Lic. Jesus Lobato Báez(ITSLibres) - Instituto Tecnologico Superior

Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
EDITORES
M.S.C.Mariana Lobato Báez(ITSLibres)
Dr. Luis Alberto Morales Rosales(ITSM)
Lic. Jesus Lobato Báez(ITSLibres)
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Mtro. Alejandro Gutierrez González
Avance Tecnológico, Año 1, Volumen I, Número 1,
julio 2014 - diciembre 2014, es una publicación semestral
editada y publicada por el Instituto Tecnológico Superior
de Libres, Puebla. Camino Real s/n, Barrio de Tetela.
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Responsable de la úl-ma actualización de este Número, Avance Tecnológico, M.S.C. Mariana Lobato Báez, Camino Real s/n, Barrio de Tetela. Libres, Puebla. México, C.P. 73780, fecha de úl-ma modificación, 30 de Agosto de 2015.
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Dr. Luis Alberto Morales Rosales (ITSM)
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Edición Semestral Julio-Diciembre 2014
Año 7 No. 14
Libres, Puebla.
Camino Real s/n, Barrio de Tetela.
Libres Puebla C.P. 73780
Los artículos firmados expresan la
opinión de sus autores, y no representan
forzosamente el punto de vista del Instituto
Tecnológico Superior de Libres.
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
ÍNDICE
1
Modelo de análisis, para pronosticar el índice
de deserción-reprobación en el ITS Libres, para
la generación de estrategias de prevención
utilizando regresión lineal.
M. Lobato Báez, L. A. Morales Rosales, J. Lobato Báez, R.
González Cruz, C.A. Hernandez Mora
8
Eficientamiento energético de un horno de arco
eléctrico.
18
Mapa dinámico para los atractivos turísticos de
Puebla.
22
Detección de necesidades empresariales en el
municipio de Teziutlán, Puebla.
25
Videojuego para dispositivos móviles para
concientizar sobre la inseguridad en México.
30
Valoración del cálculo mental mediante rúbrica
cuantificada con Xfuzzy, en escuela primaria
multigrado de Teziutlán, Puebla.
A. Sánchez Sánchez, J. C. Hernández Hernández, P. M.
Quintero Flores, H. P. Martínez Hernández, R. Ordoñez
Flores
R. Montiel Lira, R. M. Rosas Vázquez
J. Rivera Flores
Roberto Ángel Meléndez Armenta, Francisco Javier Ortega
Villegas, Arely Guadalupe Sánchez Méndez
M. Montiel Martínez, C. González Trujillo
36
Diseño y simulación de los sistemas de
fundición, instrumentación electrónica y diseño
mecánico, para un prototipo de máquina
Fundidora de PET.
M.I. Guillermo Córdova Morales, M.S.C. Elmar Montiel
Jiménez, Andrés Espinoza Hernández
EDITORIAL
En esta edición de la Revista Avance Tecnológico se
presenta la aplicación de diversas tecnologías para
solucionar problemas actuales que presentan tanto
la comunidad estudiantil, como la sociedad y las
empresas de nuestra región.
En el aspecto educativo se abordan dos temáticas
interesantes. La primera se centra en cómo predecir
la deserción y reprobación de alumnos dentro del ITS
Libres. La segunda presenta la forma en que se puede
elaborar una rúbrica cuantificada para la valoración
del cálculo mental en niños de primaria.
Para nuestra región, existen necesidades de
formación de futuros ingenieros industriales con
un mayor campo de acción, por lo que se presenta
un estudio de las necesidades empresariales para el
municipio de Teziutlán.
Dado el creciente índice de inseguridad se presenta
el diseño de un videojuego para dispositivos móviles,
con el fin de concientizar en los estudiantes de los
peligros a los que se enfrenta al desenvolverse en la
sociedad actual.
Con relación al cuidado del medio ambiente
se exponen dos trabajos. Uno enfocado a la
optimización del consumo energético de un arco
eléctrico para determinar las condiciones en que se
aproveche mejor su calor. El segundo presenta el
prototipo de una máquina de elaboración de PET
para disminuir el impacto ecológico de los desechos.
Para el turismo del estado de Puebla se presenta
una aplicación que permite localizar en un mapa
dinámico los puntos de mayor interés turístico para
nuestro estado.
El desarrollar investigación en nuestro país
requiere el compromiso de toda la sociedad y el
particular esfuerzo de estudiantes, profesionistas e
investigadores. El Instituto Tecnológico Superior de
Libres en conjunto con la Academia de Investigación
al asumir su papel ante la sociedad, exhorta a los
lectores a continuar con las labores de investigación
y desea que el contenido de este número sea de su
interés transcendiendo a la comunidad científica de
México, fomentando el desarrollo de nuestro país.
Modelo de análisis, para pronosticar
el índice de deserción-reprobación
en el ITS Libres, para la generación
de estrategias de prevención
utilizando regresión lineal.
M. Lobato Báez, L. A. Morales Rosales, J. Lobato Báez, R.
González Cruz, C.A. Hernandez Mora
Resumen: La carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, del Instituto
Tecnológico Superior de Libres, tiene una población de 144 estudiantes y una
plantilla de 22 profesores. Esta institución, al igual que otras instituciones, no está
exenta del alto índice de “deserción-reprobación”, se estima en un 55 %.
El 20 % aproximadamente de la carga curricular del programa de ingeniería en el ITS
Libres está involucrada con el área de matemáticas, la dificultad de estas materias
hacen que el proceso de enseñanza aprendizaje sea más complejo. El programa de
Ingeniería en Sistemas Computacionales en particular está muy correlacionado con
esta área lo que se refleja en un alto índice de deserción-reprobación debido a las
dificultades para los estudiantes.
El propósito de este trabajo es caracterizar el comportamiento del índice de
deserción reprobación por generación de los alumnos de la carrera de Ing. Sistemas
Computacionales del ITS Libres. La importancia del proyecto radica en conocer si
una generación tiende a ser parte del índice de deserción- reprobación y determinar
las posibles estrategias que permitan disminuir su impacto y por consiguiente
establecer acciones para que los alumnos concluyan sus estudios utilizando como
herramienta el método de regresión lineal para la generación de estrategias de
prevención.
Palabras Clave: Regresión lineal, teorema de bayes, estrategias, deserción-reprobación.
1
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción.
El principio fundamental de la educación es la
transmisión del conocimiento y la aplicación del
aprendizaje. Esta labor es el motor principal de las
escuelas en cualquier nivel. En particular, para las
escuelas de nivel superior en México dos de los
aspectos más preocupantes son la reprobación y la
deserción.
La Asociación Nacional de Universidades e Institutos
de Educación Superior (ANUIES), señala que sólo uno
de tres mexicanos concluye la educación básica y
únicamente el 20% de los jóvenes en edad de cursar
la educación superior lo logran, y de éstos el 50%
desertan.
El disminuir el índice de reprobación no es una tarea
sencilla, detrás de los procesos educacionales está
compleja una problemática en donde están
involucrados profesores y estudiantes.
Al realizar un estudio dentro del ITS Libres que
determine las principales causas de deserción a nivel
superior, uno de los retos importantes se centrará
en la selección de las variables que caractericen el
índice de deserción-reprobación por generación,
contemplando condiciones sociales, ambientales y
el desenvolvimiento de los estudiantes dentro de las
aulas de clases.
En este trabajo se presenta el desarrollo de un
modelo de análisis, para la estimación de los
principales parámetros de deserción-reprobación en
el ITS Libres, utilizando el método de regresión lineal
para la generación de estrategias de prevención.
Estado del Arte
El Programa Sectorial de Educación 2007-2012
(SEP, 2007) ha planteado como primer objetivo
abatir la deserción escolar en educación básica y
media superior, elevando la calidad de la educación
enfocándola principalmente hacia los alumnos que
se encuentran en riesgo de deserción. El origen de
esta última es multifactorial y puede variar entre
los niveles educativos. Mientras que en primaria
la deserción puede deberse a motivos familiares
(falta de acompañamiento de los padres, migración
interestatal, cambio en los tipos de servicio, etcétera),
en la educación secundaria y en el nivel medio
superior, el abandono podría estar motivado por
condiciones sociales, como la inserción a la vida
laboral o la falta de interés en los estudios (Enjuve,
2005). Situación que se agrava en media superior.
Fitzpatrick y Yoels (1992) analizan a la deserción,
enfocada principalmente, en el sentido de que
los estudiantes dejan la escuela sin graduarse,
independientemente si regresan o reciben un
certificado equivalente.
De acuerdo con el documento publicado por la
CEPAL (2002), el problema de la deserción escolar
es un problema de carácter internacional, Panorama
Social de América Latina 2001-2002, “En promedio,
cerca del 37% (15 millones) de los adolescentes
latinoamericanos de entre 15 y 19 años de edad
abandonan la escuela a lo largo del ciclo escolar, y la
mitad de los que desertan lo hacen tempranamente,
antes de completar la educación primaria”. Pero lo
más preocupante es que de acuerdo a este informe,
en algunos países la deserción se da una vez que se
terminan el ciclo primario, y normalmente durante el
transcurso del primer año de la enseñanza media. En
países que logran niveles educativos relativamente
altos, su tasa de deserción fluctúa entre 16% y 25%,
mientras que en otros oscila en promedio en 32%, y
finalmente, un pequeño grupo de países tiene una
tasa de deserción entre el 40% y 50%. En ciertos
países, incluyendo México.
Tinto (1993), es uno de los autores que ha buscado
un enfoque integral de la deserción, en donde
sugiere que los estudiantes llegan a la Universidad
con atributos individuales y familiares pero también
con antecedentes escolares. Los estudiantes ingresan
con cierto compromiso tanto para permanecer en
la universidad como para terminar sus estudios,
pero también que ingresan a un sistema académico
caracterizado por el grado de desarrollo intelectual
que permite una integración académica. Esta teoría
ayuda a un gran número de trabajos de investigación
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
y estudios empíricos. La teoría de Vincent Tinto ha
tenido una gran influencia en el entendimiento
de la deserción universitaria, aunque existen otros
autores como Bean (1990), Allen (2000) o en México,
Romo (2001), que se han preocupado por encontrar
las variables que afectan la deserción. En este trabajo
se parte del análisis de los diferentes teóricos para
generar un cuestionario confiable, válido, que tenga
posibilidad de predicción y que además permita
conocer las variables que afectan la deserción en
los Institutos Tecnológicos. A partir de los resultados
obtenidos de la validación del instrumento probado
en dos diferentes contextos se concluye que los
Institutos Tecnológicos del país pueden tener una
base para detectar las causas de deserción. Este
instrumento será una herramienta más para apoyar
a los directivos a la gestión institucional con bases
científicas.
Reyes (2007) utilizo la técnica de regresión
lineal múltiple para determinar el modelo de
comportamiento de las causas de reprobación tal
como lo ve el alumno. Se tomó como variable de
respuesta el tiempo dedicado al estudio y los demás
factores como predictores. Posteriormente fue
aplicada una regresión lineal simple para visualizar
factor por factor, dado que la regresión lineal
múltiple oculta los valores significativos del estudio.
Los datos se analizaron en el software Minitab con
un nivel de confianza del 95%.
Reyes y Escobar (2007) utilizaron un método de
regresión logística para predecir el éxito en el primer
semestre si se toma un criterio no tan exigente
para considerar el “éxito” (criterio 1), de esta forma
la prueba de validación del método no rechaza la
hipótesis de igualdad de la probabilidad de éxito
estimada con la verdadera probabilidad de éxito
con un nivel de significación no mayor a 0,05, sin
embargo con los otros dos criterios esta hipótesis
es rechazada. Análogamente se concluye si
consideramos el método de análisis discriminante.
López y Marín (2012) utilizan la técnica de minería
de datos y se compone de los pasos típicos de
un proceso de extracción de conocimiento. Recopilación de datos. En esta etapa se recoge toda
la información disponible de los estudiantes. Para ello
primero se debe seleccionar el conjunto de factores
que pueden afectar y después se deben recoger a
partir de las diferentes fuentes de datos disponibles.
Finalmente toda esta información se debe integrar
en un único conjunto de datos. - Pre-procesado. En
esta etapa se preparan los datos para poder aplicar,
posteriormente, las técnicas de minería de datos.
Para ello, primero se realizan tareas típicas de preprocesado como: limpieza de datos, transformación
de variables y particionado de datos. Además se
han aplicado otras técnicas como la selección de
atributos y el re-balanceado de datos para intentar
solucionar los problemas de la alta dimensionalidad
y desbalanceo que presentan normalmente este tipo
de conjuntos de datos. - Minería de datos.
Pintrich, Smith, García y Mackeachie (1991)
desarrollaron un cuestionario: el Motivated
Strategies Learning Questionnaire (MSLQ), con el que
se ha pretendido medir una amplia gama de factores
motivacionales y de estrategias de aprendizaje.
Gran parte de los trabajos empíricos realizados
por Pintrich y sus colaboradores incluyen estudios
correlaciónales en los que se analizan las relaciones
entre los componentes del modelo y de cada uno de
ellos con el rendimiento.
Flores y Camacho (2005) llevaron a cabo un
estudio descriptivo cualitativo en el campo de la
educación médica de pregrado, el cual culminó con
la caracterización de la deserción escolar en el primer
año del nuevo programa de formación de médicos
en los cursos escolares 2007-2008 y 2008-2009 en el
municipio Nuevitas. El estudio se centró en los 18
estudiantes que abandonaron los estudios en este
período de tiempo. Para la realización del mismo
se emplearon métodos empíricos, estadísticos y
teóricos.
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Metodología
Para el desarrollo del Modelo de Análisis con el fin
de Pronosticar el Índice de Deserción - Reprobación
en el ITS Libres para la Generación de Estrategias de
Prevención se utilizó una muestra de 65 alumnos.
A estos alumnos se les aplicó una encuesta de 23
preguntas. Entre las cuales se agruparon aspectos
referentes a su Contexto Familiar, Antecedentes
y Contexto Educativo, Contexto Económico, y el
Contexto Social en el que se desenvuelven. Estas
categorías ofrecen una perspectiva del entorno en el
que el alumno desempeña sus labores posteriores a
las clases recibidas dentro del tecnológico. Ejemplo
de estas preguntas podemos mencionar: ¿Cuánto
tiempo le dedican a la realización de sus tareas?,
¿Cuál es el estado de salud que presentan?, entre
otras.
La encuesta realizada refleja el entorno y el punto
de vista del alumno acerca de lo que puede influir
como parte de las condiciones sociales, ambientales,
y familiares. Esta encuesta trata de agrupar los
rasgos que pueden influir o relacionarse para que el
estudiante se preocupe por otras cuestiones, como lo
puede ser el entorno familiar o económico, en lugar
de dedicar tiempo al desarrollo de tareas, proyectos
o investigaciones fuera de las clases que le imparten.
La importancia de esta encuesta es que en ocasiones
no se tienen los datos concentrados o en su defecto,
se tienen controlados y no son accesibles para su
análisis. En este caso, se solicitó el consentimiento
para el uso de su información y con ello poder llevar
a cabo el análisis de los datos. A los alumnos se les
explico la importancia de predecir y disminuir el
índice de reprobación al usar estrategias que los
ayuden a mejorar en su aprendizaje.
En esta encuesta es importante recalcar que existen
diferentes rasgos, perfiles y entornos familiares, ya
que los alumnos provienen de distintas comunidades,
y cuentan con antecedentes diversos. La encuesta
por lo tanto, permite establecer un escenario en
común o características que todos presentan para
utilizarlos como puntos de referencia. Esta es una de
las principales aportaciones que refleja la encuesta.
En particular, estos aspectos permitieron identificar
las relaciones entre el tiempo de dedicación del
estudiante con la estabilidad familiar, el ingreso
económico y el tipo de materia que reprueban.
Tratando de puntualizar las causas de reprobación
desde el punto de vista del alumno, se realizó un
análisis con el método de regresión lineal múltiple
para determinar el modelo de comportamiento de
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las causas de reprobación. Se tomó como variable de
respuesta el tiempo dedicado a la realización de tareas
y los demás factores como predictores. A continuación
se muestran los datos obtenidos durante las encuestas.
Empezamos el análisis considerando cuatro variables
principales:
Tiempo de realización de tareas.
Si los padres viven juntos.
Ingreso mensual.
Área que se dificulta.
Se mostraron los datos obtenidos por los estudiantes.
Obteniendo un rango de 1 a 6 horas de tiempo de
dedicado a la realización de tareas por parte de los
estudiantes. El rango de ingresos mensuales oscila
entre los $3000 y los $10,000. Por otra parte, para
agrupar las materias que los estudiantes de la carrera
ingeniería en sistemas computacionales se les dificulta
se dividieron en tres áreas: matemáticas, programación
y otras materias. Los datos obtenidos durante el análisis
de regresión múltiple. Nos llevaron a corroborar que la
premisa que se tenía de que el tiempo destinado a la
realización de tareas afecta al índice de reprobación
para los estudiantes cuyos padres están separados y
cuyo ingreso mensual es bajo, especialmente para el
área de matemáticas y programación. Los coeficientes
de la función de regresión:
Y= 0.2223867X1 -0.00012149 – 0.06450392 x2 Dónde:
Y= Tiempo de realización de tareas.
X1 = Si los padres viven juntos.
X2 = Ingreso mensual.
X3= Área que se dificulta.
Además, este análisis nos da pauta para conocer que
este tipo de materias necesitan una gran capacidad de
abstracción y de dedicación por parte del estudiante
influye en el tiempo de realización de tareas que se
debe emplear.
Posteriormente se muestra los datos residuales
obtenidos de la regresión múltiple. Estos datos en
general muestran que los datos obtenidos y puntos
de influencia entre las respuestas generadas por
los alumnos. Existen punto donde convergen sus
respuestas, por ejemplo, el ingreso mensual y los tipos
de materias que se les dificultan. La figura 1 indica
que la variable donde se considera si los padres viven
juntos se asignó un valor de 1 y 2 en caso contrario.
Observamos que existe una mayor influencia de que
los alumnos tienen a sus padres viviendo juntos.
Esto indica que es un factor de influencia para que se
considere como parte de la relación entre el tiempo
dedicado a la realización de tareas.
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Figura 1. Gráfica de los residuales variable que considera si los padres
viven juntos
La figura 2 muestra la gráfica donde se considera
el ingreso mensual familiar. En este caso existen
muy pocas familias con ingresos económicos entre
los $7000 y los $10,000. Esto muestra que existen
carencias económicas fuertes lo cual puede traducirse
en un aumento de problemas en el entorno familiar.
Los alumnos tienen ingresos familiares entre los
$3000 o $5000 que son los datos con mayor influencia
para esta variable.
Figura 2. Gráfica de los residuales variables ingresos mensuales
familiares
La figura 3 presenta el análisis residual de la variable
que mide el área de dificultad para los estudiantes. En
este caso para el análisis se asignó 1 para el área de
matemáticas, 2 para el área de programación y 3 para
cualquier otra área. Como se observa en la gráfica
las áreas que mayor dificultad e influencia presentan
son matemáticas y programación. Ambas áreas
requieren un gran nivel de abstracción y por lo tanto
de mucho tiempo de dedicación para la realización
de tareas. Esto consideramos que representa una
gran influencia para el alumno al momento de
establecer horarios y normas para la realización de
sus tareas.
Figura 3. Gráfica de las áreas de dificultad para el alumno
La figura 4 muestra la curva de regresión de ajuste
para la relación tiempo de dedicación de tareas con
la variable si los padres del alumno viven juntos. La
curva nos indica que la regresión es adecuada ya
que predice si los padres viven juntos acorde a los
tiempos dedicados por los estudiantes.
La figura 5 muestra la curva de regresión de ajuste
para la relación tiempo de dedicación de tareas
con la variable de ingresos mensuales familiares. La
curva nos indica que la regresión es adecuada ya que
predice adecuadamente el ingreso familiar.
Figura 5. Curva de regresión para las variables tiempo de dedicación
y si los padres viven juntos
5
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
La figura 6 muestra la curva de regresión de ajuste
para la relación tiempo de dedicación de tareas
con la variable que define el área que al alumno
se le complica aprender. La curva nos indica que
la regresión es adecuada ya que predice el área
de dificultad de los alumnos acorde a los tiempos
dedicados por los estudiantes.
Conclusiones
De acuerdo con la ecuación de la regresión lineal
obtenida, el factor que mayor influencia tiene es si
los padres siguen viviendo juntos. Tanto el ingreso
mensual como la materia que se les dificulta a los
estudiantes obtuvieron un valor negativo implica
que su afectación es menor al momento de llevar a
cabo la regresión lineal.
Por otra parte, tanto si los padres viven juntos como
el ingreso mensual de $3000 son factores que se
consideran como influyentes. Esto debido a que se
observa en el análisis de los residuos.
Figura 6. Curva de regresión para las variables tiempo de dedicación
y si los padres viven juntos
La figura 7 muestra que los datos siguen una
probabilidad normal. Esto nos ayuda a confirmar que
los datos obtenidos se ajustan a la regresión múltiple
y no se encuentran datos fuera de lugar al momento
de la predicción.
Figura 7. Gráfico de probabilidad normal
6
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
de documentos ERIC ED 338122).
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Policlínico
7
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Eficientamiento energético de un
horno de arco eléctrico
A. Sánchez Sánchez, J. C. Hernández Hernández, P. M.
Quintero Flores, H. P. Martínez Hernández, R. Ordoñez
Flores
Resumen: La fusión de chatarra para la fabricación de aceros especiales en Horno
de Arco Eléctrico (HAE), requiere alto consumo de energía a un costo considerable.
Identificar las variables influyentes en el consumo de energía en este proceso, es
prioritario. En este trabajo se propone emplear un algoritmo de Minería de Datos
específicamente, la implementación del algoritmo Support Vector Machine –
Recursive Feature Elimination (SVM-RFE), para seleccionar y clasificar las variables
más influyentes que permiten lograr un consumo energético eficiente en el proceso
de fusión en un HAE. El algoritmo SVM-RFE, obtiene los coeficientes y genera una
lista de ranqueo que facilita identificar las variables altamente discriminantes o de
mayor influencia en el consumo energético en el proceso de fusión en el HAE. Las
variables identificadas por el algoritmo de Minería de Datos, fueron monitoreadas y
ajustadas en el sistema de control del HAE, obteniéndose como resultados, disminuir
el consumo energético para las coladas de prueba respecto al histórico de coladas
en 15.81 kWh/TCM por colada; es decir, el 3.55±5%, de ahorro y un tiempo menor en
1 ± 0,3 minutos por colada.
Palabras Clave: HAE, Energía Eléctrica, Energía Química, Minería de datos, SVM-RFE.
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción
Un Horno de Arco Eléctrico (HAE) tiene como
principio fundamental generar en su interior un arco
eléctrico para fundir el material cargado (chatarra) y
producir acero líquido.
En 1810 Humphry Davy, utilizando la pila de Signor
Volta, logró generar un arco eléctrico capaz de
calcinar aquello que pasara a través de éste. Para
1878, William Siemens patentó el primer HAE que
usaba corriente directa. En 1900, Paul Herout de
Francia inventó el HAE de corriente alterna, diseño
que él mismo mejoró para la industria de la acería
eléctrica. El primero en su especie se instaló en USA,
dando inicio a la producción de aceros especiales en
1906 [1] [2].
En la actualidad los HAE son muy parecidos al diseño
de Herout. Tienen tres electrodos conformados de
grafito de alta pureza, en posición vertical, por los
cuales fluye la corriente eléctrica y forma un arco. Al
cerrarse el circuito entre las puntas de cada electrodo
con la chatarra. En la figura 1, se muestra un esquema
general del HAE.
implicado. El proceso de fusión en HAE, es demasiado
complejo y, por su naturaleza está compuesto por
n número de variables que son controladas con
un sistema tipo nivel 2, dicho sistema de acuerdo
con C. L. Karr y E. L. Wilson [4], tiene las siguientes
características: responder a corregir sus propias
desviaciones, mejorar los parámetros de control e
internamente generar medición del desempeño de
proceso. La ejecución de la tarea es previamente
programada, la regulación es automática mediante
dispositivos capaces de controlar el proceso ante
situaciones que se presenten.
Al generarse las mediciones de las variables del
proceso mediante el sistema descrito arriba, se cuenta
con la disponibilidad de registros almacenados
en bases de datos, dichos datos simbolizan el
desempeño de cada una de las variables, por tanto
es posible aplicar técnicas de inteligencia artificial
para generar conocimiento a partir de los datos
generados en el HAE.
Figura 1. Horno de Arco Eléctrico
De igual forma se le suministra energía química
adicional, ésta se adiciona mediante la inyección de
oxígeno, gas natural y grafito en el horno a través
de múltiples unidades de inyección adaptadas a la
pared para lograr una homogeneidad térmica dentro
del horno. El desprendimiento de calor generado
por la energía química (CO + CO2) es aprovechado
para llegar a las partes donde no hay arco eléctrico
(partes frías), logrando el calentamiento del acero de
manera más uniforme [3]. Aunque el HAE utiliza la
energía química como recurso energético adicional,
la energía eléctrica necesaria para generar el arco
eléctrico representa un alto costo para el proceso de
acería. Por lo tanto disminuir en por lo menos el 1% de
este consumo, impactaría de forma positiva al costo
9
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Metodología
Minería de Datos (MD): de acuerdo con Wiesner Vos
& Ludger Evers [5], MD se refiere a la extracción del
conocimiento útil a partir de grandes conjuntos
de datos (bases de datos), involucra aspectos de
estadística, ingeniera y ciencias computacionales.
MD se enfoca al análisis de un conjunto de datos
multivariados, para lo cual con regularidad las
variables son denotadas con la letra “x” y, para
expresar las variables, dentro de un conjunto, se
denota con la expresión xij, donde “j” representa la
medición asignada a la variable x, y la observación
individual de dicha variable se representa con la
letra “i”. Por tanto el conjunto de datos almacenados
pueden ser visto como una matriz X de nxm, donde
n denota el número de filas y m, las columnas
que conforman dicha matriz. Tomando como
base esta nomenclatura el análisis de variables
con MD, se vuelve más práctico. La MD constituye
una de las fases del proceso de descubrimiento
de conocimientos en bases de datos (Knowledge
Discovery in Databases, KDD), el cual no es objeto
de estudio en este trabajo, sin embargo vale la pena
abordarlo dada su alta relación con MD y su potencial
para descubrir conocimiento útil a parir de bases de
datos, mientras que MD se refiere a la aplicación
de los métodos de aprendizaje (supervisados y no
supervisados), y estadística para la obtención de
patrones de tal forma que éstos ayuden a tomar
decisiones más seguras ó, que reporten algún tipo
de beneficio a las organizaciones. Este proceso
puede resumirse en la figura 2.
Figura 2. Esquema de KDD
10
Integración y recopilación, se determinan las
fuentes de información que pueden ser útiles y
dónde conseguirlas; se transforman todos los datos
a un formato común, y se detectan y resuelven las
inconsistencias.
Selección, limpieza y transformación, se eliminan
o corrigen los datos incorrectos, y se decide la
estrategia a seguir con los datos incompletos;
además, se consideran únicamente aquellos
atributos que van a ser relevantes, con el objetivo de
hacer más fácil la tarea propia de minería.
Minería de datos, se aplica el modelo, la tarea, la
técnica y el algoritmo seleccionado para la obtención
de reglas y patrones.
Evaluación e interpretación, se evalúan los patrones
y se analizan por expertos, y si es necesario, se vuelve
a las fases anteriores para una nueva iteración.
Difusión, se hace uso del nuevo conocimiento y se
hace partícipe de él a todos los posibles interesados.
Las dos primeras fases se engloban bajo el nombre
de preparación de datos.
Previo a las fases descritas, es prioritaria una etapa
de entendimiento, definir y priorizar los objetivos del
negocio para centrar el análisis de las necesidades de
la organización.
Desarrollo de la metodología
Posterior a determinar el objetivo del presente
trabajo, el cual se centra en reducir el consumo de
energía eléctrica en el proceso de fusión en un HAE
en por lo menos el 1%, fue necesario comprender el
funcionamiento y la terminología, con ello tener una
referencia para el tratamiento de las variables que
conforman dicho proceso.
Partiendo de los datos generados a partir del sistema
del HAE se extrajo una lista de las variables que
intervienen en el proceso de fusión las cuales se
enlistan en la tabla 1.
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
La eliminación de los registros se realizó desechando
los registros que, tomando de referencia 3
desviaciones estándar, cayeran dentro de este
rango, así como aquellos registros inconsistentes,
obteniéndose 258 registros correctos.
Gráficamente puede observarse el porcentaje de
los datos empleados en el análisis en la figura 3, de
donde se determinó que el 47.6% de los datos son
suficientemente representativos para el análisis y la
aplicación de un algoritmo de MD.
Figura 3. Porcentaje de coladas registradas
Tabla 1. Variables del proceso de fusión
Dado las características y necesidades en
transformación de los datos, se normalizó la base de
datos en el intervalo [0,1] para acceder a los mismos
con mayor practicidad, utilizando la siguiente
ecuación:
Las observaciones para cada una de estas variables
comprenden los registros históricos del HAE de
un mes. Con esto se completa la primera fase del
proceso, (integración y recopilación de datos).
Dada las características del proceso y para poder
tratar los datos; es decir, selección, limpieza y
transformación, se aplicó control estadístico de
proceso a fin de centralizar los datos a la media
aritmética ( ), a través de la desviación estándar de
los datos empleando la ecuación 1 [6].
Ecuación 1. Desviación estándar
Ecuación 2. Normalizar datos
Dónde:
Val [0,1], son los valores resultantes entre 0 y 1.
x, representa las observaciones en la base de datos.
min, se refiere al valor mínimo de la observación a
normalizar.
max, se refiere al valor máximo de la observación a
normalizar.
Normalizados los datos se estableció con apoyo
del conocimiento a priori; es decir, el conocimiento
basado en la experiencia, en este caso del operador
del HAE y/o el responsable del proceso, la variable
kWh/TCM como: la variable objetivo a minimizar. Para
lo cual se generó la clasificación de coladas tomando
como referencia el menor y mayor consumo de kWh
por TCM, la figura 4, representa la distribución del
consumo en el conjunto tomado para el análisis.
13
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Dónde: u+j, u-j, σ+j y σ-j estándar del atributo j para
la clase positiva y negativa respectivamente.
Figura 4. Consumo de kWh/TCM
A partir de la gráfica anterior, se definen las clases
para las coladas; es decir: coladas buenas, aquellas
donde el consumo de energía eléctrica se concentra
entre 310-330 kWh/TCM, y coladas malas, aquellas
cuyo consumo de energía eléctrica se concentra
entre 350-370 kWh/TCM.
Por las características del proceso de fusión, el cual
se compone de datos representativos y aunque la
dimensionalidad de los mismos no es problema,
se aplica una estrategia que radique en la elección
de atributos y seleccionar la cantidad de éstos para
lograr efectividad en el modelo de discriminación.
De acuerdo a Guyon et al. [7], existen tres estrategias
principales para la selección de atributos: los métodos
de filtro, los métodos wrapper o envolventes, y los
métodos embedded o empotrados.
La primera estrategia utiliza propiedades estadísticas
para filtrar aquellos atributos que resulten poco
informativos antes de aplicar el algoritmo de
aprendizaje, mirando sólo propiedades intrínsecas
de los datos. Un método de filtro univariado utilizado
comúnmente es el criterio de Fisher (F), el cual
calcula la importancia de cada atributo en forma de
puntaje al estimar la correlación de cada atributo
con respecto a la variable objetivo en un problema
de clasificación biclase.
El puntaje F(j) para un atributo particular j viene
dado por:
En este caso la clase positiva (CP) representa las
coladas buenas y la clase negativa (CN) a las coladas
malas respectivamente.
El cálculo utilizando el criterio de Fisher, generó
como resultado la variable Velocidad de Fusión
(Vel. Fus.), ésta tiene mayor correlación respecto
la variable objetivo (kWh/TCM). Una vez calculada,
la variable se considera como discriminante para
generar la clasificación, donde:
Ecuación 4. Criterio de clasificación
Una vez realizadas las fases 1 y 2 del proceso KDD,
descrito en los párrafos anteriores, se procedió a
adaptar los datos del proceso de fusión del HAE
al algoritmo SVM-RFE. Dicho algoritmo, obtiene
los coeficientes y genera una lista de ranqueo
que facilita e identificar las variables altamente
discriminantes o de mayor influencia para lograr
un consumo energético eficiente en el proceso de
fusión en el HAE.
Algoritmo SVM-RFE
El algoritmo SVM-RFE, es una técnica de MD que
combina SVM y REF, métodos desarrollados por
V. Vapnik (1990) e I. Guyon [7], respectivamente.
Modelos predictivos que tienen la capacidad de
generar conocimiento con la interpretación de la
solución obtenida. El algoritmo a utilizar se basa en
el caso lineal el cual se describe como sigue:
Entrada:
%Ejemplos de entrenamiento
X0 = {x1, x2,...xk,...xl }T %Los ejemplos son las
observaciones del proceso de fusión del HAE.
Ecuación 3. Criterio de Fisher
%Etiquetas de las clases
{y1, y2,...yk...yl}T %Las clases es la clasificación de
buenas colas a partir de la velocidad de fusión,
binarizadas con -1 para la clase negativa y +1 para
la clase positiva
Inicio:
%Subconjunto de características de sobrevivencia
14
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
s = [1,2,...n]
%Lista de características ordenadas r = []
Repetir hasta s = []
%Restringir ejemplos de entrenamiento para los
índices de buenas características
X = X0(:,s)
%Entrenar el clasificador = SVM-entrenar (X, y)
%Calcular el vector de peso de toda la dimensión.
w=
%Calcular los criterios de ordenamiento. ci = (wi)2,
para todos los i
%Encontrar la característica con el más pequeño
criterio de ordenamiento.
f = arg min(c)
%Actualizar la lista ordenada de características. r =
[s(f ), r]
%Eliminar la característica con el más pequeño
criterio de ordenamiento.
s = s(1:f – 1, f + 1:length(s))
%Salida:
Lista r con los índices de características de mayor
peso end.
El resultado obtenido a partir del algoritmo arriba
descrito, es el ranking de variables que influyen en
lograr coladas con consumos energéticos eficientes.
En la tabla 2 se muestra el ranking con las 5 variables
más influyentes para lograr un consumo energético
eficiente:
condición facilita controlar las PPM-O2.
Figura 5. Relación C/O2 en etapa de calentamiento
C/minuto en etapa de Calentamiento: el
comportamiento de esta variable tiende
relativamente a aumentar, en la fase de
calentamiento para las coladas con ajuste respecto
las coladas históricas (ver figura 6). Por consiguiente
se aumenta la temperatura en menor tiempo.
Figura 6. Velocidad de calentamiento
Cantidad de Grafito Inyectado en la Etapa de Baño
Plano: esta variable se comportó con una tendencia
a la baja; es decir, la inyección de C en las coladas
con ajuste es menor, respecto a las coladas históricas
(ver figura 7). La inyección de grafito (carbono), en la
etapa de baño plano se relaciona fuertemente con la
formación de escoria espumosa.
Pruebas y resultados
Posterior a obtener las variables que afectan
directamente el proceso para obtener una colada
buena, éstas se ajustaron al sistema de control del
HAE Obteniéndose los resultados que a continuación
se describen.
Relación C/O2 en etapa de Calentamiento del
acero: el comportamiento de esta variable es a
la baja, es decir el carbono inyectado en la fase de
calentamiento es menor para las coladas con ajuste
respecto las coladas históricas (ver figura 5). Esta
15
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
De acuerdo con cada una de las gráficas, para cada
una de las variables ajustadas en el sistema de
control del HAE, existen tendencias positivas que
benefician al consumo de energía eléctrica (ver
figura 10), donde las coladas con ajuste de variables
tuvieron un consumo promedio de 374 kWh/TCM;
es decir 15.81 kWh/TCM menos respecto las coladas
históricas cuyo consumo promedio fue de 390 kWh/
TCM.
Figura 7. Inyección de carbono en baño plano
TCMTot/Tpo OnTot las Toneladas fundidas por
minuto en una colada: la tendencia para esta
variable (ver figura 8) es positiva; es decir, las coladas
de prueba respecto con las históricas, reflejan un
incremento de hasta 1.9 Toneladas por minuto,
y aunque en apariencia se empatan en el último
punto, puede notarse una ligera tendencia hacia
arriba para las coladas con ajuste, y hacia abajo para
las coladas históricas.
Figura 10. Consumo de kWh/TCM
Esta reducción representa el 3.55± 0.5%, del total del
consumo histórico.
El tiempo por colada también se vio afectado de
forma positiva (ver figura 11); es decir, se obtuvo
una tendencia promedio relativamente constante
de 44.8 minutos respecto a las coladas históricas el
cual es de 46.1; es decir un 1 ±0.3 minutos menos por
colada.
Figura 8. Velocidad de fusión
Relación CTot/O2Tot en toda la colada: el
comportamiento de esta variable es a la baja, es
decir el carbono inyectado durante toda la colada
es menor para las coladas con ajuste respecto
a las coladas históricas (ver figura 9). Al tenerse
esta condición en todo el proceso, las reacciones
exotérmicas, se vuelven más eficientes ya que se
asegura una reacción de combustión equilibrada.
Figura 9. Relación C/O2 para toda la colada
16
Figura 11. Duración de colada
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Conclusiones
De acuerdo con la ejecución del método SVMRFE, la variable de mayor peso es la relación C/
O2, en la etapa de Calentamiento. Esta etapa es
considerada como crítica, ya que es la determinante
para conseguir las especificaciones de la práctica
metalúrgica, la cantidad de partes por millón de
oxígeno (ppmO2) y Temperatura ( C) para el vaciado
del acero líquido. Propiamente la inyección de C y
O2, es determinante para la formación de escoria
espumosa. Los resultados dejan en claro que la
aplicación de los algoritmos de Minería de datos
(MD), aportan grandes beneficios en problemas
de ahorro y optimización. De manera inmediata se
dará el seguimiento pertinente al perfil desarrollado
con el propósito de detallarlo y afinarlo y asegurar
que los resultados obtenidos en las pruebas sean
permanentes e independientes de las condiciones
de operación en el proceso de fusión de acero.
Dr. José Crispín Hernández Hernández, Doctor en
Ciencias de la Computación por de la Universidad
de Angers, Francia (2008).
Dr. Perfecto Malaquías Quintero Flores, Doctor
en Ciencias de la Computación por l’Université
Montpellier 2 (UM 2) en el Laboratorio de Ciencias
de la Computación, Robótica y Microelectrónica de
l’Université Montpellier 2 y el Centro Nacional para
la Investigación Científica de Francia (LIRMM-CNRS)
en Languedoc- Roussillon, Francia (2013).
Dr. Rafael Ordoñez Flores, Doctor en Ingeniería
Eléctrica, en la Escuela Superior de Electricidad
(SUPELEC) en la Universidad de París 11, en Orsay,
Francia, (2007).
Mtra. Haydee Patricia Martínez Hernández, Cuenta
con Maestría en ciencias en Ingeniería Mecánica por
el Instituto Tecnológico de Puebla (I.T.R.) (2002).
Referencias
[1] R.T. Jones, “DC Arc furnace – Past, Present and
future”, South African Institute of Mining and
Metallurgy.
[2] Y. Ishihara, “Progress of special Steel-making
process in Japan”, Iron and Steel Institute of Japan.
(Japan) 1954.
[3] P. Damiano, M. Fabbro, F. Muniente, “EAF-AC
Operative manual”, Productos Siderúrgicos Tlaxcala,
(México), Abr. 2010.
[4] C. L. Karr, E. L. Wilson, “Improved electric arc
furnace operation via implementation of a genofuzzy control system”, Materials and Manufacturing
Processes, 20:381-405, (Alabama, USA), 2005
[5] W. Vos & L. Evers “MSc in Bioinformatics: Statistical
Data Mining” September 2004.
[6] M. H. Down, T. Kerkstra, P. Cvetkovski, D. R.
Benham, “Statistical process control”, (England) Jul.
2005.
[7] I. Guyon, J. Wetson, S.Barnhill, V. Vapnik, “Gene
selection for cancer classification using support
vector machine”, Machine Learning 46 (2002) 389422.
Currículo corto de los autores
Ing. Amado Sánchez Sánchez, Ingeniero Industrial,
por el Instituto Tecnológico de Apizaco. Actualmente
se encuentra realizando estudios de Maestría en
Sistemas Computacionales en el mismo Instituto.
17
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Mapa dinámico para los atractivos
turísticos de Puebla
R. Montiel Lira, R. M. Rosas Vázquez
Resumen: El turístico es uno de los principales sectores económicos de México, es
por eso que la dependencia de gobierno encargada de la promoción turística en
el estado de Puebla, siempre está buscando las formas de incrementar el número
de turistas; uno de sus esfuerzos más grandes, fue obtener el nombramiento de 4
municipios del norte del estado como “Pueblos Mágicos”, por parte de la Secretaría
de Turismo Federal, además de que junto con estos y otros municipios que cuentan
con atractivos turísticos sobresalientes, crearon la llamada “Sierra Mágica”.
Sin embargo, los atractivos turísticos de algunos municipios no son conocidos, es
por eso que la Secretaría de Turismo del Estado de Puebla hace uso de diferentes
tecnologías actuales para resolver este problema, por medio de un sistema donde el
turista pueda visualizar sobre un mapa la localización de estos atractivos junto con
una descripción.
Palabras Clave: Atractivos turísticos, mapas, kml.
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción
Actualmente la tecnología es un soporte de las tareas
cotidianas de la mayoría de los seres humanos, tanto
en el desarrollo las actividades como en la toma de
decisiones y el manejo de la información.
Por otra parte, el turismo es una de las principales
actividades económicas del país que le representa
ingresos importantes a través de los destinos
divididos en centros de playa, turismo de aventura,
pueblos mágicos, turismo social, de negocios,
ecoturismo y otras áreas que pretenden presentar
una oferta atractiva para el visitante nacional e
internacional.
Este sector hace uso de los avances tecnológicos
por medio de dispositivos eléctricos y sistemas
de información para dar a conocer los atractivos
turísticos de una región o un estado, incrementando
así, el número de turistas y en consecuencia el
incremento de la derrama económica para estos.
De acuerdo al Banco de México (Banxico) señala que
“en el primer trimestre del 2014, los ingresos por
visitantes internacionales alcanzaron los dos dígitos,
al superar en casi el 15 por ciento la registrada en el
mismo periodo en el año anterior” [1], los ingresos
en este sector en los meses de enero a marzo del
presente año fueron de 4436.4 millones de dólares.
Para el estado de Puebla, el sector turístico también
es muy importante, ya que durante el año pasado se
registraron 6 millones 371 mil turistas, de los cuales
el 88 % son nacionales y el resto extranjeros.
Cabe destacar que los atractivos turísticos más
visitados dentro del estado de Puebla, es el centro
histórico y el norte del estado, este último cuenta con
una gran diversidad de sitios turísticos y actividades
recreativas, cuenta con 4 Pueblos Mágicos, que son
Chignahuapan, Zacatlán, Xicotepec y Pahuatlán y
junto con otros 13 municipios de la sierra norte, en el
año del 2013 se creó la llamada “Sierra Mágica”, con
el propósito de incrementar hasta un 30% el turismo
de esta región.
El 27 de mayo del presenta año, en España la
Secretaría de Turismo del Estado de Puebla, recibió
oficialmente el premio “Fitur Turismo Activo” en la
categoría internacional con mención especial, por
parte de la Feria Internacional de Turismo FITUR,
ganado en enero del 2014, por la creación de la
“Sierra Mágica”[2]. Por su reciente creación, muchos
de los atractivos turísticos que son parte de la “Sierra
Mágica” no son muy conocidos, es por eso que
haciendo uso de la tecnología, se desarrolla un mapa
dinámico para los turistas, donde se visualizan estos
atractivos turísticos ubicados en un mapa de Google
Maps para su fácil localización.
Google Maps
Google Maps es un servidor de aplicaciones de mapas
en la web que pertenece a Google. Ofrece imágenes
de mapas desplazables, así como fotografías por
satélite del mundo e incluso la ruta entre diferentes
ubicaciones o imágenes a pie de calle Google Street
View.
Los usuarios pueden ingresar una dirección, una
intersección o un área en general para buscar en
el mapa. El usuario también podrá dar un título y
hacer una descripción de la temática del mapa, y
determinar si quiere compartirlo publicamente o no.
Como otros servicios de mapa, Google Maps permite
la creación de pasos para llegar a alguna dirección.
Esto permite al usuario crear una lista paso a paso
para saber el cómo llegar a su destino, calculando
el tiempo necesario y la distancia recorrida entre las
ubicaciones.
Archivo KML
Un archivo KML es un fichero que contiene datos
geográficos. Mediante los archivos KML se pueden
situar en un mapa distintos lugares que estén
relacionados, estos archivos han sido desarrollados
para ser manejados con el programa Google Earth,
pero también se pueden utilizar con la aplicación de
Google Maps.
Descripción del sistema
El estado de Puebla cuenta con una gran variedad de
atractivos turísticos, principalmente en turismo de
aventura y ecoturismo en el norte del estado; con la
creación de la “Sierra Mágica”, donde se contemplan
17 municipios, de los cuales 4 son pueblas mágicos,
se pretende incrementar el arribo de turistas a estos
atractivos turísticos.
Uno de los principales problemas en el sector turístico,
es la poca o nula información de los atractivos
turísticos y la divulgación de los mismos, muchos
de éstos sólo son conocidos por los lugareños o
difundido por personas que los han visitado.
Es por eso que se desarrolla un sistema de
información geográfica de los atractivos turísticos
de la “Sierra Mágica”, donde se muestra los diferentes
atractivos turísticos sobre un mapa de Google Maps.
El sistema es una aplicación de cómputo desarrollada
con los mapas de Google Maps, útil para la
administración y consulta de recorridos en rutas
turísticas entre los principales municipios con oferta
turística del estado de Puebla.
El sistema está planeado para que las personas que
tengan la intención de recorrer el norte del estado,
19
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
puedan tener la información básica de los atractivos
turísticos clasificados en: Cascadas, Lagos y lagunas,
Arquitectura Civil, Arquitectura Religiosa, Centros de
Recreación y espectáculos, Grutas y Cavernas, Ríos,
Parques Naturales y Reservas de Flora y Fauna, Zonas
Arqueológicas, Lugares de observación de flora y
fauna, Montañas, Planicies y Museos.
Figura 1. Interfaz “Agregar punto desde el mapa”
Debido a que la información de los atractivos
turísticos puede cambiar en algún momento, ya sea
para su corrección o modificación, incluso para dar
de alta un nuevo atractivo; el sistema está dividido
en dos partes: a) Módulo Administrador; donde
el responsable del manejar la información, tiene
los privilegios de realizar las tareas de almacenar
la información de un nuevo atractivo turístico,
modificar esta información, incluso el de eliminar la
información de atractivos. Por otra parte, se tiene
b) Módulo Turista; esta vista está disponible para
todas las personas que tengan el interés de visitar la
“Sierra Mágica” y deseen obtener información básica
de los atractivos turísticos así como su ubicación. A
continuación se explican a detalle las dos vistas del
sistema.
Módulo Administrador
Este módulo está dirigido para ser utilizado por
personal de SECTUR Puebla, ya que tiene el objetivo
del manejo de las interfaces del sistema para las
funciones de registro, actualización y eliminación
de atractivos turísticos, además de la creación de
archivos KML, mismos que tendrán efecto en el
sistema difundido al público en general.
a) Agregar punto desde el mapa. Al dar un clic sobre
éste se despliega un formulario el cual solicita la
captura de datos, además sobre el área del mapa se
habilita el apuntador que proporciona la facilidad al
usuario para señalar el punto de ubicación geográfica
que se desea registrar. Cuando se da clic sobre el
mapa, aparecerá una marca y en el formulario se
mostrará la Longitud y Latitud de esa marca; en ese
mismo formulario se debe de escribir el Nombre,
Dirección y seleccionar el Tipo del atractivo turístico,
una vez realizado esto se dará clic en el botón
Agregar y esta información quedará almacenada
en una base de datos creada para el sistema. Esta
interfaz se muestra en la figura 1.
20
b) Editar y Eliminar. Los datos registrados en la
sección anterior pueden ser editados y eliminados,
después de haber seleccionado el tipo de atractivo
al que pertenece el dato. Cuando se desea eliminar
un dato, solo se selecciona esta opción del atractivo,
el sistema borrará el registro y mostrará un mensaje
de confirmación “Los datos se han eliminado
correctamente” y llevará al usuario a la interfaz inicial;
cuando solo se desea editar los datos de un atractivo,
el sistema mostrará una nueva interfaz como se
ve en la figura 2, y se podrán modificar sus datos,
para después almacenarlos en la base de datos del
sistema.
Figura 2. Interfaz “Editar datos
c) Crear KML. KML es un formato de archivo que
se utiliza para mostrar datos geográficos en un
navegador terrestre, como Google Earth y Google
Maps. KML utiliza una estructura basada en etiquetas
con atributos y elementos anidados y está basado
en el estándar XML [3]. Esta sección permite crear
los arquitos KML, con la información geográfica
almacenada en la base de datos del sistema, esto
para después puede ser visualizada por los turistas
en el módulo que más adelante se explicará.
Módulo Turista
Este módulo está integrado por tres secciones
denominadas: Cómo llegar..., Centrar y Atractivos
turísticos. A continuación se explica cada uno de
estos y la figura 3 muestra la interfaz del módulo
Turista.
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Conclusiones
Figura 3. Interfaz Módulo turista
a) Cómo llegar...En la parte superior de la interfaz
se encuentran dos listas desplegables, donde se
encuentran el nombre de los 17 municipios que
conforman la “Sierra Mágica”, además de los nombres
de la Ciudad de Puebla y el Distrito federal. La
finalidad de estos es poder seleccionar un “Origen” y
un “Destino”, de forma automática, se marcará la ruta
entre estos dos puntos, seleccionando el nombre de
la sección del lado derecho, se leerán el paso a paso
de esta ruta.
b) Centrar. Esta segunda opción, muestra una
lista desplegable de los 17 municipios antes
mencionados, la finalidad es seleccionar uno de
éstos, el mapa centrará y hará un acercamiento sobre
la localización del municipio seleccionado.
c) Atractivos Turísticos. En esta última sección, se
podrán seleccionar uno o más de las clasificaciones
de los atractivos turísticos antes mencionados y
sobre el mapa se podrá visualizar la ubicación de
cada uno de los atractivos turísticos agrupados en
cada una de las clasificaciones seleccionadas. Si se
desea dejar de visualizar un grupo de atractivos, sólo
se debe dejar de seleccionar éste, en las opciones del
lado derecho de la interfaz. Para cada clasificación de
los atractivos turísticos se crea un archivo KML, que
contiene la información geográfica de cada uno de
los atractivos que la conforman.
El turismo, por ser uno de los sectores importantes
en la economía nacional, constantemente busca
la manera de incrementar el número de visitantes
mediante el uso de la tecnología actual. Se crea este
sistema para el almacenamiento de la información de
los atractivos turísticos con el objetivo de que pueda
ser consultada por las personas que tengas deseos
de visitar el Estado de Puebla e incrementar su
interés a partir de la presentación de una descripción
de los atractivos y su ubicación sobre un mapa.
Referencias
[1] Boletín 108.- La Derrama por Turistas
Internacionales Creció15% en el Primer Trimestre;
Superó los 4, 436 mdd: BANXICO, Mayo 2014
[2] Feria Internacional de Turismo de Madrid Entrega
Oficialmente a Puebla Reconocimiento por Sierra
Mágica
http://www.puebla.travel/es/noticias/item/feriainternacional-de-turismo-de-madrid-le-entregaoficialmente-a-puebla-reconocimiento-por-sierramagica, Mayo 2014
[3] Tutorial de KML, Google Developers.
https://developers.google.com/kml/
documentation/kml_ tut?hl=ES, Mayo 2014
Currículo corto de los autores
Raymundo Montiel Lira. Licenciado en Informática,
del Instituto Tecnológico de Apizaco en el año 2006.
Maestro en Sistemas Computacionales del Instituto
Tecnológico de Apizaco en el año 2009.
Una vez visualizado un atractivo turístico, se puede
dar clic sobre el mismo y se obtendrá información
básica de éste, como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Visualización de atractivos turísticos
21
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Detección de necesidades
empresariales en el municipio de
Teziutlán, Puebla
J. Rivera Flores
Resumen: El siguiente artículo muestra la primera etapa para el desarrollo de
una línea de investigación para la carrera de Ingeniería Industrial perteneciente al
Instituto Tecnológico Superior de Teziutlán, que consiste en la metodología utilizada
para el diseño, desarrollo y aplicación de una encuesta la cual tiene como objetivo
detectar las necesidades de las empresas en donde esta carrera tiene cobertura y
a futuro poder consolidar proyectos en donde universidad y empresa obtengan
beneficios impulsando a la región.
22
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción
La academia de Ingeniería Industrial en el afán de
consolidar sus planes de estudio y al mismo tiempo
sentar las bases para el desarrollo de investigación, se
ve en la necesidad de dar los primeros pasos para el
establecimiento de una línea de investigación la cual
emane de las necesidades reales que actualmente
presentan las empresas del municipio de Teziutlán,
Puebla y poder así contribuir a que tanto docentes
y alumnos pongan en prácticas los conocimientos y
al mismo tiempo la empresas se beneficien con las
asesorías recibidas.
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos de acuerdo a las Reglas de
Operación PRODEP (Programa para el Desarrollo
Profesional Docente, antes conocida como PROMEP)
publicadas en el Diario Oficial de la Federación
el pasado 29 de Diciembre de 2013, se menciona
que una Línea Innovadora de Investigación
Aplicada y Desarrollo Tecnológico (LIIADT o mejor
conocida como Línea de Investigación), es una serie
coherente de proyectos, actividades o estudios en
temas disciplinares o multidisciplinares enfocados
principalmente a la creación, desarrollo y mejora
de tecnología con el fin de atender las necesidades
del sector productivo y de servicios. (PRODEP,
2013) Desde el punto de vista del Sistema Nacional
de Educación Superior Tecnológica (SNEST) en su
manual denominado “Lineamientos Básicos para
el Desarrollo de la Investigación”, menciona que
una línea de investigación constituye el esfuerzo
sistemático, de carácter institucional y académico,
que realizan grupos de investigadores y alumnos
con la finalidad de abordar, de forma cooperativa
e interdisciplinaria un área de conocimiento o
para contribuir a la solución de un problema que
afecta a una región o grupo social, de acuerdo
con las expectativas e intereses de la comunidad
educativa relacionada. (SNEST, 2005) Las dos fuentes
consultadas mencionan que es necesario establecer
líneas de investigación que tengan la capacidad
de atender necesidades reales del entorno con la
finalidad de poder impulsar a la región, logrando
obtener beneficios bilaterales entre Institución de
educación superior y empresa.
fueron respondidas por el personal de confianza,
misma que se presenta a continuación. 1. ¿Desarrolla
su empresa actividades de investigación, desarrollo
tecnológico o innovación? ____Si ____No Si la
respuesta fuese si, indique persona, departamento
u organización responsable _________________
___________________________
_____________
_______________________ 2. ¿Qué cuestiones le
dificultan superar esta necesidad, o desarrollar la
innovación? ____Necesidad de recursos financieros.
____Necesidad de personal especializado. ____
Necesidad de infraestructura tecnológica o medios
técnicos, ____Otras: Si respondió otras; Como
cuales______________ 3. ¿Cuál o cuáles son los
problemas más comunes en relación a sus procesos
de producción que se presentan en su empresa? ____
Calidad de sus productos. ____ Problemas en el flujo
de sus procesos de producción. ____ Capacitación
a su personal. ____ Paros de maquinaria. ____
Problemas con la automatización de sus procesos.
____ Otra, especifique: ________________________
____________________ ____ 4. ¿Su empresa cuenta
con manuales de calidad?
____Si ___No 5. ¿Su empresa cuenta con manuales
de procedimientos detallados? ____Si ____No 6.
¿Estaría dispuesto a permitir la participación de
alumnos de la carrera de ingeniería industrial del
ITST para que pongan en práctica los conocimientos
adquiridos en el aula haciéndole propuestas de
mejora a sus procesos? ____Si ____No
Resultados
Haciendo un análisis a través del Software IBM-SPSS
Statistics 22 y presentando los resultados gráficos
de la pregunta más importante que en este caso es
la 3, se puede apreciar en la figura , que existe una
considerable problemática relacionada con el Flujo
de los Procesos de Producción y Paros de Maquinaria
los cuales corresponden a un 30.65% y 20.97%,
respectivamente.
Desarrollo
Se diseñó y aplicó un instrumento de sondeo de
necesidades a 64 Empresas de la Región, el cual
consistió en una encuesta de 6 preguntas que
23
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Fig. 1 Problemáticas Presentadas en las Empresas
Se realizó también un análisis de las líneas de
investigación más comunes que están manejando
los cuerpos académicos en la plataforma PRODEP
(Anteriormente
conocida
como
PROMEP)
relacionadas con las Carreras de Ingeniería
Industrial y de otras Instituciones, en donde se pudo
apreciar que muchas universidades están utilizando
los nombres de optimización de procesos para
denominar dichas líneas.
Referencias
Fisher, L. (2004). Mercadotecnia. México: McGraw Hill.
González, C. S. (2007). Análisis Estadístico con SPSS
14. Madrid: McGraw Hill. PRODEP. (2013).
Reglas de Operación del Programa para el Desarrollo
Profesional Docente. México. Sampieri, R. H. (2006).
Metodología de la Investigación. México: McGrawwHill. SNEST. (2005). Lineamientos Básicos para el
Desarrollo de la Investigación. México.
Conclusión
Se concluye que la línea de investigación para la
carrera de Ingeniería Industrial debe contener un
nombre en donde se reflejen temáticas relacionadas
con proponer soluciones a problemas relacionados
con el flujo de procesos productivos al igual que
de paros de maquinaria. En junta de academia del
pasado 24 de Septiembre del presente se analizaron
los resultados del sondeo de necesidades, al igual
que de los nombres de líneas de investigación de
otras universidades y se determinó nombrar a la
línea de investigación de Ingeniería Industrial del
Instituto Tecnológico Superior de Teziutlán como
“Optimización de Procesos Productivos”.
24
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Videojuego para dispositivos
móviles para concienciar sobre la
inseguridad en México.
R. A. Meléndez Armenta, F. J. Ortega Villegas,
A. G. Sánchez Méndez.
Resumen: El presente trabajo de investigación considera a la inseguridad en México
como uno de los problemas sociales que afecta a muchos adolescentes. Se define al
proyecto como el diseño y desarrollo de un videojuego para dispositivos móviles,
orientado a las situaciones de riesgo de inseguridad a las que un adolescente, entre
13 y 17 años, pueda enfrentarse. Este videojuego emplea principios de inteligencia
artificial y características de los juegos de aventura. Finalmente se asegura que el
jugador obtendrá habilidades estratégicas que le servirán en su vida cotidiana, para
enfrentar los peligros que en la actualidad acechan a todo adolescente, conforme el
jugador avanza en los distintos niveles que presenta el videojuego, podrá manejar
mejor distintas situaciones de peligro que presenta la vida real.
Palabras Clave: inseguridad en México, adolescentes, videojuego, dispositivos móviles
e inteligencia artificial.
25
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción
Actualmente México enfrenta un gran problema
social el cual es la inseguridad y la violencia. Este
problema afecta a todas las edades de la población,
pero se considera importante que los niños y jóvenes
comience a reflexionar sobre el deterioro de la
convivencia social y los problemas que afectan a
esta. Una de las formas de hacer conciencia sobre
la violencia y la inseguridad en los jóvenes es
haciendo uso de la tecnología y hoy en día el uso de
dispositivos móviles se ha vuelto una moda entre la
sociedad, principalmente entre los jóvenes. Además
se sabe que una forma de utilizar la tecnología
como medio de aprendizaje es la implementación
de videojuegos, puesto que éstos son considerados
como una de las grandes esperanzas de la formación.
Considerando lo anterior, el propósito del proyecto
es utilizar las tecnologías actuales, desarrollando un
videojuego para que usuarios de entre 13 y 17 años
de edad tomen conciencia, de una manera divertida
y dinámica, acerca de los problemas sociales a
los que puede enfrentarse ante el crecimiento de
la violencia. El fin de esta aplicación es que los
usuarios estén preparados para enfrentarse a los
problemas de la inseguridad y la violencia en la
sociedad, por medio de simulaciones y contenidos
multimedia, implementando la Teoría de juegos
y Decisiones estratégicas. Los juegos son una
manera eficaz de introducir nueva información y
consolidar la comprensión del usuario. El aprendizaje
basado en juegos consiste en el uso de juegos
digitales con objetivos educativos, utilizándolos
como herramientas que apoyen los procesos
de aprendizaje de forma significativa. Estudios
realizados muestran que existe una cierta conexión
entre él y aprendizaje. Diversos argumentos apoyan
el uso de los videojuegos como herramientas de
aprendizaje, siendo el más recurrente el hecho de
que éstos pueden mejorar la motivación de los
usuarios, debido a su naturaleza de inmersión. Dicho
lo anterior, usaremos la metodóloga de aprendizaje
basada en juegos utilizando tres estilos, visual,
auditivo y de lectura.
Antecedentes
Citando los reportes oficiales del Secretariado
Ejecutivo del Sistema Nacional de Seguridad
Pública, el documento de México Unido Contra
la Delincuencia, subraya que los delitos de alto
impacto tales como robo, lesiones, homicidio,
secuestro y extorsión, aumentaron 8.2% entre
febrero y abril de 2013, mientras que en los cuatro
26
meses previos estos delitos habían mantenido
una tendencia a la baja. Asimismo, en los primeros
cuatro meses del año la extorsión se incrementó
13.6%. La falta de información y conocimiento entre
las personas sobre qué hacer ante un escenario de
violencia, influye en cómo afrontan una situación
real de violencia. ¿Qué pasaría si se supiera cómo
actuar ante un intento de secuestro? ¿O ante un
intento de fraude vía teléfono? Las cosas serían
diferentes. Se considera que los adolescentes son
mayormente vulnerables a enfrentarse a situaciones
de inseguridad. Si bien los hábitos de seguridad para
los jóvenes adolescentes el riesgo se incrementa,
en la medida en que las actividades de éstos no son
observadas y supervisadas al cien por ciento por
sus padres, y porque los muchachos comienzan a
experimentar relaciones interpersonales de manera
independiente. De acuerdo con lo anterior, se realiza
la siguiente pregunta de investigación, ¿existe en
nuestro país un videojuego multiplataforma que
permita crear conciencia sobre la inseguridad y que
ofrezca la obtención de un conocimiento sobre cómo,
posiblemente, podría actuar en un situación real de
violencia a la que pueda enfrentarse un adolescente?
Actualmente se han implementado formas de
educación mediante el uso de videojuegos. Se ha
encontrado que existen videojuegos que permiten
identificar situaciones de riesgo y formas de
prevenirlas, aunque estos no se refieren precisamente
a riesgos del tipo de inseguridad y violencia, como se
ha planteado ya en la problemática. Por tal motivo es
que no se ha identificado un videojuego que permita
crear conciencia sobre la inseguridad en México y que
sea dirigido y adaptado para adolescentes. Por ello
se pensó en el diseño de un videojuego orientado a
las situaciones de riesgo de inseguridad a las que un
adolescente pueda enfrentarse, haciendo con esto
que el adolescente adquiera un conocimiento que le
sea de utilidad en caso de que pueda encontrarse en
algún momento en una situación real de inseguridad.
Diseño metodológico
Considerando que la investigación realizada está
dirigida a fin de ser implementada para la realización
de un videojuego, se hizo un estudio y análisis de
procesos de desarrollo de videojuegos, concluyendo
que, como metodología a elegir se utiliza una forma
propia para videojuegos, conocida como producción
de videojuegos. La metodología elegida se compone
de las fases de pre-producción, producción y postproducción, con sus determinados procesos cada
una.
Preproducción.
1. Concepto del videojuego. En el videojuego se
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
expone al jugador en una situación de inseguridad
tales como asaltos, secuestros, extorciones e
intimidación. Estas situaciones de peligro serán
ejecutadas considerando que el individuo se
encontrará en algún lugar de concurrencia común
en la vida real de los adolescentes, considerando el
estadio de la pubertad, la cual considera un rango de
edades de entre 13 y 17 años.
2. Características principales. El juego se basa en los
siguientes pilares:
- Planteamiento sencillo: la historia mencionada es
muy simple, una mera excusa para el desarrollo del
juego pero lo suficientemente explícita para que el
jugador sienta que tiene un objetivo, el cual en todo
caso deberá ser que su oponente no le haga daño.
- Decisión del curso de la situación: el usuario
deberá elegir el curso que tomará la situación, de tal
manera que el usuario elija mantenerse a salvo del
delincuente.
- Dinamismo: Este videojuego debe ser dinámico
y provocar una sensación de tensión en el jugador,
para que éste se sienta acorralado y poder manipular
su reacción, considerando que en un principio como
juego se deberá hacer que el jugador pierda, pero no
siempre deberá ser así.
- Ampliación: Debe ser ampliable con nuevos
niveles y enemigos de forma sencilla. El motor será
todo lo independiente posible. - Comportamiento
criminal. Los algoritmos a crear para el desarrollo
del videojuego deben considerar los aspectos
psicológicos y psicópatas de los criminales que
actúan en las situaciones de inseguridad integradas
en el juego.
dispositivo móvil, y este a su vez se encarga de que el
usuario interactúe con el videojuego y los diferentes
escenarios que lo integrarán.
t &MFNFOUPT EFM WJEFPKVFHP &O MB 'JHVSB TF
muestra la forma en que se encuentran organizados
los elementos que integrarán al videojuego, en
el cual se pueden identificar: escenarios, niveles,
decisiones y contenido. La distribución de los
elementos mencionados se define como se muestra
en el esquema considerando la interacción entre
DPNQPOFOUFTt&TDFOBSJPT4FQSFTFOUBSÈBMVTVBSJP
algunas de las principales situaciones de inseguridad
y violencia a las cuales se expondrá, los cuales son
las siguientes: asalto, secuestro, extorsión telefónica
e intimidación. El juego contendrá opciones para
elegir la dirección que el juego tomará y de acuerdo
a la decisión que elija el usuario podrá darse cuenta
del resultado de sus decisiones.
Figura 1. Diseño de la arquitectura del videojuego
- Comportamiento de la víctima (adolescente). Los
algoritmos que integren el diseño del videojuego
deben considerar los aspectos psicológicos de los
adolescentes de entre 13 y 17 años de edad para
adaptar los comportamientos comunes de quienes
serán los usuarios.
Producción
De acuerdo con la concepción del videojuego
y considerando que éste funcionará como una
aplicación nativa de forma monolítica en el
dispositivo móvil, se presenta la arquitectura
adoptada para el desarrollo de éste. Cabe destacar
que se puede implementar de manera distinta,
haciéndola capaz de compartir resultados obtenidos
al interactuar con la aplicación. En esta fase muestra
el diseño del juego.
t "SRVJUFDUVSB EFM WJEFPKVFHP -B BSRVJUFDUVSB
diseñada para el videojuego está representada
en el esquema que muestra la figura 1, de la cual
se interpreta que el jugador interactúa con el
Figura 2. Diseño de los elementos que integran la
arquitectura del videojuego
27
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
t/JWFMFT1BSBFMDBNCJPEFOJWFMFTTFQSFTFOUBSÈOMPT
siguientes aspectos:
- Ambiente. Son los diferentes entornos que contiene
el videojuego.
- Gravedad de la situación. Son los diferentes niveles
de gravedad de las problemáticas que se presenten
en cada escenario. Cada nivel va aumentando la
gravedad de la situación conforme el usuario vaya
adquiriendo conocimiento.
t %FDJTJPOFT -B UPNB EF EFDJTJPOFT DPOTJEFSBEB
para este videojuego toma en cuenta los siguientes
aspectos. - Teoría de juegos. Estudia las decisiones
que el usuario toma, teniendo en cuenta cual será el
curso del videojuego.
La teoría de juegos para la implementación en el
videojuego se realiza utilizándola como opción
pedagógica y en el desarrollo (programación) del
videojuego.
- Búsqueda heurística. El usuario pueda llegar a
la mejor solución, orientando al usuario a que de
acuerdo a las decisiones tomadas encuentre la
mejor manera de resolver la situación presentada.
El algoritmo a utilizar es el algoritmo de búsqueda
heurística en tiempo real del cual se puede
observar su comportamiento en la figura 3, donde
la planificación se refiere a la simulación de los
movimientos de los agentes para evaluar acciones
inmediatas, y la ejecución se refiere a realizar el
movimiento.
t$POUFOJEP&OFTUBQBSUFTFDPOTJEFSBFMSFTVMUBEP
obtenido en la toma de decisiones, mediante la
aplicación de teoría de juegos y búsqueda heurística.
- Presentación de resultados. Diferentes situaciones
de riesgo. Se muestra al usuario información de
acuerdo a las decisiones tomadas en la problemática
según el escenario. Si el usuario logra resolver la
situación se muestra que ha tomado las decisiones
correctas. Si el usuario llega a tomar malas decisiones,
regresa a repetir el nivel.
- Obtención de conocimiento. Al envolver al usuario
en diferentes situaciones de riesgo, este de manera
inconsciente obtendrá conocimiento, si toma
decisiones incorrectas tendrá que repetir el nivel,
pero
ahora en basa al conocimiento obtenido previamente,
sabrá tomar las decisiones correctas.
- Presentación de contenido. La presentación del
contenido se realizará de la siguiente forma. - Visual.
Se muestra al usuario la información de manera
visual, utilizando imágenes, video, etc.
- Auditivo. El contenido visual será acompañado por
audio, para aumentar el porcentaje de aprendizaje
del usuario.
- Lectura. Mediante textos, se muestra información al
usuario que ayude a obtener conocimiento.
28
Figura 3. Modo de operación del algoritmo de
búsqueda heurística en tiempo real
t *NQMFNFOUBDJØO "M IBCFS SFBMJ[BEP VOB
investigación y después de comparar cada uno de
los motores para el desarrollo de videojuegos 3D
se decidió utilizar Unity 3D, el cual es un poderoso
motor de renderizado totalmente integrado con
un conjunto completo de herramientas intuitivas
y flujos de trabajo rápido para crear contenido 3D
interactivo. Además se utilizará el programa Blender
para crear los modelos 3D que se integraran al
videojuego desarrollado en Unity 3D.
Post-producción
En esta fase el videojuego es probado extensivamente
para arreglar pequeños errores que se pudieran haber
pasado por alto, se prepara material para marketing,
se adapta el juego a distintos idiomas, se prepara el
lanzamiento, y se pasan las certificaciones necesarias
para que pueda ser publicado en las plataformas.
Esta fase, aun no se encuentra realizada.
Conclusiones
Con el desarrollo de esta investigación y la
presentación del diseño metodológico del
videojuego, considerando a este como el medio
por el cual se pretende generar una solución a
una problemática que ha estado dañando por
mucho tiempo y aumentado durante los últimos
años, la implementación de este videojuego tiene
el fin de concienciar sobre la inseguridad que se
vive en el país, además de brindar una experiencia
virtual al usuario, adquiriendo así habilidades
estratégicas que le servirán en su vida cotidiana,
para enfrentar los peligros que en la actualidad
acechan a todo adolescente. El aseguramiento
del beneficio que puede traer la implementación
de este videojuego, se ha planteado a partir de las
diversas investigaciones realizadas para conocer
los perfiles de los delincuentes que comúnmente
ponen en riesgo la seguridad de la vida y de los
derechos de los adolescentes. Por lo anterior es que
desde un principio se ha establecido un rango de
edades específico al cual va dirigido el videojuego.
Como resultados se esperan que la implementación
de este videojuego, genere conciencia sobre los
adolescentes acerca de cómo actuar ante situaciones
que los pongan en peligro reduciendo de esta forma
secuestros, asaltos, y la cantidad de gente que cae
bajo las extorciones que hacen por teléfono, por
ejemplo.
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Recomendaciones
El desarrollo de la aplicación se ha ido generando
de acuerdo a que este videojuego se ha realizado
considerando solo uno de los estadios, el cual es el
de la pubertad que va de los 13 a los 17 años de edad.
Considerando lo anterior, se sabe que la inseguridad
no tan solo afecta a este estadio sino que a toda la
población en general. Es por ello que podría ser
efectivo generar versiones del videojuego para
contemplar también el crear conciencia en las demás
personas que no pertenecer al rango de edades que
este trabajo de investigación contempla.
es profesor- investigador del Instituto Tecnológico
Superior de Misantla.
Francisco Javier Ortega Villegas es estudiante de
Ingeniería en Sistemas Computacionales en el
Instituto Tecnológico Superior de Misantla, Veracruz.
Arely Guadalupe Sánchez Méndez es estudiante
de Ingeniería en Sistemas Computacionales en el
Instituto Tecnológico Superior de Misantla, Veracruz.
Referencias
Carreras, Francesc y Magaña, Antonio. “Teoría de
juegos”. Ediciones UPC, segunda edición. 2005,
Barcelona, España.
Fernández, Martín O. “Algoritmos de búsqueda
heurística en tiempo real. Aplicación a la navegación
en los juegos de vídeo”. Facultad de Ciencias Exactas,
Universidad Nacional del Centro de la Provincia
de Buenos Aires. Consultada por Internet el 20
de Enero del 2014. Dirección de Internet: http://
www.exa.unicen.edu.ar/catedras/aydalgo2/docs/ T
Fca06aCompleto.pdf
Sommerville, Ian. “Ingeniería del software”. PEARSON
EDUCACION, séptima edición. 2005, Madrid, España.
“Décima segunda encuesta nacional sobre
percepción de inseguridad ciudadana en México”,
Consulta MITOFSKY (en línea). Mayo, 2013, consultada
por Internet el 2 de Octubre de 2013. Dirección de
Internet:
http://es.scribd.com/doc/148919436/
inseguridad-mucd
“Encuesta Nacional sobre Inseguridad (ENSI)”,
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (en
línea). 2012, Consultada por Internet el 20 de
Septiembre de 2013. Dirección de Internet: http://
www.inegi.org.mx/est/contenidos/Proyectos/enc
u estas/hogares/especiales/ensi/presentacion.aspx
“Producción y Desarrollo de Videojuegos”, Tangient
LLC (en línea). 2013, Consultada por Internet el 5
de octubre de 2013: Dirección de Internet: http://
jugabilidad.wikispaces.com/Producci%C3%B3n
+
y+Desarrollo+de+Videojuegos
Currículo corto de los autores
Roberto Ángel Meléndez Armenta es Ingeniero
en Ciencias de la Computación egresado de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en el
año 2008 y Maestro en Inteligencia Artificial de la
Universidad Veracruzana en 2011 y del 2012 a la fecha
29
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Valoración del cálculo mental
mediante rúbrica cuantificada
con Xfuzzy, en escuela primaria
multigrado de Teziutlán, Puebla
M. Montiel Martínez, C. González Trujillo
Resumen: En el trabajo que se expone a continuación se propone la elaboración de
una rúbrica usando como apoyo el software XFuzzy. En el desarrollo de la rubrica
se usa lógica difusa para determinar cuantitativamente la habilidad de cálculo
mental de estudiantes en la escuela primaria “Gregorio Torres Quintero” al utilizar la
aplicación “equilibra la balanza” que se encuentra en Gcompris, el cual es un software
educativo libre instalado en el marco del proyecto “Implementación de un aula de
cómputo con enfoque abierto y sustentable en escuela primaria multigrado de
Teziutlán, Puebla”.
Los resultados obtenidos muestran que el uso de una rúbrica basada en lógica difusa
con apoyo del docente aplicador, genera poca variabilidad entre las calificaciones
asignadas por el docente y las que proporciona el sistema difuso, y al mismo tiempo
toma en cuenta todos los elementos que el docente desde su propia subjetividad y
conocimiento, considera pertinentes para el desarrollo del cálculo mental.
Palabras Clave: Xfuzzy, evaluación, sistema difuso, cálculo mental.
30
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción
La aplicación de diversos instrumentos tales como
rúbricas, listas de cotejo, portafolio de evidencias,
autoevaluaciones, etc., son empleados para la
valorización de ciertas habilidades y competencias,
las que corresponden al ámbito de la formación
basada en competencias (Blanco, 2008; Buján,
Rekalde, & Aramendi, 2011; Conde & Pozuelo, 2007;
Gordillo & Rodríguez, 2010; Martínez-Rojas, 2008;
Wamba, Ruiz Aguadez, Climent, & Ferreras, 2007).
Por definición de valorización se puede tomar la
referencia que nos da Ravela (2006) donde señala
que este evento es parte importante del proceso
de aprendizaje, ya que de esta manera, el docente
obtiene datos para verificar el progreso de los
estudiantes en función de un nivel deseable, y con
respecto a sí mismos.
Sin embargo, no se debe perder de vista que la
valoración de un docente sobre el desempeño de
sus estudiantes es considerada como algo complejo,
y esto debido a los sesgos personales en el nivel de
29
competencia (Huapaya, Lizarralde, Arona, & Vivas,
2010).
De la misma manera, D’ Onofrio y Gonzalez (2012)
consideran que el proceso de valoración del
aprendizaje de un estudiante, es la combinación de
los juicios de valor emitidos, y la forma en la cual se
puedan combinar, depende, a decir de los autores,
de forma directa de la estrategia y la experiencia del
docente como evaluador. Cabe resaltar que también
en este trabajo se señala que, los juicios de valor
emitidos son realizados en primera instancia, en
lenguaje natural, los cuales deben transformarse a
valores numéricos.
De lo anterior, se apuntala lo siguiente, la valorización
del aprendizaje se realiza a partir de un juicio de
valor, el cual, expresado en lenguaje natural, se
transforma en un valor por medio de un instrumento
de medición.
Y aunque el uso de matrices de valoración o rúbricas
traten de segmentar la valoración de una habilidad
y/o competencia al conformarse por medio de
criterios básicos a decir de Fernández (2010), y
alcanzar con ello una evaluación de calidad, no debe
dejarse de lado la situación planteada por D’Onofrio
y Gonzalez (2012), sobre el hecho de la especificación
de desempeño depende aún de la perspectiva
y experiencia del docente evaluador, y que la
interpretación de la misma, para otro trabajador
de la educación cambiaría, lo cual, conlleva a la
incertidumbre.
El manejo de la imprecisión o incertidumbre, ha
sido estudiada en casos tanto de ciencias duras
tales como la teoría de control, las matemáticas, la
física estadística, etc, así como de ciencias blandas
como la pedagogía, leyes, filosofía, etc., en palabras
del creador de la lógica difusa Lofti Zadhe (2014), la
lógica de los conjuntos borrosos, permite el manejo
adecuado de aquello que no queda totalmente bien
definido, tal cual lo hace una persona al referirse sí
algo se encuentra bien, o mas o menos bien.
De este modo, es posible referirse a los niveles
de aprendizaje, como bien definidos, pero con
cierto grado de incertidumbre; para ello, considere
como variable lingüística a la habilidad “manejo
de la computadora”, donde, se pueden tener los
siguientes valores lingüísticos: no sabe manejar
la computadora,fecha sabe manejar poco la
computadora, sabe manejar bien la computadora.
Un elemento importante a considerar dentro de
un sistema que maneje lógica difusa, es la base del
conocimiento o reglas de inferencia, tal elemento
constituye al conjunto de reglas que permite obtener
una conclusión en términos de lenguaje natural, a
partir de los valores asignados a cada conjunto difuso
Araujo, Méndez, & Carvajal,(2009); Goguen, (1969);
Wikipedia contributors, 2012; L. Zadeh, 2014; L. A.
Zadeh, (1965), por ejemplo:
“Si la habilidad en el manejo de la computadora de
un estudiantes es buena y su desempeño es lento,
entonces la calificación final será notable”
Ahora, es importante considerar que la salida del
sistema difuso, debe ser un valor cuantitativo, y
es por ello que se pueden usar herramientas de
cómputo especializadas para tal fin, algunas de ellas
son la Toolbox de MATLAB, la Toolbox de SCILAB,
el software Xfuzzy desarrollado por el instituto de
Microelectrónica de Sevilla, España (XFuzzy 3.3,
2012).
Tales programas informáticos, permiten la obtención
de un valor cuantitativo, a partir de valores
lingüísticos y las reglas de inferencia proporcionadas
por un experto.
Finalmente en consideración por lo expuesto por
Capote (2006) sobre la constitución de una rúbrica,
donde en ella coexisten criterios de evaluación,
niveles de logro y descriptores, lleva a plantearse
la posibilidad de ensamblar un sistema que
emplee lógica difusa con la finalidad de obtener un
instrumento de valoración que, sin perder el lado
humano (DGEST, 2006), sea imparcial en relación
a la obtención una calificación por parte de un
estudiante.
31
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Metodología
Capacitación del personal docente
Como primer acercamiento, se organizó un curso
de capacitación a los docentes de la institución
beneficiada, para que cada uno de ellos conociera
el entorno de trabajo GCompris, como se clasifican
las actividades, su desarrollo y su valoración en el
administrador del software con la finalidad de dar
seguimiento a los estudiantes que hagan uso de las
aplicaciones.
Figura 1. Elaborando curso de capacitación
Selección de una actividad en particular
Habiendo reconocido las actividades, una docente
elige una actividad de cálculo mental, en tal actividad,
el estudiante usa una balanza con diversos objetos y
pesas con valores.
Entrevista con el docente aplicador
Con el fin de generar una rúbrica de evaluación se
entrevista con el docente, de tal forma que se permita
la extracción de información que emite el experto en
lenguaje natural y llevar las sentencias al plano de la
lógica difusa, los puntos son los siguientes:
1. Mostrar a los docentes algunas de las actividades
objeto de estudio y solicitarles de la manera más
atenta, cuál de ellas les parecen más adecuadas para
poder valorar el desempeño de sus alumnos.
2. Una vez seleccionada la actividad, identificar la
variable de salida, es decir cómo interpreta y pondera
el docente el rango de calificación que debe obtener
el estudiante al realizar la actividad.
3. Preguntar al docente sobre cuál es la habilidad que
se ve favorecida al realizar la actividad.
4. Solicitarle al experto cuales son los factores que
considera intervienen en el desarrollo de la habilidad
que se consideró anteriormente.
5. Proponer una valoración diagnóstica al experto (si
es que el experto lo considera así).
32
6. Preguntar al docente sobre la importancia que
tienen las actividades, una con respecto a la otra, a
fin de determinar el peso que tienen unos factores
sobre otros.
7. Solicitar al docente la construcción de una
rubrica estándar de evaluación para la actividad
seleccionada, considerando los elementos factores
que serán evaluados y colocando las ponderaciones
que el experto cree pertinente.
Construcción de los valores lingüísticos y de
reglas de inferencia
Para la conformación de los valores lingüísticos, se
consideraron los parámetros que el docente propone
en la rúbrica elaborada previamente.
Para el caso de las reglas de inferencia se procedió de
la manera siguiente:
1. Plantear diferentes escenarios al docente donde
se combinen los factores que intervienen para el
desarrollo de la habilidad seleccionada, así como la
calificación obtenida.
2. Identificar las restricciones que pueda proponer el
experto, ya que factores que se creen sin importancia,
bien podrían ser básicos u obligatorios para que otro
factor que se consideraba de mayor relevancia.
3. Estructurar las frases que el experto enuncia
en formato de condicionales SI... ENTONCES a fin
de facilitar la traducción del lenguaje natural que
emplea el experto, a una base del conocimiento, la
cual pueda ser usada por el sistema de inferencia
difusa.
4. Identificar en conjunto con el experto los
escenarios que pudieran no ocurrir.
5. Establecer jerarquías dentro de las reglas de
inferencia obtenidas, ya que es probable la activación
simultánea de reglas, tal jerarquización se define por
medio de pesos.
Elección del método de desdifusicación
El método de desdifusicación elegido para el sistema
es el denominado “Media difusa” pues debido a la
continuidad del método, se reduce la posibilidad de
que un pequeño cambio en la entrada produzca un
cambio brusco en la salida. Por otra parte, en este
trabajo no se plantea el uso del procedimiento de
desdifusicación por medio del método “tradicional”
u obtención del centro de área, y esto debido a los
siguientes puntos:
1. Ambigüedad en la decisión al tener dos áreas
iguales.
2. Intrínsecamente el método no permite la
obtención de máximos y mínimos.
3. Computacionalmente el método referido consume
muchos recursos al explorar todos los elementos que
componen al universo de discurso.
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Construcción del sistema difuso
Para la construcción del sistema difuso que se basa
en la rúbrica construida por el docente se usa el
software XFuzzy en su versión 3.3, por medio del
cual es posible obtener código fuente que permite
la traducción del planteamiento difuso a C/C++,
Java y VHDL, esto permite la implementación de un
software instalable en un equipo para la utilización
de esta herramienta (XFuzzy 3.3, 2012)
Valoración del sistema difuso
Una vez elaborado el sistema difuso a partir del
planteamiento, se procede a realizar dos valoraciones
de la actividad elegida por el docente aplicador, el
docente aplicador usará la rúbrica estándar generada
durante la entrevista para corroborar los resultados
obtenidos.
Resultados y discusión
El Cálculo Mental por medio de la aplicación
Balanzas de Gcompris
La aplicación elegida por parte del docente (Figura 2),
permite a un niño equilibrar una balanza con pesas y
objetos, los cuales pueden tener indicado el peso o no
(esto depende del nivel en el que se esté ejecutando
la aplicación) (Coudoin, 2012). La condición para que
el docente pueda valorar el cálculo mental en sus
alumnos es que usen solamente la computadora,
aunque optativamente, si el niño considera usar
papel y lápiz para elaborar operaciones, el docente
facilita los materiales, aunque este último detalle
impacta de forma negativa en uno de los rubros que
se pretende observar.
Sistema difuso obtenido y representación
A partir de las reglas de inferencia obtenidas en
la entrevista con la docente, se propone que para
medir la capacidad de cálculo mental en los alumnos
de la Escuela Primaria Multigrado “Gregorio Torres
Quintero” de la ciudad de Teziutlán, Puebla se debe
considerar los elementos mostrados en la tabla 1.
A fin de visualizar los conjuntos difusos en el
universo de discurso definido por la docente
(Escala de evaluación) se muestra en la figura 3 la
variable lingüística “Dominio de la suma” con sus
correspondientes valores lingüísticos o conjuntos
difusos de tipo triangular, siendo éstos clasficados
en la rúbrica como Insuficiente, Suficiente, Notable y
Excelente.
Figura 3. Representación de las funciones de
pertenencia
Figura 2. Aplicación elegida por el docente
Tabla 1. Características de entradas del Sistema difuso obtenido a
partir de una rubrica de evaluación para el cálculo mental
33
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
El sistema permite conocer dos características del
estudiante las que fueron denominados por el
docente aplicador como “Dominio de Contenido” y
“Cálculo Mental”; la primera de ellas es una variable
que se puede obtener a partir de las entradas
Dominio de la Suma, Resta, Igualdad y Unidades.
Esta salida se convierte en una entrada para definir
cuantitativamente el cálculo mental del estudiante,
de tal modo que para este caso particular, se requiere
de dos bases del conocimiento para definir la salida
del sistema (véase la tabla 2).
Conclusiones
Los resultados muestran cómo se aproximan las
calificaciones que el sistema difuso de valoración
de la habilidad de cálculo mental y los propuestos
por la docente. Cabe hacer notar que el propio
sistema determina a partir de las reglas de inferencia
que se propusieron inicialmente por la docente la
calificación asignada, de tal forma que, se logra tener
de esta manera, los mismos criterios de valoración
para cada uno de los estudiantes.
Finalmente por apreciación de la docente, comenta
que con el hecho de tener a disposición un aula de
computo con la aplicación Gcompris há notado un
cambio en la forma de pensamiento de los niños,
incluso con un mayor interés en las clases que
imparte, ya que comparte con sus alumnos, que el
material que ven en el aula, lo podran aplicar para
resolver los planteamientos que les propone el
software.
Tabla 2. Características de salidas del Sistema difuso
obtenido a partir de una rubrica de evaluación para
el cálculo mental
Contraste de la rubrica con lógica difusa
Al aplicar la rubrica de forma inicial, se observó que
algunos estudiantes tuvieron algunos problemas
para terminar las actividades de cálculo mental
(Figura 4), tales situaciones fueron asentadas en la
rubrica manual que se elaboró en colaboración con
la docente del grupo.
Es importante mencionar que diferencias son
observadas cuando la docente asienta la calificación
y cuando alimenta al sistema difuso, aclarando que
los mismos valores alimentan a la rubrica manual, así
como a la rubrica que usa lógica difusa.
Algo más que se observa, es que en la segunda
aplicación, los resultados han mejorado en siete
de los estudiantes que estuvieron trabajando con
el software y solo uno de ellos decremento su
calificación. Además en la segunda aplicación, los
resultados que obtiene el docente en relación al
sistema difuso son más cercanos.
Figura 3. Actividades de valoración del cálculo
mental
34
Referencias
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35
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Diseño y simulación de los sistemas
de fundición, instrumentación
electrónica y diseño mecánico, para
un prototipo de máquina fundidora
de PET
M.I. G. Córdova Morales M.S.C. E. Montiel Jiménez
A.Espinoza Hernández
Resumen: Investigaciones demuestran que los índices de contaminación aumentan
día a día sin mostrar disminución de los desechos plásticos que deterioran el medio
ambiente.
Es necesario aportar sistemas tecnológicos que colaboren en la reducción de
contaminantes de este tipo, logrando colocar en el mercado los residuos que ya han
sido utilizados por el consumidor, y de esta manera ahorrar energía requerida en la
elaboración de productos nuevos y guardar materia prima obtenida de recursos no
renovables.
El prototipo denominado Máquina Fundidora de PET (PoliEtileno Tereftalato), se
basa en tres fases importantes de propuestas de diseño con el objetivo de producir
fibra sintética y ofrecer al mercado un producto de bajo costo utilizándolo como
relleno para almohadas o peluches, aportando un impacto ambiental generoso con
una producción aproximada de 18 kg/hora.
El objetivo fue seleccionar los equipos e instrumentos necesarios para cumplir con
un sistema de control del proceso de fundición de PET y conseguir la simulación de
las partes importantes del proceso que lleva a cabo el prototipo, obteniendo con ello
un modelo sofisticado y mayormente acercado a los resultados reales antes de crear
costos en fabricación de un prototipo real.
Palabras Clave: Máquina fundidora, PET, extrusor, fibra sintética, instrumentación
electrónica.
36
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Introducción
El proceso para obtener fibra de PET comienza
en la entrada de la materia reciclada, limpieza,
trituración, precalentado, fundición y extrusión. El
proceso realizado por la máquina para la fundición
de plástico comparte créditos con los sistemas de
extrusión que se usan actualmente en distintos
ramos de la industria para dar forma a un material
principalmente plásticos, cerámicas y también
algunos aceros.
Se propone un sistema con la particularidad de sólo
fundir y transportar el material fundido hacia un
mecanismo de centrifugación con el objetivo de
obtener finas hilaturas en forma de algodón, que
posteriormente sean llevadas hasta las manos de
un empacador por medio de un transportador de
banda.
Cada una de las partes de la máquina realiza una tarea
importante, sin embargo la necesidad del control de
proceso más significativa dentro de la misma, está
en la fundición de pellets debido a que se requiere
una intervención que sea capaz de mantener la
temperatura deseada a lo largo de la fundición del
plástico llevando hasta el depósito centrifugador
un material fluido, el cual pueda expedirse por las
paredes del mismo.
Debido a que no existen máquinas que realicen
singularmente el proceso de obtención de fibras con
PET, esta máquina es un prototipo que con ayuda de
los softwares:
-olidWorks® (Mecánico)
-OMSOL Multiphysics® (Térmico)
-ISIS de Proteus® (Instrumentación
electrónica)
Con licencias de evaluación, se logran simulaciones
optimizando un prototipo virtual sin crear costos
por fabricación de un modelo existente intentando
acercar los resultados requeridos.
Metodología
Se crea un sistema metodológico el cual se sigue
hasta generar sistemas independientes para cada
parte del prototipo, dando énfasis a las piezas que se
cree serán las más importantes para poder lograr los
resultados requeridos. En la figura N° 2 se muestra la
sistemática que se sigue para conseguir un prototipo
virtual, antes de generar costos por un modelo real.
El presente trabajo propone un sistema basado en
tres componentes generales del diseño conceptual
de una máquina, que conjuntamente pretenden ser
los mecanismos correctos para obtener el resultado
deseado, siendo estos los siguientes;
-Fundición de pellets.
-Centrifugación de plástico fundido.
-Acarreo de producto (fibra) hacia el
empaque.
En la figura N° 1, se observa un cuadro general del
proceso que describe de forma breve los pasos desde
la entrada de material (pellets) hasta la obtención de
fibra de PET.
Figura 2. Metodología
Figura 1. Cuadro de proceso realizado por la máquina
Figura 3. Pellets previos a fundirse
Concepto del diseño de la fundidora de PET
La máquina se está diseñando para procesar PET,
el sistema de fundición, ingresara pellets con
dimensiones de 7 x 5 mm, con un espesor promedio
de 0.6 mm, estos deben estar libres de impurezas y
humedad, en la figura N° 3 se observa una muestra
de pellets cortados y completamente limpios.
37
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
La temperatura difiere en tres zonas a lo largo de
la fundidora, por lo que se manejan sensores que
emiten el valor del proceso a los controladores que
se encargarán de corregir el valor deseado, activando
o desactivando las resistencias correspondientes a la
zona. Se propone un tornillo extrusor no mayor a 11⁄2
con la finalidad de que el sistema no sea tan robusto.
Se establecen parámetros iniciales con los cuales
el diseño varía según las necesidades del sistema
requerido, los valores de la tabla 1 son sustituidos en
las ecuaciones que referencian la potencia requerida.
Debe contar con un sensor en la tolva para mandar
una señal de materia prima faltante o existente,
finalmente el control tendrá la tarea del encendido
y apagado de los motores correspondientes a cada
parte de la máquina, en total tres motores.
Propuesta del sistema de fundición de PET
El diseño del prototipo se realiza con apoyo de
SolidWorks®, tomando en cuenta los parámetros de
diseño correspondientes al material que se requiere
fundir y eligiendo materiales de gran entereza
que puedan resistir las altas temperaturas que se
manejan dentro del procedimiento.
El sistema es diseñado en forma seccionada, se
ensambla con bridas logrando la fijación con
tornillos con el fin de realizar un fácil mantenimiento
posterior a ser utilizado.
Tabla 1. Parámetros iniciales
El tornillo se diseña con una relación longitud:
diámetro, de 24:1, así mismo la camisa o cañón de
alojamiento se elige con una relación de diámetros
de 2.66:1, quedando el diámetro de la camisa de 4”.
La tolva de alimentación se diseña con la capacidad
de suministrar por una hora material hacia el interior
del sistema de fundición.
Cálculo de la potencia requerida por el husillo
Se realizaron cálculos para obtener la potencia
requerida por el husillo utilizando un análisis de la
geometría que observamos en la figura 4.
Finalmente se suman las potencias y se obtiene
la potencia total requerida por el husillo para su
correcto funcionamiento.
Figura 4. Geometría del tornillo
38
Cálculo de la potencia requerida por las
resistencias de calentamiento
Se calcula la potencia requerida para calentar el
sistema en un tiempo de 15 minutos llegando al
punto de fusión establecido, se obtiene una gráfica
de la potencia requerida al inicio (PI) y la potencia
requerida para mantener el ciclo de trabajo continuo
(PO), siendo la mayor de 11,604.08 Watts, con la cual
se establece la potencia demandada.
En la figura 5, se muestran las dimensiones de la
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
camisa con la cual se realiza el cálculo.
centrifugador conectado a un motor, el material de
esta flecha es redondo de 1” AISI 1045.
La base del sistema se propone de un material PTR
de 1 1⁄2” x 1/8” de espesor, y finalmente las paredes
que cubren el sistema de centrifugación (carcasa),
se propone de un material blando, como lo es la
lámina galvanizada en un calibre 18. Se modela la
fijación de la flecha por medio de dos chumaceras
de pared de 1”, colocadas linealmente a la misma
distancia partiendo de sus extremos las cuales se
soportan con solera de 1⁄4” x 1 1⁄4”, figura 6.
Figura 5. Dimensiones del cañón
Las ecuaciones toman variables de las características
de la camisa, tales como; el peso (w), el calor especifico
(Cp), el calor latente de fusión (Hf ), el incremento de
temperatura (∆T), el tiempo de inicio (ti), el tiempo
de ciclo (tc), las pérdidas de calor (QL), y un factor de
seguridad regularmente establecido del 10% al 30%.
Las fórmulas utilizadas son:
Potencia de inicio PI = QA + QC +2/3 QL +FS (8)
Potencia de ciclo PO = QB + QD + QL +FS (9)
Siendo:
QA = Potencia requerida para incrementar la
temperatura del equipo al punto de operación en
el tiempo deseado. QB = Potencia requerida para
mantener la temperatura durante el ciclo del proceso.
QC = Potencia requerida para fundir o vaporizar el
material en el periodo de inicio.
QD = Potencia requerida para fundir o vaporizar el
material durante el ciclo de trabajo.
Y finalmente las ecuaciones que referencian a las
potencias, resultan de:
Propuesta del sistema de centrifugado del PET
El sistema de centrifugación se diseña con el apoyo
de SolidWorks®, tomando en cuenta las dimensiones
del sistema de fundición se diseña un deposito
centrifugador que captará y expedirá por sus paredes
el plástico fundido, se expone su manufactura con
lámina de acero inoxidable calibre 14 perforada en las
paredes de su circunferencia con pequeños agujeros
no mayores en diámetro a 3 mm. Al depósito se le
acopla la flecha de transmisión dando el giro al plato
Figura 6. Propuesta de sistema de centrifugado
Propuesta del sistema de transporte del
producto
Se diseñó un pequeño sistema de transporte del
producto de material, el cual se encarga de llevar
el producto hasta el empaque. El sistema aporta la
estructura principal, cuya función es soportar todo
el peso de los sistemas anteriores, los materiales que
se manejan para el modelo es P.T.R. de 1/8” x 1 1⁄2”,
el cual es un material que cumple con la resistencia
para el sistema. Se colocan dos rodillos sencillos
de 4” de diámetro, y se modelan 2 cintas de 14” de
ancho para transportar la fibra. Los rodillos se fijan a
4 chumaceras de piso de 1” de diámetro, dos de ellas
se modelan fijas y dos con la opción de moverse
para realizar previos ajustes de tensión, figura 7.
Figura 7. Propuesta del sistema de transporte
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Diseño del hardware de control de la
instrumentación electrónica
Se efectuó un modelo de hardware electrónico en
el software de simulación Isis de PROTEUS® (Figura
8), logrando un simulacro del control por medio de
Micro Controladores. Este sistema es de On-Off tipo
ventana, y es gobernado por una tarjeta Arduino
mega.
Figura 9. Diagrama de flujo implementado por el micro controlador
Resultados
Figura 8. Hardware de control electrónico
Las etapas de este sistema tienen comienzo con
el encendido del sistema general, seguidamente
se encarga el usuario de establecer los rangos
de temperatura que se requieren permanezca
el sistema, el micro controlador se encargara de
emitir instrucciones que previamente se realizan
en un algoritmo de control para que finalmente
los equipos finales de control realicen las tareas de
encenderse o apagarse, según sean las condiciones
requeridas.
Diseño del algoritmo de control ON-OFF
El algoritmo efectúa el control del proceso,
manteniendo la temperatura deseada dentro del
rango que previamente el usuario ajusta de forma
manual mediante los potenciómetros, el estado de
la misma de acuerdo al rango prefijado dependerá
del comportamiento de los equipos finales de
control, motores y resistencias. El código se realizó
en el software de programación de Arduino.
La figura 9, muestra el diagrama de flujo que
obedecerá el hardware de control, en él se describe
el inicio del proceso y las condicionantes que debe
respetar cada una de las instrucciones que se le dan
mediante el código de programación.
Se logra la presentación de la propuesta de modelo
completamente ensamblado, tal muestra la figura
10.
Figura 10. Ensamble general
Se corrobora la resistencia de los materiales
propuestos, mediante estudios de esfuerzos
máximos permisibles de las estructuras en
SolidWorks®. Tal como se muestra en la figura 11.
Figura 11. Estudio de tensiones y desplazamientos máximos en
estructuras
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Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
Se confirma mediante una simulación en COMSOL
Multiphysics®, que la potencia obtenida de los
cálculos es factible para cumplir con la fusión del
polímero, realizando el análisis para el sistema de
fundición en un tiempo de 15 minutos escalándolo a
5 minutos, como se muestra en la figura 12.
Figura 12. Estudio de tensiones y desplazamientos máximos en
estructuras
Se comprueba que la resistencia del plato
centrifugador es factible, simulándolo con una carga
constante y un giro de 3600 R.P.M., en un estudio
de esfuerzos máximos permisibles con SolidWorks®,
figura 13.
Tabla 2. Costos por implementación física de instrumentación y
equipos
Figura 13. Estudio de tensión y deformación máxima del plato
centrifugador.
Se garantiza el correcto funcionamiento del
algoritmo de control, realizando simulaciones del
hardware y software implementado por Arduino en
ISIS de Proteus® observando el correcto trabajo de los
instrumentos y equipos y se obtiene una estimación
de costos (Tabla 2) para la implementación física de
los equipos e instrumentos.
Conclusiones
La eficiencia del sistema de fundición se comprueba
gracias a la simulación de transferencia de calor en
el tiempo deseado, elaborada en el software de
simulación multifísica COMSOL Multiphysics®, en el
cual se ingresan parámetros de los materiales, tiempos
y factores para los cuales calcula mediante el FEA
(Finit Element Method), y arroja una interfaz virtual
con respecto a un modelado, el comportamiento
del mismo. El ensamble del prototipo general nos
permite optimizar el equipo sin crear gastos en
prototipos reales, al mismo tiempo se permiten
realizar estudios de resistencia de los materiales
ocupados, en las partes más importantes del sistema,
dando con ello un voto de confianza en la correcta
41
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014
eficiencia al momento de fabricarlo. El sistema de
instrumentación electrónica logra comprobar el
resultado requerido en la simulación realizada en
ISIS de Proteus®, manteniendo la temperatura en los
rangos preestablecidos por el usuario, y controlando
los equipos finales de control. Cabe mencionar que
el sistema es tentativo para lograr un bajo costo en
fabricación a comparación del uso un PLC comercial
y controladores de alto costo.
Currículo corto de los autores
Trabajos futuros
Hasta el momento este trabajo conforma un
prototipo virtual que bien se puede seguir analizando
para lograr optimizar a su máximo la eficacia del
mismo, se puede recurrir al método experimental
(Implementación) y en ello mejorar detalles que se
puedan presentar. Se recomienda prestar atención
al sistema de fundición, implementando algunas
medidas de seguridad usuario- máquina.
Elmar Montiel Jiménez: Ingeniero en Electrónica,
Egresado del Instituto Tecnológico de Apizaco en
2009. M.S. C, Egresado del Instituto Tecnológico de
Apizaco en 2012. Profesor asociado tipo A, de la
división de Ingeniería Electromecánica del Instituto
Tecnológico Superior de Libres.
Referencias
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[2] L. Mott R., Diseño de elementos de máquinas.
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[6] Torrente O., Arduino Curso práctico de formación.
Alfaomega, México D.F., 2013
[7] Luna R., Moreno E., Ledesma R., “DISEÑO DE
MÁQUINA RECICLADORA DE PET”, Congreso
Nacional de Tecnología Industrial, CONATI, 9,
Guanajuato, México, 2009.
[8] WATLOW® “THERMAL APPLICATIONS GUIDE
[Online]”. Disponible en: http://www.watlow.com/
literature/catalogs.cfm
[9] COMSOL (1998–2013), Heat Transfer Module User
s Guide, Versión 4.4, disponible en la documentación
del software.
[10] COMSOL (1998–2013), COMSOL Multiphysics
Users Guide, Versión 4.4, disponible en la
documentación del software.
42
Guillermo
Córdova
Morales:
Ingeniero
Electromecánico, Egresado del Instituto Tecnológico
Superior de Libres en 2006. Maestro en ingeniería,
egresado de la universidad Politécnica de Puebla
en 2012. Profesor asociado tipo A, de la división de
Ingeniería Electromecánica del Instituto Tecnológico
Superior de Libres.
Andrés
Espinoza
Hernández:
Ingeniero
Electromecánico, Egresado del Instituto Tecnológico
Superior de Libres en 2012.
El artículo se presentó en el 13° CONGRESO
NACIONAL DE MECATRONICA, el 1 de Octubre de
2014, en la Cd. De Querétaro, Querétaro, México.
3
Año 7 Número 14 Julio-Diciembre 2014