Perfil del aspirante

• El aspirante debe poseer un grado o el acta de examen de grado de maestría, de acuerdo al Artículo 8 del Reglamento de Estudios de Posgrado (REP) del Instituto Politécnico Nacional en el área de las ingenierías, de las ciencias físico-matemáticas o áreas afines, de acuerdo al criterio del Comité de Admisión del programa.


• Sus estudios previos deben poseer una orientación en investigación básica o aplicada. Debe tener una alta responsabilidad académica.


• Poseer conocimientos científicos y técnicos que abarquen el análisis y modelado matemático, experimentación y simulación numérica en su área de estudio.


• Tener capacidad de comunicación en los niveles científico, técnico y de divulgación, tanto nacional como internacional.


• Capaz de vincular sus desarrollos científicos y tecnológicos de su campo disciplinario en el marco de la realidad de los problemas sociales.


• Que sea capaz de proponer soluciones prácticas y realizables con una capacidad crítica con respecto a la información científica y tecnológica de fuentes especializadas vigentes.

Perfil de egreso

• Serán capaces de realizar, con referentes de ética profesional y criterios de excelencia, labores de producción, transmisión, organización y planeación en el campo del conocimiento, desarrollo y análisis relacionados con una de las Líneas de Generación y Aplicación del Conocimiento (LGAC) del Doctorado en Ciencias en Termofluidos (DCTF), con especial dedicación al dominio del área seleccionada (teórica, experimental o aplicada). Tener un amplio conocimiento de los campos de estudio y de los avances más significativos en el área de los fenómenos de transporte (transferencia de calor y masa, mecánica de fluidos, fenómenos electrocinéticos, acústicos, electro-magneto-hidrodinámicos, transporte en medios porosos, reología, entre otros).


• Poder efectuar investigación original y de frontera. Estarán habilitados para identificar y evaluar problemas de investigación básica, así como estrategias para su resolución.


• Poder organizar y dirigir grupos de investigación en el área de ingeniería con iniciativa propia siendo un generador de trabajos de investigación originales.


• En el área de docencia, los egresados serán capaces de intervenir en los programas con diversos fundamentos teóricos, técnicos y metodológicos.


• Serán capaces de participar en la formación de recursos humanos para la docencia y/o investigación.


• Podrán difundir el conocimiento en áreas afines a su investigación y podrán articular su ejercicio profesional con los diversos agentes sociales, así como gestionar ante las instituciones pertinentes con argumentos científicos, metodológicos y sociales.


• Estarán preparados para mantenerse actualizados, durante su desempeño profesional, por haber sido entrenados al manejo de las múltiples fuentes de información.


• Serán agentes clave para la detección de problemas en ingeniería aplicada en los diferentes sectores industriales que involucren el manejo de sistemas térmicos y del manejo de fluidos, implementando soluciones con una metodología científica.


• Formarán parte de la masa crítica del país que contribuya al desarrollo científico y tecnológico en el área de ingeniería, reduciendo el rezago intelectual, cultural y social que se tiene con los países desarrollados.


• Las capacidades de los alumnos egresados resultan importantes para la sociedad en su conjunto, dado que éstos podrán trabajar activamente en problemas aplicados a la industria aeronáutica, automotriz, aeroespacial, farmacéutica o desarrollado investigación básica y/o aplicada en el sector energético.

La orientación del DCTF es científica y está relacionada con 3 LGAC, denominadas:

• Microfluídica y nanofluídica


• Fenómenos de transporte a escala macrométrica


• Mecánica de fluidos ambiental

Estas áreas requieren antecedentes en ingeniería, física, química y matemáticas aplicadas. Por un lado, los problemas involucrados en estas LGAC abarcan un rango muy amplio de actividades relacionadas con mecánica de fluidos y transferencia de calor en general (conducción, convección y radiación), y de manera particular, el estudio de flujos multifásicos, ciencia coloidal, físico-química, biofísica y más generalmente, físico-química hidrodinámica. Por otro lado, aspectos adicionales que se contemplan en las LGAC es el estudio y aprovechamiento de fuentes de energía renovables, tales como la maremotriz, la solar y a partir de combustibles fósiles.

A continuación, se presenta de manera detallada los aspectos más relevantes de cada una de las LGAC:

Microfluídica y nanofluídica

Debido al desarrollo de las tecnologías de microfabricación, es posible miniaturizar sistemas mecánicos, fluídicos, electromecánicos y térmicos para diversas aplicaciones. Esta tendencia conduce a la creación de la microfluídica, la cual se define como el estudio de flujos de fluidos (newtonianos o complejos), mono o multifásicos que circulan en microsistemas artificiales. Debido a esto, es importante el análisis y cálculo de los fenómenos de transporte asociados a dichos dispositivos. La importancia del análisis y diseño de éstos cobra relevancia, ya que ellos se pueden utilizar para el suministro y control de medicamentos; transporte y manipulación de proteínas y de ácido desoxirribonucleíco; la necesidad de manufacturar laboratorios en un microchip para un análisis molecular rápido. Lo anterior requiere el modelado de los fenómenos de transporte de calor, fluidos, masa y especies químicas en una escala de longitud que se aproxima a las dimensiones moleculares. En estas escalas aparecen nuevas características que no se aprecian en escalas macroscópicas.

Debido a la relación tan grande de superficie-volumen que está presente en conductos con escalas micro y nano métricas, las propiedades de superficie llegan a ser muy importantes, causando que el uso de gradientes de presión para conducir fluidos sea prohibitivo en dichas escalas. Por lo tanto, fluidos y biomateriales tales como proteínas y otras partículas coloidales son transportadas frecuentemente por fuerzas eléctricas y magnéticas, por efectos capilares, por rotación o por fuerzas acústicas. Esto origina que el estudio de microdispositivos involucre un conocimiento significativo del flujo de fluidos, transferencia de masa, transferencia de calor, electrocinética, electroquímica y biología molecular. El aspecto común es la micro y nanofluídica. Por lo tanto, estas áreas juegan un papel muy importante en la unificación de los campos de la mecánica de fluidos, calor y transferencia de masa, electrostática y electrodinámica, electroquímica y biología molecular. De manera particular, la nanofluídica abre nuevas líneas de investigación para descubrir la estructura y conformación de biomateriales, tales como proteínas, a través de simulación molecular.

Las aplicaciones de la micro y nanofluídica se ven involucradas en el campo de la biomedicina, flujos internos en micro y nanocanales. Generalmente los fluidos que circulan a través de estos micro y nanoconductos son mezclas de electrolitos, y probablemente con un componente biomolecular (usualmente alguna proteína). Por lo tanto, ocurre transferencia de masa, y debido a que muchas biomoléculas (por ejemplo, proteínas) se encuentran eléctricamente cargadas, se presenta un campo eléctrico. La determinación de la identidad y rapideces del transporte de especies iónicas y biomoleculares es uno de los propósitos de dispositivos de escalas micro y nanométricas.

Debido a que la micro y nanofluídica involucra el transporte de especies cargadas, su estudio requiere una aproximación multidisciplinaria, como se ha señalado previamente. Es con este enfoque interdisciplinario de la micro y nanofluídica que se propone esta área de estudio dentro del DCTF.

En la actualidad, las principales aplicaciones de la microfluídica son:

• Industria farmacéutica y biomedicina.


• Flujos termocapilares.


• Análisis químicos y biológicos.


• Micromezclado.


• Flujos causados por efectos electrocinéticos, acústicos y electro-magneto-hidrodinámicos.


• Diseño de microdispositivos como bombas, válvulas, actuadores, reactores, sensores y redes tridimensionales de canales para el transporte de líquidos y gases en la industria aeroespacial y automotriz.


• Flujos monofásicos, bifásicos y multifásicos.


• Bioreactores para cultivo de células

Es importante destacar que una de las áreas de estudio que se considera en las aplicaciones anteriormente mencionadas es la relacionada con la reología en escalas micrométricas.

Fenómenos de transporte a escala macrométrica

El estudio de la mecánica de fluidos y transferencia de calor se enfoca en la comprensión, la medición y simulación de fenómenos térmicos con la finalidad de comprenderlos para su utilización, para diseñar y manufacturar dispositivos y sistemas eficientes, a la vez que se limitan los efectos perjudiciales de las altas o bajas temperaturas en el desempeño de un sistema. En la actualidad, esta disciplina impacta casi todas las áreas en la práctica industrial y sus aplicaciones, entre otras, se presentan en las áreas siguientes:

• Industria aeroespacial y automotriz


• Industria de biotecnología


• Industria química, de procesamiento y manufactura de materiales.


• Electrónica


• Energía e ingeniería ambiental


• Combustión

En general, el área de mecánica de fluidos y transferencia de calor contempla el estudio de problemas de enfriamiento por convección. Otros temas que se incluyen en este campo de estudio son los relacionados con el análisis de la transferencia de calor en aplicaciones biomédicas en las áreas de criocirugía (destrucción de tumores por hipotermia), ablación láser (destrucción de tumores por hipertermia) y criocirugía asistida con láser; en este contexto, se estudian problemas de atomización en tratamientos de criocirugía para erradicar nódulos basales cancerígenos empleando nitrógeno líquido.

En el mismo contexto de los fenómenos de transporte, muchos de los problemas de mecánica de fluidos y transferencia de calor involucran flujos turbulentos. En la actualidad, esta disciplina impacta casi todas las áreas en la práctica industrial y sus aplicaciones. Dado que el flujo turbulento aparece de forma natural y por diseño en infinidad de sistemas relacionados con aplicaciones enfocadas a incrementar el mezclado y separación, sistemas de combustión, turbinas de gas, enfriamiento de dispositivos electrónicos, secado de partículas, dispersión de contaminantes a la atmósfera, arrastre en automóviles, aeroplanos y puentes, flujos atmosféricos a gran escala y flujos oceánicos. Por tal motivo, la necesidad de predecir el comportamiento de flujos turbulentos a través de la experimentación o por medio de simulaciones numéricas con objeto de incrementar los procesos convectivos de los ejemplos mencionados son tópicos de gran relevancia que se ofertan en el DCTF.

Aunado a lo anterior, el DCTF contempla el tema de investigación de reología. Muchos de los problemas estudiados sobre fenómenos de transporte se relacionan con fluidos newtonianos; sin embargo, aunque en aplicaciones de ingeniería esta consideración ha dejado un sin número de soluciones prácticas, gran parte de los fluidos en la naturaleza se comportan como no newtonianos, lo que hace necesario su estudio. El estudio de la reología encuentra gran aplicación en extracción del petróleo, recubrimiento de fibras, manufactura del vidrio, así como en aplicaciones clínicas y médicas, por citar tan solo algunos ejemplos.

Otro aspecto importante de la aplicación del estudio de fluidos no newtonianos se encuentra en el laminado de materiales plásticos constituye un proceso relevante para la ingeniería de procesamiento de papel, plásticos, caucho y alimentos. En este contexto, el principal objetivo de esta área de interés es investigar la influencia de aspectos hidrodinámicos y térmicos en el procesamiento de materiales poliméricos. El procesamiento de polímeros se ha convertido en un área multidisciplinaria, ya que el objetivo no es solo analizar el fenómeno termomecánico complejo que se lleva a cabo en los diferentes equipos, sino también todos los demás fenómenos involucrados que son de gran importancia para el desarrollo de nuevos materiales y nuevas tecnologías.

El futuro del procesamiento de polímeros tomará más en cuenta la interacción máquina/material para el desarrollo tecnológico en mezclas de polímeros, procesamiento reactivo en extrusores mono y doble husillo, devolatilización, calandrado, moldeo por soplado y por inyección con reacción. Estos procesos son ampliamente utilizados debido a sus características únicas para afectar rápida y eficientemente a través de deformaciones en materiales fundidos y del mezclado caótico.

Sin embargo, no se pierde la filosofía básica de partir de leyes de conservación fundamentales, complementado con otras áreas como reología, química y biología para un producto final deseado.

La reología, es una ciencia interdisciplinaria que requiere de herramientas como física, química, matemáticas y biología. Debido a su amplio espectro de aplicaciones en; ciencia de materiales, geofísica, fisiología, etc. Esta área requiere de personal altamente calificado en la academia como en la industria, todo esto, para llevar a cabo una buena transferencia del conocimiento a un fin en común. Dentro de la academia, el desarrollo de nuevas ecuaciones constitutivas que describan de una mejor manera la física de los fluidos bajo los diferentes escenarios en que se pueden presentar, así como su caracterización reométrica. Para que al final, tenga una fácil incorporación en los diferentes sectores de la sociedad.

Mecánica de fluidos ambiental avanzada

La mecánica de fluidos ambiental está dirigida a la ciencia básica y aplicada de sistemas de fluidos naturales, atendiendo, fundamentalmente, a procesos de transporte y dispersión en flujos de fluidos naturales. En esta LGAC se combinan las herramientas analíticas, numéricas y experimentales para estudiar la dinámica básica de fluidos y transporte en sistemas ambientales. Lo anterior permite establecer las bases del desarrollo de modelos relacionados con la simulación, predicción y manejo sostenible del medio ambiente. Los alcances de esta LGAC son diversos y podrían originar una variedad de disciplinas científicas, tales como: investigación ambiental, microclimatología urbana, meteorología, hidráulica, investigación oceánica y transformación de energía renovables.

La microclimatología estudia los fenómenos climáticos que encuentran dentro de la capa límite que se forma entre las superficies de la tierra, ó del mar, y la atmosfera. La microclimatología urbana recientemente a cobrado importancia debido a las grandes concentraciones de personas en las zonas urbanas, donde se desarrollan diversas actividades que tienen una estrecha interacción con sistemas naturales. Los procesos físicos que se estudian en la microclimatología son amplios y abarcan desde flujos turbulentos en la atmósfera baja, con especial interés en caracterizar la dinámica de las fuerzas de flotación, hasta transferencia de calor e intercambio de agua entre la superficie de la tierra y la atmósfera.

En el contexto de la meteorología, se estudian modificación del clima, meteorología física, contaminación del aire (incluyendo dispersión y procesos químicos), agricultura y meteorología forestal. Ejemplos de investigación climatológica incluyen el uso de información climática en asentamientos humanos, aplicaciones de pronóstico y verificación del clima, desarrollo de herramientas de monitoreo climático y el estudio de climas urbanos y locales.

En el área de la hidráulica se investigan tópicos que abarcan desde flujos de agua en sistemas cerrados hasta flujos en superficie libre (canales, ríos, lagos y estuarios). La caracterización de los sistemas anteriores se realiza mediante la aplicación combinada de herramientas analíticas, numéricas y experimentales. Algunas de las aplicaciones de la hidráulica y que recientemente han cobrado relevancia, es el estudio de dispersión de contaminantes en ríos, lagos y lagunas; así como el desarrollo de herramientas de predicción de inundaciones por desbordamiento de ríos o rotura de presas. Adicionalmente, en esta área se investigan procesos de transporte que involucran flujos multifásicos, como es el transporte de por el agua.

La investigación oceánica hace uso de técnicas matemáticas, modelación numérica, experimentación y observación de campo que permiten combinar las metodologías científicas, la tecnología moderna y las aplicaciones prácticas. En esta área se estudian aspectos de las costas, puertos e ingeniería costa-afuera; el abanico de temas es amplio y abarca el transporte de sedimentos en zonas costeras, morfología costera y estuarina, diseño técnico y funcional de estructuras costeras y portuarias e hidrodinámica. En esta última, se revisan temas de vorticidad inducida por vibraciones, interacción fluido-estructura, hidroelasticidad, mecánica de ondas lineal y no-lineal, flotación y estabilidad hidrodinámica.

Las energías renovables se pueden definir como aquellas que son inagotables, éstas se pueden obtener directamente del medio ambiente. Algunas de estas fuentes son: océanos, hidrogeno, fotovoltaica, solar, eólica, biomasa e hidráulica, entre otras.

Recientemente diversas instituciones, públicas y privadas, a nivel nacional e internacional, han dirigido sus esfuerzos al estudio de los mecanismos que permiten derivar energía del medio ambiente y aprovecharla en beneficio de la sociedad. Con la finalidad de ayudar en el avance de la obtención de energía del medio ambiente, es necesario generar conocimiento de frontera que se aplique en el desarrollo tecnológico, para solucionar la demanda energética que prevalece en México.

Como en el mundo, México enfrenta una alta demanda de energía que ha conducido a serios problemas de contaminación ambiental; las instituciones públicas, en conjunto con centros de investigación, encargadas de la promoción de fuentes alternas de energía han realizado campañas intensas sobre el uso de fuentes alternas de energía; sin embargo, se ha promovido muy poco la formación de recursos humanos especializados en estos tópicos. Aún cuando existen instituciones de educación superior en el país, como son: la Universidad Nacional Autónoma de México y el Instituto Politécnico Nacional, que ofrecen doctorados en el área de fuentes alternas de energía, la demanda de profesionales en el país en estos tópicos no se encuentra satisfecha. La educación en fuentes renovables de energía, es un campo relativamente nuevo en la educación general. Lo anterior implica que es pertinente la generación de nuevos programas de doctorado que formen recursos humanos altamente capacitados en los principios fundamentales de sistemas termo-fluídicos y que cuenten con conocimientos sólidos en matemáticas, dinámica de fluidos computacionales y metodologías experimentales. Lo anterior, les permitirá introducirse en la física de los mecanismos de conversión de energía a partir de fuentes renovables de energía. Principalmente, la formación de los estudiantes se enmarca en el desarrollo de ciencia básica, orientada a la comprensión, promoción e implementación de desarrollos tecnológicos de las fuentes de energía renovables.

Con el fin de complementar su formación académica, y de acuerdo a las capacidades y factibilidad de las circunstancias, los estudiantes estarán involucrados en las siguientes actividades:

• Asistir a eventos y/o presentaciones de trabajos que se realizan en conjunto con su director(es) de tesis.


• Publicar los resultados de su trabajo de tesis en una revista internacional . El trabajo publicado deberá estar clasificado como Nivel A del catálogo de revistas del Instituto Politécnico Nacional.


• Realizar estancias de investigación y/o cursar unidades de aprendizaje en instituciones tanto nacionales y/o extranjeras.


• Participar en las estancias de investigación de académicos visitantes.


• Participar en las estancias de investigación de académicos visitantes.


• Actividades de aprendizaje a través de tutoría y asesoría.

Los alumnos deberán cubrir su programa individual de estudios en un plazo no mayor de ocho semestres. Este periodo máximo incluye el programa individual de estudios, las actividades académicas complementarias, elaboración de tesis, publicación del artículo científico, producto del trabajo de investigación, examen de candidatura y el examen de grado. A petición justificada del alumno y con el apoyo de su comité tutorial y director o directores de tesis, el Colegio de Profesores podrá proponer al Colegio Académico la ampliación de dicho plazo, el cual no podrá ser mayor de un semestre.

Las actividades académicas del DCTF estarán sujetas al calendario oficial del IPN. Habrá una evaluación semestral en la que el Comité Tutorial evaluará el avance del alumno, el cual se cotejará con el plan de trabajo propuesto por el alumno.

Este programa de estudios está diseñado para ser cursado de tiempo completo. Los alumnos se ubicarán en las instalaciones de la SEPI ESIME UA y dispondrán de la infraestructura necesaria para trabajar adecuadamente y alcanzar las metas en los tiempos previstos.

Es importante señalar que el número mínimo de créditos que el alumno debe cubrir para solicitar el examen de grado es de 120 y haber cumplido con los requisitos señalados en el artículo 49 del Reglamento de Estudios de Posgrado.