Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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]
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
CONTENIDO
Volumen 2014 Número 1 ENERO – JUNIO 2014.
Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
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
ITMOCHIS Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
2
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
ITMOCHIS Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
4
REVISTA ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
5
SECCIÓN DOCENTES
6
Revista ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
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
Revista ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
7
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
8
“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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
9
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
10
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
11
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
13
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
14
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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”.
REFERENCIAS
Alarcón-Valdez C. (2004). Elaboración de
alimentos de alto valor nutricional
a partir de maíz (Zea mays L) de
calidad proteínica y garbanzo
(Cicerarietum L). Tesis.
Universidad Autónoma de Sinaloa.
México. pp. 11-19.
Anderson RA, Conway HR, Pfeifer VF,
Griffin EL Jr. (1969).
Gelatinization of corn grits by roll
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
23
and extrusion cooking. Cereal Sci.
Today 14: 4-7, 11-12.
AOAC (1999) Official Methods of
Analysis.16thedn.Association of
Official Analytical Chemists,
Washington, DC, USA.
Bello-Pérez LA, Osorio-Díaz P, Agama-
Acevedo E, Nuñez-Santiago C,
Paredes-López O(2002) Chemical,
physicochemical and rheological
properties of masas and
nixtamalized corn fluors.
Agrociencia 36: 319-328.
Bjorck I. Noguchi A, AspNG,Cheftel JC,
Dahlqvist A.(1983). Protein
nutritional value of a biscuit
processed by extrusion cooking:
Effects on available lysine. J Agric,
Food Chem. 31:488-492.
Bressani R, Harper JM, Whickstrom B
(1984) Processed and Package
Weaning Foods: Development,
Manufacture and Marketing. En
“Improving the Nutritional Status
of Children During Weaning
Period”. Mitzner N, Scrimshaw N,
and Morgan R (eds). International
Food and Nutrition Program, MIT,
Cambridge, MASS, USA.
Cerezal-Mezquita P, Carrazco-Verdejo A,
Pinto-Tapia K, Romero-Palacios
N, Arcos-Zavala R (2007).
Suplemento alimenticio de alto
contenido proteico para niños de 2-
5 años. Desarrollo de la
formulación y
aceptabilidad.Interciencia 32:857-
864.
Chavan JK, Salunkhe DK (1987)
Biochemistry and technology of
chickpea (Cicerarietinum L) seeds.
Cr. Rev. Food Sci. Nutr. 25(2):
107-158.
Cohen SA, Strydam DJ (1988) Amino
acid analysis using
prhenylisothiocynate derivatives.
Anal. Biochem. 174: 1-16.
De la Vara SR, Domínguez DJ(2002)
Métodos de Superficie de
Respuesta; un Estudio
Comparativo (Multiple Responses
Methods; a ComparativeStudy).
Revista de Matemáticas: Teoría y
Aplicaciones 1: 47-65.
DesignExpert (2002) Food and
Agriculture Organization of the
United Nations: Rome, Italy.
FAOSTAT. http//apps.fao.org/
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
24
FAO (2003) Food and Agriculture
Organization of the United
Nations. Rome, Italy, FAOSTAT
http//apps.fao.org.
FAO/WHO/UNU (1991) Energy and
Protein Requirements, Technical
Report Series 724, Expert
Consultation, World Health
Organization, Geneva,
Switzerland. Gopalan C, Rao KSJ.
1975. Pellagra and amino acid
inbalance. Vitam.Horm. 33: 505-
528.
Gopalan C, Rao KSJ (1975) Pellagra and
amino acid imbalance. Vitam.
Horm. 33:505-528.
Hariharan M, Sundar N, Vannoord T
(1993) Systematic appoach to the
development of plasma amino acid
analises by high-performance
liquid chomatography with
ultraviolet detection with
precolumderivatization using
phenylisothiocynate. J.
Chromatogr. 621: 15-22.
Hirs CWH (1967) Performic acid
oxidation. Method Enzymol. 11:
197-199.
Hurrell RF, Lerman P, Carpenter JK
(1979) Reactive lysine in
foodstuffs as measured by rapid
dye-binding procedure. J. Food
Sci. 44: 1221-1227.
Hsu HW, Vavak DL, Satterlee LD, Miller
GA (1977) A multienzyme
technique for estimating protein
digestibility. J. Food Sci. 42: 1269-
1273.
INIFAP (1999) QPM Maíz de Alta
Calidad Proteica. Doble de
Proteína del Maíz Normal.
INIFAP Produce,
Agrotecnologías, Organo
Informativo de INIFAP / Produce,
SAGAR, Marzo-abril II-2.
Khan MA, Akhtar N, Ullah I, Jaffery S
(1995) Nutritional evaluation of
desi and kabuli chickpeas and their
products commonly consumed in
Pakistan. Int. J. Food Sci. Nutr. 46:
215-223.
Larmond E (1977) Laboratory Methods
for Sensory Evaluation of Foods,
Publication No. 1637, Department
of Agriculture, Ottawa, Canada.
Pp. 74.
Mercier C (1993) Nutritional appraisal of
extruded foods.Int. J. Food Sci.
Nutr. 44: 545-553.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
25
Milán-Carrillo J, Reyes-Moreno C,
Camacho-Hernández IL, Rouzaud-
Sandez O (2002) Optimization of
extrusion process to transform
hardened chickpeas
(CicerarietinumL) into a useful
product.J. Sci. FoodAgric. 82:
1718-1728.
Milán-Carrillo J, Reyes-Moreno C,
Armienta-Rodelo E, Cárabez-Trejo
A, Mora-Escobedo R (2000)
Physicochemical and nutritional
characteristics of extruded flours
from fresh and hardened chick peas
(Cicerarietinum L). Lebens.Wiss.u-
Technol. 33: 117-123.
Mitzner K, N Scrismshaw, R Morgan
(1984) Improving the nutrition
states of children during the
weaning period. HOVIPREP
(Home and Village Prepared
Weaning Foods) Publication.
Massachussets Institute of
Technology, Cambrigde, MA,
Estado Unidos de América. Pp.
258.
Reyes-Moreno C, Milán-Carrillo J,
Gutiérrez-Dorado R, Paredes-
López O, Cuevas-Rodríguez EO,
Garzón-Tiznado JA (2003) Instant
flour from quality protein maize
(Zea mays L). Optimization of the
extrusion process. Lebens. Wiss.u-
Technol. 36: 685-695.
Satterlee LW, Hendrick JG, Marshall HF,
Jewell DK, Alí RA, Heckman
MM, Fred-Steinke H, Larson P,
Dixon-Phillips R, Sarwar G, Slum
P (1982) In vitro assay for
predicting protein efficiency ratio
as measured by rat bioassay:
collaborative study. J. Assoc. Off.
Anal. Chem. 65: 798-804.
Serna-Saldivar SO, Abril-Domínguez JR,
López-Ahumada G, Ortega-
Ramirez R (1999) Nutritional
evaluation of table bread fortified
with defatted soybean and sesame
meals. Arch. Latinoamer. Nutr.
49(3): 260-264.
Villegas E, Vasal SK, Bijamasan M
(1992) Quality Protein Maize –
What It is and how was It
Developed. En “Quality Protein
Maize”. ET Mertz (eds). American
Association of Cereal Chemists, St.
Paul, MN, USA. Pp. 27-48.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
Instituto Tecnológico de Los Mochis
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,
Enero – Junio, 2014/Vol. 2014, Número 1 Edición Semestral
Instituto Tecnológico de Los Mochis, Los Mochis, Sinaloa pp. 28 – 38
ITMOCHIS
Revista de Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
5. BIBLIOGRAFIA.
[1] Karl, H., & Willing, A. Protocols And
Architectures For Wireless Sensor
Networks.West Sussex: John Wiley & Sons,
Ltd, 2005
[2] Forouzan, B. A. Transmisión de datos y
redes de comunicaciones.Aravaca:
McGraw-Hill, 2002.
[3] Callaway, E., Gorday, P., Hester, L.,
Gutierrez, J. A., Marco, N., Heile, B., y
otros. Home networking with IEEE
802.15.4: A developing standard for low-
rate wireless personal area network. IEEE
Communications Magazine, 70-77, 2002.
[4] Digi International, Inc. Xbee-Pro 2.4
Digimesh RF Modules., Minnetonka: Digi
International, Inc, 2011.
[5] Roving Networks. WiFly GSX 802.11
b/g Wireless LAN Module Datasheet, 2011
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
38
http://www.rovingnetworks.com/resources/d
ownload/11/RN_131
[6] Zhao, F., & Guibas, L. J. Wireless
Sensor Networks: An Information
Processing Approach.Massachusetts,
Morgan Kaufmann, 2004.
[7] Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott,
M.M., Introducción a la termodinámica en
ingeniería química, Madrid, McGraw Hill,
1997.
39
ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
Instituto Tecnológico de Los Mochis
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,
Enero – Junio, 2014/Vol. 2014, Número 1 Edición Semestral
Instituto Tecnológico de Los Mochis, Los Mochis, Sinaloa pp. 40 – 56
ITmochis
Revista de Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
electrónica de potencia.
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
electrónica de potencia.
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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)
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
𝑽𝒓𝒎𝒔𝟐
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
𝑽𝒓𝒎𝒔𝟐
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
𝑽𝒓𝒎𝒔𝟐
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
razon de decrecimiento para 78 v
razon de decrecimiento para 38 v
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
56
Bibliografía
H.Rashid, M. (2004). Electronica de
Potencia: Circuitos, Dispositivos
y Aplicaciones (TERCERA
EDICIÓN ed.). México:
PEARSON EDUCACIÓN DE
MÉXICO, S.A. DE C.V.
Ned Mohan, T. U. (2009). Elecrónica de
Potencia: Convertidores,
Aplicaiones y Diseño. (TERCERA
EDICION ed.). México: Mc
GRAW-
HILL/INTERAMERICANA
EDITORES S.A. DE C.V.
Schmelkes, C. (2005). Manual para la
presentacion de anteproyectos e
informes de investigacion .
MEXICO: OXFORD
UNIVERSITY PRESS MEXICO
S.A DE C.V.
Vargas, L. (2003). Conversion
electromecanica de energia.
Santiago de Chile: Departamento
de Ingenieria Eléctrica, de la
Facultad de Ciencia y
Matematica; de la Universidad de
Chile.
Atribución-CompartirIgual, W. d. (17 de
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
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
Rafael Cisneros Mondragón
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
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
ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
Instituto Tecnológico de Los Mochis
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 Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano,
Enero – Junio, 2014/Vol. 2014, Número 1 Edición Semestral
Instituto Tecnológico de Los Mochis, Los Mochis, Sinaloa pp. 58 – 76
ITmochis
Revista de Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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,
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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:
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
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.
BIBLIOGRAFÍA
Chiavenato, Idalberto (2009).
Comportamiento organizacional.
Editorial Mac Graw Hill. México
Fernández, Oscar (2007), Evolución del
sector informal en México, propuestas
para su incorporación a la formalidad,
Tesis de Maestría. México.
Ferrer, Luis (2012). Desarrollo
organizacional. Editorial Trillas. México
Frankelberg, Ellen ((2005). Como
asegurar el futuro de su empresa
familiar.Editorial Panorama. México.
Galván,José (1996). Tratado de
administración general. Editorial del
Instituto Politécnico Nacional. México.
Gibson, James; Ivancevich, John y
Donnelly, James (2004). Las
organizaciones. Editorial Mac Graw Hill.
México
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero –junio 2014
76
Ginebra, Joan (2001). Las empresas
familiares. Editorial Panorama. México.
INEGI, (varios años). Cuentas por
sectores institucionales. México.
INEGI, (varios años). Encuesta Nacional
de Ocupación y Empleo. México.
INEGI-STyPS, (varios años). Encuesta
Nacional de Micronegocios,. México.
Mendez, J. Silvestre (2012). Problemas
económicos de México y sustentabilidad.
Editorial Mac Graw Hill. México
Mercado, Salvador (2011).
Administración aplicada, teoría y
práctica. Editorial LIMUSA. México.
Moreno-Brid, Juan y Ros, Jaime (2009)
Desarrollo y crecimiento en la economía
mexicana, una perspectiva histórica.
Editorial Fondo de Cultura Económica.
México
Munch, Lourdes; Osorio, Javier y Vital,
Sonia (2011). Organización. Editorial
Trillas. México.
Oster, Sharon (2000). Análisis moderno
de la competitividad. Edtoril Oxford
University Press.México.
Padilla, José; Gonzalez, Raúl y Sánchez,
Alejandro (1998). La creación del empleo
en México. Editorial del Instituto
Politécnico Nacional. México.
Prieto, José (2008). Dínámica
empresarial. Editorial LIMUSA, México
Romer, David (2006). Macroeconomía
avanzada. Editorial Mac Graw Hill.
España.
Sandhusen, Ricahrd (2004).
Mercadotecnia. Editorial CECSA.
México
Seo, K.K. y Winger, Bernanrd (1983),
Economía empresarial, texto, problemas
y casos. Editorial UTEHA. México
Solís, Leopoldo (1986). La realidad
económica mexicana, retrovisión y
perspectivas, Editorial Siglo XXI.
México.
Stoner, James y Freeman, Edward (1994).
Administración. Editorial Prentice Hall.
México
Webb, Samuel (1994). Economía de la
empresa. Editorial LIMUSA. México.
77
SECCIÓN ALUMNOS
78
ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
Instituto Tecnológico de Los Mochis
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 Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano,
Enero – Junio, 2014/Vol. 2014, Número 1 Edición Semestral
Instituto Tecnológico de Los Mochis, Los Mochis, Sinaloa pp. 79 – 89
ITmochis
Revista de Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
http://es.wikipedia.org/wiki/ZigBee
http://www.xbee.cl/
http://forum.arduino.cc/index.php/topic,3
1838.0.html
http://tdrobotica.co/tutoriales/arduino/327
-comunicaciones-t01com-teoria-acerca-
de-xbee
http://www.dfrobot.com/forum/index.php
?topic=664.0
http://www.seeedstudio.com/depot/G12-
Water-Flow-Sensor-p-635.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino
http://www.elecfreaks.com/wiki/index.ph
p?title=Freaduino_UNO
http://www.digi.com/products/wireless-
wired-embedded-solutions/zigbee-rf-
modules/point-multipoint-
rfmodules/xbee-series1-module
http://www.ebay.com/itm/GF-Signet-3-
5700-35700-pH-ORP-Monitor-GF-
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
89
George-Fischer-FREE-SHIPPING-
/151228245666
http://es.wikipedia.org/wiki/Interfaz_gr%
C3%A1fica_de_usuario
http://www.ni.com/labview/why/user-
interface/esa/
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_sume
rgible
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_term
ob%C3%A1rica
http://es.wikipedia.org/wiki/PH-metro
http://www.maximintegrated.com/en/prod
ucts/analog/sensors-and-sensor-
interface/DS18B20.html
http://msdn.microsoft.com/es-
es/library/cc784756(v=ws.10).aspx
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
Electrónica, Instituto Tecnológico de Los
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
Electrónica, Instituto Tecnológico de Los
Mochis, Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de
Noviembre s/n, C.P. 81279, Los Mochis,
Sinaloa, México.
90
ITMochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
Instituto Tecnológico de Los Mochis
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 Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano,
Enero – Junio, 2014/Vol. 2014, Número 1 Edición Semestral
Instituto Tecnológico de Los Mochis, Los Mochis, Sinaloa pp. 91 – 96
ITmochis
Revista de Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
Fernández Martínez R., (2009) Redes
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.
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.
Douriet Peralta S.
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
97
INSTRUCCIONES PARA POSTULAR ARTÍCULOS
PARA PRESENTAR ENLA REVISTA ITMochis
Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano
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.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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”.
ITmochis Investigación, Tecnología y Liderazgo Mexicano. Volumen 2014 número 1 enero – junio 2014
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:
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