acoplado a diferentes tipos de membranas sumergidas para el tratamiento de aguas residuales municipalesDaniel de los Cobos Vasconcelos
A pesar de que se han realizado estudios combinando la tecnología de membranas sumergidas con reactores UASB, existe poca información acerca de las estrategias de operación adecuadas que ayuden a prolongar la vida de las membranas, reduzcan el taponamiento y aumenten el flux de permeado obtenido, especialmente cuando se tratan aguas residuales municipales en condiciones reales. El objetivo de este proyecto fue evaluar el desempeño de dos membranas sumergidas: una de microfiltración y otra de ultrafiltración en el tratamiento de un efluente proveniente de un reactor anaerobio de escala real operado a condiciones fijas. Las pruebas de filtración con agua residual municipal tratada por vía anaerobia se realizaron en dos sistemas piloto de filtración sumergidos en cámaras externas ubicados en una Planta de Tratamiento de la Ciudad de Curitiba del estado de Paraná, Brasil. Se realizaron dos visitas técnicas a Brasil: una por parte del responsable técnico del proyecto y otra por una estudiante de Maestría, durante las cuales se asesoró en la puesta en marcha y operación de los sistemas.
El proyecto estuvo vinculado a un Convenio de Cooperación Técnica Específico IISGCONV-061-2014 entre la UNAM y la Compañía de Saneamiento de Paraná. Dentro de este convenio sigue siendo posible concertar una serie de convenios específicos de colaboración apegados a proyectos particulares que sean de interés y utilidad para ambas partes, siendo éste el primero de ellos. Además se aprovechó de un convenio de colaboración con la Universidad Federal de Paraná (UFPR), Brasil, quienes también trabajan de manera muy estrecha con la SANEPAR.
Resúmenes
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Estudio experimental del flujo agua-aire en túneles de presas mediante el uso de técnicas intrusivas y no intrusivasÓscar Pozos Estrada
El objetivo de esta investigación es evaluar mediante el uso de técnicas intrusivas y no intrusivas, la concentración de aire que genera un salto hidráulico aguas abajo de una válvula de compuerta en un túnel o desfogue de fondo de una presa, producido con diferentes aperturas de la compuerta, así como los campos de velocidad del flujo agua-aire que se generan en este tipo de conductos.
Producción de energía por vía anaerobia a partir de lodo pretratado por electro-oxidación y ácido peracéticoJosé Antonio Barrios Pérez
La digestión anaerobia de lodos es el proceso más empleado a nivel mundial para estabilizar estos subproductos del tratamiento de agua residual. Este proceso genera, además del lodo tratado, metano que puede ser empleado como fuente de energía. Sin embargo, el proceso solamente degrada entre 20% y 50% de la materia orgánica presente en el lodo. Por esta razón se han propuesto diferentes métodos de pretratamiento de los lodos para incrementar la solubilización de la materia orgánica y con ello mejorar la producción de metano. El presente trabajo propone el uso de la electro-oxidación de lodos activados de purga con electrodos de diamante dopado con boro para solubilizar la materia orgánica e incrementar la producción de metano. Se presentan los resultados parciales del proyecto, en los cuales se ha evaluado la electro-oxidación en lodos con 2% y 3% de sólidos totales, obteniendo una solubilización de 2.1% y 2.8% (medida como demanda química de oxígeno). Después de la electro-oxidación se obtuvo un incremento de alrededor de 80% comparado con lodo sin pretratamiento lo que sugiere la viabilidad del proyecto. En las condiciones probadas el balance energético es negativo, no obstante, se están evaluando diferentes condiciones de operación que permitan reducir el consumo energético del pretratamiento al mismo tiempo que se incrementa la producción de metano.
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Estimación de la recarga en regiones tropicales con datos de hidrometríaJosé Agustín Breña Naranjo
En este trabajo se presenta una metodología para estimar la recarga media anual en regiones tropicales de México. Dicha metodología está basada en la hipótesis de que el escurrimiento base en una cuenca con acuíferos someros se aproxima a la recarga del (o de los) acuífero(s) que interactúan con la red fluvial de una cuenca. Se analizan 13 cuencas ubicadas en la costa de Chiapas con más de 30 años de datos de escurrimiento. Finalmente, se comparan los resultados con estimaciones de la recarga realizadas por la CONAGUA.
Estudio estadístico sobre la calidad de efluentes de potabilizadoras a nivel nacional para el cumplimiento de la NOM-127-SSA-1994. Encuesta y levantamiento de información en campo para estadísticaJuan Manuel Morgan Sagastume
Para el logro del objetivo del proyecto, se recopiló información referente a las líneas de conducción de fuentes de agua superficiales y subterráneas, de los trenes de potabilización y de las redes de distribución de los 224 sistemas de potabilización mayores a 50 l/s del país. De acuerdo con lo anterior, se realizó un análisis estadístico, el cual arroja la siguiente información:
El 70 por ciento de las plantas visitadas trata un caudal menor a 500 l/s, mientras que, el 21 por ciento de ellas tratan entre 200 y 500 l/s y únicamente el nueve por ciento presenta un caudal mayor a 2000 l/s.
Considerando la importancia que tiene en la salud pública el que la infraestructura de potabilización cumpla con la normatividad mexicana vigente, se señala que el 31.9 por ciento de las PP con capacidad mayor a 50 l/s generan agua cuya calidad real es inferior a la que exige la norma mexicana NOM-127-SSA1-2002.
En relación al estado de conservación de la infraestructura de potabilización, se tiene que, el 63 por ciento de las plantas potabilizadoras presentan un adecuado estado de conservación, y de ese porcentaje, solo el 2.4 por ciento
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presenta excelentes condiciones. Por otro lado, el 31.1 por ciento de la infraestructura tiene un estado regular o malo, siendo específicamente malo para el 11.4 por ciento de las PP.
Finalmente se señala que 41.9 por ciento de las PP funcionan adecuadamente. En el otro extremo, el 11.5 por ciento de las PP están fuera de operación.
Estudio para regionalizar los gastos generados por avenidas máximasMaritza Liliana Arganis Juárez
Este estudio forma parte de un proyecto de regionalización que se realiza para el Centro Nacional de Protección de Desastres. El objetivo es la determinación de factores regionales de diseño y de ecuaciones que relacionan a la media de los gastos máximos instantáneos con características fisiográficas sencillas de medir y datos de precipitación media, donde se tengan disponibles. Se han estudiado estaciones hidrométricas que tienen 20 o más datos de registro y que pertenecen a conjuntos de regiones que forman parte de las 37 regiones hidrológica en las que la Comisión Nacional del Agua considera dividido a la República Mexicana. La agrupación de las hidrométricas de conjuntos de regiones se realizó tomando en cuenta las características geográficas de sus cuencas y con la revisión de los coeficientes de variación de los gastos máximos instantáneos anuales registrados. Las funciones de distribución regionales de mejor ajuste resultaron principalmente de tipo Gumbel y Doble Gumbel; las ecuaciones que relacionan a la media de los gastos máximos instantáneos con características fisiográficas son de tipo potencial; se utilizaron herramientas de optimización del cómputo evolutivo para su determinación. Estos resultados serán de utilidad en el caso de obras futuras que se proyecten construir en sitios con escasa información hidrométrica debido a que se podrá estimar la media de los escurrimientos máximos con ayuda de características fisiográficas y con esta información y los factores regionales se podrá obtener el gasto de pico de la avenida de diseño para un determinado periodo de retorno.
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Estudio polifásico del efecto de la fuente de electrones en la calidad y el rendimiento del tratamiento de aguas residuales por digestión anaerobiaUlises Durán Hinojosa
El estudio de las complejas relaciones que hay entre la fisiología y la dinámica de las poblaciones durante el tratamiento de aguas residuales por digestión anaerobia, requiere de la combinación de técnicas convencionales de medición junto con el análisis simultáneo de conjuntos de datos multivariantes para llevar el monitoreo, la supervisión y el control de la digestión anaerobia a un nuevo nivel de fiabilidad y eficacia. Para ello en el presente proyecto se evaluó el efecto de aceptores de electrones como el nitrato y el sulfato en el proceso respiratorio y la dinámica de las poblaciones, todo esto con un enfoque distinto que nos permitió elegir un inóculo fácilmente adaptable a distintos tipos de donadores de electrones, como una herramienta útil en el diseño y puesta en marcha de reactores anaerobios. Para ello se realizaron ensayos en continuo y en lote con lodos anaerobios metabólicamente estables, en los que se evaluó el efecto de distintas concentraciones de nitrato y el sulfato sobre la digestión anaerobia; para apoyar este estudio las muestras de lodo de los distintos ensayos se analizaron mediante PCR-DGGE para determinar los cambios en la dinámica poblacional. Con los resultados obtenidos, se realizó el análisis polifásico de los resultados recopilados tanto del reactor en continuo como de los ensayos en lote. Todo esto con la finalidad de proponer una nueva herramienta de análisis que explique de manera integral las relaciones existentes entre la fisiología y la dinámica de las poblaciones, para un diseño de sistemas de tratamiento de aguas por digestión anaerobia con inóculos fácilmente adaptables a cambios bruscos de operación.
Aportaciones del grupo de hidromecánica para la actualización del Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFERafael Bernardo Carmona Paredes, Libia Carmona Paredes y Eduardo Rodal Canales
Para apoyar el desarrollo de nuevos proyectos de generación hidroeléctrica, bajo convenio con la CFE se han incrementado las capacidades de simulación del sistema Trans.
9reunión informativa anual 2017
Con la incorporación del Modelo de Orificio Dinámico, para proyectos con turbinas de reacción y baja velocidad específica, se ha incluido la posibilidad de calcular condiciones hidráulicas transitorias generadas por rechazo total de carga eléctrica a partir de la operación a condiciones de máxima eficiencia. Este modelo permite calcular las presiones extremas que podrán presentarse en tuberías, túneles, compuertas, así como la sobrevelocidad del rodete de la turbina. Este modelo es muy útil en etapas de factibilidad y prediseño de centrales hidroeléctricas. Adicionalmente, se ha desarrollado e incorporado al sistema Trans un esquema más robusto para cálculo numérico de la respuesta dinámica de las unidades de generación con turbina Francis. Con este nuevo esquema es posible calcular las variaciones en la velocidad de giro de las unidades y de las presiones en las tuberías durante los transitorios producidos por rechazo total de carga eléctrica o por variaciones en la demanda eléctrica. Considera la operación transitoria de las turbinas a través de las curvas características que relacionan caída neta, gasto, par y velocidad de giro para diferentes aperturas de los álabes, así como la dinámica de las masas rotantes de turbina y generador y las características de los reguladores de velocidad que tienen como objetivo central mantener la velocidad de giro muy cerca de la velocidad síncrona para generación.
Por acuerdo con la CFE, el Trans será una herramienta de cálculo del Manual de Diseño de Obra Civiles, por lo que también se han ampliado el Módulo de Captura y Generación de Archivos de Datos, que es la vía de comunicación de los usuarios con el módulo de cálculo numérico, y los reportes de resultados y salidas para graficación.
Por otra parte, se ha avanzado en la actualización de la Guía Práctica para el Anteproyecto de Obras Hidroeléctricas, documento base del Manual de Diseño de Obra Civiles para apoyo en el diseño de nuevas centrales hidroeléctricas. En particular, se han desarrollado expresiones para homologar el cálculo de velocidades específicas provenientes de distintas fuentes de información con valores numéricos obtenidos con la definición de velocidad específica empleada por la CFE. Con la recopilación en la literatura técnica y el análisis de criterios empíricos de selección de turbinas hidráulicas basados en la velocidad específica, se ha propuesto un procedimiento para determinar intervalos de valores para la velocidad específica en función de la caída neta acorde con las posibilidades actuales de diseño, así como para seleccionar la velocidad de giro compatible con la frecuencia de generación.
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Análisis de esperma en pequeños roedores y tlacuaches expuestos a plaguicidas para su aplicación en evaluaciones de riesgo ecológico en YucatánRosa María Flores Serrano, Hugo Antonio Ruiz Piña, Ricardo Aké López, Jaime Rendón Von Osten, José Salvador Flores Guido, Guillermina Pérez Casimiro y Adriana Ramírez González
El presente estudio tiene como objetivo evaluar el efecto de algunos plaguicidas organoclorados y organofosforados presentes en el suelo de un área agrícola de Yucatán en especies de fauna silvestre mediante la metodología denominada Análisis de Esperma de Roedores (RSA por sus siglas en inglés) con miras a proponer su uso como una herramienta para establecer, con una mayor certidumbre, la existencia o no de riesgo para los mamíferos de los sitios contaminados. Los sitios seleccionados fueron el denominado Sitio Contaminado (SC) que es una parcela agrícola (cítricos y papaya) en el municipio de Maní y un Sitio Testigo (ST) en la localidad de San José Tzal cuyos resultados servirán como referencia. Los plaguicidas estudiados fueron siete familias de organoclorados y cinco compuestos organofosforados. Estos compuestos se midieron en: a) 20 muestras de suelo y 20 muestras compuestas de hojas de 20 árboles frutales, b) 16 muestras de suelo y 16 muestras de compuestas de hojas de árboles de una especie silvestre del ST y c) 2 muestras de agua del pozo de riego del SC. Los resultados de las muestras de suelo indican en el SC concentraciones promedio de plaguicidas organoclorados superiores a las del ST, aunque cabe resaltar que estas concentraciones son bajas en general. Esto último se atribuye a que actualmente el uso de organoclorados prácticamente está en desuso, y se están aplicando de manera preferente organofosforados como el glifosato o bipiridilos como el paraquat; sin embargo, siguen encontrándose organoclorados en el ambiente debido a sus grandes tiempos de vida media. En el caso de hojas, al contrario que en las muestras de suelo, se encontró mayor número de sustancias detectadas en el ST respecto al SC. No se detectaron concentraciones de organofosforados, lo cual puede deberse a lo lábiles que son estas sustancias en el ambiente. En cuanto al esperma de los roedores, la tasa de captura de ejemplares en el campo ha sido baja por lo que se continúa con el trabajo de campo; hasta el momento se ha observado mayor volumen y concentración de espermatozoides en los roedores del SC, mientras que el resto de los parámetros (motilidad individual, motilidad masal (vigor) y anormalidades espermáticas) fueron mayores en el sitio de estudio.
11reunión informativa anual 2017
En junio de 2016 se aprobó la segunda etapa del proyecto, en la cual se continúa con la colecta de roedores para medir los parámetros espermáticos mencionados más otras tres características adicionales relacionadas a la integridad de ADN, enzimas bioindicadoras de exposición a plaguicidas organofosforados y carbamatos, el diseño, patente y construcción de una cámara de lixiviación para evaluar la aportación al ambiente de plaguicidas por disposición de envases a cielo abierto y un inventario de envases de plaguicidas en parcelas agrícolas de cacahuate.
El comportamiento del sedimento dentro del embalse del P. H. Las crucesJesús Gracia Sánchez et al.
Empleando modelos numéricos y físicos, se calculó el comportamiento del sedimento dentro del embalse del P.H. Las Cruces. Los resultados obtenidos muestran que el sedimento fino (< 0.2 mm) pasan a través del embalse sin depositarse, en tanto que el sedimento grueso (> 0.2 mm) queda retenido principalmente a la entrada del embalse. Se analizó el comportamiento del sedimento que quedará retenido entre la cortina del P.H. Las Cruces y la presa de cambio de régimen ubicada aguas abajo de la cortina principal, para determinar su eventual depósito. Adicionalmente se analizó la posibilidad de extraer el sedimento grueso a través del empleo del procedimiento de lavado (Flushing). Los resultados obtenidos muestran que el sedimento fino transita por el embalse sin depositarse, el material grueso sí se deposita dentro del embalse, pero de forma selectiva. Los resultados obtenidos muestran que el procedimiento de lavado, no es una alternativa aceptable en este caso para extraer el sedimento grueso. El depósito de sedimento dentro del recinto formado entre la cortina del P.H. Las Cruces y la presa de cambio de régimen no es un problema importante.
La conclusión más importante del estudio demuestra que la cantidad de material que se necesita aguas debajo de la cortina y en especial el grueso, que se deposita de forma “clasificada”, podría ser extraído y trasladado hacia aguas abajo de la cortina, mediante procedimientos mecánicos, que en principio no parecen incosteables y que constituirían parte del mantenimiento de la obra, respetando así el equilibrio ecológico de la región aguas abajo.
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Propuesta de suministro de agua potable segura en el Instituto de Ingeniería. (Segunda Etapa) “Sistema de Potabilización con carbón activado y ozono en línea del Instituto de Ingeniería”María Teresa Orta Ledesma, Ignacio Monge Ramírez, Iván Daniel Martínez Melgarejo e Isaura Yañez Noguez
El sistema de potabilización fue propuesto a fin de marcar el liderazgo que en aspectos de agua ha marcado el Instituto de Ingeniería desde la creación del proyecto PUMAGUA en 2008, así también como una alternativa para proporcionar agua de alta calidad asegurando el suministro en la red de algunos edificios de la dependencia.
Actualmente, el Instituto de Ingeniería cuenta con la más alta tecnología compuesta de un “Sistema de potabilización con filtro y ozono en línea” para el suministro de agua potable con altos estándares de calidad. El sistema fue diseñado y posteriormente instalado y puesto en marcha en Abril del presente año como parte del Proyecto de Responsabilidad Ambiental (RAM). Lo anterior, se debe a un logro que se suma al proyecto PUMAGUA que logró la automatización de la desinfección con cloro en Ciudad Universitaria a pie de pozo que provee a la red de suministro. Sin embargo dicha agua requiere ser filtrada en carbón activado para eliminar los niveles de cloro residual que afectan las características organolépticas del agua y la aceptación de la misma por parte de la población, que recurre así a la compra del producto embotellado.
El sistema está compuesto por un equipo alterno de filtros de carbón activado, un tanque de contacto presurizado y un sistema para la incorporación de ozono en línea conformado por: generador de oxígeno, generador de ozono, bomba centrífuga vertical, inyector Mazzei, sensor de ozono, destructor de ozono y tablero de control automático con controlador lógico programable (PLC). La filtración en carbón activado ayuda a remover los altos niveles de cloro residual, que imparte sabor y olor desagradable al agua. Los filtros están programados para operar de manera alterna y realizar el retrolavado automático semanalmente. El tanque presurizado además de garantizar el tiempo de contacto del ozono en el agua, permite controlar la operación del sistema de inyección de ozono en línea y el nivel residual deseado en la red de distribución. El control automático permite encender el sistema de inyección dependiendo del consumo de agua, está programado para
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mantener un nivel óptimo de ozono residual en el agua, evitando elevadas concentraciones.
El sistema de potabilización se encuentra ubicado entre los edificios 5 y 8; fue diseñado para producir 2.5 L/s y abastecer a un total de 7 edificios (1, 2, 3, 4, 5, 7 y 13). Actualmente se abastece de agua potabilizada con ozono a los edificios 1, 5, 7 y 13; se tiene en proyecto la interconexión de los edificios restantes. Como parte de las actividades de seguimiento, se ha estado realizando el monitoreo permanente de la operación del sistema de potabilización, calibración y monitoreo de los residuales de ozono en la red. También se realizó un muestreo y análisis de calidad de acuerdo NOM-127-SSA-1994 Modificación 2000, en laboratorio externo acreditado, así como 100 pruebas sensoriales del agua con la participación del personal del Edificio 5, de las cuales se obtuvo buena aceptación del agua equiparable a la embotellada.
Estudios para el monitoreo, conservación y manejo de los recursos naturales de las cascadas de arena submarinas de Cabo San LucasRodolfo Silva Casarín, Juan Carlos Alcérreca y Jorge Montiel
Las Cascadas de Arena (CAS) de Cabos San Lucas, Baja California Sur, se encuentran al interior de la bahía de San Lucas y junto con ésta, comparten características físicas y naturales que las hacen valiosas. Tanto las CAS como la bahía de San Lucas forman parte del Mar de Cortés, el cual recibió el título de “El Acuario del Mundo” por parte del explorador e investigador francés Jacques‐Yves Cousteau. Más aún, la bahía de San Lucas queda encerrada entre Punta Ballena y el Cabo de San Lucas, este último considerado como la punta más meridional de la Península de Baja California y límite entre las aguas del Mar de Cortés y el Océano Pacífico.
Se han realizado estudios para generar la información que permitan tomar acciones de monitoreo, conservación y manejo de los recursos relacionados con las CAS de Cabo San Lucas. Estas cascadas de arena están estrechamente ligadas con los procesos hidrodinámicos marinos y con el transporte de sedimentos. El fenómeno de las Cascadas de arena es parte del Área Natural Protegida de Flora y Fauna de Cabo San Lucas, pero además forma parte de
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la declaratoria de Patrimonio Mundial de la Humanidad. Al no existir estudios (o ser escasos), estos trabajos conforman uno de los primeros esfuerzos para entender la hidrodinámica y flujos sedimentarios para evitar su afectación por actividades como la turística.
Obtención de metano a partir de desechos lignocelulósicos y residuos sólidos urbanosSimón González Martínez
La digestión anaerobia de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) es una alternativa viable que permite estabilizar los residuos y recuperar energía en forma de metano. La producción de biogás depende principalmente del tipo y cantidad de macromoléculas presentes y, en particular, del contenido de compuestos lignocelulósicos, los cuales son de difícil degradación por microorganismos. El problema a resolver es la ruptura o hidrólisis de los compuestos celulósicos contenidos en las lignocelulosas provenientes de residuos sólidos orgánicos urbanos y permitir una mejor disposición para que microorganismos los consuman y produzcan biogás. La metodología se basa en la aplicación de diferentes procesos de tratamiento a los residuos sólidos orgánicos antes de la digestión anaerobia para producción de biogás. Actualmente se están llevando a cabo 5 proyectos con estudiantes de posgrado para determinar cuáles son las sustancias contenidas en los bagazos de FORSU y así aplicar métodos adecuados para hidrolizar compuestos celulósicos que puedan ser transformados en biogás. Los proyectos actuales y futuros se centran en dos vertientes principales: 1) Determinación, por métodos químicos y fisicoquímicos, del tipo de compuestos lignocelulósicos que contienen los bagazos de FORSY y 2) la forma de producción de biogás a partir de FORSU sin suplemento de agua y bajo condiciones estáticas (sin mezcla) con la intención de simplificar el manejo y procesamiento de FORSU para producir biogás.
15reunión informativa anual 2017
Modelación numérica y plan de gestión integral del acuífero del Valle de MéxicoFernando J. González Villarreal, Carlos Cruickshank Villanueva† y Adriana Palma Nava
La Zona Metropolitana del Valle de México experimenta una demanda acelerada de agua y ha sido factor para sobreexplotar el acuífero. Aproximadamente el 75% de los casi 20 millones de habitantes dependen de este recurso. Se presenta en este trabajo, el Plan de Gestión con el fin de lograr el equilibrio del acuífero y disminuir los hundimientos al mismo tiempo que se cubre la demanda y se conserva la calidad del agua. Se plantean dos acciones básicas en él: reducir la extracción en el acuífero y propiciar la recarga. El modelo numérico del acuífero por volúmenes finitos incorpora la solución integral del flujo inducido por el abatimiento de presiones en la arcilla que confina partes del acuífero. El agua que se drena de la arcilla es la causa más importante del hundimiento del terreno. Con la operación del modelo se tienen las evoluciones de los niveles piezométricos y de los hundimientos, que se compararon con observaciones de los mismos, logrando así una buena calibración, es decir, el modelo representa la hidrodinámica del acuífero, lo que permite evaluar y predecir su situación bajo diferentes políticas de operación. En esta presentación se mostrarán los resultados preliminares y conclusiones obtenidas hasta ahora.
Instituto de Ingeniería
Dr. Luis A. Álvarez Icaza LongoriaDirector
Dra. Rosa María Ramírez ZamoraSecretaria Académica
Lic. Salvador Barba EchavarríaSecretario Administrativo
Arq. Aurelio López EspíndolaSecretario Técnico
Ing. Marco Ambriz MagueySecretario de Telecomunicaciones e Informática
Dr. Germán Buitrón MéndezSubdirector de Unidades Académicas Foráneas
Mtro. Alejandro Sánchez HuertaSubdirector de Hidráulica y Ambiental
Dr. Manuel Jesús Mendoza LópezSubdirector de Estructuras y Geotecnia
Dr. Ramón Gutiérrez CastrejónSubdirector de Electromecánica