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Ejemplar nro. 62, marzo 2012
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UNIVERSIDAD, CIENCIA
y TECNOLOGÍA
Vol. 16, Nº 62, Marzo 2012
Revista trimestral editada por la Universidad Nacional
Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”,
UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz.
INDIZADA EN:
Actualidad Iberoamericana
Aluminium Industry Abstracts
Corrosion Abstracts
CSA Engineering Research Database
CSA Materials Research Database with METADEX
CSA Recent References Related to Technology
CSA Technology Research Database
Environment Abstracts
LATINDEX
Mechanical & Transportation Engineering Abstracts
METADEX
REVENCYT
Colección SciELO Venezuela (www.scielo.org.ve)
REGISTRADA EN:
Ulrich΄s Internacional Periodicals Directory
Nuestra Portada:
Imagen del detector de neutrinos
Opera, en el Gran Sasso.
El experimento ha usado
satélites GPS para medir
el punto exacto de salida y
llegada de los neutrinos.
Se trata de partículas sin carga
que atraviesan la materia a raudales
sin perturbarla. Para poder cazarlos, el Opera usa
un muro subterráneo compuesto por 150.000 ladrillos que
contienen película fotográfica. El tiempo de
desplazamiento también se mide con relojes atómicos de
alta precisión.
Fuente: Laboratorio de Física Computacional de la
Sección de Física UNEXPO (Vicerrectorado Puerto
Ordaz)
DIRECTORIO DE LA REVISTA UNIVERSIDAD,
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Directora: Dra. Minerva Arzola
Editor: Dr. Luis Rosales
Comité Editorial (en orden alfabético):
Dr. Angel Custodio
Dra. Mayra D‟Armas
Dr. Herman Fernández
Dra. Linda Gil
Dr. Luis Rosales
Dr. Ovidio León
MSc. Sady Zurita
Autoridades Nacionales de la UNEXPO
Rectora: Lic. Rita Añez
Vice-Rectora Académica: Dra. Fraisa Codecido
Vice-Rectora Administrativa: Msc. Mazra Morales
Secretaria: Ing. Magly de Peraza
Autoridades Regionales, Vicerrectorado Puerto Ordaz
Vice-Rector: Dr. Ovidio León
Director Académico: Ing. Carlos Pietri
Director Administrativo: Msc. Miguel Leyton
Directora de Investig. y Postgrado: Dra. Minerva Arzola
Administración y transcripciones
TSU Zorelys Romero
Diseño Portada
Tec. Miguel Torres
Composición:
Dra. Mayra D‟Armas
Impresión:
Dirección de Investigación y Postgrado, UNEXPO Puerto
Ordaz
Publicación Financiada por:
Dirección de Investigación y Postgrado, UNEXPO,
Vicerrectorado Puerto Ordaz.
Los artículos, opiniones y colaboraciones que se publican en esta revista no representan necesariamente la filosofía informativa ni institucional de la
UNEXPO y podrán ser reproducidos previa autorización del Editor. En caso de reproducción se agradece citar la fuente y enviar ejemplares del medio utilizado a la UNEXPO, a la siguiente dirección: Dirección de Investigación y Postgrado, UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz, Alta Vista Sur, Urb. Villa
Asia, Final Calle China, Apdo. Postal 8050. Puerto Ordaz, Estado Bolívar, Venezuela. Telf./fax (0286) 9625245-9611382. Email:
1
CONTENIDO UNIVERSIDAD, CIENCIA
y TECNOLOGÍA
Vol. 16, Nº 62, Marzo 2012
ISSN 1316-4821
Árbitros
AMBIENTE
Rodríguez, Carmen. Calidad de cuerpos de agua: Municipios Heres y Caroní del Estado Bolívar,
Venezuela, Marzo-Abril 2010.
Olivo Garrido, M.L., Soto Olivo, A.G. Impactos potenciales de los cambios Climáticos.
CALIDAD DE INFORMACIÓN
Ortega Dinarle, Uzcategui Elluz, Guevara María M. EAIF: un Framework de Arquitectura
Empresarial Orientado a Servicio en Correspondencia con MDA.
Krastek Robert, Ramos Saibel, Duarte Ángel. Formulación de un Modelo Matemático para
Optimizar el tiempo de Producción en una Planta Extrusoras de Tubos.
MATEMÁTICA
Martínez, Héctor. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier y sus
aplicaciones.
MATERIALES
Rodríguez Rosa, Paz Alberto, Pereira María, Gutiérrez Delia. Conformado de un material
Denso – Poroso a base de Alúmina: Desarrollo del Proceso.
REDES INALÁMBRICAS
Pérez García Nelson, Herrera Jorge, Uzcategui José Rafael, Bernardo Peña José. Modelo de
Propagación en las Ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta (Colombia) para redes WLAN,
Operando en 2.4 GHz, en Ambientes Exteriores.
NOTA TÉCNICA
Vásquez Carmen, Osal Williams, Sudriá Antoni, Yepez Wilsón, Parra Estrella, Sánchez
Itha, Ramírez Pisco Rodrigo, Doyharzabal Julio, Llosas Yolanda. 3RO taller de “Eficiencia
Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad de Iberoamérica (EFESOS)
Normas de Publicación
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3
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23
33
42
47
54
65
72
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 2
Árbitros
Dr. Genni Aguilar-Hospital de Clínicas Caroní,
Puerto Ordaz
Dr. Alberto Jesús Andrade-LUZ
Dra. Minerva Arzola-UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Orlando Ayala-UDO, Puerto la Cruz
Dr. Máximo Benavides-UNEXPO Puerto Ordaz
Dra. Ingrid Berrueta-UNEXPO, Barquisimeto
Dr. Ali Bahsar-ULA
Dra. María Carolina Blanco-UNEXPO Barquisimeto
MSc. José Borjas-UNEXPO Puerto Ordaz
MSc. Antonio Bravo-UNET
MSc. Edwuin Carrasquero- UCV
Dr. José Contreras-ULA
Dr. Roberto Corral-Universidad de La Habana
Dr. Julio Cruz- USB
Dr. Ángel Custodio-UNEXPO Puerto Ordaz
Dra. Mayra D‟Armas- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Ramón Depool- UNEXPO Barquisimeto
Dr. Héctor Fernández- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Herman Fernández- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. José Folgueras- ICID, La Habana
MSc. Zulay Franco- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Luis Galván- USB
Dr. Francisco García Sánchez- USB
Dr. Luis García- UNEXPO Puerto Ordaz
MSc. Charlo González- UNEXPO Puerto Ordaz
Ing. Dosinda González- USB
Dra. Gema González- IVIC
MSc. Jesús González- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Leonardo González- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Rafael Guevara- UNEXPO Puerto Ordaz
Lic. Huáscar Guilarte-UNEXPO, Puerto Ordaz
Dr. Víctor Guzmán- USB
Dr. Diego Jugo- ULA
Dr. Jesús López- UNEXPO Puerto Ordaz
Dra. Gertrudis Márquez- VENALUM
Dr. Jairo Márquez- ULA
Dra. Olga Márquez- ULA
Dr. Dimas Mavares- UNEXPO Barquisimeto
Dr. Franklin Mendoza- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Agustín Mejías- Universidad de Carabobo
Dr. Fernando Mora- USB
MSc. Scandra Mora- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Luis Moreno- Royal Institute of Technology, Suecia
Dr. Jorge Mostany- USB
MSc. Ángel Olivier- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Adelmo Ortiz Conde- USB
Dr. Gianfranco Passariello- USB
Dr. Rafael Pérez Jiménez-Univ.de las Palmas, Gran
Canarias
Dr. Dester Perdomo- CUJAE, La Habana
Dra. Olga Prado- SIDOR
Dr. Eli Saúl Puchi- UCV
MSc. Richard Resplandor- UNEXPO Puerto Ordaz
Dra. Rosa Reyes- USB
Dr. Ernesto Rodríguez Denis- ISPJAE, La Habana
MSc. Gonzalo Rodríguez- EDELCA, Caracas
Ing. Luis Rojas Malavé- UNEXPO Barquisimeto
Dr. Rubén Rojas- ULA
Dr. Francisco Javier Rosas-ULA
Dr. Luis Rosales- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Augusto Ruiz- USB
Dr. José Ramón Rus- Fundación Instituto de
Ingeniería, Caracas
MSc. Luz Esther Salazar- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. Eugenio César Sánchez-ISPJAE, La Habana
Dr. Miguel Sánchez Gómez-LUZ
Ing. José Sánchez Medina- UNEXPO Puerto Ordaz
Dr. José Sarabia- UNEXPO Barquisimeto
Dr. Benjamín Scharifker- USB
Dr. José Manuel Sierra-Universidad de Oviedo, España
Dra. Mariana Staia- UCV
Dr. Nando Troyani- UDO Puerto La Cruz
Dra. Carmen Luisa Vásquez- UNEXPO Barquisimeto
Dr. Vijande-Universidad de Oviedo, España
Dra. Sara Wong- USB
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 3
CALIDAD DE CUERPOS DE AGUA: MUNICIPIOS HERES Y
CARONÍ DEL ESTADO BOLÍVAR, VENEZUELA
MARZO-ABRIL 2010
Rodríguez Carmen1
(Recibido octubre 2011, Aceptado febrero 2012) 1Universidad de Oriente - Núcleo Bolívar – Escuela de Ciencias de la Salud. Sección
Bioquímica. Coordinadora del Laboratorio Bacteriológico de Aguas de la UDO-Bolívar
Resumen: El término calidad de agua comprende las características biológicas, físicas y químicas del agua que
afectan su capacidad para sustentar la vida y su idoneidad. El estado Bolívar se caracteriza por sus riquezas
hídricas; de sus ríos caudalosos derivan cuerpos de agua que deberían ser evaluados con regularidad. El objetivo de
esta investigación fue determinar indicadores bacteriológicos y la caracterización fisicoquímica de cuerpos de agua
en dos municipios del estado Bolívar. Se realizó una investigación cuantitativa, descriptiva, transversal y de campo.
La muestra estuvo conformada por el agua cruda de 28 fuentes naturales de los ríos Orinoco y Caroní. Se
cuantificaron bacterias heterótrofas totales, coliformes totales, fecales, Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium
y Pseudomonas según Normas Venezolanas COVENIN. Se realizó examen fisicoquímico parcial: pH, turbiedad,
alcalinidad, cloruros, sulfato, dureza total, calcio, magnesio, manganeso, nitritos, hierro total, sílice; por Método
Estándar. Los resultados mostraron recuentos bacterianos que exceden la normativa venezolana oficial en tres
sectores del río Orinoco-tramo Ciudad Bolívar, así como en 50% y 20% de los balnearios muestreados en los
municipios Heres y Caroní respectivamente. Los resultados del examen fisicoquímico parcial se hallaron dentro de
los criterios de referencia establecidos para ello y fueron clasificadas como aguas de baja dureza.
Palabras clave: Indicadores Bacteriológicos/ Calidad de Agua/ Parámetros Fisicoquímicos/ Estado Bolívar/
Venezuela.
QUALITY OF WATER BODIES. HERES AND CARONI
MUNICIPALITIES OF BOLIVAR STATE, VENEZUELA.
MARCH-APRIL 2010
Abstract: The term water quality includes biological, physical and chemical properties of the water that affect its
ability to sustain life and its suitability. Bolivar State is known for its rich water sources, from its rivers derive
water bodies that should be evaluated regularly. The objective of this research was to determine bacteriological
indicators and physicochemical characterization of water bodies in two locations of Bolivar State. We performed a
quantitative, descriptive, transversal and field investigation. The sample consisted of raw water from 28 natural
sources of the Orinoco and Caroni rivers. Total heterotrophic, total coliforms and fecal bacteria, Escherichia coli,
Enterococcus, Clostridium and Pseudomonas were quantified according to COVENIN Venezuelan Standards.
Partial physicochemical examinations were done using Standard Method: pH, turbidity, alkalinity, chloride, sulfate,
total hardness, calcium, magnesium, manganese, nitrite, total iron, silicon. The results showed bacterial counts that
exceed the official Venezuelan law in three areas of the Orinoco River along the Ciudad Bolivar section as well as
in 50% and 20% of spas surveyed in municipalities of Caroní and Heres respectively. Physicochemical test results
were partially within the reference criteria set for it and were classified as low hardness waters.
Keywords: Bacterial Indicators/ Water Quality/ Physicochemical Parameters/ Bolívar State/ Venezuela.
I. INTRODUCCION
Un cuerpo de agua es todo sistema natural o artificial de
agua en la naturaleza, bien sea estático o dinámico de
carácter permanente, semipermanente o estacional. Es un
agua natural si proviene de fuentes naturales, tales como
ríos, lagos, manantiales; y es un agua cruda si es agua de
fuente natural sin ningún tipo de tratamiento [1]. La
calidad de un cuerpo de agua es la caracterización física,
química y biológica de aguas naturales para determinar su
composición y utilidad al hombre, a la mujer y demás
seres vivos; y contaminación de las aguas es la acción y el
efecto de introducir materias o formas de energía o
inducir condiciones en el agua que, de modo directo o
indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su
calidad en relación con los usos posteriores o con su
función ecológica. El concepto de degradación de las
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 4
aguas, incluye las alteraciones perjudiciales de su entorno
[2].
En vista de la importancia de la calidad del agua para la
salud y del uso recreativo de los cuerpos de agua de
origen fluvial del estado Bolívar, el objetivo de esta
investigación fue determinar indicadores de calidad
bacteriológica y fisicoquímica de aguas naturales ubicadas
en los municipios Heres y Caroní de este estado, todo bajo
lineamientos de Normas COVENIN, lo cual constituye
una referencia para los entes responsables del resguardo
de la salud pública a nivel regional.
En el desarrollo del artículo se presenta la importancia de
determinar la calidad del agua, la clasificación de estos
cuerpos de agua según la Normativa Oficial Venezolana,
la ubicación geográfica del área estudiada, los materiales
y métodos utilizados, valores de referencia de cada
parámetro, resultados, discusión de resultados,
conclusiones y referencias.
II. DESARROLLO
1. Fundamento teórico de la investigación.
La contaminación de los recursos hídricos superficiales es
un problema cada vez más grave, debido a que éstos se
usan como destino final de residuos domésticos e
industriales, sobre todo en las áreas urbanas e incluso en
numerosas ciudades del continente. Estas descargas son
las principales responsables de la alteración de la calidad
de las aguas naturales, que en algunos casos llegan a estar
tan contaminadas que su potabilización resulta muy difícil
y costosa [3].
El agua a través de su paso por el suelo, se carga de
minerales que le darán sus características peculiares, pero
también puede recoger materia orgánica, gases o
microorganismos [4]. Desde el punto de vista
microbiológico, el examen de la calidad sanitaria del agua
tiene por objeto determinar la presencia de ciertos grupos
de bacterias, que revelen una contaminación reciente por
materia fecal o materia orgánica, siendo el criterio más
utilizado la determinación de la clase y número de
microorganismos que ésta contiene. Tradicionalmente, se
han usado más ensayos para microorganismos indicadores
que para la determinación de microorganismos patógenos.
El grupo de bacterias coliformes ha sido siempre el
principal indicador de calidad de los distintos tipos de
agua; el número de coliformes en una muestra, se usa
como criterio de contaminación y, por lo tanto, de calidad
sanitaria de la misma [5].
2. Normativa Venezolana
Para clasificar y controlar la calidad de los cuerpos de
agua y vertidos o efluentes líquidos, se dispone en
Venezuela de la Norma Oficial que clasifica al agua en
siete tipos y la analizada en esta investigación se incluye
como Agua Tipo 4, Subtipo 4A y que corresponde a
“Agua destinada a balnearios, deportes acuáticos, pesca
deportiva, comercial y de subsistencia”, “Agua para el
contacto humano total”. A su vez contempla los
parámetros de interés bacteriológico y fisicoquímico que
determinan si el agua es apta o no para el contacto
humano total o parcial para cada tipo y subtipo de agua
[6].
3. Materiales y Métodos
Se realizó una investigación cuantitativa, aplicada,
descriptiva, transversal y de campo. Se evaluaron desde el
punto de vista bacteriológico y fisicoquímico un total de
28 muestras de agua de fuentes naturales provenientes de
los ríos Orinoco y Caroní, específicamente de los distritos
Heres y Caroní, distribuidas de la siguiente forma:
- Río Orinoco: diez (10) muestras de cinco sectores del
tramo Ciudad Bolívar, cuatro (4) muestras de dos lagunas,
cuatro (4) muestras de balnearios (Figura 1).
- Río Caroní: diez (10) muestras de agua procedentes de
balnearios que forman parte del Bajo Caroní (Figura 2).
Figura 1. Puntos de muestreo Río Orinoco. A) Desembocadura Río San Rafael, B) Sector Buena Vista, C) Balsa de
succión CVG, D) Sector Cruz del Perdón, E) La Alameda, y F,G) Lagunas del Río Orinoco.
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Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 5
Figura 2. Puntos de muestreo balnearios Río Caroní. A) Playa Bonita, B) Tierra Nueva, C) Kukenan, D) San Juan, E)
Mi Bohio, F) Valle Lindo, G) El Rey, H) San Isidro, I) Copacabana.
3.1 Recolección y transporte de muestras [7]
Para los ensayos bacteriológicos se usaron botellas de
vidrio con capacidad de 250 ml, que se esterilizaron a
121°C de temperatura y 15 libras de presión durante 15
minutos. Para las determinaciones fisicoquímicas se
utilizaron envases de vidrio, con tapa, con capacidad de
500 ml, previamente enjuagados con mezcla
sulfocrómica, luego se enjuagaron con abundante agua
corriente y finalmente con agua destilada. Al tomar la
muestra se enjuagó el envase en el agua, se sumergió
totalmente utilizando un dispositivo de muestreo, y se
dejó que el agua entrase en el envase durante 30
segundos, siempre tomando la muestra de debajo de la
superficie, y en el caso de presencia de corriente de agua
la muestra se captó en sentido contrario a la misma. Las
muestras fueron tomadas desde una lancha a 10 metros
aproximadamente de la orilla.
Posteriormente fueron trasladadas en cavas portátiles que
contenían hielo al Laboratorio Bacteriológico de Aguas y
Laboratorio de Bioquímica, ambos ubicados en la
Universidad de Oriente, Núcleo de Bolívar; y duplicados
de las mismas al Laboratorio de Aguas Las Mercedes de
la empresa Hidrocaribe C.A, ubicado en El Tigre, estado
Anzoátegui, para ser procesadas antes de 6 horas de haber
sido colectadas.
3.2 Métodos
Para análisis bacteriológicos se procesaron por duplicado
las muestras de agua y sus diluciones con agua peptonada
al 0,9% preparadas según la Norma Venezolana [8]. Se
cuantificaron bacterias heterótrofas totales por vertido en
placa [9], clostridios sulfito-reductores [10], coliformes
totales por el método de tubos múltiples [11], coliformes
fecales y Escherichia coli [12] y Enterococcus [10].
El análisis fisicoquímico parcial incluyó determinación de
pH que se realizó con pHmetro Jemway, turbidez [13],
alcalinidad [14], cloruros [15], sulfatos [16], dureza total-
calcio-magnesio [17], nitritos [18], hierro [19],
manganeso [20] y sílice [21].
Para la comparación de resultados y determinar si el agua
analizada era apta o no para el contacto humano, se
tomaron en cuenta las Normas Oficiales para la calidad
del agua en Venezuela [6] que señalan como valores de
referencia: Coliformes Totales < 5000 NMP/100 ml y
Coliformes Fecales < 1000 NMP/100 ml. La ausencia de
Coliformes Totales y Fecales debe expresarse como <2,2
NMP/100ml (Norma COVENIN 3047-93).
Para las determinaciones fisicoquímicas la referencia
indica como límite máximo permisible: pH 8,5; turbiedad
<250 NTU; alcalinidad <500 mg/l; cloruros 600 mg/l;
sulfatos 400 mg/l; dureza total 500 mg/l; nitritos 10 mg/l;
calcio 200 mg/l; hierro total 1 mg/l.
Se utilizó estadística descriptiva y los resultados se
presentaron en tablas de frecuencia, se utilizó la media
aritmética como medida de tendencia central y la t de
Student para establecer la existencia o no de diferencia
significativa en cuanto a los parámetros fisicoquímicos.
4. Resultados
La Tabla I muestra los recuentos de indicadores
bacterianos en muestras del río Orinoco, tramo Ciudad
Bolívar, y se evidencia que los niveles más elevados se
encuentran en los sectores Desembocadura del Río San
Rafael, La Cruz del Perdón y La Alameda, con valores de
hasta 106 UFC/100 ml para bacterias heterótrofas totales;
además, presencia de Escherichia coli y valores de
enterococos de hasta dos diluciones decimales.
En la Tabla II se presentan recuentos de indicadores
bacterianos de dos lagunas del río Orinoco, con elevación
de bacterias heterótrofas, y ausencia de coliformes
fecales, E. coli y enterococos en todas las muestras.
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Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 6
Tabla I. Indicadores bacterianos en agua del río Orinoco, tramo Ciudad Bolívar. Marzo-abril 2010
Lugar del
muestreo (Río
Orinoco)
Bacterias
heterótrofas
totales
UFC/100 ml
Clostridios
sulfito
reductores
UFC/100 ml
Coliformes
Totales
NMP/100 ml
Coliformes
Fecales
NMP/100 ml
E. coli Entero-cocos
UFC/
100 ml
Sector Buena
Vista
7 x 102 1,1 x 10 70 <2,2 0 0
1,5 x 103 3,0 x 10 70 <2,2 0 0
Frente a la balsa
de succión CVG 2,4 x 10
3 9,1 x 10 24 <2,2 0 0
1,3 x 10 1,0 x 10 12 <2,2 0 0
Desembocadura
Río San Rafael
2,3 x 104
Incontables a
las 24h
2.100
1.300
Positivo
1,2 x 102
1,9 x 104 1,3 x 10
2 2.400
<2,2 0 0
Sector La Cruz del
Perdón
5 x 105
Incontables a
las 24h 10.000
6.000 Positivo 2,0 x 10
2
3,2 x 106
Incontables a
las 24h 70.000 24.000 Positivo 1,7 x 10
2
Sector
La Alameda
3,8 x 106
Incontables a
las 24h > 100.000 70.000 Positivo 1,7 x 10
2
3,6 x 106
Incontables a
las 24h > 100.000 70.000 Positivo 2,1 x 10
2
Tabla II. Indicadores bacterianos en agua de la Laguna Los Francos y Laguna del Medio, municipio Heres-estado
Bolívar. Marzo-abril 2010
La Tabla III muestra las determinaciones bacteriológicas
realizadas a balnearios del municipio Heres y revela que
solo el Balneario Marcella del municipio Heres (25%)
mostró recuento de coliformes totales que exceden la
norma oficial. Además, el Balneario La Candelaria (25%)
mostró presencia de E. coli y enterococos, con valores de
coliformes fecales dentro de los límites esperados.
Lugar del
muestreo
(lagunas río
Orinoco)
Bacterias
heterótrofas
totales
UFC/100 ml
Clostridios
sulfito
reductores
UFC/100 ml
Coliformes
Totales
NMP/100 ml
Coliformes
Fecales
NMP/100 ml
E. coli
Entero-
cocos UFC/
100ml
Laguna del
Medio (mitad
de la laguna)
4,8 x 104
1 x 102
130
< 2,2
0
0
Laguna del
Medio (zona
orilla sur)
3,2 x 104
6,0 x 102
< 2,2
< 2,2
0
0
Laguna de
Los Francos
(mitad de la
laguna)
6,0 x 103
5,0 x 102
< 2,2
< 2,2
0
0
Laguna de
Los Francos
(zona orilla
norte)
1,2 x 104
8,0 x 102
< 2,2
< 2,2
0
0
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Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 7
Tabla III. Indicadores bacterianos en cuerpos de agua recreacionales del municipio Heres-estado Bolívar.
Marzo-abril 2010
En cuanto a los análisis bacteriológicos correspondientes
a balnearios del río Caroní, la Tabla IV muestra recuentos
de hasta 107 UFC/100 ml de bacterias heterótrofas para
estos espacios recreacionales, con ausencia de coliformes
totales y fecales en el 50% de los balnearios muestreados
(Playa Bonita, Tierra Nueva, Mi Bohio, El Rey y San
Isidro). Por otra parte, el 20% de los balnearios (San Juan
y Copacabana) presentaron recuentos de coliformes que
exceden la norma oficial para este tipo de aguas. En el
50% de los análisis se evidenció Escherichia coli.
Tabla IV. Indicadores bacterianos en cuerpos de agua recreacionales del municipio Caroní-estado Bolívar.
Marzo-abril 2010
Con relación al análisis fisicoquímico parcial de las aguas
de balnearios de municipio Heres y Caroní,, las Tablas V
y VI muestran valores dentro de la norma oficial para
todos los parámetros analizados, inclusive algunos de
ellos, muy cercanos a cero.
Balnearios
municipio Heres
Bacterias
heterótrofas
totales
UFC/100 ml
Clostridios
sulfito
reductores
UFC/100 ml
Coliformes
Totales
NMP/100 ml
Coliformes
Fecales
NMP/100 ml
E. coli
Entero-
cocos
UFC/
100ml
Balneario Militar GN
Carlos José Navarro
(C/2do
F)
1,1 x 105
1,0 x 10 620 < 2,2 0 0
Balneario La
Candelaria (Quebrada
de la Virgen)
6,5 x 103
8,3 x 102 2400 620 Positivo 2,3 x 10
2
Balneario El Bosque 3,1 x 103
1,0 x 10 120 < 2,2 0 0
Balneario Marcella 1,0 x 105
3,0 x 10 7000 < 2,2 0 0
Balnearios
municipio
Caroní
Bacterias
heterótrofas
totales
UFC/100 ml
Clostridios
sulfito
reductores
UFC/100 ml
Coliformes
Totales
NMP/100 ml
Coliformes
Fecales
NMP/100 ml
E. coli
Entero-
cocos
UFC/
100ml
Playa Bonita 3,4 x 103
1,8 x 10 < 2,2 < 2,2 0 0
Tierra Nueva 8,6 x 103
1,0 x 10 < 2,2 < 2,2 0 0
Kukenan 1,3 x 107
2,1 x 10 60 45 Positivo 0
San Juan 2,8 x 104
2,3 x 102
+ 10000 6200 Positivo 3,2 x 10
Mi Bohio 8,8 x 103
1,7 x 10 < 2,2 < 2,2 0 0
Valle Lindo 6,0 x 104
1,1 x 102
620 230 Positivo 1,1 x 10
El Rey 1,2 x 105
1,7 x 10 < 2,2 < 2,2 0 0
San Isidro 2,2 x 103
1,2 x 10 < 2,2 < 2,2 0 0
Copacabana 6,4 x 104
1,9 x 102
+ 10000 6200 Positivo 1,0 x 10
Ula Ula 2,0 x 107
3,0 x 102
620 230 Positivo 2,2 x 102
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 8
Tabla V. Análisis fisicoquímico parcial a cuerpos de agua recreacionales de municipio Heres del estado Bolívar.
Marzo-abril 2010
(gl=3) 90% de confianza – p>0,05 para todos los parámetros
Tabla VI. Análisis fisicoquímico parcial a cuerpos de agua recreacionales de municipio Caroní del estado Bolívar.
Marzo-abril 2010
(gl=9) 90% de confianza - p<0,05 para todos los parámetros
El análisis fisicoquímico realizado a aguas de los ríos
Orinoco y Caroní con muestreo en pleno cauce, mostró
también valores contemplados dentro de la normativa
oficial para los parámetros estudiados. Estos resultados se
muestran en la Tabla VII.
Balnearios
municipio Heres pH
Turbiedad
(NTU)
Alcalinidad
(mg/l)
Cloruros
(mg/l)
Sulfatos
(mg/l)
Dureza total
(mg/l CaCO3)
Nitritos
(mg/l)
Balneario Militar
GN Carlos José
Navarro (C/2do
F)
7,40 2,40 0,19 0,0576 0,1 284 0,0184
Balneario La
Candelaria 7,70 3,10 0,19 0,0601 0 300 0,0625
Balneario El
Bosque 7,50 1,50 0,19 0,0523 0,1 280 0,0223
Balneario
Marcella 7,60 4,12 0,05 0,7451 0,1 250 0,0772
Balnearios
municipio
Caroní
pH Turbiedad
(NTU)
Alcalinidad
(mg/l)
Cloruros
(mg/l)
Sulfatos
(mg/l)
Dureza
total (mg/l
CaCO3)
Nitritos
(mg/l)
Playa Bonita 7,60 2,30 0,05 0,0649 0,1 284 0,0957
Tierra Nueva 7,60 2,43 0,05 0,0409 0 250 0,0736
Kukenan 7,50 9,94 0,05 0,0312 0 250 0,0920
San Juan 7,40 1,99 0,05 0,0264 0 250 0,0736
Mi Bohio 7,40 1,57 0,05 0,0673 0 250 0,0736
Valle Lindo 7,30 1,59 0,05 0,0649 0 250 0,0920
El Rey 7,40 1,33 0,05 0,0937 0 250 0,0846
San Isidro 7,40 1,80 0,05 0,0871 0 250 0,0699
Copacabana 7,20 1,57 0,05 0,0673 0,1 284 0,0077
Ula Ula 7,10 >9,99 0,05 0,0649 0 250 0,0736
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, C. Calidad de Cuerpo de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 9
Tabla VII. Análisis fisicoquímico parcial de agua de los ríos Orinoco y Caroní del estado Bolívar. Marzo-abril 2010
PARÁMETROS DE CAPTACIÓN RÍO ORINOCO RÍO CARONÍ
pH 3,50 3,40
Turbiedad (NTU) 2,72 3,21
Alcalinidad (mg/l) 0,05 0,05
Cloruros (mg/l) 0,0673 0,0899
Sulfatos (mg/l) 0,1 0
Dureza total (mg/l CaCO3) 250 250
Nitritos (mg/l) 0,0244 0,01355
Calcio (mg/l) 0 0
Hierro total (mg/l) 0,38 0,74
Manganeso total (mg/l) 0 0
Magnesio (mg/l) 0 0
Sílice (mg/l) 6,94 2,17
p<0,05 para todos los parámetros
5. Discusión de Resultados
El control de calidad de los cuerpos de agua y de los
vertidos líquidos incluye la caracterización física, química
y biológica de las aguas naturales para determinar su
composición y utilidad al ser humano y demás seres
vivos. Esta investigación incluyó parámetros
bacteriológicos y fisicoquímicos de muestras de agua
provenientes de los ríos Orinoco y Caroní del estado
Bolívar.
El río Orinoco, dada su amplia longitud y caudal, y que
además extiende casi las dos terceras partes de su cuenca
en Venezuela, debe ser analizado por tramos, sectores o
cuerpos de agua que genere, por sus zonas de navegación,
o por áreas de contacto humano total o parcial. Es por ello
que los indicadores bacteriológicos y sus parámetros
fisicoquímicos variarán en función a las actividades
humanas que se realicen en el entorno, al igual que en
otros ríos.
En los cuerpos de agua del río Orinoco analizados en esta
investigación destaca la contaminación bacteriana en los
sectores Desembocadura del Río San Rafael, La Cruz del
Perdón y La Alameda, justamente frente a Ciudad
Bolívar, producto de las descargas no controladas que se
producen en la margen derecha del río. Es de hacer notar
que el sector La Alameda mostró niveles de bacterias
heterótrofas totales de hasta 3,6 x 106 UFC/100 ml y
recuentos de clostridios sulfito-reductores, coliformes y
enterococos superiores a los demás analizados, lo cual
pudiera explicarse porque geográficamente está ubicado
río abajo en comparación con los anteriores y el efecto de
las descargas es sumativo. En el caso de la Laguna Los
Francos y Laguna del Medio no se encontraron resultados
que denotaran la presencia de descargas en las mismas;
mientras que en los balnearios del río Orinoco, solo el
denominado Marcella mostró valores de coliformes
totales fuera de la norma oficial.
Son exiguas las publicaciones de trabajos similares en los
sectores del río Orinoco que se muestrearon en este
estudio. En otros sectores del río se estudió la variación de
bacterias heterótrofas, coliformes totales y fecales en el
Bajo Río Orinoco y se evidenció una alta contaminación
en su margen derecha durante la temporada de aguas altas
en sectores donde se ubican Ciudad Guayana y su zona
industrial (>1600 NMP/100 ml de coliformes fecales) y
la población de Los Castillos de Guayana, mientras que en
la misma época, en la margen derecha, a la altura de la
población El Almacén, antes de Ciudad Bolívar, los
niveles de coliformes totales y coliformes fecales fueron
muy bajos lo cual coincide con la ausencia de actividades
industriales y poblaciones capaces de modificar con sus
descargas la calidad de las aguas en este sector [22].
Por otra parte, en una región del Delta del Orinoco, a la
altura de la población de Tucupita, se determinaron
coliformes totales en cinco estaciones en el primer
muestreo y en seis en el segundo; Escherichia coli fue
detectada en la mitad de las muestras en ambos períodos,
y los recuentos de los organismos heterótrofos aerobios en
seis estaciones fueron mayores de 2,0 x 103 UFC/100 ml
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, C. Calidad de Cuerpo de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 10
[23]. En el río Orinoco, también se han señalado
recuentos de 3,33 NMP/100 ml para coliformes totales
pero sin especificar coordenadas del sector muestreado
[24].
Con relación a las determinaciones bacteriológicas
realizadas a los cuerpos de agua del río Caroní, en esta
investigación se determinaron recuentos de coliformes
que exceden la norma oficial para este tipo de aguas en
20% de los balnearios con presencia de Escherichia coli
en 50% de los balnearios. Es de hacer notar que los
balnearios muestreados se ubican en el Lago de Macagua,
excepto el balneario Ula Ula ubicado a 30 min de Ciudad
Guayana y cuyas aguas forman parte del embalse Guri.
La situación del Lago de Macagua ya ha sido denunciada
en oportunidad anterior [25] en la cual se muestrearon,
entre otros, tres balnearios que coinciden con los de esta
investigación (Kukenán, San Juan, El Rey) y ya
mostraban recuentos de coliformes totales y fecales de
hasta 930 NMP/100 ml, por encima de la normativa
oficial venezolana.
A este respecto, se ha señalado la muy comprometida
calidad de las aguas que ingresan constantemente al Lago
de Macagua, de donde, por cierto, se nutre la Planta de
Tratamiento de Toro Muerto, localizada a escasísimos
metros del vertedero de la quebrada natural que se conoce
con ese mismo nombre, y el drenaje de Morocure, un
poco más al sur, que son las dos zonas del cuerpo de agua
dulce en estado verdaderamente crítico, pues los análisis
microbiológicos indican serios niveles de contaminación
por la presencia de coliformes totales y fecales. Se supone
que en ambos casos, tanto la quebrada de Toro Muerto
como el vertedero de Morocure, debían funcionar como
colectores de agua de lluvia desde diferentes puntos de la
ciudad hasta el Lago de Macagua. Sin embargo, al parecer
múltiples conexiones indeseadas e ilegales, han colmado
estos drenajes naturales con aguas residuales de algunas
industrias ubicadas en las márgenes del río Caroní, y de
cloacas con su consabido contenido de materia orgánica
que llega al embalse sin ningún tipo de tratamiento previo
[26].
Por su parte, también se señala que la calidad del agua de
la cuenca del río Caroní es escasa y dispersa, y entre los
planes estratégicos de la cuenca se tiene que para la
conservación de las aguas es necesario mejorar e
incrementar la evaluación sistemática de las
características físicas, químicas y biológicas de las aguas
producidas en la cuenca y su variación en el tiempo como
consecuencia de los usos agrícolas vegetal y animal,
forestal y minero, para garantizar la calidad y cantidad del
flujo hidráulico almacenado en el embalse y la
operatividad de la infraestructura hidroeléctrica [27].
Con relación a las determinaciones de parámetros
fisicoquímicos de pH, turbiedad, alcalinidad, cloruros,
sulfatos, dureza total y nitritos realizados en esta
investigación, se encontró que se ubicaron dentro de lo
establecido por la normativa oficial venezolana; y además,
sin diferencia estadísticamente significativa en cuanto a su
procedencia. No se encontraron publicaciones recientes
con relación a estas características del agua para el río
Caroní, se dispone de datos de hace 25 años al respecto;
mientras que para el río Orinoco la información es
incompleta.
En el Delta del Orinoco se han determinado valores más
bajos de pH con un promedio de 5,20 [23]; valores de pH
6,78 en otro sector del río [24, 28]. Sin embargo, todos
están dentro del valor permisible el cual señala un
máximo de 8,5 para este parámetro. Similar situación se
evidenció al determinar alcalinidad, dureza, calcio,
magnesio, cloruro y sulfatos en agua cruda del río
Orinoco, con valores dentro de los estándares [24].
En definitiva, la interdependencia del recurso agua en
cualquier ecosistema o ambiente, reviste gran
importancia, por lo que su análisis bacteriológico y
fisicoquímico no puede ser obviado en el estudio
ambiental de los proyectos. Su análisis debe procurar
mantener y mejorar las características de calidad y
cantidad del recurso, y asegurar su permanencia para, por
una parte, garantizar sus funciones fundamentales en los
sistemas naturales, y por otra, suplir su demanda social en
condiciones de sustentabilidad ambiental.
III. CONCLUSIONES
1. El estudio bacteriológico del agua del río Orinoco,
tramo Ciudad Bolívar, indica que el agua procedente de
los sectores Desembocadura del Río San Rafael, Sector
La Cruz del Perdón y Sector La Alameda no es apta para
el contacto humano porque sus recuentos exceden los
límites de la norma sanitaria vigente para este tipo de
aguas. En las dos lagunas de este río que fueron
analizadas, sus recuentos bacterianos están dentro de la
norma.
2. De los balnearios muestreados provenientes del río
Orinoco (municipio Heres), el 50% son aptos para el
contacto humano. En el Balneario La Candelaria hay que
prestar especial atención a la presencia de contaminación
fecal reciente en el agua (Escherichia coli), aun cuando
sus valores de coliformes fecales están dentro del criterio.
4. De los balnearios muestreados provenientes del río
Caroní (municipio Caroní), el 80% son aptos para el
contacto humano, y de éstos hay que determinar las
causas de contaminación fecal reciente al 37,5% de los
mismos, ya que mostraron presencia de Escherichia coli,
aun cuando sus valores de coliformes fecales están dentro
del criterio.
5. En el análisis fisicoquímico parcial de aguas
recreacionales de los ríos Orinoco y Caroní, los resultados
se ajustaron a los estándares de calidad del Ministerio del
Ambiente y de los Recursos Naturales (Decreto 883).
6. Las aguas de los ríos Orinoco y Caroní carecen de iones
cálcicos y magnésicos a causa del nivel bajo de dureza del
agua, lo cual las clasifica como aguas muy suaves que
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, C. Calidad de Cuerpo de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11 11
pudieran acondicionarse con tratamientos convencionales
para su potabilización. Su contenido en hierro está
condicionado por la naturaleza de los suelos de la región.
Todos los parámetros analizados se ubicaron dentro de los
estándares.
7. Finalmente, es importante destacar la importancia de
realizar este tipo de estudios para la prevención, control
y/o remediación de los problemas ambientales presentes
en tan importantes ecosistemas.
IV. REFERENCIAS
1. Norma Venezolana COVENIN 2634-2002, Aguas
naturales, industriales y residuales, Definiciones, 1ra
revisión, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 2002.
2. Ley de Aguas, Gaceta Oficial Nº 38.595 del 2 de enero
de 2007.
3. Barrenechea, A. Aspectos fisicoquímicos de la calidad
del agua, Manual I, Teoría, Tomo I, 2000, pp 2-55.
4. Rodríguez, R., Martínez, C., Hernández, D., Lucas, J.,
Acevedo, M. Calidad del agua de fuentes de manantial
en la zona básica de salud de Sigüenza, Rev Esp Salud
Pub, Vol 77, Nº 3, 2003, pp. 423-432.
5. Silva, J., Ramírez, L., Alfieri, A., Rivas, G., Sánchez,
M. Determinación de microorganismos indicadores de
calidad sanitaria: Coliformes totales, coliformes
fecales y aerobios mesófilos en agua potable envasada
y distribuida en San Diego, estado Carabobo,
Venezuela, Rev Soc.Ven Microbiol, Vol 24, Nº 1-2,
2004, pp. 46-49.
6. MSDS, Ministerio de Sanidad y desarrollo Social,
Norma Oficial, “Normas para la Clasificación y el
Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y
Vertidos o Efluentes Líquidos”, Gaceta Oficial
Extraordinaria 5.021, Decreto 883, Caracas,
Venezuela, 1996, pp 24.
7. Norma Venezolana COVENIN 2614-94, Calidad del
agua y procesamiento de muestras para determinación
de coliformes fecales, 1ra revisión, Fondonorma,
Caracas, Venezuela, 1994.
8. Norma Venezolana COVENIN 1126-89, Preparación
de medios de cultivo para estudio microbiológico, 1ra
revisión, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1989.
9. Norma Venezolana Covenin 902-87, Método para
recuento de colonias de bacterias aerobias en placas de
Petri, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1987.
10. APHA, American Public Health Association, Standard
methods for the examination of water and wastewater,
21th
Edition, Washington, DC. Bauer, S. B., and T.A.
Burton, 2005, pp 1368.
11. Norma Venezolana Covenin 3047-93, Agua potable,
Método de determinación del número más probable de
bacterias coliformes, Fondonorma, Caracas,
Venezuela, 1993.
12. Norma Venezolana Covenin 1104-96, Determinación
del número más probable de coliformes, de coliformes
fecales y de Escherichia coli, 2da revisión,
Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1996.
13. Norma Venezolana COVENIN 2186-84, Agua
potable, Determinación de Turbiedad, Fondonorma,
Caracas, Venezuela, 1984.
14. Norma Venezolana COVENIN 2188-84, Agua
potable, Determinación de Alcanilidad, Fondonorma,
Caracas, Venezuela, 1984.
15. Norma Venezolana COVENIN 2138-84, Aguas
naturales, industriales y residuales, Determinación de
Cloruros, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1984.
16. Norma Venezolana COVENIN 2189-84, Agua
potable, Determinación de Sulfato, Fondonorma,
Caracas, Venezuela, 1984.
17. Norma Venezolana COVENIN 2408-86, Aguas
naturales, industriales y residuales. Determinación de
Dureza Total y Calcio, Magnesio por cálculo,
Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1986.
18. Norma Venezolana COVENIN 2317-85, Agua,
Determinación de Nitrito, Fondonorma, Caracas,
Venezuela, 1985.
19. Norma Venezolana COVENIN 2120-84,
Determinación de Hierro, Fondonorma, Caracas,
Venezuela, 1984.
20. Norma Venezolana COVENIN 2382-86, Agua,
Determinación de Manganeso, Fondonorma, Caracas,
Venezuela, 1986.
21. Norma Venezolana COVENIN 2737-90, Aguas
naturales, industriales y residuales, Determinación de
Sílice, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1990.
22. Bastardo, A., Bastardo, H., Rosales, J. Diversidad
funcional de las bacterias heterótrofas del bajo río
Orinoco, Venezuela, Ecotróp, Vol 20, Nº 1, 2007, pp.
15-23.
23. Madrazo, J., Iriarte, M. Condición del agua para beber
y preparar alimentos de la población Warao de la
Barra de Makareo, Municipio Tucupita, estado Delta
Amacuro, Venezuela, INHRR, Vol 36, Nº 1, 2005, pp.
12-16.
24. Mora, V., Cedeño, J. Determinación fisicoquímica y
bacteriológica del agua en las etapas de tratamiento en
planta de potabilización, UCT, Vol 10, Nº 37, 2006,
pp. 41-45.
25. Boccalon, A. Severos niveles de contaminación fecal
en vertederos Morocure y Toro Muerto, [En Línea],
Disponible:
http://www.analitica.com/va/ambiente/opinion/201435
8.asp [Diciembre, 2009], 2001.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22 12
IMPACTOS POTENCIALES DE LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS
Olivo-Garrido, M. L.1 y Soto-Olivo, A. G.
2
(Recibido mayo 2010, Aceptado febrero 2012) 1Universidad Central de Venezuela, Facultad de Medicina.
2 Universidad Simón Bolívar. Maestría Desarrollo y Ambiente
[email protected]. [email protected].
Resumen: Cada vez existe mayor consenso científico sobre la incidencia de un factor antrópico en la tendencia
ascendente de la temperatura superficial del aire durante los últimos años. Distintos modelos climáticos han
proyectado un calentamiento a nivel mundial para fines de este siglo, en un rango comprendido entre 1,0 a 6,4 ºC,
dependiendo de varias hipótesis de desarrollo, crecimiento población, uso de energía, entre otras. Este incremento
de temperatura impactará de diferentes maneras aspectos, tales como el balance hídrico, las actividades
económicas, la biodiversidad, la salud, modos de vida, migraciones y el ascenso del nivel del mar. El objetivo de la
investigación es realizar un análisis teórico sobre los impactos potenciales del incremento de temperatura a
consecuencia del cambio climático. El estudio consiste en una extensa investigación documental, con el propósito
de ampliar los conocimientos sobre los impactos potenciales del cambio climático antropogénico sobre el
ecosistema humano, y de renovar el alerta a la comunidad científica y público en general sobre esta problemática.
Se propone promover la educación formal e informal para enfrentar las consecuencias del cambio climático.
Palabras clave: Cambio Climático/ Impactos/ Temperatura/ Educación
POTENTIAL IMPACTS OF CLIMATE CHANGE Abstract: Every time there is more scientific consensus on the incidence of an anthropic factor in the upward trend
in surface air temperature during recent years. Different climate models have projected warming at the global level
by the end of this century, at range between 1,0 to 6,4 ° C, depending on several hypotheses development, growing
population, the use of energy, among others. This increase in temperature will impact in different ways aspects,
such as the water balance, economic activities, biodiversity, health, modes of life, migrations, and sea-level rise.
This research objective is referred to perform a theoretical analysis of the potential impacts of the increase in
temperature as a result of climate change. The study consists of an extensive documentary research with the aim to
extend knowledge about the potential impacts of anthropogenic climate change on the human ecosystem, and renew
the alert to the scientific community and public in general on this issue. It aims to promote the formal and informal
education to address the consequences of climate change.
Keywords: Climate Change/ Impacts/ Temperature/ Education.
I. INTRODUCCIÓN
Un tema que estimula la investigación y análisis de los
especialistas del área ambiental, es el cambio climático y
sus impactos en el mundo, destacando el efecto
invernadero como agente causal, y como consecuencia el
aumento de temperatura.
Existe consenso científico sobre la tendencia ascendente
de la temperatura promedio superficial del aire durante los
últimos años. Se ha comprobado un aumento de
aproximadamente 0,76 °C desde finales del siglo XIX,
cambio que seguramente no tiene un origen totalmente
natural (1).
A través de la aplicación de varios modelos climáticos se
ha proyectado el calentamiento a nivel mundial para fines
de este siglo, en un rango comprendido entre 1,0 a 6,4 ºC
(2), dependiendo de varias hipótesis relacionadas con el
aumento de la población, crecimiento económico, uso de
la tierra, sector forestal, cambios tecnológicos,
disponibilidad y demanda de energía más el uso de
combustibles en el período 1990 a 2100.
De manera que ya nos estamos enfrentando a los efectos
del cambio climático global, como resultado de las
emisiones de origen antropogénico de gases con efecto
invernadero (GEI).
El ascenso de la temperatura del aire está ocasionando el
retiro global de los glaciares de montaña, la reducción de
la cubierta de nieve, la fusión más temprana del hielo de
ríos y lagos en primavera, las modificaciones en los
patrones hídricos, la disminución de la biodiversidad, la
alteración de ecosistemas terrestres y acuáticos, la
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22 13
afectación a la salud y en la tasa acelerada de aumento del
nivel del mar (2, 3).
Esta investigación consiste en una exhaustiva revisión y
análisis de los efectos del ascenso de la temperatura del
aire sobre los siguientes aspectos: el ciclo hidrológico, el
componente terrestre, la salud y glaciares y placas de
hielo.
II. DESARROLLO
1. Metodología
Esta investigación es parte de un estudio amplio sobre
cambios climáticos realizado por las autoras. Se
caracteriza por ser de tipo documental, basada en la
recopilación y análisis de una extensa y actualizada
bibliografía especializada, relacionada sobre los impactos
del potencial incremento de temperatura del aire en el
ecosistema humano, debido al cambio climático
antropogénico. Se consultó información analógica y
digital, informes técnicos generados por diferentes
organismos nacionales e internacionales y material
hemerográfico.
2. Revisión y análisis documental
2.1 Impactos de los cambios climáticos
Las modificaciones naturales en el clima ya han
provocado efectos importantes en distintos aspectos del
desarrollo humano. Se han documentado algunas
respuestas de las civilizaciones antiguas que estuvieron
expuestas a cambios climáticos persistentes, y que
posiblemente ocasionaron el colapso del Imperio Maya
Clásico, y afectaron Egipto, Mesopotamia y Europa,
durante los cuatro siglos de la Pequeña Edad de Hielo (4).
Los impactos con origen humano se están observando en
muchas partes del mundo y seguirán intensificándose, si
no se toman medidas para atenuarlos. A continuación se
presentan algunos de los efectos más resaltantes:
2.2 Ciclo hidrológico
Con temperaturas más cálidas, el ciclo hidrológico será más
vigoroso, produciendo alteraciones en los regímenes de
circulación atmosférica con efectos en la frecuencia y
estacionalidad de las precipitaciones y en el incremento
global en la tasa de evaporación y precipitación (5). De
manera que son de esperar sequías e inundaciones con
varios grados de severidad en diferentes regiones del
mundo.
Los cambios en el ciclo hidrológico afectarán actividades
y componentes del ecosistema tales como la
disponibilidad del agua, biodiversidad, salud humana,
modos de vida, actividades económicas (especialmente la
agropecuaria), movimientos migratorios y la
infraestructura, entre otros.
Se estima que una tercera parte de la población del
mundo, se localiza en la actualidad en países sometidos a
tensiones por escasez de agua y se prevé que este número
aumente aproximadamente a 5.000 millones en el año
2025 (6).
Investigaciones recientes también han señalado el efecto
que las modificaciones en el clima podrían tener sobre la
reducción de las reservas de agua de algunos países,
pudiéndose generar conflictos por su acceso (7). En este
sentido, se ha indicado que en las próximas décadas, el
calentamiento climático va a provocar una modificación
en el tema de la seguridad estratégica (8).
El Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales de
Venezuela investigó el efecto del cambio climático sobre
las precipitaciones, utilizando el software magicc/scengen
para generar diversos escenarios de emisiones y estimar
los cambios futuros de precipitación y temperatura (9).
El resultado de este análisis apunta hacia un futuro más
seco que la situación actual. Sus conclusiones establecen
que los cambios máximos en la precipitación oscilarían
entre: 9 % a 13 % (2025) y de 33 % a 40 % (2100).
Adicionalmente, señala que las repercusiones del cambio
climático sobre los regímenes de humedad y temperatura
en Venezuela, se manifestarían en el régimen hídrico,
disponibilidad de agua, número de meses húmedos,
excesos de agua, confort humano y animal, y el riesgo de
incendios.
Desde otro punto de vista, se ha planteado que se
intensificarán los sucesos meteorológicos extremos (10);
otros investigadores apoyan esta aseveración (11),
señalando que el aumento en el número de estos eventos
durante el último siglo, se correlacionan estrechamente
con el incremento en las temperaturas en la superficie del
mar.
2.3 Componente terrestre
Las características climáticas influyen sobre la
distribución de las especies a través de sus umbrales
fisiológicos de tolerancia a la temperatura y precipitación.
Actualmente esta distribución está cambiando de acuerdo
a la capacidad de dispersión en latitud y altitud (12), que
depende de la capacidad reproductora, dispersión de
semillas, disponibilidad de corredores migratorios y
movilidad, movilidad de las poblaciones (alimento,
competencia y relaciones predador-presa), frecuencia de
agentes perturbadores (como el fuego) y la disponibilidad
de un hábitat adecuado, entre otras (13).
Un incremento de apenas 1°C puede causar cambios
significativos en la composición, estructura y distribución
de ciertas poblaciones vegetales y, de acuerdo con (14), es
de esperar un reemplazo de los árboles asociados a
bosques maduros (especies de lento crecimiento) por
árboles y arbustos de rápido crecimiento asociados con
áreas perturbadas.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22 14
Asimismo, se prevé que la distribución de la vegetación se
desplace a mayor altitud a un ritmo de 8-10 m por década,
por lo que podrían extinguirse algunas especies limitadas
a las cumbres montañosas (15).
Otros estudios muestran que los márgenes de distribución
de algunas especies han estado modificándose: en aves
18,9 km en promedio en Gran Bretaña (16), y mariposas,
Euphydryas editha que se han desplazado más al norte y a
mayor altitud, 2º en latitud (17).
Bajo el escenario del futuro cambio del clima, hay un
riesgo de extinciones significativas de especies en muchas
áreas de América tropical (18). En el caso de los
mamíferos, (19) se ha establecido que casi la tercera parte
está amenazada por la extinción, mientras que en aves se
estima que más del 72 % de las especies se extingan en
algunas áreas (20).
Se conocen casos de extinción de especies animales
comunes y el incremento de especies raras en el desierto
de Sonora, el solapamiento temporal de nichos en anfibios
de Inglaterra y sus consecuencias sobre las interacciones
tróficas (12) y el colapso poblacional de veinte especies
de ranas y sapos en los bosques montanos de Costa Rica
por la disminución de la neblina desde 1970 (21). En este
último caso, se ha señalado que los anfibios están
expuestos a la pérdida de hábitat, a los herbicidas, a la luz
ultravioleta, a una enfermedad transmitida por hongos
(chytridiomycosis), a las especies invasoras y hasta la
influencia del cambio climático (22). Recientemente,
resultados de estudios muestran que el ascenso de
temperatura también está incidiendo en la reproducción
exitosa de varias especies de lagartijos (23).
Por otra parte, desde los años 60 en Europa y en América
del Norte se han reportado tendencias fenológicas (ciencia
que estudia las relaciones de los factores climáticos y los
ciclos de los seres vivos) que han provocado problemas de
desincronización biológica. Entre los efectos más
comunes se hallan aquellos relacionados con actividades
propias de la primavera, tales como floración más
temprana de plantas; adelanto en el canto, en las puestas y
en los procesos de migración de aves y en el desove y
coros anticipados en anfibios (12).
También se han detectado cambios fisiológicos que
indican que el aumento de CO2 atmosférico tiene el
potencial de estimular la producción de biomasa aérea y la
respuesta específica de crecimiento de las especies (24).
En virtud de lo complejo de los factores determinantes, las
respuestas de los ecosistemas y de las especies no son
sencillas y por lo general oscilarán entre dispersiones
uniformes y progresivas, a esfuerzos repentinos
caracterizados por grandes avances.
Desde otro punto de vista, se conoce que históricamente,
la agricultura se ha adaptado a las condiciones cambiantes
del clima, pero no se sabe con certeza si estará en
capacidad de hacerlo con los cambios climáticos
antropogénicos. Además, se debe tomar en cuenta que la
competencia por la tierra y el recurso agua, desde otros
sectores de la economía, también serán afectados por este
fenómeno.
Los ascensos de temperatura y en las concentraciones de
los GEI, y las alteraciones del ciclo hidrológico, también
afectarían la actividad agropecuaria a través de impactos
en la productividad de las cosechas, calidad de los suelos,
plagas y enfermedades del ganado, entre otros.
La respuesta neta de los ecosistemas al incremento del
CO2 atmosférico, ya sea directa o indirectamente a través
de los cambios de temperatura y disponibilidad de agua,
es muy compleja. Probablemente, el incremento gradual
de las concentraciones de CO2 tenga sólo un impacto
también paulatino en los ecosistemas terrestres (25).
Sin embargo, se considera que una atmósfera con
concentraciones mayores de CO2, podrían resultar tasas
más altas de fotosíntesis y un uso del agua más eficiente
de parte de los cultivos (26). Sin embargo, es necesario
hacer una diferenciación ya que la intensidad de la
respuesta de la fotosíntesis al incremento en la
concentración de CO2, dependerá de los pasos
fotosintéticos usados por las plantas (27).
En la Tabla I se muestran algunos resultados de la
aplicación de modelos de circulación general (MCG)
considerando un escenario de incremento de temperatura
en el rango de 1 a 4,5 ° C y concentraciones duplicadas de
dióxido de carbono.
Sólo recientemente se comenzó a evaluar el efecto de los
cambios climáticos sobre el sector agrícola en Venezuela,
a través de modelos de simulación dirigidos a los
rendimientos de cultivos anuales en algunas localidades
para el escenario intermedio de cambio climático (29).
Un estimado del efecto del cambio climático sobre los
rendimientos y, consecuentemente, sobre la producción
nacional de maíz (Zea mays L.), caraota (Phaseolmmmus
vulgaris) y arroz (Oryza sativa L), se muestra en la Tabla
II. Para el año 2020, se estimaron disminuciones entre
116 y 204 kg/ha de maíz, entre 42 y 240 kg/ha de caraota
y entre 493 y 494 kg/ha de arroz, dependiendo de la
localidad (29).
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Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22 15
Tabla I. Aplicación de modelos de circulación general en la agricultura
Región Cultivo Impacto en la
productividad (%) Comentarios
China Arroz - 78 a + 28 Incluye arroz con y sin riego.
Europa
Maíz - 30 y aumenta
Datos de Francia, España y norte de Europa; con
adaptación al efecto de CO2; asume estaciones más largas
y menor eficiencia de irrigación.
Trigo Aumento o
disminución
Datos de Francia, Reino Unido y norte de Europa; con
adaptación al efecto de CO2; plantea estaciones más
largas; aumento de daños por plagas.
Vegetales Aumento Datos de Reino Unido y norte de Europa, asume
incremento por daños de plagas.
África
Maíz - 65 a + 6 Datos de Egipto, Kenia, África de Sur, Zimbabwe; con
efecto de CO2.
Mijo - 79 a -63 Datos de Senegal.
Norte América
Maíz - 55 a + 62 Datos de USA y Canadá, con y sin adaptación y con y sin
efecto de CO2. Trigo - 100 a + 234
Soya - 96 a + 58 Datos de USA; con incremento con CO2 y adaptación.
América Latina
Maíz - 61 y aumenta Datos de Argentina, Brasil, Chile y México; con y sin
efecto de CO2.
Trigo - 50 a +5 Datos de Argentina, Uruguay y Brasil; con y sin efecto de
CO2.
Soya - 10 a + 40 Datos de Brasil con efecto de CO2.
Fuente: (28)
Tabla II. Reducciones de rendimientos de cultivos en Venezuela
Reducciones de rendimientos
Cultivo Años
2020 2060
Maíz 2,3 a 4,4 % 6,2 a 12,0 %
Caraota 2,2 a 13,4 % 8,7 a 43,2 %
Arroz 3,1 a 4,4 % 7,6 a 11,8 %
Fuente:(29)
El informe señalado anteriormente, indica que los
incrementos en la temperatura mínima parecen ser el
factor principal en las reducciones de los rendimientos,
mientras que las variaciones en precipitación y otras
variables asociadas al balance hídrico, afectarían en
menor medida el rendimiento de los cultivos.
Para analizar el impacto a nivel de la distribución
geográfica de cultivos, los especialistas elaboraron el
mapa de uso actual de la tierra, utilizando conjuntamente
los mapas de precipitación anual para los años 2020, 2040
y 2060. De esta comparación se evidencia un futuro más
seco en general, y se identificaron las zonas en las cuales
se produciría un mayor impacto sobre áreas de uso
agrícola (29).
2.4 Salud
Se puede afirmar que la cuantificación de los impactos
potenciales en la salud como consecuencia de los cambios
climáticos es compleja, porque estos efectos dependen de
numerosos factores coexistentes e interactuantes que
caracterizan la vulnerabilidad de una población particular,
y que incluyen aspectos ambientales y socioeconómicos,
estado nutricional e inmunológico, densidad de población,
acceso a servicios de salud y factores genéticos, entre
otros.
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Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22 16
De forma general, se pueden identificar efectos en la
mortalidad y morbilidad (principalmente cardiovascular y
respiratoria) relacionados con el aumento de calor y frío
(30, 31). Además de desórdenes alérgicos y respiratorios
debido a aumento de contaminantes en el aire, polen y
esporas (Figura 1).
Adicionalmente, en vista que los cambios temporales y
espaciales de las temperaturas, incidirán en los patrones
de precipitaciones y de humedad que afectan a la biología
y ecología de los vectores y los huéspedes intermedios, se
incrementará el riesgo de transmisión de ciertas
enfermedades (32).
En Venezuela, se han llevado a cabo investigaciones
sobre:
Métodos geoespaciales aplicados a la salud pública e
impactos epidemiológicos (33, 34). La relación entre
el número de casos de dengue y malaria con series
mensuales de lluvia (35, 36).
La vinculación de las condiciones físico-ambientales
y socioeconómicas para la identificación de áreas de
riesgo epidemiológico para el virus de la fiebre
amarilla selvática (37).
El rango geográfico, la tasa de desarrollo, la abundancia
estacional y la sobrevivencia de los insectos vectores, está
fuertemente relacionada con la temperatura del aire, la
precipitación y la humedad. Se ha reportado que un
aumento en esta temperatura, acelera la tasa metabólica
del insecto, incrementa la producción de huevos, provoca
que la alimentación con sangre sea frecuente y la
reducción del ciclo gonotrófico (38). En el caso de la
malaria se ha comprobado el acortamiento del ciclo
extrínseco del parásito dentro del vector, lo que
incrementa su tiempo de vida (2).
Fuente: (30) modificado por la autora.
Figura 1. Impactos de los cambios climáticos en la salud
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De manera que se registrará el aumento de la frecuencia
en la transmisión potencial de enfermedades infecciosas,
mediadas por vectores (malaria, dengue, fiebre amarilla,
mal de Chagas, oncocercosis, leishmaniasis cutánea, entre
otras), que son sensibles a las condiciones climáticas.
Adicionalmente, se estima que podrían expandirse y
reaparecer en muchos países enfermedades infecciosas no
transmitidas por vectores, tales como el cólera,
salmonelosis, esquistosomiasis y giardiasis, como
resultado de las mayores temperaturas y un aumento de
zonas anegadas (39, 40).
Adicionalmente, pueden presentarse daños generales en la
infraestructura pública de salud por desastres climáticos y
aumento del nivel del mar, agravados por las migraciones
humanas forzadas por los cambios del clima. Las
inundaciones podrían desplazar poblaciones enteras,
conduciendo a la aparición de enfermedades, efectos
fisiológicos adversos y otros tensores (41). En los países
en vías de desarrollo, las poblaciones se han vuelto más
vulnerables a los desastres, que inciden en brotes de
cólera, leptospirosis, malaria y dengue, entre otros (31).
En la Tabla III se presentan algunas enfermedades, sus
vías de transmisión y la relación con elementos
climáticos.
Tabla III. Algunas enfermedades transmisibles y su relación con el clima
Enfermedad Transmisión Relación clima-epidemias
Cólera Agente causal, bacteria Vibrio
cholerae, por alimentos y agua.
Incremento de la temperatura en el mar y aire.
Tienen rol importante el saneamiento y conducta
humana.
Malaria Vector hembra del mosquito
Anopheles, parásito Plasmodium.
Cambios en temperatura y precipitaciones asociados
con epidemias. Otros factores relevantes son las
características del vector inmunidad, población.
Leishmaniasis
Vector díptero Phlebotomus,
agente protozoo Leishmania.
Reservorios cánidos, roedores.
Incrementos de temperaturas y precipitaciones. Se
asocian a epidemias.
Esquistomiasis o
Bilharziasis
Transmisión por agua, un caracol
es el huésped intermedio, parásito
tremátodo del género
Schistosoma.
Incrementos en la temperatura y precipitaciones
pueden afectar la transmisión estacional y
distribución geográfica.
Oncocercosis Vector insecto Simulium, parásito
filaria Onchocerca volvulus.
Si la temperatura y las precipitaciones aumentan, su
densidad poblacional pudiera incrementarse 25 %,
incidiendo en su expansión.
Enfermedad de
Chagas
Género Rhodonius, Triatoma y
Panstrongylus, parásito
Trypanosoma cruzy.
Presencia de insectos están relacionada con
temperaturas altas, baja humedad y tipos
vegetación.
Dengue Picadura de la hembra del
mosquito Aedes transmite el virus.
Temperaturas cálidas, humedad y lluvias se
relacionan con epidemias. Son importantes los
factores no climáticos.
Virus del Nilo
Occidental
Vector hembra del mosquito
Culex, agente flavivirus.
Altas temperaturas y fuertes precipitaciones están
relacionadas con el comienzo de las epidemias. Los
factores no climáticos pueden tener impactos
importantes.
Fiebre amarilla
Vector hembra de Aedes y
Haemogogus, agente viral.
Reservorios mamíferos.
Altas temperaturas y fuertes precipitaciones están
relacionadas con epidemias. Factores poblacionales
intrínsecos son importantes.
Leptospirosis
Vectores roedores, mamíferos por
tejidos o excretas; agente
espiroquetas.
Factores de riesgo en situaciones de falta de
saneamiento ambiental, anegamientos, pobreza,
hacinamiento.
Fuente: (30) modificado por la autora.
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2.5 Glaciares y placas de hielo
Muchos de los cambios físicos que los científicos han
valorado como consistentes con el cambio climático se
están observando actualmente, en especial en las regiones
polares, ya que allí se manifiestan con más rapidez las
alteraciones asociadas con el incremento de temperatura
(42).
Los estudios sugieren que los niveles del océano pueden
irreversiblemente subir en los venideros años, ya que el
calentamiento a lo largo de la costa está provocando la
fusión de los hielos, con la liberación más rápida de las
placas de hielo al mar (43).
El Panel Intergubernamental reporta que la última vez que
las regiones polares estuvieron más calientes que en la
actualidad hace unos 125.000 años, las reducciones en el
volumen del hielo polar provocaron un aumento en el
nivel del mar de 4 a 6 m (44).
Durante la segunda mitad del siglo XX, las capas de nieve
disminuyeron en muchas regiones polares, como en el
Hemisferio Norte, donde la reducción fue de
aproximadamente 7 %. Adicionalmente, la fecha
promedio de congelamiento para ríos y lagos se ha
atrasado en unos 5,8 días por siglo, mientras que la época
promedio de descongelamiento se ha adelantado unos 6,5
días/ siglo en los últimos 150 años (44).
En el mar Antártico la extensión del hielo ha disminuido
entre 10 y 15 %, desde 1950 a principios de 1970. Se ha
señalado que las temperaturas han aumentado cinco veces
más que el promedio global en los últimos 50 años, la
temperatura actual promedio es 2,5 ºC mayor que la
registrada en 1940 (45, 46).
Un grupo de científicos del “British Antarctic Survey”,
demostraron por primera vez la relación entre la
destrucción de las plataformas de hielo y el calentamiento
global, así como el desplazamiento acelerado de los
glaciares (47).
En el océano Ártico la situación es similar, la extensión
del hielo se ha reducido 2,7% por década desde 1978 (44).
De acuerdo con algunos investigadores (48, 49), las
temperaturas medias en el Ártico se incrementaron casi al
doble que la media mundial en los últimos cien años y
están aumentando más rápidamente que en el Antártico.
Científicos de la Universidad de Texas (50), concluyeron
que esta capa de hielo está desapareciendo a una tasa
creciente de 240 km/ año desde el año 2004.
Adicionalmente, los registros señalan que en Alaska
durante las tres décadas pasadas, la temperatura promedio
subió 2,31 ºC y que su bosque boreal (árboles y arbustos)
se está extendiendo hacia el norte a una tasa de 100 km.
por 1 ºC de aumento, colonizando progresivamente las
regiones anteriormente ocupadas por la tundra (51).
El calentamiento global también está ocasionando la
fusión del “permafrost” (capa de hielo sólido permanente)
que ha actuado como un sumidero de carbono por miles
de años (52, 53), afectando construcciones, hábitats de
plantas y animales y generando extensas aperturas en el
casquete de hielo perenne del mar Ártico, que de
continuar, abriría nuevas rutas comerciales a través de
este océano (54).
Se conoce la situación de los glaciares en las montañas
Himalaya y los de Tianshan, que han disminuido 67 % su
superficie durante las décadas pasadas (55), de los lagos
glaciales en Nepal y Bután que se han vuelto
potencialmente peligrosos para los asentamientos
ubicados río abajo, y del Kilimanjaro, Tanzania, donde se
reporta una pérdida de 82 % de la capa de hielo desde
1912 (56).
En Europa, trece glaciares del Pirineo han desaparecido
en apenas una década, de 1993 a 2002, y otros cuatro han
disminuido marcadamente su superficie (57). En España,
los glaciares de Aragón presentan lenguas de hielo cuya
extensión se ha reducido a la mitad desde 1982, de
manera que solamente quince sistemas pueden seguir
siendo considerados como glaciares. En Suiza, también se
ha reportado que los glaciares se han estado adelgazando
y retirando desde mediados del siglo XIX (46).
Esta situación no es ajena a la zona intertropical, donde
también se está observando el retroceso de los glaciares.
Algunas investigaciones indican que la mayoría de los
glaciares de América del Sur, desde Colombia a Chile y a
la Argentina, están reduciendo drásticamente su volumen
a una tasa acelerada (58).
Registros del siglo XX y XXI también reportan que en
Venezuela está ocurriendo el deshielo de los glaciares. En
el Pleistoceno, los glaciares merideños cubrían un área
aproximada de 200 km2, superficie que se ha estado
reduciendo hasta llegar a 1 km2 en el
año 1991 (59, 60).
III. CONCLUSIONES
1. Existe una tendencia ascendente de la temperatura
promedio superficial durante los últimos años
seguramente un factor antrópico está interviniendo.
2. Se están presentando impactos en el ciclo hidrológico;
en la composición, estructura, distribución y
desincronización biológica de ciertas poblaciones
vegetales; tasas más altas de fotosíntesis y un uso del
agua más eficiente de parte de los cultivos,
dependiendo de pasos fotosintéticos; reducciones en
rendimientos de cultivos; en la morbi-mortalidad;
desórdenes alérgicos y respiratorios y del riesgo de
transmisión de ciertas enfermedades; fusión de
glaciares y placas de hielo.
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Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22 19
IV. RECOMENDACIONES
1. Movilizar a los ciudadanos a fin de que concienticen
las consecuencias del cambio climático, y para que
participen en la prevención y mitigación de estos
efectos.
2. Implantar y fomentar los programas de educación
formal e informal relacionados con el tema.
3. Impulsar políticas públicas y planes de acción a fin de
enfrentar las consecuencias del cambio climático.
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Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32 23
EAIF: UN FRAMEWORK DE ARQUITECTURA EMPRESARIAL
ORIENTADO A SERVICIO EN CORRESPONDENCIA CON MDA
Ortega Dinarle1 Uzcátegui Elluz
1 Guevara María M
1
(Recibido octubre 2011, Aceptado febrero 2012) 1
Departamento de Computación, Facultad de Ciencias y Tecnología
Universidad de Carabobo, Venezuela
[email protected],[email protected],[email protected]
Resumen: El Enterprise Architecture Integration Framework (EAIF) Orientado a Servicios especifica una
correspondencia de sus niveles (Personas, Procesos, Aplicaciones y Mecanismos) con los modelos propuestos por
la MDA (CIM, PIM y PSM). También se puede establecer una correspondencia entre estos modelos y los artefactos
de RUP. A partir de estas correspondencias, se plantea un conjunto de reglas de transformación para generar
especificaciones de las clases de EAIF. En esta investigación se utilizó la metodología Investigación Acción y
como caso de estudio una aplicación Help Desk. Un primer resultado corresponde con la identificación de los
artefactos de RUP generados durante el desarrollo de las aplicaciones, con los distintos niveles de EAIF usando
MDA. Posteriormente, con la información de estos artefactos, se genera la especificación de las clases de EAIF,
haciendo uso de las reglas de transformación planteadas, logrando obtener una primera versión de la Arquitectura
Empresarial de la organización en estudio. Entre los aportes de esta investigación se destaca el enriquecimiento de
los lineamientos y especificaciones que conforman al EAIF. Así mismo, se provee una herramienta valiosa para
organizaciones interesadas en minimizar la brecha entre sus TIC‟s y sus metas, favoreciendo la toma de decisiones
estratégicas efectivas para mantener su posicionamiento competitivo.
Palabras clave: Frameworks de Arquitectura Empresarial/ MDA/ Reglas de Transformación/ Orientación a
Servicios/ RUP
EAIF: A FRAMEWORD FOR ENTERPRISE ARCHITECTURE
SERVICE ORIENTED CORRESPONDENCE WITH MDA Abstract: The Enterprise Architecture Integration Framework (EAIF) specifies a Service Oriented matching levels
(People, Processes, Applications and Mechanisms) with the models proposed by the MDA (CIM, PIM and PSM).
You can also establish a correspondence between these models and artifacts of RUP. From these correspondences,
there is a set of transformation rules to generate specifications EAIF classes. In this study we used the Action
Research methodology and case study as a Help Desk application. A first result corresponds to the identification of
RUP artifacts generated during the development of applications with different levels of EAIF using MDA.
Subsequently, the information in these artifacts is generated specifying EAIF classes, using the transformation rules
raised, obtaining a first version of Enterprise Architecture in the organization under study. Among the contributions
of this research is that the enrichment of the guidelines and specifications that make up the EAIF. Also, it provides
a valuable tool for organizations interested in bridging the gap between the ICT and its goals, promoting the
effective strategic decisions to maintain its competitive positioning.
Keywords: Frameworks for Enterprise Architecture/ MDA/ Transformation Rules/ Guidance Services/ RUP.
I. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, para responder a los constantes cambios
y tomar las decisiones más acertadas, la mayoría de las
organizaciones han comprendido el impacto positivo de
tener una visión global de su estado actual y en particular
de su Plataforma de Tecnología de Información (TI).
Este escenario es bien explicado en el contexto de la
Ingeniería del Software y Sistemas de Información, con la
denominación de Arquitectura Empresarial (AE). La
especificación de la AE de una organización provee el
soporte para el análisis y la planificación, a través de una
fotografía del estado actual de la organización y de la TI,
así como también permite establecer una proyección del
estado futuro deseado.
En este sentido, el concepto de AE cada vez gana más
interés como herramienta para poder enfrentar los
desafíos a los que están expuestas las organizaciones.
Con este objetivo se han desarrollado distintos
frameworks entre los que podemos mencionar, el
Framework de Zachman[1], TOGAF[2] y
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Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32 24
Archimate[3][4] entre otros. Por su parte, el Enterprise
Architecture Integration Framework (EAIF) [5][6] es un
framework de arquitectura empresarial orientado a la
integración, el cual permite obtener una vista integrada y
organizada, de los principales aspectos y elementos de
una organización y sus respectivas relaciones: procesos,
personas, aplicaciones y tecnología.
Por otra parte, desde que la OMG anunció a la Model
Driven Architecture (MDA) [7] como parte de sus
estándares, este concepto ha ganado cada día más
importancia en el campo del desarrollo de software. Y es
que las numerosas ventajas atribuidas a la MDA lo
convierten en una opción a tomar en cuenta, en el
desarrollo de cualquier proyecto de software, aunque esto
amerite en la mayoría de los casos, una previa
preparación por parte de los desarrolladores que no
poseen conocimientos al respecto.
Al hacer una revisión de los aspectos involucrados en la
especificación de una AE y la aplicación de la MDA se
pueden encontrar ciertas similitudes. La AE de una
organización posee información de tal manera que puede
ser clasificada bajo los tres modelos propuestos por la
MDA: CIM, PIM y PSM. En este sentido, ya existen
versiones de los frameworks TOGAF [8] y Zachman [9]
planteando esta solución. Cada uno de estos enfoques, AE
y MDA promueven un conjunto de ventajas, las cuales
pueden combinarse y convertirse en lineamientos base
para la gestión de las organizaciones.
El objetivo de este trabajo es, enriquecer EAIF con el
enfoque MDA, determinando reglas de transformación
que permiten generar elementos correspondientes a los
niveles de este framework (Procesos, Personas,
Aplicaciones y Mecanismos) a partir de un conjunto de
artefactos RUP (Rational Unified Process) generados en
el desarrollo de las aplicaciones de software de una
organización. A través de esta herramienta se espera que
las organizaciones puedan iniciar el desarrollo de su
arquitectura empresarial a partir de la información
provista por las aplicaciones existentes, y de esta manera
minimizar la brecha entre sus TIC‟s y la visión de la
organización, beneficiando la toma decisiones estratégicas
efectivas favoreciendo su posicionamiento competitivo.
Este trabajo está formado por cinco secciones: la primera
sección se presenta la introducción, donde se exponen los
fundamentos y objetivos de la investigación. Una segunda
sección de desarrollo la cual contempla la metodología
utilizada, una revisión de los conceptos relacionados y los
resultados obtenidos. Finalmente, se presentan la tercera y
cuarta sección con las conclusiones y referencias
bibliográficas.
II.- DESARROLLO
1. Metodología
La investigación fue desarrollada utilizando la
Metodología Investigación-Acción propuesta por Susman
y Evered [10], esto dada su adaptación en el contexto de
la Ingeniería de Software y Sistemas de Información. A
continuación se detallan las cinco fases presentes en el
proceso iterativo:
1.- Fase de Diagnóstico: Corresponde a la identificación y
descripción de la situación actual.
2.- Fase de Planificación de la Acción: Especifica las
acciones que deben ser ejecutadas para mejorar el
problema.
3.- Fase de Implementación de la Acción: Se implementa
la acción planificada
4.- Fase de Evaluación: Después de ser completadas las
acciones, los investigadores evalúan las salidas, utilizando
técnicas apropiadas que aporten evidencia de la calidad de
las acciones emprendidas.
5.- Fase de Especificación del Aprendizaje: en esta fase se
reflexiona sobre los resultados de la fase de evaluación.
2. Conceptos Fundamentales
En esta sección se presenta una breve revisión de los
conceptos fundamentales relacionados con el desarrollo
de esta investigación.
Arquitecturas Empresariales
A nivel empresarial existe una motivación conocida como
Arquitectura Empresarial (AE) la cual promueve la
integración de aplicaciones [6]. La AE se puede definir
como un plan maestro de la organización con aspectos de
planificación de negocio (objetivos, visión, estrategias);
operaciones del negocio (estructura organizacional,
procesos y datos); de la automatización y de la
infraestructura tecnológica disponible (base de datos,
redes) [11].
Una organización que cuente con su arquitectura
empresarial, tiene a la mano la información necesaria para
enfrentar los constantes cambios, avanzando de manera
positiva en su agenda de modernización derrotando las
barreras para el progreso. La arquitectura empresarial
permitirá a la organización asegurar que su diseño y sus
sistemas de información están alineados con la misión de
la organización; servirá de guía en la toma de decisiones
de desarrollos en SI (Sistemas de Información) y TI,
promueve la interoperabilidad entre sistemas
desarrollados , promueve la flexibilidad en la
infraestructura de SI/TI para adaptarlas a nuevos
requerimientos o necesidades de cambio imprevistas ,
cambios organizacionales así como promueve la
longevidad y re-uso de los componentes de la
infraestructura.
Existen frameworks o marcos de trabajo de AE, los cuales
establecen un conjunto de condiciones, conceptos, valores
y prácticas para modelar la realidad de las organizaciones
[12], como ejemplos se pueden mencionar el Framework
Empresarial de Zachman [1], TOGAF [2] , ArchiMate
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32 25
[3][4] y el Enterprise Architecture Integration
Framework(EAIF) [5][6]. El uso de estos frameworks se
hace aun más relevante en aquellas organizaciones que
pretenden ejecutar proyectos de integración, a fin de
identificar el estado actual de los elementos involucrados
(personas, procesos, sistemas, entre otros) y proponer
distintos escenarios a partir de esta realidad.
MDA
En el año 2000, la Object Management Group (OMG) [7]
publicó un documento con el planteamiento de la
Arquitectura Dirigida por Modelos (por sus siglas en
Ingles, Model Driven Architecture) la cual se define como
un enfoque para el desarrollo de sistema basado en la
transformaciones de modelos. Este enfoque se basa en
tres clase de niveles de abstracción que guían el desarrollo
de la aplicación, estos son: CIM, PIM y PSM. Por su
parte, el CIM constituye la vista del sistema independiente
de la computación, el PIM representa la vista del sistema
independiente de la plataforma y el PSM constituye la
vista del sistema específica de una plataforma
computacional. Con MDA, una vez que se ha
desarrollado un modelo en determinado nivel, se puede
derivar, automáticamente el resto de los modelos
aplicando las correspondientes transformaciones. Todo
esto sugiere una influencia directa en la productividad,
portabilidad, interoperabilidad y mantenimiento de la
aplicación.
EAIF
El EAIF es un framework de arquitectura empresarial
orientado a la integración, basado en el Modelo
Conceptual de Integración de Brown [13] y las Vistas de
Integración de Sandoe (backward, forward y upward )
[14]. Está formado por cuatro niveles: Procesos,
Servicios, Mecanismos y Personas, los cuales
corresponden con los procesos de negocio que intervienen
en la integración, las aplicaciones empresariales que se
adaptan a estos procesos, la implementación de los
servicios requeridos y las personas que participan.
Adicionalmente, las vistas de integración extienden los
niveles de Procesos y Servicios. En cuanto al nivel de
Mecanismos está compuesto por la Arquitectura de
Software y la Tecnología de Información y
Comunicación.
La versión original del EAIF contempla una
correspondencia con los modelos de MDA y sus niveles:
Personas, Procesos, Servicios y Mecanismos. Así mismo
se han planteado propuesta de extensión con el enfoque
SOA [15]. Es importante resaltar que en esta última
versión del EAIF uno de los principales cambios es el
cambio de nombre a la Clase Servicio por Aplicaciones,
esto responde a la necesidad de evitar confusión con el
concepto de Servicio manejado en el enfoque SOA.
En la Figura 1 se muestra un esquema completo de ambos
enfoques (MDA y SOA) planteado en EAIF [6][15]. Se
observa, como el CIM corresponde con los niveles
Personas y Procesos, el PIM corresponde con el nivel de
Aplicaciones. Con respecto al nivel de Mecanismos, la
Arquitectura es parte el PIM ya que es una especificación
de alto nivel. Y finalmente encontramos la Tecnología de
Información es modelada por el PSM.
Figura 1. Diagrama de EAIF-SOA-MDA.
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3. Resultados
En esta sección se presentaran los resultados que se
obtuvieron al aplicar cada una de las fases de la
metodología descrita en la sección anterior.
3.1 Fase de Diagnóstico
Durante esta fase se identificó el contexto que enmarca al
problema y se realizó la revisión bibliográfica de los
principales conceptos relacionados a esta investigación.
3.1.1 Descripción del Problema
En los últimos años, el tema de la integración de las
aplicaciones de software ha ganado mayor atención de
parte de las organizaciones que desean mantener y
aumentar su nivel competitivo. Este tipo de integración
involucra la combinación o fusión de las aplicaciones de
software, que aún funcionan de manera independiente.
Además, permite flexibilizar la comunicación entre las
unidades de la organización y reducir la duplicación de
esfuerzos [16]. En respuesta a esta necesidad, se han
desarrollado frameworks como el de Zachman [1],
TOGAF [2], ArchiMate [3][4] y el Enterprise
Architecture Integration Framework (EAIF) [5][6], entre
otros.
Adicionalmente, se presenta el enfoque de la Arquitectura
Dirigida por Modelos (del inglés, Model Driven
Architecture, MDA) la cual es una iniciativa de la OMG,
que promueve el enfoque de desarrollo de software
basado en la transformación sucesiva de modelos
correspondientes a distintos niveles de abstracción desde
el conceptual hasta la implementación [7]. Este enfoque
persigue propiciar la portabilidad, productividad,
reutilización, mantenimiento, integración,
interoperabilidad y apoyo a la evolución de las
aplicaciones de software adaptándose a los cambios en la
plataforma tecnológica [17].
Con el surgimiento de nuevos enfoques, como es el caso
de MDA, la utilidad y continuidad en el tiempo de
cualquier herramienta en el campo de desarrollo de
software, como lo son los frameworks de Arquitectura
Empresarial, se ve afectada proporcionalmente al grado de
su flexibilidad para adaptarse a estas nuevas tendencias
tecnológicas. En este sentido, algunos de estos
frameworks ya presentan extensiones o adaptaciones de
los conceptos relacionados con la MDA, como una forma
de garantizar su aplicabilidad a futuro, tales como
TOGAF [8] y Zachman [9]. En este sentido, aunque EAIF
posee ventajas, se hace necesario establecer mecanismos
que faciliten su uso y lograr conservar su carácter
competitivo con los otros frameworks. .
3.2 Fase de Planificación e Implementación de la
acción
En esta fase se describen el conjunto de actividades que se
llevaron a cabo para cumplir con el objetivo planteado.
3.2.1 Obteniendo la especificación del CIM de EAIF a
través de artefactos RUP
Rational 2004 [18] define que el CIM está conformado,
entre otros, por el Modelo de Casos de Usos del Negocio
[19]. También el Documento de Especificación de
Requisitos de RUP puede ubicarse dentro del nivel CIM.
Al comparar estos artefactos y los niveles Personas y
Procesos del EAIF, podemos determinar la similitud entre
los conceptos que ambos manejan. Por su lado, la Clase
Persona del EAIF registra la información de las personas
que pertenecen a la organización y el listado de
aplicaciones a la cual tiene acceso, información que esta
contenida en el Documento de Requisitos de RUP. De
forma similar la clase Procesos del EAIF contempla la
especificación de los procesos del negocio tales como,
nombre del modelo de proceso, objetivo, elementos
involucrados en el modelo de proceso, lista de políticas,
reglas y restricciones utilizadas en el modelo de proceso
en concordancia con la información especificada en el
Modelo de Casos de Uso del Negocio. Esta
correspondencia se ilustra gráficamente en la Figura 2.
Figura 2. Artefactos de RUP en el nivel CIM de EAIF
Es así como basados en esta similitud identificada, se
pueden establecer reglas de transformación para obtener
la especificación de las clases Procesos y Persona del
EAIF, partiendo de los Casos de Usos del Negocio y el
Documento de Especificación de Requisitos en particular
se utiliza la definición de los Actores del Negocio. Dichas
reglas se presentan en la Tabla 1.
Las reglas de transformación planteadas en esta sección
permiten obtener a partir de un conjunto de artefactos
correspondientes al CIM de RUP, un CIM de EAIF.
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Tabla I. Reglas de Transformación para obtener el CIM de EAIF
Artefacto RUP Elementos de EAIF Regla de Transformación
Clase Atributos
Especificación de
Requisitos
(Actores del Negocio)
Persona
-rol
-objetivos
-aplicación
- Aquellos actores humanos del negocio se
transforman en una instancia de la Clase Persona
de EAIF.
- Los valores de los atributos rol, objetivos y
aplicación se obtienen de la descripción de cada
actor.
Caso de Uso del
Negocio Proceso
-meta del
proceso
-estrategia
- actividades
- entradas
-salidas
-producto
- Cada Caso de Uso del Negocio se transforma
en una instancia de la Clase Proceso.
- De la descripción del Caso de Uso se logra
identificar el valor de los atributos: meta del
proceso y estrategia.
- Del flujo de eventos de cada Caso de Uso se
obtiene información para especificar el atributo
actividades que corresponde con el conjunto de
actividades del proceso instanciado. Una vez
identificadas las actividades del proceso se
puede obtener los atributos entrada, salida y
producto a partir de un análisis de cada una de
ellas.
3.2.2 Obteniendo la especificación del PIM de EAIF a
través de artefactos RUP.
En relación a los artefactos generados en RUP aquellos
que se consideran del nivel PIM se encuentra el
Documento de Especificación de Requisitos en particular
la definición de los requisitos no funcionales contenida en
este, los Casos de Uso del Sistema y el Diagrama de
Implementación. Por su parte según [6], el PIM del EAIF
está compuesto por los niveles Aplicaciones y
Mecanismos/Arquitectura de Software. El nivel de
Aplicaciones describe la información relevante a los
paquetes de software o servicios (del enfoque SOA) que
posee la organización la cual puede ser obtenida a partir
de los Casos de Usos del sistema y el Diagrama de
Implementación. Por su parte la Arquitectura de Software
como su nombre lo indica, especifica lo relacionado a los
estilos arquitectónicos y patrones arquitectónicos
utilizados en el diseño del sistema, las propiedades de
calidad que la aplicación propicia. Toda esta información
puede extraerse a partir del Documento de Especificación
de Requisitos. En este sentido, podemos realizar una
correspondencia entre los artefactos RUP y los niveles
Aplicación y Arquitectura de Software de EAIF, tal como
se muestra gráficamente en la Figura 3.
Figura 3. Artefactos de RUP en el nivel PIM de EAIF
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Las reglas de transformación para obtener la especi-
ficación de las clases Aplicación y Mecanismos
(Arquitectura) las cuales conforman el PIM del EAIF,
partiendo de los artefactos RUP se describen en la Tabla
II.
Tabla 2. Reglas de Transformación para obtener
el PIM de EAIF
Artefacto RUP Elementos de EAIF Reglas de
Transformación Clase Atributos
Caso de Uso del
Sistema
Aplicación Funcionalidades
Cada Caso de Uso del sistema forma-
rá parte de la lista
de funcionalidades
que se le asociará a
la aplicación.
Especificación
de Requisitos
Mecanismos
(Arquitectura)
Características
de calidad
Cada requisitos no Funcionales identi-
ficado, formara
parte de la lista de
características de
calidad de la
aplicación.
Diagrama de
Implementación Aplicación Subsistemas
Cada nodo del tipo
“sistema” formara
parte del listado de
subsistemas exter-
nos relacionados a
la aplicación.
3.2.3 Obteniendo la especificación del PSM de EAIF a
través de artefactos RUP.
El PSM de RUP puede estar conformado por el
Documento de Especificación de Requisitos y el
Diagrama de Despliegue. En términos de EAIF el PSM
está definido por el nivel de Mecanismo/Tecnología de
Información. En este nivel, se especifica la Tecnología a
utilizar para el desarrollo (Hardware, Software, Base de
Datos, Comunicaciones). A partir del Documento
Especificación de Requisitos se puede determinar los
paquetes de software que se utilizara para el desarrollo de
la aplicación, información relevante para el atributo
software de la Clase Tecnología de Información. Así
mismo del Diagrama de Despliegue provee información
relevante al hardware, base de datos y comunicaciones
requeridos en el desarrollo de la aplicación. La
correspondencia entre los artefactos RUP y los niveles
Aplicación y Arquitectura de Software de EAIF descrita
anteriormente se muestra gráficamente en la Figura 4.
Luego de haber identificado el conjunto de artefactos
relacionados al nivel PSM del EAIF se establecen reglas
de transformación que permitan obtener la especificación
de la Clase Mecanismos (Tecnología de Información)
partiendo del documento de Especificación de
Requerimiento y Diagrama de Despliegue tal como se
muestra la Tabla III.
Las reglas de transformación planteadas en esta sección
permiten obtener a partir de un conjunto de artefactos
correspondientes al PSM de RUP, un PSM de EAIF.
Figura 4. Artefactos de RUP en el nivel PSM de EAIF
3.3 Fase de Evaluación.
En esta fase, se utilizan los resultados obtenidos en la
sección anterior y se aplican al caso de estudio
seleccionado.
3.3.1 Descripción del Problema.
En esta sección se describe la aplicación seleccionada
como caso de estudio. El Help-Desk es una aplicación, la
cual forma parte del Proyecto Link-all [20], la cual ha sido
desarrollada con el enfoque SOA y Servicios Web.
Básicamente la aplicación cumple con los siguientes
requerimientos:
• Gestión de incidentes: Incluye todo el manejo de los
incidentes reportados por los usuarios, sus cambios de
estado y su posterior resolución. Existe también un
mecanismo inteligente de asignación de incidente a los
diferentes técnicos.
• Comunicación en línea de usuarios y técnicos: Incluye
un recurso por el cual los usuarios pueden chatear en
línea con los técnicos.
• Generación de reportes: Incluye la generación de
reportes gráficos de mediciones sobre incidentes. Se
incluye aquí también los mecanismos de auto respuesta
y envío de mensajería a los usuarios.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32 29
Tabla III. Reglas de Transformación para obtener el PIM de EAIF
Artefacto RUP Elementos de EAIF Regla de Transformación
Clase Atributos
Documento
Especificación de
Requisito
Mecanismos
(Tecnología de
Información)
software
Cada recurso Software utilizado para el
desarrollo de la aplicación, formara parte
del atributo “software” de la Clase
Tecnología de Información.
Modelo de
Despliegue
Mecanismos
(Tecnología de
Información)
hardware
base de datos
comunicaciones
software
Los nodos que representen recursos
hardware formaran parte del atributo que
lleva el mismo nombre en la Clase
Tecnología de Información del EAIF.
Si el nodo es una base de datos, entonces
será parte del atributo “basededatos”.
Si el nodo es del tipo software no se
considera esta información relevante para
esta clase.
Cada asociación pasa a formar parte del
atributo “comunicaciones” de la Clase
Tecnología de Información.
Los artefactos que representen un archivo
ejecutable o un archivo fuente, formarán
parte del atributo “software” de la Clase
Tecnología de Información.
3.3.2 Especificación del Help Desk con UML
La herramienta Help Desk fue desarrollada haciendo uso
de la metodología planteada por [21]. Parte de los
resultados de estos artefactos se muestran en las siguientes
secciones
3.3.2.1 Actores del Negocio
Como parte del Documento de Especificación de
Requisitos desarrollado para esta aplicación se encuentra
que se han identificado tres actores principales:
Administrador, es un actor que se encarga de gestionar y
administrar los incidentes reportados; el Usuario es el
actor encargado de reportar los Incidentes y el Técnico, el
cual se encarga de encontrar las soluciones a los
Incidentes reportados por los usuarios al Help Desk.
3.3.2.2 Diagrama de Casos de Usos de Negocio
Para la aplicación Help Desk el modelo de casos de usos
del Negocio consta de cinco casos principales a saber
Transiciones, Ayuda en Línea, Reporte de Incidente,
Acceso a base de Conocimientos y Alertas, tal como se
ilustra en la Figura 5.
Figura 5. Caso de Uso del Negocio para la aplicación
Help Desk
Del documento de Modelado de Negocio, se extrae la
especificación del Caso de Uso Reporte de Incidente
como se puede observar en la Figura 6.
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Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32 30
Figura 6. Especificación Caso de Uso Reporte de Incidentes
3.3.3 Instanciación de las Clases del EAIF aplicando
las reglas de transformación.
Por restricciones de espacio, nos enfocamos a desarrollar
la instanciación de las clases Personas y Procesos del
EAIF, utilizando como insumo la información
suministrada por artefactos antes presentados y aplicando
las reglas de transformación (sección 3.2) propuestas para
estas dos clases. Es así como podemos observar en la
Figura 7 las instancias de la clase Persona, y en la Figura
8 instancia de la clase Proceso.
3.4 Fase de Especificación de Aprendizaje
Basados en la correspondencia de RUP con MDA, se ha
logrado relacionar un conjunto de artefactos de desarrollo
de software (en los tres niveles planteados por la MDA)
con los distintos niveles del EAIF. Es a partir de esta
correspondencia, que sugerimos a una organización que
posee documentación generada de RUP-MDA, utilizarla
como insumo fundamental para iniciar la definición de su
arquitectura empresarial aplicando las reglas de
transformación propuestas.
Así mismo, se puede concluir que los Diagramas de Casos
de uso del negocio aportan información requerida para
realizar la especificación del nivel de Procesos en el
EAIF. De la misma manera, a partir de la Especificación
de Requisitos (actores del negocio) se puede instanciar la
clase Personas del EAIF. Este análisis puede extenderse
al resto de los diagramas (Casos de Usos del Sistema,
Diagrama de Implementación y Diagrama de Despliegue)
propuestos y obtener una versión de la arquitectura
empresarial de la organización utilizando EAIF,
considerando sólo los procesos involucrados en el
desarrollo del sistema de software estudiado.
Figura 7. Especificación de la Clase Persona EAIF generadas
a través del Documento de Requisitos de la aplicación Help
Desk
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32 31
Figura 8. Especificación de la Clase Proceso de EAIF generada a través del Modelo
de Casos de Usos del Negocio de la aplicación Help Desk
III. CONCLUSIONES
1. Establecer una correspondencia entre los niveles
Personas, Procesos, Aplicaciones y Mecanismos del
EAIF y el enfoque MDA puede contribuir
significativamente en la elaboración de la
especificación de una AE de cualquier organización,
promoviendo la consistencia entre la información
manejada por el departamento de TI y el arquitecto
empresarial.
2. Las reglas de transformación planteadas permiten
definir un moldeo CIM de EAIF a partir de un modelo
CIM de RUP, de igual forma se obtiene un PIM de
EAIF a través de un PIM de RUP y finalmente se
puede generar un PSM de EAIF a partir de un PSM de
RUP.
3. Con este planteamiento EAIF se convierta en una
herramienta para facilitar y motivar al mismo tiempo,
a las organizaciones a alinear la TI con la visión de la
organización, creando una arquitectura empresarial
base, la cual pudiera ser enriquecida en distintas
iteraciones. A largo plazo, las organizaciones
contarían con una AE, para facilitar la toma de
decisiones estratégicas efectivas para propiciar su
competitividad en el mercado.
4. Como trabajo futuro, se considera el desarrollo de un
proyecto para generar las herramientas CASE de
soporte para la automatización de las reglas de
transformación que en esta investigación se plantean y
de esta manera facilitar la aplicación de las mismas.
5. Así mismo se considera importante evaluar en un
futuro la bidireccionalidad de la relación establecida
entre los artefactos de RUP y las clases de EAIF,
considerando el caso, cuando una organización cuente
con una AE especificada con EAIF, y pueda utilizar
esta especificación en el desarrollo de aplicaciones de
software siguiendo un proceso de desarrollo.
IV. REFERENCIAS
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Associationfor Information Systems. Octubre, 1999.
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Computación – Facultad de Ingeniería. Universidad de
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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41 33
FORMULACIÓN DE UN MODELO MATEMÁTICO PARA
OPTIMIZAR EL TIEMPO DE PRODUCCIÓN EN UNA PLANTA
EXTRUSORAS DE TUBOS
Krastek Robert1 Ramos Saibel
1 Duarte Ángel
2
(Recibido octubre 2011, Aceptado febrero 2012) 1Área de Ingeniería, Universidad Nacional Abierta, Centro Local Portuguesa, Venezuela,
2Centro de Ingeniería de Fabricación, UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz, Venezuela.
[email protected], [email protected], [email protected]
Resumen: Los modelos constituyen una herramienta muy importante en el área de ingeniería, ya que estos
simplifican las operaciones de un determinado problema, por ejemplo a través de la representación matemática de
un sistema de producción, sirviéndonos de apoyo en la toma de decisiones en las organizaciones de mediana y gran
complejidad. Por esta razón, esta investigación consistió en la formulación de un modelo matemático para
optimizar el tiempo de producción en una planta extrusora de tubos. Se utilizó la metodología de la Investigación de
Operaciones a través de las siguientes fases: 1) identificación de la problemática, 2) construcción y formulación del
modelo matemático de programación lineal, 3) validación del modelo y 4) la implantación del modelo matemático.
El modelo matemático planteado tomó en cuenta las siguientes variables: los tiempos de producción por
especificaciones de cada tipo de tubo y extrusora e igualmente las capacidades semanales de producción por cada
extrusora en unidades producidas. En este artículo se presenta los resultados obtenidos con la ejecución de los dos
primeros pasos de la metodología señalada, en donde se puede ver que el modelo matemático formulado tuvo la
capacidad de manejar un número alto de variables de decisión, como una representación óptima del proceso de
fabricación de tubos de Policloruro de Vinilo o PVC a través de la minimización de los tiempos de producción.
Palabras clave: Modelo matemático/Optimización/Producción/Extrusión de tubos
FORMULATION OF A MATHEMATICAL MODEL TO
OPTIMIZE THE TIME OF PRODUCTION IN A PLANT
EXTRUSORAS OF PIPES Abstract: Models constitute a very important tool in the engineering area, since these simplify the operations of a
determined problem, for example through the mathematical representation of a system of production, suiting our
purposes of support in the decision making in the organizations of median and great complexity. For this reason,
this investigation consisted in the formulation of a mathematical model to optimize the time of production in a plant
extruder of pipes. The methodology of the Operations Research through the following phases was used: 1)
identification of the problems, 2) construction and formulation of the mathematical model of linear programming,
3) validation of the model and 4) the implantation of the mathematical model. The put forward mathematical model
took the following variables into account: The times of production for specifications of every type of tube and
extruder and equally the weekly capacities of production for each extruder in units produced. In this article results
once the two first passages of the methodology indicated, where it can be seen that the formulated mathematical
model had the capacity of managing a high number of variables of decision, like an optimal representation of the
manufacturing process of pipes of Polyvinyl Chloride were gotten from with the execution or PVC through the
minimization of the times of production are presented.
Keywords: Mathematical model/Optimization/ Production/Extrusion of pipes
I. INTRODUCCIÓN
Los modelos o representaciones idealizadas, juegan un
papel muy importante en la ciencia y la tecnología, como
ejemplo tenemos: los modelos del átomo y de la
estructura genética; las ecuaciones matemáticas que
describen las leyes físicas del movimiento y las reacciones
químicas; las gráficas utilizadas para la representación de
la información; los organigramas y los sistemas contables
en la industria, entre otros. Esos modelos son invaluables,
ya que extraen la esencia de la materia de estudio,
muestran sus interrelaciones y facilitan su análisis. Por
otro lado, la Extrusión es un proceso de fabricación
importante para la industria, mediante ella se obtienen
productos que son de gran utilidad, entre los cuales se
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41 34
destacan las tuberías de Policloruro de Vinilo o PVC.
Teniendo en cuenta este contexto, la temática de esta
investigación gira en torno a la aplicación de técnicas de
ingeniería y de optimización en la formulación de un
modelo matemático, el mismo representa el proceso de
asignación de recursos al momento de ejecutar las órdenes
de producción en una Planta Extrusora de tubos PVC.
Este estudio se justifica por el hecho de que los sistemas
de producción siempre pueden ser optimizados,
incidiendo positivamente en el rendimiento de la
fabricación de los productos. Bajo estas premisas, se
requiere de herramientas adecuadas para pronosticar
comportamientos en estos sistemas que ayuden a tomar
decisiones bajo un ambiente de incertidumbre, igualmente
que contribuyan a mejorar un proceso de planificación de
la producción [1], he aquí la importancia de la utilización
de los modelos, ya que a través de ellos podemos
representar de una manera más sencilla la realidad bajo
estudio.
En la industria se ha venido utilizando la Investigación de
Operaciones o Investigación Operativa (de aquí en
adelante se abreviará como IO) para la optimización de
los sistemas de producción, cuyos pasos metodológicos
orientaron esta investigación y los cuales consisten en: 1)
identificación de la problemática, 2) construcción y
formulación del modelo matemático de programación
lineal, 3) validación del modelo y, 4) la implantación del
modelo matemático [2]. En este artículo se presentan los
resultados de los dos primeros pasos de esta metodología
para optimizar el proceso de producción de una Planta
Extrusora de tubos PVC.
II. DESARROLLO
La planta industrial donde se realizó esta investigación
fabrica tuberías para agua a presión, aguas servidas y
tuberías de electricidad (Conduit), con diferentes
especificaciones de longitud, diámetro y espesor,
utilizando para ello 14 líneas de producción (máquinas
extrusoras), las cuales tienen individualmente su propia
operatividad en cuanto a tiempos y capacidades de
producción, parámetros de temperaturas, entre otros.
1. Identificación de la problemática
Como paso inicial de esta investigación, se abordó el
análisis del proceso de fabricación de tubos en una Planta
caso estudio, lográndose detectar los parámetros
implicados: tiempo de producción por cada Extrusora,
capacidad operativa de cada una de ellas y los tipos de
tubos de diferentes especificaciones demandados en la
semana. Por otra parte, se detectó que el proceso de
producción en esta Planta se ejecuta respondiendo a unas
órdenes de producción que especifican las Extrusoras a
utilizar y las especificaciones de tubos que fabricaran cada
una de ellas (ver tabla IX); en este caso el jefe de Planta
de Extrusión recibe semanalmente un plan de producción
(que es elaborado en otro departamento de la
organización) el cual detalla por cada producto, el número
de la Extrusora que debe utilizarse para fabricarlo, sin
especificar la cantidad a producir, y sin tener en cuenta las
capacidades reales de cada Extrusora. Asimismo, se pudo
determinar que ante esta situación, el jefe de Planta de
Extrusión generalmente basado en su experiencia y sin
apegarse a lo especificado en el plan, decide qué
Extrusora asignar para la fabricación de un determinado
producto, pero esta decisión no siempre es la más
conveniente por la cantidad de variables involucradas en
el proceso. Tal situación coloca al Jefe de Planta en un
escenario decisorio incierto, el cual tiene que responder a
lo especificado en las órdenes, ajustando lo indicado en
ellas a la operatividad de las Extrusoras.
2. Construcción y formulación del modelo matemático
de programación lineal
La propuesta de solución a la problemática planteada
anteriormente consistió en la formulación de un modelo
matemático con la aplicación de técnicas de programación
lineal [3], mediante el cual se lograra ajustar las órdenes
de producción a la operatividad real de la Planta y así
optimizar los tiempos de producción.
Para la formulación del modelo matemático se requirió
conocer la siguiente información: cantidad de líneas de
Extrusoras, tiempos y capacidades de producción de
Extrusoras y demanda de los productos. Una vez conocido
estos datos y en base a la información de las planillas
“Relación de Producción y Cantidad de Material
Utilizado” (Anexo A) y “Orden de Producción” (ver
Tabla IX), se procedió a tabular los tiempos de
producción (Tablas I, II, III y IV) y las capacidades de
producción (Tablas V, VI, VII y VIII) para formular el
modelo matemático.
La Tabla I muestra las siete especificaciones existentes
para tubos de Electricidad Conduit de 3 m., para cada
especificación se indica una medida de diámetro y
espesor, además el tiempo en segundos que tardan las
Extrusoras indicadas en fabricarlo.
Tabla I. Tiempos de producción en segundos para
Tubos de Electricidad Conduit de 3 metros
No Especificaciones
de tubos
Extrusora 01 (tiempos de
producción)
Extrusora 03 (tiempos de
producción)
Extrusora 08 (tiempos de
producción)
1 ½” x 1.2 0.23 0.23
2 ¾”x 1.2 0.24 0.26
3 1” x 1.2 0.30 0.33
4 1 ½” x 1.2 0.44 0.40
5 2” x 1.2 1.12 0.45
6 3” x 1.5 0.37
7 4” x 1.5 0.53
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Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41 35
La Tabla II muestra las ocho especificaciones existentes
para tubos de Aguas a Presión de 6 m., para cada
especificación se indica una medida de diámetro y
espesor, además el tiempo en segundos que tardan las
Extrusoras indicadas en fabricarlo.
La Tabla III muestra las nueve especificaciones existentes
para tubos de Aguas Servidas de 6 m. Para cada
especificación se indica una medida de diámetro y
espesor, además el tiempo en segundos que tardan las
Extrusoras indicadas en fabricarlo.
Tabla II. Tiempos de producción en segundos para Tubos Aguas a Presión de 6 metros
No Especificaciones de
tubos
Extrusora 05
(tiempos de
producción)
Extrusora 07
(tiempos de
producción)
Extrusora 11
(tiempos de
producción)
Extrusora 12
(tiempos de
producción)
Extrusora 14
(tiempos de
producción)
1 ½” x 4.0 1.27 1.27
2 ¾”x 4.2 1.55
3 1” x 4.9 2.21 2.46
4 1 ½” x 5.5 2.57
5 2” x 6.0 3.27
6 2 ½” x 7.43 4.05
7 3” x 8.08 9.00
8 4” x 9.07 13.13
Tabla III. Tiempos de producción en segundos para Tubos Aguas Servidas de 6 metros
La Tabla IV muestra la única especificación existente para
tubos de Canalón de 3 m., para esta especificación no se
indica medida de diámetro y espesor, pero sí el tiempo en
segundos que tarda la Extrusora en fabricarlo.
Tabla IV. Tiempos de producción en segundos para Canalón
de 3 metros
No Especificaciones Extrusora 13
(tiempos de producción)
1 No tiene 2.24
La Tabla V muestra las siete especificaciones existentes
para tubos de Electricidad Conduit de 3 m., para cada
especificación se indica una medida de diámetro y
espesor, además la capacidad de producción diaria por
Extrusora.
No Especificaciones de
tubos
Extrusora 05
(tiempos de
producción)
Extrusora 07
(tiempos de
producción)
Extrusora 08
(tiempos de
producción)
Extrusora 09
(tiempos de
producción)
Extrusora 10
(tiempos de
producción)
Extrusora 14
(tiempos de
producción)
1 2” x 1.8 0.38 0.38
2 2” x 3.2 1.15 1.20 1.00
3 3” x 1.8 0.47 0.47
4 3” x 3.2 1.12
5 4” x 1.8 1.04 1.04
6 4” x 2.2 1.10 1.10
7 4” x 3.2 2.03 1.53 2.22
8 6” x 2.6 2.23
9 6” x 3.3 2.00
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Tabla V. Unidades producidas diarias para Tubos de
Electricidad Conduit de 3 metros
No Especificaciones
de tubos
Extrusora
01 (unidades
producidas)
Extrusora 03
(unidades
producidas)
Extrusora 08
(unidades
producidas)
1 ½” x 1.2 3756 3756
2 ¾”x 1.2 3600 3324
3 1” x 1.2 2880 2616
4 1 ½” x 1.2 1968 2160
5 2” x 1.2 1200 1920
6 3” x 1.5 2340
7 4” x 1.5 1632
La Tabla VI muestra las ocho especificaciones existentes
para tubos de Aguas a Presión de 6 m., para cada
especificación se indica una medida de diámetro y
espesor, además la capacidad de producción diaria por
Extrusora.
La Tabla VII muestra las nueve especificaciones
existentes para tubos de Aguas Servidas de 6 m., para
cada especificación se indica una medida de diámetro y
espesor, además la capacidad de producción diaria por
Extrusora.
Tabla VI. Unidades producidas diarias para Tubos Aguas a Presión de 6 metros
No Especificacion
es de tubos
Extrusora 05
(unidades
producidas)
Extrusora 07
(unidades
producidas)
Extrusora 11
(unidades
Producidas)
Extrusora 12
(unidades
producidas)
Extrusora 14
(unidades
producidas)
1 ½” x 4.0 996 996
2 ¾”x 4.2 756
3 1”x 4.9 612 516
4 1 ½” x 5.5 492
5 2” x 6.0 420
6 2 ½” x 7.43 348
7 3” x 8.08 156
8 4” x 9.07 108
Tabla VII. Unidades producidas diarias para Tubos Aguas Servidas de 6 metros
No Especificaciones
de tubos
Extrusora
05
(unidades
producidas)
Extrusora
07
(unidades
producidas)
Extrusora
08
(unidades
producidas)
Extrusora
09
(unidades
producidas)
Extrusora
10
(unidades
producidas)
Extrusora
14
(unidades
producidas)
1 2” x 1.8 2268 2268
2 2” x 3.2 1152 1080 1440
3 3” x 1.8 1836 1836
4 3” x 3.2 1200
5 4” x 1.8 1344 1344
6 4” x 2.2 1236 1236
7 4” x 3.2 696 768 600
8 6” x 2.6 600
9 6” x 3.3 720
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La Tabla VIII muestra la única especificación existente
para tubos de Canalón de 3 m., para esta especificación
no se indica medida de diámetro y espesor, pero sí la
capacidad de producción diaria de la Extrusora en
fabricarlo.
Tabla VIII. Unidades producidas diarias para
Canalón de 3 metros
No Especificaciones Extrusoras 13
(unidades producidas)
1 No tiene 600
Se consideró que para una semana particular la Orden de
Producción fue la indicada en la siguiente tabla:
Tabla IX. Orden de Producción Semanal
Línea de
producción Orden de Producción
1 Tubo para electricidad Conduit 2”
8 Canalización 4”
10 Tubo de Aguas Servidas 4”x1.8
11 Tubo de Aguas a Presión 1”
12 Tubo de Aguas a Presión ½”
13 Canalón
14 Tubo de Aguas a Presión 2”
La Orden de Producción Semanal de la Tabla IX, es
emitida por una unidad externa a la Planta de Extrusión y
en ella no se especifica la cantidad de tubos a producir. El
Ingeniero de Planta tiene que ajustar el Plan de
Producción de acuerdo a los parámetros de cada Extrusora
(línea de producción) emitido en una hoja de control
llamada “Relación de Producción y Cantidad de Material
Utilizado” (Anexo A). Según datos tomados en Planta se
labora 115 horas semanales.
En base al problema y a la propuesta de solución, se
formuló el modelo matemático con el propósito de
minimizar los tiempos de producción para cumplir en
menor tiempo las órdenes de producción y así optimizar
esta actividad. La función objetivo quedó definida por la
minimización de los tiempos de producción por
especificaciones de productos [4].
Las restricciones que se identificaron fueron las
capacidades, demanda y tiempos de producción semanal
de las extrusoras, estos datos fueron suministrados en la
planilla “Relación de Producción y Cantidad de Material
Utilizado” y en la planilla “Orden de Producción”.
Para definir las variables de decisión, se debe tener en
cuenta la producción de cada especificación de producto
(i) utilizando cada extructora (j), por lo tanto, las variables
quedaron definidas de la siguiente manera:
xij: el número de unidades producidas por cada
especificación del producto (i) utilizando la
extructora (j).
Sea el conjunto I={A,…,Y} donde: I‟I
I‟= “conjunto de índices asociado a las especificaciones
requeridas según orden de producción”
iI‟
i=especificaciones, donde i varía de A a Y
Con las siguientes especificaciones:
A: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de ½” de 1.2 mm
B: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de ½” de 4.0 mm
C: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de ¾” de 1.2 mm
D: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de ¾” de 4.2 mm
E: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 1” de 1.2 mm
F: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 1” de 4.9 mm
G: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 1 ½” de 1.2 mm
H: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 1 ½” de 5.5 mm
I: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 2” de 1.2 mm
J: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 2” de 1.8 mm
K: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 2” de 3.2 mm
L: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 2” de 6.0 mm
M: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 2” ½‟ de 7.43 mm
N: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 3” de 1.5 mm
O: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 3” de 1.8 mm
P: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 3” de 3.2 mm
Q: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 3” de 8.08 mm
R: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 4” de 1.5 mm
S: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 1.8 mm
T: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 2.2 mm
U: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 3.2 mm
V: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 9.07 mm
W: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 6” de 2.6 mm
X: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 6” de 3.3 mm
Y: Canalón de 3 m
Sea el conjunto J={1,..,14} donde: J‟J
J‟= “conjunto de índices asociado a las Extrusoras
requeridas según orden de producción”
jJ‟
j= Extrusoras, donde j varía de 1 a 14
1: Extrusora 01, 3: Extrusora 03, 5: Extrusora 05,
7: Extrusora 07, 8: Extrusora 08, 9: Extrusora 09,
10: Extrusora 10, 11: Extrusora 11, 12: Extrusora 12,
13: Extrusora 13, 14: Extrusora 14.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41 38
Se definió como función objetivo del modelo, minimizar
el tiempo global de producción dado por la sumatoria de
los tiempos de producción por las cantidades de de cada
especificación de producto (i) utilizando cada extrusora (j)
dadas en el Orden de Producción, de esta manera la
función objetivo quedó definida en la ec. (1) como:
Minimizar z = (1)
Donde (tij) son los tiempos para la producción de cada
especificación de producto (i) utilizando la extrusora (j)
expresados en minutos.
Definición de las restricciones:
a) Restricciones de Capacidades de Producción: Son
las que permiten relacionar la capacidad de producción
para elaborar cada especificación de producto (i)
utilizando la extructora (j), por lo que se consideran las
siguientes capacidades semanales (ver “Relación de
Producción y Cantidad de Material Utilizado” en el
Anexo A):
Donde ( ip ) representa la capacidad de producción de las Extrusoras por cada especificación de producto.
b) Restricciones de Demanda de Producción: Son las
que permiten relacionar la demanda de producción para
elaborar cada especificación del producto (i) utilizando la
extrusora (j): (expresadas en semanas). Estas restricciones
se obtuvieron relacionando cada especificación de tubo
con las extrusoras que lo produce; por lo que al producirse
la sumatoria de las variables las mismas tienen que ser
mayores o iguales a la demanda del producto.
Donde (di) representa la demanda de producción semanal
por cada especificación.
b.1) Para Tubo de electricidad Conduit:
b.2) Para Tubo de Aguas a Presión:
b.3) Para Tubo de Aguas Servidas:
b.4) Para Canalón:
c) Tiempos mínimos de utilización de las extrusoras:
son los tiempos semanales para producir cada
especificación de producto (i) utilizando la extructora (j).
Se tiene en cuenta los tiempos de producción dados en las
Tablas I, II, III y IV; posteriormente a estos valores, se les
realizó la transformación a minutos semanales. Los
tiempos de producción no deben exceder a 115 horas
semanales o lo que es lo mismo 6900 minutos semanales
de labor de la Planta de Extrusión. Las restricciones de
este tipo fueron las siguientes:
998.171 Ax 250.171 Cx 800.131 Ex 430.91 Gx 750.51 Ix
998.173 Ax 928.153 Cx 535.123 Ex 350.103 Gx 200.93 Ix
933.25 Fx 868.105 Jx 520.55 Kx 773.47 Bx 473.27 Fx
213.118 Nx820.78 Rx 798.88 Ox868.108 Jx
923.58 Tx 335.38 Ux 900.69 Kx 798.69 Ox
440.69 Sx 680.39 Ux 440.610 Sx 923.510 Tx 875.210 Ux
623.311 Dx 773.412 Bx 875.213 Yx 358.214 Hx 013.214 Lx
668.114 Mx 74814 Qx 51814 Vx 875.214 Wx 450.314 Xx
750.58 Px
AAA dxx 31 CCC dxx 31
EEE dxx 31 GGG dxx 31
III dxx 31
NN dx 8
BBB dxx 127
DD dx 11
FFF dxx 75
RR dx 8
HH dx 14
LL dx 14
MM dx 14 VV dx 14
QQ dx 14
JJJ dxx 85
KKKK dxxx 975
PP dx 8
SSS dxx 109
TTT dxx 108
UUUU dxxx 1098
XX dx 14
WW dx 14
dixY 13
175.57 Kx
14
1j
Y
Ai ijij xt
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41 39
La formulación general del modelo matemático quedó
diseñada en base al modelo conceptual de la
programación lineal, este modelo significa el ajuste del
plan de producción, representando la optimización del
tiempo de producción con las restricciones de
capacidades, demanda y tiempos de producción de las
Extrusoras. A continuación se muestra el modelo dado en
la ec. (2):
Minimizar z = (2)
Sujeto a:
para todo iI’, para todo jJ’
para todo iI’, para todo jJ’
ijij xt 6900
para todo iI’, para todo jJ’
Donde pi es la capacidad de producción de las extrusoras.
di es la demanda semanal por especificación y
extrusoras.
tij son los tiempos de producción.
III. CONCLUSIONES
1. Una vez aplicados los dos primeros pasos de la
metodología IO al caso de estudio de esta
investigación, se llegaron a las conclusiones
siguientes:
2. Es de gran importancia la formulación de un modelo
matemático para resolver problemas en organizaciones
que manejan información de mediana y gran
complejidad, como lo es una Planta Extrusora de tubos
PVC, ya que este modelo puede constituirse en una
herramienta poderosa para la toma de decisiones que
involucra un número considerable de variables de
decisión contempladas en el proceso de extrusión de
este tipo de tubos, que de una manera manual podría
ser muy difícil de calcular y con un alto grado de
incertidumbre.
3. De igual forma este modelo puede manejar un
conjunto de restricciones representado por aquellos
recursos que se agotan, que de no utilizarse de una
manera óptima, podía incidir negativamente en los
resultados de la producción.
4. El estudio se basó en las dos primeras fases
metodológicas de la IO, por esta razón, se pudo
obtener la identificación del problema, la construcción
y la formulación del modelo matemático el cual
representó a través de variables de decisión el
comportamiento general del sistema de la Planta de
Extrusión.
5. La formulación del modelo matemático fue diseñado
utilizado la técnica de programación lineal, el cual
describió de una manera natural el modelo a través de
una función objetivo y un conjunto de restricciones,
facilitando así la identificación de las variables de
decisión involucradas en el problema.
IV. REFERENCIAS
1. Segovia D. y Mejía M. (2009). “Desarrollo de un
modelo de optimización de los procesos productivos
de un laboratorio farmacéutico aplicando
ijij xt 'Ii
'Jj
iij px
'Jj
ij dix
690038.0 1 Ax 6900004.0 1 Cx 6900005.0 1 Ex 6900007.0 1 Gx 69002.1 1 Ix
690038.0 3 Ax 6900004.0 3 Cx 6900005.0 3 Ex 6900006.0 3 Gx6900007.0 3 Ix
690035.2 5 Fx 900.645.1 7 Bx
6900766.2 7 Fx 6900006.0 8 Nx 6900008.0 8 Rx
6900633.0 5 Jx 690025.1 5 Kx
6900783.0 8 Ox
6900166.1 8 Tx690005.2 8 Ux 69001 9 Kx 6798783.0 9 Ox
6900066.1 9 Sx 6900883.1 9 Ux 6900066.1 10 Sx 6900166.1 10 Tx 6900366.2 10 Ux
6900916.1 11 Dx 690045.1 12 Bx 69004.2 13 Yx 690095.2 14 Hx 690045.3 14 Lx
6900008.4 14 Mx 69009 14 Qx 6900216.13 14 Vx 6900383.2 14 Wx 69002 14 Xx
6900633.0 8 Jx
69002.1 8 Px
6900333.1 7 Kx
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41 40
programación lineal entera mixta con múltiples
objetivos”. Revista Científica: Sistema e Informática.
Facultad de Ingeniería Industrial. Universidad
Nacional Mayor de San Marcos. Perú Volumen 12,
Pág. 55-61.
2. Hillier y Lieberman (2002) “Investigación de
Operaciones”. Séptima edición. McGraw-
Hill/Interamericana Editores, S.A.
3. Taha, H. (2004). “Investigación de Operaciones”.
Séptima edición. Editorial Guillermo Trujado
Mendoza, México D.F.
4. Robles O. y Vázquez R. (2008). “Un modelo de
Programación No Lineal para la planeación de la
producción de Gas y Petróleo”. Revista Científica:
Información Tecnológica. Volumen 19, Pág. 25-32.
5. Muñoz, V. (2008) “Optimización de la Producción en
una Terminal Marítima de Contenedores”. Tesis
Doctoral. Universidad Politécnica de Cataluña.
6. Krastek, R. (2006). “Sistema Automatizado de Control
de la Producción en la Empresa Uraplast C.A.”
Proyecto de Grado en Ingenieria de Sistemas.
Universidad Nacional Abierta. Venezuela
ANEXO A
EXT. N° 01. MARCA: BAUSANO M2 46. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 46. SEGÚN FAB. PROD.: 20 -50 KG X HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
C
O
N
D
U
I
T
3 METROS
½” PB 17,9 x 1,2 17,9 16 0,297 0,23” 156,5 3.758 17.998 48,48 1.115,50 5345,40 ½ CONTEN + 1056 TUBOS BAUSAN PEQ.
¾” PB 23,4 x 1,2 23,4 21,4 0,395 0,24” 150 3.600 17.250 59,25 1.422 6813,75 1 CONTEN + 380 TUBOS BAUSAN PEQ.
1” PB 29,6 x 1,2 29,6 27,4 0,506 0,30” 120 2.880 13.800 60,72 1.457 6982,80 1 CONTEN + 780 TUBOS BAUSAN PEQ.
1, ½” PB 44,2 x 1,2 44,2 41,6 0,767 0,44” 82 1.968 9.430 62,75 1.506 7232,81 2 CONTEN + 280 TUBOS BAUSAN PEQ.
2” PB 55,8 x 1,2 55,8 53,2 0,975 1’,12” 50 1.200 5.750 48,75 1.170 5606,25 2 CONTENEDORES BAUSAN PEQ.
EXT. N° 03. MARCA: BAUSANO M2 46. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 46. SEGÚN FAB. PROD.: 20 -50 KG X HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
C
O
N
D
U
I
T
3 METROS
½” PB 17,9 x 1,2 17,9 16 0,297 0,23” 156,5 3.756 17.998 48,48 1115,50 5345,40 ½ CONTEN + 1056 TUBOS BAUSAN PEQ.
¾” PB 23,4 x 1,2 23,4 21,4 0,395 0,26” 138,5 3.324 15.928 54,7 1312,80 6291,56 1 CONTEN + 104 TUBOS BAUSAN PEQ.
1” PB 29,6 x 1,2 29,6 27,4 0,506 0,33” 109 2.616 12.535 55,15 1323,60 6342,71 1 CONTEN + 516 TUBOS BAUSAN PEQ.
1, ½” PB 44,2 x 1,2 44,2 41,6 0,767 0,40” 90 2.160 10.350 69,03 1.656,72 7938,45 2 CONTEN + 480 TUBOS BAUSAN PEQ.
2” PB 55,8 x 1,2 55,8 53,2 0,975 0,45” 80 1.920 9.200 78 1872,00 8970 2 CONTEN + 720 TUBOS BAUSAN PEQ.
EXT. N° 05. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 120 KG X HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS NEGRAS
3 METROS
2” ESP 50 x 1,8 50 47,1 0,9 0,33” 94,5 2.268 10.868 86,26 2046,24 9781,20 3 CONTEN + 288 TUBOS RN 30.
2” ESP 50 x 3,2 50 45,5 1,6 1’, 15” 48 1.152 5.520 76,8 1843,20 8832 1 CONTEN + 492 TUBOS RN 30
AGUAS BLANCAS 6 METROS
1” PB 33,40 x 4,9 33,4 23,6 3,817 2’,21” 25,5 612 2.933 97,45 2338,80 11195,26 1 CARRO + 12 TUBOS RN 30
NOTA: LA SEMANA SE TOMA COMO 116 HORAS, YA QUE SE PIERDEN APROXIMADAMENTE 6 HORAS ENTRE ARRANQUE Y PARADA DE PLANTA.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46 41
EXT. N° 07. MARCA: BAUSANO M2 46. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 100 - 180 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS BLANCAS
6 METROS
1/2” PB 21,34 x 4,0 21,34 13,5 1,896 1’,27” 41,5 996 4.773 78,68 1888,32 9049,60 1 CARRO + 496 TUBOS RN 30.
1” PB 33,40 x 4,9 33,4 23,6 3,817 2’, 45” 21,5 516 2.473 82,06 1968,48 9439,44 1 CARRO + 216 TUBOS RN 30
AN 3 METROS
2” ESP 50 x 3,2 50 45,5 1,6 1’,20” 45 1.080 5.175 72 1728,00 8280 1 CONTEN + 420 TUBOS RN 30
EXT. N° 08. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FABRIC. PROD.: 120 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS NEGRAS
3 METROS
2” ESP 50 x 1,8 50 47,1 0,9 0,38” 94,5 2.268 10.858 85,26 2046,24 9781,20 3 CONTEN + 288 TUBOS RN 30.
3” ESP 75 x 1,8 75 72,4 1,305 0,47” 76,5 1.836 8.798 99,83 2395,92 11481,39 5 CONTEN + 164 TUBOS R S T 80
3” ESP 75 x 3,2 75 45,5 2,475 1’,12” 50 1.200 5.750 123,75 2970 14231,25 3 CONTEN + 198 TUBOS R S T 80
4” ESP 110 x 2,2 110 107,4 2,35 1’,10” 51,5 1.236 5.923 121,02 2904,48 13919,05 7 CONTEN + 60 TUBOS R S T 80
4” ESP 110 x 3,2 110 106 3,6 2’,03” 29 696 3.335 104,4 2505,60 12006 4CONTEN + 24 TUBOS R S T 80
CONDUIT 3 METROS
3” ESP 75 x 1,5 75 72,8 1,2 0,37” 97,5 2.340 11.213 117 2808 13455,60 7 CONTEN + 2 TUBOS R S T 80
4” ESP 100 x 1,5 100 97,9 1,65 0,53” 68 1.632 7.820 112,2 2692,80 12903 8 CONTEN + 64 TUBOS R S T 80
TUBO
PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
2” ESP 50 x 3,2 50 45,5 1,6 1,00” 60 1.440 6.900 96 2304,00 11040 2 CONTEN + 120 TUBOS R S T 80
3” ESP 75 x 1,8 75 72,4 1,365 0,47” 76,5 1.838 8.798 98,80 2395,92 11481,09 5 CONTEN + 166 TUBOS R S T 80
4” ESP 110 x 1,8 110 107,4 2,1 1’,04” 56 1.344 6.440 117,6 2822,40 13524 8 CONTEN EDORES R S T 80
4” ESP 110 x 3,2 110 106 3,6 1’,53” 32 768 3.680 115,2 2764,80 13248 4CONTEN + 96 TUBOS R S T 80
EXT. N° 08. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FABRIC. PROD.: 120 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS NEGRAS 3 METROS
4” ESP 110 x 1,8 110 107,4 2,1 1’,04” 56 1.344 6.440 117,6 2822,40 13524 8 CONTEN EDORES R S T 80
4” ESP 110 x 2,2 110 107,4 2,35 1’,10” 51,5 1.236 5.923 121,02 2904,48 13919,05 7 CONTEN + 60 TUBOS R S T 80
4” ESP 110 x 3,2 110 106 3,6 2’,22” 25 600 2.875 90 2160,00 10350 3 CONTEN + 96 TUBOS R S T 80
EXT. N° 11. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 120 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS BLANCAS 6 METROS
¾” PB 26,67 x 4,2 26,67 18,2 2,578 1’, 55” 31,5 756 3.623 81,2 1948,96 9340,09 2 CARRROS + 36 TUBOS RN 30
EXT. N° 12. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 63. SEGÚN FAB. PROD.: 120 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x TUBO
TUBO x HORA
TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS BLANCAS 6 METROS
¾” PB 21,34 x 4,0 21,34 13,5 1,896 1’, 27” 41,5 996 4.773 78,68 1888,41 9049,60 1 CARRO + 496 TUBOS
(2 CARROS) RN 30
EXT. N° 13. MARCA: CINCINNATI CM 65. HUSILLOS CONICOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 250 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO
PESO TIEMPO x
CANAL CANAL x
HORA CANAL
x DIA CANAL x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
CANALON
3 METROS ___ __ ________ _____ _____ 4,1 2’, 4” 25 600 2.875 102,5 2.460 11787,50 2 CONTEN + 120 CANALON CANALON
EXT. N° 14. MARCA: CINCINNATI CM 65. HUSILLOS CONICOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 250 KG x HORAS
TUBO PULG. MILIMETROS CAMISA MACHO PESO TIEMPO
x TUBO TUBO x
HORA TUBO x DIA
TUBO x SEMANA
KGS x HORA
KGS x DIA
KGS x SEMANA
CONTENEDOR O CARRO x DIA
TIPO DE CABEZAL MILIMETROS
AGUAS NEGRAS 3 METROS
6” PB 160 x 2,6 160 154,8 5,7 2’, 23” 25 600 2.875 142,5 3.420 16387,50 7 CONTEN + 61 TUBOS RK 16
6” ESP 160 x 3,3 160 154,8 5,1 2’ 30 720 3.450 153 3.672 17595 9 CONTEN + 27 TUBOS RK 16
AGUAS BLANCAS
6 METROS
1 ½ ” PB 48,56 x 5,5 48,56 38,4 6,473 2,57” 20,5 492 2.358 132,69 3184,71 15263,33 3 CARROS + 27 TUBOS RK 11
2” PB 80,33 x 6,0 80,33 48,5 8,908 3,27” 17,5 420 2.013 155,89 3741,36 17931,80 3 CARROS + 75 TUBOS RK 11
2 ½ ” PB 73,03 x 7,43 73,03 63 13,32 4’,05” 14,5 348 1.668 193,14 4635,36 22217,76 4 CARROS + 52 TUBOS RK 11
3” PB 88,90 x 8,08 88,90 73 17,849 9’ 6,5 156 748 116,01 2784,44 13351,05 2 CARROS + 36 TUBOS RK 11
4” PB 114,30 x 9,07 114,30 100 26,086 13’,13” 4,5 108 518 117,38 2817,28 13512,54 2 CARROS + 28 TUBOS RK 11
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46 42
UNA NOVEDOSA DEFINICIÓN DE LA TRANSFORMADA
FRACCIONARIA DE FOURIER Y SUS APLICACIONES
Martínez S., Héctor E.
(Recibido noviembre 2011, Aceptado febrero 2012) Universidad Nacional Experimental de Guayana. Departamento de
Ciencias y Tecnología. Área de Matemática.
Email: [email protected]
Resumen: En este trabajo abordaremos el tópico de la transformada fraccionaria de Fourier continua desde el punto
de vista del cálculo fraccionario, la cuál es una generalización de la transformada clásica de Fourier. Generalmente
la transformada clásica de Fourier es la herramienta que es utilizada para resolver los modelos de ecuaciones
diferenciales fraccionarios, esto a pesar de que se incurre en un error básico cuando se aplica la potencia reales o
complejos que como bien es sabido no cumple la regla básica de tener una correspondencia biunívoca entre la
función de partida y su transformada. Este fue nuestra motivación para introducir una nueva definición de la
transformada fraccionaria de Fourier, la cual resuelve el problema que presenta la transformada de Fourier
mencionado anteriormente. La definición de esta transformada está basada en la derivada fraccionaria la cuál es
una generalización de la derivada ordinaria, para más detalles ver [6]. Además analizamos y desarrollamos las
demostraciones de algunos teoremas relacionados con esta transformada así como también sus propiedades más
importantes entre las cuales están la linealidad y la conmutatividad entre otras. Esta transformada mantiene sus
propiedades frente a los operadores fraccionarios es decir son de una gran utilidad dentro de la rama de los modelos
fraccionarios que no son locales, ella es muy importante en la modelización de la dinámica de procesos
distorsionados sobre medios tortuosos. Por otra parte se describe un ejemplo de una ecuación diferencial
fraccionaria ver [6] donde se aplica esta transformada para encontrar la solución de esta ecuación diferencial.
Finalmente se expresan algunas aplicaciones interesantes basadas en modelos fraccionarios, entre los cuales están:
Difusión anómala, fenómenos de transporte y superdifusión, entre otros.
Palabras clave: Derivada Fraccionaria/ Transformada Fraccionaria de Fourier (FRFT).
A NOVEL DEFINITION OF THE FRACTIONAL FOURIER
TRANSFORM AND ITS APPLICATION
Abstract: On this work we try the subject of the fractional Fourier transform from vanishing point of the fractional
calculus. This integral transform is a generalization of the classical Fourier transform. In general the Fourier
transform is used to solve fractional differential equation , it without take account that became one basic error
when we applied the real o complex power since it is not keep the rule of the correspondence biunivocal
between the function and its transform of Fourier. It argument expressed above was our motivation to defined a
novel definition of the fractional Fourier transform, which to solved this problem that has the Fourier transform. It
definition is based on the fractional derive which is a generalization of the ordinary derive, to detail see [6].
Besides we analyzed and development the proof of several theorem relationship with this transform so as its
properties more important between are: Linearity, commutability between others. Besides it described one example
where we applied it to find the solution of one differential equation fractional see [6] . On the other hand we
observed the fractional Fourier transform defined of this way keep its properties front the fractional operators that is
a tool very important for the modelization of dynamic process on tortuous means. Finally we described several
interesting applications using fractional models between which are: Anomalous diffusion, chaotic transport, super-
diffusion, between other.
Keywords: Fractional Derive/ Fractional Fourier Transform
I. INTRODUCCIÓN
En esta investigación tratamos el tema de la transformada
fraccionaria de Fourier, definimos y estudiamos la nueva
transformada fraccionaria de Fourier continua desde el
punto de vista del cálculo fraccionario, esta transformada
integral tiene las mismas propiedades frente a los
operadores diferenciales fraccionarios que la transformada
de Fourier ordinaria.
Antes definimos algunos operadores fraccionarios entre
los cuales están: La derivada fraccionaria y la derivada
fraccionaria Riemann-Liouville, Integral fraccionaria y la
integral fraccionaria Riemann-Liouville.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46 43
Por otra parte se expresa la relación de esta transformada
con los operadores, dilatación, traslación, convolución y
derivación. Además se describen dos teoremas
importantes, uno que computa la transformada
fraccionaria de Fourier de cualquier función exponencial
y el otro la transformada fraccionaria de Fourier de la
derivada fraccionaria respectivamente,
A modo de ejemplo aplicamos esta transformada para
resolver ciertas ecuaciones diferenciales fraccionarias.
Finalmente se expresan algunos modelos fraccionarios
donde esta transformada integral tiene su aplicación entre
estos modelos están: Teoría de los materiales, proceso de
transporte, flujo de fluidos, propagación de ondas y
teoría de electromagnetismo.
II. DESARROLLO
1. Preliminares
En esta sección se presentan las definiciones de la función
Gamma, además de las definiciones de algunos
operadores fraccionarios entre los cuales se encuentran: la
derivada fraccionaria y la integral fraccionaria.
Definición 1.0 (Función Gamma).
Sea Re( )>0, t(0, ] la función Gamma está definida
como: dttet 1
0
Definición 1.1 (Derivada fraccionaria).
Sea 0< 1, R, y u una función medible de
Lebesgue es decir u L 1 (a < b).
Definimos la derivada fraccionaria de u de orden ,
como:
(D u)(x) = (1- )(D
u)(x) - (D
u)(x) (1)
donde D
y D
, son las correspondientes derivadas de
Liouville.
Observación 1: Podemos observar que la derivada
fraccionaria D coincide con la derivada ordinaria para
cualquier valor de R y = 1, puesto que:
D1
= (1 - )( D1
u)(x) - ( )(D1
u)(x)
= (1 - ) dx
du +
dx
du =
dx
du
Es decir, la derivada fraccionaria es una generalización de
la derivada ordinaria o que la derivada ordinaria es un
caso particular de la fraccionaria.
Por otra parte es de hacer notar algunos casos particulares
interesantes de la derivada fraccionaria definida en (1) los
cuales son los siguientes:
1. Si = 0 entonces D0 = D
2. Si = 1 entonces D
1 = -D
3. Si = ½ entonces D
2/1 = ½(D
- D
).
Nota 1: El operador D
2/1 puede ser interpretado como la
inversión del potencial fraccionario Riesz de dimensión
uno, el cual es un objeto de gran interés en el campo de
las aplicaciones.
Definición 1.2 (Integral fraccionaria).
Sea < 0, [a, b] R, n = -[ ] N y u una función
medible de Lebesgue es decir u L 1 (a,b). Entonces las
integrales fraccionarias Riemann-Liouville de orden están definidas como:
(I
a f )(x) =
1dttftx
x
a)()( 1
, con (x > a)
(I
a f )(x) =
1dttfxt
a
x)()( 1
, con (x < a)
Definición 1.3 (Derivada fraccionaria).
En las condiciones de la definición anterior las derivadas
de Riemann- Liouville de f de orden 'a' a la derecha e
izquierda, son:
(D
u)(x) = [Dn
I
n
a f ))](x) (2)
(D
u)(x) = [Dn
I
n
a f ))](x) (3) respectivamente.
Definición 1.4 (Integral fraccionaria).
Sea 0 < 1, R, y u una función medible de
Lebesgue es decir u L 1 (a, b).
Definimos la integral fraccionaria de u de orden ,
como:
(I u)(x) = (1 )(I
u)(x) - (I
u)(x) (4)
donde I
y I
, son las correspondientes integrales de
Liouville
2. La Transformada Fraccionaria de Fourier
Ahora introduciremos una nueva definición de la
transformada fraccionaria de Fourier de orden ,
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46 44
desde el punto de vista del cálculo fraccionario, definida
sobre un espacio de Lizorkin (R).
Definición 2.1 (Funciones test).
Sea S el espacio de las funciones test es decir, el espacio
de las funciones infinitamente diferenciables (x) sobre
R tal que:
)(, km = Sup (1 + │x│m
│ )(xk │) <
con xR , m N 0 , k N 0 (N 0 = N {0})
Además, se denota por V(R) como el conjunto de las
funciones S que satisface que:
n
n
x
d = 0 para x=0, con n = 0,1,2…
El espacio de Lizorkin (R) es la imagen inversa de
Fourier el espacio V(R) en el espacio S, es decir:
(R) = { S : )( V(R) }
Definición 2.2 (Transformada fraccionaria de Fourier
(FRFT)
Sea (R), la transformada fraccionaria de Fourier
de orden , (0< <1), se define como sigue:
))(()(ˆ dttet ),()(
donde ),( te es el kernel de la transformada
fraccionaria de Fourier y se define como sigue:
),( te =
1
!!
t
ie si │ω│≤ 0
),( te =
1
!!
t
ie si │ω│≥ 0
De lo anterior se tiene que la transformada fraccionaria de
Fourier viene dada por:
))(( = dtet
t
isign
!)!()(
Observación 2: Podemos observar que si en el kernel de
la transformada fraccionaria de Fourier ),( te
hacemos =1, el kernel de la transformada fraccionaria
de Fourier coincide con el kernel de la transformada
clásica de Fourier tie es decir la transformada
fraccionaria de Fourier es una generalización de la
transformada ordinaria de Fourier.
2.1 Relación de la FRFT con algunos operadores
conocidos.
En lo que sigue analizaremos la relación de la FRFT con
los operadores traslación h y dilatación los cuales
vienen definidos de la siguiente manera:
)( h = )( hx
con x, h R y ))(( x = )( x donde xR,
>0
Lema 1 (Operadores traslación y dilatación)}
Sean (R), > 0, )( h = )( hx y
))(( x = )( x , entonces
)))((( h = ))((
1
!!
tsign
ie y
)))((( = ))((1
, con R.
En particular si =1, se produce las mismas propiedades
para la transformada clásica de Fourier esto es:
)))((( h = ))((
1
!!
tsign
ie y
)))((( = ))((1
, R.
Seguidamente abordaremos dos lemas que relacionan los
operadores convolución y derivación con la FRFT.
Lema 2 (Operador convolución)
Sean k, (R), > 0, entonces
))(( k = ))()()(( k
En particular si =1, se produce las mismas propiedades
para la transformada clásica de Fourier esto es:
))(( k = ))()()(( k
Lema 3 (Operador derivación)
Sean (R), > 0, entonces
))((
d
d = dtetit
t
isign
!)!(1
1)()(
1
con R.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46 45
En particular si =1, se tiene que:
))((
d
d = dtetit ti
)()(
2.2 Dos teoremas importantes de la FRFT.
Ahora se expresan dos teoremas importantes uno que
calcula la FRFT de cualquier función exponencial y el
otro que computa la FRFT de la derivada fraccionaria.
Teorema 1 (La FRFT de una función exponencial)
Sean (R), > 0, mN y ))(( x = )( x ,
entonces
))(( m = ))(())((
mi
sign
con R.
En el caso particular cuando hacemos =1, se tiene
que: ))(( m = ))(()( mi , con R.
Teorema 2 (FRFT de la derivada fraccionaria D )
Sean >0, R y una función del espacio de
Lizorkin (R) entonces
))((
D = ))()()(( ic (5)
donde C )( = )2
cos()21)(()2
sin(
isign
En particular, si hacemos = 1/2, tenemos que la
derivada fraccionaria D
21 =1/2(½( D
- D
), luego
la ecuación (5) se puede expresar como sigue:
))((2
1 D = ))())()(
2sin((
i
3. La FRFT y las ecuaciones diferenciales
fraccionarias.
En esta sección abordaremos una aplicación de la
transformada fraccionaria de Fourier en el campo de la
matemática pura específicamente en el tópico de las
ecuaciones diferenciales fraccionaria que es un ente
matemático muy utilizado en los modelos del cálculo
fraccionario.
El objetivo primordial de este ejemplo es mostrar que la
FRFT es una herramienta muy útil en la resolución de un
cierto tipo de ecuaciones.
Ejemplo 1. Sea la siguiente ecuación diferencial
fraccionaria:
(D ),)(; txux
= (
CD ),)( txt
, con xR, t > 0 (6)
Ahora aplicando el operador transformada fraccionaria de
Fourier x; a ambos lados de la ecuación (6) se tiene
que:
)),()((( , tci x =(C
D ),)(;; txt (7)
Ahora aplicamos la transformada clásica de Laplace a
ambos lados de la ecuación (7) se obtiene lo siguiente:
),)()(( , tuLci x =
))((),)(( ;
1
0
1
, xgssuLs kx
m
k
k
x
Es decir:
))(()(
),)(( ;
1
0
1
, xgcis
stuL kx
m
k
k
x
donde )( ; ux es la transformada fraccionaria de
Fourier de la función con respecto a x.
Finalmente realizando algunas manipulaciones
algebraicas se obtiene que:
dgtciE
ettxu
kxk
signm
k
kix
))()()((
2
1),(
;1,
11
!)!(1
0
1
donde ))((1,
tciE k es la función Mittag-Leffer.
Por lo tanto se ha obtenido la solución de la ecuación
diferencial fraccionaria dada en la ecuación (6).
4. Modelos fraccionarios
En esta sección se presentarán algunos modelos
fraccionarios en los cuales la herramienta
Principal que se utiliza es la teoría del cálculo fraccionario
para modelar ciertos fenómenos que se presentan en la
naturaleza, entre estos modelos están los siguientes:
Teoría de los Materiales
Procesos de Transporte
Flujo de Fluidos
Propagación de Ondas
Teoría de Electromagnetismo
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46 46
Para obtener más detalle de este de tópico se puede
consultar los siguientes trabajos de investigación
relacionados con este tema:
i. En teoría de los Materiales, el trabajo de N. Shimizu
y W. Zhang, Fractional calculus approach to dynamic
problems of viscoelastic materials [1].
ii. En procesos de Transporte, el trabajos de B.
Berkowits y H. Sche, Theory of anomalous chemical
transport in random fracture networks [2].
iii. En flujo de Fluidos, el artículo de D. del Castillo-
Negrete, Chaotic transport in zonal ows in analogous
geophysical and plasma systems [3].
iv Propagación de Ondas, el artículo de A. Hanyga,
Wave propagation in poroelasticity: Equations and
solutions [4].
v En teoría de Electromagnetismo, el trabajo de N.
Engheta, On the role of fractional calculus in
electromagnetic theory [5]
III. CONCLUSIONES
1. Entre los aportes significativos que presenta esta
investigación, está una propuesta
2. de una nueva definición de la transformada
fraccionaria de Fourier desde el punto de vista
del cálculo fraccionario con sus respectivas
propiedades.
3. Las demostraciones de las propiedades del
núcleo de esta transformada integral, así como
también las demostraciones de las propiedades
de la transformada fraccionaria de Fourier. Entre
las futuras investigaciones de este tópico se
encuentran: La extensión multidimensional de la
transformada fraccionaria de Fourier y el
estudio de sus propiedades.
4. La aplicación de la transformada fraccionaria de
Fourier utilizando la derivada fraccionaria a otros
campos de la matemática pura y aplicada. La
Implementación de un código Matlab para esta
transformada integral, para el estudio del caso
discreto.
IV. REFERENCIAS
1. Shimizu N. y Zhang, W. Fractional calculus
approach to dynamic problems of viscoelastic
materials, JSME Internat. J. C, 42(4), (1999) pp.
825-837.
2. B. Berkowits y H. Sche, Theory of anomalous
chemical transport in random fracture networks,
Phys. Rev. E, 57(5), (1998) pp. 5858-5869.
3. D. del Castillo-Negrete, Chaotic transport in
zonal ows in analogous geophysical and plasma
systems, Phys. Plasma, 7(5), (2000) pp. 1702-
1711.
4. A. Hanyga, Wave propagation in poroelasticity:
Equations and solutions, Geophysical journal
International, 137(2), (1999) pp. 319-335.
5. N. Engheta, On the role of fractional calculus in
electromagnetic theory, IEEE Antenn. Propag.,
39(4), (1997) pp. 35-46.
6. A.A. Kilbas y J. J. Trujillo, Differential
equation of fractional order: methods, results and
problems. II, Appl. Anal., 81(2), (2002) pp.
435-493.
7. N. Engheta, On the role of fractional calculus in
electromagnetic theory, IEEE Antenn. Propag.,
39(4), (1997) pp. 35-46.
8. B.J. West, M. Bologna y P. Grigolini, Physics
of fractal operators, Springer-Verlag New York
Inc., 2003.
9. A.A. Kilbas y J.J. Trujillo, Dierential equation
of fractional order: methods, results and
problems. II, Appl. Anal., 81(2), (2002) pp. 435-
493.
10. B.J. West, M. Bologna y P. Grigolini, Physics of
fractal operators, Springer- Verlag New York
Inc., 2003.
11. Y.F. Luchko, H. Mart__nez y J.J. Trujillo,
Fractional Fourier transform and some of its
applications, Frac. Cal. Appl. Anal., 11(4),
(2008) pp. 457-470.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53 47
CONFORMADO DE UN MATERIAL DENSO-POROSO A BASE
DE ALÚMINA: DESARROLLO DEL PROCESO
Rodríguez Rosa1, Paz Alberto
1, Pereira María
2, Gutiérrez Delia
2
(Recibido febrero 2011, Aceptado enero 2012) 1Universidad Metropolitana, 2Universidad Simón Bolívar
[email protected], [email protected], [email protected]
Resumen: Las cerámicas porosas han sido utilizadas en diversas aplicaciones como: procesos de refinación,
filtración, sensores, entre otros; gracias a sus propiedades como absorción, permeabilidad y conductividad térmica.
Estas piezas porosas pueden ser elaboradas por diversas vías, sin embargo una de las más innovadoras es el
conformado por gelificación térmica de biopolímeros como polisacáridos y proteínas, utilizando agentes
surfactantes; debido a que es una tecnología que resulta poco agresiva en términos ambientales. En este trabajo se
realizó un estudio preliminar sobre la capacidad de formación y estabilidad de espuma del sulfato de dodecilo
sódico, usado como agente surfactante (espumante) en dispersiones de alúmina. Se determinó la concentración
óptima de la solución surfactante a utilizar (0.004M), preparándose dispositivos porosos de alúmina utilizando
dicha solución. A continuación, se evaluaron algunos parámetros esenciales como: Cantidad del agente espumante
y tipo de agitación. Las piezas conformadas fueron analizadas por MEB, BET, análisis estereológico y principio de
Arquímedes. Los resultados obtenidos evidencian la formación de una cerámica porosa, con un porcentaje de
porosidad (debido al agente espumante) de 52.3% y con un tamaño de poro 47 – 77 µm (frecuencia 50%). En
cuanto al método de incorporación de la espuma en la dispersión de alúmina, se determinó que el más adecuado era
el que, simultáneamente aplicaba agitación magnética y agitación por aspas, puesto que fue el único método que
permitió la mezcla total entre la espuma y la dispersión de alúmina.
Palabras clave: Surfactante: Sulfato de Dodecil Sódico/ Dispersión de Alúmina/ Agarosa/ Gel Casting.
CONFORMED DENSE/POROUS MATERIAL BASED AN
ALUMINA: PROCESS DEVELOPMENT Abstract: The porous ceramics have been used in various applications such as refining, filtration, sensors, among
others, due to its properties as absorption, permeability and thermal conductivity. These porous parts can be
produced in various ways, but one of the most innovative is formed by gel casting of biopolymers such as
polysaccharides and proteins, using surfactants, this technology is a little aggressive in environmental terms. In this
paper we conducted a preliminary study on the training capacity and foam stability of sodium dodecyl sulfate, used
as surfactant in alumina dispersions. We determined the optimal concentration of surfactant (foaming) solution to
be used (0.004M). Alumina porous devices were prepared using 0.004M solution of the surfactant concentration,
and evaluated some key parameters such as foaming agent quantity and type of agitation. Conformed pieces were
analyzed by SEM, BET, Stereological analysis and Archimedes' principle. The results show the formation of a
porous ceramic, with a percentage of porosity (due to the foaming agent) of 52.3%, with a pore size from 47 to 77
microns (frequency 50%). As for the method of incorporation of the foam in the dispersion of alumina, it was
determined that the most appropriate was that simultaneously applied magnetic stirring and agitation blades, it was
the only method allowed complete mixing between the foam and dispersion of alumina.
Keywords: Surfactant: Sodium Dodecyl Sulfate / Alumina Dispersions /Agarose / Gel Casting
I. INTRODUCCIÓN
Debido al agotamiento de las principales fuentes de
energía como: el petróleo y gas natural; al surgimiento de
leyes ambientales cada vez más estrictas es diversos
países, se ha observado un incremento en el desarrollo de
dispositivos que sean capaces de utilizar fuentes de
energía renovables; que resulten “amigables” con el
medio ambiente. Una de las respuestas a este problema,
son las celdas de combustible de óxido de sólido (SOFC)
que podrían ser usadas en aplicaciones de alta eficiencia y
de bajo impacto ambiental. Estos dispositivos operan
generando energía (eléctrica-calor) y agua como producto
de la reacción. Actualmente para este tipo de celdas los
niveles de eficiencia disminuyen, por su configuración
tipo “sándwich” (Electrodo poroso – Electrolito Denso –
Electrodo Poroso), debido a la formación de resistencias
eléctricas generadas en la interfase presente entre los
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53 48
electrodos y el electrolito, [1-5]. Diversas investigaciones
orientan la utilización de cerámicas porosas, hacia la
constitución de celdas de combustible de oxido sólido
SOFC, éstas resultan muy atractivas debido a su amplio
rango de aplicaciones, dada su alta porosidad, elevada
permeabilidad a los gases y alta resistencia térmica.
En años recientes, una nueva forma de cerámicas porosas
ha estado en desarrollo, con resultados de porosidad
superiores al 50%; lo cual resulta adecuado para
aplicaciones en biomateriales. La estructura cerámica se
forma por la aglomeración de las partículas, para generar
lo que se conoce como cuerpo verde; este proceso se
puede llevar a cabo por diversos métodos, entre los que se
destaca la vía líquida, que será la utilizada en el presente
trabajo. El objetivo de esta metodología es la retención de
la estructura homogénea de la suspensión, mediante la
gelificación de la suspensión con aditivos aglomerantes
orgánicos que pueden formar geles [6-8].
El uso de polisacáridos con propiedades gelificantes
termorreversibles es una técnica de consolidación
relativamente nueva en cerámica [9-10]. El creciente
interés por el uso de los aglomerantes solubles en agua
está basado fundamentalmente en la compatibilidad
medioambiental de muchos polisacáridos, y en su doble
papel de aglomerante-consolidante. En lo referente a
estos compuestos, estos pueden exhibir dos tipos de
comportamiento frente a la gelificación: por
calentamiento o por enfriamiento. Los aditivos que
gelifican al enfriar son las gelatinas, los polisacáridos
derivados del agar-agar (agar, agarosa) y carragenatos,
entre otros. Al enfriar sus disoluciones, se conforma una
red tridimensional entre las moléculas poliméricas y el
líquido, lo cual genera geles de muy alta resistencia
térmica, incluso a bajas concentraciones. Por otro lado, la
macro y mesoporosidad depende del método de
preparación. Para obtener este tipo de porosidad en
materiales cerámicos, generalmente, en el proceso de
elaboración del cuerpo verde, se agregan aditivos tales
como como agentes espumantes, los cuales durante la
etapa de polimerización y posterior gelificación permiten
generar espumas estables. Por otra parte, estos aditivos
bajo el tratamiento térmico posterior (sinterización), se
evaporan o se queman (crakeo), dejando el espacio que
ocupaban, libre para formar los poros. Adicionalmente, la
sinterización se utiliza para aumentar la densificación
cuerpo verde y elevar el contacto entre las partículas
adyacentes, aportándole al material cerámico una mayor
dureza y estabilidad [11-14].
Recientemente se han reportando la fabricación de
cerámicas porosas utilizando agentes espumantes para la
incorporación de aire a la matriz de Al2O3 [12-14].
Pereira et al [15] plantearon una metodología para la
obtención de dispositivos denso-porosos utilizando
ciertas condiciones experimentales, sin embargo no se
obtuvieron los niveles de porosidad superiores al 50%,
reportados para estos dispositivos [16,17]. La presente
investigación, constituye una extensión de dicho trabajo y
una metodología alterna para el proceso de conformado
de un material denso-poroso a base de alúmina. El
procedimiento involucra la adición, a la suspensión de
alúmina, de un agente espumante que actúa como
generador de poros, utilizando diferentes métodos de
agitación. Dicha metodología se llevó a cabo a través de
tres etapas, la primera consistió en la determinación de la
estabilidad de la espuma generada por el agente
surfactante (espumante), sulfato de dodecil sódico, la
segunda, elaboración de dispositivos denso- porosos, a
partir de suspensiones de alúmina bajo diferentes
condiciones de: temperatura, mecanismos de agitación,
adición de diversos agentes: dispersantes (Duramax,
citrato de amonio), gelificante (Agarosa) y el surfactante
que actúa como formador de poros (Sulfato de dodecil
sódico), finalmente, en una última etapa, los cuerpos
obtenidos son sinterizados y caracterizados por análisis
estereológico, principio de Arquímedes, Microscopía
Electrónica de Barrido (MEB) y por la isoterma
Brunauet, Emmett y Teller (BET).
II. DESARROLLO
1. Materiales y metodología
Etapa I
Para la generación de porosidades en la piezas es
necesario utilizar el agente surfactante en una
concentración tal que la espuma generada sea estable en el
tiempo [18,19]. Se evaluó la estabilidad de la espuma
generada por el agente surfactante, en función de la
concentración micelar crítica (cmc) a través de dos
métodos A) Tensión Superficial, utilizando el tensiómetro
de Du Nouy y B) Volumen máximo de espuma
(capacidad espumante).
Etapa II
Se elaboró una suspensión base optimizada con 71% en
peso seco de -Al2O3, grado comercial (CVG Bauxilum),
la cual tiene un tamaño promedio de partículas de 3,24±
0,05 m y un 99,45 % de pureza, dispersada con 0,8% de
Duramax D-3005 (Rohm and Haas, USA) o dispersada
con 0,8 % de citrato de amonio tribásico, respecto al peso
seco de alúmina [20]. Como gelificante se adicionó
agarosa (Agarosa Di-LE Hispanagar, España), hasta una
concentración de 0,75% respecto al peso seco de alúmina,
a partir de una disolución de agarosa al 3% [9,10]. Por
último como agente espumante se utilizó una solución de
sulfato de dodecil sódico al 0.004 M. En la Tabla I se
muestran las condiciones asociadas al proceso
experimental.
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Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53 49
Tabla I. Condiciones aplicadas a los dispositivos de alúmina elaborados
Muestra Defloculante Cantidad de solución espumante ±0,02 Tipo de agitación empleada.
1 Duramax 0,00 mL Magnética
2 Citrato de amonio 0,00 mL Magnética
3 Duramax 6,00 mL Magnética
4 Citrato de amonio 6,00 mL Magnética
5 Citrato de amonio 2,00 mL Magnética/Hélice
6 Citrato de amonio 4,00 mL Magnética/Hélice
7 Citrato de amonio 6,00 mL Magnética/Hélice
8 Citrato de amonio 10,00 mL Magnética/Hélice
Etapa III
Los dispositivos obtenidos fueron secados a temperatura ambiente por 24 h y posteriormente en una estufa (Memmert 854) a
110 ± 5ºC por 24 h. Después del secado el cuerpo verde adquiere la resistencia suficiente para ser manipulado sin fracturarse.
Finalmente se realizó el proceso de sinterización a 1450 ºC durante 2h con una velocidad de calentamiento de 5 ºC/min, sin
meseta previa [15]. Las piezas elaboradas sinterizadas, fueron caracterizadas morfológicamente en un microscopio
electrónico de barrido (MEB Philips XL30 y Carl Zeiss DMS-950). El análisis estereológico realizado sobre las imágenes
obtenidas por MEB (fotomicrografías) permitió determinar la fracción porosa y el tamaño promedio de los poros con su
respectiva frecuencia (estadística) observados tanto en la fase densa como en la fase porosa, utilizando el programa
Digimizer, versión 5. Finalmente se evaluó el área superficial específica utilizando la metodología BET.
2. Resultados y discusión
2.1 Estabilidad del agente espumante.
Los líquidos puros sólo permiten obtener espumas
transitorias, por lo que, para alcanzar un grado de
razonable de estabilidad de la espuma, es preciso
involucrar un componente con actividad superficial, en
pocas palabras, un agente surfactante (espumante). Estos
compuestos tienen la capacidad de migrar hacia la
interfase líquido/gas, disminuyendo la tensión superficial;
este fenómeno provoca la generación de espumas mucho
más estables [21]. La escogencia del sulfato de dodecil
sódico como agente espumante, se basó en el trabajo
realizado por Salvini et al. [18] donde descartan el uso de
surfactantes catiónicos, debido al colapso de las burbujas
formadas en la espuma (espumas inestables), mientras
que al utilizar surfactantes aniónicos: olefina sulfonada y
alquil benceno sulfonado, dicho colapso no tenía lugar,
produciéndose por tanto, espumas estables. Esta
estabilidad fue evaluada y determinada, a su vez, a partir
de los valores de (cmc).
En este trabajo, al utilizar sulfato de dodecil sódico
(aniónico), como agente espumante, el valor alcanzado de
(cmc), a partir de los dos métodos empleados, es
prácticamente el mismo, 0,004M. (Figura 1) y coincide
con el reportado por Salvini et al. 2006 [18].
Figura 1. Determinación de la concentración micelar crítica por: (A) Tensión superficial (B)
Volumen máximo de espuma
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Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53 50
Este valor, al ser bajo, indica que también será baja la
cantidad de surfactante a añadir para obtener un máximo
volumen de espuma, esto queda corroborado a través de
la evaluación de la estabilidad de la espuma en el tiempo,
a esta concentración. Ver Figura 2.
Figura 2. Estabilidad de la dispersión a una concentración de 0.004 M del agente espumante.
Lo anteriormente expuesto encuentra aplicación en la
formación de cuerpos porosos a base de alúmina. En la
fabricación de cerámicas porosas, se han utilizado
agentes espumantes para la incorporación de aire a una
dispersión de Al2O3 [12-14], los cuales se agregan
durante la elaboración del cuerpo verde y
posteriormente, durante el proceso de sinterización, se
evaporan o se queman (crakeo), dejando libre el espacio
que ocupaban, generando, entonces la porosidad
requerida [13,16,20].
2.2 Conformado de las piezas cerámicas porosas
En la Figura 3, se observan las fotomicrografías de los
cuerpos sinterizados de las muestras 1 y 2, gelificadas
con una solución de agarosa al 3%. Se puede observar en
ambas fotomicrografías la presencia de porosidades de
un tamaño comprendido entre 1.25 a 3.35 ± 0.05μm,
indicando estos valores, una formación de estructuras
microporosas, originadas por la falta de difusión en
estado sólido de las partículas de alúmina; debido a que
el tamaño de partícula utilizado resulta ser muy grande
(3.23 μm) para generar una pieza cerámica de alta
densificación. Adicionalmente no existen diferencias
estructurales en los cuerpos sinterizados, con respecto al
uso de diferentes agentes defloculantes (Duramax para la
muestra 1, y citrato de amonio tribásico para la muestra
2) en la elaboración de la suspensión de alúmina;
indicando que este aditivo no modifica el grado de
densificación de las muestras cerámicas.
Figura 3. Fotomicrografía de las piezas sinterizadas a 1000X de aumento. A) Muestra 1. B) muestra 2.
Las fotomicrografías de la Figura 4, muestran los
resultados obtenidos para las muestras 3 a la 7, utilizando
agitación magnética y variando la cantidad volumétrica
del agente espumante. La concentración de la solución
gelificante de agarosa se mantuvo fija (3%) [9,10]. Se
observó la formación de porosidades, pero esto ocurre,
aparentemente, por la falta de sinterización y no por la
acción del agente espumante, debido a que se obtienen
1060
1080
1100
1120
1140
1160
1180
1200
1220
1240
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Volu
men
de
esp
um
a (c
m3
)
Tiempo (min)
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Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53 51
microporos y estructuras iguales a las muestras sin agente
espumante (Muestras 1 y 2). Las irregularidades que se
muestran en la Figura 4-A, se deben, probablemente, a la
coalescencia de las burbujas en la superficie de la
suspensión, dado que éstas no se incorporaron al seno de
la dispersión. Esta inestabilidad en la espuma se debe
posiblemente a la disminución significativa de la
concentración del agente espumante en la suspensión de
alúmina, por debajo de la (cmc).
Figura 4. Fotomicrografía de la muestra 7 sinterizada, a diferentes aumentos: A) 100X. B) 1000X.†
†Las fotomicrografías de las muestras 3, 4, 5 y 6, poseen una estructura igual a la muestra 7. Resultados no mostrados.
Ahora bien, cuando se agrega un volumen de 10 mL del
agente espumante y se modifica el método de agitación,
utilizando simultáneamente, agitación por aspas y
agitación magnética, se logra incorporar la mayor
cantidad de espuma al seno de la suspensión de alúmina,
esto hace que se generen poros de gran tamaño (mayores
a 40 µm, con frecuencia del 50%), como se muestra en la
Figura 5, donde se observa su interconexión a lo largo de
toda la estructura. El hecho de generar estructuras porosas
va asociado a beneficios de ciertas propiedades físicas en
materiales cerámicos, como permeabilidad y
conductividad térmica [1]. A su vez, estos resultados son
comparables a los obtenidos por diversos autores,
utilizando la metodología del conformado de cuerpos
denso-porosos [16, 17, 22].
Adicionalmente, en las muestras donde se modificó el
método de agitación no se detectó presencia de interfase y
se determinó que el porcentaje volumétrico de
porosidades era de 52,3%. Al comparar este valor, con el
reportado por Fuji et al. 2006 [17] en su trabajo de
cerámicas porosas vía gelcasting (53.4%), se logra
apreciar que ambos son cercanos, lo cual indica que la
metodología empleada, para la incorporación de espuma
estable en la suspensión de alúmina pareciera ser la
adecuada.
Sin embargo, una magnificación a 2000X (figura 5b) de
una región sin poros, permite visualizar una
microporosidad con poros de diámetro comprendido entre
1 y 4 m, lo que sugiere que existe una falta de
sinterización de la muestra 8, alcanzándose una porosidad
total del material de un 87.9%, producto de la
combinación de los poros generados por el agente
espumante (53,4%), y los generados por la falta de
sinterización, mientras que para las muestras sin agente
espumante (muestras 1 y 2) se alcanzó una densificación
de un 75% como valor máximo.
Figura 5. Fotomicrografía de la muestra 8 a distintos aumentos. a) 100x. b) 2000X.
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Por otra parte, en la Tabla II se reportan los valores
obtenidos de área superficial específica en m2/g, de las
muestras conformadas, utilizando la metodología BET. Se
puede observar que las muestras sin el agente espumante
poseen la menor área superficial, debido la ausencia de
mesoporos. Cuando se comparan los valores obtenidos
para las muestras 3 y 4, (agitación magnética), con los
obtenidos para las muestras 5-8 (agitación mixta:
magnética/hélice) se observa un aumento del área
superficial debido a la incorporación de aire y formación
de espuma estable (como ya se mencionó), que genera un
aumento en la porosidad. Por último, el aumento en diez
veces el área superficial de la muestra 8, induce a pensar
que el volumen agregado (10 mL) del agente formador de
poros (sulfato dodecil sódico) y el método de agitación
combinado, resultan más eficientes en la generación de
poros ya que se aumenta el área de contacto en las piezas
conformadas. Esto fue también observado a través del
análisis por MEB.
Tabla II. Valor del área superficial específica de cada
muestra sinterizada, BET.
Muestra Área Superficial
(m2/g) ± 0.01
1 1.18
2 1.20
3 4.60
4 4.60
5 7.03
6 7.03
7 7.03
8 10.10
III. CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos, a través de la
elaboración de las piezas cerámicas, se puede concluir
que es factible la obtención de un dispositivo con una
elevada porosidad volumétrica, superior al 52%, que
puede ser generada por dos vías, la primera: adición de un
agente surfactante (espumante), en este caso sulfato de
dodecil sódico, el cual al volatilizarse durante la etapa de
sinterizado promueve la aparición de espacios libres, lo
que conlleva a una generación de poros. la segunda:
incorporación simultánea de dos técnicas de agitación de
la suspensión de alúmina con el agente espumante:
magnética y hélice; permitiendo así la incorporación de
aire a la suspensión, a través de la formación de espumas
estables en el tiempo.
IV. REFERENCIAS
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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 54
MODELO DE PROPAGACIÓN EN LAS CIUDADES DE MÉRIDA
(VENEZUELA) Y CÚCUTA (COLOMBIA) PARA REDES WLAN,
OPERANDO EN 2.4 GHz, EN AMBIENTES EXTERIORES
Pérez García Nelson1, Herrera Jorge
2, Uzcátegui José Rafael
1, Bernardo Peña José
3
(Recibido agosto 2011, Aceptado octubre 2011) 1 Grupo de Investigación de Telecomunicaciones, Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela
2 Universidad de Pamplona, Departamento de Telecomunicaciones, Cúcuta, Colombia 3Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Oriente, Barcelona, Venezuela
Resumen: A pesar de que en la literatura se reportan numerosos trabajos relacionados con modelos de propagación
desarrollados para predicción de cobertura en la banda no licenciada de redes inalámbricas de datos de 2,4 GHz,
tanto en ambientes interiores como en ambientes exteriores, ninguno de ellos se refiere a condiciones de
propagación (morfología, topografía, propiedades atmosféricas, entre otras) típicas de Venezuela o similares. En
este sentido, en el presente artículo se desarrolla un modelo para ambientes exteriores, basado en mediciones
realizadas en las ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta (Colombia), ciudad ésta con características de
propagación similares a algunas ciudades de Venezuela, tal como San Cristóbal. El modelo obtenido presenta un
mejor desempeño, en términos del error relativo, que los modelos de la literatura con los que fue comparado.
Palabras clave: Redes Inalámbricas de Datos/ Cobertura/ Ambientes Exteriores/ Modelo de Propagación.
WLAN PROPAGATION MODEL IN MERIDA (VENEZUELA)
AND CUCUTA (COLOMBIA) CITIES, OPERATING AT 2.4 GHz
IN EXTERIOR ENVIRONMENTS Abstract: Although in the literature are reported numerous papers related to propagation models developed for
coverage prediction in the unlicensed wireless network data of 2.4 GHz, for both indoors and in outdoor
environments, none of them refer to the (morphology, topography, atmospheric properties, etc.) typical
propagation in Venezuela or the like. In this sense, in this article a model for outdoor environments is developed
based on measurements made in the cities of Merida (Venezuela) and Cúcuta (Colombia); this city with
propagation characteristics similar to some cities in Venezuela as San Cristobal. The development model predicts
the received signal level and presents a better performance, in terms of relative error, when it is compared with
some of the literature models.
Keywords: Wireless Data Networks/ Coverage/ Outdoor Environments/ Propagation Model
I. INTRODUCCÍON
En las últimas dos décadas, las redes de datos que operan
con tecnología inalámbrica en la banda de frecuencias
libres de 2,4 GHz han experimentado un amplio
desarrollo, originando con ello una gran penetración de
este tipo de redes y su utilización en distintas aplicaciones
para la trasmisión de datos.
Ello ha motivado al desarrollo de modelos, métodos,
técnicas, etc., que permitan, por un lado, mayor precisión
en la planificación y dimensionamiento de dichas redes, y
por otro lado, el mejor desempeño de las mismas en
términos de velocidad de transmisión, coexistencia con
otras sistemas inalámbricos de comunicaciones, entre
otros.
En el caso específico de la planificación y
dimensionamiento de las redes inalámbricas de datos, un
importante aspecto es la predicción de su cobertura, para
lo cual se requiere de modelos de propagación que
contemplen la o las frecuencias de operación de interés.
En el caso de ambientes exteriores, estos modelos toman
en cuenta la morfología, topología, condiciones
atmosféricas, entre otros, propias del o los ambientes para
los cuales son desarrollados.
En ese sentido, en la literatura se consiguen un
significativo número de modelos de propagación
(macrocelda o microcelda) que pueden ser aplicados para
la banda de 2,4 GHz, entre los cuales destacan: Young
[1], Lee [2], Longley-Rice [3], Okumura [4], Okumura-
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Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 55
Hata [5], Extendido de Hata o COST-231 Hata [6],
Sakagami-Kuboi [7] y Walfisch-Bertoni [8].
Sin embargo, ninguno de los citados modelos, así como
otros, han sido desarrollados en base a las condiciones de
propagación típicas de Venezuela o regiones similares.
Precisamente, en el presente artículo se describe el
desarrollo de un modelo de propagación semi-empírico
para la banda de 2,4 GHz, desarrollado a partir de un
conjunto de medidas realizadas en ambientes exteriores
en las ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta
(Colombia), ciudad ésta con características de
propagación similar a varias ciudades de Venezuela, tal
como San Cristóbal.
II. DESARROLLO
1. Modelos de propagación en ambientes exteriores
En esta sección se presentan las principales características
de algunos de los modelos de propagación para ambientes
exteriores encontrados en literatura, que han sido
desarrollados, la mayoría de ellos, de forma similar a
como se desarrollará el modelo objeto del presente
artículo.
A. Modelo de Young
Considera una metrópolis con edificios altos. En este
caso, las pérdidas de propagación vienen dadas por [1]:
d log 40h log 20 h log 20 G - G - )dB(L mebmeb (1)
Donde:
Geb = Ganancia de la antena de la estación radio base (dBi)
Gm = Ganancia de la antena del móvil (dBi)
heb = Altura de la antena de la estación radio base (m)
hm = Altura de la antena del móvil (m)
= Factor de densidad de edificios (25 dB para grandes
ciudades)
El modelo en cuestión es válido para frecuencias entre
150 MHz y 3,7 GHz
B. Modelo de Lee
Desarrollado para tierra plana, con bastantes
imprecisiones para terreno no plano, es considerado “el
modelo de Norteamérica”. Las pérdidas de propagación
vienen dadas por [2]:
Aco
F log 10 - f
f logn 10
d
d log 10 log10)dB(L
o
(2)
Donde:
o = potencia medida a 1,6 km del transmisor, dados en
la Tabla I
= coeficiente de pérdidas de la potencia con la distancia,
dado en la Tabla I
d = distancia entre el transmisor y el receptor (km)
do = distancia de referencia = 1,6 km
n = varía según el entorno y la frecuencia (es dado más
adelante)
f = frecuencia de operación (MHz)
fc = Frecuencia de referencia = 900 MHz
FA = Factor de ajuste = mebTmeb GGPhh F F F F F
ebhF = Factor de ajuste por la altura de la estación base
mhF = Factor de ajuste por la altura del móvil
TPF = Factor de ajuste por la potencia del transmisor
ebGF = Factor de ajuste por la ganancia de la antena de la
estación base
mGF = Factor de ajuste por la ganancia de la antena del
móvil
Tabla I. Parámetros del modelo de Lee
Terreno 0
Espacio libre -45 2
Área abierta -49 4,35
Suburbano (Norteamérica) -61,7 3,84
Urbano (Norteamérica) -70 3,68
Urbano (Norteamérica) -64 4,31
Urbano (Japón) -84 3,05
2eb
hm 48,30
)m(hF
eb
m 3
)m(hF m
hm
2T
P W10
)W(PF
T
lineales) (unidades 4
lineales) unidades(GF eb
Geb
lineales) (unidades GmFmG
urbana áreay MHz 450 f para 3
abierta área / suburbana áreay MHz 450 f para 2n
c
c
m 3 h para 3
m 10 h para 2
m
m
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C. Modelo de Longley-Rice
Modelo basado en un algoritmo numérico, que se aplica
principalmente a sistemas de comunicación punto a punto,
en la banda de frecuencia desde 40 MHz hasta 100 GHz,
para todo tipo de terreno. El modelo de Longley-Rice [3]
considera la geometría del perfil del terreno y la
refractividad de la troposfera. Para la línea de horizonte se
utiliza principalmente el modelo de reflexión en tierra
plana [4], y las pérdidas por difracción para obstáculos
aislados se determinan utilizando el modelo de “filo de
cuchillo” [4]. Para las predicciones de tropodifusión se
utiliza la teoría de dispersión [9]. Este modelo también se
conoce con el nombre de Modelo de Terreno Irregular
(ITM = Irregular Terrain Model). El modelo requiere de
gran cantidad de información, la cual no siempre está
disponible, por lo que su utilización no siempre es
posible.
D. Modelo de Okumura
Es uno de los modelos más utilizados en la estimación de
las condiciones de propagación en áreas urbanas [4]. Es
aplicable a frecuencias de operación en el rango de 200
MHz a 2 GHz (normalmente extrapolado hasta 3 GHz).
Se basa en el uso de curvas que permiten determinar el
valor de la atenuación media (Amu) en función de la
frecuencia de operación y la distancia del enlace.
Asimismo, incluye factores de corrección por la altura de
las antenas transmisora y receptora (ebhF y
mhF ), así
como por el tipo de ambiente o área ( AREAF ). De esta
manera, la pérdida viene dada por:
AREAmhhmuel FFF)dB(A)dB(L)dB(Leb
(3)
Donde Lel es la pérdida en el espacio libre dada por [10]:
)km(dlog20 )MHz(flog20 44,32)dB(Lel (4)
La atenuación media Amu y el factor de corrección por el
tipo de ambiente o área FAREA, se determinan a partir de
las Figuras 1 y 2 [4].
Adicionalmente,
m 1000 h m 10 para 200
hlog20F eb
ebebG
m 10 h m 3 para 3
h log 20
m 3 h para 3
h log 10
F
mm
mm
hm
Figura 1. Atenuación media en el modelo de Okumura
Figura 2. Factor de corrección por tipo de ambiente o
área
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E. Modelo de Okumura-Hata
Con el propósito de tornar el modelo de Okumura más
fácil de aplicar, Hata [5] estableció fórmulas matemáticas
empíricas, válidas para el rango de frecuencias de 150
MHz a 1,5 GHz, para describir la información gráfica
dada por Okumura. La formulación de Hata es dada por:
Áreas urbanas
dlog)eb
h 6,55log - (44,9 )ma(h-
)eb
13,82log(h - 26,16logf 55,69)(
dBurbana
L (5)
Donde “d” es válida de 1 km a 20 km, y mha es un
factor de corrección que depende de altura del móvil y la
frecuencia, dado por:
medianas o pequeñas ciudades para
0,8 - f log 1,56 - 0,7 - f log1,1 mm hha
MHz 400 fy grandes ciudades para
4,97 - h 11,75 log 3,2
MHz 400 fy grandes ciudades para
1,1 - h 1,54 log 8,29
)(2
m
2
m
mha
Áreas suburbanas
5,4 - 28
f log 2 - L)dB(L
2
urbana
(6)
Áreas rurales o abiertas
40,94 - f log 18,33 f log 4,78 - L)dB(L2
urbana (7)
E. Modelo Extendido de Hata (COST-231 Hata)
Una versión del modelo de Okumura-Hata más utilizada,
es la conocida como “Modelo Extendido de Hata” o
“Modelo COST- 231 Hata, el cual tiene como principal
característica la extensión del rango de frecuencia hasta 2
GHz y la incorporación de un factor de corrección para el
tipo de ambiente en la expresión (5). Las pérdidas de
propagación son dadas por [6]:
MCd
dBL
log)h 6,55log - (44,9
)a(h - )log(h 13,82 - f log 33,9 3,46)(
eb
meb (8)
Donde CM es igual a 0 dB, para ciudades medianas y
áreas suburbanas, y 3 dB, para centros metropolitanos.
Adicionalmente, el factor mha se determina con las
mismas expresiones empleadas por el modelo de
Okumura-Hata.
F. Modelo de Sakagami-Kuboi
Es otra formulación matemática del modelo de Okumura.
Las ecuaciones fueron obtenidas mediante el uso de
múltiple regresión no lineal a una parte de datos
recolectados en Tokio, Japón [7]. Las pérdidas de
propagación de este modelo se determinan a partir:
eb
2
T
s
h log h
h 3,7 - 24,37 - H 6,1log
h 1,4log 0,023 W 7,1log - 100)(
o
dBL
3,23 - f log 13
eb
e f 20log
d logh 3,1log - 43,32
(9)
Donde:
W = Ancho de la calle (entre 5 m y 50 m)
= Ángulo del suelo respecto a la dirección del rayo
directo (entre 0 e 90)
hs = Altura de los edificios a lo largo de la calle (de 5 m a
80 m)
H = Altura media de los edificios (entre 5 y 50 m)
heb = Altura de la antena de la estación radio base
oTh = Altura del terreno en la estación en la radio base
El modelo de Sakagami-Kuboi es válido para frecuencias
desde 450 MHz has 2,2 GHz, y para distancias entre
transmisor y receptor desde 0,5 km hasta 10 km.
G. Modelo Walfisch-Bertoni
Basado en la Teoría Uniforme de Difracción (UTD =
Uniform Theory Difraction) [11], este modelo permite
estimar las pérdidas de propagación en ambientes urbanos
considerando la difracción de la señal en el techo de los
edificios. La Figura 3 ilustra la geometría considerada
para este modelo. En este modelo, las pérdidas de
propagación se determinan a partir de [8]:
h - h 17
d - 1 log18h - h log18
log38 log 2155,89)(
edeb
2
edeb
dfAdBL
(10)
Donde el factor A, que incluye la influencia de los
edificios, es dado por:
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Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 58
w
hh
hhw
A
med
med
)( 2tan log20
wlog9)(2
log5
1
2
2
Con hed siendo la altura media de los edificios (en metros)
y en “w” la separación entre edificios (en metros).
Por su parte, H es:
H = heb – hed
El rango de frecuencia es válido desde 300 MHz has 3000
MHz, y la distancia entre transmisor y receptor es dada en
km.
Figura 3. Geometría utilizada en el modelo de Walfisch-
Bertoni
2. Set-up experimental
El equipo que se utilizó para las mediciones del nivel de
señal recibida consistió en un AP´s (Access Point) o
Enrutador Inalámbrico haciendo las veces de transmisor;
y un computador portátil con tarjeta inalámbrica de red
IEEE 802.11a/b/g, fungiendo como receptor.
El transmisor se instaló sobre un mástil a una altura de 3
metros, y fue configurado para irradiar una potencia de
100 mW (20 dBm), en el canal 6 de la banda no
licenciada de 2,4 GHz. La ganancia de la antena empleada
fue de 5 dBi. A su vez, el receptor se instaló a una altura
de aproximadamente un (1) metro, con una ganancia de
antena de 0 dBi y una sensibilidad de -98 dBm. Las
pérdidas de alimentación en el transmisor y en el receptor
se asumen de 1 dB y 0,5 dB, respectivamente.
Las mediciones fueron realizadas cada 5 metros, de
acuerdo a la Recomendación ITU-R P.1406 [12], la cual
indica que para depurar mediciones con las
correspondientes al presente trabajo, es conveniente
separar el desvanecimiento rápido (debido a la múltiple
trayectoria) del desvanecimiento lento (producto del
apantallamiento). Esto se logra, efectuando mediciones “a
lo largo de una distancia de unas 40 longitudes de onda”.
Se recomiendan al menos “36 medidas en cada distancia,
para así obtener un valor medio con una precisión de 1 dB
con el 90% de probabilidad”.
Las medidas del nivel de señal recibido fueron tomadas
en intervalos de un (1) segundo, durante 60 segundos, en
cada punto de medición, durante días diferentes. Para ello
se utilizó la herramienta computacional Ethereal [13].
Este procedimiento se repitió para cada uno de los
ambientes considerados: urbano, semiurbano y abierto
(rural).
3. Entornos y mediciones realizadas
En total, se consideraron siete (7) escenarios, distribuidos
de la siguiente manera:
Mérida, Venezuela
Calle residencial (Urbano-1).
Patio Central del Núcleo La Hechicera, Universidad de
Los Andes (Semiurbano-1).
Estacionamiento “H” del Núcleo La Liria, Universidad
de Los Andes (Semiurbano-2).
Área semiurbana, con vegetación densa (Semiurbano-3).
Cúcuta, Colombia
Calle residencial (Urbano-2).
Área semiurbana, con vegetación densa (Semiurbano-4).
Área rural, con escasa vegetación (Rural-1).
A modo de ejemplo, las Figuras 4 y 5, muestran la
disposición del transmisor (AP) y el receptor (computador
portátil), en dos (2) de los escenarios mencionados.
Figura 4. Disposición del AP y del computador portátil, para
las mediciones realizadas en el Patio Central del Núcleo La
Hechicera, Universidad de Los Andes
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 59
Figura 5. Disposición del AP y del computador portátil, para las mediciones realizadas en el
Estacionamiento “H” del Núcleo La Liria, Universidad de Los Andes
En la Figura 6, se muestra el gráfico de dispersión de los
valores del nivel de señal recibida en función de la
distancia, para los siete (7) escenarios mencionados
anteriormente.
Figura 6. Nivel medido de señal recibida en función de la
distancia
Tal como se puede observar en la Figura 6, la tendencia
de cada uno de los gráficos de dispersión es el esperado
decrecimiento del nivel de señal recibida con el aumento
de la distancia entre transmisor y receptor. Y si bien no se
puede inferir nada concluyente acerca de las tendencias de
los mencionados gráficos en función del ambiente
considerado, destaca el hecho de que para el entorno
“Rural-1”, como era de esperarse es que se alcanza la
mayor distancia de cobertura (145 m), con niveles de
potencia recibida superiores a cualquier de los otros
entornos que alcanzaron al menos los 100 m de distancia
de cobertura (“Urbano-2”, “Semiurbano-1” y
“Semiurbano-2”).
4. Desarrollo del nuevo modelo de propagación
A partir de los modelos de propagación existentes en la
literatura, anteriormente mencionados, las pérdidas de
señal (L) se pueden representar de forma general como
sigue:
d log 10 A)dB(L (11)
Donde “A” es un factor que incluye las pérdidas de
potencia con la altura del transmisor, múltiples reflexión,
obstáculos, entre otros.; y “” es el ya mencionado el
exponente de pérdidas de la potencia con la distancia.
Por ejemplo, en el caso del modelo de pérdidas en espacio
libres “” es igual a 2. Para el modelo de tierra plana “”
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Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 60
es igual a 4 [4]. En el caso del modelo extendido de Hata,
“” depende de la altura de la estación radio base (heb).
Ahora bien, dado que las mediciones realizadas se
refieren al nivel de potencia recibida y no a las pérdidas
de la señal, la expresión (11) es equivalente a la de
potencia, cambiando los signos de los dos (2) términos de
la misma (los términos que aparecen sumando en una
ecuación de pérdidas de potencia, deben aparecer
substrayendo en la correspondiente ecuación de potencia
recibida). Por tanto, se tiene:
d log 10 - A)dBm(PR (12)
Donde PR representa el nivel de señal recibida, “d” es
dada en metros y los parámetros de “A” y “” se obtienen
mediante regresión lineal, utilizando la herramienta
computacional de uso libre OpenOffice [14].
A continuación, se muestran los resultados obtenidos para
los parámetros de ajuste “A” y “”, para cada uno de los
tres (3) ambientes considerados (en el caso de los
entornos urbanos y suburbanos, se procedió previamente a
determinar el promedio de los niveles de señal recibida
para cada una de las distancias de medición para un
mismo entorno).
d log 59,22 - 51,27)dBm(PuR
(para ambientes urbanos) (13.1)
d log 67,21 - 38,26)dBm(PsuR
(para ambientes suburbanos) (13.2)
d log 75,20 - 63,25)dBm(PruR
(para ambientes rurales) (13.3)
Donde:
uRP = Potencia recibida para ambientes urbanos
suRP = Potencia recibida para ambientes suburbanos
rRP = Potencia recibida para ambientes rurales
De las expresiones (13.1), (13.2) y (13.3), se deducen los
valores estimados de “” para cada uno de los tres (3)
ambientes considerados. Estos valores se resumen en la
Tabla 2.
Tabla 2. Valores del parámetro “”
Terreno
Urbano 2,23
Semiurbano 2,17
Rural 2,08
De la Tabla 2 se concluye, como era de esperarse, que el
parámetro “” disminuye a medida que el entorno tiende a
rural, resultado cónsono con la teoría, en virtud de las
menores pérdidas que se espera que hayan en ambientes
abiertos. Adicionalmente, comparando el valor de “”
para el ambiente urbano (en realidad, se trata, tal como se
mencionó anteriormente, del promedio de las mediciones
obtenidas para los dos ambientes urbanos considerados)
objeto de las mediciones del presente trabajo, se tiene que
el mismo es significativamente menor al que, por
ejemplo, se obtiene con el modelo extendido de Hata, el
cual típicamente se encuentra en el rango comprendido
entre 3 y 4 [15]. Esto se debe a que las mediciones base
para el modelo extendido de Hata fueron realizadas en
Tokio, Japón, ciudad con una elevada densidad de
edificaciones, razón por la cual las pérdidas son mayores
a las existentes en los ambientes urbanos de las ciudades
de Mérida y Cúcuta.
Ahora bien, con el fin de obtener un modelo general que
sea válido para los tres (3) entornos, se considera una
dependencia directa de los ambientes semiurbano y rural
en relación al ambiente urbano. Esto se hace igualando,
de forma genérica, las ecuaciones (13.1) y (13.2), así
como las ecuaciones (13.1) y (13.3). De esta forma, se
tiene:
)dB(K)dBm(P )dBm(P 1RR suu (14.1)
)dB(K)dBm(P )dBm(P 2RR ruu (14.2)
Donde:
K1 = Factor de corrección para ambientes suburbanos
K2 = Factor de corrección para ambientes rurales
La Tabla 3 muestra los valores de K1 y K2, obtenidos a
partir de la media de los resultados, punto a punto, de las
expresiones (14.1) y (14.2), respectivamente.
Tabla 3. Valores del K
K1 -2,28
K2 0,92
Por tanto, la nueva formulación para la predicción de la
potencia recibida del modelo desarrollado en el presente
trabajo es:
Ambiente Urbano
d log 59,22 - 51,27)dBm(PuR (15.1)
Ambiente Suburbano
1RR K - )dBm(P)dBm(Pusu
(15.2)
Ambiente Rural o Abierto
2RR K - )dBm(P)dBm(Puru
(15.3)
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Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 61
Donde K1 y K2 son dados por la Tabla 3.
Las Figuras 7 y 8 muestran la comparación de los valores
medidos y estimados (con la formulación inicial y la
nueva formulación), para los ambientes suburbano y rural,
respectivamente, del nivel de potencia recibido
Figura 7. Comparación de los valores estimados, para
ambiente suburbano, con las expresiones (13.2) y (15.2)
Figura 8. Comparación de los valores estimados, para
ambiente rural, con las expresiones (13.3) y (15.3)
En la Figura 7, el error relativo máximo entre los valores
estimados por las dos (2) expresiones consideradas es del
-4,26 %; mientras que en la Figura 8, el error relativo
máximo es de -5,18%.
A. Expresión Definitiva para la Predicción de Pérdidas
de Propagación
Las pérdidas de potencia se determinan a partir de [15]:
(dBm))()(
)()()(
RRT
RTT
PdBLdBL
dBiGdBiGdBmPdBmL
(16)
Donde:
PT = Potencia del transmisor
GT = Ganancia de la antena transmisora
GR = Ganancia de la antena receptora
LT = Pérdidas de alimentación en el transmisor
LR = Pérdidas de alimentación en el receptor
Por lo que, a partir de la expresiones (15.1), (15.2), (15.3)
y (16), y considerando los parámetros de operación del
set-up experimental, se tiene que las pérdidas de
propagación de acuerdo al modelo desarrollado en el
presente artículo serán dadas por:
Ambiente Urbano
d log 59,22 01,51)dB(L (16.1)
Ambiente Suburbano
1K d log 59,22 01,51)dB(L (16.2)
Ambiente Rural o Abierto
2K d log 59,22 01,51)dB(L (16.3)
Las expresiones (16.1), (16.2) y (16.3), son válidas,
preferiblemente, para frecuencia de operación igual a 2,4
GHz, altura de la estación base de 3 m, altura del móvil de
1 m, y distancia entre el transmisor y receptor desde 5 m
hasta 150 m.
5. Comparación de resultados
Para evaluar el desempeño del modelo desarrollado, se
hace una comparación con los modelos de propagación
existentes en la literatura que pueden ser aplicados para
las condiciones correspondientes a los entornos donde se
realizaron las mediciones objeto del presente artículo. De
esta manera, los modelos a ser utilizados para la
comparación son el de Young y el COST-231 Hata.
Las Figuras 9a, 9b y 9c, muestran los resultados obtenidos
para los ambientes urbano, suburbano y rural,
respectivamente. Se observa que el modelo desarrollado
presenta un mejor desempeño, en relación a los valores
medidos, que los modelos de la literatura considerados
para la comparación. En los tres (3) entornos e modelo de
Young subestima las pérdidas de propagación. Para el
caso del ambiente suburbano, el modelo COST-231-Hata
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Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 62
está más próximo de los valores medidos que en los otros
dos ambientes, pero sigue presentando menor desempeño
que el del modelo desarrollado.
El mejor desempeño del modelo desarrollado se puede
comprobar en las Figuras 10a, 10b y 10c, en las se
observa que para los tres (3) entornos los error relativos
siempre es menor para el modelo en cuestión.
III. CONCLUSIONES
1. Se desarrolló un nuevo modelo de propagación para la
estimación de las pérdidas de propagación en una red
WLAN operando en 2,4 GHz, ambientes exteriores,
en las ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta
(Colombia). El desarrollo en cuestión se basó en
mediciones del nivel de señal recibida realizadas en
redes WLAN, operando en la mencionada frecuencia
(2,4 GHz), en tres (3) tipos de ambientes o entornos:
urbano, suburbano y rural.
2. El modelo desarrollado consideró como variable
independiente la distancia entre transmisor y receptor.
No obstante, dado que las mediciones se llevaron a
cabo en ambientes diferentes, así como en diversos
días y horarios, el modelo en cuestión también
consideró la morfología, topología y efectos de las
variaciones leves del índice de refracción.
3. Los parámetros de ajuste de las expresiones
matemáticas obtenidas para el modelo desarrollado
fueron obtenidos utilizando regresión lineal. El
desempeño del modelo en cuestión, al ser comparado
con algunos de los modelos de propagación para
ambientes exteriores existentes en la literatura,
específicamente, Young y COST-231 Hata, fue
siempre superior, estimando, en algunos casos, con
gran precisión las pérdidas de propagación.
(a) (b)
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 63
(c)
Figura 9. Desempeño del modelo desarrollado: a) Ambiente urbano; b) Ambiente suburbano; c) Ambiente rural
(a) (b)
(c)
Figura 10. Error relativo: a) Ambiente urbano; b) Ambiente suburbano; c) Ambiente rural
IV. RECOMENDACIONES
1. Realizar mediciones en una mayor cantidad de
ambientes exteriores, extendiéndolas a diversos
lugares de Venezuela o ciudades de otros países con
características de propagación similares, con el fin de
que el o los modelos obtenidos tengan una mayor
versatilidad en su aplicación en relación a las zonas
geográficas del país. Adicionalmente, a medida que
aumenta el número de medidas, se disminuyen los
errores inherentes al proceso de medición como tal.
2. Incorporar en las mediciones más bandas de
frecuencia, ampliar el rango de la distancia entre
transmisor y receptor, y variar las alturas del
transmisor y receptor.
3. Finalmente, se sugiere emplear equipos de medición
de precisión, como por ejemplo, analizador de
espectro o medidor de campo. No obstante,
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64 64
considerando las limitaciones técnicas de rigor que se
tienen al utilizar uno o ambos equipos de medición
(disponibilidad real de dichos equipos, costo de los
mismos, alimentación eléctrica, entre otros), se puede
optar por realizar mediciones simultáneas, en algunos
entornos, con uno de los equipos sugeridos y un
computador portátil (como el empleado en las
mediciones objeto del presente artículo), y levantar
curvas de calibración que permitan utilizar
posteriormente sólo un computador portátil y ajustar
los resultados obtenidos según las curvas de
calibración.
V. REFERENCIAS
1. Seybold J. “Introduction to RF Propagation”. John
Wiley & Sons, Inc., New York, 2005.
2. Lee W.C. “Mobile Design Fundamentals”, John
Wiley, New York, 1993.
3. Longley A.G., Rice P.L. “Prediction of Tropospheric
Radio Transmission Loss Over Irregular Terrain”.
ESSA Technical Report ERL 79–ITS 67, Julio 1968.
4. Yacoub M.D. “Foundations of Mobile Radio Engineering”. CRC Press, 1993.
5. Hata M. “Empirical Formula for Propagation Loss in
Land Mobile Radio Services”. IEEE Transactions on
Vehicular Technolgy, Vol. VT-29, No. 3, pp. 317-325,
August 1980
6. COST Telecommunications. “Digital Mobile Radio
Towards Future Generation Systems - COST 231
Final Report”, Bélgica, 1999.
7. Garg V. K., Wilkes, J. E. Wireless and Personal
Communications Systems, Prentice Hall PTR, 1996.
8. Walfisch J., Bertoni H.L. “A Theoretical Model of
UHF Propagation in Urban Environments”. IEEE
Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 36,
No. 12, pp. 1788-1796, December 1988
9. Casciato M.D. “Radiowave Diffraction and Scattering
Models For Wireless Channel Simulation”. Tesis de
Doctorado, University of Michigan, Estados Unidos,
2001.
10. Parsons J.D. “The Mobile Radio Propagation
Channel”. 2nd Edition, John Wiley & Sons, Londres,
Inglaterra, 2000
11. Kouyoumjian R., Prabhakar, P. “A Unifm
Geometrical Theory of Diffraction for na Edge in a
Perfectly Conducting Surface”. Proceedings of the
IEEE, Vol. 62, No. 11, pp. 1448-1461, November
1974.
12. Recommendation ITU-R P.1406-1. “Propagation
Effects Relating to Terrestrial Land Mobile and
Broadcasting services in the VHF and UHF Bands”.
Ginebra, Suiza, 2007
13. Ethereal (Agosto 2011). “Powerful Multi-Platform
Analysis”. Disponible en http://www.ethereal.com/
14. OpenOffice.org (Agosto 2011). “OpenOffice.org”.
Disponible en http://www.openoffice.org/
15. Pérez García N. “Cálculo de Cobertura de Sistemas
WLL e LMDS”. Dissertaçao de Mestrado em
Engenharia Elétrica, Pontifícia Universidade Católica
do Rio de Janeiro (PUC/Rio), Brasil, Abril 2000.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue financiado por el Consejo de Desarrollo Científico, Humanístico, Tecnológico y de las Artes (CDCHTA),
Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela, bajo el proyecto I-967-06-02-A.
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Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71 65
NOTA TÉCNICA
3RO TALLER DE “EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA LA
SEGURIDAD Y LA SOSTENIBILIDAD DE IBEROAMÉRICA
(EFESOS)”
Vásquez, Carmen1 Osal, William
1 Sudriá, Antoni
2 Yépez, Wilson
3 Parra, Estrella
4
Sánchez, Itha5 Ramírez-PiscoRodrigo
6 Doyharzabal, Julio
7 Llosas, Yolanda
8
(Recibido septiembre 2011, Aceptado febrero 2012) 1Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO, Barquisimeto, Venezuela. 2Doctor por la Universidad Politécnica de
Cataluña. 3Escuela Politécnica del Ejército, Ecuador. 4 Universidad Nacional de Colombia, Colombia. 5 Instituto de
Investigaciones Eléctricas, México 6Departamento de Ingeniería Eléctrica del CITCEA-UPC 7Universidad Tecnológica
Nacional, Argentina. 8Universidad de Oriente, Cuba
[email protected], [email protected]
Resumen: Los estudios de las emisiones de los gases de efecto invernadero causados por la producción de la
energía eléctrica con fuentes no renovables incrementan el interés por la Eficiencia Energética. Ésta busca
establecer oportunidades de ahorro manteniendo los niveles de bienestar de los clientes del servicio. Debido a su
importancia, desde el año 2007 se desarrolla la Acción de Coordinación EFESOS del CYTED con el objeto de
potenciar las oportunidades y el intercambio de los resultados de la investigación de sus miembros. En el 3ER Taller
EFESOS se presentaron los programas que en ésta área se han presentado entre los distintos países. Este trabajo
busca dar a conocer la información relevante presentada durante en dicho Taller. Se concluye que es imprescindible
el intercambio de experiencias para generar iniciativas que a su vez permitan generar conocimiento en el área y el
desarrollo de la Eficiencia Energética como herramienta para incrementar la seguridad y la sostenibilidad en
Iberoamérica.
Palabras clave: CYTED/ EFESOS/ Eficiencia Energética.
Abstract: The studies of greenhouse gas emissions caused by the production of electric power based on non
renewable sources increase the interest for Energy Efficiency. This seeks to establish saving opportunities
maintaining the electrical service user´s quality of life. Due to their importance, in the year 2007 the EFESOS
Coordination Action of the CYTED is developed in order to boost the opportunities and the exchange of research
results within its members. In the 3th EFESOS Workshop the topics presented referred to different programs that in
these programs in the different contrys. This paper shows the outstanding information presented during the
Workshop. Among its conclusions it is established the need to exchange experiences to generate initiatives to allow
new knowledge generation in this subject and the development of Energy Efficiency as a tool to increase the
security and the sustainability in Iberoamérica.
Keywords: CYTED/ EFESOS/ Energy Efficiency
I. INTRODUCCIÓN
Como se menciona en [1], a raíz de la Convocatoria del
2007 del CYTED [2] se integra la Acción de
Coordinación: Eficiencia Energética para la Seguridad y
la Sostenibilidad en Iberoamérica (EFESOS) [3], en el
área dedicada a la Energía. En el marco de esta Acción se
ha planificado la 4TA
Reunión Ordinaria de sus miembros
en la ciudad de Santa Fe, Argentina, se realiza el 3ER
Taller EFESOS, en el cual asistieron 120 participantes,
representantes del sector académico e industrial. Estos
Talleres han servido adicionalmente para mostrar los
programas de eficiencia energética que han llevado los
entes gubernamentales de cada país. El motivo de este
trabajo es describir los estos programas de eficiencia
energética que han sido motivo de su discusión en los
distintos Talleres EFESOS implementados.
II. DESARROLLO
1. Índices de eficiencia de consumo en países
miembros de efesos
Según [4, 5] para el 2008 el consumo de energía eléctrica
territorial anual de los países Argentina, Brasil, Chile,
Colombia, Cuba, Ecuador, España, México y Venezuela,
miembros de EFESOS, se muestra en la Tabla 1. Con esta
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71 66
información se pueden obtener diversos índices de
eficiencia que permitan comparar el uso que se le da a la
energía eléctrica en cada país, así por ejemplo en la
Figura 1 se muestra el consumo de energía eléctrica per
cápita, donde destacan como los tres (3) primeros España,
Venezuela y Chile. Sin embargo la Figura 2 muestra la
relación entre el consumo y el PIB, estos países se pueden
agrupar en dos (2), los que tienes una relación superior a
los 5 US$/kWh, como son España, Colombia, Cuba,
Ecuador y México, en ese orden, que generan mayor
ingreso bruto por unidad de energía. Y en el segundo
grupo se encuentran los países Brasil, Venezuela,
Argentina y Chile. Ambas figuras fueron realizadas a
partir de los datos de la Tabla I.
Tabla I. Consumo de Energía Eléctrica per cápita en algunos países miembros de EFESOS
País Número de
Habitantes
PIB
millones US$
Extensión Territorial
(km2)
Consumo de Energía
Eléctrica (GWh/año)
Argentina 39.882.980 328.465 2.736.690 106.048
Brasil 191.971.506 1.575.150 8.459.420 416.770
Chile 16.803.952 169.458 743800 55.756
Colombia 45.012.096 243.765 1.109.500 43.977
Cuba 11.237.154 68.625** 109.820 14.709
Ecuador 13.481.424 54.685 276.840 10.623
España 45.555.716 1.604.230 499.090 286.818
México 106.350.434 1.088.130 1.943.950 216.529
Venezuela 27.935.000 314.150 882.050 85.955
*Datos tomados del informe de http://data.worldbank.org/
** Fuente: http://cubasource.org
Figura 1. Consumo de Energía per cápita en países miembros de EFESOS.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Ecuador
Colombia
Cuba
México
Brasil
Argentina
Venezuela
Chile
España
Consumo Eléctrico (kWh per capita)
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71 67
Figura 2. PIB Per Cápita en algunos países miembros de EFESOS.
2. Importancia de la eficiencia energética
La producción de gases efecto invernadero, a partir de la
generación de energía eléctrica con combustibles fósiles,
la dependencia de la sociedad moderna a este tipo de
energía y la sostenibilidad de las empresas del sector son
uno de los principales problemas que preocupa y se
debaten en la Acción de Coordinación EFESOS del
CYTED, como eje central.
El incremento en las concentraciones de los gases efecto
invernadero, el dióxido de carbono (CO2), gas metano
(CH4), óxido nitroso (N2O), hidrofluorocarbonos (HFC),
perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6),
se debe en gran medida a la generación de energía
eléctrica y el consumo de los combustibles fósiles. La
comunidad científica internacional considera que el
crecimiento no controlado de estos gases provoca un
incremento entre 2 a 50
C de temperatura sobre la
superficie de la tierra. Esto ocasiona un aumento del nivel
del mar, alteraciones climáticas (sequías e inundaciones)
y pérdidas económicas.
Adicionalmente el uso de la energía eléctrica está
implícito en todas las labores del ser humano, su
aplicación ha sido diversa. Ésta nace con la humanidad,
por la necesidad de incrementa las horas de luz del día y
preservar los alimentos. Por su gran utilidad,
controlabilidad, inmediatez de utilización y limpieza en
los usuarios finales se convierte en la forma de energía
más utilizada, siendo un elemento clave en el desarrollo
económico de los países, que tradicionalmente han
establecido una relación entre su consumo y el PIB. La
primera fuente de energía fue el fuego, pero en ese tiempo
era agotable, según se consumieran todas las reservas
naturales que se utilizaban para producirla,
principalmente la madera de los árboles.
Actualmente, el incremento acelerado del consumo de
energía eléctrica, para satisfacer las necesidades humanas,
el monto requerido que implican el crecimiento de los
sistemas eléctricos y los impactos al medio ambiente, y en
general a la humanidad, han resaltado la importancia de la
Eficiencia Energética, como un punto clave que permita
mantener los niveles de calidad de vida y confort
mitigando los efectos negativos que se producen por la
generación de esta energía.
La Eficiencia Energética implica una nueva forma de
pensar de científicos, académicos y de los actores del
sector gubernamental e industrial. Esto se demuestra con
algunas declaraciones dadas por los organismos
encargados de establecer las políticas ambientales [1],
donde la Eficiencia Energética se trata como un tema
social, con miras a que los ahorros obtenidos permitan
incrementar el acceso de la energía a las personas que no
la dispongan o en programas sociales que lo requieran.
Esfuerzos importantes se están realizando en este tema
como son:
La sustitución de equipos por tecnologías más
eficientes.
La educación de los usuarios sobre las ventajas de la
eficiencia energética, del ahorro de energía y los
beneficios derivados en relación al medio ambiente.
La implementación de medidas fiscales para
promover el uso de equipos de consumo eficiente y
de normativas que establecen las condiciones que
deben cumplir el diseño de las nuevas edificaciones
0 1 2 3 4 5 6
España
Colombia
Cuba
Ecuador
México
Brasil
Venezuela
Argentina
Chile
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para estar en armonía con el medio ambiente y con
un menor y más eficiente consumo de energía.
3. Programas de eficiencia energética en países
miembros de EFESOS
Los programas de eficiencia energéticas son las
implementados generalmente por los gobiernos centrales,
a través de los entes Ministeriales dedicados a incentivar
el uso racional de la energía y disminuir el impacto al
ambiente. Según Sánchez [6], dentro de estos programas
se encuentra: Etiquetado (etiquetas voluntarias y
obligatorias) de equipos electrodomésticos, la
Normalización de eficiencia (Transformación de
mercado), la Administración de demanda (cambio de
horario), la Sustitución de equipos (lámparas,
refrigeradores, aires acondicionados), Financiamiento de
equipo eficiente (reducción de consumos), entre otros.
3.1 La Normalización de la Eficiencia Energética
El concepto más simple de Normalización es el de
simplificar, unificar y especificar. Las normas contienen
las especificaciones técnicas, establecidas por consenso
entre los fabricantes, usuarios y otros interesados,
fundamentadas en los resultados de la ciencia, la
tecnología y la experiencia, que garantice el progreso de
la comunidad [6]. Este proceso está ligado a las
actividades comerciales, en el marco de la Organización
Mundial del Comercio (TBT, por sus siglas en inglés), en
el Código de Buena Conducta para la elaboración,
adopción y aplicación de las normas técnicas [7].
La normalización de la eficiencia energética establece los
límites de consumo en los productos o servicios que se
fabrican, producen o comercializan en los países, a través
de la trazabilidad de protocolos de referencia, y la manera
de la evaluación de la conformidad y de la difusión de
sistemas de información al consumidor, generalmente
implementados de forma de etiqueta [6]. Ésta tiene como
objetivo que los gobiernos promueven una competencia
entre fabricantes para que se desarrollen productos que
cumpla con ciertas especificaciones energéticas,
manteniendo los otros criterios de mercado, y con la
aceptación de los usuarios, es decir, la transformación del
mercado.
Cuando las normas desarrolladas por instituciones son
acogidas por entes gubernamentales, ya que sus
implicaciones regulan la seguridad de la vida animal,
vegetal o ambiental, éstas pasan a ser de carácter
obligatorio por Ley y facultarán a una Institución para su
aplicación, creando un sistema de evaluación de
conformidad para su certificación. Dentro de estas
instituciones en los países miembros de EFESOS se
encuentra, por ejemplo, el Instituto Colombiano de
Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) [8], el
Concejo Nacional de Electricidad (CONELEC) [9], la
Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía
(CONUEE) [10], Comité de Electricidad
(CODELECTRA) [11] de Colombia, Ecuador, México y
Venezuela, respectivamente.
Las instituciones encargadas de la eficiencia energética
han desarrollado a nivel nacional normas que regulan la
eficiencia energética en equipos de uso final como:
refrigeradores, lámparas, equipos de aire acondicionado,
lavadoras, motobombas, cocinas o estufas, calentadores,
televisores y otras. A manera de ejemplo en [1] se
muestra la reducción lograda, entre un 10 a un 50% del
consumo de energía eléctrica, a través de la aplicación de
uno de sus programas relativos a eficiencia energética en
refrigeradores o neveras en México.
Según [12] en el proceso de normalización se pueden
distinguir dos (2) grandes etapas, la de elaboración de una
norma, que concluye con su emisión, y su aplicación. Esta
última etapa concluye con la certificación del
cumplimiento de un producto o el dictamen de
verificación del cumplimiento de un sistema con la
norma. La certificación es la actividad que consiste en
afirmar que un producto o servicio se ajusta a las
especificaciones establecidas en las normas, con la
expedición de un documento en el que se da fe de este
cumplimiento. Para lograr esta certificación se debe
contar con entidades cuya función es reconocer las
competencias técnicas de los organismos de certificación,
laboratorios de prueba y unidades de verificación.
Los fabricantes de equipos han logrado reducir sus
consumos energéticos introduciendo mejoras e
innovaciones en sus productos. A manera de ejemplo los
fabricantes de neveras y refrigeradores han logrado
reducir sus consumos a partir de incrementar del
aislamiento térmico en las puertas y de los gabinetes, de
la superficie del área del evaporador y el condensador, del
capacidad de disipación de calor del evaporardor y del
condensador, del empleo de motores y compresores más
eficientes y, por lo tanto, logrando la disminución de las
pérdidas.
3.2 El Etiquetado
Para mantener al consumidor informado de cuáles son los
equipos eléctricos más eficientes se han diseñado una
serie de etiquetas que permiten identificar estas
características. En algunos países estas etiquetas pueden
ser de carácter obligatorio o voluntaria, pero las mismas
tienen el mismo fin: mantener al cliente informado sobre
los consumos energéticos para que esta información
influya en su decisión de compra.
En Venezuela la Norma COVENIN 3235-1999[13],
referida a Etiquetado de Refrigeradores y Congeladores,
estable que los mismos deben tener identificado en una
etiqueta amarrilla, como se muestra en la Figura 3, la
Guía de Consumo que establece el consumo anual de
estos equipos. Esta información permitiría comparar la
energía consumida en un año de equipos de refrigeración,
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por ejemplo, de la misma capacidad en pie cubico y
usarlo a la hora de seleccionar la compra.
Otros países como Brasil utilizan el Sello Procel [14],
como se muestra en la Figura 4, para el certificado de
equipos electrodomésticos. A nivel Europeo y en muchos
países se está utilizando la etiqueta que contiene la Clase
Energética de los equipos eléctricos, como se muestra en
la Figura 5 [15]. La cifra de consumo o emisiones no
puede dar por si solo una visión intuitiva se consume
mucho o no, por eso se refieren a la clase energética que
va de la A hasta la E.
Figura 3. Etiqueta amarrilla de equipos de refrigeración.
Figura 4. Sello Procel de Brasil
Figura 5. Etiqueta de Clase Energética
3.3 Administración de demanda
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El comportamiento de la demanda de energía se debe a
diversos factores como: la potencia de los equipos a ser
instalados y los factores de demanda y diversidad (que
son función de los patrones de consumo de los usuarios),
entre otros. Es decir, que a través de modificaciones de
los patrones de consumo, con criterios de eficiencia, se
pueden lograr obtener curvas de demandas más
horizontales que disminuyan sus valores máximos y
garanticen la mejor distribución de los recursos
energéticos que se disponen.
En México se tiene el programa de Cambio de Horario de
Verano (CHV) [16, 17], similar a otros lugares del
mundo, que implica cuyo propósito es el mayor
aprovechamiento de la luz natural en este país. Dentro de
los beneficios que tienen programas como este se pueden
listar: la disminución de la energía que se utiliza para la
iluminación artificial principalmente en usuarios
residenciales, desarrollo de una conciencia energética,
reducción del uso de combustibles y de la producción de
contaminantes, menores situaciones de riesgos por asaltos
y accidentes en horas nocturnas, tener la posibilidad de
realizar actividades de ocio en las tardes y poseer el
mismo horario que sus principales socios comerciales. La
Tabla II muestra los ahorros obtenidos por los 10 años de
implementación de este programa en México.
Tabla II. Ahorros obtenidos en México por el CHV [17]
Concepto Unidad Resultado
2006 1996-2006
Ahorros en consumo de energía eléctrica Millones de kWh 1.131 12.264
Combustibles fósiles ahorrados Millones de BEP* 2.754 27.501
Emisiones Evitadas de Bióxido de Carbono Miles de toneladas de CO2 1.427 17.418
Postergar el crecimiento de la demanda
(promedio anual) MW 931 796
Inversiones diferidas Millones de pesos 10.474 8.077
*Barriles Equivalentes de Petróleo
3.4. Sustitución de equipos y financiamiento de equipo
eficiente
Como punto común entre los diferentes países miembros
de EFESOS se ha implementado programas de sustitución
de equipos por las tecnologías conocidas como más
eficientes. Entre estos se destaca la sustitución de
bombillas por las lámparas fluorescentes compactas
(CFL, por sus siglas en inglés) y equipos de refrigeración
y enfriamiento por los de menor consumo, entre otras, que
generalmente han sido financiados por instituciones
gubernamentales.
A nivel industrial se ha incrementado la implementación
de los variadores de velocidad y de los motores más
eficientes, que se basan en el desarrollo de nuevas
tecnologías para reducir sus pérdidas y, por lo tanto, su
consumo.
En el sector eléctrico destacan las nuevas
implementaciones de equipos más eficientes como los
transformadores de distribución construido con material
de núcleo amorfo, que entre otras cosas disminuye las
pérdidas y el calor generado, alargando su vida útil.
III. CONCLUSIONES
1. Es imprescindible el intercambio de experiencias para
generar iniciativas que permitan incrementar el
conocimiento en el área y el desarrollo de la Eficiencia
Energética como herramienta para incrementar la
seguridad y la sostenibilidad en Iberoamérica.
2. Se requiere de un gran esfuerzo conjunto en todos los
niveles sociales, políticos y culturales de los países
que deseen fomentar y aplicar medidas para la
reducción del consumo de energía, hacer más eficiente
su utilización y reducir los efectos negativos que se
tienen sobre el medio ambiente, por la generación, el
uso y consumo de la energía.
IV. REFERENCIAS
1. Vásquez C. et. al, “1ER
Taller Eficiencia Energética
para la Seguridad y la Sostenibilidad de Iberoamérica
(EFESO)”, Revista Universidad, Ciencia y
Tecnología, Vol. 13, No. 53, Venezuela, 2009, pp
345-354.
2. CYTED: Programa Iberoamericano de Ciencia y
Tecnología para el Desarrollo, (2008, Diciembre),
[Online] disponible en http://www.cyted.org/
3. EFESOS: Eficiencia Energética y Seguridad para
Iberoamérica, (2008, Diciembre), [Online] Disponible
en: http://efesos.espe.edu.ec/BIENVENIDO.html
4. The World Bank (2009). Disponible en:
http://data.worldbank.org/
5. Cubasource (2009). Disponible en:
http://cubasource.org
6. Sánchez I., “Proyecto EFESOS: Eficiencia, Seguridad
y Sostenibilidad para Iberoamérica”, 3ER
Taller
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012
Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71 71
EFESOS, IEE, Santa Fé, Argentina, Marzo, 26, 2009,
p. 8.
7. Torres, H. et. al. “Energía Eléctrica, Un producto con
Calidad-CEL-”. Editoral ICONTEC. Colombia, 2006,
pp 27-53.
8. ICONTEC. Instituto Colombiano de Normas
Técnicas. Disponible en:
http://www.icontec.org.co/Home.asp?CodIdioma=ES
P
9. CONELEC. Consejo Nacional de Electricidad.
Disponible en
http://www.google.co.ve/search?hl=es&q=CONELEC
&aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=
10. CONUEE. Comisión Nacional para el uso eficiente de
la energía. http://www.conuee.gob.mx/wb/
11. CODELECTRA. Comité de Electricidad. Disponible
en http://www.codelectra.org/.
12. Acoltzi, H., Evaluación De La Conformidad De
Normas Oficiales Mexicanas De Eficiencia
Energética. 2DO
Taller EFESOS, IEE, Cuernavaca,
México, Marzo, 26, 2009, p. 15.
13. COVENIN 3235-1999. Refrigeradores.
Refrigeradores-congeladores y congeladores.
Etiquetado y reporte de consumo de energía.
CODELCTRA, 1999, pp 12.
14. Electrobras. Sello Procel. Disponible en
http://www.eletrobras.gov.br/ELB/procel/main.asp.
15. Clase Energética de los equipos eléctricos.
16. Rodrigo, G., et. al. El cambio de Horario de Verano:
ahorros de consumo y de demanda y reducción de los
contaminantes. Boletín marzo-abril 1997, pp 16.
Disponible en
http://www.iie.org.mx/publica/bolma97/tec3ma97.htm
17. Maqueda, M. y Pérez, H. Metodología de evaluación
del cambio de horario de verano en México: 10 años
de aplicación. Boletin IEE. Tendencias Tecnológicas.
Enero-Marzo 2008. pp 10. Disponible en
http://www.iie.org.mx/boletin012008/tenden.pdf.
AGRADECIMIENTO
Los autores quieren agradecer a las instituciones CYTED y EFESOS por el apoyo brindado para la elaboración de este
Taller.
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NORMAS DE PUBLICACIÓN
“Universidad, Ciencia y Tecnología” (UCT), es una
publicación, indizada y arbitrada, que se edita en cuatro
números anuales que constituyen un volumen, siendo
marzo, junio, septiembre y diciembre los meses de
publicación. La revista está destinada a dar a conocer,
dentro y fuera del país, las realizaciones científicas y
tecnológicas de la UNEXPO, así como las que se realicen
en otras universidades y centros de investigación
industrial en el país y en el exterior, en las especialidades
de Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería
Metalúrgica, Ingeniería Mecánica, Ingeniería Industrial,
Bioingeniería, Ambiente, Ciencias de la Ingeniería,
Mecatrónica, Telecomunicaciones, Rural, Ferroviaria,
Energética e Hidráulica y áreas conexas.
1. Condiciones Generales
Las contribuciones técnicas que se publiquen deberán
estar enmarcadas en los requisitos fijados por la presente
norma y aceptadas por el Comité Editorial.
Los trabajos publicados en UCT son de su propiedad, con
las excepciones que se estipulan en el Convenio de
Publicación y no podrán ser reproducidos por ningún
medio sin la autorización escrita del Editor.
Los autores deberán indicar nombre y apellido, título
académico, lugar de trabajo, cargo que desempeñan y
dirección completa, incluyendo teléfono, fax y correo
electrónico.
2. Contribuciones
El Comité Editorial acepta seis tipos de contribuciones
para publicación: Artículos Técnicos, Artículos de
Ingeniería Aplicada, Comunicaciones, Revisiones, Notas
Técnicas y Cartas al Editor
2.1. Artículos Técnicos
Son aquellas contribuciones que además de informar
novedades y adelantos en las especialidades que abarca
UCT, son el resultado de un trabajo de investigación, bien
sea bibliográfico o experimental, en el que se han
obtenido resultados, se discutieron y se llegaron a
conclusiones que signifiquen un aporte innovativo en
Ciencia y Tecnología.
2.2. Artículos de Ingeniería Aplicada
Son el resultado de trabajos de grado (Especialización,
Maestría y Doctorado) o de investigación en el ámbito
universitario e industrial, bien sea experimental y/o no
experimental, que signifiquen un aporte tecnológico para
la resolución de problemas específicos en el sector
industrial.
2.3. Comunicaciones
Son reportes de resultados originales de investigaciones
de cualquier campo de las ciencias básicas o aplicadas,
dirigidas a una audiencia especializada. Podrán ser hasta
de ocho (8) páginas.
2.4. Revisiones
Son artículos solicitados por invitación del Comité
Editorial y comentan la literatura más reciente sobre un
tema especializado
2.5. Notas Técnicas
Son aquellas contribuciones producto de investigaciones
destinadas a informar novedades y/o adelantos en las
especialidades que abarca UCT. Podrán presentarse en
una extensión máxima de diez (10) páginas, incluyendo
un máximo de 10 figuras y tablas, las que deberán
cumplir las condiciones que para ellas se establece en el
ítem 5.
2.6. Cartas al Editor
Son aquellas que reportan una idea sin entrar en detalles.
El Comité Editorial se reserva el derecho de seleccionar
los Artículos Técnicos y los Artículos de Ingeniería
Aplicada consignados para publicación, después de
consultar por lo menos a dos árbitros.
Los artículos remitidos para su publicación tienen que ser
inéditos. No serán aceptados aquellos que contengan
material que haya sido reportado en otras publicaciones o
que hubieran sido ofrecidos por el autor o los autores a
otros órganos de difusión nacional o internacional para su
publicación.
3. Presentación
Todas las contribuciones deberán prepararse en
procesador de palabras Microsoft Office Word® tipeadas
a una sola columna, a espacio sencillo, en papel tamaño
carta, tipo de letra Times New Roman, tamaño 10,
justificado, con un espaciado (6 puntos) entre párrafos, sin
sangría y con márgenes de por lo menos 2,5 cm.
Anexando su versión digital.
Los Artículos Técnicos y los de Ingeniería Aplicada
deberán tener una extensión máxima de 15 páginas,
incluyendo un máximo de 10 ilustraciones (figuras +
tablas) (Ver ítem 5)
4. Composición
Los Artículos Técnicos y de Ingeniería Aplicada deberán
ordenarse en las siguientes secciones: Título en español,
Nombre completo de los autores, Resumen en castellano y
palabras clave, Titulo en inglés, Resumen en inglés
(Abstract) y “Key words”, Introducción, Desarrollo,
Conclusiones, Referencias Bibliográficas.
a) Título en español. Debe ser breve, preciso y
codificable, sin abreviaturas, paréntesis, fórmulas ni
caracteres desconocidos, que contenga la menor cantidad
de palabras que expresen el tema que trata el artículo y
pueda ser registrado en índices internacionales. El autor
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deberá indicar también un título más breve para ser
utilizado como encabezamiento de cada página.
b) Nombre completo de los autores. Además de indicar
nombre y apellido de los autores, en página aparte se
citará título académico, lugar de trabajo, cargo y dirección
completa, incluyendo teléfono, fax y correo electrónico.
c) Resumen en castellano y palabras clave, señalando
en forma concisa los Objetivos, Metodología, Resultados
y Conclusiones más relevantes del estudio, con una
extensión máxima de 200 palabras. No debe contener
abreviaturas ni referencias bibliográficas y su contenido
se debe poder entender sin tener que recurrir al texto,
tablas y figuras. Al final del resumen incluir de 3 a 10
palabras clave que describan el tema del trabajo, con el fin
de facilitar la inclusión en los índices internacionales.
d) Título, Resumen y Palabras clave en inglés
(Abstract y key words). Es la versión en inglés de Título,
Resumen y Palabras Clave en castellano.
e) INTRODUCCIÓN. En ella se expone en forma
concisa el problema, el objetivo del trabajo y se resume el
fundamento del estudio y la metodología utilizada. Se
debe hacer mención además al contenido del Desarrollo
del artículo.
f) DESARROLLO. Se presenta en diversos capítulos.
Métodos y Materiales: donde se describe el diseño
de la investigación y se explica cómo se llevó a la
práctica, las especificaciones técnicas de los
materiales, cantidades y métodos de preparación.
Resultados: donde se presenta la información y/o
producto pertinente a los objetivos del estudio y los
hallazgos en secuencia lógica
Discusión de resultados: donde se examinan e
interpretan los resultados y se sacan las conclusiones
derivadas de esos resultados con los respectivos
argumentos que las sustentan.
g) CONCLUSIONES. En este capítulo se resume, sin los
argumentos que las soportan, las conclusiones extraídas
en la Discusión de los Resultados, expresadas en frases
cortas, sucintas.
h) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (o
simplemente REFERENCIAS). Debe evitarse toda
referencia a comunicaciones y documentos privados de
difusión limitada, no universalmente accesibles. Las
referencias deben ser citadas y numeradas
secuencialmente en el texto con números arábigos entre
corchetes. (Sistema Orden de Citación) Al final del
artículo se indicarán las fuentes, como se expresa a
continuación, en el mismo orden en que fueron citadas en
el texto, según se trate de:
Libros: Autor (es) (apellido e iniciales de los nombres),
título del libro, número de tomo o volumen (si hubiera
más de uno), número de edición (2da en adelante), lugar
de edición (ciudad), nombre de la editorial, año de
publicación, número(s) de página(s).
Artículos de revistas: Autor(es) del artículo (apellido e
iniciales de los nombres), título del artículo, nombre de la
revista, número del volumen, número del ejemplar, fecha
de publicación, número(s) de página(s).
Trabajos presentados en eventos: Autor(es), (apellido e
iniciales de los nombres), título del trabajo, nombre del
evento, organizador del evento, lugar, fecha, número(s) de
página(s).
Publicaciones en medios electrónicos: si se trata de
Información consultada en Internet, se consignarán todos
los datos como se indica para libros, artículos de revista y
trabajos presentados en eventos, agregando página Web y
fecha de consulta; si se trata de otros medios electrónicos,
se indicarán los datos que faciliten la localización de la
publicación.
En cualquiera de los casos, si los autores fueran más de
tres, citar solamente al primero y añadir a continuación “et
al”.
5. Ilustraciones. Incluir en el texto un máximo de 10
(diez) ilustraciones (Figuras + Tablas)
5.1. Figuras
Todos los gráficos, dibujos, fotografías, esquemas
deberán ser llamados figuras, numerados con números
arábigos en orden correlativo, con la leyenda explicativa
que no se limite a un título o a una referencia del texto en
la parte inferior y ubicadas inmediatamente después del
párrafo en que se citan en el texto.
Las figuras deben ser en original, elaboradas por los
autores. No se aceptan figuras escaneadas. Las fotografías
deben ser nítidas y bien contrastadas, sin zonas demasiado
oscuras o extremadamente claras.
5.2. Tablas
Las tablas deberán numerarse con números romanos y
leyendas en la parte superior y ubicarse también
inmediatamente después del párrafo en que se citan en el
texto. Igual que para las figuras, las leyendas deberán ser
explicativas y no limitarse a un título o a una referencia
del texto.
6. Unidades
Se recomienda usar las unidades del Sistema Métrico
Decimal. Si hubiera necesidad de usar unidades del
sistema anglosajón (pulgadas, libras, etc.), se deberán
indicar las equivalencias con el Sistema Métrico Decimal.
7. Siglas y abreviaturas
Si se emplean siglas y abreviaturas poco conocidas, se
indicará su significado la primera vez que se mencionen
en el texto y en las demás menciones bastará con la sigla o
la abreviatura.
8. Fórmulas y Ecuaciones
Los artículos que contengan ecuaciones y fórmulas en
caracteres arábigos deberán ser generadas por editores de
ecuaciones actualizados con numeración a la derecha.
