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Este año marca el crecimiento de nuestra institución en varios frentes. Por un lado, hemos incrementado nuevas carreras como Aviónica y Mantenimiento Aeronáutico, Mecatrónica Industrial, Diseño de Software, e Integración de Sistemas, que se suman a dos nuevas que están en ejecución desde el año pasado: Operaciones Mineras y Gestión de la Producción. Con ellas vamos a ampliar nuestra oferta de posibilidades de profesionalización a 11 carreras técnico profesionales. Parte del crecimiento implica, también, la creación de nuevas oficinas como la de Huancayo, que nos permite, en un primer momento, ofrecer cursos de educación continua en las áreas de Electrotecnia y Mantenimiento de Planta, y programas de preparación para postular a Tecsup, llamados Preparatec. De otro lado, se ha iniciado el proyecto Tecsup 2.0 que es la nueva forma de aprender a través de un novedoso método de enseñar y evaluar. Dicho proyecto involucra a la comunidad de Tecsup que busca ubicarse a la altura de las mejores
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Tecsup NorteCampus Trujillo: Vía de Evitamiento s/n Víctor Larco Herrera, Trujillo, PerúT: (44) 485420 F: (44) 60-7821E-MAIL: [email protected]
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César Nunura / César Lecaros
Caracterización del
acero inoxidable AISI 420 y los efectos de la
presencia de carburos de cromo en la estructura martensítica
Pág. 4
Elmer Ramirez
Modelo para viabilizar proyectos de
generación de electricidad
con ERNCen zonas rurales del Perú para
promover su desarrollo sosteniblePág. 12
Volumen 09, 2015 Lima, Perú • ISSN 1996-7551
CUBIERTA_COMPENDIO TECSUP 2015_1 copy.indd 3 11/24/15 10:05 PMOT. 15073 / TECSUP - Revista de investigación Aplicada / Lomo OK: 5,0 mm - 80 pp. - papel couche mate 150 gr. - ENCOLADO / Medida: 32.5 x 29.7 cm. / Javier
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nes de la Revista I+i en
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Editor en Jefe: Narciso Arméstar, Tecsup
Comité editorial: Aurelio Arbildo, Inducontrol;
Jorge Bastante, Tecsup; Elena Flores, Cementos
Pacasmayo; Carlos Hernández, Alicorp; Mayra Pi-
nedo, Tecsup; Jack Vainstein, Vainstein Ingenieros
Coordinadora: Kelly Yale
Colaboradores: William Agurto, Huguez Ames,
Ángela Chávez, Diego Chirinos, Silvia Espinoza,
César Lecaros, María Mendoza, César Nunura,
Ricardo Pantoja, Ivonne Parían, Antonio Pinto,
Elmer Ramirez, María Reque, Luis Salas, Lauren-
ce Salmon, César Vásquez, Cesar Vera, Klinge
Villalba
Corrector de estilo: Ana María Velando
Diseño y diagramación: OT Marketing
Publicitario E.I.R.L.
Impresión: Tarea Asociación Gráfica Educativa
Pasaje María Auxiliadora 156-164, Lima 5, Perú
Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional
del Perú: 2007-04706
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Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú.
Publicación anual: Tecsup se reserva todos los
derechos legales de reproducción del contenido,
sin embargo autoriza la reproducción total o par-
cial para fines didácticos, siempre y cuando se
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Nota: Las ideas y opiniones contenidas en los
artículos son de responsabilidad de sus autores
y no refleja necesariamente el pensamiento de
nuestra institución.7 56
Compensación de Energía Reactiva
Mediante el Uso de un D – Statcom
Monofásico y Trifásico
............. María Mendoza/ Néstor Enríquez
8 62
La Teoría de Juegos y el Equilibrio de Nash
en la Educación Superior
............................................ Luis Salas
9 70
Fenton Térmico Activado en el Tratamiento
de Efluentes de la Producción Industrial de
Colorantes de Carmín y Bixina
...................Huguez Ames / María Reque
...................................... César Vásquez
1 4
Caracterización del Acero Inoxidable
AISI 420 y los Efectos de la Presencia
de Carburos de Cromo en la Estructura
Martensítica
.................César Nunura / César Lecaros
2 12
Modelo para Viabilizar Proyectos de
Generación de Electricidad con ERNC en
Zonas Rurales del Perú para Promover su
Desarrollo Sostenible
...................................... Elmer Ramirez
3 22
Acción Humectante del Extracto del Cáliz
del Aguaymanto (Physalis Peruviana) en
Formulaciones Cosméticas
.................................. Laurence Salmon
.................Ivonne Parían / Diego Chirinos
4 28
Cálculo Estructural sometido a Carga de
Viento de un Colector Parabólico Solar
(ANSYS R15.0)
............................................Cesar Vera
5 36
Decisiones en la Planificación Jerárquica de
la Producción: Metas, Heurísticas y Sesgos
............... William Agurto / Ángela Chávez
................Ricardo Pantoja / Antonio Pinto
6 46
Efectividad del Aprendizaje Basado en
Problemas en el Rendimiento Académico
del Curso de Física
..................Silvia Espinoza/ Klinge Villalba
Este año marca el crecimiento de nuestra institución en varios frentes. Por un lado, hemos incremen-
tado nuevas carreras como Aviónica y Mantenimiento Aeronáutico, Mecatrónica Industrial, Diseño de
Software, e Integración de Sistemas, que se suman a dos nuevas que están en ejecución desde el año
pasado: Operaciones Mineras y Gestión de la Producción. Con ellas vamos a ampliar nuestra oferta
de posibilidades de profesionalización a 11 carreras técnico profesionales. Parte del crecimiento im-
plica, también, la creación de nuevas oficinas como la de Huancayo, que nos permite, en un primer
momento, ofrecer cursos de educación continua en las áreas de Electrotecnia y Mantenimiento de
Planta, y programas de preparación para postular a Tecsup, llamados Preparatec.
De otro lado, se ha iniciado el proyecto Tecsup 2.0 que es la nueva forma de aprender a través de
un novedoso método de enseñar y evaluar. Dicho proyecto involucra a la comunidad de Tecsup que
busca ubicarse a la altura de las mejores instituciones educativas del mundo.
En este escenario de cambio acelerado y dinámico es que ofrecemos una nueva versión de nuestra
revista I+i que en su novena edición presenta nueve artículos de distintas disciplinas de la ingeniería,
tecnología, educación y gestión.
Este número incluye, igualmente, el interesante aporte de nuestros docentes especialistas en las áreas
presentadas. Además, con el fin de fomentar la cultura de investigación desde nuestras aulas conta-
mos con la colaboración de alumnos en la coautoría.
Adicionalmente, les ofrecemos artículos de investigadores de la Universidad de Ingeniería y Tecnolo-
gía - UTEC y de la Universidad Nacional Agraria de la Selva; y, en el sector industrial, de la Sociedad
Minera Cerro Verde y Yura S.A.
Esperamos que esta nueva entrega de I+i satisfaga sus expectativas, como en anteriores oportunida-
des, y podamos seguir contribuyendo a la difusión de la tecnología para beneficio de nuestros lectores
y de la sociedad en general.
Comité Editorial
Análisis de la microestructura del
acero inoxidableluego de un tratamiento térmico para minimizar los efectos no deseados en la tenacidad por la presencia de carburos de cromo de morfología facetada.
Palabras ClavesMartensita, carburos de cromo,
temple.
Key wordsMartensite, Chromium Carbides,
Quench.
RESUMEN
El estudio analiza la microestructura del acero inoxidable AISI
420 luego del tratamiento térmico de temple. Mediante el uso
de técnicas de caracterización como la microscopia óptica y
electrónica de barrido, se constata la presencia de carburos de
cromo de morfología facetada, y de distribución alineada sobre la
estructura martensítica. Estos afectan la tenacidad de las láminas
de cuchillos al producir la fragilidad de los mismos. Análisis de
composición química y mecánica de la fractura que complemen-
tan los resultados sugieren posibles soluciones a estos efectos
no deseados.
ABSTRACT
A study on the microstructure of AISI 420 stainless steel after har-
dening heat treatment is discussed. Characterization techniques
such as light microscopy and scanning electronic microscopy
shows that the presence of chromium carbides and his distribu-
tion aligned at the martensitic structure affect the microstructure,
producing fragility. Chemical composition analysis and fracture
mechanics to complementing the results suggest possible solu-
tions to these undesirable effects.
INTRODUCCIÓN
Utensilios de cocina como las láminas de cuchillos deben pre-
sentar dureza para garantizar resistencia al filo. Al mismo tiempo,
deben ser resistentes a la oxidación y corrosión por razones de
higiene, Así como tenaces para ser utilizados en operaciones de
corte. Sin embargo, láminas de acero AISI 420 producidas por
tratamiento de temple y revenido demostraron fragilidad cuando
fueron usadas para cortar carne bovina, lo que pone en riesgo la
integridad del operador.
Este tipo de láminas deben poseer la suficiente resiliencia para
deformarse en operación y recuperar posteriormente su forma.
En principio, la fragilidad de una lámina de acero inoxidable pue-
de ser el resultado de una dureza inadecuada luego del temple o
una mala aplicación del revenido. Otros factores a considerar son
la composición química del material, la microestructura, los con-
centradores de tensiones, etc. El análisis de la microestructura y
su composición química tienen que revelar informaciones impor-
tantes sobre los mecanismos que afectan la tenacidad del ma-
terial en cuestión. Asimismo, ensayos de dureza en las láminas
deben ser aplicados para constatar que un excesivo valor puede
afectar la resistencia a la flexión, pues estas deben deformarse
lo suficiente en operación sin llegar a la ruptura. Finalmente, un
análisis en la región de rotura debe mostrar si existieron mecanis-
mos de ruptura dúctil o frágil. La figura 1 presenta una lámina de
cuchillo luego de un ensayo de flexión.
César Nunura, Tecsup / César Lecaros, Tecsup
Caracterización del acero inoxidable AISI 420 y los efectos de la presencia
de carburos de cromo en la estructura martensítica
Characterization of Stainless Steel AISI 420 and the Effects of the Presence
of Chromium Carbides in the Martensitic Structure
Figura 1. Lámina de cuchillo luego de ensayo de flexión. Fuente: Elaboración propia.
FUNDAMENTOS
Los aceros inoxidables martensíticos se caracterizan por la pre-
sencia de cromo, es su principal elemento de aleación (de 11,5%
a 18,0%). Son endurecibles por tratamiento térmico de temple lo
que aumenta la resistencia a la corrosión y evita la precipitación
de carburos. Su dilatación térmica es igual a la de los aceros al
carbono. Presentan, además, transición dúctil – frágil en la estruc-
tura BCC (cúbica de cuerpo centrado) [1], así como baja soldabi-
lidad. Pueden ser divididos en:
Estos aceros son ferromagnéticos, fácilmente conformados en
frío o caliente (sobre todo si el contenido de carbono es bajo).
Presentan resistencia a la corrosión por agua y ciertos químicos.
A medida que aumenta el contenido de carbono esta disminu-
ye, en tanto que se eleva con el contenido de cromo. El níquel
también incrementa la resistencia a la corrosión. Un ejemplo es
el acero del tipo AISI 431, con bajo contenido de carbono, alto
cromo y presencia de níquel. Todos los aceros inoxidables mar-
tensíticos son templables y debido a la alta templabilidad por el
alto contenido de cromo pueden, generalmente, ser enfriados al
aire; algunos otros lo son en aceite y agua (tenores de carbono
más bajos) [2].
Luego del temple, se administra un tratamiento de revenido a baja
temperatura (generalmente entre 150 °C y 400 °C) para aliviar las
tensiones. El revenido se aplica a aceros con bajos contenidos de
carbono en un rango de 550 °C a 750 °C, durante 1 a 4 horas.
Se debe evitar el calentamiento entre 450 °C y 600 °C, pues ello
afecta la tenacidad y la resistencia a la corrosión. Para una com-
pleta recuperación de las propiedades, el tratamiento de recocido
se hace en el intervalo de 725 °C a 915 °C [3].
La figura 2 muestra las curvas TTT (tiempo – trasformación – tem-
peratura) que describen las microestructuras generadas fuera
de equilibrio. Se observa que la presencia de cromo desplaza
la curva hacia la derecha lo que favorece la templabilidad y la
formación de la estructura martensítica a tasas de enfriamiento
más lentas (inclusive al aire). Esto también es conveniente en lo
que respecta a la tenacidad, pues enfriamientos más lentos no
producirán microfisuras, aumento de tensiones residuales, ni alte-
raciones dimensionales en las piezas tratadas [4] [5]. Las figuras
3 y 4 muestran la microestructura de un acero inoxidable AISI 420
antes y después del tratamiento térmico de temple, respectiva-
mente. En la estructura bruta (sin temple) se observan granos de
ferrita y carburos de cromo que se formaron durante el proceso
de solidificación (figura 3). Lo deseable es que estos carburos se
encuentren esferoidizados y distribuidos de manera dispersa. Si
estos están alineados, la tenacidad puede verse afectada, pues
tales carburos probablemente favorecen el crecimiento de grietas
y la posterior ruptura del material, si es utilizado en operaciones
que produzcan deformación [6].
Luego del temple se distingue la típica morfología de la martensita
(figura 4). Los carburos de cromo coexisten en esta fase, pues
el tratamiento de temple no los disuelve en la matriz del material.
Para la completa disolución de tales carburos de cromo, las tem-
peraturas deben alcanzar valores superiores a 1.000 °C, lo que
ocasiona el aumento del tamaño de grano y alteraciones de la
tenacidad [7].
(a)
(b)
Figura 2. Curvas TTT para el acero AISI 420. (a) Curvas de transformación isotérmi-ca. (b), Curvas de enfriamiento continuo [adaptado de [4]].
Figura 3. Microscopia óptica del acero inoxidable martensítico AISI 420 antes del tratamiento térmico de temple. Se observan granos de ferrita y carburos de cromo dispersos en la matriz. 500x. Ataque: Vilella. [Adaptado de [5]].
6
Figura 4. Microestructura del acero inoxidable martensítico AISI 420 luego del tratamiento térmico de temple. Se observan agujas de martensita. 500x. Ata-que: Vilella [adaptado de [4]].
METODOLOGÍA
El objetivo de esta contribución es estudiar las posibles causas de
la baja tenacidad que presentaron las láminas de acero durante
su uso. Para los análisis se emplearon láminas fracturadas del
acero AISI 420 cuya composición química fue determinada por
medio de espectrometría de emisión óptica (OES, por sus siglas
en inglés). Los elementos y sus proporciones son presentados
en la tabla I.
%C %Si %Mn %Cr %Ni %Mo
0,28 0,45 0,30 10,69 0,11 0,02
Tabla I. Composición química del AISI 420. Elaboración propia.
Las muestras fueron retiradas de la lámina fracturada en servicio y
sometidas a los métodos metalográficos convencionales de cor-
te y lijado, seguidos de pulido y ataque químico, proceso reco-
mendado para microscopia óptica y electrónica. Las secciones
transversales de las piezas fueron elegidas de acuerdo a procedi-
mientos de la norma ASTM E3-01, y atacadas químicamente con
el reactivo Kalling I [8]. También se recolectaron los datos de du-
reza en condiciones de tratamiento térmico según la norma ASTM
E10-07a [9] [10]. Finalmente, se realizaron análisis en las fracturas
de las láminas mediante microscopia electrónica de barrido para
determinar el tipo de falla durante el uso de dichas láminas.
RESULTADOS
A. Análisis metalográficos en láminas fractu-radas en servicio
Luego de cortar las piezas, las secciones transversales fueron
primero analizadas bajo microscopia óptica. En la figura 5 se ob-
serva una estructura martensítica revenida con la presencia de
carburos de cromo alineados.
(a)
(b)
Figura 5. Microestructura de la sección transversal de la lámina AISI 420. (a) 500x; (b), 1000x. Se observa una matriz martensítica con carburos de cromo. Ataque: Kalling I. Fuente: Elaboración propia.
Las figuras 6 y 7 muestran los análisis de microscopia electrónica
de barrido de los carburos de cromo. El análisis cualitativo de EDS
(energy dispersive x-ray/energía dispersiva de rayos x) reveló altos
contenidos de cromo en los carburos de morfología esferoidizada
y facetada. Esa morfología probablemente favorece la nucleación
y propagación de fisuras que llevan a la ruptura catastrófica del
material. Los carburos presentaron elevadas cantidades de C
además de las de Cr.
(a)
(b)
Figura 6. SEM con detalles de los carburos de cromo sobre un fondo de martensita revenida. (a) 10000x, (b) 20000x. Los carburos presentan una morfología esferoidi-zada. Ataque: Kalling I.Fuente: Elaboración propia.
7
Estos carburos de cromo de estructura facetada adquirieron su
morfología durante el proceso de solidificación. El cromo no se
difundió en solución sólida en la matriz de hierro-carbono. Adop-
taron un alineamiento en los granos del material debido al proceso
de laminación en caliente al momento de fabricar las láminas. Las
figuras 8 y 9 muestran las regiones de las fracturas de las láminas
de los cuchillos. Algunas de estas regiones presentaron fractura
dúctil mientras que otras presentaron planos de clivaje, lo que
evidencia la existencia de fractura frágil.
(a)
(b)
Figura 7. Análisis cualitativo de la composición química de la región en destaque sobre un carburo de cromo. (a) Los precipitados presentan morfología facetada en un fondo de martensita revenida. (b) El espectro de energía muestra la presencia de cromo y carbono. Fuente: Elaboración propia.
Figura 8. Superficie de fractura. Se observan áreas de fractura dúctil y áreas de fractura frágil (planos de clivado). Aumento 250x.
Figura 9. Superficie de fractura. Detalle de la figura 8. Planos de clivaje. Aumento 1000x. Fuente: Elaboración propia.
B.Tratamientos térmicos en láminas propor-cionadas por el fabricante
La figura 10 muestra láminas de AISI 420 sin tratamiento térmico
entregadas por el fabricante para el presente estudio. Antes del
temple, las láminas se precalentaron a 550 °C en tres periodos de
tiempo (30, 60 y 90 minutos). Luego, fueron austenitizadas por 15
minutos a una temperatura de 1000 °C. Su enfriamiento se realizó
en aceite para temple ILQUENCH 1 de Castrol.
Figura 10. Láminas de AISI 420 sin tratamiento térmico proporcionadas por el fabri-cante. Fuente: Elaboración propia.
Después del enfriamiento, las láminas pasaron por un tratamiento
de revenido a 300 °C por 20 minutos. La figura 11 muestra del
arreglo de los carburos de cromo en dichas láminas antes del
precalentamiento (a) y su reordenamiento en la microestructura
posterior al proceso (b). Se observa que los carburos de cromo
ya no se encuentran alineados. El precalentamiento que produjo
mejores resultados fue el de 90 minutos. La figura 12 presenta la
microestructura luego del revenido de las láminas.
(a)
8
(b)
Figura 11. Carburos de cromo en una microestructura de granos de ferrita. (a) Carburos alineados. 500x. (b) Carburos dispersos luego del precalentamiento a 550 °C en un intervalo de 90 minutos. 1000x. Ataque: Kalling I.Fuente: Elaboración propia.
Figura 12. Microestructura luego del tratamiento de revenido. Martensita reveni-da y carburos de cromo dispersos. 1000x. Ataque: Kalling I.Fuente: Elaboración propia.
C. Ensayos de dureza
La tabla II muestra los valores de dureza HRC y HV (Escala
Rockwell C y Escala Vickers, respectivamente) de las láminas
que presentaron fractura en servicio (promedio de 3 ensayos).
Están dentro del rango permitido por el fabricante. Cabe men-
cionar que tales láminas ya poseen estructura de martensita
revenida. La tabla III exhibe los valores de dureza de las láminas
proporcionadas por el fabricante luego del tratamiento de tem-
ple y revenido realizado en laboratorio.
Muestra HRC HV
01 55 600
02 54 580
Tabla II. Durezas de las láminas fracturadas en servicio (martensita revenida)Fuente: Elaboración propia.
Muestra HRC HV
01 52 530
02 52 530
Tabla III. Durezas de las láminas ofrecidas por el fabricante (martensita revenida) Fuente: Elaboración propia.
CONCLUSIONES
El análisis metalográfico reveló la presencia de carburos ricos
en cromo, alineados y de morfología facetada, lo que probable-
mente indica que esos precipitados son los responsables de la
fractura de la lámina en servicio.
Además de ser ricos en cromo, los carburos presentan alto
contenido de carbono. En ese sentido, los granos del material
poseen una composición química diferente (el cromo y el car-
bono deben estar presentes en solución sólida en el acero), lo
que probablemente afecta la resistencia a la corrosión.
La dureza de las láminas fracturadas en servicio no fue determi-
nante en la falla del material en uso.
De acuerdo con el análisis de las microestructuras y durezas
obtenidas, el tratamiento con mejor resultado en términos de
dispersión de los carburos fue el de precalentamiento de 90
minutos. Las micrografías (Figura 11) muestran una distribución
parcial de dichos carburos en la martensita, los cuales son res-
ponsables de la fragilidad del material. En esas condiciones hay
una mejora en las propiedades mecánicas del acero en estu-
dio. Sin embargo, estudios futuros podrían optimizar el tiempo
de precalentamiento a valores menores.
REFERENCIAS
[1] Strobel, E. (2005). Estudo da Resistência a Corrosão do
Aço Inoxidável Martensítico CA6NM em Meio Marinho
Sintético. Tesis del Programa de Posgraduación en Inge-
niería y Ciencia de los Materiales de la Universidade São
Francisco. Itatiba, Brasil.
[2] Chiaverini, V. (2005). Aços e Ferros Fundidos. (6ª. ed.).
São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Mate-
riais.
[3] Colpaert H. (2008). Metalografia dos Produtos Siderúrgi-
cos Comuns (4ª. ed).. São Paulo: Blucher.
[4] Vander G. (1991) Atlas of Time-Temperature Diagrams
for Irons and Steels. Pensilvania: ASM International.
[5] ASM International (1995). Heat Treating Processes and
Related Technology: Practices and Procedures for Irons
and Steels. Ohio: ASM International.
9
por el Senati de Lima. Experiencia en el área de Análisis Nu-
mérico en Transferencia de Calor, Materiales, Metalurgia Física
y Ensayos no Destructivos. Es investigador del CNPq (Conse-
lho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico de
Brasil). Responsable del Laboratorio de Ensayos de Materiales
de Tecsup – Lima.
César Lecaros
Tiene estudios de maestría en Ingeniería y Ciencias de los Ma-
teriales en la Pontificia Universidad Católica del Perú. Ingeniero
mecánico por la Universidad Nacional de Ingeniería, con es-
pecialización en Materiales de Ingeniería. Especialización en
Automatización de la Producción en Senai,-Brasil. Especialista
en Metrología, con capacitaciones en México y Brasil. Miem-
bro de la American Society of Mechanical Engineers (ASME).
Agradecimientos: A Tecsup por las oportunidades profesionales, en especial al
Ing. Javier Ganoza (Gestión Industrial y Mecánica – Tecsup)
por el incentivo y apoyo constante a la investigación.
A la Pontifica “Pontificia Universidad Católica de Rio Grande
del Sur” por el uso del Laboratorio de Metalografía y Tratamien-
tos Térmicos (Lamett) y al Centro de Microscopia y Microanáli-
sis (CEMM) de la Facultad de Ingeniería (FENG).
[6] Guimarães A. & Mei P. (2004). “Precipitation of Carbides
and Sigma Phase in AISI Type 446 Stainless Steel under
Working Conditions”. Jorunal of Materials Processing
Technology, 155-156.
[7] Fortinox S.A. Manual Técnico de Aceros Inoxidable
(2013). Una empresa del grupo Thyssen Krupp. Bue-
nos Aires, Argentina.
[8] ASTM Standard E3-01 (2001). Standard Guide for Pre-
paration of Metallographic Specimens. American Socie-
ty for Testing and Materials.
[9] ASTM Standard E10-07 (2007). Standard Test Methods
for Brinell Hardness of Metallic Materials. American So-
ciety for Testing and Materials.
ACERCA DE LOS AUTORES
César Nunura
Es ingeniero mecánico por la Pontificia Universidad Católica
de Río Grande do Sul (PUCRS - Brasil). Maestría en Ingeniería
de Procesos de Fabricación por la Universidad Federal de Rio
Grande do Sul (UFRGS – Brasil). Doctorado en Ingeniería de
Materiales por la Pontificia Universidad Católica de Río Grande
do Sul (PUCRS - Brasil). Técnico en Mantenimiento Industrial
10
Energías renovablesno convencionales (ERNC) una oportunidad de desarrollo para la población rural del Perú.
RESUMEN
La presente investigación tiene por objetivo proponer un modelo para viabilizar proyectos de generación de electricidad, mediante el uso de ERNC en zonas rurales con población en situación de pobreza, que permita potenciar su desarrollo de manera soste-nible. El estudio utiliza una metodología basada en la técnica de construcción de escenarios por impactos cruzados, en la cual se aplica prospectiva estratégica; asimismo emplea el diseño no experimental, sin manipulación de variables.
Las etapas para la construcción de escenarios se sustentan en el análisis y determinación de las variables, la identificación de actores y el análisis de escenarios de la combinatoria de seis hipótesis.
El modelo propone la participación del sector privado en el desa-rrollo de los proyectos energéticos, y toma en cuenta el subsidio temporal de los gobiernos, especialmente el central; un marco normativo que fomente la participación de los inversionistas; un sistema financiero que apoye al sector privado y la colaboración activa de universidades, fabricantes y proveedores.
Para que los proyectos energéticos sean sostenibles, deben tener la concesión otorgada por el MEM, respetando aspectos relacionados al sector eléctrico, y cumplir con el requisito que, en aquellas zonas donde se implementen dichos proyectos ener-géticos, la electricidad genere valor para su uso productivo. Se propone la coordinación de los proyectos energéticos de uso productivo, dentro del Ministerio de Energía y Minas (MEM), o en el Ministerio de Desarrollo e Inclusión Social (MIDIS), cuyo objeti-vo será coordinar las zonas donde se concesionarán los proyec-tos energéticos, mediante la evaluación del uso de las energías renovables para producir electricidad, el impacto social en la po-blación y las actividades productivas que generen rentabilidad de
manera sostenible.
ABSTRACT
This research has for goal to implement a model for developing
viable electrical generation projects with use of Non-Conventio-
nal Renewable Energy, focused in poor people of rural areas to
enable enhance sustainable development. The methodology is
based on technique for cross-impact scenarios, applying strate-
gic prospective, as well as non-experimental design without ma-
nipulation of variables.
The steps for building scenarios include the definition and eva-
luation of key variables, the identification of the actors, and the
analysis of multiple scenarios through the combination of six
hypotheses.
The model propose the participation of the private sector in the
development of energy projects, considering the temporary sub-
sidy of all the levels of government, especially central government;
a regulatory framework that encourages the investors’ participa-
tion; a financial system supporting the private sector and the acti-
ve participation of universities, manufacturers and suppliers.
For implementing sustainable energy projects it will be necessary
a concession granted by the Ministry of Energy and Mines, after
fulfil all requirements concerning electricity sector, particularly to
add value to its productive use.
The research suggests the coordination of projects for produc-
tive use, through of the Energy and Mines Ministry or Ministry of
Development and Social Inclusion, which they should coordinate
areas where energy projects will be concessioned through the
evaluation of the use of renewable energy to generate electricity,
the social impact on the population and productive activities with
sustainable profitability.
Palabras ClavesEnergías Renovables No Con-
vencionales (ERNC), Escenarios
por impactos cruzados, Activida-
des productivas.
Key wordsNon-Conventional Renewable
Energy, Cross impact scenarios,
Productive Activities.
Elmer Ramirez, Utec
Modelo para viabilizar proyectos de generación de electricidad con ERNC en
zonas rurales del Perú para promover su desarrollo sostenible
Model to Make Electricity Generation Projects Viable by Using NCRE in Rural
Areas of Peru to Promote its Sustainable Development
90.0%
Porc
enta
je
Evolución del Coeficiente de ElectrificaciónNacional 1992-2011
80.0%
70.0%
60.0%
50.0%
40.0%
30.0%
20.0%
10.0%
0.0%
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
Figura 1. Evolución del coeficiente de Electrificación nacional en el Perú-2011. Fuente: DGER-MEM PNER 2011-2020.
Ello significa que un grupo importante de la población no cuenta
con electricidad, especialmente el de las zonas rurales.
En este contexto, el estudio debe responder las siguientes pre-
guntas: ¿Cuáles son las variables críticas que permitan viabilizar
proyectos energéticos de generación de electricidad con el uso
de ERNC en zonas rurales del Perú para su desarrollo sosteni-
ble?; ¿Cómo impacta el aspecto sociopolítico, en el desarrollo
de dichos proyectos energéticos?; ¿Cómo influyen los aspectos
técnico, económico y financiero, en el desarrollo de los proyec-
tos?; y ¿Qué efectos tienen los aspectos ambiental, tecnológico
y humano en la implementación de proyectos de generación de
electricidad con el uso de ERNC en zonas rurales del país?.
FUNDAMENTOS
La energía eléctrica es un servicio básico fundamental para el de-
sarrollo de los pueblos, pero antes que todo es un derecho de las
personas porque permite cubrir las siguientes necesidades de:
Educación-
nación y herramientas informáticas en el desarrollo de clases.
Salud
conservación con el uso de equipos de refrigeración.
enfermos.
consumo de agua potable y la disponibilidad de los servicios
sanitarios de mejor calidad.
mejor control y tratamiento de enfermedades.
Sociales-
dio, teléfono e Internet.
una mejor calidad de vida y nuevas oportunidades de negocio.
que favorezcan su desarrollo.
INTRODUCCIÓN
La problemática de la población en condición de pobreza y ex-
trema pobreza se manifiesta en el bajo nivel de educación, salud,
calidad de vida, productividad, etc. El Instituto Nacional de Esta-
dística e Informática - INEI (2013), en el informe “Evolución de la
pobreza 2009-2013”, indica que la pobreza en el Perú afecta al
23,9% de la población, los cuales el 4,7% corresponde a pobres
extremos. Este grupo se caracteriza por:
de los pobres extremos mayores de 15 años, estudiaron úni-
camente la educación primaria. El 7,7% de los pobres y el
2,0% de los pobres extremos alcanzaron estudiar algún año
de educación superior (no universitaria y universitaria).
-
ne y contaminación del medio ambiente por ausencia de agua
y saneamiento.
del total de hogares pobres solo el 6,4% de los hogares po-
bres contaba con telefonía fija, cifra que desciende a 0,3% en
los pobres extremos. Asimismo, los hogares que acceden al
cable y e Internet son principalmente no pobres.
-
maño promedio del hogar pobre es de 4,7 miembros el de un
hogar no pobre es de 3,7.
El informe específica, además, que la pobreza se concentra en el área rural, con 48%, y es 3 veces más que en el área urbana. En la sierra, selva y costa rural cuentan con el 52,9%, 42,6% y 29%, respectivamente.
El Ministerio de Energía y Minas - MEM (2013) señala, que el Ac-
ceso Universal a la Energía es uno de los pilares de la lucha con-
tra la pobreza, y una condición mínima para el desarrollo de las
comunidades. Su disponibilidad está relacionada al mejoramiento
de los niveles de educación, salud, seguridad y actividades pro-
ductivas.
En otro informe, la Defensoría del Pueblo (2010) sostiene que la
pobreza y la exclusión son elementos asociados a lo rural, es-
pecialmente los pueblos indígenas, debido a la falta de acceso
a bienes y servicios básicos como la electricidad, el agua y las
comunicaciones.
El Plan Nacional de Electrificación Rural 2011-2020 presenta
estadísticas de la evolución del coeficiente de electrificación en
el país, muestran que el Perú ha experimentado en los últimos
20 años un lento crecimiento en su nivel de electrificación, con
un incremento promedio anual de 1,5% durante ese período. La
figura 1 grafica dicha evolución. Se observa que el coeficiente de
electrificación al 2011 fue 83%.
14
actividad turística.
al incrementar sus oportunidades de empleo y permitirle su
participación en actividades de la comunidad.
biomasa, y aumentar sus horas para el estudio.
Económicas-
mente orientadas a dar valor agregado al trabajo artesanal
de productos agropecuarios y forestales.
diversos usos productivos de la energía.
Medioambiente-
cidas por el empleo de fuentes energéticas convencionales
como la leña y el petróleo.
La investigación propone implemen-tar un modelo estratégico que res-ponda a la siguiente hipótesis prin-cipal:
Viabilizar el desarrollo de proyectos energéticos para la genera-
ción de electricidad mediante el uso de ERNC en zonas rurales
del Perú, dependerá del análisis sistémico de las variables so-
ciopolíticos, económicos y tecnológicos.
Para la validación de la hipótesis principal fue necesario definir
seis hipótesis específicas:
H1: La participación del sector privado en proyectos de in-
versión con una rentabilidad económica favorecerá el
desarrollo sostenible de las zonas rurales.
H2: Si el gobierno promueve la inversión para el desarrollo
de proyectos de generación de electricidad que emplea
ERNC, mejorará la calidad de vida en las zonas rurales.
H3: Proyectos energéticos de bajo costo con ERNC en zo-
nas rurales, así como el acceso a su financiamiento,
contribuirán a la inversión.
H4: Potenciales fuentes de energías renovables con poco
impacto ambiental fomentarán la inversión.
H5: La implementación de normatividad adecuada
promoverá la inversión.
H6: La participación activa de fabricantes y
proveedores de equipos fomentará
la inversión.
METODOLOGÍA
La presente investigación utiliza una metodología que se basa
en la técnica de construcción de escenarios, en la que se
aplica la prospectiva estratégica. La técnica de análisis busca
comprender los retos del futuro, a través de un proceso parti-
cipativo, estimulando la colaboración entre los actores claves,
a fin de traducir dicho análisis en impactos e implicancias para
las decisiones actuales mediante la identificación de peligros y
oportunidades, la cual permita establecer políticas y acciones
alternativas que aumentan la posibilidad de elección. Se em-
plea también el diseño no experimental, sin manipulación de
variables, en el que se observan los fenómenos tal como se
encuentran en su ambiente natural, para luego analizarlos.
Las etapas para la construcción de escenarios (figura 2) inclu-
yen, inicialmente, el análisis y la determinación de las variables
clave a través del análisis estructural (método MICMAC). Luego,
se identifican los actores, sus relaciones y retos mediante la
estrategia de actores (método MACTOR). Con los resultados
anteriores y las opiniones de expertos, se validan las hipótesis
mediante el método de impactos cruzados (método SMIC). Fi-
nalmente, se generan 64 posibles escenarios de la combinato-
ria de las seis hipótesis, para luego seleccionar nueve de ellos,
entre los que figura un escenario con una alta probabilidad me-
dia del orden del 27% y otros escenarios contrastados, los cua-
les son analizados para buscar la concordancia de los hechos
factibles y proponer vías que conduzcan al objetivo del estudio.
Descripción de variablesAnálisis estructural:
Método MICMAC
Estrategia de actores:
Método MACTOR
Análisis de
escenarios
Método de elaboración de
escenarios: Sistema y Ma-
trices de Impacto Cruzado
SMIC
Figura 2. Etapas para la construc-ción de escenarios. Fuente: Elabora-ción propia.
15
Para el diagnóstico del estudio se aplicó el método Delphi, en el
que participaron expertos en energía como consultores, autorida-
des de gobierno, gerentes de empresas y académicos, quienes
contribuyeron con sus opiniones en diferentes aspectos de la in-
vestigación.
RESULTADOS
Para la determinación de las variables clave del estudio, se identi-
ficaron aquellas consideradas como las más importantes:
V1.1: Participación de la comunidad
V1.2: Participación del sector privado
V1.3: Gestión de los gobiernos
V1.4: Competencia de los recursos humanos
V2.1: Inversión
V2.2: Financieros
V3.1: Recursos energéticos renovables
V3.2: Ambientales
V3.3: Normas regulatorias
V3.4: Proveedores de equipos
Luego se determinó la matriz de análisis estructural con la siguien-
te valoración de los expertos:
1:
V1.1
2:
V1.2
3:
V1.3
4:
V1.4
5:
V2.1
6:
V2.2
7:
V3.1
8:
V3.2
9:
V3.3
10:
V3.4
1: V1.1 0 2 3 2 2 1 2 3 1 1
2: V1.2 2 0 2 3 P P 2 2 2 3
3: V1.3 3 3 0 2 3 3 2 3 3 2
4: V1.4 2 3 2 0 2 2 2 3 2 2
5: V2.1 2 3 2 1 0 3 2 2 1 3
6: V2.2 2 3 2 1 3 0 2 2 1 3
7: V3.1 2 3 2 1 3 3 0 3 2 2
8: V3.2 3 2 3 2 2 3 3 0 3 2
9: V3.3 2 3 3 2 3 3 2 3 0 2
10: V3.4 1 3 2 2 3 3 2 2 2 0
Influences range from 0 to 3, with the possibility to identify potential influences: 0: No influence; 1: Weak; 2: Moderate influence; 3: Strong influence; P: Potential influences
Tabla 1. Matriz de análisis estructural. Software MICMAC LIPS. Fuente: Elaboración propia.
Con el uso del software MICMAC se obtuvo el plano de influencia-
dependencia de variables en relaciones directas, que se super-
puso con el mapa conceptual de análisis estructural tal como se
observa en la (figura 3).
Figura 3. Plano de influencia-dependencia de variables en relaciones directas en mapa conceptual del análisis estructural. Software MICMAC LIPSOR-EPITA. Fuente: Elaboración propia.
A partir del plano se analizaron los resultados por cuadrante y de
la evolución de las relaciones indirectas y potenciales que repre-
sentan los cambios a mediano y largo plazo se obtuvieron las
siguientes variables clave:
V1.2: Participación del sector privado
V1.3: Gestión de los gobiernos
V2.1: Inversión
V2.2: Financieros
V3.1: Recursos energéticos renovables
V3.2: Ambientales
V3.3: Normas regulatorias
V3.4: Proveedores de equipos
Para el análisis de actores se utilizó el método MACTOR, herra-
mienta que permite valorar las relaciones de fuerzas entre los ac-
tores que intervienen en retos estratégicos, y estudiar sus conver-
gencias y divergencias con respecto a los objetivos asociados,
lo que facilita responder a las hipótesis en las que intervienen las
variables.
Para cada una de las variables clave, los expertos reconocieron
los actores más relevantes quienes, directa o indirectamente,
pueden influir en el comportamiento de dichas variables a través
de sus acciones u opiniones. El resultado final de la matriz de
actores que influyen en las variables clave y que se analizaron
mediante el software MACTOR se presenta a continuación.
16
Variables
claves
Partic
ipació
n d
el s
ecto
r p
rivad
o
Gest
ión d
e lo
s gob
iern
os
Inve
rsió
n
Fin
ancie
ros
Recurs
os
energ
étic
os
renova
ble
s
Am
bie
nta
l
Norm
as
regula
toria
s
Pro
veed
ore
s d
e e
quip
os
Actores
V1
.2
V1
.3
V2
.1
V2
.2
V3
.1
V3
.2
V3
.3
V3
.4
Act 1 Inversionistas 1 1 1 1 1 1
Act 2Autoridades de gobierno
1 1 1 1 1 1
Act 3 Entidades financieras 1 1 1 1
Act 4 Comunidades rurales 1 1 1
Act 5Fabricantes y Pro-veedores de equipos
1 1 1
Act 6 Recursos humanos 1 1 1
Act 7Instituciones nacio-nales e internacio-nales
1 1 1 1 1 1 1
Tabla 2. Actores que influyen en las variables clave. Fuente: Elaboración propia.
Del mismo modo se establecieron los retos estratégicos para
cada variable clave así como sus objetivos relacionados, para
cuyo logro los actores son parte importante, a fin de identificar
la convergencia y divergencia existentes entre ellos. Con dicha
información se formulan la evolución de las variables clave, así
como las propuestas de acción que consideren las alianzas ne-
cesarias para materializar los objetivos del estudio.
Para el análisis se utilizó la herramienta matriz de posiciones valo-
radas, que corresponde a la representación matricial actores por
objetivos (MAO) de la actitud actual de cada actor en relación a
cada objetivo.
La actitud del actor se dividió en dos categorías:
(+): de acuerdo con el objetivo.
(-) : en desacuerdo con el objetivo.
El objetivo se valoró con las siguientes intensidades:
(0): poco consecuente.
(1): indispensable para sus procesos operativos del actor.
(2): indispensable para los proyectos del actor.
(3): indispensable para la misión del actor.
(4): indispensable para la existencia del actor.
Se construyó una matriz de influen-cias directas entre actores a partir de un cuadro estratégico de los mismos, la cual valora los medios de acción de cada actor según la misma escala de intensidades utilizada en MAO.
Así, para la variable participación del sector privado que es clave
para alcanzar los objetivos del estudio, su intervención dependerá
de algunos factores para que dicho sector se interese en el desa-
rrollo de proyectos energéticos.
Del plano influencia-dependencia de los actores se puede de-
terminar los que son claves y de mayor influencia: autoridades
de gobierno, instituciones nacionales e internacionales e inver-
sionistas con un alto grado de influencia y dependencia. También
se observa que las entidades financieras funcionan como actor
regulador para alcanzar a los actores clave y, al mismo tiempo,
es un actor objetivo porque se puede influir sobre ellas para que
su evolución sea la más adecuada. Además, los recursos huma-
nos, por su ubicación en el plano, pueden quedar al margen del
comportamiento del sistema. Finalmente, los fabricantes y pro-
veedores de equipos pueden servir de palanca al actor entidades
financieras.
Figura 4. Plano de influencia-dependencia de actores para la variable participación del sector privado. Elaboración propia. Software MACTOR - LIPSOR.
En el análisis de convergencia de objetivos comunes entre ac-
tores se ha utilizado el plano y matriz de convergencia de posi-
ciones valoradas 3CAA. Los resultados indican la existencia de
un grupo de convergencia conformado por los actores: inversio-
nistas (68,7), instituciones nacionales e internacionales (61,8) y
autoridades de gobierno (61,6).
Figura 5. Plano de convergencia entre actores orden 3, variable participación del sector privado. Elaboración propia. Software MACTOR - LIPSOR
17
Con respecto a las distancias netas entre objetivos, la figura 6
muestra los resultados para la variable participación del sector
privado.
17
16
18.5
17
17.5
17.5
Apoy Finan
Part gob
Oport negPart comun
Distancias netas más débilesDistancias netas débilesDistancias netas mediasDistancias netas relativamente importantesDistancias netas más importantes
Figura 6. Gráfico de distancias netas entre objetivos, variable participación del sec-tor privado. Elaboración propia. Software MACTOR - LIPSOR-EPITA.
Con respecto a las demás variables, estas fueron analizadas del
mismo modo.
Para la validación de las hipótesis se tomaron en cuenta las pro-
babilidades de ocurrencia de las opiniones de los expertos. Para
la hipótesis 1, los expertos han estimado de manera conservado-
ra una probabilidad muy débil de participación del sector privado.
Esta probabilidad se incrementa si las demás hipótesis ocurrie-
ran también en simultáneo uno a uno tal como se muestra en
la tabla 3, alcanzando el mayor impacto de 77%, si el gobierno
promueve la inversión. Por el contrario, la probabilidad disminuye
si las demás hipótesis no ocurren simultáneamente, y presenta
su valor más bajo (es decir, es afectada con mayor intensidad) si
no existieran normas adecuadas que promuevan la inversión o
potenciales energías renovables, en ambos casos a 25%.
Figura 7. Gráfico de probabilidades de ocurrencia para la Hipótesis 1 de manera simple y condicional. Fuente: Elaboración propia.
De los resultados del análisis referente a la hipótesis 1 se conclu-
ye que la participación del sector privado en la ejecución de pro-
yectos de inversión con rentabilidad económica en zonas rurales
y para la población en situación de pobreza se valida en un tiempo
superior a los 10 años, siempre y cuando tenga lugar la participa-
ción del gobierno central, a través de una contribución económica
con recursos propios e internacionales en su inicio, con normas
que fomenten la inversión, y una promoción que permita incentivar
a los inversionistas hacia el desarrollo de proyectos. Igualmente,
el gobierno regional debe contribuir con su apoyo económico y
promoción al desarrollo de la región; así como el gobierno lo-
cal, mediante la organización de sus zonas e información para
identificar los lugares más adecuados para la implementación de
los proyectos. Finalmente, es necesaria la participación del sector
financiero a través de préstamos para ejecutar dichos proyectos.
Esta misma metodología de análisis se aplicó para las demás hi-
pótesis, validándose todas de acuerdo a la siguiente valoración
de los expertos:
Probabilidades simples y condicionales
Hipótesis
específicas
H1 H2 H3 H4 H5 H6
SI NO SI NO SI NO SI NO SI NO SI NO
H1 50% 0% 71% 25% 69% 33% 71% 33% 73% 28% 69% 35%
H2 77% 31% 54% 0% 82% 29% 81% 33% 85% 26% 79% 35%
H3 65% 29% 71% 18% 47% 0% 67% 31% 68% 27% 67% 32%
H4 62% 25% 66% 17% 63% 27% 43% 0% 67% 22% 62% 30%
H5 70% 25% 75% 16% 69% 28% 73% 27% 47% 0% 68% 31%
H6 59% 26% 62% 20% 61% 27% 61% 29% 62% 26% 43% 0%
Tabla 3. Probabilidades de ocurrencias simple y condicional de las seis hipótesis específicas. Fuente: Elaboración propia.
Para evaluar los escenarios más probables para viabilizar el de-
sarrollo de proyectos de generación de electricidad mediante
ERNC, se empleó el método de impactos cruzados, por el cual
se establecieron combinaciones entre las hipótesis definidas y
ponderadas por los expertos.
El programa utilizado, denominado SMIC (programa de minimi-
zación de una forma cuadrática con límites lineales), permite el
análisis de las opiniones de grupos de expertos.
La elección de escenarios para plantear el modelo estratégico,
toma en cuenta todas aquellas soluciones con las más altas pro-
babilidades de ocurrencia de hipótesis, calculadas por el software
SMIC, así como el conjunto de soluciones que al menos sumen el
60% de las probabilidades totales (tabla 4).
No Escenario
Probabilidad
del escenario
(%)
Probabilidad
acumulada
(%)
64 0 0 0 0 0 0 27,3% 27,3%
1 1 1 1 1 1 1 8,4% 35,7%
2 1 1 1 1 1 0 5,7% 41,4%
5 1 1 1 0 1 1 4,1% 45,5%
33 0 1 1 1 1 1 4,0% 49,5%
9 1 1 0 1 1 1 3,8% 53,3%
3 1 1 1 1 0 1 3,4% 56,7%
6 1 1 1 0 1 0 2,5% 59,2%
32 1 0 0 0 0 0 2,0% 61,2%
Tabla 4. Escenarios con la mayores probabilidades y cuya suma acumulada es al menos 60%. Fuente: Elaboración propia. SMIC-PROB-EXPERT
18
rurales del Perú, dependerá del comportamiento sistémico de las
variables sociopolíticas, económicas y tecnológicas.
La estrategia prospectiva resultó una herramienta importante para
alcanzar los objetivos generales y específicos de la investigación.
Su aplicación permitió identificar los diferentes escenarios y su-
gerir las condiciones para su consecución. Por consiguiente, el
modelo estratégico del estudio se focaliza en la coordinación en-
tre las diferentes instituciones públicas, que centralizan el conoci-
miento de la realidad de las zonas rurales, tanto desde el punto de
vista de sus necesidades como de las oportunidades de trabajo
productivo, y priorizan el desarrollo de proyectos en aquellos lu-
gares donde se pueda mantener la sostenibilidad del negocio de
los inversores.
Los expertos consideraron que la participación del sector privado
es esencial y necesaria, debe ser incentivada mediante la crea-
ción de empresas que logren una rentabilidad con los proyectos,
y estar enmarcada por condiciones legales, técnicas, económi-
cas y financieras claras y sostenibles. El estudio propone, que el
Estado debe asumir el papel de promotor de las inversiones, en
las que el sector privado participa, inicialmente en la administra-
ción, operación y mantenimiento de las instalaciones y, posterior-
mente, en el desarrollo de más proyectos sostenibles, con los
Figura 8. Modelo estratégico para viabilizar proyec-tos de generación de electricidad mediante ERNC en zonas rurales del Perú, para promover su desarrollo sostenible. Fuente: Elaboración propia.
CONCLUSIONES
El análisis estructural permitió definir las siguientes variables clave
para el período de estudio de 10 años: participación del sector
privado, gestión de los gobiernos, inversión, financieros, recur-
sos energéticos renovables, ambientales, normas regulatorias y
proveedores de equipos. Del mismo modo, a partir del estudio
de estrategia de actores se determinó que los actores clave fue-
ron: inversionistas, autoridades de gobierno, entidades financie-
ras, comunidades rurales, fabricantes y proveedores de equipos,
recursos humanos e institucionales nacionales e internacionales.
Todos ellos forman parte del análisis de las hipótesis y los esce-
narios futuros de la investigación.
El análisis de variables y actores fue el marco de la investigación
para la validación de las hipótesis. Las hipótesis específicas fue-
ron validadas al constatarse que sus probabilidades simples se
encuentran alrededor del 50%, las cuales aumentan sustancial-
mente cuando las otras hipótesis se presentan en simultáneo y
disminuye si no lo están. Se validó la hipótesis principal, y se con-
cluyó que, para viabilizar el desarrollo de proyectos energéticos
para la generación de electricidad utilizando ERNC en las zonas
Finalmente, se propuso un modelo que considera una serie de acciones que involucran
a los diferentes actores, especialmente la participación del gobierno, en una primera
etapa para subvencionar los proyectos, así como la del sector privado para la implemen-
tación y gestión de los proyectos. La siguiente figura representa el modelo del estudio.
19
beneficios económicos de la venta de energía a los pobladores,
para ser usada en sus actividades productivas.
La voluntad política es fundamental para generar estrategias que
permitan establecer mecanismos de convocatoria de los princi-
pales actores y darles las condiciones adecuadas con el fin de
sumar sinergias para el logro de los objetivos planteados. Es así
que los resultados del estudio señalan que los diferentes nive-
les de gobierno, especialmente el central, tienen que convocar a
instituciones del sector público y privado para definir estrategias
y responsabilidades de sus autoridades y darle al sector privado
las condiciones necesarias para desarrollar proyectos energéti-
cos sostenibles.
El modelo propone crear un ente de coordinación de proyectos
energéticos de uso productivo dentro del MIDIS o en el Ministerio
de Energía y Minas (MINEM). Para aprobar estos proyectos, am-
bos ministerios deberán aprobar los proyectos considerando los
siguientes aspectos:
por consumo de electricidad.
-
gías renovables disponibles para su aprovechamiento durante
el mayor número de horas al año.
sistemas, el cual permita su sostenibilidad.
Del mismo modo, se determinó que la participación de la co-
munidad es importante, pues su involucramiento contribuye al
éxito de los proyectos, especialmente cuando ya se ha definido
su implementación, de tal manera, que los pobladores valoren
la necesidad del uso de la energía y reconozcan las oportuni-
dades de desarrollo para su comunidad. Además, con el apoyo
de la comunidad, facilitaría evaluar los materiales existentes que
podrían utilizarse como parte del equipamiento de los proyectos y
así disminuir los costos.
REFERENCIAS
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con Energía Renovable en la República del Perú. Lima.
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vidad y evaluación económica, comparativa y modelos”.
Tesis Doctoral, Escuela Técnica Superior de Ingenieros In-
dustriales- Universidad Nacional de Educación a Distancia.
España.
[3] Díaz, P. (2003). Confiabilidad de los sistemas fotovoltaicos
autónomos: Aplicación a la electrificación rural. Tesis Doc-
toral.Universidad Politécnica de Madrid-Escuela Técnica
Superior de Ingenieros de Telecomunicaciones, Madrid.
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de prospectiva y estrategia, Barcelona, Ed. Marcombo
S.A, Barcelona.
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cional de Energía 2012. Lima: MINAM.
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ta de Política Energética de Estado Perú 2010-2040.
Lima:MINAM.
[10] Perú. Ministerio de Energía y Minas. (2013). Plan de Acce-
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Resolución Ministerial No 203-2013-MEM/DM. Lima: MI-
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Century. (2011). Renewable 2011 Global Status Report.
Paris: Worldwatch Institute. pp. (11-25 y 65-70).
ACERCA DEL AUTOR
Elmer Ramirez Quiroz
Doctorando en Ingeniería Industrial. Master en Gestión y Audito-
ria Energética en la Empresa por la Universidad Politécnica de
Madrid, España. Ingeniero Mecánico-Eléctrico por la Universidad
Nacional de Ingeniería.
Trabajó 25 años en el sector académico. Condujo acreditacio-
nes internacionales del programa de Ingeniería otorgadas por las
agencias ASSIN de Alemania y ABET de Estados Unidos.
Es autor del libro Controladores lógicos programables…una alter-
nativa a la automatización moderna, editado por el CONCYTEC,
así como de artículos técnicos publicados en revistas. Ha segui-
do cursos de ingeniería eléctrica en la empresa ABB-Suecia; de
energía renovables en Estados Unidos y España; y redes indus-
triales y automatización por la empresa Siemens en Alemania. Es
miembro de la IEEE y la Asociación Electrotécnica Peruana.
Sus áreas de especialización son auditoría y eficiencia energética,
y desarrollo de proyectos energéticos mediante ERNC.
20
La utilización del
cáliz de aguaymanto,una posibilidad para la industria cosmética
Palabras ClavesAditivo, antioxidantes, tensoac-
tivo, flavonoides, formulación,
glicerina, humectación, humec-
tante, saponinas, fruto, cáliz.
Key wordsAdditive, antioxidant, surfactant,
flavonoids, formulation, glycerin,
moisturizing, moisturizing, sapo-
nins, fruit chalice.
RESUMEN
El presente trabajo explora la utilización de el cáliz del aguayman-
to (goldenberry), que no se consume como alimento y se separa
del fruto antes de que sea exportado. Sin embargo, el cáliz con-
tiene varios componentes de naturaleza lipídica que podrían ser
empleados, lo que daría valor agregado a este desecho. Esta
investigación examina la posibilidad de aprovechar el extracto del
cáliz del aguaymanto como humectante natural en formulaciones
cosméticas. La metodología evaluó la capacidad de humecta-
ción de dichas formulaciones. Los cálices fueron recolectados
en Huancayo, se obtuvieron los extractos y se prepararon for-
mulaciones de jabón líquido y lociones humectantes. Se testó la
capacidad de humectación de cada una de ellas. Los resultados
mostraron que dichos extractos podían incrementar el grado de
humectación de los productos, además de proporcionar una fra-
gancia característica.
ABSTRACT
This work explores a potential use of chalice of aguaymanto (gol-
denberry).This part of the fruit is not consumed and is separated
from it before been exported. However the chalice contains se-
veral lipidic components that could be used, thus adding value
to this waste. In this research we have studied the possibility of
using the extract or aguaymanto chalice as natural moisturizer in
cosmetic formulations. The chalices were collected in Huanca-
yo and extracts were obtained. Then formulations of liquid soaps
and body lotions containing the extract were prepared and mois-
turizing capacity of each one of them tested. We concluded that
the addition or the extract of aguaymanto chalice increases the
moisturizing characteristics of the products. As well as provide a
sui generis fragrance.
Laurence Salmon, Tecsup / Ivonne Parían, Tecsup / Diego Chirinos, Tecsup
Acción humectante del extracto del cáliz del aguaymanto (Physalis Peruvia-
na) en formulaciones cosméticas
Humectant Action of Aguaymanto Chalice (Physalis Peruviana) in Cosmetec
Formulations
INTRODUCCIÓN
El aguaymanto o capulí es un arbusto oriundo del Perú. Su fruto
es muy apreciado desde la época precolombina y fue cultivado en el Valle Sagrado de los Incas.
Desde hace poco el aguaymanto se ha revalorizado como una fruta exótica. En los últimos años ha habido un incremento en las exportaciones destinadas, principalmente, a varios países de Europa, Asia y en América a Canadá, que alcanzó los 1,038 kg en el 2012.
Esta fruta es exportada generalmente fresca o deshidratada y libre de cáliz, el cual se desecha sin ningún uso en especial.
Si se tiene en cuenta que el cáliz contiene varios compuestos en-tre los que destacan saponinas, flavonoides, y lípidos, esta inves-tigación busca aprovechar dicho recurso como aditivo que favo-rezca o aumente la acción humectante de algunas formulaciones.
En ese sentido, diversos compuestos orgánicos contenidos en el
cáliz del aguaymanto pueden formar emulsiones que favorecerían
las propiedades humectantes de un producto cosmético. En el
presente trabajo se obtiene un extracto de cáliz de aguayman-
to que se agrega a formulaciones, cuya acción humectante es
comparada con la de jabones líquidos y lociones de formulación
tradicional.
FUNDAMENTOS
Figura 1. Fruto del aguaymanto y el cáliz correspondiente a la cubierta. Elaboración propia.
El aguaymanto o capulí (Physalis peruviana) es un arbusto que
pertenece a la familia de las solanáceas. Es oriundo del Perú, se
encuentra en varias partes de Sudamérica y ha sido llevado a
otros países como Nueva Zelanda, Paquistán e Irán.
Presenta flores amarillas y un fruto globular de color anaranjado
cubierto por un cáliz pardo claro. Los frutos son apreciados por
su sabor agradable y característico.
Estos se exportan sin cáliz, frescos o, en su defecto, deshidrata-
dos. Actualmente, se emplean en recetas culinarias.
Trabajos anteriores señalan que el fruto contiene altos valores de
vitamina C, carotenos, lípidos -en particular ácidos grasos insa-
turados-, withanolidos, lactonas esteroidales presentes en varias
especies de solanáceas con importantes propiedades biológicas
antitumorales y antimicrobianas. Baumann y Meier(3) sugieren
que estos compuestos constituyen defensas químicas y mecá-
nicas para el fruto.
Otras investigaciones destacan también el aislamiento de com-
puestos antioxidantes, entre ellos, flavonoides y polifenoles.
Chasquibol (2) presenta aplicaciones adicionales de este fruto en
aplicaciones cosméticas con el empleo de las semillas, debido a
su contenido en ácidos grasos insaturados.
Actualmente se han desarrollado formulaciones que contienen
extracto de aguaymanto para la fabricación de cremas cosméti-
cas, que buscan aprovechar los diversos componentes del fruto.
Hasta la fecha solo se tiene información acerca de los compues-
tos presentes en el fruto en diversas regiones. Así, se han desa-
rrollado productos a partir de este y también de las semillas.
Este trabajo propone la utilización de los cálices del aguaymanto
como materia prima para obtener un extracto. Dicho extracto con-
tiene otros componentes que pueden mejorar la acción humec-
tante de productos cosméticos, y así desplazar a los humectan-
tes de origen sintético. De esta manera, se aprovecharía también
el cáliz del aguaymanto que actualmente se desecha.
Se diseñaron formulaciones para jabones líquidos y lociones hu-
mectantes que contienen extracto de cáliz, cuyas propiedades de
humectación serán puestas a prueba.
La metodología de investigación consistió en la determinación del
efecto humectante mediante la retención del agua. Se prepara-
ron cuatro formulaciones de jabón líquido basadas en fórmulas
de orientación para preparados cosméticos (1) y se estimó la
retención de agua comparando con cuatro formulaciones que
contenían el extracto del cáliz de aguaymanto a una temperatura
constante de 45 °C en una estufa. El mismo procedimiento se
llevó a cabo en tres formulaciones de lociones para preparados
cosméticos a base de glicerina y otras tres formulaciones a base
de extracto de cáliz.
METODOLOGÍA
Los frutos de aguaymanto fueron colectados en el distrito de Mu-
quiyauyo, provincia de Jauja, Junín en noviembre de 2013. Se
extrajeron los cálices, que se desecaron al sol a 25 °C hasta
alcanzar un peso constante.
Se obtuvieron 100 g de cálices molidos, los cuales fueron someti-
dos a extracciones sucesivas en cloroformo o en etanol absoluto.
Se consiguieron 2,2 g de extracto clorofórmico y 7 g de extracto
etanólico.
Se prefirió usar el extracto etanólico de cáliz de aguaymanto por el
mayor rendimiento del proceso de extracción.
Se determinó cualitativamente la presencia de saponinas y flavo-
noides.
24
Se prepararon varias formulaciones de jabones líquidos y lociones
humectantes a partir del extracto etanólico.
La formulación N°1 se considera como estándar porque permite
comparar el comportamiento humectante de las formulaciones
con un contenido de extracto de caliz.
En las diferentes formulaciones se compararon las cantidades de
extracto a fin de evaluar los resultados de su acción humectante.
La humectación se determinó por el comportamiento que pre-
senta la formulación en retener agua. Las pruebas que se rea-
lizaron fueron el porcentaje de pérdida de agua en el producto
sometido a 45 °C en la estufa y porcentaje pérdida de tiempo
vs peso.
Las cuatro soluciones de jabón líquido se basaron en formulacio-nes para cosméticos (1). Formulación 1
Lauril sulfato de TEA [trietanolamina] (Texapon) 3 gGlicerina 0,2 gMonoetanolamida de ácido láurico (Comperlan) 0,3 gClNa 0,1 gH
2O c.s.p. 25 ml
Formulación 2
Lauril sulfato de TEA (Texapon) 2,2 gExtracto alcohólico de cáliz de aguaymanto 0,6 gClNa 0,2 gH
2O c.s.p. 25 ml
Formulación 3
Lauril sulfato de TEA (Texapon) 2 gMonoetanolamida de ácido láurico (Comperlan) 0,4 gExtracto alcohólico de cáliz de aguaymanto 0,41 gClNa 0,20 gH
2O c.s.p. 25 ml
Formulación 4
Lauril sulfato de TEA (Texapon) 2,01 gMonoetanolamida del ácido láurico (Comperlan) 0,27 gExtracto alcohólico de cáliz de aguaymanto 0,31 gClNa 0,23 g
H2O c.s.p. 25 ml
Se midieron volúmenes iguales de cada una de las soluciones de
jabones líquidos para la estimación de su capacidad humectante.
Se registraron los pesos horarios para las cuatro formulaciones
Se tomaron los pesos iniciales para cada una de las formulacio-
nes y se analizaron sus variaciones en el tiempo a una tempera-
tura constante de 45 °C.
RESULTADOS
Prueba 1: Jabones líquidos
A continuación, se muestran los resultados obtenidos para las
formulaciones de jabones líquidos sin extracto y con extracto.
Grafico 1. Variación del porcentaje de agua que se pierde en las muestras de cada formulación de jabones líquidos. Elaboración propia.
En el gráfico 1 se aprecia que las formulaciones 1 y 3 presentan
la misma resistencia a la pérdida de agua y las muestras 2 y 4
muestran un comportamiento levemente menor a la resistencia
en la perdida de agua.
Se muestra que la variación de porcentaje de agua perdida, entre
las muestras con extracto, es mayor en la muestra de la formu-
lación 2 que contiene una mayor cantidad del extracto de todas
las formulaciones.
Gráfica 2. Variación de peso de las muestras a 45 °C en muestras de las formula-ciones de jabones líquidos. Elaboración propia.
En esta gráfica se puede observar que el comportamiento en
cada formulación no dependerá del contenido de extracto de
cáliz.
Prueba 2: Lociones
Se prepararon tres formulaciones de lociones que contienen dis-
tintas cantidades de un humectante clásico como la glicerina.
Las tres formulaciones que no contienen en su formulación ex-
tracto de caliz corresponden a los blancos A, B y C.
- H2
- H2
25
- H2
Gráfica 3. Variación de peso de las formulaciones de lociones que no incluyen extracto de cáliz los que se les ha considerados blancos. Elaboración propia.
En la gráfica 3 se aprecia que el porcentaje peso vs tiempo mues-
tran formulaciones de loción clásica que contienen glicerina como
agente humectante.
A continuación se presentan tres formulaciones que contienen el
extracto de cáliz de aguaymanto en cantidades distintas las que
llamaremos muestras 2, 3 y 4.
- H2
- H2
- H2
Gráfica 4. Variación en porcentaje de peso vs. tiempo en minutos de las formulacio-nes con extracto de cáliz. Elaboración propia.
En el gráfico 4 las formulaciones presentan con extracto de cáliz
de aguaymanto una perdida en el peso respecto del tiempo simi-
lar en las muestras 2 y 3. En cada formulación la concentración
del extracto no mostró una relación en función a su contenido de
extracto de cáliz. Por ejemplo la muestra 4 que contiene mayor
contenido de extracto de cáliz muestra un comportamiento distin-
to a las muestras 2 y 3.
Además si se compara con el gráfico 3 se puede apreciar un
comportamiento muy similar a las formulaciones de lociones clá-
sicas que usaron como humectante la glicerina.
Gráfica 5. Variación del porcentaje de agua perdida de las formulaciones. Elabo-ración propia.
El gráfico 5 presentan variaciones del porcentaje en perdida de
agua sin embargo no se encontró relacionado a la concentración
de extracto de cáliz en cada una de las formulaciones.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La gráfica 1 presenta el comportamiento de cuatro formulaciones
-
tantes contienen diferentes cantidades de extracto de cáliz de
aguaymanto. Asimismo, el grafico 2 de jabón líquido que contiene
extracto de cáliz, no guarda una relación directa con las formula-
ciones que tienen mayor o menor cantidad de extracto.
Para las formulaciones de lociones, se muestran los gráficos 3,
las formulaciones presentan un comportamiento humectante de
las formulaciones que contienen glicerina
En los gráficos 4 y 5 se muestra el comportamiento humectante
de las formulaciones que contienen formulaciones con distintas
cantidades de extracto de cáliz.
CONCLUSIONES
Se utilizó el extracto alcohólico de cáliz debido a que se obtuvo
mayor cantidad de producto con este procedimiento.
Las formulaciones 2 y 3 de jabón líquido con extracto de cáliz de
aguaymanto presentan un comportamiento humectante similar al
que contiene glicerina.
El extracto de cáliz de aguaymanto puede comportarse como
aditivo humectante pero no está relacionado a un aumento de
concentración.
26
Las formulaciones que contienen extracto de aguamanto en las
formulaciones de lociones tienen un comportamiento semejante a
las formulaciones con glicerina, presentando humectación al mis-
mo tiempo aportan un color y una fragancia característica.
REFERENCIAS
[1] Dehidag, Henkel Formulación para preparados cosméticos
(1979) Henkel KGaA Düsseldorf Alemania
[2] Chasquibol, N. (2010) Aguaymanto para la cosmética. Uni-
versidad de Lima
[3] Baumann, T. W. & Myers, C. M. (1993). Phytochemistry
33, 317-321
[4] Meadow, T. (1980). Cosmetics & Toiletries 51 95
[5] Ramadan, M. & Mörsel J. T. (2003) J Agric. Food Chem.
51, 969-974
[6] Ahmad, S., Yasmin, R. & Malik, A. (1999) Chem. Pharm.
Bull. 47 (4) 477-480.
[7] Wollenweber, E., Dörsam, M., Dörr, M., Roitman, J. & Va-
lant-Vetschera, K. M. (2005). Z. Naturforsch, 66, 661-670
ACERCA DE LOS AUTORES
Laurence Salmon Barrantes
Químico farmacéutico. Egresado de la Maestría de la Pontificia
Universidad Católica del Perú. Ha trabajado en laboratorios far-
macéuticos y cosméticos. Actualmente es docente principal de
la carrera de Procesos Químicos y Metalúrgicos de Tecsup Lima.
Ivonne Parian
Alumna del quinto ciclo de la carrera de Procesos Químicos y
Metalúrgicos en Tecsup Lima.
Diego Chirinos
Alumno del quinto ciclo de la carrera de Procesos Químicos y
Metalúrgicos en Tecsup Lima.
GLOSARIO
Aditivo: Ingrediente en formulaciones que otorga al producto
cualidades específicas tales como textura, olor, color, sabor, con-
servación.
c.s.p.: Cantidad suficiente para.
Humectante: Preparación de aplicación tópica o cutánea
que reduce la pérdida de agua de la piel al evitar o limitar la eva-
poración.
Monoetanolamida del ácido láurico (MEA) COMPERLAN®: Aditivo que se emplea como espesante en
formulaciones líquidas.
Lauril sulfato de trietanolamina (laurilsulfato TEA) TEXAPON T®: Detergente o tensoactivo para formu-
laciones de champús y jabones líquidos.
27
El uso de una
herramienta de cálculocomo los elementos finitos permite diseñar estructuras con mayor nivel de confianza en los resultados.
Palabras ClavesColector Parabólico, Energía
Solar, Elementos Finitos, Diseño
Estructural.
Key wordsParabolic Collector, Solar Energy,
Finite Element, Structural Design.
César Vera, Tecsup
Cálculo y diseño estructural sometido a carga de viento de un colector
parabólico solar (ANSYS R15.0)
Structural Calculation Subjected to Wind Load of a Solar Parabolic Collector
(ANSYS R15.0)
RESUMEN
El presente artículo brinda los resultados de una investigación
acerca de la carga estructural ocasionada por el viento de un co-
lector parabólico solar. El cálculo del diseño y dimensionamiento
fue obtenido en una versión anterior y publicada en el artículo
“Cálculo y diseño de un colector parabólico para la generación
de vapor utilizando energía solar”.
El método de los elementos finitos (MEF) ha adquirido gran im-
portancia en la solución de problemas de ingeniería que hasta
hace poco tiempo eran prácticamente imposibles de resolver por
métodos matemáticos tradicionales. Actualmente, existen dife-
rentes programas de simulación en el campo estructural, tanto
de ingeniería asistida por computadora (CAE) como de diseño
(CAD), en el caso de los CAE, el programa ANSYS permite so-
lucionar casos de carga estructural y muestra, de manera visual,
dónde se genera más esfuerzo y mayor deformación. En este es-
tudio, dibujamos y simulamos un colector parabólico sometido a
una carga alta de viento, ya que dicha estructura estaría ubicada
en la parte superior de una construcción donde ocurren fuertes
ráfagas de viento. El objetivo de la investigación es demostrar
que no existe riesgo de colapso estructural del diseño, para lo
que se hizo una simulación del proceso antes de ser puesto a
prueba.
ABSTRACT
This article provides the results of the structural loads caused by
the wind of a solar parabolic trough, the calculation of the design
and sizing was obtained in an earlier version with the item name
“Calculation and Desing Parabolic collector for Steam Generation
Using Solar Energy”.
The finite element method (FEM) has become very important as
alternative to the solution of engineering problems that until re-
cently were virtually impossible to solve by conventional mathe-
matical methods. Currently we have different simulation programs
in the structural field, the Computer-Aided Engineering (CAE) and
the Computer-Aided Design (CAD). ANSYS program (a CAE soft-
ware) offers solutions for structural load problems and displaying
visually where high effort and greater deformation are generated.
For this study, we draw and simulate a parabolic collector under
high wind load conditions, since that system would be located on
the top of a building where these conditions exist. The aim of the
research is show that there is no risk of structural collapse for the
design, running a simulation before being tested.
una ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones diferencia-
les, a un sistema con un número finito de grados de libertad cuyo
comportamiento es modelado por un sistema de ecuaciones, li-
neales o no.
Figura 2: Generación de nodos y elementos en un plano estructural
Deformación elástica y plástica ( ):
Cuando una pieza se somete a una fuerza de tensión uniaxial,
se produce una deformación del material. Si este vuelve a sus
dimensiones originales cuando la fuerza cesa, se dice que el ma-
terial ha sufrido una deformación elástica.
Si el material es deformado hasta el punto que los átomos no
pueden recuperar sus posiciones originales, se afirma que ha
experimentado una deformación plástica. Al respecto, la ley de
, sus unidades son
Donde k es la constante de deformación plástica, F la fuerza apli-
cada (N) y la variación de longitud (m).
Esfuerzo y deformación unitaria:
Por definición, el esfuerzo S en una barra es igual al cociente
entre la fuerza de tensión uniaxial media F y la sección transversal
original A0 de la barra.
, sus unidades son
Por otro lado, la deformación unitaria originada por la acción de
una fuerza de tensión uniaxial sobre una muestra es el cociente
entre el cambio de longitud de la muestra en la dirección de la
fuerza y la longitud original.
= =
Tensión de Von Mises:
El criterio de máxima tensión de Von Mises se basa en la teoría de Von Mises-Hencky, también conocida como teoría de la energía de cortadura o teoría de la energía de distorsión máxima.
INTRODUCCIÓN
El cálculo estructural incluye una amplia variedad de procedimien-
tos y técnicas bastante elaboradas, que integran matemáticas y
física para generar procesos con el fin de encontrar resultados
muchas veces abstractos y complejos de interpretar. Antes, el
cálculo de una estructura compleja (figura 1) obviaba muchas
variables, lo que no permitía resolver todos los problemas al mo-
mento de ponerlo a prueba.
Figura 1: Estructura sometida a cargas puntuales.
Para llevar a cabo la investigación del cálculo estructural de un
colector parabólico solar por carga de viento, decidimos aplicar
metodologías de resistencia de materiales y diseño de elementos,
con vigas colocadas en una base móvil, para definir el peso de la
estructura y las reacciones que se generan.
Mediante el uso de una metodología analítica, concluimos que la
mayor carga de esfuerzos tenía que ser dada por el viento, que en
circunstancias extremas alcanza velocidades de hasta 40 km/h
en la ciudad. Dicha solución nos brindaba resultados no acordes
con el grado de complejidad de nuestra estructura, por lo que
decidimos utilizar un software CAE (ANSYS R15.0). Este genera
nodos y elementos (desintegrar la estructura en partes pequeñas)
que facilitan obtener resultados que den una idea de su grado de
convergencia con el sistema real.
FUNDAMENTOS
El método de elementos finitos:
El MEF permite realizar un modelo matemático de cálculo del sis-
tema real, más fácil y económico de modificar que un prototipo a
escala. Sin embargo no deja de ser un método aproximativo de
cálculo debido a sus hipótesis básicas subyacentes. Por ello, los
prototipos siguen siendo necesarios, aunque en menor número,
ya que el modelo puede acercarse bastante más al diseño ópti-
mo.
La idea general del método de los elementos finitos es la división
de un continuo, en un conjunto de pequeños elementos interco-
nectados por una serie de puntos llamados nodos.
Las ecuaciones que rigen el comportamiento del continuo, regirán
también el del elemento. De esta forma se consigue pasar de un
sistema continuo (infinitos grados de libertad), determinado por
30
Nuestra intención es calcular la deformación y el esfuerzo máximo
de Von Mises, y en qué puntos se aplican, para determinar si
nuestra estructura aguantaría una carga alta de viento y tomar las
medidas necesarias, en caso de tener un diseño que no resista
los esfuerzos y deformaciones propias de la simulación.
Fuerza de arrastre:
La fuerza de arrastre para cualquier perfil está dada por la ecua-
ción
FD= 1
2v2C
DA
D
Donde V (m/s) es la velocidad del fluido. CD es el coeficiente de
arrastre y AD (m2) el área de contacto con el viento, despejando la
ecuación obtenemos la expresión de presión aplicada, que sería
la división de fuerza (FD) entre el área (A
D).
METODOLOGÍA
Dibujo y diseño del colector parabólico
F=0.55m (longitud de foco de parábola a la base)
W=1.071m (Xmáx de la parábola)
A=88.47° (Angulo alfa)
L=1.8m (longitud real del tubo)
D=2.256 cm (diámetro real del tubo)
Figura 3: Perfil de parábola
Con estos resultados se procedió a dibujar el colector parabólico
3D en el programa SolidWork 2012 (versión educativa bajo la li-
cencia de Tecsup-Sur).
Figura 4: Estructura y montaje de colector parabólico.
Luego se exportó la geometría al software de simulación ANSYS
R15.0 (versión académica, bajo licencia Tecsup-Sur).
Figura 5: Ventana Workbench, para exportación de Geometría.
La versión utilizada presenta una ventana de trabajo (Workbench)
que nos permite manipular diferentes módulos de simulación
aparte del estructural como de transferencia de calor, vibración,
dinámica de fluidos, motores de combustión, etc.
Una vez ingresada la geometría se generan las condiciones de
Model, Setup, Solution y Results; para ingresar las condiciones
de contorno nos dirigimos a Model, que es una función del con-
trolador del sistema Static Structural.
Figura 6: Ventana Model entrega de variables de contorno y solución numérica
31
El software nos dará las condiciones geométricas favorables en
función del tipo de ensamble que se obtuvo en el CAD, para lo
que necesitamos introducir condiciones de conexiones. En la parte
izquierda de la ventana aparecen listas desplegables, (Outline) en
las que se muestran dichas condiciones, para modificar y mejorar el
Luego, procedimos a ingresar las variables de contorno, como
la fuerza debido al peso (Standar Earth Gravity), los soportes fijos
(Fixed Support) y la presión ejercida en la parábola del colector
(Pressure).
El cálculo de la presión ejercida en la parábola se basó en el
concepto de fuerza de arrastre mediante la aplicación de un
Cd = 2.3 para un cascarón semiesférico [1], y una velocidad de viento
40 km/h, la máxima registrada en la ciudad de Arequipa.
Con el cálculo de la presión se completó la definición de todas las
variables de contorno.
tipo de conexiones entre el dibujo primario y el modelo final.
Cabe resaltar que utilizamos solo el colector parabólico sin sus
bases, puesto que el número de nodos y elementos generados
eran demasiados. Ello disminuyó la calidad de malla autogenera-
da por el programa con esta limitación.
Figura 7: Lista desplegable de variables de contorno
RESULTADOS
Calculamos la presión ejercida en la parábola debido a la fuerza
de arrastre entre el área de la misma, obtuvimos un valor de 166.7
Pa. Para efectos de cálculo eliminamos la presión atmosférica,
puesto que se anula al estar a ambos lados de la superficie, luego
se procedió a ingresar la constante de presión.
Figura 8: Colocación de la presión por carga de viento en arco parabólico.
32
Para calcular el esfuerzo utilizamos la tensión equivalente de
Von Mises.
Figura 12: Vista superior del esfuerzo de Von-Mises.
Constatamos que el máximo esfuerzo equivalente se encuentra
en la zona de acople del parante central con la base de pará-
bola.
Figura 13: Unión donde se encuentra el mayor esfuerzo.
El máximo esfuerzo es de 21.5 x106N/m2 que es menor que
el módulo de Young del aluminio (6.8x1010 N/m2) y del hierro
(7.8x1010 N/m2). Los demás valores se muestran en la leyenda,
según los colores (figura 13).
CONCLUSIONES
Demostramos que en la parte lateral del colector se produce la
mayor deformación por carga de viento, lo que se debe tomar
en cuenta en la construcción del modelo.
El mayor esfuerzo equivalente (Von Mises) se genera en la parte
inferior central de la parábola, no es mayor a la del esfuerzo del
límite plástico tanto del aluminio como del acero, y no existe
riesgo de deformación plástica.
Una vez colocadas las variables de presión, observamos la ca-
lidad de malla en toda la estructura, para examinar la coheren-
cia entre los puntos, donde podrían encontrarse los mayores
esfuerzos y deformaciones.
Ejecutamos el programa con la calidad de malla en 100%, con
las variables de contorno necesarias, procedimos a localizar la
deformación y estimar su límite máximo y mínimo.
Figura 10: Vista superior de la deformación.
El límite máximo de deformación se ubicó en los laterales del
ensamblado de la parábola, con un valor de 0.0012839 m o
1.2839 mm en las zonas de color rojo; mientras que el mínimo
alcanzó el valor de 0 m en las de color azul, según la leyenda
(figura 10).
Figura 9: Calidad de malla de la es-tructura
Figura 11: Vista del colector donde presenta mayor deformación.
33
Los presentes resultados confirman que se puede construir un
colector parabólico con los perfiles y materiales utilizados en la
simulación, con un factor de seguridad igual a 3, sin riesgo de
rupturas ni deformaciones plásticas de la estructura.
REFERENCIAS
[1] Cengel, Yunus & Cimbala, Jhon. (2003). Mecánica de Flui-
D.F.
[2] Zienkiewctz.O & Morgan.K (1982). Finite Elements and Ap-
proximation, New Cork, Wiley.
[3] -
neer, Cambridge University Press, Cambridge. Great Britain.
[4] ANSYS Structural Mechanics (2013), Training Manual; USA;
ANSYS, Inc.
ACERCA DEL AUTOR
César Vera Vasquez
MSc. en Termociencias por la Pontífice Universidade Católica de
Rio de Janeiro (Brasil). Actualmente se desempeña como docen-
te en el área de Mecánica en Tecsup-Sur, donde dirige el progra-
ma de Desarrollo y Promoción de Tecnología Basada en Fuentes
de Energía Renovable.
34
El establecimiento de
metas sobre desempeño de los programadores de producción en lo refernte a los costos relacionados con el tamaño de lote para disminuir la dispersión en costos.
Palabras ClavesPlanificación jerárquica de la
producción, HPP, tamaño de lote,
toma de decisiones, racionali-
dad limitada, metas, heurísticas,
sesgos, aversión a la pérdida,
miopía.
Key wordsHierarchical production planning,
HPP, lot sizing, decision ma-
king, bounded rationality, goals,
heuristics, biases, loss aversion,
myopia.
ABSTRACT
The present research applies an experiment to simulate a hie-
rarchical production planning environment to determinate the
effect of goal setting on the production scheduler’s performan-
ce, related to lot sizing costs. The same instrument is also useful
to detect some heuristics and biases influencing on production
scheduler’s decision making.
The observation of reiterative behavioral patterns and the use of
statistical parametric methods show that: (a) goal setting reduces
production scheduler’s cost dispersion, making the results more
predictable, but it doesn’t have influence on performance; (b) re-
presentativeness and availability heuristics are the most applied
by production schedulers; and (c) the more frequent biases affec-
ting production scheduler’s decision making are related to sub-
jective probability setting, loss aversion, and myopia.
The methodology is adaptable to other production environments
and organizational functional areas.
RESUMEN
La presente investigación tuvo como objetivo determinar el efecto
del establecimiento de metas sobre el desempeño de los progra-
madores de producción en lo referente a los costos relacionados
con la elección del tamaño de lote. Para ello, se llevó a cabo un
experimento que simula el entorno de planificación jerárquica de
la producción. Este mismo instrumento se utilizó también para
detectar algunas de las heurísticas y sesgos que influyen en la
toma de decisiones de los programadores de producción.
La observación de comportamientos reiterativos durante el ex-
perimento y la aplicación de métodos estadísticos paramétricos
para el análisis han permitido inferir que: (a) las metas impuestas
a los programadores de producción logran aminorar la dispersión
de los costos obtenidos y hacen más predecibles los resultados,
pero no influyen en el desempeño; (b) las heurísticas más utili-
zadas por dichos programadores son de representatividad y de
disponibilidad; y (c) los sesgos que con mayor frecuencia afec-
tan las decisiones de los programadores de producción están
asociados al establecimiento subjetivo de probabilidades, a la
aversión a la pérdida, y a la miopía.
La metodología empleada es adaptable a otros campos del ám-
bito de producción e incluso a otras áreas funcionales de las
organizaciones.
William Agurto, Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. / Ángela Chávez, Yura S.A. / Ricardo Pantoja, Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. / Antonio Pinto,
Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A.
Decisiones en la planificación jerárquica de la producción: metas, heurísti-
cas y sesgos
Decision Making in Hierarchical Production Planning: Goals, Heuristics and
Biases
Por ello, el objetivo de la presente investigación se centra en el
estudio del comportamiento del programador de producción en
el contexto HPP. Mediante el desarrollo y la aplicación de un ins-
trumento programado para simular el entorno HPP (basado en el
código inicial de Martínez, 2012) se pretende: (a) determinar el
efecto del establecimiento de metas sobre el desempeño de los
programadores de producción en lo referente a los costos relacio-
nados con la elección del tamaño de lote, y (b) detectar algunas
de las heurísticas y sesgos que influyen en la toma de decisiones
de los programadores de producción.
FUNDAMENTOS
Existe abundante literatura sobre la teoría de decisiones (Arrow,
2004; Dane & Pratt, 2007; Goodwin & Wrigth, 2004; Hansson,
1994; Kahneman, 2003; Kahneman & Tversky, 1977; Kramer
& Block, 2008; Nickerson, 1998; Robbins & Judge, 2009; Sta-
novich, 2010; Staw, 1981; Tversky & Kahneman, 1974, 1981,
1991; Werth, Strack, & Förster, 2002) que brinda detalles sobre
cómo las heurísticas2 pueden generar sesgos3. No obstante,
son escasas las investigaciones relacionadas a las operaciones
desde una perspectiva comportamental (Bendoly, Donohue &
Schultz, 2006; Gino & Pisano, 2008; Loch & Wu, 2005), y es
más reducido aún el número de las que han abarcado el entorno
de la planificación de la producción con un enfoque descriptivo
(Davis & Kottemann, 1994; Gasser, Fischer & Wäfler, 2011). En
general, los estudios no toman en cuenta que se requiere que los
planificadores y programadores interactúen de manera continua.
Así, la efectividad de sus decisiones está supeditada a cómo se
lleve a cabo esa relación, ya que el trabajo en equipo usualmente
involucra interdependencia (y, por lo tanto, confianza) y, por ende,
los individuos dependen de otros de varias maneras para alcan-
zar sus propias metas y las metas organizacionales (Mayer et al.,
1995; Zand, 1972).
Por otro lado, hay evidencia de que las metas motivan a la gente a usar sus habilidades y/o a buscar nuevo conocimiento (Locke & Latham, 2006), y que la factibilidad y deseabilidad son los fac-tores clave por los cuales un individuo determina qué deseo se convierte en meta, el grado de compromiso con la meta, las ac-ciones a seguir, y la comparación final entre el esfuerzo empleado y la retribución obtenida (Gollwitzer, 1990).
Pese a todo lo mencionado, las metas, las heurísticas y los ses-
gos no han sido estudiados de manera exhaustiva en el contexto
de la planificación jerárquica de la producción, menos aún en el
Perú. El presente trabajo, además de ser pionero en el tema, tiene
una fortaleza poco frecuente en otras investigaciones del rubro:
las personas cuyo comportamiento se va a estudiar laboran di-
rectamente en el ambiente productivo (o tienen relación directa
con él), y la mayoría de ellas desempeña el rol de planificador o
programador en sus respectivos centros de trabajo, hecho que
resalta la validez ecológica de la investigación, y la importancia
que pueden tener las conclusiones a las que se arriben.
Las premisas (asunciones) utilizadas para el diseño y la progra-
mación del instrumento (con los programas informáticos: Ztree,
Gusek y Matlab) fueron:
2 Las heurísticas son estrategias que simplifican un problema complejo para facilitar su entendimiento, con el fin de obtener soluciones satisfactorias y suficientes, pero no necesaria-mente óptimas (Robbins & Judge, 2009).
3 Los sesgos son errores sistemáticos, es decir, no aleatorios, que alejan una solu-ción de la racionalidad (Tversky & Kahneman, 1974).
INTRODUCCIÓN
La planificación es una función administrativa que implica definir
los objetivos de la organización, establecer estrategias para lograr
dichos objetivos, y desarrollar planes para integrar y coordinar ac-
tividades de trabajo (Robbins & Coulter, 2010). Para cumplir dicha
función es necesario que el diseño organizacional contemple (a)
una ruta y un lugar para la toma de decisiones y la coordinación, y
(b) un sistema de reporte y comunicación (Czinkota & Ronkainen,
2008). En general, se adoptan estructuras organizacionales jerár-
quicas porque la toma de decisiones se descompone en marcos
temporales, y cuentan con una armonía lógica que se refleja en
los organigramas. En el ámbito productivo el modelo prevalente
es el de la planificación jerárquica de la producción, del inglés
hierarchical production plannnig (HPP), (Bitran & Tirupati, 1993;
Hax & Candea, 1984; Hax & Meal, 1975), el que comprende tres
niveles de decisión: (a) estratégico, liderado por el gerente; (b)
táctico, del cual el planificador de producción es responsable; y
(c) operacional, a cargo del programador de producción.
De numerosos estudios previos en el entorno HPP (Bitran & Ti-
rupati, 1993; Englberger, Herrmann, & Claus, 2013; Hax & Can-
dea, 1984; Hax & Meal, 1975; Maravelias & Sung, 2009; Pochet
& Wolsey, 2006; Schneewei , 2004; Söhner & Schneeweiss,
1995; Thomas & McClain, 1993; Vicens, Alemany, Andrés, &
Guarch, 2001; Wang & Yeh, 2014; White, 2012) se concluye que
la interacción entre el planificador de producción y el programador
de producción ha sido analizada sobre todo desde una perspecti-
va eminentemente racional1, sin considerar el problema que abor-
da la presente investigación: (a) que las personas, al momento
de tomar decisiones, utilizan heurísticas (concepto que será ex-
plicado más adelante), lo que podría llevarlos a introducir sesgos
en sus juicios (Goodwin & Wrigth, 2004; Robbins & Judge, 2009;
Tversky & Kahneman, 1974); y (b) que factores tales como la
confianza (Mayer, Davis, & Schoorman, 1995; Schoorman, Mayer,
& Davis, 2007; Zand, 1972) y el establecimiento de metas (Go-
llwitzer, 1990; Locke & Latham, 2006) influyen en el desempeño.
Todo ello tiene el potencial de originar desviaciones económicas
cuya magnitud podría tener serias implicancias en los resultados
financieros de las organizaciones, dado que por lo menos el 75%
de los activos, el 80% del personal, y el 85% de los costos son
empleados por el área de producción de una empresa, de acuer-
do a Skinner (citado en D’Alessio, 2012). Esto concuerda en gran
medida con las cifras de los estados financieros de las empresas
del sector productivo y extractivo que se encuentran en la base
de datos de la Superintendencia de Mercados y Valores (2013).
1 En este contexto, lo racional se refiere a la toma de decisiones que maximizan la uti-lidad (beneficio) dentro de ciertas restricciones específicas (Simon, 1955, 1986; Stanovich, 2010).
38
dificultades para seguir las instrucciones y entender la termi-
nología propia de la planificación jerárquica de la producción
durante la ejecución de dicho experimento (probabilidades,
demanda, costos, capacidades).
categorías: alta demanda, media demanda y baja demanda,
seleccionadas aleatoriamente al inicio de cada trimestre, y
cuya realización se da periodo a periodo4.
4 El instrumento permite registrar variaciones en el comportamiento del programador de producción a través del tiempo de duración del experimento: (a) el horizonte de planificación (sesión) es de un año, el cual consta de cuatro trimestres, y cada trimestre de cinco periodos, es decir, en un año se toman 20 decisiones respecto al tamaño de lote a producir; (b) el participante toma decisiones a lo largo de tres horizontes de planificación independientes entre sí (tres sesio-nes), que miden el desempeño en costos; el primero se utiliza, además, para entrenamiento y familiarización con la interfaz.
realidad se produce en la planta, sin tomar en cuenta todos
aquellos problemas reales que originan desviaciones respecto
al programa de producción (ausencia de personal, falla impre-
vista de maquinaria, entre otros factores).
-
riores.
-
tenimiento de inventario, y costos unitarios de ventas perdidas
se mantienen constantes durante todo el experimento.
En la Figura 1 se muestra una de las pantallas de la interfaz del
instrumento diseñado.
Las limitaciones de la presente investigación son:
de fabricación de un solo producto, por lo que los resultados obtenidos no podrán generalizarse a situaciones de familias de productos o a productos cuya manufactura requiere más de un ítem.
-que no está restringido, es relativamente breve por la natura-leza misma del experimento (se simula lo que sucede en tres
años en aproximadamente 90 minutos).
-
ducción (aunque es interesante y adaptable a otros ámbitos).
4 El instrumento permite registrar variaciones en el comportamiento del programador de producción a través del tiempo de duración del experimento: (a) el horizonte de planificación (sesión) es de un año, el cual consta de cuatro trimestres, y cada trimestre de cinco periodos, es decir, en un año se toman 20 decisiones respecto al tamaño de lote a producir; (b) el participante toma decisiones a lo largo de tres horizontes de planificación independientes entre sí (tres sesio-nes), que miden el desempeño en costos; el primero se utiliza, además, para entrenamiento y familiarización con la interfaz.
-
cación y programación, pero en un contexto distinto (manteni-
miento, no producción).
METODOLOGÍA
La presente investigación tiene carácter descriptivo, y ha sido de-
sarrollada con un enfoque cuantitativo, de diseño experimental.
La aplicación de un instrumento elaborado para simular el entorno
HPP ha permitido analizar el comportamiento del programador de
producción desde dos perspectivas:
control para determinar la influencia del establecimiento de una
meta de inventario, por parte del planificador (variable inde-
pendiente), sobre los costos de producción obtenidos por el
programador de producción (variable dependiente), dentro de
un ambiente de alta confianza entre ambos agentes (variable
Figura 1. Pantalla de interfaz para la toma de decisiones.
39
moderadora). Dicha influencia ha sido medida mediante dos
pruebas paramétricas: (a) una prueba F para la diferencia de
varianzas de costos, y (b) una prueba t para la diferencia de
medias de los costos, con la estimación respectiva del tamaño
del efecto.
y de control como un solo conjunto) para definir la influencia de
los siguientes cinco factores sobre la decisión del programa-
dor de producción de elegir un tamaño de lote mayor a la de-
manda: (a) relación entre la capacidad y demanda, (b) relación
inventario y demanda, (c) experiencia de rotura de stock, (d) el
periodo de decisión, y (e) la distribución de probabilidades de
demanda del trimestre. La estimación de la influencia se realizó
a través de una regresión logística binaria.
La asociación entre las preguntas, hipótesis y variables de inves-
tigación, así como el análisis estadístico empleado, se muestran
en la Figura 2.
Preguntas de investigación Hipótesis de investigación
P1. Influyen las metas de pro-
ducción de un planificador en el
comportamiento del programador
en el contexto HPP?
H 1.1. Diferencia de costos
debido a meta.
P2. ¿Qué factores y heurísticas
(o reglas de juego) influyen en
el programador de producción
al tomar las decisiones en un
ambeinte HPP?
H 2.1. Influencia de relación
C/D(t).
H 2.2. Influencia de relación I/D(t)
H 2.3. Influencia de SR.
H 2.4. Influencia de t.
H 2.5. Influencia de P (D(t)).
Variables de investigación Análisis requerido
Independientes:
VI 1.1. Meta de inventario al finalizar el trimestre
Dependientes:
VD 1.1. Costos obtenidos por el programador de producción.
Comparación
entre grupos
(experimental y
control):
Diferencia de medias.
Moderadoras:
VM 1.1. Alta confianza entre el planificador y el programador.
Independientes:
VI 2.1. Cociente C/D(t)VI 2.2. Cociente I/D (t)VI 2.3. Variable dico-tómica SR.VI 2.4. Variable ordinal t.VI 2.5. variable nomi-nal P(D(t)).
Dependientes:
VD 1.1. Decisión del programador de pro-ducir un lote mayor o igual al 120% de D(t).
Comparación
dentro del grupo
completo:
Regresión logística.
Figura 2. Esquema de asociación entre preguntas, hipótesis y variables de investi-gación. C: restricción de capacidad impuesta por el planificador en el periodo t; D(t): demanda en el periodo t; I: inventario inicial en el periodo t; SR: experiencia de rotura de stock; t: periodo de decisión t; P(D(t)): distribución de probabilidad de demanda del trimestre, válida para el periodo t.
La población de estudio es el conjunto de personas que trabaja
directa o indirectamente (como soporte) en el ambiente de plani-
ficación de producción de una de las empresas pertenecientes al
sector de la gran minería de la región Arequipa, cuyo nombre se
mantendrá en reserva (aproximadamente 450 individuos al 30 de
setiembre del 2013).
La muestra fue seleccionada de dicha población mediante un
muestreo estratificado proporcional por segmento ocupacional
(cuatro estratos: producción, administración, logística, marketing).
El tamaño de muestra mínimo se fijó considerando: (a) tamaños
de efecto de nivel medio para la comparación entre el grupo ex-
perimental y grupo de control (d>0.6), (b) una potencia de prueba
de por lo menos 80%, y (c) un nivel de confianza del 95%. El
tamaño mínimo calculado fue de 45 individuos para el grupo de
control y 45 individuos para el grupo experimental. Finalmente, se
recabaron 45 para el grupo de control y 46 para el grupo experi-
mental, tal como se ve en la Tabla 1.
Segmento
Grupo
Pro
du
cc
ión
Ad
min
istr
ac
ión
Lo
gís
tic
a
Ma
rke
tin
g
To
tal
Experimental 31 11 2 2 46
Control 31 11 1 2 45
Total 62 22 3 4 91
Tabla 1. Número de Personas en los Grupos de acuerdo al Segmento Ocupacional
La validez y la confiabilidad internas del instrumento diseñado se
garantizaron por la equivalencia de los grupos, tanto inicialmente
como durante el experimento.
Todos los participantes fueron informados del propósito de la in-
vestigación: evaluar el comportamiento de un programador de
producción en su ambiente real de trabajo, al tomar decisiones
en un entorno desarrollado para brindar instrucciones y restric-
ciones sobre capacidades, distribuciones de demanda, costos,
confianza y metas. Además, se les indicó que la información re-
colectada será utilizada exclusivamente para el análisis requerido
para el presente estudio. Cada uno de los participantes colaboró
voluntariamente en el experimento, y recibió un incentivo extrínse-
co (la posibilidad de ganar una tablet si lograba obtener el mínimo
costo).
RESULTADOS
Contraste de hipótesis H 1.1: diferencia de costos
Mediante la prueba F de una cola se determinó que la varianza de
los costos obtenidos por el grupo experimental fue menor que la
varianza de costos alcanzados por el grupo de control (Tabla 2).
De este resultado se puede inferir que la inclusión de una meta
de inventario final originó una menor dispersión en los costos de
producción obtenidos por parte del grupo de participantes que
recibió dicha instrucción o, en otras palabras, la inclusión de una
meta hace que los resultados logrados sean más predecibles.
40
Grupo
Control
(n =45, df =44)
Experimental
(n =46, df =45)
Variable M s2 M s2 F p
Costos
Escenario 1 7.45 13.13 6.84 6.84 1.92 .016
Escenario 2 5.54 10.08 4.53 3.19 3.16 .000*
Escenario 3 2.91 9.77 2.65 2.39 4.08 .000*
Tabla 2.
Nota. Las medias están en miles, y las varianzas en millones. *p<.001.
La prueba t de dos colas para dos muestras de varianzas des-
iguales (Tabla 3) no permitió afirmar que existía desigualdad entre
las medias de los costos obtenidos por los grupos (es decir, no
hay diferencia significativa entre la media de costos del grupo ex-
perimental y la media de costos obtenida del grupo de control).
Tampoco se encontraron tamaños de efectos moderados o gran-
des (todos fueron pequeños). Los resultados indican, por lo tanto,
que no hay argumentos suficientes para confirmar la veracidad
de la hipótesis H 1.1 (que afirmaba que existe diferencia entre los
costos obtenidos por los programadores de producción que reci-
ben la instrucción de meta de inventario a alcanzar al final de cada
trimestre de parte del planificador, y aquellos que no la reciben).
Grupo
Control
(n =45, df
=44)
Experi-
mental
(n =46, df
=45)
Va
ria
ble
M s2 M s2 sp
2 df t p d
Costos
Esc
en
ari
o 1
7.45 13.13 6.84 6.84 9.95 89 0.93 .358 0.19
Esc
en
ari
o 2
5.54 10.08 4.53 3.19 6.59 89 1.86 .068 0.39
Esc
en
ari
o 3
2.91 9.77 2.65 2.39 6.04 89 0.49 .625 0.10
Tabla 3. Prueba t de Dos Colas para la Diferencia de Medias de los CostosNota. Las medias están en miles, y las varianzas en millones.
Contraste de hipótesis H 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 y 2.5: sobre el comportamiento del programador
Del análisis dentro del grupo (regresión logística binaria, ver Tabla
4), los OR obtenidos (ningún intervalo de confianza encierra a OR
= 1.00) indican que hay argumentos suficientes para inferir que (a)
la relación entre la capacidad y la demanda, (b) la relación entre
el inventario inicial y la demanda, (c) el quiebre de stock en los
tres periodos anteriores, (d) el periodo de decisión actual, y (e)
la distribución de probabilidad de la demanda del trimestre, son
factores que ejercen una influencia significativa en las decisiones
del programador. Por lo tanto, puede afirmarse que las hipótesis
2.1, 2.2, 2.3, 2.4 y 2.5 tienen sustento.
OR 95% CI
Variable b SE Wald p OR LL UL
Relación entre
la capacidad y
la demanda
1.66 0.09 340.49 .000* 5.26 4.41 6.27
Relación entre
el inventario
inicial del
periodo y la
demanda
-0.56 0.05 106.64 .000* 0.57 0.51 0.63
Experiencia
previa de quie-
bre de stock
0.67 0.11 36.30 .000* 1.95 1.57 2.42
Periodo actual
de decisión
-0.06 0.01 37.31 .000* 0.94 0.92 0.96
Distribución
de la demanda
del trimestre
0.47 0.09 26.29 .000* 1.60 1.34 1.91
Constante -3.86 0.18 469.02 .000* 0.02
Tabla 4. Regresión Logística Binaria: Producir un Lote Mayor o Igual al 120% de la Demanda. Nota. *p<.001.
CONCLUSIONES
La Tabla 5 muestra un resumen de los resultados del contraste de
hipótesis de esta investigación.
Se determinó que la asignación de una meta de inventario a al-
canzar al final de cada trimestre por parte del planificador conlle-
va que los programadores de producción obtengan una menor
dispersión en los costos (si se les compara con aquellos que no
reciben dicha instrucción).
Ello implica que el establecimiento de una meta conduce a que
las decisiones tomadas sean más predecibles y, por lo tanto, me-
nos sujetas a desviaciones que pudieran impactar en los resulta-
dos financieros de las organizaciones.
Hipótesis Hallazgos
Hipótesis 1.1: Existe diferencia entre
los costos obtenidos por los progra-
madores de producción que reciben
la instrucción de meta de inventario a
alcanzar al final de cada trimestre de
parte del planificador y aquellos que
no la reciben.
“Hipótesis no compro-
bada estadísticamente:
La dispersión de cos-
tos decrece, pero no
hay evidencia de que la
meta mejore desempe-
ño en costos”
Hipótesis 2.1: Si la relación entre la
capacidad y la demanda aumenta, el
programador de producción tenderá
a elegir un tamaño de lote de pro-
ducción mayor que la demanda del
periodo.
“Hipótesis correlacio-
nada estadísticamente:
(OR = 5.26, p < .001)
Sí hay influencia direc-
ta.”
41
Hipótesis 2.2: Si la relación entre el
inventario y la demanda disminuye, el
programador de producción tenderá
a elegir un tamaño de lote de pro-
ducción mayor que la demanda del
periodo.
“Hipótesis correlacionada
estadísticamente: (OR =
0.57, p < .001)
Sí hay influencia inversa.”
Hipótesis 2.3: Si el programador de
producción sufre una experiencia
previa de quiebre de stock, tenderá
a elegir un tamaño de lote de pro-
ducción mayor que la de la demanda
del periodo.
“Hipótesis correlacionada
estadísticamente: (OR =
1.95, p < .001)
Sí hay influencia directa. “
Hipótesis 2.4: La tendencia del pro-
gramador de producción a elegir un
tamaño de lote de producción mayor
que la demanda del periodo decre-
cerá a medida que pase el tiempo en
el escenario (sesión), es decir, con-
forme pasen los periodos en dicho
escenario.
“Hipótesis correlacionada
estadísticamente: (OR =
0.94, p < .001)
Sí hay influencia inversa. “
Hipótesis 2.5: La distribución de pro-
babilidades de la demanda del trimes-
tre (alta, media o baja) que el progra-
mador de producción recibe como
información influye sobre su elección
de producir un tamaño de lote mayor
que la demanda del periodo.
“Hipótesis correlacio-
nada estadísticamente:
(OR = 1.60, p < .001)
Sí hay influencia direc-
ta. “
Tabla 5. Resumen de Resultados del Contraste de Hipótesis
Asimismo, a lo largo del experimento se pudo detectar algunos
sesgos que afectan las decisiones de los programadores de pro-
ducción al definir el tamaño de lote de producción:
para predecir un resultado, asociado a la heurística de repre-
sentatividad5. Este sesgo fue observado en la primera de las
tres sesiones (de entrenamiento), en la que, al principio, la ma-
yoría de participantes ignoró la información de distribución de
probabilidades de la demanda del trimestre (a pesar de contar
en todo momento con ese dato en la pantalla de la interfaz),
basando sus decisiones únicamente en la demanda de cada
uno de los periodos. Al experimentar los primeros quiebres de
stock, la miopía inicial se atenuó, lo que hizo que en lugar de
tomar decisiones periodo a periodo, los participantes utilizaran
las probabilidades otorgadas para guardar inventario para futu-
ros trimestres de alta demanda.
-
cia del jugador6), que también se relaciona con la heurística
de representatividad (Tversky & Kahneman, 1974). Aunque es
racional que el programador tome sus decisiones asumiendo
que las demandas con probabilidades más altas (de acuerdo
al árbol de distribución de probabilidades de demanda del tri-
mestre) son las que van a aparecer con mayor frecuencia, es
5 La heurística de representatividad consiste en la evaluación subjetiva de cuán repre-sentativos son las personas, objetos o eventos dentro de una categoría en particular, asignándose una probabilidad de pertenencia a dicha categoría en base a ese análisis (Tversky & Kahneman, 1974).
6 La falacia del jugador (en inglés, gambler’s fallacy) es un sesgo que se refleja en (a) la expectativa de encontrar ciertos patrones representativos en secuencias de eventos cortas, y (b) la expectativa de que secuencias de eventos cortas con patrones no usuales se corrijan prontamente (Tversky & Kahneman, 1974).
incorrecto pensar que cuando eso no sucede hay algo que
está mal (o que no es lógico). La suposición ignora que ello es
posible para secuencias de eventos cortas (como en el experi-
mento, en el que el árbol de probabilidades era válido solo para
los cinco periodos del trimestre). Al respecto, se constató que
cuando los valores reales de demanda del periodo no coinci-
dían con los valores esperados, los participantes manifesta-
ban su disconformidad al alegar que el dato de distribución de
la demanda estaba errado, cuando en realidad era aleatorio.
Esto generó un deterioro en la confianza en las instrucciones
dadas por el planificador (la medición de la magnitud de este
decremento no fue un objetivo de la presente investigación),
hecho que, en situaciones reales, podría perjudicar enorme-
mente la relación de interacción constructiva y colaborativa
entre los individuos y, por ende, su desempeño (Mayer et al.,
1995; Schoorman et al., 2007; Zand, 1972).
recientes, que guarda relación con la heurística de disponibili-
dad7. Este sesgo se evidenció sobre todo en la primera de las
tres sesiones (de entrenamiento), cuando los participantes, al
haber tomado decisiones en un trimestre de alta demanda (el
primero), tenían la expectativa de que esa situación volviera a
suceder en los trimestres siguientes. En consecuencia, bus-
caron protegerse de una rotura de stock mediante la produc-
ción de un tamaño de lote grande, cercano al permitido por
la capacidad máxima, sin tener en cuenta que la aparición de
trimestres con demandas altas, medias o bajas se daba de
manera aleatoria.
8, explicada por la teoría de las pers-
pectivas9. Este sesgo se manifestó cuando los participantes
obtuvieron los primeros costos elevados por ventas perdidas,
producto de los quiebres de stock. Ello los impulsó a produ-
cir lotes de mayor tamaño para cubrir el futuro inmediato, de
manera intuitiva, sin hacer ningún análisis de costo-beneficio
(aunque, varios periodos después, se percataron de que en
realidad el mayor impacto en los costos era originado por las
ventas perdidas, pues su magnitud era superior a la de los otros
dos costos: el de preparación de línea y el de mantenimiento
de inventario). Esta observación tiene soporte cuantitativo, al
haberse encontrado influencia estadísticamente significativa (a
través de la regresión logística binaria) de la experiencia previa
al quiebre de stock sobre la tendencia del programador a elegir
un tamaño de lote de producción mayor que la demanda del
periodo (que valida la hipótesis H 2.3).
7 La heurística de disponibilidad consiste en la estimación de probabilidad de ocu-rrencia de un evento en base a la facilidad con la que la mente evoca dicho evento (Tversky & Kahneman, 1974).
8 La aversión a la pérdida (en inglés, loss aversion) es la característica por la cual las personas, al comparar ganancias y pérdidas que tienen la misma magnitud, perciben que el impacto de las pérdidas es mayor al de las ganancias (Tversky & Kahneman, 1991).
9 La teoría de las perspectivas (en inglés, prospect theory) es una alternativa a la teoría clásica de utilidad esperada (Simon, 1955), que no se basa en la asignación de probabilidades ni en la optimización de la utilidad. En contraste, calcula un valor subjetivo que se ve influenciado por dos efectos: (a) el efecto de certidumbre (en inglés, certainty effect), que contribuye a la aversión al riesgo (en inglés, risk aversion) en elecciones que incluyen ganancias seguras y a la búsqueda del riesgo en elecciones que involucran pérdidas seguras; y (b) el efecto de aislamiento (en inglés, isolation effect), que se materializa en la inconsistencia en las preferencias cuando las alternativas de decisión, siendo las mismas, se presentan de forma distinta (Kahneman & Tversky, 1979).
42
10, que fue puesta en evidencia
al constatar que los participantes eran más sensibles a la pér-
dida al principio del experimento, ya que producían lotes de ta-
maño más grande. Luego, mientras transcurrían los periodos,
ganaban confianza, y reducían dichos tamaños. Hay sustento
estadísticamente significativo para esta observación (regresión
logística binaria), pues se determinó que la tendencia del pro-
gramador a elegir un lote de producción mayor que la deman-
da del periodo decrece a medida que pasan los periodos (lo
que valida la hipótesis H 2.4).
Dada la gran influencia de las heurísticas y los sesgos en los jui-
cios emitidos por los programadores de producción, así como
el gran impacto que tienen sus decisiones en los costos de las
organizaciones, los gerentes deben analizar más profundamen-
te las heurísticas y sesgos hallados en este estudio, ya que un
mejor entendimiento de los mismos podrá conllevar importantes
ahorros en sus empresas.
Contribuciones teóricas
La presente investigación ha realizado un aporte significativo al
desarrollo del campo de la administración de las operaciones bajo
un enfoque comportamental: el análisis confirmó que las metas,
las heurísticas y los sesgos tienen importantes implicancias en la
toma de decisiones en el contexto de planificación jerárquica de
la producción:
-
ducción (lo que los hace más predecibles) y, por lo tanto, son
de gran ayuda para la elaboración y control de los presupues-
tos de producción. Sin embargo, no hay evidencia que las
metas mejoren el desempeño de los programadores de pro-
ducción, no porque no sean deseables o factibles (Gollwitzer,
1990), o lo suficientemente motivadoras para que se apliquen
los conocimientos y habilidades necesarios (Locke & Latham,
2006), sino porque, al parecer, el efecto de las heurísticas y los
sesgos es más fuerte al momento de tomar decisiones.
-
ducción, de acuerdo a la evidencia encontrada, son las de re-
presentatividad y disponibilidad (Tversky & Kahneman, 1974).
-
gramadores de producción (según los hallazgos del presente
estudio) pueden clasificarse en dos tipos: (a) los relacionados
con el establecimiento subjetivo (y generalmente poco racio-
nal) de probabilidades (no considerar la información de proba-
bilidades, mala interpretación de la aleatoriedad, y asignación
de altas probabilidades a situaciones recientes), descritos por
10 La aversión a la pérdida miope (en inglés, myopic loss aversion) es la sensibilidad a la pérdida en el primer intento de una toma de decisión bajo riesgo, que se atenúa en los siguientes intentos (Benartzi & Thales, 1999).
Tversky y Kahneman (1974); y (b) aquellos asociados con la
aversión a la pérdida (aversión a la pérdida propiamente dicha,
Kahneman & Tversky, 1979; y aversión a la pérdida miope,
Benartzi & Thales, 1999).
-
rectamente con la aversión a la pérdida (Kahneman & Tversky,
1979) es el quiebre de stock. Este provoca una sobrerreac-
ción en el programador de producción que lo lleva a producir
lotes de mayor tamaño, con el fin protegerse y no volver a ex-
perimentar una situación similar de gran incremento de costos,
sin considerar que el exceso de inventario también puede ser
perjudicial. Por ello, el registro y seguimiento de quiebres de
stock en el tiempo debe ser analizado siempre.
tiempo desempeñando la misma actividad) juega un rol impor-
tante en la toma de decisiones del programador: la aversión
a la pérdida miope (Benartzi & Thales, 1999) detectada en el
experimento del presente estudio permite soportar dicha afir-
mación. Este argumento concuerda con la definición de toma
de decisiones naturalística de Gasser et al. (2011).
obtenidos en una población de características definidas (pla-
nificadores del sector de la gran minería de Arequipa, Perú),
por lo que si se considera lo indicado por Loch y Wu (2005)
respecto a la dinámica de grupos, las emociones y la cultura,
hay que ser cauteloso en generalizar estos hallazgos a otros
contextos.
Asimismo, la metodología utilizada en la investigación es una gran
contribución, puesto que no solamente implicó el diseño de un
instrumento desarrollado a partir de un modelo teórico de plani-
ficación jerárquica de producción (que involucró la programación
de códigos en Gusek, Matlab y Ztree), sino que además se realizó
un arduo trabajo de campo para la recolección de muestras re-
presentativas de la población de interés. Como se mencionó en el
acápite correspondiente a los fundamentos del estudio, no se ha
hallado evidencia de investigaciones anteriores similares.
Contribuciones prácticas
En la realidad, las metas, las heurísticas y los sesgos no solamen-
te afectan las decisiones en el contexto de planificación jerárquica
de la producción sino que, en general, tienen el potencial de influir
en cualquier área funcional de las organizaciones. Los gerentes
deben considerar estos tres parámetros para conseguir mejores
rendimientos financieros en sus empresas:
las desviaciones en los presupuestos sean menores y, por lo
tanto, más predecibles. Con ello se logra que el proceso de
generación de valor sea más efectivo.
-
gún incentivo (no necesariamente económico) para favorecer
el ambiente de competencia, ya que en esta investigación se
ha hallado evidencia de que la meta y el incentivo propuestos
(una tablet) contribuyeron a que los participantes se interesen
y se comprometan en alcanzar el mejor resultado posible (el
mínimo costo).
43
-
dores con el fin de reconocer los sesgos a los cuales pueden
estar sometidos (y para ello pueden utilizar una metodología
similar a la empleada en este estudio, pero adecuada a su
contexto).
sesgos a través de programas de entrenamiento diseñados de
tal forma que simulen lo más cercanamente posible las situa-
ciones y entornos reales de toma de decisiones de los colabo-
radores.
-
logías de la información que, además de integrar en su diseño
los clásicos modelos racionales de minimización de costos (o
sus equivalentes de maximización de beneficios), incorporen
los datos de las heurísticas y sesgos, de manera que, conjun-
tamente con el entrenamiento, ayuden a los colaboradores a
evitar los sesgos de mayor impacto financiero.
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ACERCA DE LOS AUTORES
William Fernando Agurto Antón
la Sociedad Internacional de Honor Beta Gamma Sigma. Egre-
sado de la Maestría en Ingeniería de Control y Automatización,
CONCYTEC. Miembro del Directorio Nacional de Investigado-
res del CTel. Más de 13 años de experiencia en mantenimiento.
Consultor y docente en mantenimiento, confiabilidad, estadística
e ingeniería mecánica. Actualmente se desempeña como Planifi-
cador de Mantenimiento en Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A y
Ángela María Chávez Coronel
Graduate Business School. Estudios de Diseño de Proyectos,
-
asesoría técnica y de proyectos de arquitectura y marketing. Ac-
tualmente se desempeña como Coordinadora Zonal en Yura S.A.
Ricardo Pantoja Retamozo
Graduate Business School. Más de 12 años de experiencia en
mantenimiento. Actualmente se desempeña como Planificador de
Mantenimiento en Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A.
Antonio Pinto Ticona
Graduate Business School. Más de 13 años de experiencia en
mantenimiento. Actualmente se desempeña como Supervisor de
Mantenimiento en Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A.
45
El ABPes altamente eficaz en las dimensiones de aplicación y análisis del rendimiento académico
Palabras ClavesAprendizaje Basado en Proble-
mas (ABP), rendimiento acadé-
mico
Key wordsProblem-based Learning, Acade-
mic performance
RESUMEN
El presente artículo muestra la efectividad del aprendizaje basado
en problemas (ABP) en el rendimiento académico del curso de
Física, específicamente cómo el aprendizaje surge a través de la
experiencia. Para ello, se adecuaron las metodologías existentes
sobre ABP con el fin de generar seis propuestas metodológicas
originadas en situaciones específicas de la profesión, las cuales
se desarrollaron durante un semestre académico.
Se evidenció el impacto del ABP al concluir dicho periodo, a tra-
vés de la aplicación de la prueba no paramétrica de Mc-Nemar,
con un nivel de confianza de 95%.
Se concluyó que el ABP resultó altamente efectivo, sobre todo
en los niveles más altos de rendimiento académico, los cuales
son de aplicación y análisis, en los que se encontraron diferen-
cias sustanciales respecto al grupo de control. Por el contrario,
en el área de comprensión no se observó tal diferencia, lo cual in-
dica que la aplicación de dicha estrategia metodológica respecto
a esta capacidad no es interesante para el docente.
Esta investigación contribuye a la enseñanza superior de la cien-
cia con un programa que cuenta con instrumentos que miden la
comprensión, aplicación y análisis de los principios de la física
clásica en los estudiantes del curso de Física. Asimismo, pro-
porciona una guía de trabajo de campo con pautas de empleo
para el curso de Física en el nivel superior, y ejemplos para su
uso posterior.
ABSTRACT
The present article shows the efficiency of the learning based on
problems (ABP) in the academic performance of the course of
Physics, specifically how the learning arises across the experien-
ce. For it, the existing methodologies were adapted on ABP in
order to generate six methodological offers originated in specific
situations of the profession, which developed during an academic
semester.
The impact of the ABP was demonstrated on having concluded
the above mentioned period, across the application of the test not
paramétrica of Mc-Nemar, with a confidence level of 95 %.
One concluded that the ABP turned out to be highly effective,
especially in the highest levels of academic performance, which
are of application and analyses, in which they found substantial
differences with regard to the group of control. On the contrary,
in the area of comprehension did not observe such a differen-
ce, which indicates that the application of the above mentioned
methodological strategy with regard to this capacity is not interes-
ting for the teacher.
This investigation contributes with a program that relies on ins-
truments that they measure the comprehension, application and
analysis of the beginning of the classic physics in the students
of the course of Physics. Likewise, a guide of fieldwork provides
with guidelines of employment for the course of Physics in the top
level, and examples for his later use.
Silvia Espinoza, Tecsup / Klinge Villalba, Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
Efectividad del aprendizaje basado en problemas en el rendimiento
académico del curso de Física
Effectiveness of Problem-Based Learning in Academic Achievement Physics
Course
1 Leer y analizar el escenario del problema
2. Realizar una lluvia de ideas
3. Hacer una lista con lo que se conoce
4. Hacer una lista con aquello que desconoce
5. Hacer una lista de lo que necesita hacerse
para resolver el problema
6. Definir el problema
7. Obtener información
8. Presentar resultados
INTRODUCCIÓN
El desarrollo sostenidamente acelerado de la ciencia y la tecno-
logía colocan a nuestros estudiantes frente a un gran volumen
de información, lo que hace cada vez más complicada su asi-
milación durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. Por ello,
es necesario que los docentes estén mejor preparados para la
enseñanza científica. Esto implica optimizar su práctica pedagó-
gica, es decir, articular sistemáticamente los campos o aspectos
del conocimiento, organización de los aprendizajes, estrategias y
medios, evaluación y clima del aula. El docente debe considerar
que el estudiante enfrenta nuevos desafíos como la rapidez de los
cambios, la complejidad e interdisciplinaridad, la dimensión ética
y social y la problemática cívica (OEI, 2011) en los que debe par-
ticipar de manera activa, tanto en la adquisición de conocimiento
como para identificar sus deficiencias.
Definir situaciones reales en las cuales se ponen en práctica los
conceptos desarrollados en aula, muchas veces se torna com-
plejo para el estudiante, ya que la aplicación conceptual es míni-
ma en el contexto de la profesión. Los contenidos del curso de
Física no son ajenos a esta problemática, por lo que se propuso
mejorar la forma de enseñanza de dicho curso mediante el ABP,
que permite que al aprendizaje surja de la experiencia.
Este método supone reflexionar sobre la necesidad de un cambio
en la forma de entender, enseñar y pensar la ciencia, de plantear
y elaborar herramientas y métodos centrados en el estudiante.
Ello implica que el alumno sea capaz de encontrar soluciones a
las interrogantes que se le plantearán en el mundo laboral, con un
pensamiento crítico que desarrolle competencias y habilidades
para enfrentar problemáticas diversas, sobre todo que su acerca-
miento a los conceptos desarrollado sea investigativo.
En ese contexto, planteamos la siguiente interrogante que englo-
ba nuestro objeto de investigación: ¿De qué manera la aplicación
del método de ABP mejora los niveles de rendimiento académico
de los estudiantes del primer ciclo de la asignatura de Física 1?
FUNDAMENTOS
El ABP, según Araujo y Sastre (2008), es un método que favo-
rece el desarrollo de habilidades, capacidades y competencias
demandadas en el mundo laboral bajo un enfoque más efectivo
y estimulante que el modelo tradicional. Esta metodología activa
integra los problemas de la vida real y busca que los estudiantes
analicen, identifiquen deficiencias de su propio aprendizaje e in-
daguen de manera colaborativa (en comunidad) sobre formas de
abordaje para la solución del problema planteado.
En el ABP, la actividad gira en torno a la discusión de un problema
aplicado a la futura vida profesional, haciéndo que el aprendizaje
surja de la experiencia de trabajar sobre dicho problema. Es un
método que estimula el autoaprendizaje y la práctica del estudian-
te, al enfrentarlo a situaciones reales y ayudarlo a identificar defi-
ciencias en sus conocimientos, figura 1 (Morales y Landa, 2004).
La acepción del término rendimiento académico se corresponde
con el nivel de aprendizaje del alumno, resultado del proceso en-
señanza-aprendizaje. En la explicación de este concepto se reco-
noce la influencia de factores de diversa naturaleza. En el campo
de la educación, la taxonomía de Bloom se ha convertido en una
herramienta universal para la evaluación de los logros de apren-
dizaje, por lo que se utiliza en esta investigación. El rendimiento
académico se define como los logros obtenidos en términos de
comprensión, análisis y aplicación.
Figura 1. Desarrollo del proceso de ABP.Fuente: Morales y Landa, 2004.
METODOLOGÍA
En el presente estudio se aplicó el método del ABP. Se trabajó
con variables categóricas. Para evaluar el rendimiento académico
se consideraron las áreas de comprensión, aplicación y análisis
de algunos principios básicos de la Física en situaciones espe-
cíficas reales. Para medir el impacto del ABP en el rendimiento
académico, se examinaron dos periodos de tiempo, antes y des-
pués de su aplicación. La observación se llevó a cabo durante
las actividades previas a la intervención, en el transcurso de las
sesiones y durante las actividades posteriores a la misma.
La tabla 1 muestra la variable independiente y la variable depen-
diente del estudio y sus herramientas de evaluación correspon-
dientes.
Variables Técnicas e instrumentos
Independiente:
Aprendizaje Basa-
do en Problemas
(ABP)
temas del curso Física 1-
rrera de Mantenimiento de Maquinaria Pe-sada
Dependiente:
Rendimiento aca-
démico
El cuestionario y la observación
Tabla 1. Relación de técnicas según las variablesFuente: Elaboración propia.
Esta investigación tuvo un diseño experimental con un grupo de
prueba y un grupo de control. El ABP (variable independiente) se
aplicó a lo largo de un semestre durante el desarrollo del curso
con los módulos elaborados y las problemáticas aplicadas a la
48
carrera profesional. La variable dependiente fue medida en dos
ocasiones (antes y después).
Evaluación para medir el rendimiento acadé-mico.
El instrumento de evaluación educativa, aplicado en la Evaluación
de entrada y salida para medir el rendimiento académico, permitió
estimar la variable dependiente. Este instrumento fue construido
por dos expertos en la enseñanza de Física. Para la validación
de contenido, se utilizó una matriz dicotómica que fue testada
en ocho docentes con una experiencia superior a diez años en
el dictado del curso de dicha materia. Se obtuvo una media arit-
mética de 0,875 con una desviación típica máxima de 0,35. La
validación se confirmó con el análisis de convergencia de las res-
puestas que dio un valor de 95,83%. Para validar el constructo
se aplicó la prueba a estudiantes del curso de Física 2, bajo el
supuesto de ser un grupo con las competencias a medir, al haber
aprobado ya la materia. Sin embargo, se cambiaron las seccio-
nes para evitar la inducción de respuestas. Se obtuvo un Alfa de
Cronbach = 0,711, resultándolo que implica un instrumento con
excelente confiabilidad.
RESULTADOS
Se evaluaron los resultados del pretest y postest en ambos gru-
pos (de control y experimental) con la finalidad de comparar los
resultados entre ellos, para la validación de la hipótesis se utilizo la
prueba estadística de Mc-Nemar. Se utilizó el test de Chi cuadra-
do para muestras independientes para comparar las diferencias
en dichos grupos.
Indicador A.1
Diferencia los principios básicos de los fenómenos que gobiernan la Física
clásica.
Indicador A.2
Distingue las caracte-rísticas principales de los principios básicos de los fenómenos que
gobiernan la Física clásica.
Indicador B.1
Examina el comportamiento de
los principios básicos de los fenómenos que
gobiernan la Física clásica.
Indicador B.2
Interpreta los proce-sos de funcionamiento en algunos fenóme-nos que gobiernan la
Física clásica.
Indicador C.1
Analiza principios básicos de los fenómenos que
gobiernan la Física clásica
Indicador C.2
Analiza las carac-terísticas físicas los
principios básicos de la Física a situaciones específicas asociadas a situaciones reales.
A. Comprensión de los principios básicos de los fenómenos que
gobiernan la Física clásica
B. Aplicación de los principios básicos de la Física a situaciones específicas asociadas a situaciones reales.
C. Análisis de los principios básicos de la Física a situaciones específicas asociadas a situaciones reales.
Figura 2. Organización de las preguntas según dimensiones a evaluar.Fuente: Elaboración propia.
Nota: Se muestra la estructura de los ítems de evaluación de la
variable rendimiento académico. Tenemos la capacidad Com-
prensión para los indicadores A1 y A2, la capacidad Aplicación
para los indicadores B1 y B2, la capacidad Análisis para los in-
dicadores C1 y C2, para los principios que gobiernan la Física
Clásica.
En la investigación, se articularon los temas seleccionados de Fí-
sica con sus respectivas problemáticas.
Sesión Problema Tema
1Mala relación aire combustible
en un motor c13
Termodinámica,
termometría
2Rotura de resorte de válvula de
admisión
Movimiento ar-
mónico simple
3
Desgaste de los pines en
el chasis de la tolva de un
camión
Movimiento ar-
mónico: ondas
4
Medición de desgaste del tren
de rodamiento de tractores y
excavadoras
Sonido
5
Eficiencia de los operadores
que usan kontrax (komatsu) o
caes (cat)
Luz
6
Eficiencia de los operadores
que emplean accugrade laser
2d
Óptica
Tabla 2. Relación de los módulos desarrollados en el curso de Física.Fuente: Elaboración propia.
La tabla 2 indica la secuencia de los módulos realizados y articu-
lados directamente con los temas del curso de Física I, según el
plan de estudios de la carrera profesional.
En todos los casos se adecuó el modelo de Morales y Landa de
ocho fases a las problemáticas planteadas.
Fase 1 Análisis de la problemática
Fase 2 Lluvia de ideas
Fase 3 Lista de lo que se conoce: temas a desarrollar
Fase 4 Lista de aquello que se desconoce: temas a desarrollar
Fase 5 Enlistar lo que se necesita para resolver la situación
problemática
Fase 6 Definir el problema
Fase 7 Acopiar y procesar la información
Fase 8 Presentar los resultados
49
A continuación se mostrarán los resultados obtenidos para las
mediciones realizadas es decir el pretest y postest.
Grupo Media Desviación típica Coeficiente de Variabilidad
A. Comprensión
Indicador A.1Control 0.0667 0.25371 0.26
Prueba 0.2105 0.41315 0.51
Indicador A.2Control 0 0 0.00
Prueba 0.1053 0.31101 0.34
B. Aplicación
Indicador B.1Control 0 0 0.00
Prueba 0.0526 0.22629 0.23
Indicador B.2Control 0 0 0.00
Prueba 0.1053 0.31101 0.34
C. Análisis
Indicador C.1Control 0 0 0.00
Prueba 0.0526 0.22629 0.23
Indicador C.2Control 0 0 0.00
Prueba 0.1053 0.31101 0.34
Tabla 3: Resultados obtenidos en el pretest. Fuente: Elaboración propia.
50
INTERPRETACIÓN
Respecto a los resultados de la prueba aplicada para medir las
tres capacidades, pretest, correspondientes a la línea de base,
el valor medio en cada ítem analizado se sitúa entre 0 y 0,2, lo
que indicaría una tendencia hacia cero. Asimismo, la elevada
desviación estándar no permite establecer un sesgo caracte-
rístico por grupo, sino más bien suponer heterogeneidad en
ambos grupos. Observando la variabilidad en cada uno de los
indicadores que tenemos por capacidad tenemos que en el
grupo de Prueba existen variaciones respecto al recojo de las
respuestas, el indicador con mayor variabilidad es el A1, es
decir es el más heterogéneo. En el caso del grupo de control
no existe variabilidad es decir las respuestas son homogéneas
sobre la prueba aplicada.
Luego de la intervención, pasaremos a explicar las variacio-
nes encontradas en los grupos de Prueba y de Control, para
ello utilizaremos los gráficos de barras por cada Indicador. Para
analizar el impacto del ABP en el curso de Física, es decir la
evaluación del postest y las diferencias con el pretest
Descripción: Referente al indicador A.1 se han dispuesto los
resultados en porcentajes para determinar los contrastes de
los incrementos obtenidos. Se observa que en el grupo control
se ha producido un incremento importante de 33.3% en el ele-
mento Diferencia los principios básicos de los fenómenos que
regulan la física clásica. Igualmente, el grupo de prueba, que
parte de niveles más altos (21,1%) experimenta un aumento
discretamente menor, de 28,9%. No existen diferencias res-
pecto al trabajo metodológico del docente.
Figura 3. Indicador A.1 de la dimensión de comprensiónFuente: Elaboración propia
Descripción: Distingue las características principales de los
principios básicos de los fenómenos que regulan la física clá-
sica, el indicador A.2 muestra que las diferencias en los resul-
tados del pretest del grupo control y el de prueba (0% versus
10,5%, respectivamente) son mayores que para el indicador
A.1.
Ambos grupos aumentan sus porcentajes a 39,5% (control) y
52,6% (prueba), en el postest, siendo mayor el incremento en
el grupo de Prueba.
Figura 4. Indicador A.2 de la dimensión de comprensión.Fuente: Elaboración propia.
Descripción: Respecto al indicador B.1, se aprecia un incre-
mento de 27,3% en el grupo control, frente a un aumento de
39,5% en el grupo de Prueba, lo que implica una diferencia de
12,2% a favor del grupo donde se intervino.
Figura 5. Indicador B.1 de la dimensión de aplicación.Fuente: Elaboración propia.
51
Figura 6. Indicador B.2 de la dimensión de comprensión.Fuente: Elaboración propia.
Descripción: En cuanto al descriptor Interpreta los procesos de
funcionamiento en algunos fenómenos que regulan la física clá-
sica las diferencias de base en el indicador B.2 entre el grupo
control y de prueba son mucho mayores que para el caso del
indicador anterior (0% y 10,5%, respectivamente). En el postest,
el incremento es más importante en el grupo de prueba (52,6%)
que en el de control (30,3).
Figura 7. Indicador C.1 de la dimensión de análisis.Fuente: Elaboración propia.
Descripción: El indicador C.1, observamos un decremento de
(-6,1%) entre el pretest y el postest, mientras que el grupo de
prueba experimenta un incremento de 50%. Ello haría suponer
que solo el estudiante del grupo de intervención es capaz de ana-
lizar los principios básicos de los fenómenos que gobiernan la
física clásica.
Figura 8. Indicador C.2 de la dimensión de análisis.Fuente: Elaboración propia.
Descripción: Por último, para el descriptor Analiza las caracterís-
ticas físicas los principios básicos de la Física a situaciones reales
específicas asociadas a situaciones reales, correspondiente al in-
dicador C.2, ambos grupos inician con un pretest de alrededor
de 3%, para aumentar a 21,2% en el grupo control y a un contun-
dente 71,1% en el grupo de prueba. Se constata, además, una
diferencia de 50,2% entre los incrementos pretest y postest de los
grupos control y de intervención.
DISCUSIÓN
Capacidad: Comprensión:
Cabe mencionar que para esta capacidad corresponde los aná-
lisis de los indicadores A1 y A2. Ambos grupos alcanzan incre-
mentos en el postest versus pretest, 39,5% en el control frente a
un 52,6% en el de prueba, siendo mayor el de este último grupo.
Estos resultados evidenciarían que el enfoque del ABP influye en
el rendimiento académico, como lo reconocen Chen & Hu (2013),
en contraste a la clase magistral.
Los estudiantes de Física 1, son capaces de distinguir las carac-
terísticas principales de los principios básicos de los fenómenos
que gobiernan la física clásica. Ello implicaría que es posible la
utilización del ABP como estrategia de enseñanza no solo en el
curso de Física sino también de Matemática, como lo señala el
estudio de Nur, Rohani & Rosini (2010) en el que se comprueba
que el ABP no solo mejora las habilidades de resolución de pro-
blemas, sino también las de trabajo en equipo y comunicación.
Según los resultados obtenidos, podemos decir que la hipótesis
planteada, “La aplicación del Aprendizaje Basado en Problemas
mejora la comprensión de los principios básicos de los fenóme-
nos que regulan la física clásica”, no resulta plenamente confirma-
52
da, por lo que la afirmación no es definitoria. Sin embargo, podría
ser útil pero no determinante para adquirir dicha capacidad, así
como para desarrollar el razonamiento, la comunicación y la toma
de decisiones, como lo menciona Pezoa & Labra (2000).
Capacidad: Aplicación
Para los indicadores B1 y B2 tenemos el 39,5% y 52,6% obteni-
dos en el Grupo de Prueba corroboran lo obtenido en el trabajo
de Aslıhan & Mustafa (2010), es decir que la capacidad de aplica-
ción se evidencia de manera significativa en el grupo de Prueba
que en el grupo de Control. Se concluye que el enfoque de ABP
es más útil en el desarrollo conceptual que el tradicional, que fue
el que se aplicó en el grupo de Control. A ello se suman los resul-
tados obtenidos en el estudio de Pereira & da Silva (2012) sobre
la percepción de los estudiantes de estar mejor preparados para
las actividades prácticas que brinda el método ABP, al aumentar
la seguridad de los mismos, como efecto colateral.
Capacidad: Análisis
La hipótesis “La aplicación del Aprendizaje Basado en Problemas
mejora el análisis de los principios básicos de los fenómenos que
regulan la física clásica”, se verifica según los resultados presen-
tados (incrementos pretest vs postest del 50% y 68,4% en los
indicadores C.1 y C.2 en el grupo de prueba).
Además, en el artículo “Aprendizaje basado en problemas: una
alternativa al método tradicional”, Molina, García & Pedraz, (2006)
refieren que el alumno reconoce las ventajas del método ABP
dado que contribuye a aumentar su habilidad para el autoapren-
dizaje y su capacidad crítica para analizar la información que les
ofrece la búsqueda.
El estudio de Minhong, Bian & Nian (2013) verifica también esos
resultados, al corroborar un enfoque de aprendizaje profundo en
relación con el rendimiento académico en un curso basado en el
ABP; pero no con la aplicación de otros métodos.
CONCLUSIONES
Con respecto al objetivo general de determinar la influencia del
método constructivista denominado Aprendizaje Basado en Pro-
blemas en los niveles de rendimiento académico de los estudian-
tes del primer ciclo de la asignatura de Física 1, de Tecsup, me-
diante la técnica no paramétrica de Mc-Nemar, (nivel de confianza
de 95%), se verificó que este diseño metodológico es altamente
eficaz sobre todo en los niveles más altos de rendimiento acadé-
mico, específicamente en las dimensiones de aplicación y análi-
sis.
Si bien la utilización del ABP favorece la comprensión de los prin-
cipios básicos de los fenómenos que regulan la física clásica en
los estudiantes en el curso de Física I, también lo hacen otros
métodos empleados en un curso regular.
El impacto del método del ABP en la aplicación de los principios
básicos de los fenómenos que regulan la física clásica en los es-
tudiantes del curso de Física es mayor al del método tradicional
pauteado por los planes de los cursos regulares.
El ABP contribuye muy eficazmente a la complejidad de las habili-
dades de pensamiento de los estudiantes, como el análisis de los
principios básicos de los fenómenos que regulan la física clásica.
REFERENCIAS
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53
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6° Ed., Madrid. Morata.
[18]
aprendizaje basado en problemas”. Aula Abierta, 87, 171-
194
ACERCA DE LOS AUTORES
Silvia Espinoza Suárez
Investigadora y docente de Tecsup. Licenciada en Física de Esta-
Mayor de San Marcos e la especialidad de Física del Estados
con mención en Investigación y Docencia en Educación Superior.
Klinge Villalba Condori
-
sidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Investigador asocia-
do de la Cátedra Concytec en TIC.
Amplia experiencia en la formulación, ejecución y evaluación de
proyectos basados en Competencias, así como TIC y Robótica
Educativa.
54
En un sistema eléctrico de potencia, la compensación de potencia y la estabilidad del sistema pueden ser mejorados a través del uso de un D-Statcom monofásicoy trifásico
Palabras ClavesD-Statcom, FACTS (sistemas
flexibles de transmisión de CA),
control de potencia, compensa-
ción, sistema de potencia.
Key wordsD-STATCOM, FACTS (Flexible
AC Transmission Systems),
Power Control, Compensation,
Power System.
Maria Mendoza, Tecsup / Néstor Enríquez, Tecsup
Compensación de energía reactiva mediante el uso de un D-Statcom
monofásico y trifásico
Compensation of Reactive Power Using D-Statcom Single and Three Phase
RESUMEN
El compensador sincrónico estático es muy empleado en la apli-
cación de sistemas de potencia y dispositivos FACTS (sistemas
flexibles de transmisión de corriente alterna). En general, el factor
de potencia y la estabilidad de un sistema pueden ser mejorados
con el uso de un D-STATCOM. En este trabajo se presentan
las etapas del diseño, simulación y control de un D-STATCOM
monofásico y trifásico.
ABSTRACT
The static synchronous compensator is very employed in the im-
plementation of power systems and FACTS devices. In general,
the power factor and stability of a system can be improved using
the D-STATCOM. In this paper, we describe the design, simula-
tion and control stage of a single and three phase D-STATCOM.
INTRODUCCIÓN
En el control de sistemas eléctricos de potencia, la compensa-
ción de potencia reactiva constituye un problema importante.
Este factor puede ocasionar un incremento de las pérdidas en
el sistema de transmisión, o reducir la capacidad de transmisión,
y su variación puede causar oscilaciones en el voltaje final de la
carga así como de la potencia.
Existen soluciones de estado sólido eficientes para el control de
la potencia reactiva. Una de ellas es el D-STATCOM (compen-
sador estático síncrono de distribución), dispositivo de conmuta-
ción propia de electrónica de potencia, que inyecta una corriente
casi sinusoidal de magnitud variable en el punto de conexión del
sistema. El D-STATCOM es capaz de un elevado desempeño
dinámico y su compensación no depende del voltaje de acopla-
miento común, por lo que es muy efectivo durante perturbacio-
nes en el sistema de potencia.
Debido a que el sistema de potencia es cada vez es más com-
plejo y hay una tendencia al incremento de cargas no lineales
conectadas a este sistema, es necesario estudiar las caracterís-
ticas dinámicas del D-STATCOM y las alternativas para mejorar
la capacidad transitoria. Los métodos de control recientemente
estudiados se pueden revisar en [1], [7], [9], [10]. Los algoritmos
de control del D-STATCOM se basan de preferencia en el mode-
lo dinámico más que en el diagrama fasorial.
MODELO MATEMÁTICO DEL D-STATCOM TRIFÁSICO
El circuito equivalente de un D-STATCOM trifásico con fuente de
tensión se muestra en la figura 1 [1].
Figura 1. Circuito equivalente de D-STATCOM [1]
Del circuito equivalente presentado en la figura 1, podemos deri-var el modelo matemático de D-STATCOM (ecuación 22). De los principios de electrónica de potencia, se tiene:
(1)
Donde:
Dkp
son funciones de conmutación y k = a, b, c Además:
(2)
Al resolver para cada una de las ramas, se obtiene:
(3)
Considere que:
(4)
Si se reemplaza esta ecuación en la anterior, tenemos:
(5)
Al aplicar la ecuación (2) en la ecuación (5), y llevarla a la matriz, se llega a:
(6)
y
(7)
El modelo matemático representado por la serie de la ecuación (1)
a la ecuación (7) corresponde a un sistema trifásico. Para simpli-
ficar este modelo se utilizará la transformación de Park (convierte
un sistema trifásico en componentes ortogonales e invariantes en
el tiempo), considerando una referencia rotativa a una velocidad
angular w, se tiene.
(8)
y
(9)Donde:
id: componente de la corriente activa
iq: componente de la corriente reactiva
Al usar la inversa de la transformación de Park, tenemos:
(10)
Donde:
(11)
Finalmente, la corriente en el eje directo y en cuadratura será:
(12)
Similarmente, para las tensiones y las funciones de conmutación
(D), tenemos:
(13)
(14)
58
Al aplicar la ecuación (13) y (14) a la ecuación (6):
(15)
Si tomamos los principios de sistemas de potencia:
(16)
(17)
Si se multiplica T a ambos lados de la ecuación (15) y se aplica la
ecuación (17) obtenemos:
(18)
Al reajustar la ecuación 18 tenemos:
(19)
(20)
(21)
Finalmente, para representar la dinámica del D-STATCOM, en una
representación espacio-estado, se tiene:
(22)
La ecuación (22) completa el modelo dinámico del D-STATCOM.
En este se observan los estados de los lazos dinámicos del D-
STATCOM: id, i
q, y V
dc. EL valor V
m puede ser considerado como
parámetro del sistema. Las variables de control son Dd, D
q.
IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL ENERGÉTICO Vdc
Para el diseño del lazo de control de la compensación de poten-
cia en derivación, se debe trabajar con una función de transferen-
cia que relacione todos los términos de potencia con la variación
de energía. En la figura (2) se representa la estructura final del
controlador energético del sistema de compensación.
Figura 2. Estructura del controlador energético. Elaboración propia.
Para evaluar el comportamiento del controlador se medirán los
tiempos de respuesta del dispositivo. Ello nos permitirá evaluar las
capacidades del compensador en la potencia consumida por la
carga. La figura (3) muestra el diagrama de bloques del controla-
dor utilizado [11].
Figura 3. Diagrama de bloques del controlador [11].
Las salidas de referencia del controlador son las corrientes en el
eje directo y de cuadratura (id, i
q), las cuales son necesarias para
calcular el intercambio de potencia reactiva entre el sistema y el
D-STATCOM.
SIMULACIÓN DEL D-STATCOMMEDIANTE EL USO DE PSIM
Puesto que el D-STATCOM es usado para la compensación de
potencia reactiva en sistemas de potencia, las variables de res-
59
puesta del sistema de control deben ser constantes. Asimismo,
Dd y D
q debe estar entre [-1, +1] y el rizado de la forma de onda de
corriente debe ser bajo para que la distorsión armónica obtenida
sea pequeña.
En las figuras (4) y (5) se aprecia el comportamiento de la corriente
de salida del D-STATCOM considerando una potencia capacitiva
e inductiva de la carga.
Figura 4. Corriente de salida del D-STATCOM trifásico con potencia reactiva ca-pacitiva.
Figura 5. Corriente de salida del D-STATCOM trifásico con potencia reactiva in-ductiva.
Como se observa en las figuras (4) y (5), el convertidor tiene un
rizado en la corriente debido al efecto de la conmutación, pero
dicha corriente presenta un comportamiento estable, que es lo
que se esperaba del controlador.
También se llevó a cabo el diseño y simulación de un D-STATCOM monofásico. Las figuras (5) y (6) muestran el comportamiento de
la corriente de salida del convertidor y la tensión del condensador.
Figura 6. Corriente de salida del convertidor para una potencia reactiva capacitiva en un D-STATCOM monofásico.
Figura 7 Tensión del condensador para una potencia reactiva capacitiva en un D-
STATCOM monofásico.
Se observan, además, los tiempos de respuesta del controlador
para corriente de salida y la tensión Vdc
del STATCOM.
CONCLUSIONES
El D-STATCOM tiene la capacidad de producir potencia reactiva inductiva o capacitiva, a partir de la misma energía que le entrega la red.
Las simulaciones mostraron que la frecuencia de conmutación de los IGBT es de 10 kHz. Esto produce un rizado con corrientes pico de 1.5 A en el compensador trifásico y de 0.5 A en el com-pensador monofásico.
Si existe un flujo de potencia reactiva en el compensador, la ten-sión del convertidor presenta un rizado, que deberá ser eliminado.
Para el control de un D-STATCOM, una solución sencilla y rápida
es utilizar controladores PI.
Se deben considerar diferentes fallas en el sistema para evaluar si
ello influye en el tamaño del D-STATCOM.
REFERENCIAS
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[11] Aditya, J. (2008). Application of STATCOM for improved
dynamic performance of wind farms in a power grid. Tesis
de Maestría, Missouri University of Science and Technolo-
gy, Estados Unidos.
ACERCA DE LOS AUTORES
María Teresa Mendoza Llerena
Ingeniero Electricista por la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la
Universidad Nacional de San Agustín (UNSA), Arequipa, Perú,
2003. Msc.,l Departamento de Máquinas Eléctricas, Acciona-
mientos y Energía de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul
(UFRGS), Brasil, 2006.
Doctor por el Departamento de Sistemas de Control y Energía
por la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación (FEEC) de
la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP), Brasil, 2011.
Actualmente es docente en el Área de Medidas Eléctricas, Instru-
mentación y Máquinas Eléctricas en Tecsup, Arequipa.
Baldomero Néstor Enríquez Ychocan
Ingeniero Electricista por la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la
Universidad Nacional de San Agustín (UNSA), Arequipa, Perú,
2012. Actualmente es jefe de Oficina Técnica Área Eléctrica e Ins-
trumentación de Graña y Montero, en el proyecto de Expansión
de la mina Cerro Verde en Arequipa.
61
Entender las
instituciones educativascomo un jugador frente a la sociedad puede llevar a encontrar el equilibrio de Nash bajo el principio de maximizar beneficios y minimizar pérdidas
Palabras ClavesEquilibrio de Nash, teoría de jue-
gos, educación superior, juegos
repetitivos.
Key wordsNash Equilibrium, Games Theory,
Higher Education, Repetitive
Games.
RESUMEN
El objetivo de este artículo es plantear una alternativa con varias
propuestas de análisis que orienten los esfuerzos de las institu-
ciones educativas superiores para contribuir a su desarrollo y al
de la sociedad, mediante la metodología de la teoría de juegos
y el equilibrio de Nash. En este contexto, la observación de la
institución educativa superior, desde el punto de vista de sus ju-
gadores internos más importantes que trabajan en cooperación y
forman coaliciones, conllevaría a que esta sea considerada ante
la sociedad como un solo ente o jugador, que junto con el otro ju-
gador, la sociedad misma, y analizados bajo el principio Minimax
(maximizar beneficios y minimizar pérdidas).
Los resultados permitieron:
1. Identificar a los jugadores internos de la institución educativa: Considerar al personal admi-
nistrativo, los alumnos, los docentes y la misma institución
como jugadores con ambiciones diferentes, pero que por tra-
bajar juntos a largo plazo forman coaliciones y cooperan entre
sí. Es decir, ver a la institución educativa superior como un
solo jugador.
2. Analizar la institución educativa superior como un todo ante la sociedad, en un escenario de
servicio.
La investigación muestra cómo enfocar una situación de com-
petencia interna de varios jugadores que trabajan en coalición
dentro de la institución educativa y que es considerada como un
todo frente a la sociedad, y cuál es la aplicabilidad del equilibrio
de Nash para este análisis.
ABSTRACT
The main objective of this study is to set out an alternative,
amongst few analysis proposals, so that higher education insti-
tutions could contribute to development of both the society and
itself, using as methodology the Game Theory and Nash Equili-
brium as methodology. In a context of higher education institution’s
most important internal “players” working together, this could be
seen by the society as one single entity or “player”, that together
with the other player, the society itself, would be analyzed under
the “Minimax” principle (maximize benefits and minimize losses).
The results allow to:
1. Identify the higher education institution’s players: Consider administrative staff, students, teachers
and the institution itself as players with individual goals but be-
cause their long-term work relationships they must form allian-
ces and cooperate one another. That is to say, to be able to
see the institution as one player.
2. Analyze the higher education institution as a single entity facing the society, in a service-to scena-
rio.
The research shows how to deal with an internal competitive sce-
nario between players that work together in an education institu-
tion functioning as a whole facing the society, and how to apply
the Nash Equilibrium on these analyzes.
Luis Miguel Salas, Tecsup
La teoría de juegos y el equilibrio de Nash en la educación superior
The Game Theory and The Nash Equilibrium on Higher Education
Esto nos ha permitido desarrollar un análisis de la situación en
Latinoamérica visto tanto para el escenario interno como para el
escenario externo de la institución educativa, ambos importantes
pero poco expuestos a la luz de las teorías aquí presentadas.
FUNDAMENTOS
Juegos repetitivos de largo plazo
En un escenario de educación superior, los jugadores internos
tendrían que estar de acuerdo no en el corto plazo sino también
en el largo plazo. Ello se da en el contexto de las estrategias para
juegos repetitivos de largo plazo, en el cual los jugadores interac-
túan entre sí y cooperan para el logro de sus objetivos o pagos
de manera personal, pero no dirigida, ni coludida; es decir ellos
buscan, de forma individual, un resultado que represente la ma-
yor satisfacción que cada uno espera en dicho escenario. Este
procedimiento fue demostrado por Robert Aumann (premio Nobel
2005), quien señaló que la cooperación suele ser una solución de
equilibrio en el caso de juegos repetitivos de largo plazo, para dos
jugadores que en el corto plazo tienen conflictos de intereses. (R.
Aumann 1981) [6].
A través de la continuidad del juego en el tiempo y sobre el esque-
ma de comunicación, se pueden obtener resultados casi consen-
suados, lo que sería igual que establecer una coalición para lograr
rentabilidades continuadas a través del tiempo, solo en caso de
común acuerdo entre los jugadores.
Sobre la representación gráfica
Se puede demostrar que varios competidores pueden obtener
mejores ganancias mediante la teoría del equilibrio de Nash. En
ella se plantean tres conjuntos esenciales con sus respectivos
elementos dentro de un juego de competencia:
derecho a pago
Según los modelos matemáticos para la representación de un
juego con i jugadores que van de 1 hasta n (donde n N), donde
también se especifica que los conjuntos de estrategias Si: S
1, S
2,
S3,…, Sn, y sus funciones de ganancias o pagos: u
1, u
2, u
3,…,
un; por lo que la denotación matemática tendría la siguiente fun-
ción:
1, S
2, S
3,…, Sn; u
1, u
2, u
3,…, un
Donde Si ≠ Ø, y u
1i: S
1 x S
2 x S
3 x…x Sn
INTRODUCCIÓN
La teoría de juegos fue propuesta por John von Neumann en
1928, y desarrolladas en el libro Theory of Gamers and Economic
Behaviour, que publicó con Oskar Morgenstern en 1944. Esta
obra parte de los juegos bipersonales de suma cero, en los que la
utilidad de uno de los jugadores es exactamente igual a la pérdida
del otro, lo que se denomina conflicto puro. A su vez, en 1950
en la Universidad de Princeton, el matemático John Nash logró
el doctorado al proponer su teoría, el equilibrio de Nash. En ella
presenta un análisis de escenarios sobre juegos competitivos en
el cual existe la alternativa de que la ganancia de uno de los juga-
dores no significa necesariamente la pérdida del otro o los otros,
teoría que le valió el premio Nobel de Economía en 1994. Por
último, Robert Aumann (R. Aumann 1981) [6] definió los juegos
repetitivos que establecen los pasos a seguir para determinar los
pagos de varios jugadores con intereses diversos y que están
inmersos en juegos continuos de largo plazo.
En la mayoría de países desarrollados la educación es recono-
cida como el activo intangible de largo plazo más preciado de la
sociedad. Sobre ello, muchos autores indican que el grado de
desarrollo de un país depende de un buen nivel educativo, pues
garantiza la continuidad de los procesos democráticos consolida-
dos y asegura el crecimiento económico.
Normalmente la educación es una inversión sin fines de lucro,
pero los beneficios tributarios con los que cuenta en Latinoamé-
rica hacen que en algunos países sea considerada un negocio.
Por ello, muchas instituciones y empresas nuevas tienen inversio-
nes iniciales muy fuertes y esperan una utilidad positiva de corto
plazo tal que permita mantener una rentabilidad con márgenes
aceptables como cualquier empresa (Claudio Rama. 2012) [7].
En varios países de Latinoamérica se han creado instituciones y
empresas educativas superiores de manera vertiginosa, que han
generado zozobra y desconfianza en nuestra sociedad, debido a
dudas sobre su calidad, y a la percepción de haber sido creadas
solo con fines de lucro, ya que los egresados de las universida-
des son subempleados. Esto debido principalmente a la falta de
información por parte del consumidor, y en menor proporción a la
crisis económica por la que atravesamos.
Ante esta perspectiva se requiere que las instituciones de edu-
cación superior respondan a las siguientes preguntas: ¿Cómo
enfrentar esta imagen negativa? ¿Cómo demostrar que nuestra
institución no está dentro de este nefasto grupo? ¿Cómo demos-
trar que su calidad y prestigio, no están siendo afectadas por la
mala publicidad de las demás?
Según nuestro conocimiento, hay pocos estudios que relacio-
nan la educación superior con la teoría de juegos, el equilibrio de
Nash y los juegos repetitivos de largo plazo, así como trabajos
que evalúen las situaciones de los jugadores internos y externos
de una institución educativa, expuestos como un conjunto ante
la sociedad.
Si consideramos el escenario interno de las empresas o institu-
ciones dedicadas a la educación superior encontramos varios
jugadores en un solo escenario: la misma institución superior,
los profesores, los alumnos, el personal administrativo; y si ob-
servamos el escenario externo identificamos contextos con dos
grandes jugadores representativos, básicamente: la sociedad y
las empresas o instituciones de educación superior (EIES).
{ {
64
Gráfica 1. Pagos (U) vs. Estrategia (S) de cada jugador (N)Fuente: Elaboración propia.
En esta gráfica, para cada estrategia decidida (si*), de cada juga-
dor (n) se representa una ganancia o pago (ui) determinada. Una
vez que un jugador decide la estrategia (si*), los demás jugadores
elegirán la que más les conviene para también obtener una ga-
nancia o pago (no todos tienen el mismo pago, indicado por un
color para cada jugador). Al aceptar el jugador n la estrategia si*,
ello descarta a las otras estrategias que el mismo jugador pudiera
decidir.
Si esto se lleva a una gráfica bidimensional, y se señala que los
pagos se establecen en función a cada jugador dependiendo de
la infraestructura que este disponga. Cada punto de pago ge-
nerado en el cruce de (ui, s
i*); identifica el nivel de ganancia o
pago del mismo, el cual será mayor o menor dependiendo de la
infraestructura de cada jugador.
Gráfica 2. Representación en dos dimensiones de las estrategias y pagos de cada jugador.Fuente: Elaboración propia.
La colaboración de los individuos en una situación de competen-
cia y en comunicación constante supone que cada uno recibirá
un pago que compense el esfuerzo e inversión, con el que esté
conforme, y no tendrá intención de buscar otro resultado mejor,
lo cual implica que todos ganan y nadie pierde. Pero en algunos
casos de competencia pura no se alcanza el equilibrio a pesar
de tomarse una decisión racional, esta podría generar pérdida o
utilidad negativa debido a las circunstancias donde se desarrolla,
en un periodo de tiempo determinado.
Toda decisión racional con o sin información y análisis está ligada
a las circunstancias que se establezcan después que sea toma-
da. Es así que una misma decisión en circunstancias normales o
negativas generará una utilidad ordinaria o cardinal, o una utilidad
negativa o pérdida, respectivamente. En la gráfica siguiente se
muestran los puntos de utilidad para cada decisión:
Gráfica 3. Puntos de utilidad en circunstancias normales y/o negativas. Fuente: Elaboración propia.
Sin embargo, las mismas decisiones racionales pueden generar
utilidades mayores en circunstancias favorables.
Gráfica 4. Punto de utilidad en circunstancias favorables.Fuente: Elaboración propia.
Las gráficas 2, 3 y 4 fueron consolidadas en una sola que agrupa
las tres circunstancias: normales, negativas y favorables. Se ob-
serva una elipse que identifica a todas aquellas decisiones finitas
racionales que pueden generar diferentes tipos de pagos o utili-
dades según el escenario donde se desarrollen.
Bajo el supuesto que, una vez tomada una decisión por cada
uno de los jugadores, uno de ellos obtendría la mayor de las ga-
nancias y los otros las menores ganancias, el área superior de la
elipse con rayas simples rojas (por encima del eje de las absci-
sas) incluiría aquellas estrategias que generarían pagos positivo
o ganancias. Los casos de decisiones racionales que producen
pagos negativos o pérdidas, por las circunstancias negativas
después de dichas decisiones están representados en el área
inferior de la elipse con rayas cruzadas rojas (por debajo del eje de
U
SN
65
las abscisas). En una situación de competencia de varios juga-
dores a largo plazo en esta gráfica es altamente dinámica, esto
significa que en el largo plazo las situaciones de decisiones
que generan pérdida, en un lapso de tiempo siguiente podrían
generar utilidad positiva al cambiar la decisión y en circunstan-
cias favorables.
Gráfica 5. Pagos vs. Estrategia para un grupo finito de jugadores con un grupo finito de estrategias.Fuente: Elaboración propia.
Sobre la matriz Minimax
Este procedimiento es también conocido como teoría de juego
(Ana T. Antequera, María C. Espinel. 2010) [3], asigna pun-
tuaciones a dos jugadores tales que la diferencia de dichas
puntuaciones determina los pagos de los mismos. Por ejem-
plo: “Los habitantes de una población gastan 10.000 euros
mensualmente por salir a comer fuera. Los dueños de los res-
taurantes Parillas Antonio y Casa Bruno compiten por alcanzar
máximos beneficios por lo cual introducen distintas estrategias
para atraer clientes. Esas estrategias consisten en no hacer
nada, añadir un plato al nuevo menú, ofrecer una oferta espe-
cial u obsequiar un postre gratis. El reparto de beneficios está
dado por una matriz de pago que refleja la diferencia de miles
de euros entre las ganancias de Antonio y las de Bruno, según
la estrategia que cada cual elija”:
Casa Bruno
Pa
rrilla
An
ton
io Nada Nuevo Especial Postre
Nada 2 -3 -6 -4
Nuevo -3 4 -2 0
Especial 5 2 6 1
Postre 7 -2 -2 -1
Cuadro 1. Matriz de confrontación Antonio – Bruno.
“Así un pago de 2 en la matriz asigna beneficios de 6.000 eu-
ros para Antonio y 4.000 para Bruno. Este tipo de situaciones,
juegos de suma cero, se resuelven mediante la aplicación del
teorema de Maximin, es decir, cada jugador intenta maximizar
sus beneficios al mismo tiempo que minimiza sus pérdidas.
Para Antonio, maxi[min
ja
ij-
no minj[max
ia
ij
ambos resultados, decimos que el juego tiene un punto de
equilibrio, que se alcanza cuando Antonio escoge una oferta
especial y Bruno un postre gratis, siendo 1 el valor del juego”
(Ana T. Antequera, María C. Espinel. 2010. pp. 22) [3].
METODOLOGÍA
Análisis interno
En el análisis interno de los jugadores que participan en el es-
cenario de la institución educativa encontramos cuatro jugado-
res importantes, cada uno con varias expectativas de pagos
por recibir y que debemos equilibrar, para que tengan relación
directa con los objetivos que la sociedad demanda. Es así que
consideramos dentro de la institución en su conjunto, que los
pagos a percibir por cada jugador deberían ser:
Institución educativa, ser considerada una institu-
ción de educación superior líder en Latinoamérica y el mun-
do.
Alumnos, desarrollarse profesionalmente y perfeccionar-
se hasta conseguir un trabajo bien remunerado o formar una
empresa rentable.
Profesores, capacitarse para tener un status que les
permita lograr tranquilidad necesaria para la investigación.
Personal administrativo, trabajar en un buen am-
biente laboral, ser reconocidos por los logros obtenidos y
constantemente motivados.
Estas apreciaciones son netamente cualitativas, ya que para
escenarios de equilibrio con varios jugadores, estrategias y pa-
gos generados por cada una, las fórmulas matemáticas no son
aplicables. Sin embargo, nuestra estimación es válida debido
a que establece fácilmente una relación de conveniencia entre
todos los pagos y estrategias planteadas por cada jugador.
Como plantea Robert Aumann (R. Aumann. 1981) [6], jugado-
res no cooperativos con intereses diversos en situaciones de
corto plazo, en un escenario de largo plazo generarán coali-
ciones al colaborar entre sí y trabajar en equipo para obtener
pagos independientes, pero en equilibrio. Con ello enfrentarán
de alguna forma a la sociedad, que finalmente evaluará la con-
tinuación o el cierre de la institución superior.
Análisis externo
La apreciación de la sociedad de los sistemas de educación
superior está relacionada a la percepción de que se crean
instituciones con fines de lucro (empresas o instituciones de
educación superior) como primer objetivo estratégico, y que
mejorar la educación y el nivel de cultura de la población es un
objetivo de segundo orden o colateral.
67
Dentro de nuestra sociedad tenemos, por un lado, jóvenes que
desean una carrera con la cual se verán beneficiados directamen-
te. Es el sector social que valora las instituciones de prestigio,
con el fin de trabajar y valerse por sí mismos; asimismo se halla
el grupo de la sociedad que paga, es decir los padres de familia,
quienes de acuerdo a sus recursos económicos hacen un gran
esfuerzo para que sus hijos estudien, y posteriormente puedan
sostenerse solos.
Además, identificamos un pequeño sector de la sociedad que es
el que busca instituciones de prestigio que les permitan continuar
su carrera, perfeccionarse para lograr un grado o especializarse.
Esta élite puede pagarse la especialización y/o titulación o nuevo
grado académico.
Por otro lado, tenemos las instituciones y empresas de educación
superior que ofrecen un abanico de posibilidades de estudio y
perfeccionamiento dirigidas a diferentes sectores de la sociedad
interesados en dichos cursos, especialidades o convalidaciones.
Algunas de estas instituciones apelan a la publicidad, pero sin
un respaldo que sea protagónico en el asidero de la experiencia.
Utilización de la matriz minimax
El propósito inicial es establecer las utilidades generadas por los
dos jugadores identificados anteriormente en una matriz de coin-
cidencia de objetivos, pero con valoraciones propias de pagos
para cada decisión tomada. Al comparar los pagos de ambos
jugadores obtenemos una serie de pares de números mostrados
en la matriz:
Cuadro 2. Matriz pagos de ambos jugadores. Fuente: Elaboración propia.
Al representarse como el enfrentamiento de dos oponentes en un
escenario de competencia de suma cero, en el que la obtención
de la utilidad de uno implica la pérdida de utilidad de otro, en
el análisis de la solución para este tipo de situaciones, en este
ejercicio, aplicaremos el método de Maximin, según el cual cada
jugador maximiza sus beneficios y minimiza sus pérdidas.
Cuadro 3. Diferencia de pagos entre la sociedad y las empresas e instituciones educativas.Fuente: Elaboración propia.
En este caso ambos resultados coinciden, por lo tanto el juego
tiene varios puntos de equilibrio en el que se desarrollarán los
trabajos que debe realizar la EIES.
RESULTADOS
Las instituciones de educación superior, los estudiantes, los pro-
fesores y el personal administrativo son jugadores con expectati-
vas de pagos de corto plazo no cooperativos, pero que por estar
en una situación de complementación a largo plazo y en comuni-
cación constante, se concentran en beneficios futuros y acuerdos
entre ellos, básicamente cualitativos.
Sin embargo, en la confrontación de las empresas e instituciones
de educación superior (EIES), como un único jugador frente a la
sociedad donde se tienen tres grupos:el que usa el servicio, el
que paga y, el que paga y usa el servicio, plantea la aplicación de
la matriz Maximin, donde se puede analizar bajo una puntuación
alterna, la situación de cada una de las expectativas de cada ju-
gador, basadas en propuestas de servicios que las EIES, pueden
ofrecer.
En este caso, el equilibrio se da en todos los puntos igual a cero
(cuadro 3), donde la obtención de más beneficios o pagos, se da
cuando la sociedad requiere que sus EIES mejoren su infraestruc-
tura (cuadro 2).
CONCLUSIONES
De acuerdo al análisis realizado de Maximin y Minimax, se tiene un
punto de equilibrio igual a cero (0), por lo que habrá varios puntos
equilibrio con este valor según el cuadro 3, por lo que a continua-
ción se detallan las siguientes propuestas:
68
1. Ofrecer lo que la sociedad solicita en el momento que lo so-
licita genera el mayor beneficio para ambos jugadores. Ello
dependerá de un adecuado estudio de mercado.
2. La utilidad más importante, tanto para la sociedad como para
la EIES, se produce cuando se renueva o mejora la infraes-
tructura.
3. El segundo mayor beneficio para ambos tiene lugar cuando
se ofrecen nuevas carreras, que se ajustan a las expectativas
de una gran masa de jóvenes.
4. El tercer lugar en beneficios es ocupado por las titulaciones
de grado a nivel profesional, ya que los jóvenes egresados
de instituciones de educación superior deciden continuar
con los estudios para acceder a un título profesional que
les asegure más ingresos. Además, debemos de tomar en
cuenta que estos jóvenes se autofinancian dicha titulación.
5. El menor beneficio es generado por los diplomados y posgra-
dos, seguidos por un grupo bastante más reducido de pro-
fesionales que requieren especializarse u obtener otro grado
que le permita acceder a un nivel gerencial. En estos casos,
quienes pagan son generalmente las empresas donde di-
chas personas laboran.
El equilibrio de Nash y la teoría de juegos son las herramientas
más efectivas para el análisis de la situación de las empresas o
instituciones de educación superior (EIES) frente a la sociedad.
Desde el punto de vista de propuestas de trabajos cooperativos
de largo plazo para el entorno interno, y de una evaluación para
minimizar pérdidas y optimizar ingresos, en el contexto externo,
llegamos a la conclusión que todo depende del abanico de posi-
bilidades que ofrezca la EIES. Este debe estar basado en un estu-
dio adecuado de mercado que permita anticipar las expectativas
de superación de los jóvenes y tenga como principal soporte la
mejora de la infraestructura.
Además del análisis de las herramientas, el hecho de que cada
jugador trabaje en el escenario interno de manera dinámica, le
permite que si toma una decisión en un periodo corto de tiempo
o si las circunstancias no le son favorables, tendrá la opción, y
de hecho la usará, de cambiar su decisión para no generar más
pérdida.
Separar ambos escenarios, el interno y el externo, contribuye a
enriquecer el análisis y a utilizar la aplicación del equilibrio de Nash
y de teoría de juegos de manera adecuada, sin mezclar a los juga-
dores que participan en el desarrollo de las EIES, lo que mejorará
las decisiones futuras dentro de estas frente a la sociedad.
REFERENCIAS
[1] Anderson, R.; Sweeney, J. & Williams, A. (2010). Méto-
dos cuantitativos para los negocios. México DF.: Cengage
Learning.
[2] Deulofeu, J. (2010). Prisioneros con dilemas y estrategias
dominantes - Teoría de juegos. Navarra, España: Rodesa.
[3] Antequera, T. & Espinel, C. (2010). “Decisiones estratégi-
cas y de cooperación desde las matemáticas”. España.
Rodesa.
[4] Luis Daniel Muñoz Ramos, (2008). Algunos comentarios
sobre la teoría de juegos y la teoría de puntos fijos, vistos
desde el punto de vista de la teoría de las corresponden-
cias. Tesis: Titulo profesional de licenciado en matemáti-
cas. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima. Perú.
[5] Aumann, R. (1981). “Survey of Repeated games”. In Essay
in Game Theory and Mathematical Economics in Honor of
Oskar Morgenstern (pp.11-42). Bibliographisches Institut
Mannheim, Wein, Zurich.
[6] Rama, C. (2012). “El negocio universitario ‘for profit’ en
América Latina”. Recuperado de http://www.scielo.org.
[7] Schelling, T. (1984). Choice and Consequence. Perspecti-
ves of an errant Economist.Cambridge, Harvard University
Press.
ACERCA DEL AUTOR
Luis Miguel Salas Hidalgo
Estudios de MBA en la Universidad ESAN, con mención en Di-
rección General. Ingeniero industrial por la Universidad Nacional
Mayor de San Marcos. Investigador y profesor a tiempo parcial
en Tecsup. Más de veinte años de experiencia en empresas del
sector industrial y de servicios.
69
Determinación de la tecnología más adecuada para remover los contaminantes de los efluentes industriales de colorantes debixina y carmin
Palabras ClavesCarmín, bixina, DBO, DQO, SST,
oxidación avanzada, Fenton,
foto-Fenton, Fenton térmico
activado, Valores Máximos
Admisibles.
Key wordsCarmine, Bixine, BOD, COD,
TSS, advanced oxidation,
Fenton, Photo-Fenton, Activa-
ted Thermal Fenton, Maximum
Permissible Values.
RESUMEN
El principal objetivo del presente estudio fue determinar la tec-
nología fisicoquímica más adecuada para la remoción de con-
taminantes de los efluentes industriales de colorantes de bixi-
na y carmín. Dicha tecnología permite lograr que los valores de
demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de
oxígeno (DBO) y sólidos suspendidos totales (SST) estén por
debajo de los Valores Máximos Admisibles (VMA) normados por
el D.S. 021-2009 del Ministerio de Vivienda, Construcción y Sa-
neamiento del Perú.
De las tecnologías de oxidación avanzada que se aplicaron fue-
ron los procesos de Fenton simple, foto Fenton y Fenton térmico
activado los que registraron mejores resultados.
La investigación se realizó en los laboratorios de Tecsup. Los
análisis químicos fueron confirmados por un laboratorio acredita-
do. El estudio llegó a la conclusión que el Fenton térmico activa-
do es la tecnología de tratamiento más eficiente, y la que permite
cumplir con el objetivo planteado por el Decreto Supremo 021–
2009 del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento.
Es importante resaltar que el tratamiento de los efluentes des-
critos en este trabajo es complejo debido a que las moléculas
orgánicas que los constituyen presentan dobles enlaces conju-
gados en la bixina y anillos aromáticos en la molécula del ácido
carmínico.
ABSTRACT
The main objective of this study was to determine the most appro-
priate physicochemical technology for removing pollutants from
industrial effluents of bixin and carmine dyes, and thus achieve
values of chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen
demand (BOD) and total suspended solids (TSS) lower than the
Maximum Permissible Values (VMA) DS 021-2009 regulated by
the Ministry of Housing, Construction and Sanitation of Peru.
Among the advanced oxidation technologies applied, the best
results were obtained with Fenton, photo-Fenton and Activated
thermal Fenton.
The research was conducted in the laboratories of Tecsup. Che-
mical analyses were confirmed by an accredited laboratory. It was
determined that the activated thermal Fenton is the most efficient
treatment technology reaching the objective by the S.D. 021-
2009 ofthe Ministry of Housing, Construction and Sanitation.
Importantly, treatment of these effluents is complex because or-
ganic their molecules nave conjugated double bonds in bixin and
aromatic rings in carminic acid molecule.
Huguez Ames, Tecsup / María Reque & César Vásquez, Stockholm Mining
Fenton térmico activado en el tratamiento de efluentes de la producción
industrial de colorantes de carmín y bixina
Activated Thermal Fenton in the Treatment of Effluents from the Industrial
Production of Dyes Carmine and Bixin
INTRODUCCIÓN
En nuestro país la legislación medioambiental es cada vez más
exigente. En ese contexto, las industrias que están en ciudades
como Lima y vierten sus efluentes al sistema de alcantarillado de-
ben cumplir con los Valores Máximos admisibles (VMA) estipula-
dos en el D.S. 021-2009 del Ministerio de Vivienda, Construcción
y Saneamiento [1]. Por ello, investigaciones como la actual son
cada vez más necesarias para la industria, más aún si los verti-
mientos son dirigidos hacia los ríos, lagos, lagunas o mar, en los
que la exigencia legal es mayor respecto a los límites máximos
permisibles (LMP) y los estándares de calidad ambiental (ECA).
En el caso específico de este estudio, el efluente es generado
en una planta de colorantes a base de carmín y bixina para ali-
mentos. El principal objetivo del presente trabajo fue determinar
la tecnología fisicoquímica más adecuada para la remoción de
contaminantes de los efluentes industriales en cuestión, con el
fin de que los valores de la demanda química de oxígeno (DQO),
demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y sólidos suspendidos
totales (SST) se ajusten a los valores establecidos en el D.S. 021-
2009 del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento.
Este estudio tuvo también como objetivo definir el sistema com-
plementario de tratamiento de separación sólido-líquido de sedi-
mentación, coagulación–floculación, así como de afino con car-
bón activado.
FUNDAMENTOS
1. DESCRIPCIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS
Es la cantidad necesaria de oxígeno para oxidar la materia
orgánica susceptible a oxidación por medios químicos. En el
caso de la materia orgánica, esta se convierte en dióxido de
carbono y agua. La DQO se mide en mg/L.
Es la cantidad de oxígeno que los microorganismos, especial-
mente bacterias (aerobias o anaerobias facultativas: pseudo-
monas, escherichia, aerobacter, bacillus), hongos y plancton
consumen durante la degradación de las sustancias orgánicas
contenidas en la muestra. También se mide en mg/L.
Como el proceso de descomposición varía según la tempera-
tura, el análisis se realiza en forma estándar durante cinco días
a 20 ºC y el resultado se expresa como DBO5.
La DBO proporciona una medida aproximada de la materia or-
gánica biodegradable presente en las aguas residuales:
El valor de la DQO siempre será superior al de la DBO debido a
que muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamen-
te, pero no biológicamente.
Por otra parte, los gramos o miligramos de oxígeno se refieren, en
el caso de la DBO, a los requeridos por la degradación biológica
de la materia orgánica; mientras que en el caso de la DQO repre-
sentan los necesarios para la degradación química de la materia
orgánica.
La relación entre la DBO5 y la DQO da una idea del nivel de con-
taminación de las aguas.
5/DQO) < 0,20, casi toda la materia oxidable
es no biodegradable; por ello, no es aplicable un tratamiento
biológico pero sí fisicoquímico.
5/DQO) está en el rango < 0,20 – 0,60 >,
es necesario un tratamiento fisicoquímico o de combinación
con el sistema biológico. En este escenario se debe tener en
cuenta el área disponible para el sistema biológico, el capital
de inversión y los costos operativos, para decidir la tecnología
de tratamiento.
5/DQO) > 0,60, la mayoría de la materia
oxidable es biodegradable. En este caso, las aguas residuales
pueden ser tratadas por medios biológicos o fisicoquímicos.
Es importante resaltar que los tratamientos fisicoquímicos son
aplicables en cualquiera de los tres escenarios, pero si la DBO
se acerca al valor de la DQO hay posibilidades de que el tra-
tamiento sea biológico o incluso de combinar ambos. Ello de-
penderá de si existen áreas para el tratamiento biológico en el
recinto industrial, así como de los costos de inversión y costos
operativos.
-
zado en la evaluación de la calidad del agua y en su tratamien-
to. Indica la cantidad de sólidos no disueltos presentes, es
decir en suspensión (sedimentables o coloidales) y que pue-
den ser separados por coagulación–floculación y por medios
mecánicos, como la sedimentación, filtración al vacío o centri-
fugación. Está asociado a la turbidez del agua.
La turbidez es una medida cuantitativa ligada a los sólidos
suspendidos que suele usarse en la salida de las plantas de
tratamiento de aguas para indicar la calidad de los procesos.
Se expresa en NTU (unidades nefelométricas de turbidez) en
la estimación de la calidad del agua residual.
2. DESCRIPCIÓN DE LÍNEA DE EFLUENTES
Es un colorante natural empleado en la industria alimentaria
como aditivo. Es extraido del achiote (bixa orellana), especí-
72
ficamente del extracto el cual contiene annatto, la bixina y la
norbixina, entre otros. Su código es E-160b según la Unión
Europea. El annatto es la denominación dada al extracto cru-
do, mientras que la bixina es la parte del colorante liposoluble
y la norbixina, la parte hidrosoluble. Todos tienen capacidad
colorante [2].
Figura 1. Estructura de la bixina, colorante que proviene del achiote.Fuente: Adaptado de “Corantes naturais” por D. Ribeiro (2015).
Es uno de los colorantes más antiguos, que se emplea en
Europa desde hace trescientos años. Su poder colorante se
debe al ácido carmínico que se encuentra en el Dactilopius
coccus costa o cochinilla. El carmín es un complejo formado a
partir del ácido carmínico y iones aluminio y calcio, que se liga
también con compuestos proteicos. Su código es E120[2].
Figura 2. Estructura del acido carmínico, colorante proveniente de la cochinilla. Fuente: Adaptado de Apuntes de Ciencia y Tecnología.
3. TRATAMIENTO DE DETOXIFICACIÓN DE CONTAMINANTES
Son procesos en los cuales el agente oxidante por excelencia
es el radical hidroxilo (°OH), que se forma por ruptura homolí-
tica de la molécula que lo precede, generalmente peróxido de
hidrógeno. Este radical tiene un potencial de oxidación (
voltios) es mucho mayor que el de otros oxidantes tradiciona-
les. Estos radicales son capaces de oxidar compuestos orgá-
nicos principalmente por substracción de hidrógeno o adición
electrolítica a enlaces dobles para generar radicales orgánicos
libres (R°) los cuales con moléculas de oxígeno forman un ra-
dical peróxido, para luego dar paso una serie de reacciones
de degradación oxidativa que pueden conducir a la completa
mineralización de los contaminantes [6].
Es un proceso de oxidación avanzada en el cual se produ-
cen radicales hidroxilos altamente reactivos (°OH). Se realiza
en condiciones de ambiente ácido y a presión y temperatura
ambiente, mediante el uso de oxidantes fuertes a base de pe-
róxido de hidrógeno (H2O
2) estabilizado, que está catalizado
con metales de transición, generalmente hierro. La reacción se
aplica para el tratamiento de aguas residuales.
Fe2+ + H2O
2 Fe3+ + OH- + °OH
Fe3+ + H2O
2 Fe2+ + °OOH + H+
Es una variante del Fenton que involucra la absorción de luz
ultravioleta. Durante el proceso tienen lugar reacciones de
oxidación y reducción en presencia de un catalizador y de la
radiación ultravioleta, que generan oxidantes como el radical
hidroxilo, los cuales, en medio acuoso, reaccionan con los
contaminantes orgánicos y los degradan a dióxido de carbono
y agua (CO2 + H
2O) y otras sales.
Es una tecnología en la que aplican altas temperaturas, lo que
aumenta significativamente la eficacia del proceso de detoxi-
ficación de la carga orgánica, disminuye las dosis necesarias
del oxidante fuerte y de los iones de hierro y, por tanto, baja
también los costos operacionales del tratamiento.
La reducción con metabisulfito de sodio, anterior a la oxidación
avanzada, genera SO2 como agente reductor que rompe los
enlaces pi de las cadenas orgánicas complejas. Al respecto, F.
J. Padilla, C. G. Vargas Aya y F. Colpas (2000) en su investiga-
ción Degradación de cianuro en aguas residuales provenientes
de la actividad minera del municipio de San Martín de Loba
empleando métodos de oxidación química, plantean: “El poder
reductor de este producto puede ser sustituido por otros re-
73
ductores químicos que contienen SO2 como predecesor en su
proceso de fabricación y que, sin embargo, pueden sustituir al
bióxido de azufre en las reacciones de destrucción de cianu-
ros, eliminando los riesgos tanto físicos como ambientales que
implica el uso directo del SO2”.[5].
METODOLOGÍA
El estudio se realizó a partir de muestras compósito (acumula-
ción de efluente) generadas cada hora, por espacio de 5 horas
en 6 días intercalados. La investigación tuvo lugar en tuvo dos
momentos:
1. En diciembre del 2014, la caracterización de las muestras de
efluentes de bixina y carmín mostró una concentración media
de 6 420 mg/L de DQO y 890 mg/L de DBO5, con una rela-
ción DBO5/DQO de 0,14, que indicaba que el efluente no po-
día ser tratado biológicamente, aunado a que la industria que
solicitó el estudio no contaba con áreas para el tratamiento bio-
lógico. Entonces se estaba frente a un efluente que requería la
aplicación de una tecnología de oxidación avanzada. El Fenton
térmico activado fue la que logró mayor remoción con meno-
res dosis de químicos, al alcanzar niveles de DQO por debajo
de 1000 mg/L, DBO inferiores a 500 mg/L, y SST menores
también a 500 mg/L. Es importante recalcar que el estudio se
llevó a cabo cuando la planta industrial aún no trabajaba a su
capacidad máxima. Si tomamos como ejemplo, la muestra del
día 9 de diciembre del 2014, con una DQO de 6420 mg/L, se
obtuvo una DQO final de 202 mg/L, lo que aseguraba que era
el método correcto de tratar el efluente.
Para incrementar el rendimiento en la remoción de los conta-
minantes orgánicos del efluente se implementó un tratamien-
to químico de cinética de reacción, mediante un proceso de
reducción y oxidación avanzada a pH ácido, a una tempera-
tura de 75 °C a 80 °C para el rompimiento de los enlaces
carbono-hidrógeno-oxígeno; así como de algunos compues-
tos aromáticos a través del proceso Fenton térmico activado
que remueve la materia orgánica. Este tratamiento es seguido
de un proceso de coagulación y floculación para separar los
sólidos en suspensión por sedimentación y finalmente un afi-
namiento mediante el paso por carbón activado, para luego
descargar el efluente a la red de alcantarillado público, el cual
cumple los VMA del D.S. 021-2009 del Ministerio de Vivienda
Construcción y Saneamiento.
2. Las observaciones en el muestreo compósito fueron validadas
a partir del 14 de enero del 2015 en un sistema de producción
de planta a capacidad máxima y totalmente estabilizado, en
el que los valores de la DQO del efluente estaban por encima
de 12.000 mg/L. Los resultados iniciales promedio fueron los
siguientes:
Efluen-
te
Caudal
(m3/
día)
pHDBO
(mg/L)
DQO
(mg/L)
Ratio
DBO/
DQO
Bixina + carmín
95 4,8 – 5,2 10.442,90 12.259,00 0,852
Cuadro 1. Parámetros promedio con efluente estable. Fuente: Elaboración propia.
Para tratar los efluentes, se empleó la siguiente metodología de
aplicación del tratamiento Fenton en el laboratorio:
Acidificación del efluenteLos efluentes compósito tenían un pH entre 4,8 y 5,2, que se llevó
un valor de 3 para alcanzar la condición idónea de reducción. El
tiempo de reacción es de 5 minutos a 300 rpm.
Figura 3. Control de pH. Fuente: Elaboración propia
ReducciónUna vez a pH 3 se procede a la inyección de metabisulfito de
sodio, un agente reductor donador de dióxido de azufre (SO2),
con el objetivo de romper los enlaces dobles de los complejos
orgánicos presentes en los efluentes de carmín y bixina. Esta eta-
pa de activación de los complejos orgánicos fuertes permite las
condiciones de detoxificación para la siguiente etapa, y obtener
como subproductos dióxido de carbono y agua. El tiempo de
reacción es de 15 minutos a 300 rpm.
Inyección de sal de hierroSe dosifica sal de hierro para acondicionar con el catión Fe+2 con
el fin de obtener el metal disuelto para la catálisis y formación de
radical hidroxilo (°HO) en la etapa del proceso Fenton térmico. En
paralelo se eleva la temperatura hasta llegar a valores entre 75 °C
y 80 °C para volatilizar algunos complejos aromáticos y generar el
medio ideal para siguiente etapa. El tiempo de reacción y disolu-
ción en laboratorio es de 10 minutos a 300 rpm y a pH 3.
Figura 4. Disolución de sal de hierro. Fuente: Elaboración propia
74
Oxidación térmica FentonLuego de los 10 minutos necesarios para alcanzar una tempera-
tura en el rango de 75 °C a 80 °C en la etapa anterior, se procede
con la inyección del oxidante peróxido de hidrógeno estabilizado
de elevada capacidad cinética de solubilización, presentando un
aditivo inhibidor que evita su descomposición y la pérdida del ac-
tivo detoxificante.
Luego el radical hidroxilo (°HO) actúa sobre la carga orgánica de-
bilitada (que sufrió ruptura previa de enlaces dobles) y activada en
la etapa reductora, transformándolos en CO2 y H
2O.
El tiempo de reacción es de 30 minutos por cada tanque de de-
toxificación (dos tanques en serie) con la aplicación fraccionada
del oxidante y agitación a 300 rpm.
Figura 5. Oxidación avanzada con Fenton térmico. Fuente: Elaboración propia
EnfriamientoSe realiza el enfriamiento hasta temperatura ambiente para dar
las condiciones adecuadas a la siguiente etapa de oxigenación
residual y evitar la pérdida del oxígeno inyectado por disminución
de la solubilidad a elevada temperatura. El tiempo aproximado de
esta fase es de 30 minutos.
Oxidación activadaSe procede a oxigenar la solución tratada con oxígeno comprimi-
do para remover la pequeñísima carga orgánica que aún pueda
haber quedado no detoxificada. En paralelo, se alcaliniza la so-
lución con soda cáustica hasta llevarla a un pH de 8,5, mante-
niendo una velocidad de agitación promedio de 300 rpm por 15
minutos.
Figura 6. Oxigenación previa a la coagulación. Fuente: Elaboración propia
Coagulación y floculaciónPrimero se procede a la alcalinización del efluente a pH 8,5, para
luego aplicar un coagulante orgánico (polielectrolito aniónico)
mezclando a 400 rpm y un floculante aniónico a una velocidad de
agitación 100 rpm con el fin de generar los flocs necesarios que
serán separados de una manera fácil en el sistema de separación
sólido – líquido (sedimentación)
Figura 7. Homogenizador de polímero aniónico. Fuente: Elaboración propia
FiltraciónSe espera que el clarificado del sedimentador arrastre pequeños
sólidos en suspensión (SST), que le den una ligera turbidez a
la solución clarificada. Por ello, el over flow del sedimentador se
hace pasar por un filtro pulido de retención de SST finos con el fin
de no disminuir la eficiencia de remoción de la carga orgánica y
del color de efluente final tratado. En las pruebas de laboratorio se
utiliza papel filtro Whatman N°40 para esta etapa.
Figura 8. Proceso de filtración. Fuente: Elaboración propia
Clarificación y pulido con carbón activado
El filtrado debe pasar por un pulido final de remoción de residuales
orgánicos y de ligera turbidez a través de una columna de carbón
activado para obtener agua que cumpla con los VMA del D.S.
021-2009 – Vivienda. La necesidad de esta etapa se debe eva-
luar en un pilotaje (pruebas en continuo).
Figura 9. Adsorción de color y carga orgánica residual. Fuente: Elaboración propia
75
Figura 10. Producto final tratado. Fuente: Elaboración propia
FECHA N°MUESTRA
(1 LITRO)
TURBIDEZ
INICIAL
(NTU)
TURBIDEZ
FINAL
(NTU)
DQO
INICIAL
(mg/L)
DQO FINAL
(mg/L)
DBO INICIAL
(mg/L)
DBO FINAL
(mg/L)
06/01/15 1A B + C 511 92,10 4780 1560 850 460
1B B + C + T° 511 49,30 4780 1250 850 320
08/01/15 2A B + C 787 71,70 6510 2580 945 690
2B B + C + T° 787 12,08 6510 940 945 450
09/01/15 3A B + C 789 46,70 6510 2190 960 530
3B B + C + T° 789 29,80 6510 2830 960 380
12/01/15 4A B + C 516 108,00 6510 1100 875 510
4B B + C + T° 516 22,70 6510 1020 875 290
13/01/15 5A B + C 767 287,00 6490 1070 916 504
5B B + C + T° 767 29,20 6490 910 916 345
14/01/15 6A B + C 486 51,80 12060 5390 10442 2780
6B B + C + T° 486 40,30 12060 4670 10442 420
15/01/15 7A B + C 483 2,99 12040 2740 9840 2520
7B B + C + T° 483 4,65 12040 3560 9840 413
19/01/15 8A B + C 595 4,24 12540 1120 10345 2650
8B B + C + T° 595 1,71 12540 620 10345 417
20/01/15 9A B + C 589 4,64 12510 1010 9996 2420
9B B + C + T° 589 14,30 12510 1080 9996 401
21/01/15 10A B + C 597 15,00 12560 650 10220 2640
10B B + C + T° 597 14,30 12560 1040 10220 398
22/01/15 11A B + C 611 31,60 12420 840 10100 2540
11B B + C + T° 611 10,20 12420 960 10100 395
23/01/15 12A B + C 598 62,30 12620 940 9910 2438
12B B + C + T° 598 67,00 12620 950 9910 409
Cuadro 2. Resultados de análisis antes y después del tratamiento; para un litro de efluente. Fuente: Elaboración propia.
RESULTADOS
Se hicieron mediciones de turbidez, DQO y DBO en las mues-
tras obtenidas en dos momentos:
El cuadro 2 presenta los valores de cada uno de estos pará-
metros en el análisis inicial y final de las muestras en las fechas
consignadas.
A cada fecha (señalada por una cifra del 1 al 12) correspon-
den dos tipos de muestras de la misma mezcla de bixina y
carmín: las tratadas con Fenton simple (B+C), denotadas con
A; y las sometidas al tratamiento con Fenton térmico activado
(B+C+T°), denotadas con B.
76
Las primeras lecturas (entre el 6 y 13 de enero) indican una DQO
entre 4500 mg/L y 6500 mg/L, aproximadamente, en un periodo
en el que la producción de las corrientes de carmín y bixina no
operaba al 100% de su capacidad; en tanto que al regularizarse
la producción de la planta (entre el 14 y 23 de enero) se obtuvo
valores iniciales de la DQO mayores a 12000 mg/L.
Gráfica 1. Tratamiento de efluente con turbidez final < 100 NTU. Fuente: Elabora-ción propia.
Gráfica 2. Tratamiento de efluente con DQO inicial < 7,000 mg/L mediante Fenton simple y Fenton térmico activado. Fuente: Elaboración propia.
Gráfica 3. Tratamiento de efluentes con DQO inicial > 10 000 mg/L mediante Fen-ton térmico activado. Fuente: Elaboración propia.
-
lores finales más bajos de los parámetros que las muestras A.
Así también, en las gráficas 1, 2 y 3 se puede apreciar que
la tecnología Fenton térmico activado aplicada durante la in-
vestigación remueve más eficazmente la carga contaminantes
orgánica (DQO) y la turbidez (SST/NTU) de los efluentes anali-
zados, en los escenarios de toma de efluentes estabilizados y
no estabilizados. En ambos casos la remoción de contaminan-
tes mediante esta tecnología logra que los niveles de estos se
sitúen por debajo de los VMA del D.S. 021-2009 Vivienda que
se muestran en el siguiente cuadro:
PARÁMETRO VMA UNIDAD
DBO 500 mg/L
DQO 1000 mg/L
Sólidos suspendi-
dos totales/SST500 mg/L
Cuadro 3. Anexo N° 1 del D.S. 021-2009-Vivienda. Fuente: Adaptado de [1]
debe realizarse antes de la etapa de coagulación y floculación,
a la cual debe seguir la de sedimentación y filtración, para lue-
go pasar al afino en las columnas de carbón activado. En el
contexto de una planta real, la alta remoción de sólidos flo-
culados se da principalmente en el equipo de sedimentación,
cuyo clarificado pasa por un filtro de arena y una columna de
carbón para su posterior descarga en la red de alcantarillado, y
así cumplr con los VMA del D.S. 021-2009-Vivienda. Es decir,
antes de la separación sólido-líquido el efluente requiere un
proceso de reducción y oxidación avanzadas, para romper las
cadenas de carbono, sobre todo los dobles enlaces, anillos
aromáticos y los complejos orgánicos (CxH
yO
zN
w) generando
moléculas de dióxido de carbono (CO2) y agua principalmente.
CONCLUSIONES
de la investigación, en condiciones de alta producción fueron
más estables (ver cuadro 2) respecto a DQO, DBO y NTU
(caracterización antes de tratar), en comparación a las que se
tomaron al inicio del estudio.
eficiente desde el punto de vista fisicoquímico es el Fenton
térmico activado, por lo que se plantea su potencial aplicación
a efluentes que provienen de la producción de colorantes de
alimentos, sobre todo a base de bixina y carmín.
con un tratamiento de coagulación–floculación, un sistema de
separación sólido-líquido de sedimentación–filtración y una
etapa de afino con columnas de carbón activado.
efluente en un pilotaje continuo a bajo caudal para luego llevar
a escala lo que sería la planta real mediante un estudio de
ingeniería de detalle.
REFERENCIAS
[1] Ministerio de Vivienda; Construcción y Saneamiento. (2009).
D.S. 021-2009-Vivienda. Valores Máximos Admisibles (VMA)
de las descargas de aguas residuales no domésticas en el
sistema de alcantarillado sanitario.
N° de muestra
N° de muestra
N° de muestra
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[2] Felows, P. (1994). Tecnología del procesado de alimentos
(pp 517-520). Zaragoza: Editorial Acribia.
[3] Ribeiro, D. (2015). Corantes naturais. Recuperado de http://
quipibid.blogspot.com /2015/01/corantes-naturais.html
[4] Ciencia y tecnología (2015). ¿Qué es la cochinilla, carmín
o ácido carmínico (E120)? Recuperado de http://apuntes-
decienciaytecnologia.blogspot. com/2011/06/que-es-la-
cochinilla-carmin-o-acido.html
[5] Padilla, F.; Vargas Aya, C. & Colpas, F. (2000). Degradación
de cianuro en aguas residuales provenientes de la actividad
minera del municipio de San Martín de Loba empleando mé-
todos de oxidación química. Bolívar.
[6] Alarcón C. (2014). Curso de especialización: Tratamiento de
aguas residuales. Instituto de ciencias de la naturaleza, terri-
torio y energías renovables (INTE). Pontificia Universidad
Católica del Perú. Lima.
ACERCA DE LOS AUTORES
Huguez Enrique Ames Ramírez
Ingeniero químico por la Universidad Nacional Mayor de San Mar-
cos. Estudios de maestría en la Universidad de Piura. Miembro del
Colegio de Ingenieros del Perú. Experiencia en la industria química
y metalúrgica, principalmente en el tratamiento de aguas residua-
les de procedencia doméstica e industrial. Ha sido docente en la
Universidad Nacional Agraria La Molina, la Universidad Continental
de Ciencia e Ingeniería en Huancayo y el Instituto de Ciencias y
Humanidades. Es autor de diversos textos y compendios de cur-
sos universitarios y preuniversitarios. Ha sido asesor-consultor del
Ministerio de Educación en currículo, evaluación y materiales en
ciencias. Actualmente, es docente del Departamento de Minería
y Procesos Químico - Metalúrgicos en Tecsup Lima; además, es
consultor técnico en una reconocida empresa dedicada al trata-
miento de aguas y de efluentes industriales.
María Janet Reque Córdova
Bióloga por la Universidad Nacional San Luis Gonzaga. Estudios
de Biología Molecular Vegetal en la Universidad Nacional Mayor
de San Marcos. Experiencia en la industria alimentaria como ana-
lista de control de calidad en la empresa Icatom S.A., como jefa
de control de calidad en plantas agroexportadoras de diversos
productos agrícolas, así como asesora externa en biología mole-
cular vegetal para diversas entidades. Actualmente, trabaja en la
empresa Stockholm Mining S.A.C. que ofrece soluciones integra-
les en el tratamiento de aguas y de efluentes industriales.
César Daniel Vásquez Rodríguez
Ingeniero metalúrgico por la Universidad Nacional Mayor de San
Marcos. Estudios de diplomado en Sistemas de Gestión Inte-
grado y Sistema de Gestión QA/QC. .Miembro del Colegio de
Ingenieros del Perú. Experiencia en la industria metalúrgica de fun-
dición como supervisor en el Área de Procesos de Diseño de Sis-
tema de Alimentación en AutoCAD, en la industria de la corrosión
como supervisor de sistema de protección catódica e integridad
de ductos en el Proyecto de Camisea en Malvinas Provincia de
Echarte, La Convención, Cusco. Actualmente, trabaja en la em-
presa Stockholm Mining S.A.C. que ofrece soluciones integrales
en el tratamiento de aguas y de efluentes industriales.
78
INSTRUCCIONES PARA LOS AUTORES
La revista Investigación Aplicada e Innovación, I+i, es publicada anualmente con el objetivo de difundir trabajos de investigación
en ingeniería y tecnología, apoyando al sector productivo en la mejora de sus procesos, eficiencia de sus procedimientos e incor-
porando nuevas técnicas para fortalecer su competitividad. Las áreas principales de su cobertura temática son: Automatización
Industrial, Aviónica, Electrotecnia, Electrónica, Energía, Ensayo de materiales, Química y Metalúrgica, Educación, Gestión, Gestión
Industrial, Mantenimiento Industrial, Operaciones Mineras, Tecnología Agrícola, Tecnología de la Producción, Tecnología Mecánica
Eléctrica, Seguridad e Higiene Ocupacional y Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC).
Va dirigida a los profesionales de los sectores productivos y académicos en las áreas de la cobertura temática.
Requisitos para la publicación de artículos:
1. FORMATO Y ENVÍO DEL ARTÍCULO
2. ESTRUCTURA DEL ARTÍCULO
autores y su afiliación académica e institucional.
con cuerpo de 9 puntos.
– INTRODUCCIÓN: Explicar el problema general, definir el problema investigado, definir los objetivos del estudio e interesar
al lector en conocer el resto del artículo.
– FUNDAMENTOS: Presentar los antecedentes que fundamentan el estudio haciendo uso de citaciones según Norma
APA. Describir el estudio de la investigación incluyendo premisas y limitaciones.
– METODOLOGÍA: Explica cómo se llevó a la práctica el trabajo, justificando la elección de procedimientos y técnicas.
– RESULTADOS: Resumir la contribución del autor; presentar la información pertinente a los objetivos del estudio en forma
comprensible y coherente; mencionar todos los hallazgos relevantes, incluso aquellos contrarios a la hipótesis.
– CONCLUSIONES: Inferir o deducir una verdad de otras que se admiten, demuestran o presupone; responder a la(s)
pregunta(s) de investigación planteadas en la introducción y a las interrogantes que condujeron a la realización de la
investigación.
– REFERENCIAS: Incluye todas las fuentes mencionadas en el artículo. Es necesario colocar referencias de autoridad y
de carácter académico (revisión bibliográfica y de bases de datos). Trabajar bajo el formato del American Psychological
Association (Normas APA)
– ACERCA DEL AUTOR(ES): Incluir Información profesional breve de cada autor.
3. SELECCIÓN DE ARTÍCULOS
la entrega del texto anónimo a dos miembros del consejo editorial, uno externo y uno interno, especialistas en el tema. Si
ambos recomiendan su publicación, se acepta su dictamen y se comunica al autor; si no coinciden, el dictamen de otro
miembro será definitivo.
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César Nunura / César Lecaros
Caracterización del
acero inoxidable AISI 420 y los efectos de la
presencia de carburos de cromo en la estructura martensítica
Pág. 4
Elmer Ramirez
Modelo para viabilizar proyectos de
generación de electricidad
con ERNCen zonas rurales del Perú para
promover su desarrollo sosteniblePág. 12
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