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AÑO 1

Enero – junio 2014

ISSN – En trámite

R e v i s t a

ITMochis

Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

1

Revista Científica ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano.

Vol. 2014 Número 1 enero – junio de 2014

Publicación del Instituto Tecnológico de Los Mochis

Revista Científica ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano.

Editor General Mtro. Juan Manuel Montoya Valenzuela

Director Ing. Manuel de Jesús López Pérez

Subdirector M.C. Valente Ochoa Espinoza

ISSN en trámite D.R. © Revista ITMochis

Hecho en México Printed in México

ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano.

El Nombre

La identificación de esta revista con el nombre de ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano, hace referencia al trabajo de vincular la ciencia desde el aspecto académico y tecnológico, para acortar la posible brecha existente entre ellos, siempre orientado al beneficio de alumnos, académicos, investigadores y empresarios de la región, buscando continuamente un contexto mejor.

Diseño de portada: Mtro. Juan Manuel Montoya Valenzuela Portada: “Ciencia” Foto: Mtro. Juan Manuel Montoya Valenzuela

Todos los artículos publicados son sometidos a arbitraje por especialistas. El contenido de los artículos es responsabilidad de los autores. Se aceptan colaboraciones de acuerdo con las políticas de la revista. Enviar colaboraciones a: [email protected]

mailto:[email protected]

Revista ITMOCHIS Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano

COMITÉ EDITORIAL

COMITÉ EDITORIAL

PROFESORES INVESTIGADORES:

M.C. Marco Antonio Rodríguez Rodríguez Instituto Tecnológico de Los Mochis, Ciencias Básicas.

M.C. Gerardo Cazares Ayala. Instituto Tecnológico de Los Mochis, Eléctrica y Electrónica.

M. Arq. Lorenzo Valdez Colunga. Instituto Tecnológico de Los Mochis, Arquitectura.

M.C. Lucia Ochoa Romo Instituto Tecnológico de Los Mochis, Informática.

M.C. Luis Armando Valdez. Instituto Tecnológico de Los Mochis, Ingeniería Industrial.

M.C. Patricia Miramontes Aguilar. Instituto Tecnológico de Los Mochis, Ciencias Económico Administrativas.

COMITÉ DE ARBITRAJE

PROFESORES INVESTIGADORES:

Dr. Jesús Manuel Díaz Gaxiola. Instituto Tecnológico de Los Mochis, Química y Bioquímica.

Dr. Jesús Martín Cadena Badilla. Universidad de Sonora.

Dr. Luis Felipe Romero Dessens. Universidad de Sonora.

Dr. Ramón Arturo Vega Robles. Universidad de Sonora.

Dr. Paúl Adolfo Taboada González Instituto Tecnológico de Los Mochis

Dra. Quetzalli Aguilar Virgen Instituto Tecnológico de Los Mochis

Dra. Linda García Rodríguez Instituto Tecnológico de Los Mochis

Dr. Dario Fuentes Guevara Instituto Tecnológico de Los Mochis

Traductor: M.C. José Alberto Estrada Beltrán Instituto Tecnológico de Los Mochis

Mtro. Juan Manuel Montoya Valenzuela Editor General Instituto Tecnológico de Los Mochis

Ing. Manuel de Jesús López Pérez Director Instituto Tecnológico de Los Mochis M.C. Valente Ochoa Espinoza Subdirector Instituto Tecnológico de Los Mochis

Revista ITMOCHIS Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano

Revista ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano

Vol. 2014 Número 1 Edición Semestral / Enero – junio 2014 ISSN – En trámite

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

DERECHOS DE AUTOR Y DERECHOS CONEXOS, año 1, No. 1, enero – junio 2014, es una Publicación semestral editada por Juan Manuel Montoya Valenzuela, Boulevard Juan de Dios Batiz y 20 de Noviembre C.P. 81259 Los Mochis, Sinaloa, Tels. 668-8125858, 668-8125959, http://www.itmochis.edu.mx/index.php/9-tecnologico/235-revista-itlm, [email protected]. Editor responsable: Juan Manuel Montoya Valenzuela, Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. En trámite, ISSN: En trámite, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Responsable de la última actualización de este Número, Juan Manuel Montoya Valenzuela, Boulevard Juan de Dios Batiz y 20 de Noviembre C.P. 81259, fecha de última modificación, 30 de septiembre de 2014. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación.

Queda prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Instituto Nacional del Derecho de Autor. Todos los artículos publicados son sometidos a arbitraje por especialistas en el tema mediante el sistema de “pares ciegos”. El contenido de los artículos es responsabilidad de los autores.

http://www.itmochis.edu.mx/index.php/9-tecnologico/235-revista-itlm

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ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano

CONTENIDO

Volumen 2014 Número 1 ENERO – JUNIO 2014.


ISSN En trámite.

1 Presentación

SECCIÓN DOCENTES

6 Alimento para niños preparado con harinas de maíz de calidad proteínica y

garbanzo extrudidos.

Claudia Alarcón-Valdez, Roberto Gutiérrez-Dorado, Oralia G. Cárdenas-

Valenzuela, Jorge Milán-Carrillo y Cuauhtémoc Reyes-Moreno.

27 Unidad de control multiprotocolo.

Gerardo Cázarez-Ayala, Hugo Castillo-Meza, Antonio Rodríguez-

Beltrán, Sócrates Lugo-Zavala, Miguel Ramírez-Montenegro, Miguel A.

Lugo-Zúñiga y Jesús E. Cota-Arredondo.

39 Análisis de la razón de cambio de la eficiencia en convertidores monofásicos y

su relación con ángulo de disparo.

Luis Ruelas-García, César Pazos-Álvarez, Rafael Cisneros-Mondragón y

Adalberto Robles-Castro.

58 Empresas: la importancia de la adaptación al medio para lograr el éxito

Manuel de Jesús López-Pérez, Oscar Fernández-García, Héctor Allier-

Campuzano

SECCIÓN ALUMNOS

78 Automatización de estanques para la crianza de camarón mediante sensores

inteligentes inalámbricos.

Javier Cortez-Castañeda, Roberto Gámez-Olguin y Abdiel González-

Anaya.

90 Diseño de un prototipo para la automatización del control de salinidad basado

en tecnologías inalámbricas.

Juan Pablo López-Wiley, Mauricio Sánchez-Vázquez y Shamar Douriet-

Peralta.

97 Instrucciones para postular artículos.

Directorio

ITMOCHIS Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014

1

ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano ISSN – En trámite

Volumen 2014 Número 1 Enero – junio 2014

PRESENTACIÓN

El presente volumen, ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano,

volumen 2014, número 1, está conformado por dos secciones; la primera dedicada

a temas de interés por parte de académicos de nivel superior y la segunda aborda

diferentes temáticas llevadas por estudiantes de ingeniería de nivel superior,

generadas a partir de diferentes proyectos de investigación.

La primera sección, denominada Docentes comienza con el trabajo de Claudia

Alarcón Valdez, Roberto Gutiérrez Dorado, Oralia G. Cárdenas Valenzuela, Jorge

Milán Carrillo y Cuauhtémoc Reyes Moreno “Alimento para niños preparado con

harinas de maíz de calidad proteínica y garbanzo extrudidos”, en el cual se tuvo

tres objetivos: (1) Determinar la mejor combinación de harina de maíz de calidad

proteínica extrudido (HME) y harina de garbanzo extrudido (HGE) para producir un

alimento para niños de alta calidad proteínica y optimizada elevada aceptabilidad

sensorial, (2) Formular el alimento infantil tipo atole a partir de la mezcla

HME/HGE optimizada, y 3) Evaluar las propiedades nutricionales de la mezcla

HME/HGE optimizada y del alimento.

En el segundo artículo “Unidad de control multiprotocolo” de Gerardo Cázarez

Ayala, Hugo Castillo Meza, Antonio Rodríguez Beltrán, Sócrates Lugo Zavala,

Miguel Ramírez Montenegro, Miguel A. Lugo Zúñiga y Jesús E. Cota Arredondo,

describe el desarrollo de un sistema para la adquisición de datos distribuidos con


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capacidad de comunicarse a través de múltiples y diferentes protocolos de

comunicación cableada e inalámbricamente de forma eficiente haciendo uso del

driver de comunicación desarrollado para dichas tareas. El sistema está

constituido por dos partes primordiales: la tarjeta de adquisición de datos basada

en un microcontrolador Arduino y un componente de software para realizar las

tareas de comunicación vía enlaces Ethernet, Zigbee o WiFi.

El tercer artículo “Análisis de la razón de cambio de la eficiencia en convertidores

monofásicos y su relación con ángulo de disparo” de Luis Ruelas Garcia, Cesar

Pazos Alvarez, Rafael Cisneros Mondragon y Adalberto Robles Castro. La

investigación pretende mostrar a través de una serie de réplicas o experimentos,

información sobre el funcionamiento de las distintas variables que se relacionan

con la regulación electrónica, para el control de velocidad de motores en CD. Los

experimentos se realizaron en un banco de pruebas del área del laboratorio de

electrónica de potencia.

El siguiente artículo “Empresas: la importancia de la adaptación al medio para

lograr el éxito” de Manuel de Jesús López Pérez, Oscar Fernández García y

Hector Allier Campuzano, describen como la adaptabilidad de las empresas y su

capacidad de respuesta a las condiciones cambiantes del medio ambiente

económico político y social determinan en gran medida la posibilidad de

permanencia en el mercado, de crecimiento y de éxito económico. En un primer

plano aparecen las variables de orden macro tales como el desarrollo económico

logrado en el país, el crecimiento de los índices de precios y la inflación, etc. En un

segundo plano tenemos los aspectos de planificación micro tales como la elección

de los procesos de producción que se emplearán en la empresa, la maquinaria y

equipos con que se habrán de operar la política de precios para los diferentes

artículos que la empresa elabora y vende etc. Proponemos en este documento

alternativas de lo que pueden hacer las empresas para adaptarse al medio y poder


3

desarrollarse pensando sobre todo en las pequeñas y las microempresas las

cuales son la gran mayoría de los negocios que existen en el país. Muchas de

ellas operan incluso en el marco de la informalidad y es un imperativo para lograr

el crecimiento económico del país que las empresas informales que hoy operan

puedan dar el paso y avanzados de la informalidad hacia la formalidad con esto

una gran parte de los problemas económicos de México estarán resueltos.

La siguiente sección denominada Alumnos, abre con el artículo “Automatización

de estanques para la crianza de camarón mediante sensores inteligentes

inalámbricos” de Javier Cortez Castañeda, Roberto Gámez Olguin y Abdiel

González Anaya, en el cual se realiza una simulación a escala de una granja

camaronera. Basados en un estanque para el crecimiento de la cría de camarón,

en el cual las variables más importantes son: pH, temperatura, Flujo, y control de

oxígeno.

Por último, el texto “Diseño de un prototipo para la automatización del control de

salinidad basado en tecnologías inalámbricas” de Juan Pablo López Wiley,

Mauricio Sánchez Vázquez y Shamar Douriet Peralta, el cual describe el diseño de

tecnología electrónica basada en la programación de algoritmos complejos

capaces de automatizar el proceso de la creación de salmuera, con el fin de

optimizar tiempos de logística, proporcionándole a la empresa una alta

competitividad ante las demás industrias lo cual conlleva un aumento en capital,

aumentar su nivel de producción y reducir tiempos de presencia en el mercado.

Terminando así nuestra edición.

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REVISTA ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano

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SECCIÓN DOCENTES

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Instituto Tecnológico de Los Mochis

ISSN: En trámite

México

2014

Alimento para niños preparado con harinas de maíz de calidad proteínica y

garbanzo extrudidos

Claudia Alarcón-Valdez, Roberto Gutiérrez-Dorado, Oralia G. Cárdenas-

Valenzuela, Jorge Milán-Carrillo y Cuauhtémoc Reyes-Moreno

ITMochis Revista Tecnología, Investigación y Liderazgo Mexicano,

Enero – Junio, 2014/Vol. 2014, Número 1 Edición Semestral

Instituto Tecnológico de Los Mochis, Los Mochis, Sinaloa pp. 7 – 26

ITmochis


ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014

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ALIMENTO PARA NIÑOS PREPARADO CON HARINAS DE MAÍZ DE

CALIDAD PROTEÍNICA Y GARBANZO EXTRUDIDOS

WEANING FOOD FROM QUALITY PROTEIN MAIZE AND CHICKPEA

EXTRUDED FLOURS.

Claudia Alarcón-Valdez1; Roberto Gutiérrez-Dorado2; Oralia G. Cárdenas-

Valenzuela2Jorge Milán-Carrillo2; Cuauhtémoc Reyes-Moreno2.

1Profesora de asignatura, Instituto Tecnológico de Los Mochis. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica, Blvd.

Juan de Dios Bátiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa.

2Profesor investigador de Doctorado en Ciencias. Programa Regional del Noroeste para el Doctorado en Biotecnología

(PRNDB) (FCQB-UAS).

RESUMEN

El presente estudio tuvo tres objetivos: (1)

Determinar la mejor combinación harina

de maíz de calidad proteínica extrudido

(HME) y harina de garbanzo extrudido

(HGE) para producir un alimento para

niños de alta calidad proteínica y

optimizada elevada aceptabilidad

sensorial, (2) Formular el alimento infantil

tipo atole a partir de la mezcla HME/HGE

optimizada, y 3) Evaluar las propiedades

nutricionales de la mezcla HME/HGE

optimizada y del alimento. Se aplicó la

metodología de superficie de respuesta

para determinar la combinación óptima

HME/HGE HME/HGE fue 21.2%/78.8%;

esta mezcla tuvo deseabilidad global de

0.93, 20.07% proteínas (MS), 5.70%

lípidos (MS), 71.14 % carbohidratos

(MS); su perfil de aminoácidos esenciales

cubrió los requerimientos para niños de 2-

5 años de edad recomendados por la

FAO/WHO satisfactoriamente, excepto

para triptófano. El alimento infantil tipo

atole derivado de esta mezcla tuvo un

contenido de proteína de 4.52%, que es el

14.4% de la energía del alimento,

adecuado para un alimento para niños.

Cada 100g de alimento infantil aportan

6.3-12.6% y 23.8-34.8% del requerimiento

diario de energía y proteína para niños y

niñas de 1-8 años de edad. El alimento

infantil tuvo 62.1% de digestibilidad de la

proteína in vitro, C-PER de 1.93 y

calificación entre “me gusta mucho” y


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“me gusta extremadamente” en una prueba

hedónica para aceptabilidad general. Este

alimento podría utilizarse como alimento

soporte del crecimiento infantil.

Palabras clave: Alimento infantil, maíz

de calidad proteínica, garbanzo,

nutrición.

INTRODUCCIÓN

La desnutrición es una de las principales

causas de morbilidad y mortalidad en

niños en la mayoría de los países en

desarrollo (Alarcón-Valdez, 2004). Para

minimizar las adversidades de la

desnutrición se han desarrollado alimentos

infantiles suplementarios que se

suministran a través de programas

gubernamentales. Mezclas de cereales y

leguminosas se han empleado en la

formulación de alimentos infantiles

(Bressani, 1983), como pastas, papillas

(Cerezal-Mezquita, et al., 2007) y galletas

(INCAP, 2002). En cuanto a la

alimentación humana, el maíz es el tercer

cereal en importancia, después de trigo y

arroz, sin embargo, posee un contenido

proteínico relativamente bajo y una

composición de aminoácidos esenciales

desfavorable. El maíz presenta

deficiencias en lisina y triptófano, además

de un desbalance leucina/isoleucina, lo

cual contribuye al desarrollo de pelagra y

kwashiorkor (Gopalan y Rao, 1975) del

maíz, se han hecho esfuerzos importantes

para mejorar la calidad de su proteína.

Mertz et.al (1964) encontraron que el gen

opaco-2 de un tipo de maíz que aumenta

significativamente la concentración de

lisina. Desafortunadamente, este gen está

asociado a una reducción del rendimiento

del grano, el aumento a la susceptibilidad

a la pudrición de la mazorca, endospermo

harinoso suave y pobres propiedades para

la molienda seca. Debido a estas

propiedades indeseables, este maíz con

alto contenido de lisina nunca fue

cultivado con éxito en grandes superficies.

Después de más de 20 años de esfuerzos

interdisciplinarios, mejoradores de plantas

y bioquímicos del Centro Internacional

para el Mejoramiento del Maíz y el Trigo

(CIMMyT), México ha desarrollado líneas

de maíz con endospermo duro y mejorados

nutricionalmente llamados maíces de

calidad proteínica (MCP). Estas líneas

poseen buenas propiedades agronómicas y

de procesamiento, con un mejor contenido

de lisina y triptófano (Sproule et al., 1988;

Brockholt y Rooney, 1992). Después de

10 años de esfuerzos interdisciplinarios, el


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CIMMyT y el Instituto Nacional de

Investigaciones Forestales, Agrícolas y

Pecuarias (INIFAP), México, han

desarrollado con éxito 26 variedades e

híbridos de MCP, principalmente para

regiones tropicales y subtropicales, que

son similares al maíz normal en

rendimiento y otras propiedades

agronómicas, y se está tratando de

introducirlos en la producción comercial

(INIFAP, 1999).

El garbanzo es una buena fuente de

proteínas y carbohidratos; además, posee

importantes cantidades de vitaminas

(tiamina, niacina), minerales (Ca, P, Fe,

Mg, K) y ácidos grasos insaturados

(oleico, linoléico). Sin embargo, las

proteínas del garbanzo son deficientes en

aminoácidos azufrados (metionina y

cisteína) (Chavan et al., 1987; Reyes

Moreno et al., 2004). Al mezclar las

proteínas de maíz y garbanzo se

complementan unas con otras para

producir proteínas de mayor calidad

nutricional.

Varias tecnologías de procesamiento de

alimentos tienen potencial para

incrementar la biodisponibilidad y

densidad nutritiva, seguridad alimentaria,

estabilidad durante almacenamiento y

palatabilidad, y pueden ser aplicadas para

la preparación de alimentos infantiles.

Entre estas tecnologías se incluyen

aquellas tradicionales como rostizado,

germinación, molienda, horneado,

cocción, secado y fermentación (Beressani

et al., 1984), así como, nuevas tecnologías,

las cuales actualmente son ampliamente

usadas en la industria de alimentos, tales

como el calentamiento por

radiofrecuencias, microondas, infrarrojos,

perfusión instantánea y de alto calor,

calentamiento óhmico y extrusión

(Fellows, 2000; Richardson, 2001). La

extrusión generalmente es un proceso

llevado a cabo a temperaturas altas y en

tiempo y ofrece numerosas ventajas, tales

como versatilidad, productividad alta,

costos de operación bajos, eficiencia

energética, obtención de productos de alto

valor biológico y elevada digestibilidad de

las proteínas (Mercier, 1993; Milán-

Carrillo et al, 2002). El presente trabajo

tuvo tres objetivos: (1) Determinar la

mejor combinación harina de maíz de

calidad proteínica extrudido (HME)/

harina de garbanzo extrudido (HGE) para

producir un alimento infantil de alta

calidad proteínica y optimizada elevada

aceptabilidad sensorial, (2) Formular el


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alimento infantil tipo atole a partir de la

mezcla HME/HGE optimizada, y 3)

Evaluar las propiedades nutricionales de la

mezcla HME/HGE optimizada y del

alimento elaborado.

MATERIALES Y MÉTODOS

Maíz (Zea maysL) de calidad proteínica

variedad V-537C, y garbanzo

(Cicerarietinum L) variedad Blanco

Sinaloa 92 fueron proporcionados por

INIFAP Valle de Culiacán, Sinaloa,

México. Los granos se limpiaron,

guardaron en recipientes herméticos y

almacenaron a 4ºC.

Preparación de harina de maíz extruido

(HME)

La HME se preparó de acuerdo a Reyes-

Moreno et al (2003). Tres lotes de 500g de

grano entero se fragmentaron en licuadora

doméstica a baja velocidad hasta obtener

fragmentos con tamaños que pasaron a

través de una malla N°10 (22mm). Los

fragmentos fueron molidos en la misma

licuadora a alta velocidad hasta obtener

harina con tamaños de partícula que

pasaron a través de una malla N°40 (0.425

mm). La harina de maíz se mezcló con cal

en una proporción de 0.24g de cal por

100g de harina y la mezcla se ajustó a

28% de humedad con agua destilada. Cada

lote se empacó en bolsas de polietileno y

se almacenó a 4°C por 12h. Antes de la

extrusión las muestras se acondicionaron a

25°C durante 6h. La extrusión se realizó

en extrusor de tornillo simple Mod 20 DN

(CW Brabender Instruments, Inc, NJ,

EUA) con diámetro de barril de 19 mm,

utilizando una temperatura del extrusor

79.4ºC y velocidad de tornillo 73.5 rpm.

Los extrudidos se enfriaron a temperatura

ambiente (25ºC) y se molieron

(CycloneSampleMill, UD Corp., Co,

EEUU) hasta obtener una harina que pasa

a través de una N° 80 (0.150 mm). La

HME obtenida se envasó en recipientes

herméticos y se almacenó a 4ºC.

Preparación de harina de garbanzo

extruido (HGE)

La HGE se preparó de acuerdo a Milán-

Carrillo et al (2002). Doce lotes de 500g

de grano entero se fragmentaron en

licuadora doméstica a baja velocidad hasta

obtener fragmentos con tamaño que

pasaron a través de una malla N°10 (2

mm). Debido al proceso de molienda, la

testa se separó de los cotiledones

fragmentados y fue eliminada usando una


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corriente de aire aplicada a los fragmentos

con un abanico doméstico. Los

fragmentos, sin testa, fueron molidos en la

misma licuadora a alta velocidad hasta

obtener harina con tamaños de partícula

que pasaron a través de una malla N°40

(0.425mm), que se ajustó a 26.5% de

humedad con una disolución salina (0.25%

de NaCl y 0.75% de NaHCO3 en agua

destilada, p/v). Cada lote fue empacado en

bolsa de polietileno y almacenado a 4ºC

por 12 h. Antes de la extrusión las

muestras se acondicionaron a 25ºC

durante 6 h. Se utilizó el mismo extrusor

empleado para la obtención de HME, a

151ºC y velocidad de tornillo 190 rpm.

Los extrudidos se enfriaron a medio

ambiente (25ºC) y se molieron

(CycloneSampleMill, UD Corp., Co,

EEUU) hasta obtener una harina que

pasara a través de una malla N°80 (0.150

mm). La HGE se envasó en recipientes

herméticos y se almacenó a 4ºC.

Preparación de alimentos para niños

Se prepararon 11 alimentos diferentes

tipos atole a partir de 11 mezclas

HME/HGE obtenidas por la combinación

en diferentes proporciones de cada harina

(Tabla 3). Para la obtención de los

alimentos se preparó una suspensión

combinando 25g de mezcla, 8g de

sacarosa y 80 mL de agua purificada. La

suspensión se calentó a 90ºC por 8 min, se

enfrió a temperatura ambiente (25ºC) por

30 min y se evaluó sensorialmente para

aceptabilidad (A) con panelistas adultos

semientrenados, en una prueba hedónica

para aceptabilidad general.

Evaluación sensorial

Las muestras (20g) de alimento infantil se

sirvieron en copas cuyas tapas se marcaron

con números de tres dígitos seleccionados

al azar (18-35 años de edad). La

evaluación y selección de los panelistas se

basó en el interés de los participantes,

agudeza para la detección de sabor, olor y

la capacidad de entender los

procedimientos del ensayo, además de que

declararon disfrutar de comer alimentos

tipo atole. Los evaluadores fueron

ubicados en compartimentos individuales

con temperatura (25ºC) y humedad

relativa (50-60%) controladas. Las

muestras fueron evaluadas para

aceptabilidad (A) con una escala hedónica

de 5 puntos (1 = me disgusta mucho; 5 =

me gusta mucho) (Larmond, 1977). La


12

evaluación sensorial se repitió tres veces

en diferentes días.

Diseño para la preparación de mezclas

de HME/HGE

Se seleccionó un diseño Lattice Simplex

para mezclas (metodología de superficie

de respuesta). Las proporciones de los

componentes (X1=HME y X2=HGE) se

expresaron como fracciones de la mezcla,

siendo siempre 100% la suma de (X1+X2)

las proporciones de los componentes. El

diseño experimental generó 11

tratamientos. Las mezclas de cada

tratamiento se evaluaron para proteína

verdadera (PV) y lisina disponible (LD). A

partir de cada mezcla se preparó un

alimento infantil, y cada uno de ellos se

evaluó sensorialmente para aceptabilidad.

El modelo experimental se representa

como

Donde Yk,: variables de respuesta; β1, β2 y

β12 parámetros estimados para cada

término lineal y la interacción,

respectivamente. Se aplicó análisis de

regresión múltiple y se obtuvo un modelo

de predicción para cada variable de

respuesta (DesignExpert, 2002).

Combinación óptima de HMG/HGE

Se aplicó la metodología de superficie de

respuesta como técnica para determinar la

combinación óptima de HME/HGE para

producir un alimento para niños. El

objetivo de la optimización fue encontrar

un valor común óptimo para las tres

variables de respuesta. Se aplicó el método

de deseabilidad (De la Vara y Domínguez,

2002). Los tres modelos (uno para cada

variable de respuesta) pueden ser

evaluados en cualquier punto X = (X1, X2)

de la zona experimental. Se procuró que

todas las variables de respuesta tuvieran

valores tan altos como fuera posible. Una

vez que calculadas las tres deseabilidades

individuales se calcularon, se obtuvo la

deseabilidad global para las tres variables

de respuesta aplicando la función

matemática de transformación D=

(d1d2d3)1/3. El valor óptimo ideal es D = 1,

siendo aceptables los valores entre 0.6 y

0.8. Para la realización de estas

determinaciones se utilizó el paquete

DesignExpert (2002).

Yk =β1X1+β2X2+β12X1X2

X1=HME(%)

X2=HGE(%)

Y1=PV

Y2=LD

Y3

=AAA


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Composición proximal

Se emplearon los métodos de AOAC

(1999); secado a 105ºC por 24 h, para

humedad (método 925.098); incineración

a 550ºC, para cenizas (método 923.031);

desgrasado con éter de petróleo en un

equipo Soxhlet, para lípidos (método

920:39C) y microKjeldahl, para proteínas

(Nx6.25) (método 960.52). El contenido

de carbohidratos se determinó por

diferencia.

Diferencia total de color (ΔE)

El color superficial de las muestras se

midió por triplicado utilizando un

colorímetro CR-210 (Minolta, Japón). Las

variables L, a, b de las muestras (m) se

registraron y compararon con los de un

estándar (s) de color blanco de valores

Ls=97.63, as=0.78, bs=-0.25. La ΔE se

calculó con la ecuación: ΔE = [(Ls-Lm)2 +

(as-am)2 + (bs-bm)2]1/2

Actividad e índice de absorción de agua

Se determinó la actividad de agua (aw) en

muestras de harina de 5g acondicionadas a

25ºC, utilizando un higrómetro

AquaLabModel CX-2

(DecagonDevicesInc, Pullman, WA,

EUA) calibrado con solución saturada de

cloruro de potasio (aw= 0.849 a 25ºC)

(Milán et al, 2000). Para el índice de

absorción de agua (IAA) se utilizó la

metodología de Anderson et al(1969). Una

alícuota de 2.5g de cada muestra se

suspendió en 30 mL de agua destilada en

un tubo de centrífuga puesto previamente

a peso constante. La suspensión se

homogenizó con una varilla de vidrio, por

1 min a 25ºC, y se centrifugó (3000g,

25ºC, 10 min). El IAA se calculó a partir

del peso del precipitado y se expresó como

g gel / g sólidos (MS).

Proteína verdadera (PV)

Se calculó a partir de la diferencia entre N2

total (NT) y N2 no proteínico (NNP). Para

la determinación de NNP 5g de muestra se

mezclaron con 20 mL de una solución de

ácido tricloroacético (ATA) al 10% y se

agitaron en un agitador orbital a 400 rpm y

25ºC por 1 h. El sobrenadante se aforó a

50 mL con agua destilada; se tomó una

alícuota para la determinación de N2. El

N2El contenido de PV se calculó como

(NT-NNP) x 6.25.

Lisina disponible (LD)

Se determinó de acuerdo al procedimiento

de Hurrel et al (1979). Se utilizó colorante


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Naranja 12, el cual, a pH ácido, se liga a

los residuos de lisina de las proteínas

formando un cromógeno. Se colocaron

muestras de 0.5 g en matraces Erlenmeyer

de vidrio. En la primera etapa (Lectura A)

40 mL solución de 1,362g de colorante

Naranja 12 por L de solución reguladora

de fosfatos (20 g ácido oxálico + 3.4 g de

fosfato monobásico de potasio + 60 mL

ácido acético, pH 1.25). En la segunda

etapa, correspondiente a la propionilación

(Lectura B), 0.2 mL de anhídrido

propiónico y 2 mL de solución reguladora

de fostafos se añadieron a otro matraz con

muestra. Ambos matraces se agitaron a

400 rpm y 25ºC por 1h. Se tomaron

alícuotas (15 mL) de cada matraz y se

centrifugaron (5000xg, 25ºC por 15 min);

cada sobrenadante se diluyó con agua

destilada (1:100). Se midieron las

absorbancias a 475 nm con un

espectrofotómetro UV-Visible21D Model

1146 (Spectronic, Milton Roy, EUA). Se

construyó curva estándar de lisina y la

cantidad en la muestra se obtuvo restando

la lectura B de la lectura A.

Digestibilidad proteínica in vitro (DP)

Se aplicó la metodología de Hsu et al

(1977). Se seleccionó un sistema

multienzimático (Sigma Chemical, St.

Luis, MO, EEUU) constituido por 8 mg

tripsinapancreática porcina tipo IX (Sigma

T 0303) con 15600U/mg; 15.5 mg de

quimotripsina pancreática bovina tipo II

(Sigma C-4129) con 83.9 U/mg; y 6.5 de

peptidasa intestinal porcina grado III

(Sigma P-7500) con 102 U/g; todo en 5

mL de agua destilada. Mientras se agitaba

en un baño a 37ºC, una cantidad específica

de cada muestra se utilizó para preparar 50

mL de una suspensión acuosa de proteína

(6.25 mg/mL) y se ajustó el pH de la

suspensión a 8.0. A cada suspensión

proteínica, mantenida a 37ºC.y en

agitación constante, se le añadió 5mL de

solución multienzimática y se registró el

pH a los 10 min. La DP se calculó como

DP = 210.46 – 18.10 X, donde X es el pH

registrado 10 min después de añadir el

sistema multienzimático a la solución

proteínica (Hsu et al., 1977).

Análisis de aminoácidos

Se colocó 5-10 mg de cada muestra en

ampolletas de 2 mL que contenían un

estándar interno (norleucina) y 0.4 mL de

HCl 6 N. Las ampolletas se cerraron a

vacío y se colocaron en una estufa a 110ºC

por 24 h. Después de la hidrólisis, se tomó


15

un alícuota de 20 µL del hidrolizado, la

cual se secó y se sometió a derivatización.

Las muestras para determinación de

cisteína se trataron primeramente con

ácido perfórmico a temperatura ambiente

por 18 h (Hirs, 1967). El contenido de

triptófano se determinó por separado. Las

muestras se hidrolizaron en tubos de

polipropileno con KOH 4.2 M, que

contenía 1% (w/v) de tiodiglicol, a 110ºC

por 18 h. Después de la hidrólisis, el KOH

se neutralizó con ácido perclórico 4.2 M.

Se colectó el sobrenadante y se ajustó a

pH 3 con ácido acético diluido; se tomó

una alícuota de 50-L para su

derivatización. El equipo fue calibrado con

una mezcla de aminoácidos (Pierce

Estándar H) suplementada con triptófano.

El análisis de aminoácidos se realizó en

equipo Pico-Tag (Waters, Milford, MA,

EUA) según la metodología propuesta por

Cohen y Strydom (1988). El triptófano se

analizó utilizando las condiciones

descritas por Hariharan et al (1993). Como

proteína control se utilizó caseína.

Relación de eficiencia proteínica

calculada (C-PER)

Las C-PERfueron calculadas según el

procedimiento sugerido por Satterlee et al

(1982) y reportado por la AOAC (1995).

Para el cálculo de C-PER se requiere

conocer la digestibilidad proteínica in

vitro y el contenido de aminoácidos

esenciales de la muestra analizada. Se

empleó caseína como proteína de

referencia. El C-PER se determinó

utilizando la ecuación de regresión C-

PER= -2,1074 + 2,8525(Z) -0,4030(Z2)

Donde Z se calculó en base al perfil de

aminoácidos y a la digestibilidad

proteínica in vitro de muestras y de la

proteína de referencia, así como en

relación a los valores estándares de

FAO/WHO (1991) para aminoácidos

esenciales.

Análisis estadístico

Los obtenidos fueron analizados utilizando

análisis de varianza (ANOVA) de una sola

vía y prueba de rango múltiple de Duncan

(p≤0,05).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Propiedades de las harinas extruidas

Los contenidos de proteínas, lípidos y

carbohidratos de la harina de maíz

extrudida (HME) que se presentan en la

Tabla 1 coinciden con los reportados por


16

Bello-Pérez et al. (2002) para harinas de

maíz nixtamalizado.

Tabla 1. Composición química y

propiedades fisicoquímicas de harinas

de maíz de calidad proteínica y

garbanzo extruidos

Propiedad1 HME2 HGE2

Composición

química (%,MS)

Proteínas 10.75b 22.28a

Lípidos 5.84a 5.48b

Carbohidratos 81.40a 69.12b

Minerales 2.01b 3.13a

Fisicoquímicas

Actividad acuosa 0.51a 0.50a

Color

Valor Hunter L 87.89b 88.92a

Diferencia total de

color

12.95b 23.41a

IAA3 2.82b 3.29a 1 Las medias fueron comparadas por renglones

usando la prueba de rangos múltiples de

Duncan. Medias con la misma letra no son

significativamente diferentes a p≤0.05. 2 HME= Harina de maíz extruido, HGE=Harina de

garbanzo extruido 3 IAA= Índice de absorción de agua (g gel/g

sólidos, MS)

Por su parte, la harina de garbanzo

extruido (HGE) presentó un contenido

mayor (p≤0,05) de proteínas y cenizas y

un contenido menor (p≤0,05) de

carbohidratos y lípidos que la HME

(Tabla 1). Khan et al (1995) reportaron en

cuatro variedades diferentes de garbanzo

contenidos (% MS) de 23.1-26.79 de

proteínas, 3.6-5.2 de lípidos, 2.8-3.6 % de

cenizas y 45.5-56.7 de carbohidratos. El

intervalo de actividad de agua (0.50-0.51)

de las harinas extruidas correspondió a

valores donde la actividad enzimática,

crecimiento de microorganismos y

reacciones químicas ocurren muy

lentamente, lo cual favorece en una vida

de anaquel larga. La HGE tuvo mayor

(p<0.05)E que la HME (23.41 vs 12.95).

En este trabajo E representa la diferencia

total de color en referencia a un estándar

de color blanco. Valores mayores de E

significan harinas más oscuras. Por lo

tanto, HGE fue más oscura que HME, lo

cual también fue observado visualmente.

HGE también tuvo mayor(p<0.05) IAA

que la HME (3.29 vs 2.82 g gel / g

muestra seca). Los valores mayores de E

e IAA de E HGE no son debido a los

procesos de elaboración de harinas

extruidas, sino se deben a que la harina de

garbanzo crudo, a partir de la cual se

elaboró HGE, presentó mayores valores de

E e IAA (19 y2.15g gel por g de muestra

seca) a partir de la cual se elaboró HME.

Durante la elaboración de HGE se

presentaron menores incrementos de E e

IAA (32.2 y 53%, respectivamente) que

durante la elaboración de HME (40.8 y

125.6%). El incremento de E durante la

elaboración de HGE y HME sugiere


17

reacciones de oscurecimiento no

enzimático durante el proceso de

extrusión, en el cual se emplean altas

temperaturas y contenidos de humedad

intermedios. Estas condiciones de proceso

favorecen las reacciones de Maillard de

grupos amino con azúcares reductores, lo

cual conduce a la formación de

compuestos de color (Bjocket al., 1983).

Por otro lado la desnaturalización de

proteínas, gelatinización del almidón e

hinchamiento de la fibra cruda que ocurre

durante la extrusión podría ser responsable

del incremento de IAA de productos

extruidos (Gujska y Khan, 1990).

Aminoácidos esenciales (AAE) en

harinas extruidas

El contenido de AAE y la calificación

química de las proteínas de HME y HGE

se presentan en la Tabla 2, que incluye

además los requerimientos de AAE para

niños de 2-5 años de edad recomendados

por FAO/WHO/UNU (1991). Los

contenidos de los AAE His, Leu y

Phe+Tyr en ambas harinas, los azufrados

(Met+Cys) y Val en HME, y de Lys, Trp

y Thr en HGE, fueron mayores a las

recomendaciones de FAO/WHO/UNU

(1991).

Tabla 2. Propiedades nutricionales de

harinas de maíz de calidad proteínica y

garbanzo extruidos.

1 Las medias fueron comparadas por renglones

usando la prueba de rangos múltiples de

Duncan. Medias con la misma letra no son

significativamente diferentes a p≤0.05. 2 HME = Harina de maíz extruido; HGE = Harina de

garbanzo extruido 3 AAE = Aminoácido esencial (g/100 g de proteína),

C-PER = Relación de eficiencia proteínica

calculada.

Otros AAE como Thr en HME e Ile y Val

en HGE, se encontraron a niveles

comparables al patrón de referencia,

mientras que Lys, Trp e Ile en HME, y los

azufrados (Met+Cys) en HGE fueron

identificados como AAE limitantes.

Modelos de predicción para las

variables de respuesta

Propiedad1 HME2 HGE2 Requerimientos

niños 2-5 años

FAO/WHO/UNU

Nutricional

AAE3

His 3.51a 2.60b 1.9

Ile 2.63b 2.92a 2.8

Leu 9.12a 7.15b 6.6

Lys 4.12b 6.58a 5.8

Met+Cys 5.03a 2.08b 2.5

Phe+Tyr 7.33b 8.14a 6.3

Trp 0.89b 1.2a 1.1

Thr 3.5b 3.9a 3.4

Val 5.07a 3.52b 3.5

Calificación

AAE

71.03b 83.20a

AAE limitante Lys Met+Cys

Digestibilidad

proteínica

in vitro

80.9b 82.6a

C-PER3 1.57b 1.89a


18

Proteína verdadera (PV)

El contenido de PV de las mezclas

HME/HGE varió de8.06 a 18.17% (Tabla

3).

Tabla 3. Diseño experimental1 para

obtener diferentes combinaciones de

harina de maíz de calidad proteínica

extrudido/harina de garbanzo extruido

para la producción de alimentos

infantiles, y resultados experimentales

de las variables de respuesta.

1Lattice simplex con dos componentes; 11 ensayos. 2 No corresponde al orden de procesamiento. 3HME = Harina de maíz extruido, HGE = Harina de

garbanzo extruido. 4 Los números entre paréntesis son valores

codificados. 5 PV= Proteína verdadera (%, DM), LD = Lisina

disponible (g/100 g de proteína).

A= Aceptabilidad.

El análisis de regresión mostró que PV

dependió significativamente de los

porcentajes de HME (X1; p ≤ 0.0001) y

HGE (X2; p ≤ 0.0001) y de la interacción

HME-HGE (X1X2; p≤0.0001): YTP =

8.20X1 + 18.04X2 – 2.64X1X2. Este

modelo de predicción explicó el 99.8% de

la variación total (p ≤ 0.0001) en el

contenido de PV de las mezclas

HME/HGE.

Lisina disponible (LD)

Los contenidos de LD de las mezclas

HME/HGE fueron afectados por los

porcentajes de HME (X1; p ≤ 0.0001) y de

HGE (X2; p ≤ 0.0001) y por la interacción

HME-HGE (X1X2; p ≤ 0.001): YAL =

3.49X1 + 6.09X2 – 0.02X1X2. El modelo

de predicción explicó el 99.9% de la

variación total (p ≤ 0.0001) en el

contenido de LD de las mezclas

HME/HGE.

Aceptabilidad

Este parámetro dependió

significativamente de los porcentajes de

HME (X1; p ≤ 0.0001) y HGE (X2; p ≤

0.0001) en las mezclas y de la interacción

de los porcentajes HME-HGE (X1X2; p ≤

0.01): YA = 0.14X1 + 3.55X2 –

0.28X1X2.El modelo de predicción explicó

el 95% de la variación total (p ≤ 0.0001)

1Ensayo2

Componentes de la

mezcla3

Variables de respuesta5

HME(X1) HGE(X2) PV(Y1) LD(Y2

)

A(Y3)

1 100 (1.0) 0 (0) 8.21 3.5 2.2

2 50 (0.5) 50 (0.5) 13.81 4.8 3.1

3 0 (0) 100 (1.0) 18.17 6.1 3.7

4 75 (0.75) 25 (0.25) 10.22 4.2 2.5

5 25 (0.25) 75 (0.75) 17.29 5.4 3.5

6 50 (0.5) 50 (0.5) 13.76 4.8 2.7

7 100 (1.0) 0 (0) 8.06 3.5 2.0

8 0 (0) 100 (1.0) 17.79 6.1 3.4

9 50 (0.5) 50 (0.5) 13.59 4.8 2.8

10 100 (1.0) 0 (0) 8.32 3.5 2.2

11 0 (0) 100 (1.0) 18.14 6.1 3.5


19

en los valores de aceptabilidad de las

mezclas HME/HGE.

Optimización

El objetivo del proceso de optimización

fue encontrar la mejor combinación

HME/HGE para obtener valores óptimos

de las tres variables de respuesta (PV, LD,

A). Para la predicción de los valores

óptimos, los modelos de predicción

completos se consideraron en la función

de deseabilidad (De la Vara y Domínguez,

2002). Los valores óptimos para las

variables de respuesta se obtuvieron a una

deseabilidad global de 0.878, como

resultado de la combinación (21.2g HME

+ 78.8g HGE) por 100 g mezcla (Figura

1).

Figura 1. Deaseabilidad para la mejor

combinación de harina de MCP

extruído (HME) y harina de garbanzo

extruido (HGE) para la elaboración de

un alimento infantil.

Esta combinación se denominó “mezcla

optimizada” y se utilizó como ingrediente

básico para la preparación de un alimento

infantil.

Propiedades de la mezcla HME/HGE

optimizada

Los contenidos de proteína, lípidos y

carbohidratos de la mezcla HME/HGE

optimizada se presenta en la Tabla 4. Esta

mezcla cubrió satisfactoriamente las

recomendaciones de FAO/WHO/UNU

para ingredientes básicos a utilizar en la

preparación de alimentos infantiles, es

decir 16.1 g de proteína, 6.0 g de grasa y

375 Cal/100g de ingrediente (Mitzneret al,

1984).

Cuando se mezclan HME y HGE sus

proteínas se complementan entre sí para

producir proteínas de mejor calidad,

cubriéndose las deficiencias en

aminoácidos limitantes de manera

recíproca. La HGE complementa las

deficiencias deLys y Trpde HME, y la

HME complementa las deficiencias en

azufrados (Met+Cys) a HGE (Tablas 2 y

4).

100 HME(%) HGE(%)

0.23

0.69

0.92

0 25 75

50 50

75

D E S E A B I L I D A

D

0 25

D= 0.93 HME= 21.2%

HGE= 78.9%

100

0


20

El contenido de AAE de la mezcla

optimizada fue mayor que los

requerimientos para niños de 2-5 años

recomendados por la FAO/WHO/ONU

(1991), excepto para Trp. La calificación

química de AAE varió de 91.81 (Trp) a

153.40 (Met+Cys); y la calificación

química más baja correspondió para Trp

(91.81) (Tabla 4). La mezcla optimizada

tuvo una digestibilidad proteínica in vitro

y un C-PER de 84.5% y 1.85,

respectivamente (Tabla 4).

Tabla 4. Composición química y

propiedades nutricionales de la mezcla

HME/HMN optimizada.

Propiedad1

Mezcla

HME/HGE

optimizada2

Requerimientos

para niños 2-5

años

FAO/WHO/UNU

Composición

química (%, MS)

Proteínas 20.07

Lípidos 5.70

Carbohidratos 71.14

Minerales 3.09

Nutricional

AAE

His 2.75 1.9

Ile 3.31 2.8

Leu 7.61 6.6

Lys 6.26 5.8

Met+Cys 3.84 2.5

Phe+Tyr 8.71 6.3

Trp 1.01 1.1

Thr 3.70 3.4

Val 3.80 3.5

Calificación AAE 91.81

AAE limitante Trp

Digestibilidad

proteínica

in vitro (%)

84.5

C-PER 1.85

1 AAE = Aminoácidos esenciales (g/100 g de proteína), C-

PER = Relación de eficiencia proteínica calculada. 2 (21.2 g HME + 78.8 g HGE) /100 g mezcla); HME = Harina

de maíz extruido, HGE = Harina de garbanzo extruido.

Serna-Saldívar et al (1999) llevaron a cabo

estudios sobre el valor nutricional de

mezclas de cereales-leguminosas,

evaluando digestibilidad proteínica in

vitro, perfil de aminoácidos, C-PER, y

PER; ellos reportaron digestibilidades in

vitro y C-PER´s de 83.21-84.7% y 1.22-

1.35 para pan de trigo fortificado con soya

desgrasada y harina de sésamo,

respectivamente. Estos investigadores

concluyeron que los PER´s obtenidos

utilizando la digestibilidad in vitro y

aminoácidos subestimaron los valores

obtenidos en ratas, sin embargo las

diferencias absolutas entre los dos

tratamientos fueron similares, indicando

que la técnica de C-PER predijo la misma

diferencia observada en el bioensayo de

ratas. Se recomienda utilizar técnicas in

vitro como indicador rápido y preciso en

la digestibilidad in vitro y PER´s en

alimentos.

Composición nutrimental y propiedades

nutricionales del atole preparado con la

mezcla optimizada


21

En la Tabla 5 se presenta la composición

química y las propiedades nutricionales

del alimentos infantil preparado con la

mezcla optimizada (21.2g HME + 78.8g

HGE) por 100 g mezcla). El alimento tuvo

un contenido de 4.52 g de proteínas, 1.28g

de lípidos, 24 g de carbohidratos, 0.69g de

cenizas y 126kcal por 100g. El contenido

de proteínas, lípidos y carbohidratos

representa el 14.4; 9.2 y 76.4% del

contenido energético del alimento infantil.

Tabla 5. Composición nutrimental y

propiedades nutricionales y sensoriales

del alimento infantil.

Propiedad Alimento

infantil

Composición nutrimental

(g/100g)

Proteínas 4.52

Lípidos 1.28

Carbohidratos 24.00

Minerales 0.69

Energía (kcal) 126

Nutricionales

Digestibilidad

Proteínica in vitro (%)

92.1

C-PER1 1.93

Sensorial

Aceptabilidad 4.31 1 C-PER = Relación de eficiencia

proteínica calculada

Una dieta bien balanceada para niños debe

disponer 9-15% de la energía a partir de

proteínas, 35-45% de las grasa y 45-55%

de carbohidratos (Cerezal-Mezquita et al.,

2007). Con base en ello, el alimento

infantil tipo atole elaborado a partir de la

mezcla optimizada de HME y HGE,

presentó un contenido inferior a la

recomendación, lo cual es característico de

este tipo de alimentos (atoles), con la

diferencia que el contenido de proteínas

del alimento infantil, el cual se encuentra

dentro del intervalo recomendado, es

superior a los atoles elaborados a base de

harinas de maíz. Por otro lado, la cantidad

de energía recomendada a consumir por

niños y niñas físicamente activos con

edades de 1-3 años es 1000-1400kcal/día,

para niñas de 4-8 es 1400-1800kcal/día y

para niños de 4-8 años es 1600-

2000kcal/día. Así mismo, un nivel seguro

de ingestión de proteínas para niños y

niñas es de 13 y 19g/día para las edades de

1-3 y de 4-8 años, respectivamente (USA,

2005). Una porción (100g) de alimento

infantil aporta el 9.0-12.6%, 7.0-9.0% y

6.3-7.9% de los requerimientos diarios de

energía para niños y niñas de 1-3 años,

niñas de 4-8 años y niños de 4-8 años,

respectivamente. Además, el alimento

tuvo valores de digestibilidad proteínica in

vitro y C-PER de 62.1% y

1.93,respectivamente. Los panelistas

(adultos semientrenados) en una prueba

hedónica para aceptabilidad general,

evaluaron al alimento infantil como


22

sensorialmente aceptable, ya que le

otorgaron calificación de 4.31 en una

escala hedónica de 5 puntos (1-5); esto

significa que la aceptabilidad se encuentra

entre “me gusta mucho” y “me gusta

extremadamente”.

CONCLUSIONES

La combinación óptima de harina de maíz

de calidad proteínica extruido (HME) y

harina de garbanzo extruido (HGE) para

producir un alimento infantil tipo atole de

alto valor nutricional fue HME/HGE =

21.2% /78.8%. Cada 100 g de esta mezcla

contienen 20.07 g de proteína, 5.70g de

lípidos, 71.14g carbohidratos y 3.09g

cenizas. Además, cubre satisfactoriamente

los requerimientos de aminoácidos

esenciales (EAA) para niños de 2-5 años

recomendados por la FAO/WHO/UNU

(excepto para Trp), con calificación

química de 91.81. El alimento infantil

preparado con esta mezcla tuvo un

contenido de proteína de 4.52% que

representa el 14.4% de la energía del

alimento, lo cual es adecuado para un

alimento para niños. Cada 100g del

alimento aporta 6.3-12.6% y 23.8-34.8%

de requerimiento diario de energía para

niñas y niños entre 1 y 8 años de edad. El

alimento tuvo 62.1% de digestibilidad de

la proteína in vitro, C-PER de 1.93 y

calificación entre me gusta mucho y me

gusta extremadamente en una prueba

hedónica para aceptabilidad general. Este

alimento podría utilizarse como alimento

soporte del crecimiento infantil.

AGRADECIMIENTOS

Esta investigación fue financiada por la

Universidad Autónoma de Sinaloa

(México), a través del “Programa de

Fomento y Apoyo a Proyectos de

Investigación 2007” y el Consejo Estatal

de Ciencia y Tecnología – Sinaloa en su

“Convocatoria para Apoyo a Proyectos de

Investigación 2006”.

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26

Claudia Alarcón Valdez. Ingeniera

Bioquímico (Instituto Tecnológico de los

Mochis, Sinaloa). Maestra en Ciencias

(MCTA-FCQB-UAS).Profesora de

Asignatura. Instituto Tecnológico de Los

Mochis. Blvd. Juan de Dios Bátiz y 20 de

noviembre s/n. CP 81279. Los Mochis,

Sinaloa.

Roberto Gutiérrez Dorado. Ingeniero

Químico (Facultad de Ciencias Químico –

Biológicas (FCQB), Universidad

Autónoma de Sinaloa (UAS)). Maestro en

Ciencias (Ciencia y Tecnología de

Alimentos, MCTA) (FCQB-UAS). Doctor

en Ciencias, Programa Regional del

Noroeste para el Doctorado en

Biotecnología (PRNDB) (FCQB-UAS).

Profesor-Investigador (FCQB-UAS).

Ciudad Universitaria. Culiacán, Sinaloa.

México.

Oralia Guadalupe Cárdenas

Valenzuela. Ingeniera Bioquímica

(FCQB-UAS), Maestra en Ciencias

(MCTA-FCQB-UAS). Doctora en

Ciencias, (MCTA-FCQB-UAS).

Profesora-Investigadora (FCQB-UAS),

México. Ciudad Universitaria. Culiacán,

Sinaloa. México.

Jorge Milán Carrillo. Ingeniero Químico

(FCQB-UAS), Maestro en Ciencias

(MCTA-FCQB-UAS), Doctor en Ciencias

(Biotecnología Agrícola/Alimentaría)

(PRNDB-FCQB-UAS). Profesor–

Investigador (FCQB-UAS). Ciudad

Universitaria, Culiacán, Sinaloa. México.

Cuauhtémoc Reyes Moreno. Ingeniero

Bioquímico (FCQB-UAS). Maestro en

Ciencias (Ciencia y tecnología de

Alimentos) (Universidad Autónoma de

Querétaro, México), Doctor en Ciencias

(Biotecnología de Plantas) (Unidad

Guanajuato, CINVESTAV-IPN). Profesor

– Investigador (FCQB-UAS), México.

Lichis No. 1986; Colonia La Campiña;

80,060 Culiacán, Sinaloa, México; Tel/fax

(+52-667) 713-66-15

27

ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano


ISSN: En trámite

México

2014

Unidad de control multiprotocolo

Gerardo Cázarez-Ayala, Hugo Castillo-Meza, Antonio Rodríguez-Beltrán, Sócrates

Lugo-Zavala, Miguel Ramírez-Montenegro, Miguel A. Lugo-Zúñiga y Jesús E.

Cota-Arredondo

ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano,



ITMOCHIS

Revista de Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano


28

UNIDAD DE CONTROL MULTIPROTOCOLO

Gerardo Cázarez-Ayala1; Hugo Castillo-Meza1; Antonio Rodríguez-Beltrán1;

Sócrates Lugo-Zavala1; Miguel Ramírez-Montenegro1; Miguel A. Lugo-Zúñiga1;

Jesús E. Cota-Arredondo2. 1Profesor-Investigador del Instituto Tecnológico de los Mochis, Departamento de Ingeniería Eléctrica y

Electrónica, Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa, México. 2Alumno Residente Profesional, Instituto Tecnológico de Los Mochis.

RESUMEN

El presente trabajo describe el desarrollo

de un sistema para la adquisición de

datos distribuidos con capacidad de

comunicarse a través de múltiples y

diferentes protocolos de comunicación

cableada e inalámbricamente de forma

eficiente haciendo uso del driver de

comunicación desarrollado para dichas

tareas. El sistema está constituido por

dos partes primordiales: la tarjeta de

adquisición de datos basada en un

microcontrolador Arduino y un

componente de software para realizar las

tareas de comunicación vía enlaces

Ethernet, Zigbee o WiFi.

Palabras clave: Mesh, Zigbee,

Digimesh, Sensor inteligente.

1.- INTRODUCCION

En las últimas décadas, el crecimiento

acelerado que experimenta la industria

de la transformación de bienes y

servicios en función de una creciente

demanda de más y mejores productos, es

sin lugar a dudas la causa principal de

que los fabricantes busquen mejorar la

calidad de sus productos y posicionarlos

en el mercado en el menor tiempo

posible y bajo costo. De tal forma, la

automatización de dichos procesos

productivos juega un rol muy importante

en la búsqueda del incremento de la

productividad y la calidad de los

productos que se desarrollan,

permitiendo al fabricante estar presente

en el mercado en menor tiempo posible,

con productos de mayor calidad,

confiabilidad y a menor costo.

En forma paralela, esto ha coadyuvado

en la evolución de los sistemas para la

adquisición de datos, monitoreo y

supervisión de procesos. Existen hoy en

día en el mercado nacional e

internacional, una gran variedad de

sistemas para la adquisición de datos, los

cuales agrupan una diversidad de

características entre las cuales se

destacan la capacidad de trabajar de

manera colaborativa con similares

unidades o diferentes basadas en

protocolos de comunicación estándares


29

en el mercado y en la industria

electrónica y de telecomunicación.

En este sentido, hemos diseñado e

implementado un sistema para la

adquisición de datos con capacidades de

trabajar en red mediante diversos

protocolos de comunicación estándares

en la industria de la telecomunicación,

en la cual convergen, la capacidad de

adquirir datos, monitorear procesos de

producción y la supervisión y control de

procesos a través de la comunicación en

red basada en algunos de los puertos de

comunicación cableada e inalámbrico

que contiene el sistema, como lo son:

Ethernet, WiFi o Zigbee, y que basado

en los requerimientos del proceso o

preferencias del usuario facilitar la

implementación y desarrollo de sistemas

de adquisición de datos, monitoreo y

supervisión de procesos de control

distribuidos, así como la implementación

de redes de sensores inalámbricas.

Por tales motivos, buscamos proveer al

usuario de una herramienta poderosa,

útil y de bajo costo con el principal

objetivo de coadyuvar en el incremento

de la productividad de la industria y en

la mejora de la calidad de los productos

fabricados o desarrollados.

2. DESARROLLO

El presente sistema para la adquisición

de datos con la capacidad de enlaces

WiFi, Zigbee y Ethernet está constituido

por dos (2) grandes componentes. El

primero de ellos es una tarjeta

electrónica programable, basada en un

microcontrolador Arduino (ATmega

328), la cual a su vez cuenta con

controladores de comunicación Ethernet,

WiFi y Zigbee, mismos que pueden ser

utilizados de acuerdo a las necesidades

de la aplicación o sistema distribuido a

implementarse.

La segunda componente del sistema, es

el driver de comunicación, está basado

en software de alto y bajo nivel y es el

responsable de que las tareas de

configuración, iniciación de la red y la

comunicación entre unidades sea

posible. El uso de este software, permite

que las tareas de enrutamiento de

paquete de datos y comunicación en

general entre unidades o equipos de

supervisión sean completamente

transparentes para el usuario y/o el

responsable de implementar la red de

trabajo.

2.1 La unidad de adquisición de datos.

Como se mencionó en la sección

anterior, la unidad de adquisición de

datos, ha sido diseñada para trabajar en

base a un microcontrolador ATmega328


30

con bootloader Arduino precargado, o

comúnmente conocido solo como

plataforma Arduino, el cual cuenta con

capacidad de adquisición de datos o sí se

desea, operar en modo de control de

procesos, esto último en función de las

necesidades del usuario. La principal

característica de esta unidad de

adquisición de datos es que tiene la

capacidad de implementar enlaces

inalámbricos a través de protocolos de

comunicación Zigbee y WiFi y

cableados mediante enlaces Ethernet.

Para esto, la unidad cuenta con

controladores de comunicación, los

cuales proporcionan el soporte para los

enlaces antes mencionados; zócalo de

conexión para módulo Xbee para la

implementación de enlaces Zigbee o

IEEE 802.15.4, zócalo para módulo

WIZ610wi para la implementación de los

enlaces WiFi e interface serial SPI para

implementar enlaces Ethernet a través de

un módulo WIZ812MJ de Wiznet.

La unidad puede operar en forma

colaborativa con otras unidades similares

o con otros sistemas basados en el

protocolo de comunicación que se

deseará utilizar. De esta manera,

creemos que el usuario podría explotar

todas las capacidades de comunicación

de la unidad de adquisición de datos

tomar ventaja de cada una de las

características principales que nos

proveen los diferentes protocolos de

comunicación que soporta la unidad:

WiFi es sin duda el protocolo de

comunicación inalámbrica con mayor

aceptación en el mercado, del cual,

aprovecharíamos la infraestructura física

de comunicación ya instalada si fuera el

caso y el gran ancho de banda que

ofrece; por su lado Zigbee, nos ofrece

bajo consumo energético y la posibilidad

de implementar redes de trabajo con

cobertura de área ilimitada mediante

topologías de red en árbol y malla; y por

su parte Ethernet como protocolo de

comunicación vía cable nos ofrece su

gran ancho de banda, su gran aceptación

en el mercado y la oportunidad de

transferir la energía necesaria para

energizar sensores a través de PoE

(Power Over Ethernet), si fuera

necesario.

Las características principales de la

unidad de control y adquisición de datos

son, entre otras:

6 entradas analógicas en rango de

voltaje de 0 a 5v.

13 entradas-salidas digitales en

niveles 0 y 5v.

4 de ellas pueden actuar como

salidas PWM para control

proporcional.


31

Puertos de comunicación

inalámbrica WiFi y Zigbee.

Puerto de comunicación

Ethernet.

Interfaz I2C opcional si se

deseará implementar red de

sensores y actuadores a través de

este medio.

Puerto USB para programación

del microcontrolador.

Capacidad de energizar mediante

USB (5v) o externa (6 a 20

volts).

Salidas de 3.3 y 5 volts para

energizar sensores.

En la figura 1, se ilustra la vista superior

del modelo 3D de la unidad de

adquisición de datos implementada, en la

cual desatacan, los módulos de

regulación y acondicionamiento de

señales, microcontrolador y zócalos de

conexión para módulos de comunicación

Ethernet y Zigbee utilizados (zócalo

WiFi se encuentra en la parte posterior

de la tarjeta, la cual está construida en

PCB doble cara), así como bloques de

terminales para las conexiones de

sensores y actuadores, tanto análogos

como digitales.

Figura 1. Modelo 3D del sistema

electrónico

En la figura 2, se ilustra la tarjeta del

sistema de adquisición de datos y se

describen los principales componentes

que la constituyen.

Figura 2. Tarjeta electrónica del sistema

2.2. Driver de comunicación.

El driver de comunicación es el segundo

componente del sistema de adquisición

de datos, este driver, a su vez está

dividido en dos partes, una de ellas opera

a bajo nivel y se incluye en el programa

del microcontrolador Arduino


32

desarrollado por el usuario como una

librería de software, el cual integra un

gran número de funciones que hacen

posible el manejo de la comunicación a

través de los controladores o módulos de

comunicación WiFi, Zigbee o Ethernet.

En la figura 3 se ilustra los componentes

del Driver de comunicación desarrollado

para implementar las tareas de

comunicación de datos y supervisión de

las variables en el sistema distribuido.

Cabe destacar, que el driver es el

encargado de controlar los enlaces de

comunicación según el puerto y

protocolo de comunicación que se haya

determinado utilizar, esto en función de

las necesidades de la aplicación podría

ser una red Zigbee, WiFi o Ethernet.

Figura 3. Estructura del Driver diseñado.

El usuario será responsable de

desarrollar su programa de adquisición

de datos y/o control en función de sus

requerimientos, sin necesidad de manejar

la comunicación. Para esto, solo deberá

incluir la librería del driver de

comunicación según el enlace deseado:

EasyXbee.h para Zigbee o

IEEE802.15.4; EasyWiFi.h para enlace

WiFi eEasyEthernet.h para enlaces

cableados Ethernet. Una vez agregada la

librería adecuada, el usuario solo tendrá

que relacionar sus variables en las cuales

almacena los datos de sus sensores

conectados en las entradas analógicas y

límites de la variable o Setpoints, con las

variables punteros que utiliza el driver

para acceder a los datos del usuario de

forma indirecta.

Figura 4. Asociación variable de usuario-

Driver

De esta manera, el software del usuario

no se ve afectado por la operación del

driver de comunicación, el cual accede a

los datos de las variables a través de

punteros y los transmite hacia la red al

nodo coordinador, el cual puede ser un

computador o consola central basada en


33

un microcontrolador, como se ilustra en

la figura 4.

Cabe destacar, que mientras el usuario

desarrolla su programa para el

microcontrolador Arduino, sin incluir

instrucción alguna para el manejo de la

comunicación serial UART o SPI, solo

agregando la librería adecuada, toma

ventaja de las características que le

proporciona el driver de comunicación

desarrollado, cuyas principales tareas en

la plataforma del microcontrolador son:

1. Establece los parámetros de

operación de los módulos de

comunicación WiFi, Zigbee y

Ethernet, según se desee utilizar.

2. Detecta la red y se agrega la

unidad DAQ a dicha red.

3. Responde a comandos de

“descubrimiento” de la unidad

coordinador de la red.

4. Establece la operación de

muestreo de datos, generación de

paquete de datos y transmisión de

los paquetes de forma periódica a

través de una interrupción

temporizada programable en

rango de 0 a 65,535

milisegundos.

5. Interpreta comandos enviados

desde la unidad central: toma de

muestras por demanda,

establecimiento de parámetros de

control como límites y setpoints,

direccionamiento de unidad de

control específica, etc.

La segunda componente de driver de

comunicación desarrollado, es un

conjunto de funciones basadas en

LabVIEW 2010 de National

Instruments. Mediante las cuales se

pueden configurar los enlaces con las

unidades de adquisición de datos, se

pueden muestrear datos y supervisar los

procesos de control, esto debido a que el

driver programado en el

microcontrolador reconoce comandos

enviados en secuencia hexadecimal

desde el computador o unidad cliente-

coordinador, entre estos comandos se

encuentran: establecer periodo de

muestreo, establecer límites de control,

leer paquete de datos, leer una variable,

establecer estado de un actuador,

direccionar hacia una unidad y enviar

comando, etc.

3. PRUEBAS Y RESULTADOS.

El sistema desarrollado fue probado en

el proceso de producción de vapor de

agua en una de las calderas del ingenio

azucarero ubicado en la ciudad de Los

Mochis. En este se buscaba monitorear

las variables de la caldera con la


34

finalidad de obtener datos del proceso de

generación de vapor para su posterior

análisis. Todo esto en función de que en

dichas calderas se tiene una problemática

de baja eficiencia, desconociéndose las

causas que la generan.

Dichas calderas, presentan un problema

de eficiencia cuando están trabajando en

modo bagazo, ya que generan mucho

menos cantidad de vapor por kilogramo

de bagazo quemado, que el cual se

espera, en relación con 1 litro de

petróleo para generar la misma cantidad

de vapor, según experimentos la relación

de equivalencia de bagazo-petróleo es de

6 a 1.

Las calderas en este ingenio azucarero

son del tipo acuotubular de horno

basculante y operan con combustible

combinado de petróleo y/o bagazo de

caña, este último, puede llegar a tener un

gran impacto en el costo de producción

en función de la fibra que contiene el

bagazo y el porcentaje de humedad del

mismo al momento de ingresar al hogar

de la caldera, es decir, a menor nivel de

humedad en el bagazo, se mejora la

combustión y se ocupa menor cantidad

del mismo para generar la cantidad de

vapor necesaria para generación de

energía y proceso. El proceso de

producción en el ingenio azucarero

requiere de una producción de vapor de

alrededor de las 210 Toneladas de vapor

por hora, con lo cual se garantiza los

niveles de producción de energía

eléctrica requerida, de alrededor de

14,000 Kw/hr, y por ende la eficaz

operación del equipo. La producción de

esta cantidad de vapor de agua requerido

es a través de 2 calderas, las cuales

producen alrededor de 120 Toneladas/Hr

cada una de ellas y 1 pequeña caldera

basada en la quema de petróleo la cual se

utiliza solo en casos muy necesarios en

los cuales las calderas principales no

pueden aportar la cantidad de vapor

requerido en el proceso en algún

momento preciso. En este sentido,

sabemos por datos experimentales que

aproximadamente el contenido

energético de 6 Kg. de bagazo

proporcionan la energía contenida en 1

litro de petróleo y en el Ingenio

Azucarero de Los Mochis, la cantidad de

vapor requerido para la generación de 1

Kw de energía eléctrica es de

aproximadamente 26 Lb. de presión de

vapor (11.8 Kg.), en la quema de

petróleo: 1 litro proporciona entre 18 a

22 Lb. de presión de vapor (8.165 a 9.98

Kg.) y en la quema de bagazo de caña 1

Kg. de bagazo genera cerca de 2.4 Lb.

(1.1 Kg.) de presión de vapor a un nivel

del 50% de humedad en estas calderas,

lo cual refleja claramente que en la


35

quema de bagazo se obtiene mucho

menor cantidad de vapor que en la

quema de petróleo, inclusive muy por

debajo de la relación de 6 a 1. Debido a

esto se busca monitorear las variables

del proceso de producción de vapor en la

caldera para determinar las causas de

esta baja en la eficiencia en la

producción de vapor.

En esta prueba se utilizaron tres

unidades y el protocolo de comunicación

utilizado fue IEEE 802.15.4 y Zigbee,

mediante los módulos de comunicación

Xbee serie 2. En la tabla 1 se describen

las variables que se monitorearon.

Tabla 1. Variables monitoreadas en caldera

Unidad

de

Control

Variable

Valores

Típicos de

Operación

1

Temperatura y

Presión de gases de

salida del hogar.

Temperatura y y

Presión de agua de

entrada al

economizador.

340ºC y

‐2mm CA

120 ºC y

30Kg/cm2

2

Temperatura y Presión

del aire de salida del

pre-calentador.

Temperatura y Presión

de agua de Salida del

economizador del

economizador.

200 ºC y

180mmCA

130 ºC y

31Kg/cm2

3

Temperatura y

presión de gases de

salida a chimenea.

180 ºC y

150mmCA

Para realizar estas tareas se utilizaron los

transmisores existentes en la planta, los

cuales proporcionan su salida analógica

en corriente en el rango de 4 – 20 mA, y

fueron acopladas a las unidades

mediante un acondicionador de señales

KOS 517 con salida configurada en

voltaje de 0 a 5 volts.

De esta forma, se logró la

implementación de un sistema

distribuido basado en este sistema de

adquisición de datos y driver de

comunicación desarrollado con el

propósito de facilitar dichas tareas y

coadyuvar en el mejoramiento de los

índices de productividad, calidad y

eficiencia en los procesos productivos.

Con esto, se logró el monitoreo de las

señales no-básicas en una caldera, pero

que el análisis del comportamiento de las

mismas puede llevar a detectar las

causas de la baja eficiencia en la

generación de vapor de agua utilizando

el bagazo de la caña molida y por

consecuencias el alto consumo de

combustibles.

Este sistema fue implementado y

probado al final de la temporada 2012 en

el mes de marzo y se espera operarlo en

la próxima temporada de zafra 2012-

2013 y en consecuencia contar con los

datos para su análisis y correlación con

los indicadores de las variables

principales de la caldera.


36

Asimismo, con la finalidad de

determinar el protocolo de comunicación

a utilizar y las ventajas que cada uno de

ellos presenta para esta aplicación, se

realizaron pruebas de comunicación y

velocidad antes de su implementación y

de igual forma se analizaron las demás

características con la finalidad de

determinar qué tipo de red y protocolo

que utilizaríamos. En la tabla 2 se

muestran los resultados obtenidos en

cuanto a velocidad en la comunicación

haciendo uso del driver de desarrollado.

Dicha prueba consistió en el siguiente

procedimiento. Primeramente, se

desarrolló una interfaz de usuario en

LabVIEW mediante la cual se lanzarían

los diversos comandos a las diferentes

unidades de control, una vez que llegaba

el comando a la unidad de control se

arrancaba un temporizador con base de

tiempo en microsegundo, seguidamente

se procesaba el comando y al ser

transmitidos los datos requeridos por el

comando se detenía el temporizador y se

transmitía al computador después del

paquete de datos enviado como

respuesta. Estas pruebas fueron

realizadas en ciclos de 1000 repeticiones

y cabe señalar que el tiempo que le

llevaba a la aplicación de software en el

computador de analizar y desplegar los

datos no era considerado y tampoco

afectaba la prueba. En este sentido,

contábamos con el tiempo de respuesta a

cada comando que llegaba a las unidades

de control a partir de que estas recibían

el comando en cuestión.

Tabla 2. Tiempos de respuestas comandos

Protocolo

Utilizado

Tiempo de

respuesta rango

(microsegundos)

Tiempo

de

respuesta

promedio

Zigbee 1016 a 1020 1018 µS

WiFi 1084 1084 µS

Ethernet 772 a 780 776 µS

Cabe destacar que, en base a las pruebas

realizadas, la ejecución de las rutinas de

servicio temporizada del driver a nivel

del microcontrolador Arduino, la cual se

encarga de generar el paquete

incluyendo todas las variables análogas,

digitales y límites de operación y

control, a 16 MHz. de frecuencia de

trabajo, solo consume aproximadamente

alrededor de 1 milisegundo del tiempo

del procesador. Por lo cual podemos

asumir que el driver no interfiere con el

programa del usuario y no carga al

controlador, ya que si suponemos que se

está llevando a cabo una transferencia de

datos desde la unidad hacia el

coordinador o PC de tiempo estándar

cada 1000 mili-segundos, esto conlleva,

dedicarle tiempo del procesador al driver


37

en una relación de 1 a 1000 respecto al

programa del usuario en el

microcontrolador Arduino.

4. CONCLUSIONES

Respecto a los resultados podríamos

concluir que el protocolo de

comunicaciones cableado Ethernet, es el

que presenta tiempos de respuesta

menores respecto a los protocolos

inalámbricos Zigbee y WiFi. Sabemos

que los módulos utilizados para los 3

protocolos de comunicación presentan

sus limitaciones, al tratarse de

controladores embebidos de dichos

protocolos de comunicación, lo cual

significa que al llevarse a cabo las

operaciones de transporte, ruteo y

acondicionamiento de paquetes en el

mismo módulo y permite utilizar estos

protocolos en aplicaciones a bajo nivel

como desarrollo de placas basados en

microcontroladores, los rendimientos

que se obtienen en cuanto a velocidad de

transferencia en estos módulos son

reducidos.

Aun así, estamos convencidos de que el

presente sistema representa una gran

oportunidad como herramienta para el

desarrollo e implementación tanto de

redes de sensores, sistemas de

adquisición de datos o sistemas de

control en diversas topologías y

tecnologías que permiten al usuario sacar

provecho de la infraestructura física de

telecomunicación instalada, bajo

consumo energético, banda ancha y

cobertura geográfica ilimitada de forma

fácil, rápida y a bajo costo. Asimismo,

coadyuvará en el fortalecimiento del

perfil profesional del egresado de

ingeniería electrónica permitiéndole

enfocarse en la aplicación de control y

adquisición de datos y no en las

herramientas tecnológicas auxiliares para

dicha tarea.

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39



ISSN: En trámite

México

2014

Análisis de la razón de cambio de la eficiencia en convertidores monofásicos

y su relación con ángulo de disparo

Luis Ruelas-García, César Pazos-Álvarez, Rafael Cisneros-Mondragón y

Adalberto Robles-Castro

ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano,



ITmochis



40

ANÁLISIS DE LA RAZÓN DE CAMBIO DE LA EFICIENCIA EN

CONVERTIDORES MONOFÁSICOS Y SU RELACIÓN CON ÁNGULO DE

DISPARO.

ANALYSIS OF THE REASON FOR CHANGE OF PHASE CONVERTERS

EFFICIENCY AND ITS RELATIONSHIP WITH ANGLE SHOOT.

Luis Ruelas-García1; César Pazos-Álvarez1; Rafael Cisneros-Mondragón1; Adalberto

Robles-Castro2. Profesor Investigador Instituto Tecnológico de Los Mochis, Departamento de Ingeniería Eléctrica y

Electrónica, Blvd. Juan de Dios Bátiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa1.

Egresado Carrera Ingeniería Electrónica, Instituto Tecnológico de Los Mochis2.

RESUMEN.

La investigación pretende mostrar a

través de una serie de réplicas o

experimentos, información sobre el

funcionamiento de las distintas variables1

que se relacionan con la regulación

electrónica, para el control de velocidad

de motores en CD. Los experimentos se

realizaron en un banco de pruebas del

área del laboratorio de electrónica de

potencia.

Las réplicas o experimentos que se

propusieron para el análisis en la

regulación electrónica para el control de

motores en CD, son las siguientes:

Convertidores monofásicos: la

alimentación a la entrada del sistema de

control de regulación de potencia es en

1 La eficiencia es una variable de estudio de los circuitos convertidores, pero es necesario definir y calcular parámetros eléctricos de corriente, voltaje y potencia, a la entrada y salida del circuito de control.

CA-monofásica y la salida del mismo en

CD. Se analizará para salidas de circuitos

de media onda y onda completa.

En estos experimentos se alimentan

algunas cargas que contiene el banco de

pruebas, que representa la carga real de

un motor de alimentación CD. Para el

análisis se consideran diferentes ángulos

de disparo (α), para cada uno de los

circuitos que propone esta investigación.

Los sistemas de control de la regulación

electrónica, funcionan a partir de la

variación de la potencia en la salida o la

carga de alimentación modificando

significativamente los parámetros de

corriente, voltaje y potencia.

La intención que la investigación propone

es la siguiente pregunta:

La variación en el ángulo de disparo de

los sistemas de regulación electrónica en

circuitos convertidores, para el control de

velocidad de motores en CD, ¿la


41

eficiencia se mantiene constante o varía

de manera proporcional con respecto a la

variación del ángulo de disparo?

Para la comparación de los resultados

obtenidos de la investigación, se toma

como muestra patrón: la eficiencia de los

rectificadores monofásico de media onda

y onda completa, debido a que la salida

en la carga es constante, quiere decir que

la característica de los circuitos

rectificadores, si el valor de la carga

cambia el valor de la eficiencia continua

igual.

Palabras Clave: Variables en regulación

electrónica, Control de motores CD,

Circuitos convertidores.

SUMMARY.

The research aims to show through a

series of aftershocks or experiments,

information about the operation of the

different variables2 that are related to the

electronic control for the speed control of

motors in CD. The experiments were

carried out in a test laboratory of power

electronics area.

2 The efficiency is a study of variable converter circuits, but it is necessary to define and calculate electrical parameters of current, voltage and power, the input and output of the control circuit.

Replicas or experiments proposed for

analysis in the electronic control for

controlling motors in CD are:

Single phase Converters: Input power to

the control system power regulation is in

CA- phase and out of it on CD, Will be

analyzed to output circuits and full wave

half wave.

In these experiments some loads that

contains the test bench, which represent

the actual load of a DC motor power is

fed. For analysis considers different firing

angles (α), for each of the circuits

proposed by this research. The control

systems of the electronically controlled

operated from the variation of the output

power or power load significantly

modifying parameters of current, voltage

and power. The intention is that research

suggests the following question:

The variation in the firing angle of

electronic control systems in converter

circuits for speed control of motors in CD

does the efficiency remains constant or

varies proportionally with respect to the

variation of the angle shot?

For comparison of the results of the

investigation, is sampled pattern: the

efficiency of the single-phase half-wave

rectifier full-wave, because the output


42

load is constant, this means that the

characteristic of the rectifier circuits if the

value of the load changes the value of

continuous equal efficiency.

Keywords: Variables in electronic

regulation Control of DC motors,

Converters circuits.

INTRODUCCIÓN.

La Electrónica de Potencia es la parte de

la electrónica que estudia los dispositivos

y los circuitos electrónicos utilizados para

modificar las características de la energía

eléctrica, principalmente su tensión y

frecuencia. Esta rama de la electrónica no

es reciente, aunque se puede decir que su

desarrollo más espectacular se produjo a

partir de la aparición de los elementos

semiconductores, y más concretamente a

partir de 1957, cuando Siemens comenzó

a utilizar diodos semiconductores en sus

rectificadores.

La Electrónica de Potencia se ha

introducido de lleno en la industria en

aplicaciones tales como las fuentes de

alimentación, cargadores de baterías,

control de temperatura, variadores de

velocidad de motores, etc.

Es la Electrónica Industrial quien estudia

la adaptación de sistemas electrónicos de

potencia a procesos industriales. Siendo

un sistema electrónico de potencia aquel

circuito electrónico que se encarga de

controlar un proceso industrial, donde

interviene un transvase y procesamiento

de energía eléctrica entre la entrada y la

carga, estando formado por varios

convertidores, transductores y sistemas de

control, los cuales siguen evolucionando

y creciendo constantemente.

El campo de la Electrónica de Potencia

puede dividirse en grandes disciplinas o

bloques temáticos:

Fig.1 Bloques temáticos que comprende la

electrónica de potencia

El elemento que marca un antes y un

después en la Electrónica de Potencia es

sin duda el Tiristor SCR3, cuyo

funcionamiento es similar al

funcionamiento de un diodo, pero a

diferencia el tiristor es necesario excitar o

cebar una terminal -se conoce con el

nombre de compuerta- une a dos

materiales N y P para polarizar, y permitir

que la conducción se lleve a cabo. A

3Semiconductor Controlled Rectifier


43

partir de aquí, la familia de los

semiconductores crece rápidamente:

Transistores Bipolar BJT4, MOSFET de

potencia; Tiristor bloqueable por puerta

GTO5, IGBT6. Actualmente las

aplicaciones de la electrónica de potencia

se han multiplicado. Una nueva

dimensión de la electrónica de potencia

aparece cuando el control de los

elementos de potencia se realiza mediante

la ayuda de sistemas digitales. Esta

combinación derivó en una nueva

tecnología, que se integra en un mismo

dispositivo, elementos de control y

elementos de potencia. Esta tecnología es

conocida como Smart-Power y su

aplicación en industria, automovilismo,

telecomunicaciones, etc. tiene como

principal límite la disipación de elevadas

potencias en superficies semiconductoras

cada vez más pequeñas.

Las aplicaciones de la electrónica de

potencia, se presentan de manera

particular en el uso y control de fuentes

energía de los siguientes sistemas:

Fuentes de alimentación conmutadas y

sistemas de alimentación ininterrumpida,

Conservación de la energía, Control de

procesos y automatización de fábricas, 4Bipolar Junction Transistor 5Gate turn-off Thyristor 6Insulate Gate Bipolar Transistor

Transporte, Aplicaciones de electrotecnia

y Aplicaciones relacionadas con la

Energía pública.

La tabla 1 presenta una lista de varias

aplicaciones que cubren un amplio rango

de energía, desde unas cuantas decenas de

watts hasta varias centenas de Megawatts.

Conforme mejoran su desempeño los

dispositivos de semiconductores de

potencia y disminuye su costo, sin duda

cada vez más sistemas usarán la


El estudio de la electrónica de potencia

abarca muchos campos dentro de la

ingeniería eléctrica, como lo ilustra la

figura 2.

Figura 2 La naturaleza interdisciplinaria de la


Estos campos son sistemas de potencia

eléctrica, electrónica de estado sólido,

máquinas eléctricas, control analógico y

digital, procesamiento de señales,

cálculos de campos electromagnéticos,

etc. La combinación del conocimiento de

estos campos diversos hace que el estudio

de la electrónica de potencia sea

interesante. Hay muchos avances en estos


44

campos que mejorarán las perspectivas

para aplicaciones novedosas de la

electrónica de potencia (Ned Mohan,

2009, págs. 4-14).

Definición del problema

Las alimentaciones para controles de

velocidad de motores de corriente directa

CD, con fuentes de alimentación de

entrada de corriente alterna CA

monofásicos y trifásicos, siempre existen

perdidas por causa del proceso de

transformación de un tipo de energía a

otra. Existen cuatro tipos de formas de

conversión de energía: transformación de

CA-CD, de CD-CD, de CD-CA y de CA-

CA.

El resultado de la transformación,

ocasiona pérdidas significativas, que

afectan la eficiencia ƞ del proceso de

cambio de un tipo de energía a otra.

Quiere decir entonces que tales procesos

de transformación deben ser considerados

para el análisis: como el consumo de

energía real en los sistemas que se desea

controlar, conocer la operación y

funcionamiento del sistema, las

condiciones en que se está suministrando

energía en ese momento. Resulta

interesante su análisis, debido a la

naturalidad de transformación de cada

uno de los convertidores de energía, dado

que cumplen ciertas características de

funcionamiento y de transformación que

no podemos modificar. Se vuelve una

tarea muy importante el estudio y análisis

de sistemas que operarán como fuentes de

alimentación en máquinas y equipos; la

finalidad es encontrar las fuentes

apropiadas para cada sistema que lo

requiera.

Se tiene una idea muy general sobre la

relevancia del proceso de transformación

de energía en controles de velocidad. La

investigación presenta un estudio de la

transformación de energía CA-CD con

variaciones en la salida, para la

alimentación de motores en CD y la

relación con el control de la velocidad. La

mayor parte de las variaciones de voltaje

de los circuitos que realizan estas

operaciones tienen un comportamiento

natural en su funcionamiento, que permite

mayor confianza en la regulación de

velocidad de motores en los parámetros:

de voltaje, corriente y potencia, por tanto,

cada vez que el circuito hace cambios en

la potencia para controlar la velocidad de

un motor, es conocer si afecta o no, al

sistema que alimenta al momento realizar

cambios de voltaje a la salida. Tal es el

caso de control de velocidad de motores


45

en CD, es saber si afecta: la fuerza, la

continuidad en los giros, las revoluciones,

parámetros que afecten de manera directa

debito al tipo de transformación acorde lo

que el fabricante recomienda.

Es importante considerar que este estudio

quiere reflejar el análisis de la razón de

cambio de la eficiencia de convertidor

monofásico al realizar variaciones en el

ángulo de disparo. Cabe decir que esta

investigación tiene la finalidad de analizar

las diferentes formas con las que se

alimentan los controles de velocidad de

un motor y recomendar en orden de

prioridad las mejores opciones

mencionando las ventajas y desventajas

de cada uno de ellos. Por lo tanto, se

considera que si la eficiencia, en los

circuitos que realizan el proceso de

trasformación de energía para el control

de velocidad de motores de CD, no se

mantiene constante cuando se lleva a cabo

la variación, afecta entonces la vida útil

del sistema que alimenta.

METODO: ANÁLISIS DE LA

RAZÓN DE DECREMENTO DE LA

EFICIENCIA Ƞ CON RESPECTO A

LA VARIACIÓN DEL ÁNGULO DE

DISPARO.

Análisis de la eficiencia ƞ de un

convertidor de media onda monofásico

Fig. 3Señal de CA

Características de la señal de CA de

entrada al sistema conversión es la

siguiente:

Todas las mediciones fueron tomadas por el

canal 1 del osciloscopio, como muestra la

figura 3.

El voltaje efectivo (Vrms) de la señal de

entrada es de 53 v.

El voltaje pico-pico (Vpp) de la señal es de

148 v.

Por lo tanto, el voltaje pico (Vp) o Vm de la

señal es de 74v.

Procedimiento para determinar la

eficiencia ƞ del circuito convertidor de

media onda.

Figura 4 Salida CA-DC variable


46

La figura 4. Muestra la señal de salida del

proceso de conversión de CA-CD

variable e un convertidor monofásico de

media onda. Los valores que se observan

en la pantalla del osciloscopio: Vrms con

un valor de 36.3 v y el voltaje promedio o

Vcd, con un valor de 22.7v, se observa de

manera significativa una perdida en el

voltaje Vpp de 72.8 v, quiere decir que

con respecto a la medición inicial que se

muestra en la figura 3. La diferencia es de

1.2 v.

Figura 5 Ángulo de conducción

La figura 5. Presenta la medición del

tiempo del ángulo de conducción con el

fin de obtener el ángulo de disparo α, los

valores que se observan en la pantalla del

osciloscopio: cursor 1 con un valor de 0

ms y cursor 2 con un valor de 7.4 ms y Δt

con un valor de 7.4 ms. Esto significa que

al mover los cursores 1 y 2 en la posición

que se desee, siempre la parte del Δt,

mostrará la diferencia de tiempo entre la

posición de los 2 cursores. Se observa que

la medición del ángulo es en la unidad de

tiempo, y es necesario transforma tal

medición en grados. A continuación, se

muestra el procedimiento para encontrar

la eficiencia en el circuito convertidor de

media onda a través de una serie de pasos:

PASO1: Medición del ángulo disparo. Se

determina el tiempo del ángulo de

conducción y se resta al tiempo que ocupa

el periodo de todo el medio ciclo; se

considera que la señal que se aplica a la

entrada del convertidor tiene una

frecuencia de 60 Hz, por tanto, el periodo

de todo el ciclo es de 16.666 ms.

Tomando en cuenta esta consideración se

concluye que el periodo del medio ciclo

después del proceso de conversión es de

8.333 ms. Se determina el ángulo de

disparo.

PASO 2: Medición del Vm. Se tiene un

valor de Vrms = 53 v y un valor de Vpp =

148 v (Fig. 3). Un valor de Vpp = 72.8 v

(Fig. 4), que corresponde al valor de la

amplitud máxima de la señal de salida,

pero se observa que existe una perdida

debido al proceso de rectificación.

Se parte de la siguiente consideración,

trabajar con 3 valores: A partir del valor

de Vrms, y Vpp de la figura 3. Se puede

calcular el Vm. Y tomar directamente el

valor Vpp de la figura 4. Medición que se

realiza directamente del osciloscopio.


47

PASO 3: Calcular el Vcd y Vrms de la

carga en la salida del circuito. Como

inicio los valores de Vcd = 22.7 v y Vrms

= 36.3 v se encuentran medidos en la

pantalla del osciloscopio de la figura 4; se

observa de igual forma que la señal tiene

un ángulo de disparo o retraso α de 20○

En esta parte del procedimiento se

requiere verificar: que las ecuaciones que

proponen el análisis del Vcd y Vrms,

cumplen con respecto a los valores que el

osciloscopio mide. El propósito de este

paso, es comprobar que las ecuaciones

cumplen, y la información que se obtiene

se objetiva y confiable. Se deduce que si

las ecuaciones son confiables en los

resultados que arrojan; entonces no es

necesario llevar acabo constantemente

estas mediciones.

Para la evaluación de los parámetros de

operación de los valores de Vcd y Vrms

es necesario hacer las mediciones del

ángulo y del Vm.

PASO 4: Determinar la eficiencia ƞ del

circuito. Para llevar a cabo el análisis, en

esta fase se hace la siguiente

consideración: hacer la explicación de las

ecuaciones que se utilizaran para

encontrar los valores de eficiencia ƞ. Un

rectificador o convertidor: es un

procesador de potencia que debe

proporcionar una salida de CD con una

cantidad mínima de contenido armónico.

Al mismo tiempo, deberá mantener la

corriente de entrada tan sinusoidal como

sea posible y en fase con el voltaje de

entrada, de tal forma que el factor de

potencia esté cercano a la unidad. La

calidad del procesamiento de energía de

un rectificador requiere de la

determinación del contenido armónico de

la corriente de entrada, del voltaje de

salida y de la corriente de

salida(H.Rashid, 2004).

Existen distintos tipos de circuitos

rectificadores o convertidores y los

rendimientos de operación se evalúan

normalmente en función de los

parámetros siguientes:

Valor promedio de voltaje de salida (en

la carga) Vcd, para el caso de convertidor

de media onda la ecuación muestra el

valor promedio

.

CosVm

Vcd 12

(Ec. 1)

Valor promedio de la corriente de salida

(en la carga) Icd, Se toma el valor

obtenido del Vcd y la R se calcula a

través de dos mediciones en la carga.

R

VcdIcd (Ec. 2)


48

Potencia de sa1ida de cdPcd, es la

relación del voltaje y la corriente de la

carga

Pcd= Vcd * Icd(Ec. 3)

Va1or rms del voltaje de salida (en la

carga) Vrms, para el caso de un

convertidor de media onda la ecuación

muestra el valor rms.

2

1

25.01

2

Sen

VmVrms

(Ec. 4)

Valor rms de la corriente de salida (en la

carga) Irms, se toma el valor obtenido del

Vrms y se utiliza el valor de R, que se

utilizó para calcular el Vcd.

R

VrmsIrms (Ec. 5)

Potencia de salida de caPca, es la

relación del voltaje y corriente en rms.

Pca= Vrms * Irms (Ec. 6)

La "Eficiencia" del rectificador, la cual

nos permite comparar la efectividad de su

conversión, se define como

Pca

Pcd (Ec. 7)

Partiendo de la siguiente situación

podemos mejorar la ecuación Ec. 7 que

muestra cómo encontrar la eficiencia de

un proceso de conversión, se sustituyen

las Ecs. 4 y 6 en la Ec. 5 tenemos:

IrmsVrms

IcdVcd

*

* (Ec. 8)

Se consideran las Ecs. 3 y 5, para sustituir

en la Ec. 8, tenemos:

R

VrmsVrms

R

VcdVcd

*

*

(Ec. 9)

Finalmente simplificamos la Ec. 9 y se

obtiene que la ƞ sea.

2

2

Vrms

Vcd (Ec. 10)

Diferencias de utilizar la Ecs. 7 y 10

Pca

Pcd (Ec 7)

2

2

Vrms

Vcd (Ec 10)

Los parámetros que se

ocupan para calcular el

Vcd y Vrms son: en

ángulo s de disparo α y el

valor del Vm.

Realizar la medición de la

corriente y voltaje para

obtener el valor de R.

Determinar el valor de Pca

y Pcd, a través de la

sustitución de los valores

encontrados en el resto de

los puntos.

Los parámetros que

se ocupan para

calcular el Vcd y

Vrms son: en ángulo

s de disparo α y el

valor del Vm.

Tabla 2Comparación de fórmulas de ƞ

Al utilizar la Ec. 7 para determinar el

valor de la ƞ, tiene como resultado un

error significativo demasiado elevado,

debido que va arrastrando a través de la

sustitución el error y ocasiona que se al

final sea más grande. Por lo tanto, las

orientaciones sobre el análisis de

efectividad de rectificación terminan muy

alejadas de los valores reales.


49

Análisis de la eficiencia ƞ de un

convertidor de onda completa

monofásico

Características de la señal de CA de

entrada al sistema conversión:

Las mediciones fueron tomadas por el

canal 1 del osciloscopio (figura 3)

El voltaje efectivo (Vrms) de la señal de

entrada es de 53 v.

El voltaje pico-pico (Vpp) de la señal es

de 148 v.

Por lo tanto, el voltaje pico (Vp) o Vm

de la señal es de 74v.

Procedimiento para determinar la

eficiencia ƞ del circuito convertidor de

onda completa.

Figura 6 Conversión CA-CD variable

La figura 6 muestra la señal de salida del

proceso de conversión de CA-CD

variable de un convertidor monofásico de

onda completa. Los valores que se

observan en la pantalla del osciloscopio:

Vrms con una valor de 50.6 v y el voltaje

promedio o Vcd, con un valor de 44.5 v,

se observa de manera significativa un

perdida en el voltaje Vpp de 72 v, quiere

decir que con respecto a la medición

inicial que se muestra en la figura 6 la

diferencia es de 2 v.

Figura 7 Ángulo de conducción

La figura 7 presenta la medición del

tiempo del ángulo de conducción con el

fin de obtener el ángulo de disparo α, los

valores que se observan en la pantalla del

osciloscopio: cursor 1 con un valor de 0

ms y cursor 2 con un valor de 7.4 ms y Δt

con un valor de 7.4 ms. Esto significa que

al mover los cursores 1 y 2 en la posición

que se desee, siempre la parte del Δt,

mostrará la diferencia de tiempo entre la

posición de los 2 cursores. Se observa que

la medición del ángulo es en la unidad de

tiempo, y es necesario transforma tal

medición en grados. A continuación, se

muestra el procedimiento para encontrar

la eficiencia ƞ en el circuito convertidor de

onda completa a través de una se serie de

pasos:

Para los pasos 1 y 2, se sigue el mismo

procedimiento tal y como se realizó en los

pasos del convertidor de media onda. En

la medición del ángulo, considerar que

ahora son los dos semiciclos que


50

contienen un ángulo de disparo α, puede

tomarse el valor de cualquiera de los dos,

debido a que se existe simetría. Con

respecto al Vm, en la medición con el

osciloscopio el valor disminuye

significativamente hasta un valor de 2

volts.

PASO1: Medición del ángulo disparo.

PASO 2: Medición del Vm

PASO 3: Calcular el Vcd y Vrms de la

carga en la salida del circuito. Como

inicio los valores de Vcd = 44.5 v y Vrms

= 50.6 v se encuentran medidos en la

pantalla del osciloscopio de la figura 6; se

observa de igual forma que la señal tiene

un ángulo de disparo o retraso α de 20○.

En esta parte del procedimiento se

requiere verificar: que las ecuaciones que

proponen el análisis del Vcd y Vrms,

cumplen con respecto a los valores que el

osciloscopio mide. El propósito de este

paso, es comprobar que las ecuaciones

cumplen, y la información que se obtiene

se objetiva y confiable.

Desarrollo de la ecuación para

encontrar el valor de Vcd y Vrms

Consideremos el circuito de la figura 8

con una carga resistiva. Durante el

semiciclo positivo del voltaje de entrada,

el tiristor T1, T4 se encuentra

directamente polarizado. Cuando el

tiristor T1, T4 se dispara en t ,

conduce y el voltaje de entrada aparece en

la carga (figura 8), Cuando el voltaje de

entrada empieza o ser negativo en

t , el tiristor T2, T3, se polariza, con

el semiciclo negativo y el T1, T4 se

polariza inversamente y se apaga.

Figura 8 Rectificador con carga resistiva

La figura 9 muestra la región de

operación del convertidor, donde la

corriente y el voltaje tienen una polaridad.

Si Vm es el voltaje de pico de la entrada,

el valor promedio del voltaje de salida se

encuentra como sigue:

Figura 9 Operación del convertidor


51

La Ec. 8 describe el área bajo la curva a

través de la integral de la señal del medio

ciclo que pasa a la carga resistiva del

circuito.

La Ec. 9 representa el resultado de la

integración y por tanto la ecuación que se

utiliza para determinar el Vcd.

El voltaje de salida de cd puede variarse

de

Vm a 0 si variamos de 0 a .

Para un α = 0○ la ecuación del Vcd se

deduce la siguiente manera como lo

describe la Ec. 9

VmVcd

2 Ec-3.20

Pero tal consideración cumple en

condiciones ideales dado que de manera

real el tiristor para iniciar el proceso de

conversión, necesita activar la compuerta,

de lo contrario no se lleva a cabo el

proceso de conversión. Se concluye que

debido a esta condición tiene que ser

necesariamente activado y por muy

pequeño que sea su ángulo de disparo

nunca va ser cero.

La condición de la Ec. 10 son condiciones

reales para un rectificador monofásico de

onda completa, tal situación la

investigación propone comparar con este

circuito ya que opera con todo el

semiciclo y sus parámetros de operación

o eficiencia no cambia, debido a que

opera de manera natural sin necesidad de

ser activado para llevar a cabo el proceso

de rectificación.

El valor de salida Vrms está dado porLa

Ec. 11 describe el área bajo la curva a

través de la integral de la señal del medio

ciclo que pasa a la carga resistiva del

circuito.

2

122

1

0

2)21(

22

2

tdtCos

VmdttVmSenVrms

(Ec. 11)

La Ec. 12 representa el resultado de la

integración y por tanto la ecuación que se

utiliza para determinar el Vrms

2

1

25.01

2

Sen

VmVrms

(Ec. 12)

Para un α = 0○ la ecuación del Vrms se

deduce la siguiente manera como lo

describe la Ec.13

2

VmVrms

(Ec 13)

La condición de la Ec. 2 son condiciones

reales para un rectificador monofásico de

onda completa, se propone comparar con

este circuito ya que opera con todo el

ciclo. Se concluye que la Ec. 10 y la Ec.

12 sirven y se utilizan para determinar los

valores de Vcd y Vrms de un rectificador


52

monofásico de media onda y las Ecs. 9 y

11 sirven y se utilizan para encontrar los

valores de Vcd y Vrms de un convertidor

monofásico de onda completa.

Para la evaluación de los parámetros de

operación de los valores de Vcd y Vrms

es necesario realizar las mediciones de

ángulo y de Vm.

PASO 4: Determinar la ƞ del circuito.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

A continuación se muestra algunos

resultados de análisis de la eficiencia del

circuito convertidor de media monofásico

con Vms de 74 y 38 v (tablas 2 y 3) y el

análisis de la eficiencia del circuito

convertidos de onda completa monofásico

con con Vms de 74 y 38 v (tablas 4 y 5)

Tabla 2 Convertidor de media de onda, Vm= 74v

Tabla 3 Convertidor de media onda, Vm= 38v

α 𝑽𝒄𝒅 𝑽𝒓𝒎𝒔 Vcd2 𝑽𝒓𝒎𝒔

𝟐 𝑽𝒄𝒅

𝟐

𝑽𝒓𝒎𝒔𝟐

η

20 22.70 36.30 515.29 1317.69 0.39 39.11

30 21.80 36.00 475.24 1296.00 0.37 36.67

40 21.10 35.60 445.21 1267.36 0.35 35.13

50 19.00 34.10 361.00 1162.81 0.31 31.05

60 18.00 33.30 324.00 1108.89 0.29 29.22

70 15.60 30.80 243.36 948.64 0.26 25.65

80 13.80 28.80 190.44 829.44 0.23 22.96

90 11.70 26.00 136.89 676.00 0.20 20.25

100 10.30 23.80 106.09 566.44 0.19 18.73

110 7.72 19.90 59.60 396.01 0.15 15.05

120 6.17 16.70 38.07 278.89 0.14 13.65

130 4.16 12.60 17.31 158.76 0.11 10.90

140 2.98 10.00 8.88 100.00 0.09 8.88

150 1.51 6.05 2.28 36.60 0.06 6.23

160 0.72 3.50 0.52 12.25 0.04 4.23

170 0.19 1.09 0.04 1.19 0.03 3.04

α 𝑽𝒄𝒅 𝑽𝒓𝒎𝒔 Vcd2 Vrms2 𝑽𝒄𝒅𝟐


η

20 11.40 18.40 129.96 338.56 0.38 38.39

30 11.00 18.20 121.00 331.24 0.37 36.53

40 10.60 18.10 112.36 327.61 0.34 34.30

50 9.54 17.20 91.01 295.84 0.31 30.76

60 9.03 16.80 81.54 282.24 0.29 28.89

70 7.73 15.50 59.75 240.25 0.25 24.87

80 6.88 15.50 47.33 240.25 0.23 22.51

90 5.79 13.00 33.52 169.00 0.20 19.84

100 5.11 12.00 26.11 144.00 0.18 18.13

110 3.78 9.69 14.29 93.90 0.15 15.22

120 3.00 5.35 9.00 28.62 0.13 12.91

130 2.00 6.25 4.00 39.06 0.10 10.24

140 1.44 4.82 2.07 23.23 0.09 8.93

150 0.71 2.77 0.51 7.67 0.07 6.59

160 0.31 1.50 0.10 2.25 0.04 4.24

170 0.01 0.50 0.00 0.25 0.00 0.07

α 𝑽𝒄𝒅 𝑽𝒓𝒎𝒔 Vcd2 𝑽𝒓𝒎𝒔

𝟐 𝑽𝒄𝒅

𝟐


η

20 44.50 50.60 1980.25 2560.36 0.77 77.34

30 43.20 50.40 1866.24 2540.16 0.73 73.47

40 41.40 49.80 1713.96 2480.04 0.69 69.11

50 38.00 48.00 1444.00 2304.00 0.63 62.67

60 35.90 46.70 1288.81 2180.89 0.59 59.10

70 30.60 42.90 936.36 1840.41 0.51 50.88

80 27.90 40.70 778.41 1656.49 0.47 46.99

90 23.60 36.80 556.96 1354.24 0.41 41.13

100 20.40 33.70 416.16 1135.69 0.49 36.64

110 16.00 28.60 256.00 817.96 0.51 31.30

120 12.90 24.70 166.41 610.09 0.42 27.28

130 8.38 18.10 70.22 327.61 0.51 21.44

140 6.43 14.90 41.34 222.01 0.32 18.62

150 3.16 8.88 9.99 78.85 0.52 12.66

160 1.51 4.94 2.28 24.40 0.41 9.34

170 0.299 1.51 0.09 2.28 1.00 3.92


53

Tabla 4 Convertidor de onda completa, Vm=74v

Tabla 5Convertidor de onda completa, Vm= 38v

Tabla 6 Decrecimiento.Convertidor monofásico

Tabla 6 Eficiencia convertidor monofásico

Análisis de tendencias del valor

eficiencia, al variar α para un

convertidor de media onda

En el experimento se presentan dos

rangos de voltaje de Vm una de 78 v. y el

otro de 38 v. Los niveles de eficiencia ƞ

continúan ligeramente iguales y sin

cambios significativos para los dos

valores, pero con forme el ángulo de

disparo α aumenta, la eficiencia ƞ

disminuye gradualmente y de manera

proporcional en los dos valores de Vm.

α 𝑽𝒄𝒅 𝑽𝒓𝒎𝒔 Vcd2 Vrms2 𝑽𝒄𝒅𝟐


η

20 22.40 25.50 501.76 650.25 0.77 77.16

30 21.60 25.30 466.56 640.09 0.73 72.89

40 20.70 25.00 428.49 625.00 0.69 68.56

50 18.90 24.10 357.21 580.81 0.62 61.50

60 17.90 23.50 320.41 552.25 0.58 58.02

70 15.20 21.50 231.04 462.25 0.50 49.98

80 13.80 20.40 190.44 416.16 0.46 45.76

90 11.60 18.40 134.56 338.56 0.40 39.74

100 10.10 16.40 102.01 268.96 0.38 37.93

110 7.73 14.10 59.75 198.81 0.30 30.06

120 6.29 12.20 39.56 148.84 0.27 26.58

130 3.96 8.72 15.68 76.04 0.21 20.62

140 3.05 7.23 9.30 52.27 0.18 17.80

150 1.40 4.05 1.96 16.40 0.12 11.95

160 0.61 2.24 0.38 5.02 0.07 7.49

170 0.0509 1.20 0.00 1.44 0.00 0.18

Razón de decrecimiento en convertidor

α

Media onda Onda completa

Vm 74v

Pro

med

io

Vm 38 v

Pro

med

io

Vm 74v

Pro

med

io

Vm 38 v

Pro

med

io

20 2,44

2,4

0

77.34

2,5

5

3,87

4,8

9

4,27

5,1

3

30 1,54 73.47 4,36 4,33

40 4,08 69.11 6,44 7,06

50 1,83 62.67 3,57 3,48

60 3,57 59.10 8,22 8,04

70 2,69 50.88 3,89 4,22

80 2,71 46.99 5,86 6,02

90 1,52 41.13 4,49 1,81

100 3,68 36.64 5,34 7,87

110 1,40 31.30 4,02 3,48

120 2,75 27.28 5,84 5,96

130 2,02 21.44 2,82 2,82

140 2,65 18.62 5,96 5,85

150 2,00 12.66 3,32 4,46

160 1,19 9.34 5,42 7,31

α

η Convertidor

media onda η Convertidor

onda completa η

Prom Media onda

η

Prom Onda Comp

Vm 74v

Vm 38 v

Vm

74 v Vm 38 v

20 39.11 38.39 77.34 77.16

40.5% 81.0%

30 36.67 36.53 73.47 72.89

40 35.13 34.30 69.11 68.56

50 31.05 30.76 62.67 61.50

60 29.22 28.89 59.10 58.02

70 25.65 24.87 50.88 49.98

80 22.96 22.51 46.99 45.76

90 20.25 19.84 41.13 39.74

100 18.73 18.13 36.64 37.93

110 15.05 15.22 31.30 30.06

120 13.65 12.91 27.28 26.58

130 10.90 10.24 21.44 20.62

140 8.88 8.93 18.62 17.80

150 6.23 6.59 12.66 11.95

160 4.23 4.24 9.34 7.49

170 3.04 0.07 3.92 0.18


54

Se puede observar que el nivel máximo

de eficiencia α se encuentra en un 40 %.

Figura 10. Valores de ƞ. Media onda

Se concluye que a variaciones de valores

del ángulo de disparo α, la eficiencia ƞ se

mantiene en los dos valores que se

utilizaron, con ligeros cambios. Pero se

encuentra una “razón de decrecimiento”

en la eficiencia con respecto a la

variación del ángulo de disparo α: con

una razón de disminución de 2.40% por

cada 10○que varía en el ángulo de disparo

α, esta tendencia cumple para convertidor

monofásico de media onda, sin presentar

cambios significativos en la razón de

decremento cuando los valores de Vm

son diferentes. En la figura 11 se presenta

la gráfica de la razón de decremento en ƞ,

con respecto a la variación de α.

Figura 11. Decrecimiento de ƞ. Media onda

La razón de decremento que se presenta

en la gráfica para un valor de Vm = 78 v

es de 2.40 % por cada 10○ que varía el

ángulo de disparo α.

El valor de decremento que presenta para

él un Vm = 38 v, es 2.55 % por cada 10○

que varía el ángulo de disparo α.

Análisis de tendencias del valor de la

eficiencia al variar α para un

convertidor de onda completa

Figura 12. Valores de ƞ. Onda completa

Se observa que al llevar a cabo la

variación de α, de un rango de 20○ hasta

170○, la eficiencia varía

0

10

20

30

40

50

20 40 60 80 100 120 140 160

rango de 74 vrango de 38 v 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

30 50 70 90 110 130 150 170

razon de decrecimiento para 78 v

0

20

40

60

80

100

20 40 60 80 100 120 140 160

rango de 78

v


55

significativamente. En el experimento se

presentan dos rangos de voltaje de Vm

una de 78 v. y el otro de 38 v. Como se

muestra en la figura 12. Los niveles de

eficiencia ƞ continúan ligeramente iguales

y sin cambios significativos para los dos

valores, pero con forme el ángulo de

disparo α aumenta, la eficiencia ƞ

disminuye gradualmente y de manera

proporcional en los dos valores de Vm.

Comparando con los valores de eficiencia

ƞ, de la figura 11, se puede observar que

todos los valores se duplican,

considerando que parte de un nivel

máximo de eficiencia se encuentra en

80%.

Se concluye que a variaciones de valores

del ángulo de disparo α, la eficiencia ƞ se

mantiene en los dos valores que se

utilizaron, con ligeros cambios. Pero se

encuentra una “razón de decrecimiento”

en la eficiencia con respecto a la

variación del ángulo de disparo α: pero

duplicados con respecto a los obtenidos

en el convertidor de medio puente: La

razón de disminución es de 4.90 % por

cada 10○que varía en el ángulo de disparo

α, esta tendencia cumple para convertidor

monofásico de onda completa, sin

presentar cambios significativos en la

razón de decremento cuando los valores

de Vm son diferentes. En la figura 13 se

presenta la gráfica de la razón de

decremento en la eficiencia ƞ, con

respecto a la variación del ángulo de

disparo α.

Figura 13. Decrecimiento de ƞ. Onda completa

La razón de decremento que se presenta

en la gráfica para un valor de Vm = 78 v

es de 4.89 % por cada 10○ que varía el

ángulo de disparo α. Esto significa que

cada 10○ que varía el ángulo de disparo α,

la eficiencia disminuye un promedio 4.89

% de su razón.

El valor de decremento que presenta para

el valor de un Vm = 38 v, es 2.55 % por

cada 10○ que varía el ángulo de disparo α.

Esto significa que cada 10○ la eficiencia

disminuye un promedio 2.40 % de su

razón.

Comparando los valores de convertidor

monofásico de media onda, todos los

valores se duplican.

0

2

4

6

8

10

30 50 70 90 110 130 150 170




56

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julio de 2012).

http://es.wikipedia.org/wiki/Puent

e_rectificador.

Luis Eduardo Ruelas García

Profesor Investigador Instituto

Tecnológico de Los Mochis,

Departamento de Ingeniería Eléctrica y

Electrónica, Blvd. Juan de Dios Bátiz y

20 de Noviembre s/n, CP 81279, Los

Mochis, Sinaloa

César Alejandro Pazos Álvarez






Mochis, Sinaloa

Rafael Cisneros Mondragón






Mochis, Sinaloa

Adalberto Robles Castro

Egresado de la carrera de Ingeniería

Electrónica, Instituto Tecnológico de Los

Mochis, Departamento de Ingeniería

Eléctrica y Electrónica, Blvd. Juan de

Dios Bátiz y 20 de Noviembre s/n, CP

81279, Los Mochis, Sinaloa

57



ISSN: En trámite

México

2014

Empresas: la importancia de la adaptación al medio para lograr el éxito.

Manuel de Jesús López-Pérez, Oscar Fernández-García, Héctor Allier-

Campuzano.




ITmochis


ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014

58

EMPRESAS: LA IMPORTANCIA DE LA ADAPTACION AL MEDIO PARA

LOGRAR EL ÉXITO.

Manuel de Jesús López-Pérez 1; Oscar Fernández-García 2; Héctor Allier-Campuzano 3

1 Director del Instituto Tecnológico de los Mochis, Blvd. Juan de Dios Bátiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa.;

2 Profesor Investigador de la Escuela Superior de Economía del Instituto Politécnico Nacional;

3 Profesor Investigador de la Escuela Superior de Economía del Instituto Politécnico Nacional

Resumen.

La adaptabilidad de las empresas y su

capacidad de respuesta a las condiciones

cambiantes del medio ambiente

económico político y social determinan

en gran medida la posibilidad de

permanencia en el mercado, de

crecimiento y de éxito económico. En un

primer plano aparecen las variables de

orden macro tales como el desarrollo

económico logrado en el país, el

crecimiento de los índices de precios y la

inflación, etc. En un segundo plano

tenemos los aspectos de planificación

micro tales como la elección de los

procesos de producción que se emplearán

en la empresa, la maquinaria y equipos

con que se habrán de operar la política de

precios para los diferentes artículos que la

empresa elabora y vende etc. Proponemos

en este documento alternativas de lo que

pueden hacer las empresas para adaptarse

al medio y poder desarrollarse pensando

sobre todo en las pequeñas y las

microempresas las cuales son la gran

mayoría de los negocios que existen en el

país. Muchas de ellas operan incluso en el

marco de la informalidad y es un

imperativo para lograr el crecimiento

económico del país que las empresas

informales que hoy operan puedan dar el

paso y avanzados de la informalidad hacia

la formalidad con esto una gran parte de

los problemas económicos de México

estarán resueltos.

Summary.

The adaptability of enterprises and

their ability to adapt to changing

environmental conditions and social

economic policy, largely determines the

possibility to stay in the market, to

ensure growth and economic success.

In the foreground command macro

variables such as economic

development achieved in the country,

growth rates and inflation rates, etc. In


59

the background micro aspects of

planning such as the choice of

production processes to be employed in

the company, machinery and

equipment that will opérate, the

pricing for different items that the

company makes and sells etc. We

propose in this paper alternatives of

what can companies do to adapt to the

environment and to develop thinking

particularly of small and micro-

enterprises which are the vast majority

of businesses in the country. Many of

them operate even in the context of

informality and is an imperative for

economic growth of this country that

informal businesses operating today

can take the plunge and advance from

informality to formality, with this

change, a large part of the economic

problems of Mexico will be solved.

Clasificación JEL: L10, L11, L14, L16

1 El entorno macroeconómico.

Es muy importante para las empresas

conocer el entorno en donde están

establecidas tanto a nivel regional como

nacional (Webb, 1994), pues de la manera

en que se insertan en el medio económico

donde viven depende su éxito o fracaso.

Las empresas pueden encontrar

oportunidades o amenazas en su entorno,

por ello es importante que la empresa se

prepare para responder adecuadamente a

las diversas variables del entorno, por

citar algunas: ¿Cuáles son las reglas del

juego en el entorno?, ¿Qué estrategias

puede desarrollar para enfrentar con éxito

los cambios a su alrededor? o ¿Cuáles son

los indicadores con los que se puede

medir el éxito logrado por la empresa?

La empresa debe analizar su

entorno para responder con una estrategia

adecuada a las situaciones cambiantes del

medio (Webb,1994). La manera de dar

respuesta a estos cambios pueden ser con

aciertos o con errores, con utilidades o

con pérdidas, con crecimiento o con

disminución económica, este constante

actuar en respuesta a las situaciones

enfrentadas va determinando el desarrollo

de la empresa y su éxito, o puede también

determinar su fracaso. El talento de las

empresas consiste en tener un diagnóstico

adecuado de la realidad económica que

influye sobre la firma este conocimiento

es sólo la base con la cual se debe

formular una estrategia para afrontar la

situación y lograr ir creciendo poco a

poco.


60

Las organizaciones interactúan

con otras organizaciones y con diversos

ambientes (Chiavenato, 2009), lo hacen

adquiriendo insumos, llevando a cabo la

producción, generando la distribución de

sus productos, y para esto deben tener

siempre un análisis de la competencia, un

seguimiento de la política económica

gubernamental, y un seguimiento de la

situación económica regional y nacional.

Las empresas adquieren materias

primas, recursos e información del medio

ambiente y devuelven a éste, productos

terminados, servicios y su propia

experiencia productiva y empresarial que

sirve a su vez como modelo para que

otras empresas se desarrollen y crezcan.

El medio ambiente económico social se

puede definir como el conjunto de

situaciones y condiciones externas y los

elementos que afectan al comportamiento

de la empresa. El medio ambiente es el

conjunto de variables sobre los cuales la

empresa no tiene control, y debe tomarlos

como elementos dados con los que

interactúa y en medio de los cuales debe

lograr un buen funcionamiento, un

crecimiento y el éxito económico.

El medio ambiente abarca: el

estado de la economía en su conjunto, el

medio ambiente tecnológico, la situación

legal y política en la cual funciona la

organización, la situación cultural, los

valores y normas sociales (Stoner, 1994);

las otras empresas en el entorno que

forman parte de la competencia, así como

las empresas de otros giros, y los

individuos y grupos sociales que forman

parte del entorno. Todos estos factores

ambientales deben ser de interés para las

empresas aun cuando cada organización

debe responder a facetas particulares de

estas condiciones generales buscando las

que tengan mayor relevancia para ella.

1.1 El medio ambiente económico.

La situación de la economía a nivel

regional y nacional es un factor a

considerar muy relevante (Sandhusen,

2004). Tanto para las empresas dedicadas

a la producción de bienes determinados

como a las encargadas de la

comercialización de bienes y servicios; la

situación económica es una determinante

fundamental, por mencionar algunas: la

decisión inicial de las empresas de

elaborar ciertos productos, o cuando ya

están establecidas a la decisión de

introducir nuevos productos, o de

incrementar su capacidad de producción,


61

o la de bajar el ritmo de producción en

periodos de recesión y en consecuencia

reducir el volumen de los recursos

humanos utilizados, e incluso crear o

desaparecer determinados departamentos

y áreas de la empresa. Podemos decir que

la actividad de las empresas y su ritmo de

crecimiento deben estar en sintonía con

los cambios en las condiciones

económicas de la región en donde se

ubican estas empresas.

En México, como en todas las

naciones, la historia de la economía se

desarrolla por ciclos, después de periodos

de auge y expansión económica han

llegado épocas de estancamiento,

desempleo y recesión. Las empresas por

lo tanto deberán estar al pendiente de las

noticias que generan los diferentes

centros de análisis económico para

percibir si la economía se encuentra en

etapa de auge o recesión; asimismo deben

prevenirse ante los cambios venideros,

por ejemplo en el año 2008, en los

Estados Unidos de América, a causa

primeramente de la burbuja especulativa

ligada a los activos hipotecarios,

motivada por el exceso de liquidez

generado este a su vez, por los atentados

del 11 de septiembre del 2001 y que

como consecuencia se bajaron las tasas de

interés con el objeto de reactivar el

consumo y la producción mediante el

crédito; esto, provocó el apalancamiento

de créditos en el sector hipotecario,

mismo que a partir del 2006, con el

incremento del tipo de interés hasta

5.25%, estimuló el valor de la vivienda y

en correlación el impago de muchos

créditos adquiridos. Lo anterior, generó

una recesión económica, lo que provocó

que unos meses después, el efecto de la

recesión se sintiera en todos los países del

resto de mundo, en mayor o menor

proporción, y que, para nuestro caso,

México por su alta dependencia con el

mercado del país de norte orilló a que

tuviera en consecuencia problemas

económicos debido a la reducción de la

demanda de artículos diversos por parte

de los Estados Unidos hacia nuestro país.

Por consiguiente y como

corolario, los dirigentes empresariales

deben estar al pendiente de las

condiciones económicas del entorno

(Sandhusen, 2004), en primer lugar,

deben observar las fluctuaciones de las

variables económicas que prevén los

despachos de consultoría y las propias

oficinas gubernamentales encargadas de

estos temas. El segundo aspecto, en un

plano más cercano a la empresa, las


62

organizaciones deben considerar las

condiciones de operación que el medio

ambiente cercano les impone, por

ejemplo, los pequeños agricultores en el

Estado de Puebla no pueden modificar el

precio del maíz y de otros productos que

elaboran; los talleres pequeños de

producción de ropa no pueden incidir en

el costo de las materias primas necesarias

en su producción. Por otro lado, las

grandes empresas encargadas de proveer

telefonía convencional y telefonía celular,

si tienen la capacidad para cambiar las

condiciones económicas e influir

directamente en el precio de sus

productos; sin embargo, deben evaluar

detenidamente cada cambio pues esto

puede afectar negativamente la situación

de los mercados donde operan y en el

mediano y largo plazo pueden reducir

significativamente la cartera de clientes

que tienen en un determinado momento.

En el medio ambiente económico

debemos considerar también el nivel de

desarrollo económico del país (Webb,

1994), el cual se puede apreciar en el

número de empresas medianas y grandes

formalmente constituidas, y en el número

de empresas pequeñas y micro que en el

caso de México es una proporción muy

elevada. Las empresas medianas y

grandes regularmente pueden pagar

mayores salarios a sus trabajadores,

además de proporcionarles las

prestaciones laborales de ley y también

normalmente les brindan la protección de

la seguridad social y el acceso a los

fondos de pensiones. Las pequeñas, pero

sobretodo las microempresas con una

frecuencia muy alta operan en el marco

de la informalidad, y son empresas de

hogares establecidas pensando en la

sobrevivencia de los miembros de estos

hogares; en estas empresas, patrones y

trabajadores que con frecuencia son los

mismos, tienen muy reducidos ingresos y

habitualmente estos no cuentan con

prestaciones de seguridad social y

participación a los fondos de pensiones.

1.2 El medio ambiente científico y

tecnológico.

El aspecto tecnológico se refiere al

conjunto de conocimientos aplicados a la

producción de bienes y servicios,

actualmente el término hace referencia

más específicamente a los conocimientos

científicos aplicados por las empresas a la

producción (Sandhusen, 2004) y que

determinan aspectos tan relevantes como

la calidad y el incremento a la


63

productividad con menos uso de factores

al descanso de la fuerza de los seres

humanos que se ven relevados por la

maquinaria y equipos para potenciar la

productividad personal y de la

organización en su conjunto. La

tecnología más avanzada utilizada por

determinadas empresas les confiere

características de liderazgo, por lo tanto,

las empresas deberán siempre

preocuparse y ocuparse por implementar

la innovación tecnológica en sus procesos

de producción buscando permanecer

dentro del área de la competitividad

(Oster, 2000). Las organizaciones

empresariales en una sociedad

determinada viven en un ambiente dado

de conocimientos científicos y

tecnológicos (Prieto, 2008), deben

adaptarse a este ambiente y actualizar en

lo posible su equipamiento de acuerdo a

los adelantos tecnológicos para que

puedan lograr sus objetivos productivos y

económicos. Aun cuando todas las

empresas enfrentan el mismo medio

ambiente científico y tecnológico hay

algunas que tienen mayor necesidad que

otras de una actualización constante en la

esfera tecnológica; para ilustrar esta idea,

un restaurante o un hotel sin descuidar el

aspecto tecnológico deberán poner mucho

énfasis en la forma en que atienden a sus

huéspedes y clientes pues de un buen

trato se desprende que posteriormente las

personas regresen de manera usual a esos

mismos hoteles y restaurantes que les han

atendido adecuadamente. Por otro lado,

una empresa que se dedica al ensamble y

venta de equipos de cómputo, debe estar

consciente de que la tecnología utilizada

en la fabricación de estos productos

cambia en forma rápida, las firmas que no

atienden esta situación enfrentan graves

problemas, por lo tanto la empresa que

opera en este giro debe estar innovando

permanentemente la tecnología en la

producción de sus productos y/o

servicios, de lo contrario, éstos quedarán

desfasados, tendrán menos capacidad y

funcionalidad, y como secuela ya no

encontrarán demanda para los mismos tan

fácilmente como aquellas que sí han

estado actualizadas en los últimos

adelantos tecnológicos. Actualmente

gracias al avance de las

telecomunicaciones que incluye el acceso

a Internet las empresas pueden fácilmente

obtener información de los avances

tecnológicos relacionados a su giro de

producción y no debe ser excusa que por

falta de conocimientos en este aspecto

que las empresas descuiden este rubro tan


64

importante, lo que deben hacer, dado que

la tecnología de producción en su ramo es

cambiante, es considerar el aspecto de la

depreciación y el consecuente ahorro para

que los equipos de producción que tienen

en el momento, puedan ser cambiados en

un momento posterior cuando ya estén

llegando a la obsolescencia, deben

administrar adecuadamente este proceso

para que los cambios y la renovación

necesaria de equipo no impliquen para la

empresa grandes sustracciones financieras

ni la posibilidad de falta de liquidez

(Oster, 2000). En el caso específico de la

industria mexicana hay varias ramas en

las cuales es importante fomentar una

cultura de seguimiento a las nuevas

tecnologías y de búsqueda de innovación

tecnológica y administrativa que permitan

una producción con mayor calidad y a un

menor costo para que las empresas

puedan ofrecer buenos artículos, de

calidad, y a bajos precios a sus clientes y

con esto puedan aumentar la

competitividad empresarial.

1.3 El medio ambiente legal y político.

En un estado de derecho, las operaciones

de las empresas ocurren en un marco

determinado de leyes y reglamentaciones

(Seo, 1983). La situación legal

comprende un conjunto de leyes,

reglamentos, normas y requisitos

gubernamentales que aplican a nivel

federal, estatal y municipal. Los cambios

en esta legislación tienen efecto en las

empresas; por ejemplo, cuando las

cámaras integrantes del Congreso de la

Unión aprueban una nueva ley que

establece la apertura comercial en un país

donde antes existía aun proteccionismo,

esto debe ayudar a persuadir la forma de

operar de las empresas para competir

ahora en el contexto internacional, de lo

contrario quedarán relegadas para

competir únicamente con las empresas del

mercado local o nacional. Es relevante

mencionar que la aplicación de las leyes

no es opcional para los ciudadanos ni para

las empresas, entendida como personas

físicas y personas morales, esto es,

cuando una ley es promulgada no es

decisión de las empresas si la aplican o

no, no queda más que acatarla. Así pues,

hay leyes que regulan la instalación de las

empresas, hay leyes que regulan el

funcionamiento de las empresas, hay

leyes que regulan los procesos de

mercadeo, y hay leyes que regulan la

relación de unas empresas con otras

(Prieto, 2008), por lo tanto las empresas


65

deben conocer en forma básica las leyes

que tienen aplicación directa en ellas y en

los giros de producción a los cuales se

dedican. Es importante mencionar que las

empresas por medio de sus cámaras y

asociaciones pueden buscar ciertos

cabilderos ante el Congreso con el fin de

que se hagan leyes que favorezcan el

desarrollo económico y la creación de

empresas y no que lo entorpezcan.

La política económica es otra

situación que forma parte del medio

ambiente legal y político (Seo, 1983), por

ejemplo, las políticas monetaria y fiscal

son dos instrumentos que utilizan los

gobiernos para prevenir situaciones

inflacionarias y para prever aspectos del

gasto público, por lo tanto, las empresas

deben estar pendiente de estas

situaciones. La política monetaria

normalmente se basa en ajustes

calculados de la emisión total de dinero a

la economía y con ella se busca entre

otras cosas reducir las expectativas

inflacionarias y en determinados casos

fomentar el consumo para estimular la

reactivación de una economía estancada.

La política fiscal se refiere a la

determinación de los impuestos y de los

gastos del gobierno a fin de cubrir los

compromisos de la provisión de servicios

públicos que tiene el Estado y actuar en

determinados momentos para estimular el

desarrollo de la economía o para detener

un poco su crecimiento. El éxito o el

fracaso de las acciones de política

económica se evalúan conforme al

crecimiento o decrecimiento económico

que han tenido los países en la elevación

o no de los niveles de empleo y en el

nivel de bienestar general de la población.

Para los responsables de las políticas

públicas en el aspecto económico de los

gobiernos a los distintos niveles es muy

importante que tengan un adecuado

manejo de estas políticas para encontrar la

combinación adecuada que orienten al

país al crecimiento y que mantenga la

inflación y el desempleo en niveles

aceptables (Prieto, 2008).

Esta situación debe estar muy

presente en todo tipo de empresa con el

objeto de poder tomar las decisiones

necesarias que competen a su propio

desarrollo productivo y de realización

comercial de los artículos que elaboran.

1.4 El medio ambiente sociocultural.

Los aspectos socioculturales definen las

formas de ser de una sociedad


66

determinada e influyen de manera

significativa en la actividad de las

empresas (Gibson, 2004), estos aspectos

socioculturales determinan la

idiosincrasia y el estilo de vida de una

población. El ámbito sociocultural afecta

a las organizaciones empresariales

(Sandhusen, 2004), de manera inicial por

medio de las formas de ser y de las

expectativas de los empleados los cuales

al llegar a la empresa traen consigo

diferentes valores, costumbres e

influencias culturales, por citar un hecho,

mencionaremos el caso de Japón en

donde es costumbre muy apreciada que

los obreros trabajen en una misma

empresa durante toda su vida; además por

medio de formas de organización

determinada los obreros aun los de nivel

inferior participan en la toma de

decisiones y en la adopción de

determinadas políticas de operación en las

empresas, también es notorio el hecho de

que los obreros se sienten comprometidos

con el destino de la empresa y colaboran

de la mejor manera para que ésta tenga

éxito, incluso las huelgas se hacen

trabajando y la cooperación de los

obreros con las firmas empresariales está

siempre presente. La situación

anteriormente descrita es muy diferente

en México pues la idiosincrasia

representativa en este país es distinta de la

que hay en Japón y también seguramente

de la que hay en Europa o en el Medio

Oriente inmerso en las culturas árabe

musulmanas. Asimismo, en el aspecto de

las ventas de la empresa debe tenerse en

cuenta el aspecto sociocultural,

pondremos como muestra concreta que

hay algunas sociedades en donde no se

consume carne de cerdo y por lo tanto

una empresa que produce alimentos a

base de cárnicos porcinos seguramente no

tendrá a quien vender los productos

elaborados que genera. Por todo esto las

empresas deben analizar y conocer con

detalle las características socioculturales

de la población en la que están

produciendo y a la cual están destinados

para su venta los artículos que elaboran.

Los factores socioculturales juegan un

papel muy relevante en el desempeño de

las empresas y por lo tanto deben siempre

ser considerados.

2 Organización interna y

microeconomía en la empresa.

El aspecto microeconómico tiene

que ver con la manera concreta en como

produce la empresa, el tipo de tecnología


67

que utiliza, la manera en que comercializa

sus productos, la política de precios (Seo,

1983), la forma en que se administra la

empresa, la manera en que están

delimitados sus costos de producción y

los ingresos por ventas, así como la forma

en que obtiene sus utilidades. Se puede

decir que el aspecto microeconómico

consiste en lograr el uso óptimo de los

recursos con que cuenta la empresa para

maximizar las utilidades de operación

(Gibson, 2004) que le permitan

mantenerse en el mercado y si es posible

seguir creciendo. En México existen

empresas de todo tipo, sin embargo, las

empresas pequeñas y las microempresas

constituyen la inmensa mayoría, podemos

decir que, del total de empresas y

negocios en el país, aproximadamente

97% son micro y pequeñas empresas.

En general, los problemas que

enfrentan las grandes empresas son

diferentes de aquellos que tienen las

microempresas (Seo, 1983); las grandes

empresas han logrado cierto nivel de

crecimiento que les permite la estabilidad

y permanencia en el mercado, firmas

como Coca Cola, Bimbo, Ford de

México, o WalMart, entre otras, son

empresas que tienen un muy buen nivel

de rentabilidad, buenas perspectivas de

crecimiento y un futuro asegurado por así

decirlo; sus problemas son en algunas

ocasiones que no logran obtener las

ganancias esperadas en un año

determinado, que un producto

determinado no tiene el nivel de ventas

proyectado, que una sucursal no tienen las

ventas y rendimientos esperados o que

incluso puede no tener éxito, pero estos

problemas son en general superables y no

ponen en riesgo la existencia de la

empresa, ni su continuidad, ni su

crecimiento.

Las micro y pequeñas empresas

son las que enfrentan mayores

problemáticas y muchas de ellas incluso

no duran mucho tiempo después de que

fueron instaladas, a este tipo de empresas

son a las que nos dedicaremos con mayor

detalle pues en ellas está el germen del

crecimiento económico para el país y las

perspectivas de un mayor nivel de

bienestar para la sociedad.

2.1 Ausencia de planeación

La mayoría de las micro y pequeñas

empresas no lleva a cabo ninguna

planeación entre otras por las causas

siguientes:


68

a) No existe una planeación anual,

semestral o de otro tipo y los problemas

simplemente se resuelven cómo se van

presentando.

b) Los micro y pequeños empresarios no

tienen capacitación para planear el

desarrollo de su empresa.

c) Con frecuencia los propietarios de

micro y pequeñas empresas están

acostumbrados a vivir el momento.

d) Se considera que la planeación es

únicamente para las grandes empresas y

si acaso para las medianas empresas pero

que no es algo que deba realizarse por las

micro y pequeñas empresas.

2.2 Administración inadecuada.

En este respecto podemos mencionar

situaciones que se dan en las micro y

pequeñas empresas:

a) No delimitan las finanzas del negocio

de las finanzas familiares y no lleva un

control adecuado de las ganancias y

rendimientos que deja la empresa.

b) Con frecuencia hacen grandes gastos

personales a costa de los ingresos de la

empresa y puede llegar el caso de que no

ahorre lo necesario para gastos de

operación y compra de nuevos insumos lo

que puede detener el funcionamiento de la

empresa.

c) No consideran un ahorro para reponer

la maquinaria y equipo que se van usando

(depreciación y obsolescencia), por lo

tanto, cuando los equipos se vuelven

viejos y obsoletos no hay recursos para

reemplazarlos.

2.3 Falta de cultura financiera.

a) Con frecuencia los micro y pequeños

empresarios no son capaces de conocer el

nivel de rentabilidad de su empresa.

b) Falta de capacidad para desligar los

rendimientos nominales (que incluyen la

inflación) de los rendimientos reales, y

tampoco tienen capacidad para valorar el

dinero con respecto al tiempo que

transcurre, además de planear

adecuadamente los flujos de efectivo

necesarios para el funcionamiento

adecuado de la empresa.

c) No tienen la previsión para mantener el

nivel de liquidez necesario para la

operación cotidiana de la empresa y esto

sumado a la falta de confianza para


69

adquirir créditos cuando sea necesario

hace que las crisis de liquidez con

frecuencia pongan en peligro el

funcionamiento de la empresa y a veces la

propia existencia de la misma.

2.4 Producción con baja calidad y

cultura del “ahí se va”.

Entre los micro empresarios de México es

común encontrarse personas que no

consideran importante la producción con

calidad, y en ocasiones la proporción de

artículos defectuosos es muy alta, por

ejemplo un microempresario del Estado

de México que hace cucharas de plástico,

en ciertos lotes de producción hasta 8%

salían con algún defecto de fabricación,

los artículos defectuosos no eran

separados del resto y a la hora de

venderlos simplemente se ocultaban abajo

de los que estaban buenos y los vendía

engañando en cierta manera a sus

clientes, pero lo que sucedía es que

paulatinamente iba perdiendo clientes

pues muy pocas personas regresaban a

comprar después de una ocasión en que

les hacían estas ventas fraudulentas. Es

necesario mencionar que una empresa que

se aprecia de producir con calidad admite

cero defectos en la producción y cuando

los defectos van llegando al 1% se detiene

la producción hasta encontrar la causa de

esta producción defectuosa se corrige el

error y sólo entonces se reanuda la

producción una vez que se ha logrado la

producción con cero defectos

nuevamente.

3 La relación macroeconómica y

microeconómica en las empresas.

Esta situación se refiere a los grupos del

entorno inmediato con los que interactúa

la empresa para desarrollar sus

actividades y cumplir sus objetivos. En el

entorno inmediato la empresa interactúa

con un conjunto de grupos e individuos,

estos son: los consumidores o clientes, los

proveedores, los competidores y las

instancias de gobierno con las que

interactúa.

3.1 Clientes y realización comercial.

Las empresas son unidades institucionales

que "emprenden" una actividad

productiva con el fin de satisfacer una

necesidad determinada en un grupo de la

sociedad, por ejemplo puede ser que se

dediquen a producir zapatos y se


70

especialicen en zapatos ortopédicos para

niños, la intención de las empresas es

hacer productos de calidad que gusten a

los usuarios o consumidores potenciales

de estos productos, esto es, los productos

deben estar hechos de tal manera que

incidan en las preferencias de los usuarios

potenciales (Oster, 2000) y que éstos los

compren, es decir que se vuelvan clientes

de las empresas; para ello, las empresas

deben considerar una serie de factores

para colocar los artículos que elaboran

con sus clientes, siendo estos el precio, la

plaza, promoción y el producto mismo;

las micro y pequeñas empresas

generalmente tienen que vender a precios

establecidos por un mercado competitivo,

pues si venden a precios más altos que los

de mercado, lo más seguro es que baje la

demanda por sus artículos; respecto a la

plaza podemos decir que se refiere a la

ubicación en la cual se ponen a la venta

los productos; la promoción se refiere a la

publicidad y las formas en las cuales los

clientes potenciales se enteran del

producto, se pone a la venta, y de las

bondades y características del mismo; en

cuanto al producto nos referimos

básicamente a las características

particulares del bien o servicio, por

ejemplo un radio que esté hecho con

calidad, que tenga un diseño que lo haga

atractivo a la vista, y principalmente que

funcione bien y cubra bien las

necesidades de quien lo ha comprado.

3.2 Proveedores.

Los proveedores son muy importantes

pues la producción de artículos de calidad

tiene como premisa la obtención de

insumos de calidad. Con frecuencia las

empresas son solamente parte de una

cadena productiva que no se puede

complementar si los proveedores fallan,

por ejemplo, los productores de pan no

pueden trabajar si el proveedor de harina

de trigo no les surte los insumos

necesarios para su producción. Otro

elemento importante en este aspecto es

que en la medida en que se obtengan

insumos de calidad y a bajo costo,

disminuyen los costos de producción y si

los precios de venta permanecen

constantes aumentan las utilidades de las

empresas porque aumenta la diferencia

entre los ingresos y los costos; otra

ventaja de obtener insumos de buena

calidad y a bajo costo es que al disminuir

los costos de producción permite al

empresario, si éste lo considera

conveniente, reducir el precio de los


71

artículos que vende y esto puede

aumentar sus ventas por tener una ventaja

competitiva con respecto a otras empresas

que venden el mismo tipo de artículos.

3.3 Competidores (dinámica de la

competencia) y competitividad: Precio

y calidad.

Las micro y pequeñas empresas tienen

dos tipos de competidores las empresas

micro y pequeñas como ellas, y las

grandes empresas; con respecto a las

micro y pequeñas empresas que elaboran

los mismos productos que ellas, deberán

tener en cuenta que la fórmula mágica

que garantiza mayor competitividad es la

combinación de calidad y precio. Por otro

lado, las empresas deben preocuparse por

producir artículos buenos y que funcionen

bien, esto es producir con calidad, y

deben en la medida de lo posible,

organizar los procesos de producción

adecuadamente y con maquinaria

moderna al alcance las posibilidades de

modo que su productividad aumente; es

decir que puedan producir más artículos

por unidad de tiempo, esto les permitirá

reducir costos de producción y por lo

tanto tener precios bajos y competitivos

(Oster, 2000). Con respecto a las grandes

empresas es difícil para los

microempresarios competir con ellas, y

deberán en la medida de lo posible, tratar

de ser complementarios en dos sentidos:

en primer lugar, deben elaborar productos

que satisfagan la misma necesidad, pero

de diferente manera, por ejemplo, un

restorán pequeño junto a uno grande, tal

vez convenga al primero elaborar

alimentos que no se comercializan en el

restaurante grande. Otra manera es

trabajar como proveedores de las grandes

empresas, entre otros podemos citar que,

tenemos el caso de una microempresa que

elaboraba cacerolas de peltre elaboradas a

muy altas temperaturas, encontró el éxito

económico elaborando tinas para lavadora

y piezas para estufa para venderlas a una

gran empresa que se dedica a la

producción de electrodomésticos.

3.4 Instancias de gobierno.

Es un hecho conocido que la regulación

incentiva o desincentiva a las empresas

(Seo, 1983), si la regulación no es

excesiva y es adecuada en cuanto a

fomentar el espíritu empresarial esto

ayuda a que en una región, estado o país

se creen empresas y haya desarrollo

económico con empleos de calidad y


72

buenos ingresos para las personas, en

cambio sí hay sobrerregulación o la

regulación entorpece y dificulta la

instalación de empresas, el desarrollo

económico de esa región será poco

probable. En el caso de México hay otro

problema con respecto a las instancias de

gobierno, hay un alto índice de

corrupción, con frecuencia algunos

funcionarios basándose en fallas en la

legislación cobran a los empresarios una

serie de sobornos para dejarlos operar y

en el caso de las empresas de nueva

creación además de la legislación

inadecuada se encuentran con la excesiva

lentitud generada por la holgazanería y

negligencia del servidor público con que

se realizan los procesos para conceder las

licencias de operación y esto es pretexto

para que funcionarios venales cobren a

los emprendedores cantidades

importantes de dinero únicamente por

agilizar los trámites. La corrupción tiene

un alto costo económico y limita el

crecimiento, otra situación que en el caso

de México afecta al funcionamiento de las

empresas y que a veces las lleva a su

desaparición es la inseguridad y el exceso

de impunidad, lo que manifiesta la

incapacidad del gobierno para brindar

seguridad a los empresarios para que

puedan realizar sus actividades en un

clima de seguridad y tranquilidad y no

tengan el temor de que en cuanto crezcan

sus empresas y se note que tienen

recursos suficientes, sean extorsionados

mediante el cobre de derecho de piso, o

incluso sean secuestrados para obligarlos

a pagar grandes cantidades de dinero a los

delincuentes, lo que representa a veces la

quiebra financiera de estos empresarios y

el cierre de sus empresas; en México la

inseguridad es un freno muy serio al

desarrollo.

CONCLUSIONES.

Se establece en esta investigación un

conjunto de postulados que permitirán a

las empresas lograr su desarrollo y

crecimiento para que en la medida en que

vayan aumentando el tamaño de su

capital, su infraestructura física y sus

volúmenes de ventas y utilidades,

contribuyan en el crecimiento de la

economía nacional en su conjunto. Se

señala la debida importancia para la

empresa, el conocer el entorno

macroeconómico para poder establecer

una estrategia adecuada que proporcione

respuesta a los cambios que ocurren en el

entorno, sobre todo aquellos cambios que


73

la altera y que puede poner en riesgo su

crecimiento y estabilidad. Toda empresa

debe considerar la situación de la

economía nacional, el medio ambiente

tecnológico que existe en el país, la

política y las leyes que rigen el

funcionamiento de la empresa, la

situación cultural y los valores sociales

que existen en su entorno, y también

deben conocer la competencia. Todo lo

anterior es con el fin de que puedan

diseñar una estrategia de desarrollo que

les auxilie a permanecer y crecer,

logrando cada vez mayores niveles de

utilidad y beneficio económico.

De igual manera, se menciona que

otro aspecto a considerar es el ámbito

microeconómico, el cual se refiere a la

organización interna y al funcionamiento

particular de cada una de las empresas, la

forma en que comercializa los productos

elaborados, las políticas de precios, y la

manera de administrar a la empresa, entre

otras. Se ha observado que las micro y

pequeñas empresas son las que enfrentan

mayor problemática de nuestro país y que

la mayoría de ellas no permanece por

mucho tiempo debido a errores y fallas

internas. Algunos de los problemas que

estas empresas enfrentan, se refieren entre

otras cosas a la ausencia de planeación, a

la falta de capacidad de separar las

finanzas empresariales con las del dueño

del negocio, y en general la mezcla de los

gastos de manutención de la familia con

los gastos de operación de la empresa; al

mismo tiempo las microempresas

generalmente no consideran la creación

de un fondo para reposición de los activos

que se van deteriorando. Hay carencia de

una cultura financiera que se manifiesta

en el desconocimiento de los niveles

reales de rentabilidad de las empresas, y

con frecuencia llevan a los

microempresarios a aumentar sus gastos

personales a costa de mermar las finanzas

de la empresa. Igualmente se carece de

capacidad para separar los rendimientos

nominales (que incluyen la inflación) de

los rendimientos reales. No se tiene el

espíritu de previsión y por lo tanto no se

tiene el cuidado para tener la liquidez

necesaria para enfrentar los gastos

corrientes de operación y mucho menos

los gastos imprevistos que se pueden

presentar las empresas. Otro grave

problema es la falta de calidad en la

producción y la extendida cultura de “ahí

se va”, que hace que los porcentajes de

producción defectuosa sean altos, lo que

va en detrimento notorio de las utilidades

de las empresas.


74

Las microempresas deben tener en

cuenta siempre los elementos que

conforman su entorno microeconómico;

en primer lugar lo que se refiere a los

clientes que garantizan la realización

comercial de los artículos producidos y

que son los únicos que pueden garantizar

la viabilidad y la continuidad a futuro de

estas microempresas, por otro lado, es

importante que tengan en cuenta presente

siempre a los proveedores, pues, si se

quiere elaborar artículos de calidad, lo

primero que deben asegurar es que los

insumos y materias primas sean de buena

calidad, proveídos a tiempo y en las

cantidades suficientes para no detener la

producción ni quedar mal con sus

clientes. En un ambiente económico

competitivo las empresas deben siempre

considerar a las otras empresas que

elaboran artículos del mismo tipo que

ellas y trabajar en este marco de

competencia buscando mayor eficiencia

en su producción para que puedan dar

buenos precios y con artículos de buena

calidad, lo cual aumenta su

competitividad, aspecto que les permitirá

lograr el objetivo de permanecer y crecer,

garantizando con ello la continuidad del

empleo para las personas que trabajan en

estas empresas. A su vez, es también

necesario que las microempresas

conozcan el marco legal en el que están

inscritas, y se promueva la cultura de la

legalidad en una cruzada permanente

contra la corrupción.

Un elemento fundamental para

lograr el desarrollo económico y la

industrialización en México es aprovechar

el espíritu emprendedor de los

microempresarios del sector informal. En

Taiwán y Corea del Sur se han logrado

grandes avances económicos a partir del

apoyo a las microempresas surgidas

originalmente en el sector informal. El

caso de China y su impresionante

crecimiento económico en los últimos

años se explica principalmente a partir de

los programas de apoyo y estímulos que

se dieron a los microempresarios.

Sumado a lo anterior, es necesaria

la inversión, pues es un requerimiento

imprescindible para desarrollar las

empresas y las economías del mundo. La

base del éxito económico en los países

poco desarrollados es la vinculación del

espíritu emprendedor que se encuentra en

las microempresas del sector informal con

la inversión canalizada a partir de

programas de gobierno que permitan el


75

crecimiento de estas microempresas y su

integración a la formalidad.

Con el fin de no abortar el proceso

de crecimiento de las microempresas es

necesario tomar las consideraciones

necesarias para evitar la saturación de los

mercados tradicionales de las

microempresas, es importante que se

promueva la apertura de nuevos nichos de

mercado y algo muy trascendental, la

vinculación con las empresas más grandes

para que las microempresas puedan ser

proveedoras de las empresas de gran

tamaño.

Es importante remarcar que él

corazón de un programa de desarrollo

económico en México debe consistir en la

creación de un fondo gubernamental

destinado principalmente a financiar a los

microempresarios informales, con

créditos blandos, de bajo interés y

siempre que sea posible con periodos de

gracia razonable para que las

microempresas puedan fortalecerse y

obtener utilidades que les hagan posible

pagar dichos créditos. Se busca que estos

micro emprendedores puedan crecer

como empresarios y en consecuencia

puedan brindar mejores condiciones de

vida para sus familias; pues para lograr el

desarrollo económico y tener empleos de

calidad para los trabajadores mexicanos

es necesario tener suficientes empresas

formales que proporcionen seguridad

social, buenos ingresos y las prestaciones

laborales de ley a sus trabajadores.

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77

SECCIÓN ALUMNOS

78



ISSN: En trámite

México

2014

Automatización de estanques para la crianza de camarón mediante sensores

inteligentes inalámbricos

Javier Cortez-Castañeda, Roberto Gámez-Olguin y Abdiel González-Anaya




ITmochis



79

AUTOMATIZACIÓN DE ESTANQUES PARA LA CRIANZA DE CAMARÓN

MEDIANTE SENSORES INTELIGENTES INALAMBRICOS.

Javier Cortez-Castañeda¹; Roberto Gámez-Olguin¹; AbdielGonzález-Anaya¹.

Alumno Instituto Tecnológico de Los Mochis, Departamento de Ingeniera Eléctrica y Electrónica,

Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa¹.

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

RESUMEN.

En este proyecto se realiza una

simulación a escala de una granja

camaronera. Basados en un estanque para

el crecimiento de la cría de camarón, en el

cual las variables más importantes son:

pH, temperatura, Flujo, y control de

oxígeno.

Automatizamos nuestros estanques para

tener un buen ambiente para el

crecimiento del camarón, programando en

Arduino Uno, con la ayuda de sensores

inteligentes para la aplicación deseada.

El monitoreo y control se realizó una

interface con el programa Labview, y con

los módulos de XBee en modo

transparente como medio de

comunicación inalámbrica.

En la interface se visualizará las variables

del proceso, donde también podremos

modificar los valores de setpoint de sus

respectivas variables esto para tener un

mejor ambiente para diferente especie de

camarón que se pueda criar o etapas del

crecimiento del susodicho.

Para que la cría de camarón tenga un buen

crecimiento o engorde, investigamos

cuales son los factores más importantes

para realizar una simulación de un

estanque a escala, al obtener dichos

valores realizamos un diseño de cajas

inteligentes donde en ellas se introdujo el

Arduino con los módulos XBee

acoplados, dependiendo de la etapa del

proceso seleccionamos que tipo de sensor

utilizaríamos en cada una de nuestras

cajas inteligentes.

Creamos dos tipos de estanques uno para

criar los camarones y el otro para el

manteniendo del estanque de los

camarones, en el estanque principal

medimos las variables de pH, temperatura

y nivel, también tenemos un control

constante del oxígeno lo cual estos

mismos son censados y enviados por

medio del XBee a nuestra interface donde

monitoreamos las variables del proceso.

La programación que realizamos trabaja

de la siguiente manera cuando los valores

de pH o temperatura están fuera del rango


80

seleccionado en otras palabras el estanque

no está en condiciones para el bienestar

de nuestros camarones, al censar esto

entran los llamados actuadores cuales son

una bomba de drenado otra de llenado y

por ultimo una de oxigenación.

Primero se apaga la bomba de

oxigenación, y entra la bomba de drenado

a un nivel seleccionado anteriormente

esto a poca velocidad para el bienestar de

los camarones, después entra el llenado

para recuperar el nivel perdido. En el otro

tanque se censa nivel, con la diferencia de

que este trabaja con un sistema de control

PD, esto es porque el tanque secundario

siempre deberá de tener nivel.

Palabras clave: Arduino uno, Labview,

monitoreo y control, variables.

INTRODUCCION.

Actualmente estamos en una revolución

tecnológica en las comunicaciones

inalámbricas, ya que una de las ventajas

es el costo por la eliminación del

cableado, otras de sus ventajas es la

movilidad ya que por lo dicho

anteriormente no depende del cable.

En el área de la electrónica el uso de esta

tecnología se va popularizando con el

paso del tiempo y por sus ventajas claro,

en los procesos industriales se está

eliminado el cableado para implementar

este tipo de comunicación para hacer

redes de sensores inalámbricos, y así

tener un mejor control del proceso y

monitoreo.

Con esta finalidad tomamos el proceso de

crecimiento del camarón he

implementamos sensores inteligentes para

hacer un proceso automatizado he

inalámbrico, creando una red de trabajo

con el cual se pueda hacer un control y

monitoreo a distancia.

El protocolo de comunicación a

implementar es ZigBee, es un protocolo

de alto nivel de comunicación

inalámbrica para su utilización de

radiodifusión digital de bajo consumo,

basada en el estándar IEEE 802.15.4 de

redes inalámbricas de área personal

(wireless personal areanetwork, WPAN).

Su objetivo son las aplicaciones que

requieren comunicaciones seguras con

baja tasa de envío de datos y

maximización de la vida útil de sus

baterías. En principio, el ámbito donde se

prevé que esta tecnología cobre más

fuerza es en domótica, como puede verse

en los documentos de la ZigBee Alliance,

estas son las características que lo

diferencian de otras tecnologías

inalámbricas: su bajo consumo, su

http://www.domodesk.com/content.aspx?co=97&t=146&c=43

http://www.zigbee.org/


81

topología de red en malla, su fácil

integración.

Digi ha amparado este protocolo y ha

desarrollado los módulos XBee, estos

sirven para establecer redes inalámbricas.

Los módulos XBee proveen 2 formas

amigables de comunicación: Transmisión

serial transparente (modo AT) y el modo

API que provee muchas ventajas.

Los módulos XBee pueden ser

configurados desde el PC utilizando el

programa X-CTU o bien desde tu

microcontrolador.

Los XBee pueden comunicarse en

arquitecturas punto a punto, punto a

multipunto o en una red mesh. La

elección del módulo XBee correcto pasa

por escoger el tipo de antena (chip,

alambre o conector SMA) y la potencia

de transmisión (2mW para 300 pies o

60mW para hasta 1 milla).

Los módulos XBee son versátiles a la

hora de establecer diversas topologías de

red, dependiendo la serie de XBee que

escojas puedes crear redes: figura 1.

Figura 1.-Topologías de redes en ZigBee.

Punto a punto, estrella, malla, árbol,

mixtas.

MATERIALES Y METODOS.

Para la elaboración del proyecto se

seleccionaron los siguientes sensores y

herramientas lo cuales se hablará de sus

especificaciones y características.

Sensor de flujo de agua figura 2 consiste

en un cuerpo de plástico de la válvula, un

rotor de agua, y un sensor de efecto Hall.

Cuando el agua fluye a través del rotor, el

rotor rueda. Su velocidad cambia con

diferente tasa de flujo. El sensor de efecto

Hall emite la señal de impulso

correspondiente. Este es el adecuado para

detectar el flujo de dispensador de agua o

máquina de café.

Tenemos una línea completa de sensores

de flujo de agua en diferentes diámetros.

Échales un vistazo para encontrar el que

se adapte a su necesidad más.

Características.

Compacto, fácil de instalar.

Alto rendimiento de sellado.

Hall High Quality Sensor de

efecto.

RoHS.

Especificaciones.

Mini. WokringVoltaje: DC 4.5V.

http://www.digi.com/


82

Max. Trabajo actual: 15 mA (DC

5V).

Voltaje de funcionamiento: DC

5V ~ 24V.

Flujo Rango de Tarifas: 1 ~

30l/min

Capacidad de carga: ≤ 10 mA (DC

5V)

Temperatura de funcionamiento: ≤

80 ℃

Temperatura del líquido: ≤ 120 ℃

Humedad de funcionamiento:

35% ~ 90% RH

Presión del agua: ≤ 1.75MPa

Temperatura de almacenamiento:

-25 ~ + 80 ℃

Humedad de almacenamiento:

25% ~ 95% RH

Figura 2.-Sensor de flujo de agua

pow110d3b.

El sensor de temperatura DS18B20 figura

3 es un dispositivo que se comunica de

forma digital. Cuenta con tres terminales,

los dos de alimentación y el pin “data”.

Con Arduino podemos “leer” la

temperatura que registra este sensor que

posee una característica muy peculiar.

Utiliza la comunicación OneWire, la cual

es un poco complicada para los que no

tienen mucha experiencia en el área de

electrónica digital.

Básicamente se trata de un protocolo

especial que permite enviar y recibir datos

utilizando un solo cable, a diferencia de la

mayoría de los protocolos que requiere

dos vías. De hecho, Arduino posee los

pines RX y TX que son los encargados de

enviar y recibir información.

Figura 3.-Sensor de temperatura aprueba de

agua.

El Arduino Uno R3 Figura 4 es un

módulo que se basa en el ATmega328.

Tiene 14 entradas/salidas, de las cuales 6

se pueden usar como PWM, 6 salidas


83

analógicas, un cristal de 16 MHz, una

conexión USB, un jack de alimentación,

un botón de reset y un "header" ICSP.

El Arduino Uno ya no lleva el FTDI para

la conexión USB, pero usa el

ATmega16U2.

Características:

Microcontroladores ATmega328

Tensión de

funcionamiento 5V

Voltaje de entrada

(recomendado) 7-12V

Voltaje de entrada

(límites) 6-20V

Digital I / O Pins

14 (de los

cuales 6

proporcionan

PWM)

Pines de entrada

analógica 6

Corriente continua

para las E / S Pin 40 mA

Corriente de la CC

para Pin 3.3V 50 mA

Memoria Flash

32 KB

( ATmega32

8 ) de los

cuales 0,5

KB utilizado

por el gestor

de arranque

SRAM

2 KB

( ATmega32

8 )

EEPROM

1 KB

( ATmega32

8 )

Velocidad del reloj 16 MHz

Figura 4.-Arduino Uno.

Freaduino Sensor Shield V1.2 Figura 5 es

una tarjeta de expansión IO. Es

compatible para Sensor Shield V4.0 y es

una versión mejora.

Las "Shields" son placas que pueden ser

conectadas encima de la placa Arduino

extendiendo sus capacidades. Las

diferentes "shields" siguen la misma

filosofía que el conjunto original: son

fáciles de montar, y baratas de producir.

Figura 5.-Freaduino Sensor Shield V1.2.

Especificaciones.

http://www.elecfreaks.com/store/sensor-shield-v40-p-291.html


84

Fuente de alimentación para servo

opcional entre 5V a bordo y

externa.

Apoyo Xbee (Xbee pro)

Soporte BTBee (HC-06)

Romper por SPI, IIC, UART BUS

Botón de reposición

Compatible completamente

con Sensor Shield V4.0.

Los módulos Xbee figura 6 proveen 2

formas amigables de comunicación:

Transmisión serial transparente (modo

AT) y el modo API que provee muchas

ventajas. Los módulos Xbee pueden ser

configurados desde el PC utilizando el

programa X-CTU o bien desde tu

microcontrolador. Los Xbee pueden

comunicarse en arquitecturas punto a

punto, punto a multipunto o en una red

mesh. La elección del módulo XBee

correcto pasa por escoger el tipo de

antena (chip, alambre o conector SMA) y

la potencia de transmisión (2mW para

300 pies o 60mW para hasta 1 milla).

Figura 6.-Modulo XBee.

También se usaron 2 tipos de bombas las

cuales no encontramos especificaciones

oficiales por desconocer el modelo, una

bomba de agua sumergible de 150 L/hra

de 120V AC. Y bomba de agua obtenida

de los parabrisas de un automóvil de 12V

DC.

El sensor de pH utilizado es el

georgeFisher modelo 35700 lo cual no

encontramos datos suficientes, los datos

conocidos son que funciona de 12 a 24

Volts dc. Y entrega una señal de 4-20

mA.

Para la construcción de los estanques lo

dejamos a su criterio ya que el diseño de

los mismo puede variar dependiendo del

dueño, ya sea tamaño, forma, material etc.

DESARROLLO.

Para la creación de las unidades de los

sensores inalámbricos inteligentes, se

necesitaron de cuatro cajas los sensores lo

distribuimos de la siguiente manera. Caja

uno, sensor de temperatura y pH, con su

respectivo actuador, la bomba de drenado,

en la caja dos niveles del estanque,

actuadores: bomba de oxigenación y de

suministro de agua, en la caja tres

sensores de nivel de la cisterna, actuador

bomba de llenado con sistema de control

Proporcional, y por último en la caja

cuatro, el sensor de flujo.


85

La conexión del sensor de temperatura

sumergible es la siguiente como se

muestra en la figura 7.

Figura 7.-Conexión sensor de temperatura.

Conexión del sensor de flujo figura 8.

Figura 7.-Sensor de flujo de agua

pow110d3b.

Conexión de las bombas de agua

actuadoras mediante relés figura 8.

Figura 8.-Conexión de relé para los

actuadores.

Los módulos XBee fueron acoplados en

el shieldFreaduino Figura 5, que a la vez

dicho shield es montado al

microcontrolador Arduino Uno, lo cual

contiene cargado el programa diseñado

para cada caja inteligente, dependiendo de

su trabajo como anteriormente se ha

comentado.

Se usaron cuatro Arduinos con sus

respectivos Shields y XBee, la

alimentación de los mismos pueden ser

con pilas de 9 Volts o conectados

directamente a una fuente de

alimentación, distribuidos en el estanque

en su debida zona de trabajo se crea una

red en estrella, gracias a los módulos

XBee todos direccionados directamente a

un módulo XBee montado a una PC

servidor-cliente, donde los datos enviados

de cada caja inteligente llegaran a una

interface visual de Labview previamente

creada y configurada para el monitoreo y


86

control del proceso seleccionado, en este

caso una granja camaronera. El sistema

trabaja de la siguiente manera, el estanque

trabaja con cierto rango de límite inferior

y superior, de agua temperatura y pH.

Al variar una variable de estas dos

últimas se envía una señal de la caja uno

al XBee maestro este procesa la señal y

envía de regreso la señal para que

empiece a trabajar el actuador, en este

caso la bomba de drenado de agua para

hacer un cambio de agua del estanque

hasta llegar al nivel inferior, cuando llega

a este nivel la caja dos entra en trabajo

haciendo lo mismo con el XBee maestro

y este respondiendo a su llamada

activando el actuador de la bomba de

llenado para recuperar el nivel al setpoint

seleccionado superior, esta configuración

funciona al igual con el sensor de pH.

Al hacer esta secuencia falta recalcar que

en ese proceso la bomba de oxígeno,

pausa su trabajo y al restablecer el nivel

se vuelve activar para mantener el

estanque oxigenado.

Interface.

La interfaz de usuario, en el diseño

industrial campo de la interacción

hombre-máquina , es el espacio donde se

produce la interacción entre humanos y

máquinas. El objetivo de esta interacción

es la operación efectiva y el control de la

máquina en el extremo del usuario, y la

retroalimentación de la máquina, lo que

ayuda al operador en la toma de

decisiones operativas. Ejemplos de este

amplio concepto de interfaces de usuario

incluyen los aspectos interactivos de

computadora sistemas operativos ,

mano herramientas ,maquinarias

pesadas controles del operador y de

proceso de control. Las consideraciones

de diseño aplicables al crear interfaces de

usuario están relacionadas o se refieren a

disciplinas como

la ergonomía y psicología .

Una interfaz de usuario es el sistema por

el cual las personas

( usuarios ) interactúan con máquina . La

interfaz de usuario incluye componentes

(lógicas) hardware (físico) y

software. Existen interfaces de usuario

para varios sistemas , y proporcionan un

medio de:

De entrada, permitiendo que los

usuarios manipular un sistema

De salida, permitiendo que el sistema

para indicar los efectos de la

manipulación de los usuarios

http://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_design

http://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_design

http://en.wikipedia.org/wiki/Human%E2%80%93computer_interaction

http://en.wikipedia.org/wiki/Human%E2%80%93computer_interaction

http://en.wikipedia.org/wiki/Operating_system

http://en.wikipedia.org/wiki/Tools

http://en.wikipedia.org/wiki/Heavy_machinery

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http://en.wikipedia.org/wiki/Unit_operation

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http://en.wikipedia.org/wiki/Ergonomics

http://en.wikipedia.org/wiki/Psychology

http://en.wikipedia.org/wiki/User_(computing)

http://en.wikipedia.org/wiki/Interaction

http://en.wikipedia.org/wiki/Machine

http://en.wikipedia.org/wiki/System


87

En general, el objetivo del ser humano-

máquina de ingeniería interacción es

producir una interfaz de usuario que hace

que sea fácil (auto exploratorio), eficiente

y agradable (fácil de usar) para operar una

máquina en la forma en que produce el

resultado deseado. Esto significa

generalmente que el operador necesita

para proporcionar de entrada mínimo para

conseguir la salida deseada, y también

que la máquina minimiza salidas no

deseadas a la humana.

El programa seleccionado para realizar

nuestra interfaz fue Labview lo cual se

programa en lenguaje G, Labview se

utiliza comúnmente para la adquisición de

datos , control de instrumentos , y la

automatización industrial en una variedad

de plataformas, incluyendo Microsoft

Windows , varias versiones

de UNIX , Linux , y Mac OS X.

Como se puede observar en la figura 9 es

una muestra de cómo quedo nuestra

interfaz de nuestra granja camaronera

donde se monitorea las variables del

proceso, y a la vez se puede modificar los

parámetros de nuestros setpoint por

medio de ella.

Figura 9.-Interfaz granja camaronera.

El lenguaje G es grafico totalmente se

puede decir que es una programación fácil

de aprender claro con un curso adecuado,

un ejemplo de esta programación se

puede apreciar en la figura 10, como se

aprecia a continuación.

Figura 10.-Ejemplo de programación

lenguaje G.

http://en.wikipedia.org/wiki/Data_acquisition

http://en.wikipedia.org/wiki/Data_acquisition

http://en.wikipedia.org/wiki/Instrument_control

http://en.wikipedia.org/wiki/Automation

http://en.wikipedia.org/wiki/Automation

http://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

http://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

http://en.wikipedia.org/wiki/Unix

http://en.wikipedia.org/wiki/Linux

http://en.wikipedia.org/wiki/Mac_OS_X


88

RESULTADOS Y DISCUSIONES.

Al terminar los prototipos de los

estanques y terminar nuestras cajas de

sensores inalámbricos inteligentes,

procedimos a ejecutar nuestra primera

prueba, los resultados fueron positivos la

comunicación era estable y confiable, las

señales de los sensores fueron como se

programaron no se disparaban como en

pruebas anteriores al montaje, ni se

salieron de rango.

Las señales de los XBee no se traslapaban

por su modo de trabajo trasparente,

dichos módulos hacen un control de

buffer adecuado lo cual se podría decir

que es totalmente diseñado para este tipo

de trabajos.

CONCLUSIONES.

El avance en las comunicaciones

inalámbricas ha beneficiado a la actividad

acuícola por sus aplicaciones en las áreas

donde se monitorea y controla o supervisa

un proceso.

El proyecto de la granja camaronera es un

ejemplo de cómo puede aplicar dicha

tecnología, las redes inalámbricas tiene

múltiples ventajas y un gran futuro esta

misma, con el paso de los años se ha

venido implementado ahorrando en

costoso cableado, mantenimiento e

instalaciones.

Por esto es importante implementar este

tipo de comunicaciones, actualizar dichos

procesos para obtener un mejor trabajo y

control, para obtener mejores resultados y

ganancias con el paso del tiempo.

BIBLIOGRAFIA.

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http://www.xbee.cl/

http://forum.arduino.cc/index.php/topic,3

1838.0.html

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de-xbee

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Water-Flow-Sensor-p-635.html

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89

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http://en.wikipedia.org/wiki/XBee

http://www.slideshare.net/akilesperu/clas

e-1-introduccion-redes-inalmbricas

Javier Cortez Castañeda.

Alumno Profesional de la carrera de

Ingeniería Electrónica, Instituto

Tecnológico de Los Mochis, Blvd. Juan

de Dios Batiz y 20 de Noviembre s/n,

C.P. 81279, Los Mochis, Sinaloa,

México.

Abdiel González Anaya.

Alumno de la carrera de Ingeniería


Mochis, Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de

Noviembre s/n, C.P. 81279, Los Mochis,

Sinaloa, México.

Roberto Gámez Olguín.

Alumno de la carrera de Ingeniería


Mochis, Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de

Noviembre s/n, C.P. 81279, Los Mochis,

Sinaloa, México.



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http://www.slideshare.net/akilesperu/clase-1-introduccion-redes-inalmbricas

http://www.slideshare.net/akilesperu/clase-1-introduccion-redes-inalmbricas

90



ISSN: En trámite

México

2014

Diseño de un prototipo para la automatización del control de salinidad

basado en tecnologías inalámbricas

Juan Pablo López-Wiley, Mauricio Sánchez-Vázquez y Shamar Douriet-Peralta




ITmochis



91

DISEÑO DE UN PROTOTIPO PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL CONTROL

DE SALINIDAD BASADO EN TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS.

DESIGN OF A PROTOTYPE FOR SALINITY CONTROL AUTOMATION BASED

IN WIRELESS TECHNOLOGIES.

Juan Pablo López-Wiley1; Mauricio Sánchez-Vázquez1; ShamarDouriet-Peralta1. 1Alumno, Instituto Tecnológico de Los Mochis, Depto. de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Blvd.

Juan de Dios Batiz y Calle 20 de Noviembre s/n, C.P. 81259, Los Mochis, Sinaloa.

RESUMEN.

El presente trabajo describe el diseño de

tecnología electrónica basada en la

programación de algoritmos complejos

capaces de automatizar el proceso de la

creación de salmuera, con el fin de

optimizar tiempos de logística,

proporcionándole a la empresa una alta

competitividad ante las demás industrias

lo cual conlleva un aumento en capital,

aumentar su nivel de producción, reducir

tiempos de presencia en el mercado.

Los microcontroladores son los

encargados en procesar todas las variables

dentro del proceso, cada uno con sus

respectivos sensores y/o actuadores. Se

implementaron módulos inalámbricos con

distintos tipos de topologías con la

finalidad de experimentar y dar una mayor

diversidad, aumentando su capacidad de

manejo y comunicación.

Palabras clave.

Redes de microcontroladores, SCADA,

Arduino, Digi, 1Wire, XBee.

SUMMARY

The present document describes the

describes the electronic technology based

in programming of complex algorithms

able to automate the process of creating

brine, with the purpose of optimize time

logistics, giving to the company a high

competitiveness in other industries which

leads to an increase in capital to increase

their level of production and reduce time

market presence.

Microcontrollers are the responsible to

process all the variables in the process,

each one with their respective sensors

and/or actuators. We implemented

wireless modules with different types of

topologies in order to experiment and to

provide greater diversity, increasing its

capacity and communication management.

Key Words

Microcontroller Networks, SCADA,

Arduino, Digi, 1Wire, XBee.

INTRODUCCION.

Hoy en día la competitividad entre las

empresas es más demandante, por lo cual

los empresarios se ven obligados en tomar

acciones necesarias para subsistir en el

mercado. La tecnología ha llegado a ser

una de las herramientas más importantes

para la automatización de procesos,

consiguiendo ofrecer productos y servicios

de manera más competente.

En la búsqueda por aumentar la

producción, la calidad y reducir el


92

presupuesto en una planta procesadora y

exportadora de camarón, se encontró un

proceso en el cual coincidimos con

personal de mantenimiento y gerente de

esta planta en el siguiente punto; el

producto es sometido a varios procesos,

pero nos enfocaremos solo en el cual se

lleva a cabo la congelación. Una vez que

es preparado convenientemente, se somete

a un proceso de congelación y deberá

satisfacer las condiciones en el orden que

se expresa a continuación.

El proceso de congelación se realizará en

un equipo apropiado, de manera que se

atraviese rápidamente el intervalo de

temperaturas de cristalización máxima. El

proceso de congelación rápida no se

considerará completo hasta que el

producto alcance una temperatura de -

18°C o inferior en el centro térmico, una

vez estabilizada la temperatura.

El producto se conservará ultra congelado

de modo que se mantenga su calidad

durante el transporte, el almacenamiento y

la distribución.

Para mantener el agua a este nivel de

temperatura sin congelación, es necesario

salinizar el agua (salmuera), dicha mezcla

a una temperatura tan baja es capaz de

congelar las javas con camarón que son

introducidas en la salmuera.

Para que no se congele el agua debe tener

un cierto nivel de salinidad, entonces ahí

surge el problema; mantener siempre el

nivel de salinidad exacto.

Actualmente se cuenta con un empleado

que está monitoreando este nivel de sal,

pero no es suficiente esta solución, no es

100% segura. Han ocurrido

congelamientos del agua, por esta solución

que se ha llevado a cabo en la empresa lo

que atrasa la producción y con ella la

perdida de ganancias. Por ello se decide la

realización de este prototipo con la

finalidad de automatizar dicho proceso,

reduciendo perdidas y aumentando

ganancias dentro de las industrias

exportadoras de camarón.

Nuestro sistema hace uso de tecnologías

inalámbricas para el monitoreo y control

de variables que actúan sobre él, con el fin

de probar distintas herramientas es que se

tomó la libertad de mezclar varias

tecnologías y observar cual trabaja mejor;

utilizando como módulos recolectores de

datos a los Arduinos (microcontroladores)

y como transmisores actúan XBee´s de

Digi y módulo WiFi de Roving Network.

Estos dispositivos son capaces de trabajar

de manera distribuida y en diversas

topologías de red e implementan el

protocolo de comunicación inalámbrica

IEEE 802.15.4. Esto le proporciona al

sistema una manera más amigable y fácil

de monitorear y controlar las variables del

proceso.

El sistema de control y monitoreo lo lleva

a cabo una interfaz visual elaborada en

plataforma de Labview 2013 de National

Instrument. Dicha plataforma es capaz de

recibir el estado de las variables y

procesarlas, con el fin de tener una acción

de control.


93

El proceso consta de dos tanques

contenedores, una banda transportadora de

sal, las variables a medir son de nivel,

temperatura y densidad.

Dentro del tanque 1, en el cual se lleva a

cabo la mezcla de sal, se mide

temperatura, nivel de agua y la densidad

en ppm de sal.

La banda transportadora inserta la sal

adecuada dentro del tanque 1, su

funcionamiento es a través de un control

PID el cual es retroalimentado con la señal

calculada de la densidad dentro del agua;

la acción de control emitida es procesada

por el microcontrolador proporcionando

una señal digital la cual modifica el estado

del motor de la banda por PWM.

El tanque 2, en el cual se lleva el proceso

de enfriamiento de la salmuera para la

congelación de camarón, se mide

temperatura y nivel de salmuera. Este

tanque consta de un sistema de

enfriamiento capaz de reducir la

temperatura a -18°C.

El proceso concluye cuando la salmuera

esta lista con la cantidad de sal y la

temperatura exacta para llevar a cabo la

congelación, para que dentro de la

industria pueda operar introduciendo las

javas con camarón dentro de los tanques

de enfriamiento con salmuera, al retirar las

javas de la mezcla, el camarón será ultra

congelado, cumpliendo con las normas

para exportación de camarón.

Figura 1. Prototipo virtual del sistema

automatizado para el control de salinidad

Materiales y métodos

Figura 2. Sensores y actuadores


94

Los materiales a utilizar para la

adquisición y distribución de datos son

microcontroladores con adaptadores

expandibles para tecnología XBee capaces

de enviar su información de forma

inalámbrica, al mismo tiempo se hace uso

de tecnología WiFi con el propósito de

evaluar distintas tecnologías.

Para la medición de variables se hace uso

de los siguientes sensores: Sensor de

temperatura DS18B20, sensores

ultrasónicos HC-SR04, sensor nivel CS-

CO058 y un salinómetro.

Como actuadores se implementan bombas

eléctricas y motor dc.

Para el control del sistema se hace uso del

software LabView basado en

programación en lenguaje G (la G

simboliza lenguaje gráfico), creando una

interfaz IHM.

Para los microcontroladores se hizo uso de

la programación en lenguaje c, utilizando

distintos algoritmos capaces de manipular

las variables y procesos adecuadamente.

Acondicionamiento de las señales

Al utilizar los módulos XBee´s nos vimos

en la necesidad de adaptar un circuito

capaz de acondicionar la señal de entrada

de 5v a 3.3v con los cuales operan estos

módulos, para ello se creó un módulo con

opam´s y arreglo de resistencias.

Figura 3. Acondicionamiento de señal de

5v a 3.3v

Para el modulo que controla el motor de la

banda se hace un acondicionamiento para

su salida adaptando un pequeño modulo

prefabricado con transistor MOSFET y

arreglo de resistencias capaz de activar el

motor revolvedor de 110v.

Figura 4. Acondicionamiento para la

activación de la banda.

Para acondicionar la señal del módulo

WiFi necesitamos modificar la señal de 5v

a 500mv utilizando opam’s y resistencias.

Figura 5. Acondicionamiento de señal de

5v a 500mv


95

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Una vez realizado el prototipo,

procedimos a probar las etapas del

proyecto, empezando por probar el sistema

de la banda por PWM, al utilizar un

sistema de control PID procedimos a

probar varias veces hasta obtener los

valores de ganancias deseadas para un

control adecuado en el sistema.

Seguido procedimos a la conexión del

microcontrolador encargado de las

variables del sistema de mezclado del

producto (tanque 1), evaluando los

sensores ultrasónicos para la creación del

logaritmo adecuado que nos permitió

obtener los valores adecuados en cuanto al

nivel de agua, el nivel de sal y la cantidad

de sal en el agua.

Una vez que probado esto, procedimos a

ensamblar el tanque 2 en el cual se lleva a

cabo el proceso de enfriamiento de

salmuera, aquí fue donde presentamos

nuestro primer problema para el prototipo

debido a que necesitábamos reducir la

temperatura a -18°c y solo fuimos capaces

de reducirla a -12°C impidiéndonos

realizar una congelación correcta del

camarón, el microcontrolador en esta etapa

es solo para censar temperatura y nivel de

salmuera dentro del tanque frio.

La distribución de microcontroladores,

sensores y actuadores fue elegida de la

manera más apropiada para permanecer lo

más cerca cada una con sus respectivos

sensores y/o actuadores.

En cuanto a los dispositivos inalámbricos

se optó por usar módulos XBee y WiFi

con la finalidad de probar ambas

tecnologías y poder elegir cual sería mejor

opción.

Figura 6. Sistema de control de salinidad

CONCLUSIONES

La automatización dentro de cualquier

sistema es esencial para un control más

eficaz, aunque se necesita ser muy preciso

en cuanto a los regímenes de control para

que siempre funcione adecuadamente y

cumpla como su nombre lo dice, ser un

sistema autónomo.

Al no tener éxito por el momento en

nuestro prototipo por el inconveniente del

sistema de enfriamiento, seguimos firmes

en que es una necesidad para las empresas

en que nos enfocamos de que innoven su

sistema para la congelación ya que, al ser

operadas manualmente, tienen muchos

problemas de medición y obtienen

pérdidas de tiempo y ganancia.

Además de lo ya experimentado y los

resultados obtenidos, aprendimos que

nuestro proceso también era utilizado en

las empresas congeladoras dedicadas a la

venta y distribución de hielo, pudimos

comprobar como nuestro sistema era


96

capaz de introducir un recipiente metálico

con 200 ml de agua purificada y alrededor

de los 5 min, estaba completamente

congelada, llegando a la conclusión de que

teníamos una fábrica de hielos.

BIBLIOGRAFÍA

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inalámbricas de sensores teoría y

aplicación práctica, Universidad de la

Rioja, ISBN: 978-84-692-3007-7.

Lájara Vizcaíno J. y J. PelegríSebastiá,

(2007) LabView entorno gráfico de

programación, AlfaOmega Grupo, ISBM:

978-970-15-1133-6.

KatsuhikoOgata, (1996) Sistemas de

control de tiempo discreto, Prentice Hall,

ISBN: 968-880-539-4.

Roving Networks, (2012)“RN – 171

Datasheet”, Roving Networks, Inc.

Digi International, (2009)

“XBee®/XBee‐PRO® RF Modules

datasheet”, Digi International, Inc.

Arduino, (2014) “Arduino.cc” en

Arduino[En línea]. India, disponible en:

http://arduino.cc/en/Reference/HomePage

[Ultimo acceso: 28 de mayo de 2014]

López Wiley J.

Alumno Residente Profesional de la

carrera de Ingeniería Electrónica, Instituto

Tecnológico de Los Mochis, Blvd. Juan de

Dios Batiz y 20 de Noviembre s/n, C.P.

81279, Los Mochis, Sinaloa, México.

Sánchez Vázquez M.






Douriet Peralta S.






http://arduino.cc/en/Reference/HomePage


97

INSTRUCCIONES PARA POSTULAR ARTÍCULOS

PARA PRESENTAR ENLA REVISTA ITMochis


La revista ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano del Instituto

Tecnológico de Los Mochis, tiene como objetivo la publicación de artículos y ensayos

científicos inéditos, revisiones bibliográficas y reseñas de libros en español, vinculados a

las ciencias en: Administración, Contabilidad, Ingeniería Industrial, Informática, Biología,

Química, Gestión Empresarial, Mecatrónica, Electrónica, Electromecánica, Arquitectura e

Industrias Alimentarias.

Los trabajos deben ser originales e inéditos. Los textos deben de ser un aporte al

conocimiento de las ciencias y no deben de haber sido propuestos en otras revistas

académicas.

Tipos de contribuciones:

Artículos de investigación. Deben ser productos temporales o definitivos de investigación.

Deben de contener por lo menos introducción, metodología, resultados y conclusiones.

Ensayos científicos. Derivados de investigación de campo, documental, combinada, o de

estudios de caso.

Estado del arte. Elaborado a partir de perspectivas críticas y analíticas de revisiones

bibliográficas donde se sistematizan y analizan teorías, metodologías y resultados de

investigaciones en un campo específico del conocimiento con el propósito de exponer las

diferentes tendencias predominantes (no menos de25 referencias).

Reseñas bibliográficas. Pueden ser de divulgación (de 3 a 5 páginas) o reseñas críticas que

expongan las condiciones teóricas, metodológicas, epistemológicas y analíticas del libro

reseñado.


98

Las colaboraciones deberán cumplir con los siguientes requisitos:

Es imperioso, para la publicación en esta revista, las pautas necesarias que encaucen la

presentación de los artículos que la constituyen, de tal forma que dichos documentos tengan

una estructura y formatos claros, coherentes y lógicos que faciliten la comprensión de la

información que en ellos se presenta.

El tipo de letra que se debe utilizar es Times New Roman 12 pts.

Las citas textuales dentro del texto no deben de exceder 10 renglones. Las notas adicionales

deben de ir a pie de página y con interlineado sencillo.

El artículo deberá ser estructurado con espaciamientos de 3 cm en cada uno de sus lados,

así como en la parte superior e inferior. Así mismo deberá de redactarse a doble columna

con una separación entre ellas de 1 cm.

Las figuras, gráficos e imágenes deberán de contener su referencia numérica y breve

descripción en la parte inferior. Las tablas y cuadros de datos con su referencia numérica y

breve descripción en la parte superior.

Extensión

Sólo se aceptarán trabajos con un máximo de 15 cuartillas a un espacio y medio (1.5)

incluyendo gráficas o cuadros, en el tamaño carta que por default da el procesador de

textos.

Estructura formal del artículo

Título

El artículo se iniciará con un título en español y en inglés (opcional). Debe presentarse en

forma breve, es decir, indicar la naturaleza del trabajo de la manera más clara posible.

Autor o autores

El (los) nombre (s) del (los) autor (es) debe comenzar con el “nombre de pila” seguido por

sus apellidos, los cuales deben estar separados por un guion sin espacios. En su caso, el


99

segundo y subsecuentes nombres de pila de un autor pueden ir completos o abreviados. Los

nombres de los autores deberán estar separados por un punto y coma (;). Al final de cada

nombre del autor, se incluirá un superíndice numérico arábigo a manera de llamado a la

nota que indique su cargo, institución y dirección completa. En el caso de que se presente el

artículo por un solo autor no se requiere de superíndice.

Ejemplos:

1) JoséLópez-Pérez

2) PedroPardo-Alvarez1 y JesúsRodríguez-Guevara2.

Se aceptan un máximo de cinco (5) autores por cada artículo de investigación, de reflexión

o de “Estado del arte”. Para las reseñas de libros, un solo autor.

Resumen

Se expondrá una síntesis del trabajo no mayor a 10 renglones, incluyendo los aspectos más

relevantes: importancia, materiales y métodos, resultados y conclusiones. No se debe de

incluir antecedentes, discusión, citas, llamados a cuadros y figuras y llamados a pie de

página. Estará escrito en español (Resumen) y en inglés opcional (“Summary”). El

“Summary” podrá tener hasta 10 renglones.

Palabras clave

Son palabras ubicadas después del resumen, que se citan para indicar al lector los temas

principales a los que hace referencia el artículo, además de facilitar la recopilación y

búsqueda de la cita en bancos de información. Se requiere un número entre tres y seis y no

deben estar contenidos en el título.

Key Words

Son las mismas palabras que se incluyen en el apartado anterior, pero en inglés. Se

enlistarán después del “Summary”.


100

Síntesis curricular

Al final del trabajo favor anexar una síntesis curricular (hoja de vida) de cada autor, no

mayor a seis renglones, letra tipo Times New Roman 12 pts.

La bibliografía se citará en el sistema Harvard.

Dictamen

Todas las colaboraciones serán dictaminadas por los miembros del Comité Dictaminador de

la revista, quienes emitirán un dictamen por escrito bajo los siguientes criterios: aprobado

para publicación; aprobado con condiciones; no aprobado. El resultado se le notificará al

autor. El fallo del Comité Dictaminador es inapelable.

Todos los artículos aprobados serán publicados en la revista ITLM Investigación,

Tecnología y Liderazgo Mexicano en su versión electrónica. La revista se reserva el

derecho de hacer la corrección de estilo y cambios editoriales que considere necesarios para

mejorar el trabajo. No se devolverán originales.

Interesad@s favor enviar postulaciones a:

[email protected]

Mtro. Juan Manuel Montoya Valenzuela

Jefe de la División de Estudios de Posgrado e Investigación

DIRECTORIO DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

Ing. Manuel de Jesús López Pérez Director

Subdirección de Planeación y Vinculación

Lic. Arsenio Bracamontes Solís Subdirector de Planeación y Vinculación

Lic. Dina Ramírez Sáenz Jefa del Departamento de Servicios Escolares

Ing. Luís Eduardo Ruelas García

Jefe del departamento de Planeación, Programación y Presupuestación

Ing. Saúl Dimas Briceño Jefe del Departamento de Actividades Extraescolares

Ing. Arq. Lucila Margarita Hallal Villalobos

Jefa del Departamento de Comunicación y Difusión

Ing. Rosa María Estrada Rodríguez Jefa del Centro de Información

Lic. Yeniba Argüeso Mendoza

Jefa del Departamento de Gestión Tecnológica y Vinculación

Subdirección Académica:

M.C. Valente Ochoa Espinoza Subdirector Académico

Lic. Marisol Motolá Gastelúm

Jefa de la División de Estudios Profesionales

Ing. Hugo Castillo Meza Jefe del Departamento de Ingeniería Electrónica

Ing. Carla Rebeca Mendoza Casanova

Jefa del Departamento de Ciencias Básicas

Arq. José Luís Corral Chávez Jefe del Departamento de Ciencias de la Tierra

Lic. Martha Guadalupe Quiroz Ibarra

Jefa del Departamento de Sistemas y Computación

Lic. José Ángel Palazuelos Solorza Jefe del Departamento de Desarrollo Académico

Ing. José Luis Guevara Fierro Jefe del Departamento de Ingeniería Industrial

Vacante

Jefe del Departamento de Ciencias Económico – Administrativo

M.C. Claudia Alarcón Valdéz Jefa del Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica

Mtro. Juan Manuel Montoya Valenzuela

Jefe de la División de Estudios de Posgrado e Investigación

Subdirección de Servicios Administrativos:

Vacante Subdirector de Servicios Administrativos

Lic. Víctor Armenta Acosta

Jefe del Departamento de Recursos Materiales y Servicios

Arq. Miguel Enrique Beltrán Aguirre Jefe del Departamento de Mantenimiento y Equipo

Lic. Erika Ojeda Torres

Jefa del Centro de Cómputo

Lic. María Francisca Estrada Robles Jefa del Departamento de Recursos Financieros

Lic. Manuela Hortencia Beltrán Castro

Jefa del Departamento de Recursos Humanos

M.C. Mirla Cervantes Soberanes Jefa del Departamento de Innovación y Calidad

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