Modelación tecnológica de autosuficiencia energética aplicada en una estufa solar

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENIERÍA DE SISTEMAS DOCTORADO EN INGENIERIA DE SISTEMAS

TESIS

“MODELACIÓN

TECNOLÓGICA

DE

AUTOSUFICIENCIA

ENERGÉTICA

APLICADA

EN

UNA

ESTUFA

SOLAR”.

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

DOCTOR EN INGENIERÍA DE SISTEMAS

PRESENTA

M. en C. JESÚS ENRIQUE URBANO NORIEGA.

DIRECTORA DE TESIS

DRA. CLAUDIA HERNÁNDEZ AGUILAR.

Dedicatoria

:

A Bertha y Max:

A quienes con su ejemplo me otorgan su amor y confianza para

procurar ser mejor cada día, reciban mi veneración.

A Delita:

Que corto se hace el tiempo cuando hay amor y entrega mutua.

Te amo mi Delita.

A Kary y Fer, Leoni, Uli y Susi, Sergi:

Gracias por ser mis grandes amores y mi realidad constante.

A Coni:

AGRADECIMIENTOS.

A la ESIME ZAC. IPN: Por darme mi formación y oportunidad de retribuir con mí mejor esfuerzo y cariño.

A la Dra. Claudia Hernández Aguilar: Su vocación natural es siempre dar más, y recibe sin proponérselo frutos en grande. Mil gracias Profesora.

Al Dr. Flavio Arturo Domínguez Pacheco: Gracias por su apoyo, entusiasmo constante y amabilidad.

Al Dr. Luis Manuel Hernández Simón: Representó mi primer apoyo desde maestría hasta el logro del doctorado. Quedo agradecido por sus atenciones.

Al Dr. Mauro Alberto Enciso Aguilar, Jefe de la Sección Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME ZAC. Gracias por su gran don de gentes y fuerte compromiso con su labor.

Al Dr. Alfredo Cruz Orea y al Dr. Jaime Reynaldo Santos Reyes por sus atenciones y comentarios de tesis.

A los profesores: M.C. Leopoldo Galindo Soria y M. C. Efraín Martínez Ortíz, del programa de Ingeniería de Sistemas por su buena voluntad y ánimos de logro. Al Dr. Ignacio Enrique Peón Escalante por ser un propagador del virus sistémico.

Se tú mismo el cambio que quieres ver en

el mundo.

Gandhi

“MODELACIÓN TECNOLÓGICA DE AUTOSUFICIENCIA

ENERGÉTICA APLICADA EN UNA ESTUFA SOLAR.”

ÍNDICE

Tema. Pág.

- Índice VII

-Índice de Figuras, tablas. X

-Glosario de términos XII

-Lista de Acrónimos XVI

-Simbología XVI

- Resumen XVIII

- Abstract XX

-Introducción 1

a) Presentación del proyecto de tesis 1 b) Presentación del documento de tesis 3

b-1) Manejo metodológico general 3

1. Marco Contextual Sistémico y Fundamento de la investigación en el marco contextual del entorno sistémico de otras variables en procesos de vida ante las energías no renovables.

8

1.A) Marco contextual histórico del pensamiento sistémico. 8 1.1 Desarrollo cronológico pensadores ,T.G.S: aportaciones y futuro. 8 1.2 Encuentro de las corrientes sistémicas principales y su

dificultad de elección en el enfoque de problemas, tipo suave o duro. 20

1.3 Un nuevo paradigma en sistemas, las complejidades emergentes. 23 Resultado del pensamiento sistémico (1.A) 25 1.B) Fundamento de la investigación en el marco contextual del

entorno; Tecnológico, económico, social y ecológico; escases energías no renovables

26

1.4 Fundamento de la investigación y entorno de respeto a otros procesos de vida.

28

1.5 Contexto del problema ante la escases de energías no 28 1.6 Influencia del contexto tecnológico é industrial. 29

1.7 Influencia del contexto económico. 30

1.8 Influencia del contexto social ante la escases de energía. 30 1.9 Influencia del contexto ecológico y la deforestación. Su futuro. 32

Resultado del entorno 1.B 34

1.11 Justificación del problema energético y ecológico. 40

1.12 Objetivo general y objetivos específicos 42

1.13 Hipótesis planteadas y tabla de congruencias 43 2. Marco Teórico de la energía solar y los sistemas complejos.

Y marco metodológico ante la aparición de nuevos sistemas emergentes.

46

2.A) Antecedentes históricos en México de la radiación solar, sistemas complejos, fractales, ecología, energía y tecnología.

46

2.1 Antecedentes históricos de la estufa solar. 46 2.1.1 Pirámide conceptual 47 2.1.2 Radiación solar, sus diferentes tipos, características de potencia

y alteraciones energéticas.

48

2.2 Sistemas complejos: Criticalidad auto-organizada, leyes de potencia, distribución de colas pesadas, clases de universalidad.

54

2.3 Fractales: Propiedades, conceptos, la dimensión fractal, su formalización.

57

2.4 Fuentes de energía clásica y alterna. 59

Resultado del capitulo 2.A 60

2.B) Marco metodológico, antecedentes y limitación ante nuevos sistemas emergentes.

60

2.5 Marcos metodológicos, su aplicación y objetivos. 60 2.6 Metodologías de Peter Checkland y de Jenkins 61 2.7 Los nuevos sistemas emergentes: “Los sistemas multivariables”. 63

Resultado del capitulo 2.B 63

3. Desarrollo de una metodología para “Sistemas Complejos” y su aplicación en una modelación tecnológica de autosuficiencia energética aplicada en una estufa solar.

64

3.A) Diseño metodológico para sistemas multivariables. 64 3.1 Diseño e infraestructura del modelo metodológico propuesto. 66 3.2 Aplicación de la metodología para sistemas multivariable. 67 3.2.1) Aplicación de la metodología de 1er. Nivel: Análisis técnico

problema central y sus variables afectadas. Problema de

autosustentación energética y su relación con la ecología, tecnología, economía y agotamiento energético.

68

3.B) Modelación tecnológica de autosuficiencia energética aplicada en una estufa solar.

72

3.3 Análisis del sistema complejo: La radiación solar en el país. 73 3.3.1 Análisis de la radiación solar en el Distrito Federal. 74 3.3.2 Determinación de las desviaciones estándar por 8 años. 76 3 .4. Determinación del: R/S, RL, VG, el H (promedio de Hurst). 78 3.4.1 Modelo matemático del comportamiento fractal. 84 3.C) Aplicación del 2º. Nivel: Propuestas de la interrelación de

variables afectadas. Medios de diseño técnico.

85

3.7 SC-2.3 Propuesta del problema suave: ecológico-económica 87 3.8 SC-2.4 Propuesta del problema suave: económica-energética. 88 3.9 Diseño de instrumentación electrónica para el análisis técnico en un medidor de reflectancia.

88

3.10 Análisis del concentrador solar por sistemas termodinámicos.

91

3.10.1 Concentrador solar tipo: Parabólico Fresnel. 91

3.10.2 Concentrador solar tipo: Caja. 93

3.10.3 Calor, balances de energía, temperaturas de los sistemas termodinámicos, de la estufa tipo caja.

97

3. D) Aplicación metodológica 3er. Nivel: Integración soluciones parciales y gran solución final. Diseño técnico final integrado.

102

3.11 Solución combinada (SC-3.1: duro-suave) de la integración: técnica-ecológica-energética.

104

3.12 Solución combinada (SC-3.2: duro-suave): de la integración: Técnica-ecológica-económica.

104

3.13 Gran solución final de modelación energética, autosustentable: Ecológica, energética, técnica y económica.

104

3.14 Integración final del modelo tecnológico autosustentable de alta eficiencia energética, en la aplicación de una estufa solar.

106

Resultado del capitulo 3.A 108

4. Retroalimentación, discusión, conclusiones y perspectivas futuras del proyecto.

111

4.1 Análisis del entorno social, económico y ecológico. 111 4.2 Validación del diseño termodinámico y práctico de la estufa solar

de dos secciones en su eficiencia.

112

4.3 Viabilidad del proyecto, costos. 115

4.4 Analogía eléctrica de la estufa solar y su análisis. 116 4.5 Retroalimentación del proyecto por pruebas físicas. 119 4.6 Conclusiones generales y específicas. 122 4.7 Resumen de conclusiones particulares y generales. 125 4.8 Proyecto de nuevas integraciones de mejora funcional, propuesta

de anclaje del proyecto en fabricación y en medios oficiales.

127

5. Anexos (A-x)

Planta solar en Almería, España. A-1

Concentrador solar en Bowl Auroville, India. A-2

Estufa solar en Itamar Nepal. A1.3

Estufas solares en; China, África, Noruega. A1.4

Estufa solar en el Estado de México. A1.5

Estructura del sol en números. A-2

Hoja datos intensidad solar, Observatorio de Radiación solar UNAM. A-3 Diplomas y artículos publicados en congresos, producto de tesis. A-4

6. Bibliografía B-X

Congresos, conferencias, asociaciones, programas C-X Datos informes gobierno, comisiones, revistas, artículos D-X

ÍNDICE DE: FIGURAS, TABLAS, GRÁFICAS, ESQUEMAS POR CAPITULO

Introducción

Fig.1 Concentrador solar parabólico en Egipto. 2 Fig. 2 El hombre y su relación armónica con la naturaleza. 3 Fig. 3 Desarrollo capitulado alternando metodología compleja y

modelación

4

Tabla 1 Marco metodológico para el desarrollo de tesis 5 Tabla 2 Proyecto de análisis y diseño metodológico de tesis 6

Capítulo 1

Fig. 4 Ludwing Von Bertalanffy (1901-1972) 9

Fig. 5 Russell Lincoln Ackoff 13

Fig. 6 Stafford Beer (Diseñando la Libertad-1977) 15

Fig. 7 Gwilym Meerion Jenkins (1932- 1982) 16

Fig. 8 Peter B. Checkland 17

Esq. 1 Metodología para Sistemas Suaves (MSS) 18

Fig. 9 Peter Checkland en clase 18

Esq. 2 Concepto de la Teoría General de Sistemas 21 Esq. 3 Origen y tendencias del pensamiento sistémico 25 Fig. 10 Contexto físico, ubicación investigación, centros estudio 27 Tabla 3 Consumos de energía futuros, por grupos de países 31

Prototipos de Estado del Arte

Fig. 11 Estufa solar en Amden Alemania 35

Fig. 12 Estufa solar para 400 personas en la India. 36

Fig. 13 Estufa solar Cinvestav. México. 37

Fig. 4 El sol como fuente de energía presente y futura 38 Tabla 4 De congruencias (problemas, justificaciones, objetivos,

hipótesis)

44

Capitulo 2 Marco Teórico y Metodológico

Esq. 4 Pirámide conceptual de la estufa solar. 48 Gráfica 1 Valores de la constante solar medidos por satélite 50

Fig. 15 Prominente erupción solar. NASA 52

Gráfica 2 Picos de actividad geomagnética 53

Fig. 16 Energías alternativas: Eólica y solar 59

Tabla 5 Proyecto de aplicación: Jenkins/Checkland 62

Fig. 17 El problema central y sus variables. 1er. Nivel. 65 Tabla 6 Proyecto de la metodología de Jenkins. 71 Fig. 18 La radiación solar directa en promedio diario- anual. 74 Gráfica 3 Radiación global de la Cd. de México durante 8 años. 75 Tabla 7 Referencia de días con radiación solar y sus

desviaciones estándar

76

Tabla 8 Desviaciones estándar de la radiación solar en el D.F. 77 Fig. 19 Radiación solar por R/S (rango reescalado) 78 Fig. 20 Radiación solar por R/L ( rugosidad- longitud) 79

Fig. 21 Radiación solar por variograma 80

Tabla 9 Desviaciones de 1 a 2916 días de la radiación solar. 81 Fig. 22

Estimación del exponente de Hurst.. 82

Gráfica 4 Exponente de Hurst y su línea de tendencia. 83 Fig. 23 El problema central y sus variables más cercanas. 85 Tabla 10 Elementos para la aplicación de la metodología de

Checkland

87

Fig. 24 Diagrama a bloques de un reflectometro. 89 Fig. 25 Simulación por reflejo luminoso en diferentes materiales. 90 Gráfica 5 Valores de la reflectancia en 4 tipos de materiales. 90

Fig. 26 Concentrador solar tipo caja 93

Fig. 27 Irradiación del calor en el recipiente. 95

Tabla 11 Valores de constantes térmicas 96

Fig. 28 El vidrio y su control de radiación solar. 97 Esq. 5 Prototipo de estufa solar de alta eficiencia 103 Fig. 29 Estructura metodológica de Sistemas Multivariables(SM) 105 Fig. 30 Etapa de preparación de un concentrador solar Fresnel. 106 Fig. 31 Preparación del concentrador solar tipo caja 107 Fig. 32 Paneles solares superiores de la estufa. 108

Capitulo 4 Discusión, conclusiones, perspectivas futuras del proyecto.

Fig. 33 Concentrador solar de alta eficiencia de dos secciones 111 Esq.6 Temperatura con relación actividades de cocina. 113

Tabla 12 Costos de materiales 115

Fig. 34 Analogía del concentrador solar integral con un circuito eléctrico

116

Fig. 35 Reducción a un sistema de nodos de la estufa solar 118 Fig. 36 Sistema eléctrico visto como un cuadripolo 118 Fig. 37 Circuito eléctrico reducido, equivalente a estufa 2 secciones 119 Fig. 38 Tercer caso retroalimentado físico de la estufa 120

Tabla 13 Pruebas de campo de la estufa solar 121

Tabla 14 Pruebas de campo con bajo nivel luminoso 121 Fig. 39 Estufa solar con el Fresnel en posición lateral inferior 122

Tabla 15 Valoración de objetivos 123

GLOSARIO DE TERMINOS

Absortancia Es la propiedad de un material que determina la cantidad de radiación incidente, que puede absorber.

Albedo Porcentaje de energía solar reflejada.

Algoritmo Procedimiento para manejar los símbolos de un modelo, aporta una solución.

Análisis Método analítico, de investigación donde se revisa todo un sistema en sus partes y comportamiento individual

Autosimilitud En matemáticas la autosimilaridad, a veces llamada

autosimilitud o autosemejanza, es la propiedad de un objeto (llamado objeto autosimilar) en el que todo es exacta o aproximadamente similar a una parte de sí mismo.

Autoafinidad Aparece en algunas series temporales sumamente erráticas como un fenómeno típico de los conjuntos fractales, se

manifiesta en intervalos de tiempo con una duración cada vez menor y se observa apariencia es similar.

Biomasa Materia orgánica producida naturalmente en restos de vegetación.

Calor especifico La cantidad de calor para aumentar en un grado la temperatura de una unidad de masa.

Cibernética Ciencia del control y de las comunicaciones.

Ciencia Conocimiento de las cosas por sus principios y causas. Conocimiento sistemático del mundo físico.

Ciencia aplicada

Conocimiento teórico más práctico.

Ciencia básica Solo modelos, pero no practico

Complejidad Alto nivel de dificultad o de interconexión o interrelacion entre elemtos.

Covarianza Es una medida de dispersión conjunta de dos variables estadísticas Sxy = ∑ Xi Yi / n- 1. Es la media aritmética de los productos de las desviaciones de cada una de las variables respecto a sus medias respectivas.

Correlación Grado de dependencia reciproca entre variables aleatorias. Diseño Proceso creativo nuevo.

Desviación estándar o típica.

Es una medida de centralización o dispersión. También como la raíz cuadrada de la varianza. σ2 = lim 1/n∑ (Xi- ¯x)2. Que tan lejos esta de lo normal, cuanto se separan los datos. Diagrama de

dispersión

Es un tipo de diagrama matemático que utiliza las coordenadas cartesianas para mostrar los valores de dos variables para un conjunto de datos.

Enfoque sistémico

Forma de ver los problemas que implica una visión amplia sin barreras artificiales, contemplando todas las interacciones posibles entre los elementos de un sistema.

Energía solar total

Energía absorbida, mas la reflejada, mas la transmitida.

Escalabilidad Es la propiedad de aumentar la capacidad de trabajo o de tamaño de un sistema sin comprometer su funcionamiento y calidad normales.

Exponente de Hurst

H puede variar entre o y 1. Indica la persistencia o no persistencia de una serie.

Fractal La idea de que los objetos tienen más de dos dimensiones pero menos de tres, lo que se considera dimensión fractal.

Hipótesis Propuesta inicial susceptible de ser probada.

Globalización Plan de competencia internacional para enlazar las economías, finanzas, producción, que todo se vuelva interdependiente. Heliostato Espejo móvil plano, con seguimiento solar continuo.

Irradiancia Es el flujo incidente sobre una superficie.

Insolación Recibir en exceso la radiación solar. Energía solar que alcanza la superficie terrestre.

Integral Se considera el todo, completo. Considerar todas las partes o elementos que intervienen en un sistema. Completo que une a varios elementos o partes.

Invarianza O invariancia es algo que no cambia al aplicarle un conjunto de transformaciones

Isobárico Proceso a presión constante. Isocorico a volumen constante Ley cero

termodiná.

También conocida como “Del principio del equilibrio térmico”.

1ª. Ley

termodinámica

Tambien conocida como “Ley o principio de la conservación de la energía. La energía no se crea, ni se destruye, solo se transforma.

3ª. Ley termodin.

Es imposible alcanzar una temp igual al cero absoluto, en finito de procesos físicos.

Ley de potencia Es una relación matemática entre dos cantidades. Luminancia Es la intensidad aparente de la luz proveniente o reflejada por

un objeto o punto. Luz ultravioleta O luz negra o radiación ultravioleta tiene una longitud de onda

entre los 400 nm y los 15 nm, da un color violeta y puede producir efectos en la salud.

Luz visible Es una forma como se desplaza la energía, que percibe el ojo. De 400 a 750 nm

Marco conceptual

Ideas, conceptos.

Marco

metodológico

Aplicaciones (modelo), métodos, pasos a seguir.

Marco teórico Teoría que acompaña a un trabajo, puede provenir de leyes, libros, foros, revistas.

Mecanicismo Metodología como función mecánica. Aplica las leyes de la mecánica (máquina) y expone la idea de que existe un principio físico-matemático en todo.

Media aritmética

O Promedio, resultado de sumar todo y dividirlo entre sus partes.

Método científico

Es la manera en la que una teoría esta basada En una serie de pasos lógicos: Hipótesis, pruebas, confirmación de una

suposición. Método

deductivo

Va de lo general a lo particular. Se deduce.

Método

experimental

Formada por métodos inductivos y experimentales.

Metodología Puede ser la aplicación del método o bien un tipo de Método. En general se le da el sentido a un procedimiento de algo más elaborado, para un problema por solucionar. Lógica o método de hacer las cosas.

Metodologías duras o rígidas

Procesos tácticos de planeación- acción, para transformar sistemas técnicos- económicos, bajo la visión de las ciencias exactas.

Metodologías suave o flexible

Proceso de cambio planeado, orientado a la transformación de sistemas socio- técnico, abierto, maneja procesos interactivos, bajo visiones plurales de la realidad.

Modelo Es una representación abstracta, conceptual de un sistema o proceso. MOET Millones de toneladas de petróleo, equivalente a daños en la

salud.

Paradigma Sinónimo de orientación conceptual. Paradoja Sinónimo de contradicción conceptual.

Piranometro Aparato medidor de la radiación global. Radiancia Es el flujo reenviado o regresado.

Reflectancia Capacidad de las superficies de reflejar la luz, puede ser directa o reflejada. Brillantez

Retroalimentaci ón

Parte de la salida se reintegra a la entrada para regularla,

puede ser positiva o negativa. Forma de control de un proceso. R / L :

Rugosidad longitud

Es un método de trazado autoafín

R / S: Rugosidad reescalado

Es un método de trazado autoafin

Sistema Un conjunto de elementos con sus interrelaciones (Von Bertalanffy). Sistema abierto; Que puede relacionarse con su entorno.

Sistémico Totalidad de un sistema, considerando la relación con los elementos y /o subsistemas y sistemas internos y externos. Sinergia La suma de las partes es mayor que sus partes.

Sustentable Es un sistema que permanece Sistema

cibernético ler. Y 2º. nivel

De 1er. nivel; Es técnico, cerrado, físico- matemático. De 2º. Nivel; Es socio-técnico, abierto, resuelve tendencias, acepta nuevos sistemas, se basa en lo orgánico.

Socio-técnico Un sistema conformado por hombres y máquinas.

Termodinámica Parte de la física estudia la relación mecánica del calor con otros tipos de energía.

Transdiciplinari Que involucra dos o más disciplinas, logrando un aporte extra. Trazado

autoafin

Se tienen métodos de trazado autoafin como: Rango reescalado, rugosidad longitud, variograma, espectro de potencia, ondoletas.

Varianza Es la medida de las diferencias cuadráticas de “n” puntuaciones con respecto a su media aritmética. S2 = 1/n (∑ Xi – X)2. Es el cuadrado de la desviación estándar, es la media de las

diferencias con la media elevadas al cuadrado: σ2

LISTA DE ACRÓNIMOS

ANES Asociación Nacional de Energía Solar. México. CFE Comisión Federal de Electricidad

CEFP Centro de estudios de finanzas públicas. CINVESTAV Centro de Investigación y Estudios Avanzados

CONAE Comisión Nacional para el Ahorro de Energía. CONACYT Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología

C P Distribución de colas pesadas

C U Clases de Universalidad D F Distrito Federal, México

L P Leyes de Potencia

MSS Metodología para Sistemas Suaves M O E T Millones de toneladas de petróleo

NASA Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. ONU Organización de las Naciones Unidas

PEP Pemex Exploración y Producción

IFAI Instituto Federal de Acceso a la Información y Protección de datos.

INEGI Instituto Nacional de Estadística y Geografía ISES Internacional solar energy society

SENER Secretaría de Energía. México. S C Sistemas Complejos

S O C Criticalidad Auto- Organizada (SOC) (Self Organizad Criticality)

T.G.S. Teoría General de Sistemas.

UNAM Universidad Nacional Autónoma de México USA Estados Unidos Americanos (E U A)

SIMBOLOGÍA

K Constante solar, valor de 1 367 W/m2, práctica de 1 000 W/m2 E Número de paquetes de energía o energía de un fotón. h Constante de Plank = 6.626 x 10-34 Joules

c Velocidad de la luz: 3 x 108 m/seg.

λ Longitud de onda en metros. f Frecuencia en Hertz o ciclos/seg.

J Radiación por conducción, también como Hc en W/m2 dT/dx Gradiente de temperatura

T Temperatura en °C x Distancia en metros

K Conductividad térmica W/m °C

A Área en m2 Hf Radiación por convección en W/m2

Tf Temperatura final en °C

C

Coeficiente de convección de calor transferido W/m2 °C P Energía por radiación en W/m2

σ Constante de Stefan- Boltzmann : 5.67 x 10-8 W/m2 K4 ع Promedio de emisibilidad térmica

σ Desviación estándar. Log (A1/A2) R/S Rango reescalado

Drs Dimensión fractal estimada por el método R/S: (2 – H) R/L Rugosidad longitud

VG Variograma

H Exponente de Hurst

Q Ganancia de un concentrador parabólico en W I Intensidad de la constante solar (K) de 1000 W/m2

α Absortancia / Emitancia (ع): constante de 0.9 d / ℓ Densidad en Kg/m3 a 25 °C

h Coeficiente de transferencia de calor: W/m2 °C Rtv Resistencia térmica del vidrio: 0.19 °C/W Q Cantidad de calor o calor transferido m Masa en kgr.

mr Masa del vidrio

CCEV Calor especifico del vidrio en W/m °C V Volumen en m3

T0 Temperatura inicial en °C

Cpo Calor especifico en la olla (acero) : 0.46 P Peso en kgr.

g Constante de la gravedad: 9.81 m/s2 Eficiencia

V Tensión eléctrica en volts I Corriente eléctrica en amperes

K Coeficiente de acoplamiento magnético LKL Inductancia mutua entre dos bobinas. R Resistencia eléctrica en ohms

Tx1 Relación de vueltas del transformador

.

RESUMEN

MODELACIÓN TECNOLÓGICA DE AUTOSUFICIENCIA

ENERGÉTICA APLICADA EN UNA ESTUFA SOLAR.

El desequilibrio en el desarrollo integral del individuo a través de su historia, muestra que su avance a nivel social, cultural, ético y ecológico, ha quedado relegado ante sus logros técnicos y científicos. Éste defasamiento ha ocasionado toda la problemática en que se encuentra inmiscuido el ser humano hoy en día.

En el caso particular del presente proyecto de investigación el problema se inicia con el derroche de recursos energéticos de todo tipo, en forma permanente, con todo el alto grado de civilización alcanzado en nuestros días.

Como “Proyecto de trabajo” se plantea realizar un modelo tecnológico de concentración solar, que ayude a reducir el consumo energético no renovable, doméstico del ser humano, además de aprender a generar energía en forma local por medios naturales, aplicando sistemas técnicos, viables en su mantenimiento y costo, que por ser de tipo renovable, no alteren la naturaleza.

Este proyecto de trabajo plantea los objetivos necesarios para entender, resolver y aplicar tan compleja problemática. Dichos objetivos están dados por:

1) Conocer y ubicar los antecedentes sistémicos para estructurar una nueva metodología para resolver los problemas emergentes actuales y futuros, dentro de procesos transdiciplinarios.

2) Visualizar el contexto de la problemática ante; La escases de energía, daños ecológicos, problemas en economía, deforestación, cambios de tecnologías, altos costos de producción por tecnologías obsoletas.

3) Entender la fuente de energía solar como todo un sistema complejo. diseñando un sistema termodinámico eficiente, con la aplicación de la energía alternativa solar.

4) Desarrollar una metodología sistémica que permita alcanzar un sistema termodinámico empleando la energía solar.

5) Experimentar la modelación tecnológica- matemática en un prototipo

físico con un medidor electrónico en apoyo al trabajo del equipo instrumental y de analogías de operación.

6) Eficientar el prototipo físico por medio de mejoras retroalimentadas.

El diseño del modelo tecnológico integral, se inicia con análisis cualitativos y cuantitativos del problema. Como investigación aplicada o de intervención, su objetivo central es introducirse en la problemática energética actual, no tan solo para conocerla o explicarla, sino sobre todo transformarla y adecuarla a objetivos y soluciones definidas.

El diseño matemático de eficiencia de la estufa solar se cuestiona en sus resultados con un prototipo físico inicial, el cual se verá rediseñado o corregido en una siguiente etapa evolutiva de la investigación, diseñando y construyendo un prototipo mejorado, para compaginar los resultados teóricos con los valores prácticos o reales dados en el campo.

Las metodologías que utilizadas fueron de tipo duras para la parte física del proyecto y metodologías blandas o de apreciación, para la parte social y ecológica de la investigación. Haciendo uso de una metodología propia como producto de tesis, llamada “Metodología de Sistemas Complejos” donde se integraran ambas metodologías (duras y blandas) en un proyecto complementario analizando desde ambas ópticas problemas comunes, con soluciones integrales para una mejor respuesta a todo un nuevo sistema complejo o emergente como lo requiere la ingeniería actual y la sociedad futura.

PALABRAS CLAVE: Modelación, autosuficiencia, concentración solar, sistémico, transdiciplinario, sistema complejo, investigación aplicada, retroalimentación, metodología de sistemas complejos, emergentes.

ABSTRACT

“TECHNOLOGICAL MODELING OF ENERGETIC SELF-

SUFFICIENCY APPLIED IN A SOLAR STOVE”

The imbalance in the integral development of the individual across his history shows us that his advance at the social level, cultural, ethical, ecological, has remained relegated before his technical and scientific achievements. This defacement has occasion as current result, the whole problematic in which the human being is mix.

In the particular case of the present project of investigation the problem begins with the waste of energetic resources of all kinds, in permanent form, even in our days, with the whole degree of civilization reached.

Since project of work there considers to realize a technological model of solar concentration, that it helps to reduce the energetic not renewable consumption energy of to be a human being, beside learning to generate energy in local form for natural means, applying technical, viable systems in his maintenance and cost, which for being of renewable type, they do not alter the nature.

This project of work raises the necessary aims to deal, to resolve and to apply so complex problematic the above mentioned aims are given for:

1) Know and locate the background systemic to structure a new methodology, to resolve the current problems and future emerging, interdisciplinary projects within processes.

2) Display the context of the problem before the shortages of energy ecological damage, problems in economics, deforestation, changes in technologies, high costs of conform by obsolete technologies.

3) Understand the source of solar energy as a whole complex system, the designing a system of a thermodynamic efficient, with the implementation of the alternative energy solar.

4) Develop a system methodology that allocus to reach a thermodynamic system, using the solar power.

5) Experience modeling technological. Mathematical in a physical prototype, electronic meter in support for the work of the instrumentation and analogies of operation.

7) By apply alternatives of electrical circuits and equipment design. The design of the comprehensive technology model, is to begin with qualitative analysis, quantitative of the problem, as applied research or intervention their its central objective is entered in the current energy problems, not just to know it or explain it, but above all, to transform it and bring it into line with defined objectives and solutions.

The design of mathematical efficiency of the stove is questioned rural in their results with an initial physical prototype, wich will be a redesigned or corrected in the following evolutionary stague of the investigation, designing and constructing an improved prototype more feedback, to reconcile the results with the theoretical or practical values given in actual field.

The methodologies to be used of type type harsh for the physical part of the project methodologies and soft or of appreciation for the part of social and ecological research. By making use of a proprietary methodology as a product of the thesis, called “Methodologies of Complex Systems”, will be integrated where both methodologies (soft and hard) in a follow-up project analyzing from both optical common problems, with solution for a better response to a whole new complex systems emergent as required by the current engineering and the society of the future.

Key words: Modeling, self-reliance, solar concentration, systemic, interdisciplinary, complex system, applied research, feedback, methodology of complex systems.

El primer antecedente histórico de acuerdo a Polivio, fue la aplicación de un concentrador solar por Arquímedes, se cita que hacía el año 215 a.c. defendió el puerto de Siracusa, en Sicilia Italia, utilizando escudos pulidos debidamente enfocados para quemar las velas de los barcos de los invasores romanos, comandados por el capitán Marcelo.

La primera estufa solar data de 1767, cuando el científico Franco Suizo Horace de Saussure (solar cooking.org), construye la primera estufa solar del tipo caja de madera aislada con cubierta de vidrio.

John Herschel (1830) uso una cocina solar de su invención en su viaje a Sudáfrica. A Mouchot publicó “La cheleur solaire et ses applications industrielles” en 1869 en sus investigaciones sobre el uso de cocinas de concentración tipo parabólico cilíndrico (Domínguez-Universidad del Norte).

Samuel P: Langley en 1881 utilizó una cocina solar en su ascensión al monte Whitney. En el siglo XIX Adams experimento con diversos artefactos solares en la India.

La Dra. María Telkesi investigadora húngara, trabajo las cocinas solares de 1950 a 1970.

En 1955 la Universidad de Wisconsin (Perelman-1983), dona 30 estufas solares a los estados de Coahuila y Nuevo León, así como a comunidades indígenas americanas, la estufa fue del tipo de sombrilla invertida con pintura de aluminio y curvatura parabólica. A la semana se pensaba que sería la aportación más importante de la Universidad Americana a los países en vías de desarrollo, resultando que al mes las estufas estaban abandonadas.

La sociedad Rockefeller (Perelman-1983) preocupada por los resultados enviaron técnicos y sociólogos a que evaluaran las posibles causas de dicho fracaso, resultando problemas desde el horario de cocinado en la comunidad rural, no corresponde al horario solar, la cocina se realiza en el interior de la habitación, la persona no ajustaba la estufa según el avance del sol, los reflejos solares son intensos y lastiman la vista, al cocinar por la posición (trópico de cáncer y el de capricornio) la sombrilla se ensuciaba por las salpicaduras del guiso, los guisos no se alcanzaban a cocinar, la persona usualmente producía sombra interrumpiendo los rayos solares, la sombrilla presentaba una alta fragilidad.

Sherry Cole y Barbará Kerr (1970) desarrollaron varios modelos de cocinas solares tipo caja de gran difusión por su bajo precio.

En 1992 la asociación “Solar Cookers Internacional” promovió la 1ª. “Conferencia Mundial sobre la Cocina Solar”.

En general se puede resumir que el desarrollo de las cocinas solares ha tomado dos caminos básicos: Las cocinas tipo caja o de horno y las parabólicas o de concentración. Ambas con diversos materiales: madera, cartón, metal, vidrio.

Figura 1. Concentrador solar parabólico, instalado en Egipto. Notar los puntos de reflexión de la luz solar en la ventana, para la función del cocinado.

El mundo en general se acerca a una crisis energética, con el ritmo de consumo actual de hidrocarburos y sus derivados, se considera una reserva

mundial de combustibles que se agotará aproximadamente en el año 2043: (Reunión de los países del grupo de los 8 y miembros del programa ambiental

de la ONU, efectuada en marzo del 2007 en Potsdam Alemania).

En México se considera una reserva para 12 años, al ritmo actual de producción (D-1/PEP/IFAI.2010), sí no se descubren nuevas reservas, se considera que tiene potencial de reserva en aguas profundas, su limitación son los costos. E U A ha colocado una gran plataforma petrolera en el golfo, para extraer petróleo de aguas profundas.

Figura 2. El hombre y su relación armónica con la naturaleza como partes de un todo. El entorno del proceso de investigación (Propuesta de tesis).

b) PRESENTACIÓN DEL DOCUMENTO DE TESIS.

Este trabajo ha requerido tanto del diseño como producto de tesis, de una “Metodología de Sistemas Complejos” o emergentes, como de entender el comportamiento de la luz solar en un sistema complejo, que afecta termodinámicamente a la estufa, así como de un comportamiento integral de sus materiales de elaboración, el aprovechamiento de la energía luminosa y calorífica solar para hacer eficiente la citada estufa del proyecto.

Se ha desarrollado en cuatro capítulos que están interrelacionados según se muestra en la fig. 3.

b-1) Manejo metodológico general.

En el capítulo 1; Se trabaja el marco contextual tanto del pensamiento sistémico en sus dos corrientes principales, así como la presentación de una metodología que aporte soluciones armónicas en las nuevas complejidades emergentes, dando origen a una hipótesis conceptual de estos nuevos sistemas. También se fundamenta la investigación y sus bases científicas, cuidando y respetando el entorno de otros procesos de vida (ecológica, económica, social, etc.), presentando los objetivos generales y específicos.

FIGURA 3. DESARROLLO DEL CAPITULADO CON ALTERNDO DE METODOLOGIA EMERGENTE Y MODELACION TECNOLOGICA. (SECUENCIA DEL TRABAJO DE TESIS

CON PROPUESTA DE TESIS).

En el capítulo 3; Se da la aplicación alternada de la metodología compleja (en sus 3 niveles) y la modelación tecnológica. En 3 niveles; El 1er nivel considera el planteamiento metodológico con sistemas complejos del problema y su respectivo diseño de la autosustentación energética. En el 2º. Nivel se da el análisis y modelado de las variables involucradas. En el 3er. Nivel la aplicación metodológica y técnica de gran solución final de todo el sistema. Dando la aplicación y respuesta estructural de la hipótesis funcional, planteada en el capitulo (2).

Tabla 1. Marco metodológico para el desarrollo de tesis. (Galindo, 2002). Actividades ¿Qué hacer? Técnica ¿Cómo hacer? Herramientas ¿Con que hacer?

Metas ¿Qué obtener? Establecer marco conceptual Pirámide conceptual Definir marco, conceptos y su relación

Estructura de la pirámide conceptual

Antecedentes históricos y análisis de la situación actual

Investigación escrita Opinión expertos internos y externos

Bibliografía, proyectos nacionales, intérnac, artículos ,cuestionarios entrevistas

Determinar ventajas y desventajas del sistema actual y tendencias futuras

Definir objetivos generales y específicos

Opinión expertos interno y

ext...Comparar proyec. nac/extranjeros Conocer necesidades fam. mexicana, investig. Datos gob. observación

Entrevistas y cuestionarios. Internet, artículos

Objetivos generales y específicos. Resolver justificación de tesis

Justificación y elegir tipo de metodología

Entrevistas, reportes sociales, invest. escrita.

Definir sistemas duros / suaves aplicac. practica.

Cuestionarios, artículos, aplicación de diversas método.: Hall, Checkland, Jenkins

Mostrar necesidad de solución real. Integrar método. Que den solución con una estufa térmica práctica.

Implantación y pruebas. La modelación y el prototipo cubren objetivo proyecto.

Aplicación parte práctica y manejo. No es objetivo del

proyecto, sino un posible valor extra.

Prototipo y pruebas de uso continuo.

Definir resultados, limitaciones, problemas de aplicación, logros obtenidos Valoración de objetivos, implantación parte operativa, administrativa Comparar entre objetivos con resultados. Lograr consenso social y de gobierno

Cuestionarios, entrevistas. Reuniones, Juntas de difusión

Afinar manejo del modelo. Tener un modelo de estufa térmica propia y efectiva con aplicación real Estructura tesis, organización, manejo metodológico. LGS Investigación, recopilación de información, estructura administrativa. LGS Parte práctica sistémica / admva con manejo de metodol. Interrelación de capítulos

Una tesis integral, estructural y manejo sistémico de

En la Tabla 2, se muestra el proyecto de análisis y diseño metodológico de cómo se manejará la metodología dura de Jenkins, en complemento con la metodología suave de Checkland.

TABLA 2. PROYECTO DE ANÁLISIS Y DISEÑO METODOLÓGICO DE LA TESIS.

Análisis y diseño metodológico

Aporte de ciencias de sistemas con metodologías duras y suaves.

Sistemas complejos, fractales, programas de simulación por computadora. Ingeniería: Electrónica, electricidad, cibernética, óptica, física, termodinámica meteorología, economía, ecología, sociología.

Se maneja la metodología Jenkins para la parte estructural sólida mecanicista del modelo de estufa solar, al ser una metodología dura (números, tiempo, investigación) propia para el objetivo inicial de funcionamiento deseado.

De Peter Checkland se aportará el desarrollo de planeación-acción muy necesario para sistemas suaves, como lo es la parte socio-económica del pueblo mexicano, con una estructura de tipo orgánico y nos da el cierre y formación del modelo del concentrador solar propuesto.

Para enlazar la parte matemática con metodología de Jenkins y la

metodología suave con metodología de Checkland, se integrará una meta metodología orgánica con representación conceptual y física que integre al sistema, como una propuesta de metodología para sistemas emergentes, aportación de tesis/Enrique Urbano.

CAPÍTULO 1

MARCO CONTEXTUAL SISTÉMICO Y FUNDAMENTO DE LA

INVESTIGACIÓN EN EL MARCO CONTEXTUAL DEL ENTORNO

SISTÉMICO DE OTRAS VARIABLES EN PROCESOS DE VIDA,

ANTE LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES.

1.A) Marco contextual del pensamiento sistémico.

Para entender el contexto de la investigación, se parte de la evolución del pensamiento sistémico, sus pensadores, corrientes filosóficas, avances y disyuntivas de corrientes duras y suaves, así como su limitación ante los nuevos sistemas emergentes o complejos.

1.1 Desarrollo cronológico y de pensadores de la T.G.S.

La idea de sistema tiene un origen confuso entre ciencia y la filosofía, la palabra Sistema proviene de systéma, que a su vez procede de synistanai (reunir) y de synistémi (mantenerse juntos). Se dice que el término es introducido o usado en la filosofía entre el 500 y el 200 a.c. por los filósofos:

Anaxagoras, Aristóteles, Sexto Empírico y los Estoicos.

Aristóteles citaba “El todo es más que la suma de sus partes”, concepto básico de sistemas. También se atribuye a Mencius 500 a.c. que uso el término “sistema” por primera vez, aunque en la actualidad dicho uso se asocia más al concepto de método (methá- odo: fin- camino). Mencius citaba; Cualquier persona y cualquiera sean los objetivos de una actividad o negocio debería contar con un sistema para operar así como cualquiera usa la regla para trazar un cuadrado o el compás para trazar un círculo.

El pensador Nicolás de Cusa en el siglo XV, citaba la noción de oposición y lucha de las partes dentro de una totalidad, Leibnitz intuía unas matemáticas que no se limitaban a valores cuantitativos sino que pudieran formalizar un pensamiento conceptual, Hegel y Marx subrayan la estructura dialéctica del pensamiento y del universo que este genera.

George Wilhem Friedrich Hegel (1770- 18319) hablaba “las partes están dinámicamente interrelacionadas o son interdependientes” “el todo determina la naturaleza de las partes”, Blas Pascal de su famosa frase:”Creo que es imposible conocer las partes sin conocer el todo, como, conocer el todo sin conocer específicamente las partes”.

El ruso Bogdanov (de acuerdo a Bueno Campos) en forma precursora entre

1912 y 1922 hablo de un complejo, donde el todo es mayor que la suma de las partes, que es una idea donde subyace en el término sistema y que ha sido

recogida como “Sinergia”. Lotka en 1925 discutía sobre sistemas de ecuaciones diferenciales simultaneas, en 1928 Koehler expresaba las

Entre los años 30 y 40 se empezó a gestar los conceptos de sistemas y la metodología de sistemas. L. Von Bertalanffy se distinguió como uno de sus principales fundadores y precursores del movimiento de sistemas, que lo concebio como un organismo viviente, un sistema organizado y se enfoco en la búsqueda de las leyes que rigen su comportamiento.

En este contexto nació la idea de la Teoría General de Sistemas en 1950 con Bertalanffy, como una teoría interdisciplinaria que desarrolla principios y modelos aplicables a sistemas en general, unificando las ciencias y la investigación de sistemas generales y por tanto la ciencia y la filosofía de sistemas.

FIGURA 4. LUDWING VON BERTALANFFY (VIENA 1901-NUEVA YORK 1972).

Bertalanffy maneja la ciencia y sus métodos, bajo un nuevo enfoque sistémico de la ciencia y la realidad, iniciando la propuesta metodológica de dos caminos que llama “Métodos generales”, que pueden trabajarse por separado o en forma conjunta:

 El método empírico. Intuitivo; Que es cercano a la realidad, pero que le

falta el análisis matemático y la fuerza deductiva.

 Método deductivo de teoría sistémica: Que maneja la estructura matemática de los conceptos y relaciones de un sistema.

Entre los primeros resultados de los conceptos de sistemas se encuentra la actividad ahora conocida como “Investigación de Operaciones”.

Desarrollaron un método de investigación-acción en base a su teoría del campo para explicar el fenómeno psico-social del cambio, viendo las organizaciones como sistemas, desarrollando conceptos de sistemas, que resultaron paralelos en un camino alternativo metodológico al de Bertalanffy. Las fases de la investigación-acción son:

 Ganar acceso al sistema.

 Identificar los problemas con los miembros del sistema.

 Recolección de datos y diagnostico preliminar.

 Retroalimentación del diagnóstico preliminar.

 Diagnóstico conjunto del problema.

 Tomar acción acordada por los miembros.

 Evaluar resultados.

El grupo del Instituto Tavistock después de numerosas aplicaciones de la investigación-acción desarrollaron conceptos de sistemas alternativos para reconocer sí un sistema es duro o suave, problema que se manifestará en años posteriores, con las aportaciones de Peter Checkland, con su: método de sistemassuaves.

Redfiel (1942) pone de manifiesto la continuidad, variedad, y complejidad de los eventos de transición que une los niveles biológico y sociocultural. En 1945 inicio Ross W. Ashby los conceptos de cibernética (es el estudio interdisciplinario de las estructura de los sistemas reguladores), autorregulación y auto- dirección, que son aplicables a los sistemas físicos y sociales, lo que termino en 1956 con las teorías de Wiener y de Shannon desarrollaron la teoría matemática de la comunicación y control de sistemas a través de la retroalimentación (cibernética), que esta relacionada con la teoría de control.

En los años de la segunda guerra mundial se funda la corporación RAND, es

un “think tank” norteamericano, formado en un primer momento para ofrecer investigación y análisis a las fuerzas armadas norteamericanas, y que participo

en programas con relaciones de sistemas. Actualmente esta distribuida en seis sitios y en 2003 se inauguro el instituto RAND- Qatar.

Morse y Kimball (1951) publicaron uno de los primeros libros de Investigación de Operaciones, donde enfatizan un método de sistemas para atacar los problemas y encontrar sus soluciones definitivas, que consiste en:

 Estudiar los antecedentes pasados.

 Construir teoría que expliquen los hechos.

 Por medio de los hechos y las teorías predecir su comportamiento.

A pesar de no manejar un concepto preciso de método, se utilizaron sus conceptos en la investigación de operaciones, para colaborar en la victoria de los países aliados en la segunda guerra mundial.

Entre 1954 y 1956 J. G.Mc Closkey y F. N. Trefethen publicaron dos volúmenes de la investigación de operaciones donde presentaron numerosos problemas resueltos, aplicando modelos, técnicas y herramientas en la administración de sistemas, aunque sin enfoque de metodologías.

En 1954 Kenneth Ewart Boulding (1910- 1993) proporciono una clasificación útil de los sistemas, que establece los siguientes 9 niveles jerárquicos:

Nivel 1. Estructura Estática: Lo que se podría llamar el nivel de los marcos. Esta es la geografía y la anatomía del universo - los patrones de los electrones alrededor del núcleo, la disposición de los átomos en un cristal, la anatomía del gen, la célula, la planta, el animal, la asignación de la tierra, el sistema solar, el universo astronómico.

La descripción exacta de estos marcos es el principio del conocimiento teórico organizado en casi cualquier campo, ya que sin precisión en la descripción de relaciones estáticas ninguna teoría precisa funcional o dinámica es posible. Así, la revolución copernicana fue realmente el descubrimiento de un nuevo marco estático del sistema solar que permite una descripción más simple de su dinámica.

Nivel 2.Mecánico o de relojería: Este podría llamarse el nivel de mecanismos de relojería. El sistema solar es, por supuesto, el gran reloj del universo desde el punto de vista del hombre, y las predicciones deliciosamente exactas de los astrónomos son un testimonio de la excelencia del reloj que ellos estudian.

Nivel 3. Cibernético o de equilibrio: podría ser apodado el nivel del termostato. Este difiere del sistema simple de equilibrio estable, principalmente en el hecho de que la transmisión y la interpretación de la información es una parte esencial del sistema. Como resultado de esto, la posición de equilibrio no es sólo determinada por las ecuaciones del sistema, sino que el sistema se moverá hacia el mantenimiento de cualquier equilibrio dado, dentro de los límites. Así, el termostato mantendrá cualquier temperatura a la cual se puede establecer, la temperatura de equilibrio del sistema no está determinado únicamente por sus ecuaciones.

El truco, por supuesto, es que la variable esencial del sistema dinámico es la diferencia entre un estado "observado" o "registrado" el valor de la variable de mantenimiento y su valor "ideal". Si esta diferencia no es cero, el sistema se mueve con el fin de disminuirla, por lo que el horno envía el calor cuando la temperatura registrada es "demasiado fría" y se apaga cuando la temperatura registrada es "demasiado caliente".

Nivel 4. Estructura de auto reproducción o de célula: Sistemas abiertos o estructuras auto-mantenimiento. Este es el nivel en el que la vida empieza a diferenciarse de la no vida.

Nivel 5. Genético asociativo o nivel de las plantas: Las características más destacadas de estos sistemas (estudiados por los botánicos) están en primer lugar, una división del trabajo con partes diferenciadas y mutuamente dependientes (raíces, hojas, semillas, etc.), y en segundo lugar, una diferenciación clara entre el genotipo y el fenotipo, asociada con el fenómeno

de la equifinal o "huella" de crecimiento.

Nivel 6. Mundo animal: Nivel caracterizado por una mayor movilidad, comportamiento teleológico y conciencia de sí mismo, con el desarrollo de los receptores de la información especializada (ojos, oídos, etc.) que conduce a un enorme incremento en el consumo de información.

Nivel 7. Humanos: Además de todas las características de los animales el hombre posee sistemas de auto-conciencia, que es distinto de la conciencia.

Nivel 8. Organizaciones sociales: El hombre aislado de sus compañeros, es prácticamente desconocido. Tan esencial es la imagen simbólica de la conducta humana que se sospecha que un hombre verdaderamente aislado no sería "humano" en el sentido generalmente aceptado, a pesar de que sería potencialmente humano.

Nivel 9. Sistemas trascendentes: Los últimos y absolutos, ineludibles incógnitas, que también muestran una estructura sistemática y de relación. Será un día triste para el hombre cuando a nadie se le permite hacer preguntas que no tienen ninguna respuesta.

Los primeros tres niveles son sistemas físicos o mecánicos y proporcionan las bases para el conocimiento en las ciencias físicas. El cuarto, quinto y sexto se refieren a los estudios biológicos y los tres últimos se relacionan con los seres humanos y sociales y se refieren a las ciencias sociales, las artes, humanidades, religión.

Fue C.W. Churchman y R.L. Ackoff en 1957 con su presentación de la “Introducción a la Investigación de Operaciones” que presentaron un esfuerzo sistemático para el enfoque de la metodología de sistemas.

Debido a su formación en la filosofía de la ciencia, su pragmatismo y experiencias practicas, iniciaron la definición explicita, sistemática y sistémica del método de la investigación de operaciones. Su concepto de ciencia lo enfocan sistémicamente dando una interacción entre:

 Formulación del problema.

 Construcción de un modelo.

 Obtención de una solución.

 Prueba del modelo y la solución.

 Implantación y control de la solución.

FIGURA 5. RUSSELL LINCOLN ACKOFF.

, la cibernética y la administración a través de los conceptos de sistemas, complejidad, modelos, decisión, comunicación y control de manera integral, lo que más adelante sería el modelo del sistema viable. Kaufmann (1959) presento una serie de libros de investigación de operaciones con métodos y modelos, enfatizando las herramientas matemáticas y computacionales, en sí como métodos.

Son Ch. D. Flagle, W.H. Hugging y R.H. Roy en 1960 que presentan su obra que integra a la Investigación de Operaciones y la Ingeniería de Sistemas en el uso coincidente de modelos matemáticos, técnicas y herramientas en sistemas, confundiendo estos conceptos con metodologías sin un concepto que integre la metodología de sistemas.

En 1962 Ackoff en su libro sobre método científico le da relevancia a su aportación metodológica en cada una de las fases de su método publicado en 1957. Dándole amplitud a la ciencia sistémica como un proceso de resolver problemas, contestar preguntas y desarrollar procedimientos más efectivos, planteando diversos medios de indagación y su relación con el método científico como un proceso controlado para alcanzar un fin deseado que involucre aspectos sociales y tecnológicos, métodos y metodología.

En el mismo año de 1962, A. D. Hall con su formación de ingeniería y

experiencia practica ve la necesidad de definir un método y de dar las bases filosóficas de la Ingeniería de Sistemas, integra los conceptos de ciencia, tecnología y creatividad en su definición de las fases de su metodología de la Ingeniería de Sistemas, que ya separa de la investigación de operaciones aunque con algunas similitudes.

Hall sistematizo y dio difusión de forma más comprensiva a los aspectos del método para la ingeniería de sistemas, formalizando que la investigación de operaciones se enfoca de las operaciones de un sistema ya existente y que la Ingeniería de Sistemas lo es de la creación, desarrollo y puesta en operación de nuevos sistemas.

Es en 1965 que H. Chestnut publica su libro sobre herramientas de la Ingeniería de Sistemas dando énfasis a la creación, como ingeniar un sistema y operarlo y en 1967 junto con Van Court Hare expone el método para el Análisis de Sistemas.

FIGURA 6. STAFFORD BEER. DISEÑANDO LA LIBERTAD. 1977

Stafford Beer filosofo de la teoría organizacional y gerencial, de quien el propio Wiener dijo que debía ser considerado como el padre de la cibernética de gestión, define a la cibernética como: “La ciencia de la organización efectiva”, que estudia los flujos de información que rodean un sistema y como esta información es usada por el sistema como un valor que le permite controlarse a si mismo.

Ackoff y Sasieni (1968) actualizan su obra de 1957, en general orientan los problemas a análisis de modelos matemáticos, técnicas y herramientas, Ackoff introduce el conocimiento metodológico para dar balance a sus soluciones, con el propósito de no solo resolver problemas en sistemas, sino también resolver sistemas de problemas.

Gwilym Meerion Jenkins (1969) (1932- 1982) aporta propuestas en la Ingeniería de Sistemas, definiendo el método, que consiste en:

 Análisis de sistemas: Formulación del problema y organización del proyecto.

 Definición del sistema más amplio, su objetivo, criterio económico global, recolección de datos.

 Síntesis diseño de sistemas, predicción, construcción modelo y simulación.

 Optimización, control, confiabilidad.

 Implantación, documentación, aprobación y construcción.

Figura 7. Gwilym Meerion Jenkins (1932- 1982).

Ackoff presenta en 1970 su concepto de las Ciencias de los Sistemas Sociales, en su obra sobre “Sistemas con Propósito”, con nuevas fronteras conceptuales y metodológicas, para los nuevos y futuros problemas de la sociedad. Integra los conceptos de sistemas socio-técnicos con una nueva propuesta no matemática de formalización de los conceptos sistémicos.

En este mismo año René Thom y E.C.Zeeman plantean la teoría de las catástrofes, rama de las matemáticas de acuerdo con bifurcaciones en sistemas dinámicos, que clasifica los fenómenos caracterizados por súbitos desplazamientos en su conducta.

Neufville y Stafford (1971) trabajan el análisis de sistemas para la resolución de problemas y la toma de decisiones, considerándolo como un conjunto coordinado de procedimientos para diseñar y administrar congruentemente con el método científico proponen un procedimiento básico analítico, compuesto de:

 Definición de objetivos.

 Formulación de medidas de efectividad.

 Generación de alternativas.

 Su evaluación y selección.

Checkland (1972) propuso desarrollar métodos apropiados para sistemas suaves, que se basaron en la investigación-acción entre otros conceptos, dados en los años 40s. Lo que sintetiza en 1981 con su metodología de sistemas suaves. Reconociendo la importancia de la relación filosofía y método, Checkland determinó que su método satisfacía las características que Churchman atribuye a los aspectos de indagación del pragmatismo experimental, así como también a los trabajos de Sir Geoffrey Vickers en su teoría para describir y explicar los procesos que caracterizan los sistemas sociales, no considerando al individuo como simples entes que buscan alcanzar metas, actuando como máquinas.

Las aportaciones de Vickers al conocimiento de los sistemas suaves cobran mayor dimensión al considerar al hombre y el grupo social como sistemas

plenos de propósitos, para considerar toda la riqueza humana en sistemas.

FIGURA 8. PETER B. CHECKLAND.

El enfoque de sistema socio-técnico abre la propuesta metodológica para la solución eficaz y eficiente de los problemas, basándose en la investigación-acción que originalmente daba un “tema” para motivar el desarrollo de actitudes y aptitudes, mas que un método definido. Lo que se lograría más tarde con la famosa metodología para sistemas suaves.

Con la aportación de Checkland se presento la dualidad al reconocer sí un sistema es duro o suave, esta dificultad se presenta en la interrelación entre los aspectos sociales y tecnológicos, se percibe el problema al tratar de identificar y estructurar los sistemas como sistemas socio-técnicos, buscando el balance apropiado tanto en los aspectos sociales como de los tecnológicos.

Trist y Emery promulgan una optimización conjunta de lo social y de lo técnico lo que conjugue los aspectos cualitativos y los cuantitativos es decir lo objetivo

de lo subjetivo. El enfoque de sistema socio-técnico abre amplias perspectivas. metodológicas para la resolución eficaz y eficiente de los problemas. Pero

ESQUEMA 1. METODOLOGÍA PARA SISTEMAS SUAVES (MSS) DE ACUERDO A PETER CHECKLAND.

Trist y Emery al igual que Churchman y Ackoff aplican sus esfuerzos metodológicos al indicar que no es posible solo dar preponderancia a las componentes tecnológicas o bien el dar solo interés a las componentes sociales basándose solo en teorías no comprobadas experimentalmente.

.

FIGURA 9. PETER CHECKLAND DICIENDO ALGO TERRIBLEMENTE IMPORTANTE, LO QUE SE INDICA POR EL USO DE SU SOMBRERO ROJO (I-27:

ISS.IU.UNISI.CH).

Este problema de definir sí un problema es duro o suave, se presento inicialmente con la corriente alternativa del Instituto Tavistock y de Bertalanffy a lo que Peter Checkland cita que en muchas ocasiones de la vida real; El problema consiste en definir el problema, los problemas no están definidos, razón por la cual es el observante quien debe realizar esta tarea.

La primera actividad en el estudio de sistemas es definir la situación problemática (la situación- problema). Charles Francois propone una metodología para definir correctamente los problemas:

 Reconocer las múltiples causas del problema.

 Reconocer los múltiples efectos que tiene o podría tener.  Reconocer los distintos sectores de la realidad que serían o podrían ser

influenciados por las diversas soluciones posibles del problema.

El definir un problema debe ser una actitud sistémica permanente, que busque la adecuada definición de los problemas como base fundamental para su solución.

Ackoff (1974) amplio su concepto de “Planeación Estratégica”, integrando diferentes filosofías, actitudes y tipologías de planeación, hasta proponer su “Planeación Interactiva” su propuesta metodológica es:

 Participación.

 Proceso continuo.

 Holismo.

Su método integra: Formulación del sistema de problemas, planeación de fines, planeación de medios, planeación de recursos y diseño de la implementación y el control.

David Ruelle, Edward Lorenz, Mitchell Feigenbaum (1980) describen la Teoría del Caos, una teoría matemática de sistemas dinámicos no lineales que describe bifurcaciones, extrañas atracciones y movimientos caóticos.

Hall (1989) reactualiza su propuesta de 1962 de la Ingeniería de Sistemas en su nueva metodología de metasistemas la cual la define como un proceso multiparadigmatico, creativo, eficiente, multi-fases, multi-niveles, para encontrar definir y resolver problemas de mayor dificultad.

administración, la cibernética, en general en las ciencias aplicadas. Su metodología la basa en: Tiempo, lógica, conocimiento o contenido y su concepto integrado actual de: cultura- política- comportamiento.

John H. Holland, Murray Gell- Mann, Harold Morowitz en 1989, plantean el Sistema Adaptativo Completo (CAS) una nueva ciencia de complejidad que

describe surgimiento, adaptación y auto- organización, esta basada en simulaciones informáticas por el Instituto de Santa Fe, incluye sistemas de

multiagente que han llegado a ser una herramienta importante en el estudio de los sistemas sociales y complejos.

John P. Gigch (1991) renueva su Teoría General de Sistemas Aplicados y la da como una modelación y meta- modelación en el diseño de sistemas, dando sus modelos matemáticos, técnicas y herramientas de sistemas en conceptos meta sistémicos quedando marginados los aspectos metodológicos de sistemas.

En este mismo periodo Flood y Jackson dan un nuevo modo para planear, diseñar y evaluar en su Intervención Total en Sistemas, cuyas bases filosóficas son: La complementariedad, la conciencia social y la emancipación humana. Proponen el concepto de Liberalidad en Teoría de Sistemas.

1.2) ENCUENTRO DE LAS CORRIENTES SISTÉMICAS

PRINCIPALES Y SU DIFICULTAD DE ELECCIÓN EN EL

ENFOQUE DE LOS PROBLEMAS, POR TIPO SUAVE O DURO.

Con Bertalanffy como promotor, se concibe la T.G.S. como una doctrina interdisciplinaria que elabora principios y modelos aplicables a sistemas en general, dando correspondencia o isomorfismos entre sistemas de diferente naturaleza presentando en especial la construcción de modelos matemáticos, unificando las ciencias y la investigación como la ciencia y la filosofía de sistemas en un nuevo modo de ver sistémicamente la ciencia y la realidad.

Así la T.G.S se complementa con la cibernética, la teoría de juegos, la teoría de la información, los modelos estocásticos, la investigación de operaciones, entre otras ciencias de tipo muy matemático. Con las ecuaciones diferenciales se abarca una nueva visión de la física, la biología, la economía en el estudio

ESQUEMA 2. CONCEPTOS DE LA TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS.

Las fases del proceso de investigación- acción En cambio en los mismos años

40´s el grupo del Instituto de Tavistock de Londres desarrollo el método de investigación- acción para estudiar fenómenos sociales en organizaciones vistas como sistemas. La investigación- acción reúne la teoría investigada del fenómeno o problema, con el esfuerzo de producir cambios en los sistemas sociales a través del proceso de interactuar en el sistema.

Para el I de T. la solución depende de la relación entre quien desea ayudar a resolver el problema, el investigador como agente de cambio y el grupo social del sistema, el cliente son:

 Ganar acceso al sistema.

 Identificar los problemas con los miembros del sistema.

 Recolección de datos y diagnostico preliminar.

 Retroalimentación del diagnostico preliminar a los miembros.

 Diagnostico conjunto del problema.

 Tomar acción acordada por los miembros.