REVISTA INGENIARE N° 20 by Universidad Libre

Año 12 • No. 20 • Junio 2016 • Barranquilla - Colombia • ISSN 1909-2458

DIRECTIVAS

Presidente Nacional: Rector Nacional: Censor Nacional: Director Nacional de Investigaciones: Presidente Delegado: Rector Seccional: Director Seccional de Investigaciones: Decana Facultad de Ingeniería:

JORGE ALARCÓN NIÑO FERNANDO DEJANÓN RODRÍGUEZ ANTONIO LIZARAZO OCAMPO JOSÉ HELVERT RAMOS ORLANDO LINEROS VELASCO LUIS FERNANDO PARRA VILLANUEVA JORGE SENIOR MARTÍNEZ YUSSY ARTETA PEÑA

DIRECTOR: Msc. Yussy Arteta Peña EDITOR: Msc. Ricardo De la Hoz Lara ASISTENTE EDITORIAL: Ing. Leidy Pérez Coronell

COMITÉ EDITORIAL Ph.D. REYNALDO VELÁZQUEZ ZALDÍVAR Universidad Óscar Lucero Moya - Holguín, Cuba Ph.D. LILIA MENDOZA VEGA Universidad Libre - Seccional Barranquilla M.Sc. LUIS ORTIZ OSPINO Universidad Simón Bolívar Msc. GLORIA NARANJO AFRICANO Universidad del Atlántico

COMITÉ CIENTÍFICO Ph.D. ARISTIDES BARAYA Southeastern Louisiana University, USA. Ph.D. JAIDER VEGA JURADO Universidad del Norte, Colombia

Ph.D. RICARDO SILVEIRA MARTINS Universidade Federal de Mina Gerais, Brasil Ph.D. RODOLFO GARCIA FLORES Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation – CSIRO, Australia

Revista

Año 12 No. 20 Junio 2016 Ediciones Universidad Libre Seccional Barranquilla Apartado Aéreo 1752 Sede Principal de Barranquilla Km. 7 antigua carretera a Puerto Colombia Comunica a todas las dependencias PBX: 3673800 revistaingeniare@unilibrebaq.edu.co www.unilibrebaq.edu.co

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Contenido Editorial La epistemología en la educación superior: ¿fundamento o debate?............................................. 7 Jorge E. Senior M. ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA Medición del efecto látigo en redes de suministro Measurement of the whip effect in supply networking..................................................................... 13 Daniel Romero Rodríguez, Rubén Aguirre Acosta, Sugenis Polo Obregón, Álvaro Sierra Altamiranda, Julio Mario Daza-Escorcia Diseño y modelamiento de un aerogenerador Vawt Darrieus tipo H para la zona costera del departamento de Córdoba Design and modeling of a Vawt Darrieus type H wind turbine for the coastal zone of the department of Córdoba............................................................................................................. 33 Alan Javier González Díaz, Leonardo José Geovo Coronado, Yahir Enrique González Doria Evaluación del efecto del envejecimiento del cemento asfáltico 80-100 modificado con lignina Evaluation of the aging effect of 80-100 asphalt cement modified with lignin................................. 47 Daniella Rodríguez U, Cristian Rodríguez, Sindy Ramírez, Cristhian Flórez Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros New simple and generalized model to estimate the vapor pressure of light hydrocarbons .................................................................................................................................. 63 Luis Fernando Cardona Palacio Medición del desempeño de la red de suministros de medicamentos en un hospital público de tercer nivel en la ciudad de Bogotá, a través del cuadro de mando integral Measurement of the performance of the medicine supply network in a public third-level hospital in the city of Bogotá, through the balanced scorecard .................................... 75 Luis C. Arciniégas C., Manuel Á. Camacho O., Edgar L. Duarte F., Alexander Naranjo L.

Desarrollo del prototipo de un hidrogenerador eléctrico como alternativa de generación de energía limpia en zonas rurales Development of the prototype of an electric hydro generator as an alternative for generating clean energy in rural areas ........................................................................................... 91 Javier Andrés Vargas, Fabián Velásquez Clavijo, Camilo Torres Gómez ARTÍCULOS DE REVISIÓN NO DERIVADOS DE INVESTIGACIÓN Estado actual de la telemedicina: una revisión de literatura Current state of telemedicine: a literature review............................................................................ 105 Erika Yaneth Parrasi Castaño, Lisandro Celis Carvajal, José Joaquín Bocanegra García, Yois Smith Pascuas Rengifo Algoritmos aplicados en la programación de las cadenas de suministros para minimizar costos. Revisión de literatura Algorithms applied in the programming of the supply chains to minimize costs. Literature Review ........................................................................................................................... 121 Vanesa Ramírez Valencia, Santiago Ruiz Herrera, Omar Danilo Castrillón Gómez

EDITORIAL La epistemología en la educación superior: ¿fundamento o debate?

En Colombia la epistemología suele ser requerida en tanto fundamentación de documentos educativos y procesos académicos de diversa índole. Por ejemplo, el Ministerio de Educación Nacional lo exige así en las resoluciones referentes a características específicas de calidad, que deben cumplirse para el otorgamiento de registros calificados a programas académicos. Es así como en los Proyectos Educativos Institucionales (PEI) o de Programa (PEP), asimismo en modelos pedagógicos, documentos maestros para registro calificados o acreditación de calidad, proyectos de investigación, trabajos de grado, creación de líneas de investigación, etc., es común encontrar al inicio un acápite sobre “fundamentos epistemológicos” o algo por el estilo. Lo que no es común es que se presente un análisis en profundidad sobre los actuales problemas epistemológicos que enfrenta el campo al que se refiere el documento. Pareciera que el propósito de tales “fundamentos” fuese el de llenar un requisito formal que adscriba el documento a un marco reconocido y que se da por válido en el contexto académico e institucional del sistema educativo colombiano sin mayores cuestionamientos. Un ejemplo de esta práctica problemática es el uso acrítico de la clasificación del conocimiento científico en tres paradigmas: i) empírico-analítico ii) hermenéutico-interpretativo (histórico-hermenéutico), y iii) sociocrítico (emancipatorio). Ciertamente no se trata de paradigmas, pues estos son matrices disciplinares, al menos en el sentido de Thomas Kuhn, quien fue el filósofo que acuñó y catapultó este concepto, tomado de la lingüística estructural de Ferdinand de Saussure. Para evitar confusiones, deberían denominarse “enfoques”. Más también los nombres que etiquetan estos campos son equívocos. Así, por ejemplo, el enfoque denominado empírico-analítico incluye la teorización y la síntesis, aspectos opuestos a lo empírico y analítico. En el caso de investigaciones, a veces se asimila lo “empírico-analítico” con el positivismo o con la investigación cuantitativa y a los otros dos enfoques con la investigación cualitativa, lo cual es un error, pues tales categorías no son equivalentes. La dicotomía cuantitativo/cualitativo alude a aspectos de método, de metrización, tipos de concepto y escala; mientras que las denominaciones de corrientes epistemológicas incluyen muchos más aspectos de la concepción investigativa. Y bien puede haber investigación cualitativa que sea positivista, aunque a decir verdad en la epistemología actual el positivismo, como tal, se encuentra casi extinto y aún en la vertiente internalista predominan concepciones realistas, tales como el realismo crítico, realismo científico o realismo hipotético.

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La epistemología en la educación superior: ¿fundamento o debate?

Es curioso que esta tipología tripartita propuesta por Jürgen Habermas, primero en su Lección Inaugural del 28 de junio de 1965 en la Universidad de Frankfurt y luego en su texto Conocimiento e Interés, publicado en plena efervescencia juvenil de 1968, se haya extendido de manera tan notoria en Colombia, lo cual no sucede en otros países de habla hispana y mucho menos en otros idiomas. Un rastreo histórico de esta diseminación permite desentrañar el misterio. El texto de la Lección Inaugural fue traducido por el filósofo Guillermo Hoyos Vásquez y publicado en la revista Ideas y Valores de la Universidad Nacional en el número múltiple 42-45 (1973-1975), aún antes de que hubiera sido publicado el libro en español. De esta forma, Habermas empezó a ser conocido en el país a mediados de los setenta. Tiempo después, por la época en que se crea la Sociedad Colombiana de Epistemología, el matemático, físico y pedagogo Carlos Vasco Uribe, también jesuita y medellinense como Hoyos, y asesor del Ministerio de Educación Nacional entre 1978 y 1993, adaptó la tesis habermasiana tomada de la traducción mencionada y la utilizó en numerosos seminarios y talleres, tanto en el contexto informal de la educación popular (entonces en auge) como en el contexto más institucional de la reforma curricular en la educación básica y media. En la segunda mitad de los ochenta, el maestro Vasco decide publicar su contenido didáctico en un folleto de la serie Documentos Ocasionales del CINEP, con tal éxito que en los siguientes cinco años saldrían a la luz sucesivas ediciones. El artículo se tituló Tres estilos de trabajo en ciencias sociales. Nótese que Vasco no usa el término “paradigma” sino “estilos de trabajo” y que se refiere específicamente a las ciencias sociales. Los años noventa se verían signados por un nuevo marco normativo para el mundo académico: la Ley 29 de 1990 (Ley Marco de Ciencia y Tecnología), la nueva Constitución Nacional en 1991, la Ley 30 de 1992 (para la Educación Superior) y la Ley 115 de 1994 o Ley General de Educación, entre otras normas. Y también por una nueva realidad tecnológica: la popularización de los computadores personales y luego la internet, medio propicio para la rápida reproducción y difusión de textos e ideas. En este nuevo panorama, las ondas expansivas del artículo de Vasco se extendieron por la educación superior colombiana y allende las fronteras. No es de extrañar tamaña acogida, que iba mucho más allá de las ciencias sociales, pues el epicentro fue un núcleo de pensadores con gran reconocimiento en el país: junto a Vasco y Hoyos, confluyeron maestros de la talla de Carlo Federici Casa, Luis Enrique Orozco Silva y una pléyade de profesores de primer nivel. Pero lo que debía convertirse en un fértil insumo para el debate epistemológico se convirtió en dogma copiable en el ámbito de los trámites y formalismos del sistema educativo. Mientras Habermas evolucionó hacia la teoría de la acción comunicativa y Vasco recorrió las nuevas corrientes en filosofía de la ciencia, el escenario educativo pareció congelarse en el pasado. Si no era con el referente mencionado, entonces se usaba el manual de Mario Bunge: La ciencia, su método y su filosofía, un pequeño y esquemático texto de 1960, desconociendo las innumerables obras posteriores del gran filósofo argentino como La Investigación Científica, el Tratado de Filosofía en ocho volúmenes y decenas de obras más traducidas al castellano. Seguramente observadores acuciosos podrán encontrar otros ejemplos de asimilaciones acríticas y rutinarias. En las últimas dos décadas ingresan al paisaje INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 7-10 • ISSN: 1909-2458

Jorge E. Senior M.

académico colombiano, cual grandes novedades, el “pensamiento complejo” de Edgar Morin, con el apoyo oficial de la UNESCO, o las polémicas elucubraciones subjetivistas de los chilenos Humberto Maturana y Francisco Varela. Autores que no representan las principales corrientes de la filosofía de la ciencia actual. Lo cierto es que en el soporte documental de la educación superior colombiana es difícil encontrar los debates metacientíficos recientes, a pesar de la formal obligación de fundamentar epistemológicamente cada paso de la vida académica. Quizás el error está en la propia directriz que emana de las autoridades del sistema educativo. La epistemología ni es ni pretende ser normativa (con algunas excepciones, como el filósofo Karl Popper). Las ciencias se fundamentan a sí mismas desde hace 400 años, no necesitan que la filosofía las guíe y se legitiman ante la sociedad por su impacto positivo en términos generales y su aceptación cultural. Pero las ciencias, como producto y como actividad, sí generan problemas filosóficos, de ahí que la epistemología, la metaciencia o la filosofía de la ciencia constituyan espacios críticos de reflexión y debate argumentado sobre la estructura, la historia, las debilidades, los límites y la heurística de las ciencias. En la epistemología no hay conocimientos definitivos ni dogmas que sirvan de “fundamento”, sino problemas abiertos y diálogo crítico. A medida que se desencadenan nuevas ideas es preciso que los programas y proyectos académicos estén al tanto de estos desarrollos, no solo para tomar conciencia de en qué contexto teórico se desenvuelven y las tendencias que se marcan en el mundo, sino, sobre todo, como ejercicio de verdadera autoevaluación y control de calidad. En el siglo XXI las epistemologías naturalizadas avanzan y convergen hacia una ciencia de la ciencia o ciencia del conocimiento. Una de esas corrientes de punta está propiciando una convergencia entre el programa de inteligencia artificial y la robótica con la epistemología, a lo que se ha denominado el giro ingenieril de la epistemología. Por otra parte, las epistemologías regionales se especializan en la problemática de cada disciplina. Pero el origen de la filosofía de la ingeniería está en la filosofía de la tecnología, más que en la filosofía de la ciencia. Aún es incipiente, pero al convertirse la tecnología en el factor determinante de la sociedad humana del tercer milenio, la importancia de la filosofía de la ingeniería se hace medular, desde las aulas hasta las instancias de gobierno y legislación. En este terreno el enfoque CTS, de carácter externalista, permite poner cada saber en contexto y examinar el mundo que estamos construyendo. Finalmente, la epistemología viene a ser como la metacognición de la investigación y en conjunto con la ética, la retroalimenta. Los Lineamientos para la Acreditación del CNA señalan la tarea: La aplicación responsable de los conocimientos producidos por las comunidades académicas internacionales exige un trabajo de apropiación crítica y creativa de saberes y técnicas, que supone exploraciones de los contextos posibles de esa aplicación, a través de las cuales se puedan predecir a mediano y largo plazo efectos sociales, ambientales, culturales y económi-

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La epistemología en la educación superior: ¿fundamento o debate?

cos. Dentro de esa perspectiva, la investigación aparece como una exigencia fundamental, si se tiene en cuenta que no basta asimilar los conocimientos universales, sino que se requiere transformarlos, seleccionarlos, reorganizarlos y construir nuevos nexos con la práctica, para adaptarlos a las condiciones del aprendizaje y a las necesidades del contexto nacional, regional o local. Jorge E. Senior M. Director Seccional de Investigación Universidad Libre Seccional Barranquilla

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ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA

Medición del efecto látigo en redes de suministro Measurement of the whip effect in supply networking Daniel Romero Rodríguez* Rubén Aguirre Acosta** Sugenis Polo Obregón*** Álvaro Sierra Altamiranda**** Julio Mario Daza-Escorcia*****

RESUMEN La variabilidad de la demanda que se origina de un agente a otro en la cadena de suministro, aumenta o amplifica a medida que la señal se aleja del punto de origen; estas distorsiones se denominan Efecto Látigo. En este artículo se aborda una red de suministros multieslabón, que estima los intervalos de medición de la distorsión de la demanda de la red, de acuerdo a comportamientos extremos en el sistema que permiten diagnosticar su desempeño en términos de la amplificación de demanda. Para la investigación se aplican mediciones estáticas locales y globales del efecto látigo, en cada nivel de la red de suministros del juego de la cerveza de cuatro etapas; cada etapa o eslabón tiene múltiples nodos. Tradicionalmente, esta medición se ha realizado en un nodo a la vez, o en el caso de mediciones globales se asume un solo nodo en cada eslabón del sistema. La medición en este estudio se realiza a una red de suministro no lineal, en la que, a diferencia de casos anteriores, se tienen dos o más nodos por cada eslabón, lo que representa un avance en la medición del efecto látigo en sistemas de mayor complejidad. Palabras claves: Efecto látigo, amplificación de demanda, indicadores cadena de suministro, redes de suministro, juego de la cerveza.

ABSTRACT The variability of demand originated from one agent to another in the supply chain increases or amplifies as the signal moves away from the point of origin; these distortions are called the Whip Effect. This paper addresses a network of multislot supplies, which estimates demand measurement intervals of the network distortion, according to extreme behaviors in the system that allow to diagnose its performance regarding the amplification of the demand. For the research, local and global static measurements of the whip effect are applied at each level of the four-stage beer game supply network; each step or link has multiple nodes. Traditionally, this measurement has been performed at one node at a time, or in the case of global measurements, a single node is assumed at each link in the system. The measurement in this study is made to a non-linear supply network, in which, unlike previous cases, we have two or more nodes per link, which represents an advance in the measurement of the whip effect in systems of greater complexity. Keywords: Whip effect, demand amplification, supply chain indicators, supply networks, beer game.

Como citar este artículo: D. Romero Rodríguez, R. Aguirre Acosta, S. Polo Obregón. Á. Sierra Altamiranda, J. M. Daza-Escorcia, “Medición del efecto látigo en redes de suministro”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 13-32, 2016.

* PhD (c) en ingeniería industrial de la Universidad del Sur de Florida (USA), profesor de tiempo completo Universidad Autónoma del Caribe, grupo ÓPTIMA. Correo electrónico: daniel.romero37@uac.edu.co. ** Grupo ÓPTIMA. Correo electrónico: aguirre900612@hotmail.com. *** Grupo ÓPTIMA. Correo electrónico: sugenis.polo@hotmail.com. **** Profesor de tiempo completo Universidad Autónoma del Caribe, grupo ÓPTIMA. Correo electrónico: alvaro.sierra@uac.edu.co. ***** PhD (c) en estadística y optimización de la Universidad de Valencia (España). Correo electrónico: julio.daza@uv.es.

Fecha de recepción: 8 de enero de 2016 • Fecha de aceptación: 5 de mayo de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 13-32 • ISSN: 1909-2458

Medición del efecto látigo en redes de suministro

1. INTRODUCCIÓN El efecto látigo es un fenómeno que ha sido investigado desde que Jay Forrester lo identificara en 1961. Consiste en la distorsión o amplificación de la demanda que afecta el desempeño una cadena de suministro. Se ha evidenciado que la señal de demanda se distorsiona a medida que se aleja del mercado final, es decir, se aumenta la variabilidad de la demanda a medida que es retransmitida entre eslabones de la cadena de suministro. El aumento de la variabilidad de la demanda se traduce en un aumento en la incertidumbre para quienes toman decisiones, afectando la planeación de operaciones de las organizaciones pertenecientes a la red de suministro. Existen evidencias de esta problemática en empresas como Procter & Gamble y Hewlett-Packard [1]. En la presente investigación se detalla el proceso de medición del efecto látigo en condiciones de información completa del sistema de suministro. En situaciones reales existe dificultad para las mediciones de amplificación de demanda del sistema, debido a que se requiere la información de ventas y compras de las empresas que conforman la red. En la práctica, solicitar dicha información crítica es una labor compleja, especialmente, en redes de suministro con múltiples nodos en cada eslabón, y en las que no existan mecanismos de colaboración. A causa de lo anterior, para la obtención de la información completa de un sistema se desarrolló el juego de la cerveza, el cual es una herramienta académica ampliamente reconocida para discutir los procesos de planeación de las operaciones en cadenas de suministro. Desde su creación por Sterman, el juego de la cerveza se ha utilizado para capturar las complejidades de una cadena de suministro que incluya múltiples actores, tiempos de reabastecimiento y patrones de comportamiento no lineales [2]. Por otro lado, en el estudio de caso presentado se hace uso de métricas de naturaleza estática, se evalúan los desempeños individuales de cada nodo y el comportamiento del sistema completo a través de mediciones globales. Este artículo está organizado así: la sección 2 presenta revisión de las causas del efecto látigo, los tipos de medición utilizados y las metodologías de solución; la sección 3 presenta las características del caso de estudio; la sección 4 presenta la evaluación del desempeño; y, finalmente, se presentan las secciones 5 y 6 para las conclusiones y la amplificación en la variación de la demanda frente al inventario y órdenes de compra de cada nodo de la red de suministros. 2. REVISIÓN DE LA LITERATURA Se inicia con una discusión de las causas y consecuencias del efecto látigo para entender el origen del problema. En segunda instancia, se analizan las métricas estáticas y dinámicas de medición del fenómeno en el ámbito local y global. Finalmente, se incluyen las metodologías de modelación de cadenas de suministro para medir la amplificación de demanda.

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2.1. Causas del efecto látigo Las causas del efecto látigo permiten entender el origen del fenómeno y tener una aproximación para realizar la medición del mismo. A continuación se enumeran las principales causas: Tabla 1. Causas del efecto látigo CAUSA

DESCRIPCIÓN

CONTRIBUIDOR

Pronóstico de demanda

Cada actor de la cadena realiza su propio pronóstico de demanda, lo que genera que Lee, Padmanabhan & Whang [1] empresas del mismo sistema funcionen con un pronóstico diferente. Bhattacharya & Bandyopadhyay [2]

Loteo

El loteo se refiere a pedidos en cantidades mayores a las requeridas para obtener eco- Lee, Padmanabhan & Whang [1] nomías de escala en el sistema (transporte), o por restricciones del sistema. Bhattacharya & Bandyopadhyay [2] Hassanzadeh, Jafarian & Amiri [4]

Fluctuación de precios

La variación de precios debido a promociones o descuentos por cantidad, altera el Lee, Padmanabhan & Whang [1] comportamiento de las compras que realizan los actores de la cadena, generando Bhattacharya & Bandyopadhyay [2] distorsión en la demanda. Zhang & Burke [3]

Especulación

Las empresas incrementan los pedidos en situaciones de escasez para garantizar que Lee, Padmanabhan & Whang [1] el proveedor lo abastezca en la mayor proporción posible. Bhattacharya & Bandyopadhyay [2] Hassanzadeh, Jafarian & Amiri [4]

Tiempo de reabastecimiento

El tiempo de reabastecimiento se encuentra relacionado con la cantidad de pedido, por lo Bhattacharya & Bandyopadhyay [2] que a mayor magnitud del tiempo se requiere incurrir en el loteo que distorsiona la demanda. Zhang & Burke [3] Hassanzadeh, Jafarian & Amiri [4]

Comportamiento humano

Las personas que toman decisiones en las organizaciones son susceptibles de cometer Bhattacharya & Bandyopadhyay [2] errores, sobreestimar o subestimar la demanda por lo que pueden inducir distorsión en la señal de demanda del sistema.

Colaboración y Visibilidad

La falta de visibilidad y colaboración en el sistema genera desconexiones entre los actores Bhattacharya & Bandyopadhyay [2] de la cadena que conllevan la distorsión de la demanda. Fuente: Elaboración de los autores

En cuanto a los efectos generados por el efecto látigo se coincide en que el aumento de la distorsión de la demanda incrementa la incertidumbre en la toma de decisiones de los eslabones del sistema, de manera que se pueden generar las siguientes consecuencias: altos niveles de inventario; baja utilización de equipos y recursos agotados, y mayor costo en las operaciones [1], [7]. 2.2. Medición efecto látigo La medición del efecto látigo es fundamental desde el punto de vista práctico para la localización, reducción y eliminación del problema en el sistema. A continuación se presenta la notación requerida para plantear las ecuaciones de medición. w: es la medida del efecto látigo de la red, en otras palabras, es el relación o diferencia entre la señal de demanda que entra al sistema o red de suministros y la señal que sale del mismo al final del último eslabón. Puede considerarse además como la “deformación” que sufre una señal de demanda tras su paso por un sistema, cadena o red de suministro.

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2 sdemandada : la varianza de la demanda es una medida de dispersión de la demanda de cada uno de los

nodos del sistema, cadena, o red de suministros. scompras: la varianza de compras es una medida de dispersión de las compras de cada uno de los nodos del sistema, cadena, o red de suministros. CVdemanda: el coeficiente de variación de la demanda es la medida de dispersión que nos dice cuánto tienden a alejarse los valores concreStos de la demanda del promedio en una distribución de demandas de la red. scompras: el coeficiente de variación de las compras es la medida de dispersión que nos dice cuánto tienden a alejarse los valores concretos de las compras del promedio en una distribución de demandas de la red. La medición de la amplificación de demanda o del efecto látigo se puede realizar de diversas maneras, destacándose el uso de la desviación estándar y varianza de las señales de demanda que recibe una empresa de la red de suministros y las compras que realiza la misma. La división entre las varianzas se interpreta como el radio de amplificación, si su valor es mayor que uno entonces existe distorsión de la demanda, siendo el valor de uno el ideal teórico en términos de amplificación [7], [15].

La ecuación (1) es la base para la mayor parte de estudios en medición de efecto látigo, algunos autores realizan variaciones de acuerdo a la naturaleza de los diferentes parámetros que analizan. Por otra parte, se define una métrica que utiliza los mismos parámetros de varianza de (1), pero en lugar de dividirlos se calcula la diferencia entre la varianza de las compras y la varianza de la demanda. La interpretación es que a valores positivos se confirma la existencia del efecto látigo en la organización, el valor ideal es cero, siendo este el que representa que no existe distorsión [7].

En el caso que se desee evitar problemas con las unidades de la varianza cuando la demanda y las compras corresponden a productos diferentes, se utiliza el coeficiente de variación de las compras y de la demanda para evitar problemas con las unidades [16]. La diferencia de unidades se presenta habitualmente en eslabones fabricantes en los que se producen unidades de productos, pero las compras son de materias primas.

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En cuanto a los tipos de medición del efecto látigo en una cadena de suministros se proponen métricas de tipo estático y dinámico, estas pueden ser aplicadas en el ámbito local o global. Las métricas estáticas son fotografías del sistema en un instante de tiempo dado, lo cual no permite establecer la relación entre las políticas y procesos de la organización, con el fenómeno de amplificación de demanda. Sin embargo, su utilidad se encuentra en la fácil implementación en situaciones reales, de manera que se puede obtener una noción del desempeño del sistema a un costo menor en comparación con los modelos dinámicos. La medición estática global del sistema puede darse como la multiplicación de la amplificación de cada eslabón de la cadena de suministro [16].

En el caso de una cadena de suministro lineal con un nodo por cada eslabón, la métrica global se simplifica al radio entre la demanda original y la señal de compra o producción del último eslabón del sistema.

La multiplicación de los valores individuales de ampliación de demanda de cada eslabón tiene como limitación el caso en que se tengan dos o más nodos en al menos un eslabón. Por otra parte, las métricas dinámicas del efecto látigo en el sistema permiten mayor entendimiento del problema, debido a que se establecen relaciones entre los parámetros de las políticas de las empresas y la magnitud del problema. El principal desafío de las mediciones dinámicas es que su estructura cambia de acuerdo a las políticas de inventarios y operaciones de las empresas del sistema, de tal manera que los autores realizan supuestos de eslabones homogéneos y de parámetros invariables con el tiempo para la obtención de resultados [17], [20]. 2.3. Modelación de cadenas de suministro en la medición del BWE La modelación de cadenas de suministro se ha realizado principalmente a través de: i) modelos matemáticos; ii) modelos dinámicos; y iii) modelos simulación. El uso de simulación es quizás el que permite capturar con mayor exactitud la complejidad de los procesos e incertidumbre de los actores del sistema [21]. La simulación como herramienta para la medición del efecto látigo permite realizar mediciones ante diferentes modificaciones en los parámetros del sistema. En los modelos utilizados se encuentra la simulación en hoja de cálculo que tiene usos educativos al momento de medir el efecto látigo [22]. La simulación dinámica se posiciona como la herramienta más utilizada para la modelación y medición del efecto látigo [23]. Se considera a la simulación basada en agentes como la modelación que permite representar a los miembros de la cadena de suministro con mayor precisión, logrando una mejor medición [21].

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En general, se puede afirmar que la métrica de efecto látigo más desarrollada utiliza de base la ecuación (1), ajustando la medición a diferentes comportamientos de la demanda. En los patrones de demanda analizados se destacan la demanda estacional y la no estacionaria, para las cuales se utilizan modelos de series de tiempo ARMA, ARIMA, y SARMA [24], [25]. La tendencia en el estudio del efecto látigo apunta al análisis del efecto del error humano en la toma de decisiones y el impacto de la colaboración entre empresas en la red de suministro [26]. 3. CARACTERÍSTICAS CASO DE ESTUDIO El juego de la cerveza es una actividad de simulación de una cadena de suministro en donde se representan los procesos de un sistema real, con el fin de analizar el desempeño del sistema a través de varios periodos de simulación. Usualmente, la actividad es desarrollada en ámbitos educativos para la formación de profesionales en áreas de logística y afines. Tradicionalmente, el diseño y desarrollo del juego de la cerveza se realiza en un sistema con más de dos eslabones y con una empresa por eslabón, es decir, se utiliza una cadena de suministro lineal, lo cual resulta opuesto a los casos reales en los que en general las empresas pertenecen a redes de suministro con múltiples nodos por eslabón [18]. Con la idea de profundizar en el estudio de redes de suministro, se diseñó un sistema con la estructura de una red de suministro en la cual al menos un eslabón tiene dos o más nodos. A través de la actividad del juego de la cerveza se realizó una simulación con 150 personas, emulando 12 minoristas, 6 mayoristas, 6 distribuidores, y 1 fabricante, la Figura 1 ilustra esta configuración:

Figura 1. Red de suministro para el juego de la cerveza Fuente: Elaborado por los autores

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La configuración descrita permite realizar mediciones de un sistema con esquema de red, en vez de los esquemas lineales que se describieron en las secciones anteriores. Como se aprecia en la Figura 1, el sistema abordado es una red de suministros multieslabón, con múltiples nodos en cada eslabón, lo que genera un aporte significativo de la investigación frente a mediciones tradicionales del efecto látigo. El mercado genera una demanda semanal entre 2 y 4 unidades, y a las empresas se les dio la libertad de definir la política de inventario en función de un consenso entre los integrantes del grupo. Se estableció un inventario inicial en la bodega y en tránsito, que garantizará que el sistema puede cumplir con la demanda desde la primera semana. 4. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO Se realizaron diez rondas del juego de la cerveza que corresponden a diez semanas. La información de la demanda, el inventario y las órdenes de compra se recolectaron para la medición y análisis de la red. La amplificación de cada nodo de los cuatro eslabones se muestra en la sección 6 (apéndices). 4.1. Métrica del efecto látigo en forma local En cuanto a la estimación de la métrica local del sistema, se realizó teniendo en cuenta (1) para los 25 nodos del sistema. La Figura 2 muestra los valores de amplificación de demanda obtenidos para el eslabón de minoristas.

Figura 2. Medición efecto látigo en eslabón minoristas Fuente: Elaborado por los autores

La amplificación cambia significativamente de nodo a nodo, e incluso los minoristas 1, 2, 4, 6, y 9 presentan el efecto contrario al efecto látigo, debido a que el valor de la métrica es menor que 1. Valores menores a 1 no necesariamente son mejores que los valores de la métrica mayores a 1, debido a que en ambos casos se presentan distorsiones en la demanda. INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 13-32 • ISSN: 1909-2458

Medición del efecto látigo en redes de suministro

En el caso de los mayoristas se tienen seis nodos independientes, se espera obtener mayor distorsión a medida que el análisis se aleja del mercado final, de acuerdo a la definición del efecto látigo. En la Figura 3 se presentan los resultados obtenidos para los nodos de este eslabón.

Figura 3. Medición efecto látigo en eslabón mayoristas Fuente: Elaborado por los autores

En el segundo eslabón, contrario a lo que ocurrió en el eslabón de minoristas, no se presentó el efecto opuesto al fenómeno de amplificación de demanda. En este eslabón se encontraron valores de distorsión mayores que en el anterior. En el eslabón de los distribuidores se tienen seis nodos. Su desempeño individual se presenta en la Figura 4.

Figura 4. Medición efecto látigo en eslabón distribuidores. Fuente: Elaborado por los autores

En el eslabón de los distribuidores el comportamiento de la distorsión fue homogéneo en comparación con los eslabones anteriores, presentándose amplificación de la demanda en todos los nodos.

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En el caso del último eslabón, que corresponde al fabricante del sistema, se cuenta con un solo nodo que registra un valor de amplificación de demanda de 1,68. 4.2. Métrica del efecto látigo en forma global En cuanto a la estimación de la métrica global del sistema, se realizó agregando los datos de los nodos de cada eslabón, y se complementó con las mediciones teóricas del peor y mejor desempeño y en las condiciones actuales. Para el sistema estudiado se estima que la amplificación de la demanda puede variar entre 1,41 y 22,38 siendo un rango muy amplio para las empresas, sin embargo, el valor agregado es de 2,43. Considerando que la incorporación de datos disminuye la variabilidad, la distorsión del sistema bajo estudio es alta. Se agregaron las señales de demanda y compras respectivamente, para encontrar la medición de cada eslabón, y con (4) se calculó la métrica global del sistema. A continuación se resumen los valores del efecto látigo obtenidos para el sistema, y los mínimos y máximos de cada eslabón: Tabla 2. Mediciones del efecto látigo en la Red. Eslabón

Min ω

Max ω

Minorista

0.72

0.68

2.38

Mayorista

1.74

1.15

2.72

Distribuidor

1.14

1.07

2.04

Fabricante

1.69

Red completa

2.43

1.41

22.28

Fuente: Elaborado por los autores

La interpretación de la tabla anterior se realiza diferenciando Min ω y Max ω; ω. ω calcula la medición agregada de cada eslabón. Esta medición aunque da una percepción del desempeño del sistema, tiende a minimizar el valor de distorsión real del sistema, debido a que la incorporación de los datos de señales estadísticamente independientes reduce la variabilidad. Para un mayor entendimiento del desempeño del sistema, en cuanto a la amplificación de la demanda, se analiza el desempeño individual de cada eslabón, de esta manera para las columnas Min ω y Max ω se tiene respectivamente el desempeño mínimo y máximo de los nodos dentro de cada eslabón, y se obtiene una medición estimada de la red completa en caso de que todos los nodos funcionen igual que el menor o el mayor valor de amplificación dentro de su eslabón. La métrica del sistema con los mínimos y máximos puede entenderse como un intervalo teórico de la red completa. En caso de que los nodos del sistema funcionaran como los nodos con mejor desempeño dentro de su eslabón, la medición del sistema proyectada es de 1,41; es decir, que aun en esas condiciones teóricas

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Medición del efecto látigo en redes de suministro

se presentaría una amplificación de la demanda del 41%. Por otra parte, si los nodos se comportaran como el peor nodo de su eslabón respectivo, el desempeño del sistema sería muy bajo debido a que la amplificación en este escenario es de 22,28. Las mediciones locales y globales realizadas permiten identificar la presencia del efecto látigo en diferentes partes del sistema, destacándose en el caso de estudio la contribución negativa realizada por el eslabón de los mayoristas. En el caso del fabricante, se distorsiona la demanda en un 69%, lo cual resulta alto considerando que la señal ha sido distorsionada previamente por los eslabones de los mayoristas y distribuidores. Las causas asociadas a la distorsión de la señal de demanda, en el caso bajo estudio, son principalmente los pronósticos de demanda, los tiempos de reabastecimiento, y el comportamiento de quienes toman decisiones. La problemática en los pronósticos se debe a que los participantes no disponen de información histórica de la demanda, afectando sus estimaciones futuras. En cuanto al tiempo de reabastecimiento, las demoras de cuatro semanas asociadas al inventario en tránsito dificultan la decisión sobre la cantidad óptima a pedir en cada ronda. Por otra parte, el comportamiento de los jugadores tiene un alto impacto en el efecto látigo debido a que se hizo uso de intuición y experiencia, en vez de políticas de inventario en la mayor parte de los nodos de la red de suministro. Al comparar los resultados obtenidos con estudios previos, se encuentran diferencias en varias características. En este estudio no se da un modelo de referencia para la toma de decisiones de los participantes del juego de la cerveza, es decir, cada nodo tenía la libertad de decidir el momento y la cantidad a pedir. En estudios previos de redes de suministro se utilizan modelos preestablecidos para la toma de decisiones [18]. Por otra parte, estudios con información real miden BWE en sistemas de menor complejidad, al tratarse de cadenas multieslabón pero con un solo nodo en cada eslabón [16]. El aporte de esta investigación es la exploración de mediciones del BWE en esquemas no lineales con múltiples nodos, de manera que se reproduce las complejidades propias de entornos reales. El estudio de amplificación de la demanda en cadenas de suministro debe entenderse y realizarse como un diagnóstico ágil de la situación actual del sistema, para tomarse como punto de partida en la mejora de las operaciones y procesos de interacción entre los miembros del sistema de suministro. 5. CONCLUSIONES En el caso de estudio analizado se dispuso de la información completa de compras y demanda del sistema, lo cual es una problemática en los sistemas reales, al no tenerse acceso a las señales de compras y demandas de los eslabones del sistema. La disponibilidad de esta información permite la medición global del efecto látigo del sistema, la cual en este caso es de 2,43 indicando que se está amplificando la variabilidad de la demanda en la red bajo estudio.

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Las mediciones globales del sistema en un ámbito práctico proveen una fotografía de la distorsión de la demanda, sin embargo, en general, estas mediciones fallan en brindar información del origen del problema, por lo que debe entenderse como un método de pre-diagnóstico que permite identificar los nodos críticos del sistema para una posterior intervención. En el caso de las mediciones locales estáticas, se evidenció el aporte generado por las organizaciones a lo largo de la cadena y como estas se comportaban a través del tiempo, presentando variación y picos que aumentan la incertidumbre y confusión en las decisiones dentro de la red en estudio. A nivel académico las áreas de investigación continúan expandiéndose en el uso de modelos dinámicos, sin embargo, la utilidad de los modelos estáticos de medición de efecto látigo se encuentra en el fácil acceso a pequeñas y medianas empresas que desean establecer la situación de distorsión de demanda, que presenta el sistema al que pertenecen. Por otra parte, desde el punto de vista práctico, adicional a la disponibilidad de la información, existen otros factores que aumentan la complejidad de las mediciones globales, como es el caso de aquellas redes de suministro con múltiples productos y que tienen interacciones con otras cadenas de suministro. Los desafíos expuestos requieren de la academia para profundizar en las mediciones globales en ámbitos prácticos. 6. APÉNDICE En la presente sección se presenta el detalle de las órdenes de compra y demanda, recibidas y generadas por cada eslabón de la red de suministro estudiada: 140

Demanda Unidades

120

Fabricante

100 80

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

60 40 20 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo (Semanas)

Figura 5. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra (Fabricante) Fuente: Elaborado por los autores

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Medición del efecto látigo en redes de suministro

Distribuidor 1

Demanda Unidades

10 8 Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo (Semanas)

Figura 6. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 35

Distribuidor 2

Demanda Unidades

30 25 20

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

15 10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 7. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 18 16

Distribuidor 3

Demanda Unidades

14 12 10

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

8 6 4 2 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo (Semanas)

Figura 8. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventarioz vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

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Daniel Romero Rodríguez, Rubén Aguirre Acosta, Sugenis Polo Obregón, Álvaro Sierra Altamiranda, Julio Mario Daza-Escorcia

Distribuidor 4

Demanda Unidades

25 20 Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

15 10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 9. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 30

Distribuidor 5

Demanda Unidades

25 20 15

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

10 5 0

Figura 10. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Tiempo (Semanas)

Fuente: Elaborado por los autores 45

Distribuidor 2

Demanda Unidades

35 30 25

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

20 15 10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 11. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

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Medición del efecto látigo en redes de suministro

Mayorista 1

20 18

Demanda Unidades

16 14 12

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

10 8 6 4 2 0

Tiempo (Semanas)

Figura 12. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 25

Mayorista 2

Demanda Unidades

20 15

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 13. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 45

Mayorista 3

Demanda Unidades

40 35 30

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

25 20 15 10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 14. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

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Daniel Romero Rodríguez, Rubén Aguirre Acosta, Sugenis Polo Obregón, Álvaro Sierra Altamiranda, Julio Mario Daza-Escorcia

Mayorista 4

18 16

Demanda Unidades

14 12 10 8

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

6 4 2 0

Tiempo (Semanas)

Figura 15. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 30

Mayorista 5

Demanda Unidades

25 20

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

15 10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 16. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 25

Mayorista 6

Demanda Unidades

20 15 10

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 17. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 13-32 • ISSN: 1909-2458

Demanda Unidades

Medición del efecto látigo en redes de suministro

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Minorista 1

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

Tiempo (Semanas)

Figura 18. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

Demanda Unidades

8 7

Minorista 2

6 5 4 3 2 1 0

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas 1

Tiempo (Semanas)

Figura 19. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 7

Minorista 3

Demanda Unidades

6 5 4 3

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

2 1 0

Tiempo (Semanas)

Figura 20. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

Demanda Unidades

Minorista 4

10 8 6 4

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

2 0

Tiempo (Semanas)

Figura 21. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 13-32 • ISSN: 1909-2458

Demanda Unidades

Daniel Romero Rodríguez, Rubén Aguirre Acosta, Sugenis Polo Obregón, Álvaro Sierra Altamiranda, Julio Mario Daza-Escorcia

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Minorista 5

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas 1

Tiempo (Semanas)

Figura 22. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

Demanda Unidades

Minorista 6

10 8 6 4

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

2 0

Tiempo (Semanas)

Figura 23. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores 14

Minorista 7

Demanda Unidades

12 10 8 6

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

4 2 0

Tiempo (Semanas)

Figura. 24 Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra

Demanda Unidades

Fuente: Elaborado por los autores 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Minorista 8

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo (Semanas)

Figura 25. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 13-32 • ISSN: 1909-2458

Medición del efecto látigo en redes de suministro

Minorista 9

Demanda Unidades

6 5 4 3

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

2 1 0

Tiempo (Semanas)

Figura 26. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra

Demanda Unidades

Fuente: Elaborado por los autores 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Minorista 10

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas 1

Tiempo (Semanas)

Figura 27. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

Demanda Unidades

Minorista 11

14 12 10 8

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

6 4 2 0 1

Tiempo (Semanas)

Figura 28. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

Demanda Unidades

Minorista 12

25 20 15

Órdenes Realizadas Nivel de Inventario Órdenes Recibidas

10 5 0

Tiempo (Semanas)

Figura 29. Amplificación en la variación de la demanda vs. inventario vs. órdenes de compra Fuente: Elaborado por los autores

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AGRADECIMIENTOS Este trabajo hace parte del proyecto de investigación titulado: El efecto látigo en la simulación de la cadena de suministro de la Universidad Autónoma del Caribe (UAC), desarrollado en el periodo 2012-2013. Los autores expresan sus agradecimientos al equipo de estudiantes @GEIOUAC por la colaboración y participación en la planeación, desarrollo y finalización del evento BEER GAME UAC, el que busca inscripción en el Guinnes Record como el juego de la cerveza de cuatro etapas más grande del mundo, con 150 personas divididas en cuatro eslabones, de los cuales se recrearon 12 minoristas, 6 mayoristas, 6 distribuidores, y 1 fabricante. REFERENCIAS [1]

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Medición del efecto látigo en redes de suministro

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Diseño y modelamiento de un aerogenerador Vawt Darrieus tipo H para la zona costera del departamento de Córdoba Design and modeling of a Vawt Darrieus type H wind turbine for the coastal zone of the department of Córdoba Alan Javier González Díaz* Leonardo José Geovo Coronado** Yahir Enrique González Doria***

RESUMEN Para esta investigación se utilizó el perfil naca 0025 dada las condiciones de estabilidad dinámica en bajos números de Reynolds. Se eligió el rotor Darrieus tipo H de baja potencia y a través del modelado del rotor (usando el método DMST) se obtuvieron la dimensión óptima del perfil y el diámetro del aerogenerador. Con el software ANSYS se determinó el rendimiento, obteniendo una longitud de cuerda óptima de 0,55 m y un radio del rotor de 1,3 m. En comparación con los resultados obtenidos el DMST, respecto a las simulaciones realizadas en ANSYS, se tuvo como resultado una discrepancia del 15% para el máximo momento a la velocidad de giro nominal. Palabras claves: ALABE, CFD, DMST, PERFIL, VAWT.

ABSTRACT For this research, the naca profile 0025 was used given the conditions of dynamic stability in low Reynolds numbers. The low power Darrieus type H rotor was chosen and through the rotor modeling (using the DMST method) it was obtained the maximum dimension of the profile and diameter of the wind turbine. With the ANSYS software, the performance was determined, obtaining an optimum rope length of 0.55 m and a rotor radius of 1.3 m. In comparison with the results obtained the DMST, on the simulations performed in ANSYS, resulted in a discrepancy of 15% for the maximum moment at the nominal speed of rotation. Keywords: ALABE, CFD, DMST, PROFILE, VAWT.

Como citar este artículo: A. J. González Díaz, L. J. Geovo Coronado, Y. E. González Doria, “Diseño y modelamiento de un aerogenerador Vawt Darrieus tipo H para la zona costera del departamento de Córdoba”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 33-46, 2016.

* Grupo de investigación Ingeniería, Ciencia y Tecnología (ICT) del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Córdoba Montería, Colombia. Correo electrónico: agonzalezdiaz@correo.unicordoba.edu.co ** Grupo de investigación Ingeniería, Ciencia y Tecnología (ICT) del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Córdoba Montería, Colombia. Correo electrónico: leogeovo@gmail.com. *** Magister en ingeniería industrial Grupo de investigación Ingeniería, Ciencia y Tecnología (ICT) del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Córdoba Montería, Colombia. Correo electrónico: yahirgonzalez@correo.unicordoba.edu.co

Fecha de recepción: 25 de febrero de 2016 • Fecha de aceptación: 2 de mayo de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 33-46 • ISSN: 1909-2458

Diseño y modelamiento de un aerogenerador Vawt Darrieus tipo H para la zona costera del departamento de Córdoba

1. INTRODUCCIÓN El crecimiento acelerado de la población en todo el mundo exige una gran demanda de energía para suplir sus necesidades diarias. Los combustibles fósiles representan la mayor fuente de producción de energía, pero traen consigo la desventaja de no ser renovables; en algún momento se agotarán y no se podrá suplir la demanda de energía, además de ser uno de los principales contaminantes y contribuyentes del calentamiento global. En este sentido, alrededor del mundo, se está investigando sobre la creación de nuevas fuentes de energía limpia, que ha implicado a los gobiernos a realizar un incremento en el monto de inversión en I+D. Actualmente, a energía eólica es la de mayor crecimiento con un incremento exponencial de la capacidad instalada en estos últimos años [1]. La energía eólica en Colombia no es un tema nuevo, ya que cuenta con el parque de energía eólico Jepírachi, ubicado en el departamento de la Guajira, el cual está en funcionamiento desde el año 2004 y tiene una capacidad instalada de 19,5 MW [2]. Los últimos estudios sobre este tipo de energía están basados en analizar los modelos aerodinámicos, como el desempeño de las turbinas de viento de eje vertical (VAWT por sus siglas en ingles), estas presentan unas ventajas como su funcionamiento sin importar la dirección del viento, bajo costo en el mantenimiento, autoarranque y trabajan a bajas velocidades de viento [3]. La selección del perfil a utilizar en las hélices es de suma importancia, ya que estas presentan unas características y unas especificaciones para las cuales están diseñadas; además de ellas dependen, en gran parte, la eficiencia que pueda tener el aerogenerador [4]. Bajo esta perspectiva, el siguiente trabajo contempla el diseño del perfil alar óptimo mediante el modelado de una turbina eólica de eje vertical tipo H de baja potencia, implementando el Método Doble Tubo con Corrientes Múltiples (DMST) y la Dinámica de Flujos Computacional (CFD) en las condiciones de viento favorables que permitan generar potencia a bajas velocidades. La iniciativa surge desde un ejercicio por investigar, aplicar, y adoptar los principios y bases del conocimiento en ingeniería, involucrados en el funcionamiento de este tipo de máquinas. 2. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Selección de la turbina de viento tipo H Para la selección del dimensionamiento de la turbina, se tienen en cuenta principalmente las velocidades de trabajo de las turbinas existentes en el mercado, y se utilizan estas velocidades de datos de entrada en algoritmo de MATLAB. La velocidad de viento promedio de la zona costera es de 3m/s; una vez definida la velocidad se seleccionó un aerogenerador que funcionara a estas condiciones, escogiéndose las dimensiones del aerogenerador EASY VERTICAL. Este presenta una longitud de alabe de 1,9 m y un radio de rotor 0,95 m, además cumple la relación de aspecto de 1.3 recomendada por [5]; por un lado, esto se hace para determinar el dimensionamiento inicial del aerogenerador y tener el adecuado

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para las condiciones presentes en la zona costera del departamento de Córdoba, por otro lado, con el fin de determinar el coeficiente de potencia Cp y el diámetro del rotor. Para el rendimiento inicial de la turbina se utilizó el coeficiente de potencia de 0,26. La cuerda del perfil se tomó del rotor seleccionado y, finalmente, se estipuló la velocidad de giro TSR respecto a la variedad de ángulos de ataque permisibles y el número de alabes convenientes para la necesidad de rendimiento y costo. Según la literatura para el rotor tipo H, es de 3 alabes. 2.2. Diseño del perfil usando DMST y MATLAB El primer paso fue conseguir la condición de auto accionamiento, para lograr esto se utilizó el modelo DMST, el cual requirió como datos de entrada: la velocidad de viento mínima presente tomada como 2,5m/s [6]; la longitud de la cuerda estimada; el radio del rotor; el número de alabes del rotor; las velocidades de giro; y los datos de coeficiente de arrastre y sustentación pertenecientes al perfil seleccionado tomados de [7]. El algoritmo arroja como resultados el coeficiente de potencia y el par producido. La metodología de diseño consistió en determinar, primero, la longitud de cuerda estimada y los valores de coeficiente de potencia en los distintos valores de la velocidad de giro. Segundo, se realizaron incrementos de la longitud de cuerda y para cada incremento se determinó el coeficiente de potencia respecto a la velocidad de giro. Los resultados arrojados fueron analizados en la gráfica de coeficiente de potencia frente a la velocidad de giro (Cp vs. TSR). Para la selección de la cuerda óptima se tuvieron en cuenta los valores de cuerda que generaron un valor de Cp>0, dado que es una característica que condiciona el autoarranque. Los incrementos de cuerda se detienen cuando los resultados conduzcan a una disminución del máximo coeficiente de potencia. Finalmente, de las distintas longitudes de cuerda analizadas se selecciona aquella que generó el más alto valor de coeficiente de potencia manteniendo un Cp>0, garantizando con esto el autoarranque. Luego se procedió a determinar el mayor rendimiento del rotor con un mayor coeficiente de potencia. Esto se logró utilizando el modelo DMST, el cual requirió como datos de entrada: la velocidad de viento de 3 m/s, el radio de rotor, la longitud de cuerda óptima obtenida, el número de alabes y las velocidades de giro. El algoritmo arrojó como resultados el coeficiente de potencia y el torque generado. Para el radio estimado inicialmente se calculan los valores de coeficiente de potencia (Cp) y par producido en cada velocidad de giro (TSR). A continuación se procede a realizar incrementos de radio del rotor y para cada incremento se determina el coeficiente de potencia respecto a las velocidades de giro. En el proceso, el área de barrido del rotor se mantiene constante, generando una disminución de la altura del rotor o la longitud del alabe con cada incremento del radio. Los resultados obtenidos se analizan en la gráfica de coeficiente de potencia respecto a las velocidades de giro (Cp vs. TSR). Los incrementos de

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radio se detuvieron cuando el resultado de diámetro y altura del rotor presentaron una relación de aspecto por debajo de la recomendada, 1,3 según [5]. Finalmente, en el proceso se selecciona el valor de radio del rotor que generó el mayor coeficiente de potencia Cp y par producido para la velocidad de trabajo. Una vez obtenidas la longitud de cuerda óptima y el radio del rotor se procedió a determinar el rendimiento global del aerogenerador, que consistió en calcular y graficar el coeficiente de potencia y torque respecto a la velocidad de giro (Cp vs. TSR) y (T vs. TSR) para el intervalo de velocidades presente que van desde (2,5 m/s – 6 m/s), desde la mínima hasta la máxima magnitud de viento. En estas gráficas se analizaron el coeficiente de potencia y el par generado para los días de mayor viento, y lo generado en la velocidad de viento de trabajo. 2.3. Modelamiento computacional mediante CFD Para la construcción del modelo de simulación se siguieron los siguientes pasos: la creación del volumen de control, creación de la malla, y la definición de los parámetros del solver. Para la creación del volumen de control y su dimensionamiento se utilizó la metodología implementada por [8], en la que las dimensiones están en relación al diámetro del rotor, para no presentar perturbaciones por las limitaciones de espacio en el contorno que pudieran afectar los resultados, como se puede apreciar en la Figura 1. Las medidas del rotor se escogieron de las obtenidas por el modelo DMST; para ello fue necesario el software SolidWorks 2015.

Figura 1. Esquema del volumen de control Fuente: Elaborado por los autores

En la creación de la malla se utilizó una de tipo no estructurada, debido a que en este tipo de mallado las líneas de conectividad entre nodos no corresponde a ningún patrón uniforme, lo cual es una ventaja para las geometrías complejas con curvas [9] como muestra en la Figura 2. El entorno del rotor es dividido en dos zonas: la circunferencia donde se encuentran ubicado el rotor con los perfiles se considera INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 33-46 • ISSN: 1909-2458

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una zona giratoria para simular la rotación de la turbina eólica en esta área de flujo, y el otro entorno restante se considera estacionario.

(A)

(B)

Figura 2. A) Mallado alrededor del perfil. B) Mallado del entorno del rotor Fuente: Elaborado por los autores

Para la definición del solver se escoge el modelo turbulento K – w SST (2eqn). Dado que es uno de los más utilizados en este tipo de simulaciones [1]. Se utilizaron los parámetros que se presentan en nuestro departamento como son: una densidad de r = 1,225 kg/m3, viscosidad m = 1.7894e – 05kg/ms, el flujo de aire se considera incompresible, además de una intensidad turbulenta del 5% y un radio de viscosidad turbulenta de 10, los cuales son recomendados por ANSYS 2010 para este tipo de simulaciones. Para la definición de los parámetros implementados en la validación de la malla, se utilizó un TSR de 1. La turbina presenta un radio de 1,3 m y utilizando una velocidad de viento de 6 m/s. Además tomamos un time step de 0,05 recomendado por [1], mientras que el número de time step varia con respecto a la velocidad de giro de la turbina, como se muestra en la Tabla 1. Tabla 1. Condiciones de trabajo para la validación de la malla. TSR

W [rad/s]

Time step

Número de time step

Max iterations/ time step

4,6153

0,05

Fuente: Elaborado por los autores

Para la validación del modelo se construyeron varias mallas con diferentes características como se muestra en la Tabla 2. Estas variaron de 520.000 hasta 2.4 millones de elementos, los cuales fueron los máximos que pudo soportar el equipo. Para la selección de la malla, se analizaron los resultados obtenidos de los momentos pares con respecto al número de elementos que presenta cada malla. Se compararon los resultados entre sí, escogiendo el que presentó una diferencia menor al 1% del momento par [10], con el menor número de elementos, garantizando la independencia del mallado en los resultados y el menor gasto computacional.

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Tabla 2. Características de las mallas Malla 1

Malla 2

Malla 3

Malla 4

Nodos

Mallado-Perfil

267096

384523

721440

1197337

Elementos

519760

754160

1427086

2377971

Skewness máxima

0,548

0,54

0,547

0,50

Skewness mínima

0,0063

0,006

0,0063

0,00635

Skewness promedio

0,148

0,132

0,135

0,132

Ortogonal máxima

Ortogonal mínima

0,696

0,694

0,692

0,676

Ortogonal promedio

0,951

0,942

0,932

0,919

0,5

y + promedio

Fuente: Elaborado por los autores

Después de haber obtenido la malla indicada procedemos a la realización de las simulaciones del rotor. En ellas se tuvo en cuenta lo dicho por [1], quien recomienda la utilización de un time step de 0,05 y máximo de iteración de 80, mientras que los demás parámetros como el número de time step dependen de la velocidad de giro, por lo que se muestran en la Tabla 3. Tabla 3. Valores de los parámetros implementados en la simulación dependiendo de la velocidad de giro Velocidad (m/s)

TSR

Vel. angular (Rad/s)

Vel. angular (rpm)

Time step

Número de time step

Max iteración

2,5

1.25

2.4038

22.9546

0,05

2,5

3.8461

36.7275

0,05

2,5

2.25

4.3269

41.3188

0,05

2,5

2.5

4.8076

45.9091

0,05

2,5

2.75

5.2884

50.5010

0,05

Fuente: Elaborado por los autores

En ella se comparan las gráficas Cp vs. TSR, además del Momento Par vs. TSR a una velocidad de 2,5 m/s, obtenidas del CFD y DMST; dado que esta es la velocidad mínima de trabajo y en la cual se comprobó si el rotor presenta autoarranque en los dos tipos de análisis, se tomaron valores de TSR comprendidos entre 1.25 y 2.75 con el fin de mirar el comportamiento general de la turbina en los otros TSR, ya que los resultados del DMST son muy cercanos a cero.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Estimación inicial de rendimiento y dimensionamiento del rotor Para una velocidad de viento de 3m/s de la turbina de viento, se determinó un coeficiente de potencia de Cp=0,2; un radio del rotor de R=1m, lo que deja como resultado longitud de alabe de L=2.6m y una área de barrido de con una longitud de cuerda de C=0.3m. Con estos datos se calculó la potencia disponible del viento de obteniendo una potencia captada del viento de , se estipuló una velocidad de giro TSR=2, la cual permite ángulos de ataque de hasta 30° y se seleccionó un número de alabes de N=3 los cuales mantiene la estabilidad a un menor costo de construcción. 3.2. Diseño del alabe del rotor implementando DMST 3.2.1. Diseño de la cuerda óptima del alabe con perfil NACA 0025 Para el caso de las longitudes de cuerda de 0,4 m, 0,3 m y 0,2 m, las cuales presentan un incremento de la TSR óptima de 2,5; 3; y 3,5 respectivamente, como se muestra en la Figura 3 para para estas longitudes de cuerda, se generan coeficientes de potencia negativos que impiden las capacidades de autoarranque.

Figura 3. Coeficiente de potencia (Cp) en función de la velocidad de giro TSR para V= 2,5 m/s para varias longitudes de cuerda C Fuente: Elaborado por los autores

Las longitudes de cuerda de 0,7 y 0,8 m muestran las mejores condiciones de autoarranque, con lo cual se deduce que para longitudes de cuerda mayores se mejora notablemente el comportamiento de arranque automático. Permitirían, adicionalmente, tener velocidades de arranque menores a 2,5 m/s, pero consecuente a eso como se aprecia en la gráfica para incrementos de cuerda mayores a 0,6 m, se reduce el coeficiente de potencia máximo alcanzable, lo que sucede para las cuerdas de longitud 0,7 m y 0,8 m, sin ser consecuente con el objetivo de obtener el mayor rendimiento.

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Con el análisis realizado de los resultados se tiene que una buena longitud de cuerda para el aerogenerador, que permita las condiciones de autoarranque y el mayor coeficiente de potencia, se encuentra en una longitud de cuerda de 0,5 m y 0,6 m, por tal motivo la cuerda se selecciona con un valor de 0,55 m. 3.2.2. Diseño del radio del rotor y altura óptima del alabe con perfil NACA 0025 Con la aplicación del modelo DMST en Matlab, los resultados arrojados por el software para distintos valores de radio del rotor se pueden observar en la Figura 4. Se observó que con un aumento de radio se conduce a coeficiente de potencia mayores, lo que resulta en mayores relaciones de velocidad punta óptima, pero para este caso resultó que la variación de la velocidad de giro para el incremento del radio de R=1 hasta R=1.3, no presentó una gran variación de la TSR óptima. Por tanto, esta se mantuvo alrededor de TSR=2 para el mayor incremento de R=1.3 m de radio, produciendo un máximo coeficiente de potencia de Cp=0.53. Finalmente, el proceso de optimización finalizó para este valor de radio obtenido, debido a que para este valor la relación de aspecto se encuentra por debajo de 1.3.

Figura 4. Coeficiente de potencia (Cp) en función de la velocidad de giro TSR con V=3.0 m/s para distintos valores de radio R del rotor Fuente: Elaborado por los autores

En la Figura 5, como se puede apreciar, la diferencia de resultados se hizo más notoria al evaluar el torque generado para el aumento del radio, logrando un incremento de DT = 3.42 N • m. Es dicha diferencia más pronunciada a mayores velocidades de viento. Para las gráficas anteriores de coeficiente de potencia y par producido cabe resaltar que se logró mantener la velocidad de giro nominal TSR=2, lo que significa que se pueden presentar ángulos de ataque de hasta 30° que pueden ser controlados debido a las características aerodinámicas del perfil. Se logra de esta forma mantener una baja carga centrifuga y buena estabilidad del rotor.

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Figura 5. Torque en función de la velocidad de giro TSR con V=3.0m/s para distintos valores de radio R del rotor. Fuente: Elaborado por los autores

Con esta segunda fase se culmina el proceso de optimización, con lo cual las dimensiones resultantes del alabe y el aerogenerador tipo H son las siguientes: longitud del alabe L = 2.0m, radio del rotor R = 1.3m, longitud de la cuerda c = 0.55m, área de barrido S = 5.2m2. 3.2.3. Evaluación del torque producido para en intervalo de velocidades Garantizando la condición de autoarranque y la mayor generación de potencia se tuvo como resultado del proceso un coeficiente de potencia Cp = 0.53 para la velocidad de viento de funcionamiento de 3m/s y una velocidad de giro (TSR) nominal de 2, lo que deja una potencia de salida generada por el rotor de 45.57 W de funcionamiento nominal. Para la mayor velocidad de viento de 6 m/s, el coeficiente de potencia obtenido es de Cp = 0.58 en la velocidad de giro nominal u óptima, dejando como resultado una potencia de salida captada por los alabes de 399 W calculadas con la ecuación de potencia disponible del viento y de coeficiente de potencia. Con el incremento de la velocidad un parámetro que crece sustancialmente es el torque producido desde T = 9,55 Nm para una velocidad de V = 3m/s, hasta T = 43.6 Nm para V = 6m/s, como se aprecia en la Figura 6. Otro aspecto notable de la gráfica es la capacidad de autoarranque instantáneo que presenta en rotor en la mayor velocidad con un torque de T = 4Nm respecto al torque de T = 0.3 Nm para los 2.5 m/s de velocidad mínima de funcionamiento en las TSR próximas a 0, por lo que se tendría un arranque más paulatino o lento.

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Figura 6. Torque en función de la velocidad de giro TSR para el intervalo de velocidades presente en la zona costera del departamento de Córdoba Fuente: Elaborado por los autores

3.3. Modelamiento computacional mediante CFD Validación del modelo del rotor En la Figura 7 se puede observar que la malla 2 con 0,75 millones de elementos, presenta una diferencia del momento par con respecto a la malla 4 de 2,4 millones de elementos; un porcentaje de error entre sus resultados de 0,52% en la que se presenta unos resultados aceptables comparados con los de [10], que fueron de 0,78 %. Por lo cual se utilizará la malla 2 que producirá una reducción en la carga computacional y el tiempo por iteración, así eliminando la dependencia de los resultados con respecto a la densidad de la malla.

Figura 7. Resultados sobre independencia de la malla para un TSR=1 Fuente: Elaborado por los autores

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Tabla 4. Resultados de los métodos DMST y CFD a los diferentes TSR a una velocidad de 2.5 m/s

Velocidad (m/s)

TSR

2,5

DMST

CFD

Momento par

1.25

2,1352

0,1031

0.41709

0.0201

2,5

5,9962

0,4634

5.09561

0.3938

2,5

2.25

6,0005

0,5217

5.80712

0.5049

2,5

2.5

4,9770

0,4808

4.97755

0.4806

2,5

2.75

3,2899

0,3496

5.13767

0.5459

Fuente: Elaborado por los autores

En la Tabla 4 se puede apreciar los resultados obtenidos de las simulaciones de los métodos DMST y CFD a diferentes TSR de trabajo.

Figura 8. Coeficiente de potencia en función de la velocidad de giro TSR para DMST Y CFD Fuente: Elaborado por los autores

En la Figura 8 se logra apreciar los resultados obtenidos por el DMST, en gran parte son mayores a los de CFD. Esto ocurre en valores bajos de TSR que van de 1.25 hasta 2.25, debido a que los efectos de las pérdidas dinámicas no son descritos o tenidos en cuenta por el método del DMST, lo que conlleva a una mayor obtención de potencia. Por otra parte, en los TSR 2.25 y 2.5 los valores de los Cp del DMST y el CFD son muy parecidos entre sí, presentando un comportamiento similar, en cambio el TSR 2.75 es en el que se presenta el mayor porcentaje de error. Esto puede obedecer al modelo de turbulencia utilizado, el cual no logró estimar con precisión el desarrollo del flujo al trabajar a mayores revoluciones. La turbulencia se hizo más evidente pues el modelo en cierto punto no logró calcular la pérdida, este comportamiento se puede apreciar en el trabajo realizado por [10].

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Figura 9. Momento par en función de la velocidad de giro TSR para CFD y DMST Fuente: Elaborado por los autores

La Figura 9 muestra los resultados arrojados por el CFD, que presenta un comportamiento parecido al DMST. Se obtuvo un máximo de momento par de 5,80712 mediante el CFD, mientras que el DMST obtuvo un valor de 6,0005 con una TSR de 2,25; en cambio en la TSR 1,25 es en la que se presenta la mayor diferencia porcentual entre los resultados del CFD y el DMST, con un porcentaje de 80,5%. No obstante, este porcentaje se ve que va reduciendo a medida que van aumentando las TSR, ya que en los puntos 2 y 2,25 presentan unos errores porcentuales de 15 y 3,2 % respectivamente. Se presenta en el punto del TSR 2,5 un resultado con un porcentaje de diferencial menor a 0,02 %, en cambió en el TSR de 2,75 se presenta una distorsión en los resultados, ya que no sigue el patrón que lleva el DMST y en ella se presenta un error del 30,4 %. Esta sucede por las causas mencionadas en la gráfica anterior. A pesar de las diferencias que se presentan en las curvas, se consideran que ambas describen en buena forma el fenómeno planteado, dando por validado el modelo desarrollado por DMST [1].

A) TSR 2

B) TSR 2,25

C) TSR 2,5

Figura 10. Contorno de presión del rotor a diferentes TSR a una velocidad de 2,5 m/s Fuente: Elaborado por los autores

En la Figura 10 se puede observar los diferentes contornos de presión que se presentan alrededor de los perfiles, cuando estos están girando a las TSR planteadas. En donde se presenta los mayor Cp es

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en los TSR de 2,- 2,25 y 2,5. En la Figura 10 B se puede observar que el TSR 2,25 es el que mayor Cp presenta, esto se debe a que en los intradós de los alabes la velocidad del fluido es mucho mayor que en la parte de los extradós, por lo que produce una baja presión (zona azul) y origina la fuerza de sustentación, que es favorable por la generación de momento. Adicionalmente, presenta un aumento de la fuerza de arrastre (zona roja), esto es debido a la oposición que presenta el perfil al libre flujo. En las Figuras 10 A y 10 C, las cuales representan los TSR de 2 y 2,5 respectivamente, se puede observar que en los intradós se produce una zona de baja presión, pero en una menor escala que la presentada en la Figura 18 B, como era de esperarse, ya que estas producen un Cp menor. 4. CONCLUSIÓN Se seleccionó para el aerogenerador tipo H el perfil NACA 0025 por presentar una variación estable del coeficiente de sustentación en función del ángulo de ataque y una buena relación arrastre/sustentación entre los perfiles evaluados. La estabilidad dinámica y el funcionamiento de este perfil para el Re utilizado en las simulaciones, permite que trabaje con velocidades de viento entre 2 y 6 m/s, siendo un perfil idóneo para necesidades de generación de baja potencia para aerogeneradores tipo H. Con el modelado analítico DMST se logró optimizar en alabe con el perfil NACA 0025 del aerogenerador VAWT, dejando como resultado una dimensión del alabe con una longitud 2 m de altura, una longitud de cuerda del perfil de 0,55 m, y un diámetro del rotor de 2.6 m, obteniendo con esto un incremento de la potencia captada nominal de 17.19 W hasta 45.57 W y una potencia máxima aproximada de 400 W y un torque máximo de 43 N.m. Se logra, adicionalmente, la condición de autoarranque para un viento mínimo de 2.5 m/s. Para proyectos posteriores se recomienda llevar a cabo la siguiente fase en el diseño del aerogenerador tipo H: realizar el análisis y diseño estructural teniendo en cuenta que los materiales seleccionados le brinden al rotor la capacidad de tener la resistencia estructural requerida, y que el torque generado en la velocidad de arranque sea capaz de vencer la inercia del mismo. Debido al comportamiento que se presentaron en los resultados del Cp y el momento par en la TSR de 2.75, se recomienda para proyectos posteriores utilizar otros métodos de turbulencia, los cuales tienen una mayor precisión que el k-w utilizado en este proyecto, pues no se cuenta con equipos especializados para realizar simulaciones donde se puedan evaluar métodos de 3 o más ecuaciones. 5. REFERENCIAS [1]

S. Cáceres, Estudio y modelamiento de una turbina eólica de eje vertical de pequeña escala, Tesis Ing. Civil, Dept. Ing. Mec., Univ. Chile, Santiago de Chile, 2014.

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[2]

A. Pinilla, L. Rodriguez y R. Trujillo, “Performance evaluation of Jepirachi Wind Park,” Renewable Energy, Vol. 34, No. 1, pp. 48–52. 2009. [3] M. Castro, A. Colmenar, O. Perpiñán y C. Sánchez, Energía Eólica. Madrid, España: Promotora General de Estudios, 2011. [4] A.Carantoña, Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia, FGLONGATT, Caracas, Venezuela, Reporte Eolo 2-7, 2009. [5] I. Paraschivoiu. Wind turbine design with emphasis on darrieus concept. Quebec, Canada: Polytechnique Int. Press, 2002. [6] IDEAM, Atlas de viento y energía eólica en Colombia. Bogotá, Colombia: IDEAM, 2008. [7] R. Sheldahl y P. Klimas, Aerodynamic Characteristic of Seven Symmetrical Airfoil Sections Throught 180-Degree Angle of Attack for Use in Aerodynamic Analysis of Vertical Axis Wind Turbines, Sandia Nat. Lab., Albuquerque, EU, Reporte SANDS0-2114, 1981. [8] J. Tamayo, "Optimización aerodinámica y estructural de un generador eólico de eje vertical", Tesis Ing. Aeronáutica, Dept. Ing. Aeronáutica, Univ. Pont. Bol., 2013. [9] T. J. Chung, Computational Fluid Dynamics. Huntsville, EU: Cambridge Press, 2010. [10] F. García y C. Rodríguez, "Simulación por medio de dinámica computacional de fluidos del rotor eólico UN-V1 de diseño bioinspirado desarrollado por la Universidad Nacional de Colombia", Tesis Ing. Aeronáutica, Dept. Ing. Aero., Univ. San Buenaventura, Bogotá, 2014.

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Evaluación del efecto del envejecimiento del cemento asfáltico 80-100 modificado con lignina Evaluation of the aging effect of 80-100 asphalt cement modified with lignin Daniella Rodríguez U* Cristian Rodríguez** Sindy Ramírez*** Cristhian Flórez****

RESUMEN Esta investigación presenta un análisis de los resultados obtenidos de un asfalto modificado con lignina, un polímero abundante y de fácil acceso debido a su origen natural y su bajo costo de obtención el cual se crea mediante el proceso de fotosíntesis, compone el 30% de carbono orgánico no fósil y de un cuarto a una tercera parte de la masa seca de la madera, cumple con una función fundamental que se caracteriza por dar soporte estructural, impermeabilidad y resistencia contra agentes microbiológicos y estrés oxidativo. Esto hace que se convierta en un polímero muy resistente a la degradación. Para la mezcla modificada se utilizó un asfalto 80-100, y lignina producto de un desecho industrial papelero. El método empleado para esta investigación fue a partir de los ensayos de penetración y punto de ablandamiento (anillo y bola), consideradas como pruebas fundamentales cuando se busca producir mezclas que presenten mayor temperatura de ablandamiento y menor temperatura de fractura. Con la lignina se utilizaron 6 porcentajes distintos; 5%, 10%, 15% y 20% en 400 gramos de asfalto 80-100. La lignina fue tamizada en el tamiz de 75 µm con el fin de obtener una mezcla homogénea y evitar grumos; el tiempo de mezcla fue de 30 minutos por cada porcentaje y la temperatura se manejó en un rango de 125°C a 135°C para prevenir la aparición de burbujas de aire. Palabras clave: Envejecimiento a corto plazo, Lignina, Asfalto modificado, RTFO.

ABSTRACT This research presents an analysis of the results obtained from modified asphalt with lignin, an abundant polymer and of easy access due to its natural origin and its low cost of obtaining, which is created by the process of photosynthesis. Composes 30% of non-fossil organic carbon and one-fourth to one-third of the dry mass of the wood, and also fulfills a fundamental function characterized by structural support, impermeability and resistance to microbiological agents and oxidative stress. This makes it a very resistant polymer to degradation. For the modified blend an asphalt 80-100 was used, and lignin was produced from an industrial paper waste. The method utilized for this research was based on the tests of penetration and softening point (ring and ball), considered as basic tests when it is sought to produce mixtures that have a higher softening temperature and a lower fracture temperature. With lignin 6 different percentages were used: 5%, 10%, 15% and 20% in 400 grams of 80-100 asphalt. The lignin was sieved in the 75 μm sieve to obtain a homogeneous mixture and avoid lumps; The mixing time was 30 minutes for each percentage and the temperature was handled in a range of 125 ° C to 135 ° C to prevent the appearance of air bubbles. Keywords: Short-term aging, lignin, modified asphalt, RTFO.

Como citar este artículo: D. Rodríguez U., Cristian Rodríguez, S. Ramírez, C. Flórez, “Evaluación del efecto del envejecimiento del cemento asfáltico 80-100 modificado con lignina”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 47-61, 2016.

* Docente, Universidad Piloto de Colombia, departamento de ingeniería civil. Correo electrónico: daniella-rodriguez@unipiloto.edu.co **,***,**** Departamento de Ingeniería, Universidad Piloto de Colombia.

Fecha de recepción: 1 de abril de 2016 • Fecha de aceptación: 1 de junio de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 47-61 • ISSN: 1909-2458

Evaluación del efecto del envejecimiento del cemento asfáltico 80-100 modificado con lignina

1. INTRODUCCIÓN El envejecimiento en pavimentos flexibles ha sido durante mucho tiempo uno de los principales problemas que afectan la calidad y el tiempo de vida útil de la carpeta de rodadura. En este fenómeno intervienen, por un lado, causas asociadas a variables intrínsecas como el tipo de agregados, contenido de vacíos y las características propias de la mezcla asfáltica y, por otro lado, factores externos como la humedad, temperatura y radiación, los cuales provocan daños imposibles de eliminar, pero posibles de minimizar. Los efectos que se producen corresponden en muchos casos a modificadores de orden químico, es decir, en las relaciones moleculares de la mezcla. En general, estos cambios en la estructura molecular del asfalto se ven traducidos en un endurecimiento físico que convierte lentamente la mezcla en un material frágil susceptible a la aparición de grietas y otros fenómenos asociados durante su vida útil. Es por esta razón que surge la necesidad de minimizar este proceso, al realizar la modificación del asfalto desde su estructura interna agregando un antioxidante natural, para cambiar así sus propiedades físicas y reológicas, creando una carpeta asfáltica más resistente a factores que causan la oxidación y, por consiguiente, el envejecimiento. Por ello, se considera que la lignina es un polímero que puede mejorar la estructura interna del asfalto, pues funciona como antioxidante, ya que su función principal en las plantas se caracteriza por dar soporte estructural, impermeabilidad y resistencia contra agentes microbiológicos y estrés oxidativo. Es un elemento amorfo, ópticamente inactivo e insoluble en agua y posee la ventaja de ser muy abundante en la naturaleza, por ende, de fácil acceso debido a su bajo costo de obtención, lo que incrementa su importancia en distintas aplicaciones industriales, incluidos los procesos de construcción de pavimentos. Esta investigación efectuó un análisis de los resultados obtenidos de la modificación de un cemento asfáltico (C.A) 80-100 con lignina, con el fin de determinar si esta mezcla mejora las propiedades físicas del asfalto y conlleva a reducir el fenómeno de envejecimiento en las mezclas bituminosas, únicamente durante el proceso de construcción. 2. ENVEJECIMIENTO Las vías son consideradas como parte fundamental de una sociedad, ya que mueven los bienes y servicios de un país. La mayoría están construidas en pavimento asfáltico, por esto su comportamiento mecánico y dinámico depende de las propiedades de las mezclas asfálticas [1]. Aproximadamente hace más de cinco décadas en el ámbito mundial, se ha venido desarrollando un estudio preciso de los efectos del envejecimiento en ligantes y mezclas asfálticas [2]. El envejecimiento es considerado como un fenómeno que altera las propiedades físico-químicas de la carpeta de rodadura, que ocasiona en el pavimento un deterioro a través del paso del tiempo y, por ende, disminuye su durabilidad [3]; esto se

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debe a la interacción de las mezclas con factores internos y externos que ocasionan un endurecimiento considerable e irreversible, afectando en gran escala su desempeño requerido [4]. Los factores internos o también llamados variables intrínsecas son las propiedades de los materiales que hacen parte de la mezcla como el cemento asfáltico, los agregados y el contenido de vacíos [4], y los factores externos o variables extrínsecas afectan el proceso de la mezcla, el almacenamiento y transporte, así como la construcción de la carpeta de rodadura, siendo estos la temperatura de producción de la mezcla, la humedad, la radiación ultra violeta y la temperatura ambiente [3]. Aunque investigadores como [5] y [6] afirman que solo la temperatura tiene una influencia marcada en el envejecimiento, ya que el ozono, el oxígeno y los rayos UV son factores que existen, pero no tienen ninguna variación, así mismo “los demás factores ambientales tienen interdependencia: la humedad relativa, es un indicador de la evapotranspiración y precipitación, y depende de la temperatura. La variación de la temperatura del día a la noche es función de la radiación térmica del sol y del tiempo de radiación” [5]. El envejecimiento se puede llegar a originar desde las primeras etapas de elaboración, como el mezclado en planta, presentarse en el proceso de construcción de una vía o, más comúnmente, en su periodo de servicio [4]. Este fenómeno es impulsado por medios o mecanismos químicos que intervienen en este proceso, que finalmente alteran el orden químico, físico, mecánico y reológico de la carpeta asfáltica [7]. Cuando se afecta las propiedades químicas de la mezcla se produce un cambio con respecto al orden en la estructura molecular del asfalto, provocando un endurecimiento en este y, por consiguiente, convirtiendo lentamente la mezcla en un producto frágil y susceptible a tener daños como: grietas longitudinales, grietas transversales, fisuras, piel de cocodrilo entre otros [4]. Como se mencionaba, existen tres (3) etapas que contribuyen con el proceso de envejecimiento [8]. La primera es la destilación de los componentes de luz asfáltica originada por el incremento en la temperatura de producción del asfalto, almacenamiento, transporte y colocación, disminuyendo el peso del ligante asfáltico por su evaporación. La segunda es la oxidación durante la vida de servicio que se produce cuando la mezcla se pone en contacto con el ambiente y este altera las fracciones SARA [9], provocando una fragilidad y un agrietamiento en pequeña o gran escala. Y la tercera es el endurecimiento estérico producido por los cambios de temperatura cercanos a la temperatura del ambiente [10]. Este y otros factores hacen que el fenómeno de envejecimiento se convierta en interés de estudio, por su misma complejidad en el proceso de desarrollo como enfermedad [11]. Durante el ciclo de elaboración de la mezcla asfáltica, los asfaltos se oxidan como efecto de reacción con el oxígeno y la temperatura de mezcla alcanzada en el momento de la elaboración [3]. Al hablar de oxidación del cemento asfáltico se habla de un cambio en su estructura molecular, el cual hace que se creen moléculas polares de mayor tamaño, causando la alteración de sus propiedades reológicas [12]. La oxidación es conocida como un fenómeno en el cual el oxígeno actúa sobre los componentes

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principales más reactivos del asfalto, manifestándose en forma de endurecimiento, pérdida de la consistencia visco elástica, fisuración y agrietamiento, presentándose en las etapas de producción a causa de factores como presión, temperatura y tiempo [13]. Esto abre paso a las primeras fases de desarrollo como fenómeno de envejecimiento, en conjunto con diversos agentes climáticos es inducido a presentarse como un fenómeno en su totalidad que incide en los pavimentos [3]. Las carpetas asfálticas envejecidas son las que presentan un cambio en las propiedades originales de la mezcla durante el tiempo de servicio por efecto de agentes ambientales [14], por esto el envejecimiento se asocia con la pérdida de los componentes volátiles y la oxidación del asfalto [13], que consecuentemente impide el correcto funcionamiento de la capa superior del pavimento para lo cual fue construida [5], siendo obligatorio terminar la vida económica de su servicio. Por esto es de gran importancia tener en cuenta el efecto del cambio en la composición químico y físico del cemento asfáltico durante el proceso de mezclado en caliente y tiempo de servicio, si se quiere obtener una carpeta asfáltica con mayor durabilidad [15]. Cuando se habla de envejecimiento se debe tener presente que existen dos tipos, destacados por diversos estudios. El primero identifica nuevamente los componentes envueltos en el envejecimiento de las mezclas asfálticas, especificando la producción y colocación de esta mezcla que hace parte del envejecimiento a corto plazo [16]. El segundo tiene presente el tiempo de uso y su vida de servicio como vía, hablando aquí de envejecimiento a largo plazo [17]. El envejecimiento a corto plazo se origina cuando se elabora la mezcla en la planta y durante la colocación in situ de la mezcla asfáltica [5], que es causado por la oxidación y la pérdida de volumen o volatilización del cemento asfáltico; pues se presenta una reacción con los hidrocarburos de la atmósfera al elevarse la temperatura inicial y al tener contacto directo el oxígeno con el ambiente [18], [13]. Estudios evalúan el desempeño dinámico y estático de mezclas asfálticas envejecidas a corto plazo por medio del ensayo de laboratorio Rolling thin Film Oven (ensayo rotatorio de película delgada [RTFO]), el cual simula el proceso de producción y colocación de mezclas asfálticas generando un incremento en la viscosidad del asfalto con endurecimiento de la mezcla. Los estudios realizados afirman que el envejecimiento de asfalto con el ensayo RFTO simula de manera acertada el envejecimiento generado por factores reales [16]. El ensayo rotatorio de película delgada, propuesto por [19], fue desarrollado para evaluar el envejecimiento del asfalto a corto plazo. El envejecimiento a largo plazo se presenta exclusivamente en el periodo de servicio del pavimento, a causa de la oxidación y de la exposición a condiciones ambientales, igualmente en el campo durante el tiempo de servicio [4]. Causa fallas igual de graves a la oxidación inicial, incluido un aumento en la rigidez, la pérdida de la ductilidad, y la fragmentación del producto bajo tensiones térmicas o carga [20]; al haber un aumento de asfáltenos y los componentes aromáticos por la reacción de las condiciones ambientales dan como resultado estos problemas en el pavimento, sus efectos no se ven a corto plazo, solo a través

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del tiempo estas características se pueden detallar [4]. Sin embargo, el envejecimiento oxidativo a largo plazo puede causar fallas tan graves como la oxidación inicial, incluido un gran aumento de la rigidez y la pérdida de ductilidad, y el craqueo de los productos finales bajo tensiones térmicas o de carga. Actualmente existe un método para especificaciones de materiales asfálticos, resultado de diversas investigaciones a través de la historia: el método Superpave (Superir Performing Asphalt Pavements), el cual mide las propiedades físicas de los asfaltos sobre los asfaltos envejecidos por el laboratorio, creando condiciones reales de operación del pavimento [21]. En el método Superpave “el potencial de ahuellamiento es verificado con una muestra de asfalto original, y otra luego de realizar el envejecimiento en RTFO, mientras que el potencial de fisuración (debida a fatiga y a cambios térmicos) es corroborado mediante el envejecimiento por medio del Pressure Aging Vessel (PAV)” [13]. El ensayo PAV (pressure aging vessel) tiene como mecanismo oxidar aceleradamente la mezcla asfáltica representando un estado de servicio por muchos años, lo cual simula un envejecimiento a largo plazo [22]. Simultáneamente, [6] “estudió el envejecimiento de sistemas asfalto agregado y concluyó que los métodos más recomendados para evaluar la durabilidad a largo tiempo son envejecimiento en horno, oxidación bajo presión, tratamiento con luz ultravioleta, tratamiento con humedad, y para corto tiempo son calentamiento y tratamiento con microondas. Adicionalmente, dividió las pruebas para evaluar las mezclas asfalto-agregado, en pruebas destructivas y no destructivas, siendo algunas de estas últimas el módulo dinámico, el módulo elástico y la prueba de tensión indirecta” [3]. Así mismo, [3] al analizar una mezcla asfáltica modificada con polímero, la cual estaba envejecida, determina que la modificación con polímeros incrementa el módulo complejo (incremento en la resistencia a la deformación “ablandamiento”) a temperaturas elevadas, y lo disminuye a bajas temperaturas, lo que significa que los polímeros disminuyen la susceptibilidad al envejecimiento de los asfaltos y reducen el incremento de la ductilidad. Con lo anterior es posible determinar que los polímeros industriales y polímeros de desechos de productos biodegradables son los productos más utilizados en el área de asfaltos modificados [23]. Polímeros de tipo elastómero tienden a deformarse al inducirles fuerza, pero vuelven casi a su forma original cuando se retira la fuerza inducida. Entre los más destacados se encuentran los copolímeros en bloque de estireno y butadieno SBS [24]. En Colombia se empezó a estudiar el envejecimiento bajo condiciones naturales a mediados del año 1997, por investigadores como Afánasieva y Álvarez, que evaluaron los cambios que se daban en las propiedades físicas y mecánicas a partir de ensayos como: viscosidad, ductilidad, penetración, punto de ablandamiento y densidad.

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2.1. Asfalto modificado En el ámbito mundial la utilización de los asfaltos modificados se ha convertido en uno de los métodos de mayor uso para el mejoramiento de las características que presentan las mezclas asfálticas al experimentar niveles elevados de tránsito y distintas temperaturas [25]. Su uso permite conseguir un producto de mayor durabilidad y mejor comportamiento bajo las cargas de tránsito, por esto desde hace varios años esta tecnología de asfaltos modificados se emplea en distintos países del mundo como; Brasil, México, Chile, España, Costa Rica y Colombia entre otros [23]. Esta alternativa tiene un efecto significativo en los pavimentos, ya que consigue un aumento en propiedades como cohesión y adhesividad, un mayor tiempo de vida útil y, por ende, logra disminuir costos de mantenimiento en las vías [24] obteniendo una mayor resistencia a los efectos del agua y cambios climáticos. También se mejoran las propiedades elásticas y de viscosidad con el fin de obtener un producto más resistente a la deformación y fatiga, y minimizar los efectos producidos por este fenómeno que ataca a los pavimentos [26]. Países como Estados Unidos, Venezuela, Costa Rica, Salvador, Francia y Brasil iniciaron las investigaciones para minimizar los efectos del envejecimiento [24], buscando alternativas convenientes para reducir el riesgo del daño por este fenómeno y a su vez contribuir a la fomentación para la innovación de materiales para carreteras a partir del uso de desechos u elementos no biodegradables y materiales orgánicos [7]. A partir de esto se han realizado trabajos con la utilización de llanta, vidrio, polietileno, PVC, icopor, polímeros, fibras, ceras naturales o cal entre otros. Aguilar y otros [7] realizaron un estudio del uso de materiales de desechos como una alternativa para la modificación de asfaltos, en el que se evaluó el uso de poliestireno, mezcla de llenante de polímero que incluye caucho, talco, fibra de carbón, fibra de vidrio, polipropileno, polietileno y caucho de llanta entre otros, como modificantes para el asfalto (AC-30). Los ensayos para la caracterización del asfalto se realizaron en el Laboratorio Nacional de materiales y modelos estructurales (Lanamme UCR, Universidad de Costa Rica). La caracterización del asfalto fue realizada siguiendo la metodología superpave para el asfalto original, el asfalto envejecido a corto plazo (RTFO) y el asfalto envejecido a largo plazo (RTFO+PAV). Los modificantes fueron incorporados al asfalto de acuerdo a una dosificación por peso, obteniendo un resultado que permite concluir que, al utilizar estos materiales, se mejora el desempeño frente a la deformación permanente y a la fatiga; adicionalmente trae consigo ventajas como la reutilización de elementos no biodegradables que generan alto impacto en el medioambiente, pues su lugar de disposición final son fosas o basureros [7]. En otra investigación se incorporaron látices sintéticos de estireno-butadieno de altos sólidos y polimerizados en frio (látex de SBR), para la modificación del bitumen en mezcla asfáltica en caliente y para emulsiones bituminosas empleadas en aplicaciones en frío como los micro-pavimentos y tratamientos superficiales. Se realizaron los ensayos de penetración y viscosidad para el asfalto seguidos del método SHRP de los Estados Unidos, que da como resultado las especificaciones Superpave, obteniendo una

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correlación real del rendimiento del pavimento. La mezcla del asfalto con el látex de SBR se realizó por agitación a presión atmosférica utilizando un sistema de extracción de afluentes. Los resultados obtenidos en esta investigación permitieron concluir que al modificar el asfalto con este polímero disminuye factores del envejecimiento como: ahuellamiento o acanalamiento por deformación plástica del ligante bituminoso, rotura por cambios de la temperatura, fatiga y desprendimiento de agregados [21]. 2.2. Modificación con lignina Comúnmente se está buscando una técnica con resultados efectivos para minimizar el daño que genera el envejecimiento a los pavimentos [27]; la tecnología de los asfaltos y las mezclas asfálticas modificadas se han convertido en una alternativa que es considerablemente estudiada y aplicada en el mundo. Con el uso de polímeros se modifican las propiedades del asfalto y la mezcla [28]. Al existir una compatibilidad entre la matriz del asfalto y un material adicional, se mejoran las propiedades reológicas de la mezcla evitando problemas como el desgaste de la carpeta de rodadura o un aumento a la resistencia de fatiga [29]. Se ha demostrado que la presencia de polímeros en el asfalto reduce efectos tales como el endurecimiento del asfalto y la pérdida de las propiedades físicas deseables, también conocidas como oxidación. De igual forma, reduce los efectos producidos por el envejecimiento y, por lo tanto, desacelera la formación de grietas y surcos en el pavimento, entre otras patologías [20]. En la búsqueda de un asfalto resistente a la oxidación, [20] realiza una investigación en la ciudad de Washington, en la que utiliza la técnica de espectroscopias de fotoelectrones de rayos x (XPS): es un método utilizado para la caracterización de superficies, en la que se estudia los elementos químicos y atómicos de la estructura del pavimento. [20] implementó esta técnica para probar la validez de los modelos de asfalto modificados y no modificados, para la modificación del asfalto uso aditivos biológicos entre los cuales se encontraba la lignina. Se elaboran siete muestras de asfalto modificado con un porcentaje de lignina comercial, siendo esta un polímero antioxidante por tener gran cantidad de estructuras de fenol [31]. La mezcla se llevó a cabo a una temperatura de 130 °C y 150 °C, en un tiempo equivalente a 2 horas, para comprobar la resistencia de la lignina a elevadas temperaturas y simular el envejecimiento del asfalto. Con este procedimiento se demostró la capacidad de la lignina para supervivir a 130 °C y 150 °C, y concluir que la lignina que se estudio es adecuada para las mezclas en caliente, seguido a estos ensayos se utiliza la técnica de espectroscopia para analizar los elementos de la mezcla a nivel molecular [19]. A partir de los resultados de la investigación realizada se afirma que al utilizar tecnologías como la modificación de asfalto se mejora el comportamiento que experimentan las mezclas tradicionales cuando son sometidas a diferentes condiciones de carga y del medioambiente [19], es decir, los efectos del envejecimiento como: la reducción de ahuellamiento y el incremento del agrietamiento entre otros [32]. Botaro y otros [29] estudian las características de una mezcla asfáltica modificada con poliestireno reciclado (PS), polvo de neumáticos (PPN) y lignina (LIG), sobre la que realizan ensayos como penetración

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y punto de ablandamiento (anillo y bola) para determinar la eficacia de la mezcla de asfalto. Se usa un porcentaje de 1% a 6% de agentes modificadores. Los resultados en estos ensayos indican que a mayor % de agente modificar menor penetración y mayor punto de ablandamiento. El propósito principal de esta investigación es reforzar la matriz de la mezcla base y obtener como resultado un aumento en su resistencia [30], para esto se debe tener en cuenta las características, concentración del aditivo y naturaleza de la matriz de asfalto [7]. Algunos polímeros contiene diferentes porcentajes de fibras vegetales, el uso de estas fibras reducen el impacto termoplástico y mejora la resistencia mecánica de los asfaltos igualmente reducen el peso de los materiales compuestos y posibilitan la opción de obtener materia prima de recursos renovables. Es por esto que la lignina es vista actualmente como uno de los polímeros más aceptados para modificar asfalto, por su efecto estabilizador que presentan las fibras, mayor rigidez en ellas y una interacción aceptable en cuanto a fibra-matriz [30]. “En el mundo se generan entre 40 y 50 millones de toneladas de lignina por año” [33], siendo un biopolímero de fácil acceso por su abundancia natural y gran producción. Hoy en día en el ámbito mundial, su uso como materia prima es importante en industrias papeleras, de alimentos, fabricación de tableros aglomerados y materiales rígidos, combustibles y como emulsionantes en mezclas de betunes y asfaltos. 3. METODOLOGÍA En relación con lo planteado hasta este punto, la problemática de la investigación está relacionada con los efectos que ocasionan el envejecimiento en el asfalto y la búsqueda de un elemento que sea compatible con este para minimizar el daño ocasionado. Esta investigación inicia con una amplia revisión bibliográfica que explica los efectos del envejecimiento sobre el asfalto, así mismo, con las diferentes investigaciones en el ámbito mundial sobre asfalto modificado con polímeros y materiales reciclables, y los resultados óptimos que se han obtenido en cada una de estas. De esta manera el diseño metodológico involucra la caracterización del material empleado para la realización de los ensayos de penetración, punto de ablandamiento y el ensayo de horno de película delgada (RTFO). Seguido de esto, se llevará a cabo un análisis de los resultados obtenidos después del ensayo de envejecimiento, esto con el fin de determinar si la modificación de asfalto 80-100 con lignina minimiza los efectos de envejecimiento durante el proceso de construcción.

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3.1. Descripción de los materiales 3.1.1. Lignina–álcali: El agente modificador es resultante de un proceso industrial proveniente del bagazo de azúcar que se lleva a cabo en una empresa del sector papelero. La lignina utilizada fue tamizada (malla 200) siendo un polvo fino fundamental para la modificación del cemento asfáltico. Sus propiedades son especificadas por SIGMA-ALDRICH laboratorios de químicos, Tabla 1. Tabla 1: Propiedades lignina–álcali PROPIEDADES Tensión superficial

43 mN / m (1% acuoso)

Impurezas

5% de humedad

Pérdida

13.4 wt. % pérdida en calefacción @ 316°C 3.3 wt. % pérdida en calefacción @ 149°C 5.7 wt. % pérdida en calefacción @ 204°C 8.5 wt. % pérdida en calefacción @ 260°C

6,5 (25 ° C, 5%, solución acuosa)

Transición de temperatura

punto de sinterización 188 ° C

Solubilidad

NaOH soluble 0.05% (caliente 5% acuoso) MEK: parcialmente soluble benceno: insoluble dioxano: soluble etilenglicol: soluble hexano: insoluble metanol: parcialmente soluble

Densidad

1,3 g / ml a 25 ° C

Densidad aparente

23 libras / pies cúbicos (suelto) 32 libras / pies cúbicos (embalado) Fuente: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/370959?lang=en&region=CO Imagen derecha. Molécula de lignina (Pan, 2013)

3.1.2. Cemento asfáltico El asfalto utilizado corresponde a penetración de 80/100 provenientes de la planta de producción de la empresa Manufacturas y Procesos Industriales Ltda., en Barrancabermeja (Colombia). Estos asfaltos

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se caracterizaron en su estado original con los ensayos normalizados (ver Tabla 2) presentando las siguientes propiedades. Tabla 2: Propiedades asfalto NORMA DE REFERENCIA INV

PROPIEDAD

REPORTE DE CONTROL

ESPECIFICACION

MIN

MAX

Penetración @ 25°C, 100 g, 5s (mm/10)

E-706

100

Punto de ablandamiento

E-712

Índice de penetración

E-724

-1

-0.50

Pérdida por calentamiento película delgada en mov @ 163 °C, 85 min (%)

E-720

0,48

Peso específico

E-707

1,004

Incremento en el punto de ablandamiento después de pérdida por calentamiento en película delgada, °C

E-712

6,8

Fuente: Manufacturas y procesos industriales Ltda.

4. RESULTADOS Se realiza la debida caracterización física del asfalto convencional y modificado con 5%,10%,15% y 20% de lignina (ensayos de penetración y punto de ablandamiento), luego cada muestra es sometida a envejecimiento mediante el ensayo de RTFO y, posteriormente, se vuelve a realizar caracterización física del asfalto envejecido. Se obtiene que el material convencional modificado con lignina presenta rigidización del asfalto disminuyendo un 12,8% con una adición del 5% lignina, presente a este se identifica un aumento del 11,22% al aumentar el contenido de lignina hasta un 15%, continuo desciende un 16,6% con respecto al asfalto de 15%. Indicando que el material tiene un mejor comportamiento al adicionar 20% lignina reduciendo su resistencia a la penetración en un 16,67%. Después de tener resultados de un asfalto convencional y modificado con lignina, se presenta como afecta el estado de oxidación al asfalto en su estado original y modificado con lignina a partir del ensayo RTFO. Como se observa el cemento asfáltico 80/100 modificado con lignina en porcentajes de 5% al 15% p/p indica una mayor resistencia a la penetración, disminuyendo un 23,2%. Al adicionar 20% de lignina se presenta un aumento con respecto al 15% del 10%. Como se observa en la Gráfica 1. Se conoce que el ensayo de envejecimiento a corto plazo es la representación de la oxidación del asfalto en proceso de construcción, sin tener en cuenta el estado de envejecimiento durante su etapa de

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servicio (PAV). Por lo tanto, se observa que la adición de lignina rigidiza el material en estado original en un 17,8% en promedio, sin sobrepasar los límites que provoquen fisuramiento, ondulaciones, abultamientos, entre otras patologías.

Grafica 1. Resultados de ensayo de penetración antes y después de RTFO Fuente: Elaborado por los autores

En la Gráfica 2 se presenta el ensayo de punto de ablandamiento antes y después del RTFO, mostrando su comportamiento cuando está en estado original, y cuando es modificado con lignina al 5p/p, 10p/p, 15 p/p y 20 p/p. Se evidencia que el asfalto en estado original, al presentar oxidación por el ensayo de RTFO, disminuye el punto de ablandamiento en un 5,15% con respecto al asfalto que no presenta oxidación, sin embargo, con el 5p/p de modificante se obtiene un aumento del 3.29 p/p en relación al mismo asfalto modificado antes del RTFO. Para la modificación del 10 p/p el punto de ablandamiento disminuye 3.85 p/p con respecto al asfalto antes del ensayo de RTFO. Para el modificante del 15% el punto de ablandamiento después del ensayo de RTFO aumenta 1%; con el 20% de modificante el punto vuelve a disminuir frente al asfalto sin oxidar. El punto de ablandamiento más alto del asfalto después del ensayo de RTFO es el del modificante del 15%, el cual al compararlo con el asfalto original sin oxidación incrementa en un 3.65 °C, y con respecto al asfalto convencional con oxidación su aumento es de 3°C. De acuerdo a esto, la modificación con lignina no sobrepasa los límites máximos de incremento por lo que posibilita su uso haciéndolo ideal para climas cálidos.

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Grafica 2. Resultados de ensayo de punto de ablandamiento antes y después de RTFO Fuente: Elaborado por los autores

En función del Índice de penetración (INV E-724-07) se clasifican los cementos asfálticos en tres grupos: 1. Ip>+1: cementos asfálticos con poco susceptibilidad a la T°, asfaltos oxidados. 2. Ip<-1: cementos asfálticos con mayor susceptibilidad a la T°, comportamiento viscoso. 3. Ip entre +1 y -1: cementos asfálticos aptos para la construcción de carreteras. Antes de RTFO %lignina

p. ablandamiento

Penetración

Índice penetración

original

45,6

85,33

-1,08

42,5

74,4

-2,41

10%

48,1

78,2

-0,59

15%

48,8

83,8

-0,20

20%

48,6

71,1

-0,71

Grafica 3. Resultados de Índice de Penetración antes de RTFO Fuente: Elaborado por los autores

Después de RTFO %lignina

p. ablandamiento

Penetración

Índice de penetración

original

43,25

72,33

-2,24

43,9

61,5

-2,41

10%

46,25

59,17

-1,82

15%

49,25

55,5

-1,16

20%

61,67

-1,24

Grafica 4. Resultados de Índice de Penetración después de RTFO Fuente: Elaborado por los autores

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 47-62 • ISSN: 1909-2458

Daniella Rodríguez U, Cristian Rodríguez, Sindy Ramírez, Cristhian Flórez

Para determinar el porcentaje óptimo no solo se tiene en cuenta el ensayo de penetración o el ensayo de punto de ablandamiento por separado, se manejan las dos variables a través del Índice de penetración, el cual como se especifica anteriormente se determina bajo ciertos valores: un término medio, un término no tan bueno y un término favorable. En este caso el 15% antes del RTFO presenta el mejor Índice de penetración con valores que oscilan entre +1 y -1, y menores a uno después del ensayo de RTFO. 5. CONCLUSIONES •

El excesivo porcentaje de lignina en la mezcla puede llegar a convertirse en un problema. Se encontró que porcentajes alrededor del 20% de lignina, rigidiza el material, lo cual perjudica las propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica, posiblemente facilitando la fisuración térmica particularmente en climas fríos.

•

El porcentaje óptimo de sustitución es de 15% de lignina, ya que en comparación con el asfalto sin modificar y con las demás adiciones se obtuvo un asfalto con mejor comportamiento reológico, lo cual se reflejó en el aumento de su consistencia en un 33.77% respecto al asfalto convencional y en su poca susceptibilidad térmica con un punto de ablandamiento de 48,8 °C. De igual forma, con este porcentaje de modificación se puede utilizar una temperatura de 135 °C para los procesos de compactación y mezclado.

•

Como este trabajo se enfocó en determinar el porcentaje óptimo de lignina que mejorará el comportamiento reológico del asfalto, es necesario continuar la investigación con la ejecución de ensayos mecánicos sobre mezclas modificadas con 15% de lignina, para determinar el desempeño de dicha mezcla en una estructura multicapa.

•

Se recomienda realizar el ensayo PAV (Pressure Aging Vessel) con muestra del asfalto 80-100 modificado al 15% de lignina, para registrar su comportamiento al envejecimiento acelerado representando un estado de servicio por varios años.

•

El uso de lignina en la modificación de asfaltos provoca un beneficio no solo a las características técnicas del material sino a todas las industrias que por sus actividades económicas generan lignina como desperdicio, ya que sugiere un nuevo uso y permite reutilizar este desecho.

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Evaluación del efecto del envejecimiento del cemento asfáltico 80-100 modificado con lignina

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Daniella Rodríguez U, Cristian Rodríguez, Sindy Ramírez, Cristhian Flórez

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Evaluación del efecto del envejecimiento del cemento asfáltico 80-100 modificado con lignina

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Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros New simple and generalized model to estimate the vapor pressure of light hydrocarbons Luis Fernando Cardona Palacio*

RESUMEN Una nueva ecuación es propuesta para el cálculo de la presión de vapor de hidrocarburos ligeros, aplicable en un amplio rango de temperatura. Se utilizaron datos de equilibrio liquido-vapor de 19 hidrocarburos de bajo peso molecular y mediante el algoritmo de Ladson, el cual minimiza la suma de los cuadrados de las desviaciones relativas de la presión de vapor, se determinaron parámetros y constantes propias del nuevo modelo y a partir del factor acéntrico se generaliza para cualquier sustancia pura. Para validar el nuevo modelo se efectuó su validación en 54 sustancias puras entre alcoholes, hidrocarburos, refrigerantes, gases nobles y sustancias inorgánicas, generando porcentajes de desviación relativas promedio de 1.504%. En el presente artículo se comparan los resultados obtenidos con otros modelos para el cálculo de la presión de vapor, los cuales indicaronque la nueva ecuación propuesta genera la menor desviación. Palabras clave: Presión de vapor, sustancias puras, hidrocarburos.

ABSTRACT A new equation for light hydrocarbon is proposed for the estimation of vapor pressure, applicable in wide temperature range. Was used equilibrium liquid-vapor data with 19 low molecular weight hydrocarbons and using Lasdon et al., algorithm which minimize the sum of the squares of the relative deviation in liquid-vapour pressure were determined the parameters and constants characteristics of the new equation and generalized for any pure substance using the acentric factor. To validate the new model, vapour pressure predictions were made for 54 pure substances between alcohols, hydrocarbons, refrigerants, noble gases and inorganic substances, generated percent relative average deviation of 1.504%. The results were compared with other equations and the comparison indicates that the proposed method provide more accurate results than other methods used in this work. Keywords: Vapor pressure, pure substances, hydrocarbons.

Como citar este artículo: L. F. Cardona Palacio, “Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 63-74, 2016.

* Magíster en Ingeniería y Magíster en Matemáticas Aplicadas. Docente investigador. Grupo de Investigación SISCO. Fundación Universitaria Luis Amigó. Medellín Colombia, luis.cardonapa@amigo.edu.co

Fecha de recepción: 2 de mayo de 2016 • Fecha de aceptación: 1 de junio de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 63-74 • ISSN: 1909-2458

Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

1. INTRODUCCIÓN La estimación de la presión de vapor es esencial en la industria petroquímica debido a que se requiere para cálculos de equilibrios de fase en sistemas multicomponentes [1]. Por otro lado, su conocimiento es esencial en el diseño de diferentes equipos de ingeniería como refrigeradores, compresores, aire acondicionado, entre otros [2]. Es así como la presión de vapor juega un papel importante en las simulaciones numéricas de procesos de combustión, en los que cambios significativos de esta propiedad dan como resultado cambios en la atomización de combustible, velocidad de evaporación, procesos de formación de emisiones de contaminantes, entre otros [3]. Por tal motivo, existe un gran interés en la ingeniería sobre la medición y correlación de los valores de esta propiedad. Diferentes ecuaciones para el cálculo de la presión de vapor están reportados en la literatura científica; dentro de los más conocidos se encuentran: Clausius, Antoine, Frost–Kalkwarf, Cox, Gomez–Thodos, Lemmon–Goodwin, Lee–Kesler, Wagner, Ambrose–Walton, Riedel, Lemmon–Goodwin [4], Sanjari [3], Sanjari et al., Mejbri- Bellagi [4]. La ecuación más común es la de Antoine de tres parámetros; sin embargo, es válida en un rango limitado de temperatura. Las ecuaciones de Gomez-Thodos y Lee-Kesler dependen de las propiedades de la sustancia como temperatura crítica, presión crítica y factor acéntrico, no obstante, no se describe la región cercana al punto crítico [5]. Por otro lado, la ecuación de Wagner con cuatro parámetros y dependiente de la presión crítica y temperatura crítica es considerada una gran contribución en los modelos de presión de vapor, porque representa con una gran precisión los datos experimentales de un gran número de sustancias, en el rango de coexistencia líquido-vapor desde el punto triple hasta el punto crítico [6], mientras que [3] y [7], son ecuaciones que dependen de un gran número de constantes por sustancia y carecen de generalización. Se propuso un nuevo modelo para el cálculo de la presión de vapor de hidrocarburos de bajo peso molecular. A partir de datos experimentales de la línea de saturación líquido-vapor de 19 hidrocarburos y mediante el algoritmo de [8], el cual minimiza la suma de los cuadrados de las desviaciones relativas de la presión de vapor, se determina parámetros y constantes propias del modelo y se generaliza utilizando el factor acéntrico. Se comparan los resultados con las ecuaciones de [6], [9], [3], [7], [9] y [10]. 2. NUEVA ECUACIÓN PROPUESTA PARA LA PREDICCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR Y FUNCIÓN OBJETIVO Un nuevo modelo para el cálculo de la presión de vapor de hidrocarburos ligeros es propuesto en la ecuación 1. (1)

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Luis Fernando Cardona Palacio

Donde Pvpr es la presión de vapor reducida, calculada como Pr=P/Pc, τ=1-Tr, donde Tr es la temperatura reducida que se calcula como Tr=T/Tc y los coeficientes A, B y C son parámetros. Se realiza una búsqueda de los valores de presión crítica, temperatura crítica, factor acéntrico [6] y datos experimentales del equilibrio líquido-vapor de 19 hidrocarburos de bajo peso molecular [11]. Posteriormente, utilizando la ecuación 1 y el algoritmo propuesto por Ladson et al. [8], con la función objetivo a minimizar dada por la ecuación 2, se obtuvo los coeficientes A, B y C para 19 hidrocarburos analizados en la Tabla 1. (2)

Donde N es el número de datos experimentales, Pi,exp es la presión de vapor experimental [11] y Pi,cal son los valores calculados por la ecuación 1, para un valor de temperatura. Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas y constantes A, B y C de la ecuación 1 para 19 hidrocarburos Sustancia

Tc (K)

Pc (kPa)

Rango de Tr experimenta

Metano

190.56

4599.2

0.01142

0.4759-1.000

-5.4690

0.8528

-2.8620

Eteno

282.35

5041.7

0.089

0.3683-1.000

-5.8497

0.3639

-2.9379

Etano

305.33

4871.8

0.0993

0.2959-1.000

-5.9000

0.2990

-2.9574

Ciclo propano

398.3

5568.9

0.13

0.6854-1.000

-6.0497

0.1054

-3.0284

Propeno

365.57

4664.6

0.144

0.2735-1.000

-6.1178

0.0171

-3.0673

Propano

369.82

4247.7

0.1524

0.2311-1.000

-6.1587

-0.0358

-3.0926

Butano

425.13

3796

0.201

0.3173-1.000

-6.3943

-0.3424

-3.2675

2,2-Dimetil propano

433.74

3196.3

0.197

0.5916-1.000

-6.3749

-0.3172

-3.2513

2-Metil butano

460.35

3375.7

0.227

0.2447-1.000

-6.5199

-0.5065

-3.3812

Benceno

562.05

4901.2

0.212

0.4959-1.000

-6.4474

-0.4118

-3.3139

Pentano

469.7

3371

0.251

0.3055-1.000

-6.6355

-0.6579

-3.4986

Metilbenceno

591.75

4126.4

0.263

0.3008-1.000

-6.6932

-0.7337

-3.5618

2-Metil pentano

497.7

3042.6

0.278

0.2403-1.000

-6.7653

-0.8284

-3.6449

Hexano

507.82

3042.9

0.299

0.3502-1.000

-6.8660

-0.9610

-3.7692

Heptano

540.13

2731.1

0.349

0.3380-1.000

-7.1050

-1.2768

-4.1018

Octano

569.32

2497.8

0.398

0.3800-1.000

-7.3380

-1.5864

-4.4780

Nonano

594.55

2282

0.445

0.3695-1.000

-7.5605

-1.8835

-4.8856

Decano

617.7

2101.4

0.489

0.3942-1.000

-7.7678

-2.1618

-5.3086

Dodecano

658.1

1817.6

0.575

0.4005-1.000

-8.1704

-2.7060

-6.2513

Fuente: Elaboración de los autores

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Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

De la Tabla 1, los parámetros A, B y C se correlacionaron utilizando el factor acéntrico (ω), tal como se muestra en las ecuaciones 3, 4 y 5, de esta manera se logra generalizar para ser utilizado en cualquier sustancia pura. (3) (4) (5) Las ecuaciones 3, 4 y 5 son ilustradas en la Figura 1. Los coeficientes de correlación de los parámetros A, B y C son de 0.995, 0.999, 0.9999 respectivamente.

Figura 1. Constantes A, B y C de la ecuación 1, en función del factor acéntrico de 19 hidrocarburos (—valores de la Tabla 1, —valores de las ecuaciones 3, 4 y 5) Fuente: Elaboración de los autores

Se evalúa el modelo propuesto por la ecuación 1 y las constantes dadas por las ecuaciones 3, 4 y 5 en 54 sustancias puras, las cuales no participaron en el proceso de minimización y utilizando el criterio de comparación con los datos experimentales del webbook de la NIST [11] por medio del porcentaje de error promedio estándar (AARD%), porcentaje de desviación relativa absoluta (ARD%), y la desviación de la raíz cuadrada media (RMSD), y se calculan de acuerdo con las ecuaciones 6, 7 y 8 [3]. (6) (7)

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Luis Fernando Cardona Palacio

(8)

Se compara con ecuaciones para el cálculo de presión de vapor como: [6], [9], [3], [7], [9] y [10], determinando el porcentaje de error promedio estándar (AARD%). 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A partir de las propiedades de cada sustancia como la temperatura crítica, presión crítica, factor acéntrico y las constantes obtenidas del proceso de minimización de los 19 hidrocarburos reportados en la Tabla 1, se correlacionó con el factor acéntrico generando las ecuaciones 3, 4 y 5; de esta manera se logra generalizar para ser utilizado en cualquier sustancia pura. Con el fin de realizar una validación al modelo generalizado, se evaluó en 54 sustancias puras entre las que se destacan hidrocarburos, alcoholes, refrigerantes, sustancias inorgánicas y gases nobles. Los datos experimentales y propiedades fisicoquímicas de las 54 sustancias puras que no participaron en el proceso de minimización fueron obtenidos de la literatura científica [6], [11]. Los resultados se evidencian en la Tabla 2, en la que se presenta el rango de temperatura reducida trabajada en la investigación [11] y las constantes A, B y C correlacionadas por las ecuaciones 3, 4 y 5. Tabla 2. Constantes de la ecuación 1 en 54 sustancias puras Sustancia

Tc ( K)

Pc ( kPa)

Rango de Tr experimental

Hidrógeno

33.145

1296.5

-0.219

0.4211-1.0000

-4.3217

2.3028

-3.3716

Oxígeno

154.58

5042.8

0.025

0.3517 -1.0000

-5.5358

0.7672

-2.8662

Nitrógeno

126.19

3395.8

0.039

0.5004-1.0000

-5.6046

0.6790

-2.8747

Monóxido de carbono

132.86

3498.2

0.066

0.5130 -1.0000

-5.7371

0.5089

-2.9024

2,2-Dimetil propano

433.74

3196.3

0.197

0.5916 -1.0000

-6.3749

-0.3172

-3.2513

Azano

405.4

11339

0.25

0.4822 -1.0000

-6.6307

-0.6516

-3.4935

Agua

647.1

22064

0.344

0.6000 -1.0000

-7.0811

-1.2452

-4.0662

Metanol

512.6

8104

0.5625

0.5600 -1.0000

-8.1121

-2.6268

-6.1048

Tetrafluorometano

227.51

3775.8

0.1785

0.4349 -1.0000

-6.2853

-0.2005

-3.1805

1,1,1,3,3-Pentafluoropropano

427.2

3636.6

0.3724

0.4682 -1.0000

-7.2164

-1.4246

-4.2752

Tricloromonofluorometano

471.11

4407.6

0.18875

0.3453 -1.0000

-6.3350

-0.2651

-3.2188

Diclorodifluorometano

385.12

4136.2

0.17948

0.3015 -1.0000

-6.2901

-0.2066

-3.1840

Clorotrifluormetano

302

3879

0.1723

0.3046 -1.0000

-6.2553

-0.1613

-3.1583

Dicloromonofluormetano

451.48

5184.2

0.2061

0.4430 -1.0000

-6.4189

-0.3746

-3.2887

Clorodifluorometano

369.3

4990

0.22082

0.3134 -1.0000

-6.4900

-0.4675

-3.3529 (Continúa)

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 63-74 • ISSN: 1909-2458

Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

Sustancia

Tc ( K)

Pc ( kPa)

Rango de Tr experimental

Trifluormetano

299.29

4831.7

0.263

0.3943 -1.0000

-6.6932

-0.7337

-3.5618

Difluorometano

351.25

5782.6

0.263

0.3882 -1.0000

-6.6932

-0.7337

-3.5618

Fluorometano

317.28

5897

0.2012

0.5516-1.0000

-6.3952

-0.3437

-3.2684

1,1,2-Tricloro-1,2,2-trifluoroetano

487.21

3392.3

0.25253

0.4863 -1.0000

-6.6429

-0.6676

-3.5065

1,2 Dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano

418.83

3251.6

0.2523

0.6522 -1.0000

-6.6418

-0.6661

-3.5053

Cloropentafluoretano

418.83

3251.6

0.252

0.4149 -1.0000

-6.6403

-0.6643

-3.5038

Hexafluoretano

293.03

3047.7

0.257

0.5907 -1.0000

-6.6644

-0.6958

-3.5298

1,1,1- Trifluoro 2,2- dicloroetano

456.83

3661.9

0.28192

0.3634 -1.0000

-6.7841

-0.8531

-3.6674

1-Cloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano

395.43

3624.3

0.2881

0.3035 -1.0000

-6.8138

-0.8922

-3.7035

Pentafluoroetano

339.17

3617.9

0.3052

0.5087 -1.0000

-6.8957

-1.0001

-3.8076

1,1,1,2-Tetrafluoroetano

374.21

4059.1

0.32684

0.4539 -1.0000

-6.9992

-1.1368

-3.9480

1,1-Dicloro-1-fluoroetano

477.5

4211.7

0.22

0.3554 -1.0000

-6.4861

-0.4623

-3.3492

1–Cloro–1, 1–difluoroetano

410.26

4054.8

0.232

0.3479 -1.0000

-6.5440

-0.5380

-3.4047

1,1,1–Trifluor etano

345.86

3761.8

0.2615

0.4665 -1.0000

-6.6860

-0.7242

-3.5537

1,1,-Difluoretano

386.41

4516.8

0.27521

0.4000 -1.0000

-6.7519

-0.8108

-3.6291

Octafluorpropano

345.02

2640.2

0.317

0.3636 -1.0000

-6.9522

-1.0747

-3.8829

1,1,1,2,3,3,3-. Heptafluoropropano

375.95

2999.1

0.354

0.3893 -1.0000

-7.1288

-1.3084

-4.1379

1,1,1,3,3,3-Hexafluoro propano

398.07

3200

0.37721

0.4510 -1.0000

-7.2393

-1.4550

-4.3123

1,1,1,2,3,3-Hexafluoropropano

412.44

3356.4

0.3794

0.3893 -1.0000

-7.2497

-1.4689

-4.3293

1,1,2,2,3-Pentafluoropropano

447.57

3927.6

0.3536

0.4469 -1.0000

-7.1269

-1.3059

-4.1350

Octafluorociclobutano

388.38

2778

0.3553

0.6008 -1.0000

-7.1350

-1.3166

-4.1473

Para Hidrógeno

32.938

1283.8

-0.218

0.4190 -1.0000

-4.3268

2.2965

-3.3670

Deuterio

38.34

1647.6

-0.175

0.4880 -1.0000

-4.5427

2.0261

-3.1893

Flúor

144.41

5239.4

0.0449

0.3703 -1.0000

-5.6336

0.6418

-2.8794

Óxido nitroso

309.52

7244.7

0.162

0.5891 -1.0000

-6.2053

-0.0964

-3.1233

Óxido de deuterio

643.89

21660

0.364

0.4302 -1.0000

-7.1764

-1.3716

-4.2116

Helio

5.1953

226.37

-0.382

0.4190 -1.0000

-3.4952

3.3267

-4.3965

Neón

44.492

2678.6

-0.0387

0.5521 -1.0000

-5.2215

1.1684

-2.8792

Argón

150.69

4863

-0.00219

0.5561 -1.0000

-5.4019

0.9385

-2.8615

Criptón

209.48

5525.5

-0.0009

0.5527 -1.0000

-5.4083

0.9304

-2.8614

Xenón

289.73

5842

0.00363

0.5571 -1.0000

-5.4306

0.9018

-2.8612

Trifluoruro de nitrógeno

234

4460.7

0.126

0.3632 -1.0000

-6.0302

0.1307

-3.0181

Decafluorobutano

386.33

2329

0.374

0.4892 -1.0000

-7.2240

-1.4348

-4.2875

Decafluoropentano

420.56

2036.8

0.423

0.4756 -1.0000

-7.4565

-1.7445

-4.6891

Dióxido de azufre

430.64

7875.3

0.2557

0.4591 -1.0000

-6.6581

-0.6876

-3.5230

Ácido sulfhídrico

373.1

8998.7

0.1

0.5031 -1.0000

-5.9034

0.2946

-2.9588

Hexafluoruro de azufre

318.73

3753.9

0.21

0.6977 -1.0000

-6.4378

-0.3992

-3.3053

Sulfuro de carbonilo

378.77

6368.8

0.0978

0.3546 -1.0000

-5.8927

0.3084

-2.9544

Ciclo Hexano

553.54

4075

0.212

0.5047-1.0000

-6.4474

-0.4118

-3.3139

Fuente: Elaboración de los autores INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 63-74 • ISSN: 1909-2458

Luis Fernando Cardona Palacio

Posteriormente, se realiza una comparación de diferentes modelos para el cálculo de la presión de vapor como las ecuaciones de [6], [9], [3], [7], [9] y [10], determinando el porcentaje de error promedio estándar (AARD%) [11], tal como se muestra en la Tabla 3. Tabla 3. Porcentaje de error promedio estándar (AARD%) de los valores obtenidos por la ecuación 1 de 73 sustancias puras, en comparación con otros modelos Sustancia

Lee–Kesler

Riedel

Sanjari

Wagner

Ambrose– Walton

Sanjari et al.

Ecuación 1

Helio

6.22

4.87

0.47

2.16

8.84

————

3.19

Hidrógeno

0.06

2.14

0.04

1.46

1.86

————

2.40

para-Hidrógeno

0.29

1.11

0.05

1.77

1.61

————

2.29

Deuterio

2.77

2.21

1.1

2.48

3.52

————

1.16

Neón

0.41

0.62

0.04

0.18

0.1

————

1.40

Argón

0.17

0.2

0.03

0.32

0.25

————

1.14

Kriptón

0.2

0.35

0.04

0.25

0.12

————

1.17

Xenón

0.14

1.07

0.04

0.29

0.19

————

1.18

Metano

0.73

0.71

0.04

0.22

0.08

————

1.26

Oxígeno

1.44

1.04

0.05

0.62

0.64

————

1.86

Nitrógeno

0.64

0.48

0.23

0.4

0.29

————

0.79

Flúor

2.38

0.78

1.33

4.36

3.36

————

2.14

Monóxido de carbono

3.33

0.39

0.14

2.58

3.03

————

2.38

Eteno

1.05

1.57

0.05

1.72

0.78

————

1.09

Sulfuro de carbonilo

1.06

1.62

0.09

2.49

0.78

————

1.67

Etano

1.79

1.71

0.06

0.6

1.48

————

1.98

Ácido sulfhídrico

0.36

0.03

0.8

0.16

————

1.06

Trifluoruro de nitrógeno

1.49

0.78

0.1

1.03

1.01

————

0.60

Ciclo propano

0.08

0.9

0.2

0.11

0.16

————

1.02

Propeno

2.34

3.87

0.22

1.35

2.01

————

1.11

Propano

3.62

7.35

0.18

1.35

2.38

————

1.73

Óxido nitroso

0.14

0.18

0.04

0.43

0.16

————

0.84

Clorotrifluormetano

2.27

4.18

0.07

3.66

0.65

0.66

1.10

Tetraflourmetano

2.14

3.63

0.11

2.36

1.05

1.27

1.78

Diclorodifluorometano

1.65

1.34

0.68

1.06

1.16

0.49

1.04

Triclorofluorometano

1.21

1.95

1.21

2.02

0.78

0.53

1.66

2,2-Dimetil propano

0.24

0.16

0.05

0.3

0.24

————

0.71

Fluorometano

2.72

1.63

0.05

0.43

3.3

0.88

1.60

n-Butano

1.54

1.46

0.06

0.8

1.2

————

1.79

Dicloromonofluormetano

0.19

0.63

0.16

1.85

0.35

1.22

1.73

Hexafluoruro de azufre

0.53

0.18

0.04

0.39

0.32

————

1.38

Ciclo Hexano

0.7

0.28

0.03

0.83

0.54

————

0.86 (Continúa)

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 63-74 • ISSN: 1909-2458

Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

Sustancia

Lee–Kesler

Riedel

Sanjari

Wagner

Ambrose– Walton

Sanjari et al.

Ecuación 1

Benceno

0.5

0.86

0.15

0.95

0.32

————

1.08

1,1-Dicloro-1-fluoroetano

1.68

3.28

0.17

3.68

0.91

1.2

3.39

Clorodifluorometano

1.81

3.19

0.08

1.64

1.89

0.91

1.41

2-Metil Butano

4.39

7.7

0.64

1.33

3.41

————

0.86

1–Cloro–1, 1–difluoroetano

1.4

1.94

0.05

1.74

1.33

1.2

1.66

Dióxido de carbono

1.51

1.76

0.03

1.71

1.77

————

1.08

Azano

2.05

1.72

0.08

1.11

1.69

————

1.68

Cloropentafluoretano

2.47

2.31

0.05

0.53

3.76

0.53

1.22

n-Pentano

2.92

1.18

0.05

0.23

2.64

————

0.92

1,2 Dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano

0.21

0.17

0.16

0.23

0.27

0.80

1,1,2-Tricloro-1,2,2-trifluoroetano

0.68

0.35

0.04

0.84

0.35

1.01

0.98

Dióxido de azufre

1.08

0.48

0.1

0.75

0.78

————

0.83

Hexafluoretano

0.53

0.43

0.06

0.16

0.27

0.32

0.93

1,1,1,2-Tetrafluoroetano

2.4

1.47

0.04

0.8

0.69

1.78

Trifluormetano

3.59

1.68

0.05

1.4

3.48

3.61

1.52

Tolueno

2.66

5.67

————

2.28

2.34

————

2.15

1,1-Difluoroetano

3.82

1.91

0.05

1.68

3.69

1.61

2.60

Difluorometano

3.27

3.23

0.05

2.42

3.4

3.61

2.61

2-Metil pentano

4.95

14.19

0.18

1.48

3.97

————

1.23

1,1,1- Trifluoro 2,2- dicloroetano

1.26

2.49

0.04

2.27

0.75

2.4

2.34

1-Cloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano

2.26

5.42

0.08

2.46

1.74

2.19

2.41

n-Hexano

2.58

1.18

0.32

0.64

3.27

————

1.11

Pentafluoroetano

0.8

0.3

0.04

0.48

0.57

————

0.72

Octafluorpropano

1.38

1.39

0.1

1.13

1.88

————

1.35

1,1,1,2- Tetrafluoroetano

1.7

0.6

0.04

0.09

1.49

0.69

0.82

Agua

7.32

4.22

0.08

5.62

7.18

————

1.80

n-Heptano

1.81

2.65

0.18

0.49

2.97

————

0.86

1,1,2,2,3-Pentafluoropropano

1.83

0.64

0.07

0.18

1.62

0.32

0.94

1,1,1,2,3,3,3- Heptafluoropropano

1.26

2.04

0.07

1.53

1.07

0.86

1.94

Octafluorociclobutano

0.13

0.23

0.07

0.49

0.24

0.58

0.63

1,1,1,2,3,3-Hexafluoropropano

3.33

0.76

4.16

3.34

3.49

0.28

2.72

Óxido de deuterio

6.25

3.3

0.07

4.53

5.91

————

1.97

1,1,1,3,3-Pentafluoropropano

0.3

2.07

0.09

1.64

0.32

1.57

Decafluorobutano

0.42

0.92

0.24

1.3

0.45

————

1.27

1,1,1,3,3,3-Hexafluoro Propano

0.57

0.79

0.16

1.18

0.42

1.12

1.54

n-Octano

1.88

1.26

0.1

0.53

2.82

————

0.83

Decafluoropentano

8.13

3.96

0.41

9.28

7.82

————

3.99

n-Nonano

1.96

1.84

0.15

0.68

3.04

————

1.12 (Continúa)

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 63-74 • ISSN: 1909-2458

Luis Fernando Cardona Palacio

Sustancia

Lee–Kesler

Riedel

Sanjari

Wagner

Ambrose– Walton

Sanjari et al.

Ecuación 1

n-Decano

1.56

1.31

0.15

0.69

2.38

————

0.86

Metanol

19.56

17.06

0.25

19.3

20.21

————

2.29

n-Dodecano

1.37

3.32

0.11

0.85

1.45

————

0.86

Promedio

2.10

2.21

0.22

1.70

2.08

1.11

1.50

Fuente: Elaboración de los autores

De la Tabla 2 el rango de temperatura reducida está aproximadamente desde 0.3 hasta 1.0, lo que demuestra que la nueva ecuación propuesta modela las regiones cercanas al punto crítico con una gran precisión. Por otro lado, en la Tabla 3 se muestra los valores de AARD% para los modelos evaluados en la presente investigación, donde la nueva ecuación propuesta representa un buen ajuste para todas las sustancias con desviaciones menores al 3.39%. En la Tabla 4 se presenta un resumen estadístico de las 73 sustancias analizadas en el presente artículo. Tabla 4. Resumen estadístico de la ecuación 1 y otros modelos para el cálculo de la presión de vapor AARD %

ARD %

RMSD

Ecuación 1

1.5041%

-0.4161%

0.0119

Ecuación de Wagner

1.4317%

-0.3193%

0.0151

Método de Lee-Kesler

2.8103%

0.7493%

0.0140

Ecuación de Sanjari

0.2541%

-0.0269%

0.0009

Ecuación de Riedel

2.2062%

-1.1622%

0.0171

Ecuación de Ambrose–Walton

1.9434%

0.9385%

0.03259

Ecuación de Sanjari et al.

0.9949%

-0.0110%

0.0062

Fuente: Elaboración de los autores

De la Tabla 4, la ecuación de Sanjari presentan el menor porcentaje de error relativo en comparación con otros modelos evaluados en el presente artículo, sin embargo, es una ecuación que presentan un gran número de constantes por sustancia y no se realiza generalización, de igual manera la ecuación de Sanjari que es aplicable a sustancias refrigerantes. Por otro lado, la ecuación de Wagner con cuatro parámetros se aplicó utilizando los valores reportados por [6] y presenta desviaciones relativas promedio del 1.4317%, en comparación con la ecuación 1 propuesta en la presente investigación de tres parámetros A, B y C que dependen del factor acéntrico y presenta desviaciones relativas promedio del 1.5041%, siendo un modelo aplicable no solo para hidrocarburos de bajo peso molecular sino también para cualquier sustancia pura.

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Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

A partir de la Tabla 4 se observa que la magnitud global de los valores de RMSD es de relativo bajo orden de magnitud (≤ 0.0119), y se establece que los resultados simulados, utilizando el nuevo modelo propuesto, se ajustan a los valores encontrados experimentalmente, validándose así dicho modelo. La Figura 2 muestra la comparación de las presiones de vapor experimental y los predichos por el nuevo modelo para la n-heptano, en donde este presenta una gran predicción de los datos experimentales con un coeficiente de correlación del 0.9985.

Figura 2. Exactitud del modelo propuesto en la ecuación 1, frente a los datos experimentales del n-Heptano Fuente: Elaboración de los autores

En la Figura 3 se muestra el porcentaje de desviación relativa (ARD%), en la predicción de las presiones de vapor descrita en la ecuación 1, con los datos experimentales para el n-Octano y n-Dodecano, donde se evidencia que la desviación relativa varía entre -1.20% a 0.40%.

(a)

(b)

Figura 3. Comparación del porcentaje de desviación relativa (ARD%) y el modelo propuesto por la ecuación 1 para las sustancias (a) n-Octano y (b) n-Dodecano Fuente: Elaboración de los autores

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Luis Fernando Cardona Palacio

4. CONCLUSIONES Un nuevo modelo es propuesto para el cálculo de la presión de vapor de hidrocarburos de bajo peso molecular aplicable en un amplio rango de temperatura. El nuevo modelo presenta tres parámetros, los cuales fueron determinados utilizando el algoritmo de Ladson, y se lograron correlacionar utilizando el factor acéntrico con el fin de generalizarlo para ser utilizado en cualquier sustancia pura, obteniendo porcentajes de error promedio estándar entre 0.6% a 3.99%. Diferentes ecuaciones utilizadas en la literatura científica para estimar la presión de vapor fueron evaluadas, obteniendo errores de predicción aceptables usando los modelos de Lee-Kesler, Wagner, Sanjari, Sanjari et al., Riedel, Ambrose–Walton aplicados en un amplio rango de temperatura, no obstante, el modelo propuesto en el presente artículo genera una desviación del 1.5041% de las 73 sustancias que se analizaron en la investigación. Se logró mostrar que el nuevo modelo propuesto en la investigación es aplicable en un amplio rango de temperatura, incluso modela la región cercana al punto crítico, no solo de hidrocarburos ligeros sino también en sustancias polares y no polares, con porcentajes de desviación relativa que varían entre -1.20% a 0.20%. REFERENCIAS [1] [2]

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Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

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Medición del desempeño de la red de suministros de medicamentos en un hospital público de tercer nivel en la ciudad de Bogotá, a través del cuadro de mando integral Measurement of the performance of the medicine supply network in a public third-level hospital in the city of Bogotá, through the balanced scorecard Luis C. Arciniégas C.* Manuel Á. Camacho O.** Edgar L. Duarte F.*** Alexander Naranjo L.****

RESUMEN El artículo contribuye al conocimiento de la medición del desempeño de la red de suministro en el marco de la logística hospitalaria a partir de la aplicación del Cuadro de Mando Integral (CMI). Como objetivo general se plantea el desarrollo de una metodología para la medición del desempeño de la red de abastecimiento de medicamentos en el Hospital Universitario de La Samaritana (HUS), de manera que se mejore el proceso de toma de decisiones dentro de la organización. El proceso metodológico aplicado consta de tres etapas: caracterización del flujo de medicamentos en el HUS; identificación de las variables relevantes en el proceso de medición e implementación del esquema de medición, y finalmente el análisis de los datos recolectados para la medición del sistema logístico. Como resultado de este proceso se obtuvieron los indicadores claves de desempeño de la red de suministro de medicamentos y de manera particular se propone un método de medición bajo un índice único normalizado. Se concluye que la aplicación de un índice único normalizado facilita los procesos de análisis de información, de igual forma se resalta la versatilidad de la metodología CMI en el análisis del desempeño de la red de suministros en el hospital. Palabras clave: Cuadro de Mando integral, desempeño, indicadores claves de desempeño, logística hospitalaria, red de suministro.

ABSTRACT The paper contributes to the knowledge of Supply Chain perfor mance measurement in the framework of the hospital logistics from the application of the Balanced Scorecard (BSC). As a general goal, the development of a methodology for measuring the performance of the drug supply network at the University Hospital La Samaritana (HUS) is proposed, so as to improve the decision-making process within the organization. The methodological process that was applied consists of three stages: characterization of the drug flow in the HUS; identification of the relevant variables in the measurement process and implementation of the measurement scheme and, finally, the analysis of the data collected for the measurement of the logistic system. As a result of this process, the key performance indicators of the drug supply network were obtained, and in particular, a measurement method is proposed under a single standardized index. It is concluded that the application of a single normalized index facilitates the processes of information analysis, as well as the versatility of the BSC methodology in the analysis of the performance of the supply network in the hospital. Keywords: Balanced Scorecard, performance, key performance indicators, hospital logistics, supply network.

Como citar este artículo: L. C. Arciniégas C., M. Á. Camacho O., E. L. Duarte F. A. Naranjo L., “Medición del desempeño de la red de suministros de medicamentos en un hospital público de tercer nivel en la ciudad de Bogotá, a través del cuadro de mando integral”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 75-90, 2016.

* Universidad Libre. Integrante grupo de investigación CINDES Universidad Libre. ** MSc. en Sistemas de Calidad y Productividad, Ing. Industrial. Docente investigador jornada completa; Departamento de Ingeniería Industrial. Universidad Libre. Integrante grupo de investigación CINDES Universidad Libre. Codirector semillero de investigación: Ingeniería y Sustentabilidad. *** MSc. en Ingeniería Industrial, Ing. Industrial. Docente investigador jornada completa; Departamento de Ingeniería Industrial. Universidad Libre. Integrante grupo de investigación CINDES Universidad Libre. Codirector semillero de investigación: Ingeniería y Sustentabilidad. **** Profesional del área de Calidad. Hospital Universitario de La Samaritana.

Fecha de recepción: 30 de octubre de 2015 • Fecha de aceptación: 14 de abril de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 75-90 • ISSN: 1909-2458

Medición del desempeño de la red de suministros de medicamentos en un hospital público de tercer nivel en la ciudad de Bogotá

1. INTRODUCCIÓN El presente documento hace referencia a los resultados del proyecto de investigación “Desarrollo del cuadro de mando integral como herramienta para la medición del desempeño de la red de suministro de medicamentos en el Hospital Universitario de La Samaritana”, llevado a cabo como proyecto de grado en el semillero de investigación Ingeniería y Sustentabilidad perteneciente a la Universidad Libre. Como problemática de investigación se aborda la necesidad de contar con esquemas para la medición del desempeño de la red de suministro de medicamentos en un hospital de alta y mediana complejidad, como es el caso del Hospital Universitario de La Samaritana. La medición del desempeño de la red de suministros dentro de una organización debe garantizar de manera certera un crecimiento de cada uno de los niveles que la componen, por tal razón, es importante que las compañías adopten un sistema de evaluación confiable que permita identificar los elementos que condicionan sus sistemas logísticos, medirlos y proporcionar información de retorno a la organización para mejorar el proceso de toma de decisiones. El artículo inicia estableciendo los principales antecedentes evidenciados en materia de evaluación del desempeño en redes logísticas; posteriormente, se realiza una declaración de la metodología llevada a cabo para la construcción del esquema de medición del desempeño del objeto de estudio; y se finaliza con la presentación de resultados y conclusiones del proyecto. 2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN El Hospital Universitario de La Samaritana es una empresa de servicios de salud de alta y mediana complejidad, cabeza de la red hospitalaria del departamento de Cundinamarca, con una cobertura de 116 municipios, que sobrepasan los dos millones de habitantes. Su experiencia de más de 70 años lo ha transformado en el epicentro de atención de gran volumen de patologías relacionadas con trauma, con mayor énfasis en neurocirugía, ortopedia, cirugía general, cirugía plástica, entre otras especialidades [1]. Dada la importancia que tiene el HUS, resulta apropiado analizar a profundidad su gestión logística, así como establecer una metodología de medición de su desempeño en este ámbito, puesto que un sistema adecuado de indicadores permite de forma real, útil y rápida soportar el proceso de toma de decisiones, lo cual impacta significativamente en la sostenibilidad financiera de la institución [2]. La revisión literaria permitió identificar tres referentes significativos en materia de la medición del desempeño de la red de suministro. Brewer y Speh plantean inicialmente la necesidad de un enfoque topológico estructurado para el desarrollo de la medición del desempeño de la cadena de suministro [3];

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Luis C. Arciniegas C., Manuel Á. Camacho O., Edgar L. Duarte F., Alexander Naranjo L.

en un estudio posterior, Bhagwat y Sharma plantean la aplicación de indicadores no financieros en el proceso de efectuar una medición de la red de suministro, de manera tal que la organización obtenga una perspectiva holística de la gestión realizada [4]. Finalmente, Purbey y otros desarrollan un estudio relacionado con una perspectiva múltiple de interrelación sensible a los cambios en el entorno externo e interno de una organización, que permita determinar la eficiencia, la eficacia y flexibilidad logística [5]. Como lo menciona Camacho M., los referentes bibliográficos proponen varios enfoques para la medición de desempeño en redes de suministro, por lo cual se plantea una clasificación de indicadores para la medición del desempeño teniendo en cuenta los principales procesos que la integran: planeación, recursos, producción/ensamble y distribución/clientes [6]. Como complemento a estos antecedentes se evidenció la existencia de estudios en los cuales es posible observar la aplicación de la metodología del Cuadro de Mando Integral (CMI) como herramienta para la medición del desempeño en hospitales, tales como la propuesta realizada por Ruiz D., en la que se plantea la aplicación del cuadro de mando integral en organizaciones hospitalarias con el propósito de brindar conocimientos referentes a las mediciones efectuadas por esta metodología y las posibles limitaciones que puede ofrecer esta herramienta. De igual forma, uno de los primeros antecedentes bibliográficos relacionados con la elaboración y uso del CMI en el ámbito hospitalario fue el planteamiento realizado por Pink George H, en el cual se describe el proceso de elaboración de un CMI para un sistema hospitalario, centrándose en el desarrollo o creación de indicadores y medidas financieras [7]. La aplicación y utilización de un CMI en un hospital aporta una visión mucho más amplia que los instrumentos tradicionales empleados para controlar y evaluar la actividad desarrollada [7], debido a que esta metodología basa su proceso de medición en el análisis de cuatro perspectivas relacionadas con la gestión financiera, la percepción del cliente, el desarrollo de los procesos internos, y el aprendizaje y crecimiento de la organización, lo que permite unir el control operativo a corto plazo con la visión y la estrategia a largo plazo de la empresa. De esta manera, la empresa se centra en pocos indicadores fundamentales relacionados directamente con los objetivos estratégicos [8]. Por último, es importante resaltar que la aplicación del Cuadro de Mando Integral como herramienta de medición del desempeño de la gestión de la red de suministro, desde un punto de vista operativo (corto plazo), presenta un mayor grado de certeza que el control de gestión tradicional, debido a que este último es propenso a proporcionar información engañosa para la toma de decisiones, no considera los requisitos actuales de la empresa y sus estrategias, aporta información abstracta para los empleados y presta poca atención al entorno empresarial. Gracias a la estructura de medición del CMI es posible relacionar de manera directa las mediciones de los niveles operativos con los objetivos de la organización, de tal manera que no solo se obtenga un registro de resultados, sino también una indicación de resultados esperados en los cuales se base el proceso de toma de decisión [8].

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3. METODOLOGÍA El proceso metodológico consta de tres etapas que de manera secuencial facilitan el logro de los objetivos específicos del presente proyecto. En primer lugar, se caracterizó el objeto de estudio, lo que permitió identificar los diferentes niveles que componen la red de suministro; paso seguido se identificaron las variables claves de medición del desempeño y se desarrolló el CMI junto con el proceso de medición; la última etapa consistió en análisis de la información resultante de este proceso. A continuación se describe de manera detallada la aplicación de la metodología propuesta. En el desarrollo de la primera etapa metodológica, la caracterización del flujo de los medicamentos dentro del hospital permitió identificar los diferentes niveles que hacen parte de esta red de suministro: proveedores, bodega central, farmacias auxiliares y especialidades. Adicionalmente, se identificaron las actividades logísticas que tienen mayor impacto en esta gestión (ver Figura 1).

Bodega central

Proveedores Compras

Almacenamiento. Manejo de inventario Distribución

Farmacias auxiliares

Almacenamiento Distribución

Especialidades Solicitudes

Flujo de información y procesamiento de pedido.

Figura 1. Niveles de red de suministro de medicamentos en el HUS y sus actividades logísticas Fuente: Elaboración de los autores

A su vez, se evidenció que a lo largo de toda la red de suministro el flujo de información y el procesamiento de pedido son actividades que presentan un gran impacto en cada uno de los niveles, debido a una relación directa con los niveles de satisfacción de los clientes que componen esta red. Con base en los resultados obtenidos en la caracterización se procedió a diferenciar las actividades claves del sistema logístico con el propósito de determinar los procesos que poseen un mayor impacto en el desarrollo de la medición según el contexto en el que opera el hospital [9]. Como resultado de esta operación se definieron tres procesos claves para efectuar la medición del desempeño, los cuales fueron: servicio al cliente y procesamiento de pedido, planeación y gerencia de inventarios, y suministro (compras y manufactura). Estos procesos incorporan en su gestión variables de tiempo, dinero, calidad y precisión de las operaciones, las cuales se determinaron dado el grado de importancia que tienen para el hospital. A partir de la anterior definición, se procedió a desarrollar el cuadro de mando integral para la medición del desempeño de la red de suministro de medicamentos en el HUS. Para el caso del

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presente proyecto al contar con el desarrollo de las primeras etapas de la implementación de un CMI, referentes al planteamiento de la visión y los objetivos estratégicos (ver Tabla 1), se procedió a realizar el proceso de creación de un CMI operativo con un enfoque logístico a partir de la etapa de identificación de factores críticos de éxito hasta la ejecución de esta metodología. Tabla 1. Objetivos estratégicos HUS Perspectiva

Objetivo estratégico

Financiera

Lograr la auto-sostenibilidad financiera por recaudo de la venta de servicios en el mediano plazo y en el largo plazo, y la rentabilidad financiera que le permita reinvertir.

Clientes

Crecer y fortalecer la prestación de servicios de salud.

Procesos internos

Implementar el sistema integrado de gestión de calidad y garantizar un sistema de información integral, eficiente y eficaz.

Aprendizaje y crecimiento

Garantizar el talento humano más competente del sector y comprometido con una cultura del servicio y de mejoramiento continuo. Fuente: HUS (2015)

Para los casos en los que se cuente con los objetivos estratégicos, la aplicación del CMI busca confirmar las estrategias existentes, aunque en el desarrollo de este proceso dichas estrategias se expresan en términos más tangibles de metas y factores claves para el éxito [8]. El proceso de creación del CMI constó de cinco pasos los cuales se expresan a continuación (ver Tabla 2). Tabla 2. Pasos del proceso de creación del CMI Paso

Descripción

Definición

Procedimiento

Se efectuó una reunión con los miembros del HUS en Con base en los objetivos estratégicos identificar La empresa debe decidir cuáles son los factores críticos la que se discutieron e identificaron los factores críticos los factores críticos para tener éxito. para tener éxito y clasificarlos por orden de prioridad. para tener éxito.

Especificar y ordenar según su prioridad los indicado- Se plantearon los indicadores según la metodología Desarrollar indicadores, identificar causas y res que presentan mayor relevancia, que se puedan CMI y la adaptación de una herramienta de selección efectos y establecer un equilibrio. supervisar y que permiten que se realice la medición. de indicadores logísticos.

Dado que el CMI tiene un enfoque logístico relaSe asigna el cuadro de mando y sus indicadores a las Desglose del cuadro de mando integral por cionado con el manejo de medicamentos, se deunidades funcionales que les corresponde efectuar subáreas. signaron responsables de la medición según las sula medición. báreas que componen la farmacia central del HUS.

Formular metas.

Mediante una reunión con los responsables de los indiSe formulan metas o límites para cada indicador cadores que se plantearon las metas correspondientes que se use. a los indicadores seleccionados.

Implementación del CMI.

Se efectúa el proceso de medición.

Se unificó la información en una herramienta, se diseñan formatos de medición por cada indicador y se procede a efectuar el proceso de medición.

Fuente: Adaptado de implementando y gestionando el cuadro de mando integral. Goran N., Roy J., Wetter M. (2000)

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Como consecuencia de la aplicación de los pasos anteriormente planteados, se identificaron un total de once factores críticos de éxito (ver Tabla 3), los cuales se plantearon según las necesidades presentadas por el HUS. Tabla 3. Factores críticos de éxito P. Financiera

P. Procesos internos

P. Cliente

P. Aprendizaje y crecimiento

Implementar el sistema integrado de gestión Capacidad de mantener o disminuir costos Insatisfacción de los clientes por los Insatisfacción de los miembros de la de calidad y garantizar un sistema de inforlogísticos de inventarios. servicios prestados. organización. mación integral, eficiente y eficaz. Baja rotación de la mercancía relacionada Percepción de calidad por parte de los Capacidad de cumplimiento de los requiBienestar y ambiente laboral. con el consumo de medicamentos. clientes sobre el servicio prestado sitos exigidos por el cliente. Relación incorrecta entre las cantidades Gestión eficiente y eficaz de los procesos Gestión eficiente y eficaz de los procesos Oportunidades de crecimiento. compradas y las cantidades demandadas. logísticos. logísticos. Fuente: Elaboración de los autores

Una vez definidos los factores críticos de éxito, se desarrolló una herramienta que permitió relacionar la metodología CMI y las actividades claves de medición identificadas anteriormente (ver Tabla 4) [10]. Esto con el fin de brindar al CMI un enfoque logístico relacionado con la medición del desempeño de la red de suministro de medicamentos en el HUS. Tabla 4. Relación de procesos frente a perspectivas de medición del CMI Proceso/ perspectiva

P. Financiera

P. Procesos Internos

P. Cliente

P. Aprendizaje y crecimiento

Servicio al cliente y procesamiento Volumen de compra de pedido.

Entregas perfectas.

Índice de satisfacción del Índice de satisfacción del personal. cliente.

Planeación y gerencia de invenExactitud de inventarios tarios.

Vejez de inventario.

Ciclo de la orden.

Suministro.

Entregas perfectamente re- Certificación de proveeCapacitaciones al personal. cibidas. dores.

Rotación de mercancía.

Índice de rotación del personal.

Fuente: Adaptado de Indicadores de la gestión logística. Mora L.A. (2010)

Esta relación y la aplicación de la propuesta de selección de indicadores de la metodología CMI, en la que se toma como referencia la visión de la empresa, los objetivos estratégicos por cada perspectiva, y los factores de riesgo que dificultan el alcance de estas metas, permitieron determinar un total de doce

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indicadores, los cuales se presentan en la Tabla 5, con sus respectivas fórmulas, criterios de aceptación y frecuencia de medición (ver Tabla 5). Tabla 5. Listado de indicadores Criterios de aceptación Límite superior

Límite inferior

Frecuencia de medición

Valor de compra Total de las ventas

16%

21%

Trimestral

Exactitud de inventario

Valor diferencia Valor de inventario físico

Trimestral

Rotación de mercancía

Valor de las ventas Valor de inventario

90%

85%

Trimestral

100%

90%

Mensual

10%

Mensual

30%

Mensual

100%

80%

Mensual

100%

90%

Mensual

100%

90%

Trimestral

100%

80%

Trimestral

Personal que ingresa - Personal que se retira Total de empleados en el área

Mensual

Actividades de formación realizadas Actividades de formación programadas

100%

80%

Mensual

Nombre del indicador Volumen de compra

Fórmula Indicador

Entregas perfectas Total de entregas Unidades dañadas + obsoletas + vencidas Unidades disponibles en el inventario

Entregas perfectas Vejez de inventario Entregas perfectamente recibidas Índice de satisfacción del cliente Ciclo de la orden Certificación de proveedores Índice de satisfacción del personal Índice de rotación de personal Capacitación de personal

Recepciones imperfectas Total de Pedidos Encuestas de satisfacción Número de entregas dentro de los tiempos Total de entregas efectuadas Proveedores certificados Total de proveedores Encuestas de satisfacción

Fuente: Elaboración de los autores

Los criterios de aceptación fueron estipulados de manera conjunta con los miembros del hospital, así como la frecuencia de medición para cada indicador. Paso seguido se diseñó una herramienta de control y seguimiento a los resultados obtenidos basada en el CMI. Los indicadores seleccionados fueron asignados a cada uno de los niveles identificados en la caracterización (ver Figura 1), con el propósito de que el personal encargado efectuara el proceso de medición. En cuanto a la relación de estos dentro de cada enfoque del CMI y de las perspectivas entre sí, se determinó que los indicadores planteados anteriormente hicieron las veces de entradas para formular índices de desempeño por cada perspectiva, los cuales a su vez arrojaron como salida un macro indicador de medición del desempeño de la red de suministro de medicamentos en el HUS.

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En la última etapa de la metodología planteada se realizó el análisis de los resultados obtenidos por el proceso de medición mencionado anteriormente. Para efectos de contar con una medida única que permitiera tener una medición global y agregada de la red de suministro, se propuso un Índice Único Normalizado de Medición del Desempeño de la Red de Suministro (IUNMDRS), que brindó a la organización la posibilidad de analizar la gestión del sistema teniendo en cuenta las perspectivas definidas en el CMI. El tener un solo indicador de medición que abarque todas las variables medidas no implica que se deba dejar de estudiar el comportamiento individual de cada uno de los indicadores de desempeño logístico, pero sí permite tener una medida completa del sistema, la cual posibilita el reconocimiento de las perspectivas que presenten mejor desempeño, o sobre cuáles factores se debe ejercer mayor atención o identificar en cuáles procesos de decisión logística se tienen mayores posibilidades de mejora. A continuación se presenta la composición del IUNMDRS de medicamentos en el HUS (ver Figura 2).

Figura 2. Índice único normalizado de desempeño de la red de suministro de medicamentos Fuente: Elaboración de los autores

Para el planteamiento del IUNMDRS se tomó como referente la propuesta de agregación definida en el Índice de Desarrollo Humano (IDH), diseñado para medir los logros relativos de las naciones con mayor agudeza de lo que consiguen las clasificaciones anuales de ingresos entregadas por el Banco Mundial [11]. La aplicación de esta fórmula permite integrar los cuatro enfoques de la metodología CMI en una misma medición adimensional. De esta manera, se puede evaluar el impacto de cada uno de los indicadores seleccionados por perspectiva en función del desempeño de la red de suministro. La metodología del IDH ha sido utilizada en el análisis de diferentes escenarios sociales, económicos y hasta en la aplicación de la dinámica de sistemas en el desarrollo de modelos de transporte [12], lo que

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demuestra su utilidad para agregar diferentes medidas de desempeño. La integración de estas medidas es una herramienta adicional, es necesaria y útil para efectuar un proceso de medición más completo y verosímil, ya que el macro indicador permite a la organización tener una visión general del desempeño de la red de suministro. Para ello, es necesario normalizar cada uno de los indicadores logísticos planteados (ver Tabla 5), a partir de la siguiente fórmula. (1) Fuente: Adaptado de Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD (IDH).

Los valores máximos y mínimos corresponden a aquellos que históricamente se han evidenciado para cada indicador logístico. En caso de no contar con datos históricos se debe realizar una estimación que permita que el indicador normalizado no supere el valor de uno (1) y que esté dentro de los límites lógicos o naturales para esperar de tal variable [12]. El valor real consiste en aquel resultado de la aplicación de la fórmula matemática de cada indicador. Los Índices de Percepción del Desempeño (IDPD) por cada una de las perspectivas de la metodología CMI se calcularon a través de la media geométrica de los indicadores logísticos normalizados. Esto corresponde a la siguiente fórmula matemática: (2) Fuente: Adaptado de programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD (IDH)

Dada la media geométrica de la ecuación, los factores que hacen parte del cálculo de este índice no pueden tomar valores negativos o iguales a cero, pues con ello el índice tomaría un carácter nulo o imaginario respectivamente, resultando imposible realizar cualquier interpretación [12]. Finalmente, el cálculo del IUNMDRS se efectuó mediante una ponderación equitativa de los cuatro índices de percepción del desempeño (IDPD) de las perspectivas del CMI, esto gracias a las características adimensionales que estos presentan. Lo anterior se expresa en la siguiente fórmula matemática: (3) Fuente: Elaboración de los autores

Cabe resaltar que la ponderación efectuada puede variar de acuerdo a los criterios estipulados por la organización, de manera tal que se pueda dar un mayor valor a la perspectiva que se crea, que presente un mayor impacto en la gestión que se está realizando.

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4. RESULTADOS OBTENIDOS Como resultado de la metodología propuesta se desarrolló el proceso de medición para cada indicador seleccionado, estas mediciones fueron realizadas entre los meses de enero y mayo del año en curso. Como factor clave en el análisis de la información arrojada por la aplicación del CMI, se resalta la existencia de indicadores con diferentes frecuencias de medición (ver Tabla 5), por lo que para dar una asignación de valores equitativa se promediaron los valores reales de cada indicador con el propósito de obtener el análisis del desempeño del periodo seleccionado. La implementación de la metodología CMI en el HUS permitió desarrollar una herramienta de medición holística que fundamenta sus resultados en el análisis de cuatro perspectivas vitales para la organización, lo que garantiza que el proceso de toma de decisión se base en mediciones verosímiles y completas. Se destaca que el CMI es la base para el planteamiento del IUNMDRS y este último solo tiene la finalidad de simplificar los resultados arrojados por la metodología CMI. En la siguiente gráfica se expresa el comportamiento general de los valores reales obtenidos en este periodo en relación a sus límites propuestos.

Gráfico 1. Comportamiento general de indicadores Fuente: Elaboración de los autores

El gráfico de comportamiento de los indicadores (ver Gráfico 1) es una herramienta que permitió relacionar los resultados obtenidos frente a las metas que se debían cumplir. Se evidencia la existencia de indicadores con valores que se encuentran por fuera de los límites que se plantearon en un primer escenario. En el siguiente gráfico se puede evidenciar con mayor claridad cuáles de estos valores excedieron los límites propuestos (ver Gráfico 2).

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Gráfico 2. Desviación entre el valor real y límites Fuente: Elaboración de los autores

La existencia de valores reales por fuera de los límites aceptables, permitió identificar errores en el planteamiento de los criterios de aceptación propuestos anteriormente (ver Tabla 5), por lo que desde estos resultados fue posible suponer que mediante la normalización de indicadores se obtendrían valores negativos, ya que para este caso, el problema radicó solamente para los límites inferiores. Mediante la aplicación de la fórmula de la normalización de indicadores (ver Fórmula 1), se calcularon los indicadores normalizados según los límites propuestos por el hospital, teniendo en cuenta que el valor mínimo y máximo hace referencia a los límites inferior y superior respectivamente (ver Tabla 6). Tabla 6. Cálculo de los indicadores normalizados Número

Nombre de Indicador

Límite Superior

Límite Inferior

Valor Real

Indicador normalizado

Volumen de compra

16%

21%

16,41%

92%

Exactitud de inventario

2,47%

63%

Rotación de mercancía

90%

85%

86,67%

33,30%

Entregas perfectas

100%

90%

75,78%

-142%

Vejez de inventario

10%

0,08%

99%

Entregas perfectamente recibidas

30%

35,80%

-19%

Índice de satisfacción del cliente

100%

80%

70,00%

-50%

Ciclo de la orden

100%

90%

39,06%

-509%

Certificación de proveedores

100%

90%

97,37%

74%

N10

Índice de satisfacción del personal

100%

80%

67,00%

-65%

N11

Índice de rotación de personal

0,03%

99%

N12

Capacitación de personal

100%

80%

100,00%

100%

Fuente: Elaboración de los autores

De lo anterior, se debe tener en cuenta la existencia de resultados negativos en el desarrollo de este cálculo. Estos valores no tienen un comportamiento natural, ya que como se mencionó anteriormente,

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el rango lógico de comportamiento se encuentra estipulado entre los valores iguales o menores a uno (1) y mayores que cero (0). Dado que en la actualidad en el hospital no existen datos históricos que permitan estipular de manera certera los límites para cada indicador y considerando que los referentes teóricos hacen relación a que se debe limitar la medición en relación a los posibles valores máximos o mínimos que se puedan alcanzar [12], se efectúo un ajuste en los límites inferiores correspondientes a cada indicador que se encontró fuera de los criterios aceptables. Por ende, para los indicadores de “entregas perfectas”, “entregas perfectamente recibidas”, “índice de satisfacción del cliente”, “índice de satisfacción de personal” y “ciclo de orden”, se efectúo un replanteamiento de sus valores mínimos aceptables. Como resultado de esta nueva propuesta se planteó que los valores reales que exceden sus límites son los criterios que marcan la pauta para plantear los nuevos valores mínimos de aceptación, ya que según la medición estos son los posibles valores mínimos obtenidos para cada indicador. A esto, se suma que se buscó obtener resultados diferentes de cero (0) por lo que para evitar la existencia de estos valores se tomó la decisión de ampliar el criterio de aceptación mínimo en 0,5%, lo que se traduce en restar este valor a los indicadores con una tendencia esperada creciente y sumarlo para el caso de las tendencias decrecientes. Esta afirmación se expresa en la siguiente tabla. Tabla 7. Replanteamiento de límites inferiores para indicadores con valores reales que exceden el criterio de aceptación Nombre de indicador Entregas perfectas

Tendencia esperada

Anterior límite inferior

Nuevo límite inferior

Creciente

90%

(75,78%–0,5%)= 75,28%

Entregas perfectamente recibidas

Decreciente

30%

(35,80% + 0,5%)= 36,3%

Índice de satisfacción del cliente

Creciente

80%

(70,00%–0,5%)= 69,50%

Índice de satisfacción del personal

Creciente

80%

(67,00%–0,5%)= 66,50%

Ciclo de orden

Creciente

90%

(39,06%–0,5%)= 38,56%

Fuente: Elaboración de los autores

Con este ajuste de los límites inferiores se buscó que los valores reales se mantuvieran dentro de los parámetros de aceptación y que a su vez permitieran evaluar el desempeño con base en resultados lógicos. El siguiente gráfico muestra el nuevo comportamiento de los valores reales frente a los nuevos límites propuestos.

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Luis C. Arciniegas C., Manuel Á. Camacho O., Edgar L. Duarte F., Alexander Naranjo L.

Gráfico 3. Ajuste de parámetros del límite inferior Fuente: Elaboración de los autores

Una vez establecidos parámetros acordes con los resultados obtenidos por el proceso de medición, se volvió a aplicar la fórmula de normalización de indicadores logísticos con el propósito de poder obtener los IDPD de cada perspectiva del CMI. El siguiente gráfico (ver Gráfico 4) representa de manera general cada uno de los indicadores logísticos normalizados según la aplicación de la ecuación número uno (1).

Gráfico 4. Indicadores logísticos normalizados Fuente: Elaboración de los autores

Esta información permite identificar los niveles porcentuales de participación de cada uno de los indicadores seleccionados frente al desempeño general de la red de suministro. Al momento de cumplir con su límite superior, el indicador adquiere un valor porcentual del 100%, dado el caso opuesto, es decir, que su valor real sea igual al valor de su límite inferior, el indicador adquiere un valor porcentual de 0%, lo que como ya fue mencionado no permite efectuar un análisis adecuado del desempeño de la red de suministro. Con esta información se procedió a determinar los IDPD de cada perspectiva del cuadro de mando integral (ver Fórmula 2). Para la perspectiva financiera se tuvieron los siguientes valores: 91,87%, 63,21% y 33,33%; correspondientes a los indicadores logísticos normalizados de “volumen de compra”, “exactitud de inventario” y “rotación de manera respectiva”. Dando como resultado para este enfoque un IDPD de

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57,85%. Para la perspectiva de procesos internos se contó con los siguientes resultados: 2,02%, 99,23% y 1,38%; lo que corresponde a los indicadores logísticos normalizados y “entregas perfectas”, “vejez de inventario” y “entregas perfectamente recibidas”, arrojando como resultado de este enfoque un IDPD de 6,51%. En cuanto a la perspectiva del cliente su tuvo para el indicador logístico normalizado de “índice de satisfacción del cliente” un valor de 1,64%, para el indicador logístico normalizado de “ciclo de orden” un valor de 0,81%, y para el indicador logístico normalizado “certificación de proveedores” un valor de 73,68%; lo cual significó un IDPD de 4,62%. Por último, para la perspectiva de aprendizaje y crecimiento se obtuvo para los indicadores logísticos normalizados de “índice de satisfacción del personal” un valor del 1,49%, “índice de rotación del personal” un valor de 99,46%, y “capacitación del personal” un valor de 100%; lo que representó un IDPD del 24,58%. A continuación se expresa de manera gráfica los índices de percepción del desempeño por cada perspectiva.

Gráfico 5. Índices de percepción del desempeño por cada perspectiva Fuente: Elaboración de los autores

Los resultados arrojados por este análisis permitieron identificar cuáles fueron las perspectivas que presentaban menores aportes al desempeño de la red de suministro, siendo la perspectiva del cliente el enfoque con menor índice de percepción de desempeño, seguida de la perspectiva de procesos internos. Por otra parte, la perspectiva financiera, a pesar de que presenta un IDPD relativamente bajo, es la perspectiva con mayor participación al desempeño. Por último, se efectuó el cálculo del IUNMDRS (ver Fórmula 3), lo cual consiste en promediar los valores de los IDPD obtenidos por cada una de las perspectivas del CMI. Para el caso de este estudio se pudo evidenciar para el IUNMDRS un valor de 23,39%, el cual es un valor notoriamente bajo, teniendo en

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cuenta que se espera una tendencia creciente, ya que este se mide con base a los aciertos obtenidos por el hospital en relación a la gestión logística efectuada sobre los medicamentos. 5. CONCLUSIONES De acuerdo a las mediciones efectuadas, es pertinente concluir que el estado actual de la gestión de la red de suministro de medicamentos en el HUS presenta notables falencias, ya que como es posible evidenciar, el macro indicador de desempeño de la red de suministro tiene un valor porcentual notoriamente bajo, principalmente debido a que los conceptos logísticos no son tenidos en cuenta por las entidades prestadoras del servicio de salud, pues en la mayoría de los casos estas no contemplan en su gestión procesos relacionados con la planeación, implementación y control eficiente y eficaz del flujo y almacenamiento de bienes/servicios e información relacionada con su labor, desde un punto de origen a un punto de consumo. Se evidenciaron dificultades significativas en las perspectivas del cliente y en la gestión de los procesos internos, a causas de la inexistencia previa de unidades de medición, el desarrollo de procesos no estandarizados, y la falta de un enfoque estructurado hacia la atención al cliente. Es recomendable tomar medidas relacionadas con el mejoramiento de los ciclos de atención de solicitudes y la recepción de mercancía a los proveedores, puesto que estos dos indicadores arrojaron los resultados más bajos a lo largo de todo el proceso de medición y mantienen una relación directa entre sí, de manera tal que al efectuar una mala recepción de medicamentos se verán afectados los tiempos de respuesta a las solicitudes efectuadas por los clientes y, por ende, la calidad del servicio. Con el propósito de mejorar los niveles de desempeño de la gestión logística, se deben plantear políticas de control de calidad de las mercancías que se reciben, así como diseñar medidas de seguimiento al cumplimiento de estas nuevas políticas. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, es recomendable adoptar una cultura de medición dentro de las instalaciones del HUS, de manera que el presente proyecto de investigación sirva como pauta para efectuar una medición general del desempeño de la organización. Se debe tener como referente la metodología planteada y los conceptos propuestos por el CMI, ya que esta herramienta no solo facilita el proceso de medición sino que también garantiza que de manera holística se abarquen los factores que presenten mayor relevancia para este proceso. Se resalta la versatilidad presentada por la metodología del cuadro de mando integral, pues permite efectuar mediciones en diversos niveles de toma de decisión con el fin de estructurar en un largo plazo las estrategias organizacionales. De igual forma, es pertinente señalar la importancia de la aplicación de la fórmula del IDH con la finalidad de facilitar los procesos de medición. El tener un macro indicador no solo facilita el proceso de análisis de la información, si no que a su vez garantiza que la organización basará su toma de decisiones en los resultados de una medición confiable y verosímil.

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Desarrollo del prototipo de un hidrogenerador eléctrico como alternativa de generación de energía limpia en zonas rurales Development of the prototype of an electric hydro generator as an alternative for generating clean energy in rural areas Javier Andrés Vargas* Fabián Velásquez Clavijo** Camilo Torres Gómez***

RESUMEN El artículo sintetiza los resultados de la investigación titulada “Diseño e implementación del prototipo de un hidrogenerador eléctrico”, realizada en el grupo de investigación Macrypt de la Facultad de Ingenierías de la Universidad de los Llanos. El objetivo del proyecto consistió en diseñar e implementar un generador eléctrico a partir de la energía suministrada por una fuente hídrica. La metodología utilizada fue la de un proyecto factible y experimental. La potencia eléctrica generada por el prototipo fue equivalente a un kilovatio de potencia eléctrica y tensión de salida de 12 voltios, con una eficiencia del 95%. El prototipo fue puesto en funcionamiento en un cuerpo de agua cercano al municipio de Villavicencio (Meta), en la Vereda La Argentina con coordenadas geográficas: en latitud 4° 12’6.82” N y longitud 73°38’24.51”O a 546 m sobre el nivel del mar. Palabras clave: Generador eléctrico, hidrogenerador, energía alternativa, energía limpia.

ABSTRACT The paper summarizes the results of the research entitled Design and implementation of the prototype of an electric hydro generator, carried out in the research group Macrypt of the Faculty of Engineering of the Universidad de los Llanos. The objective of the project was to design and implement an electric generator from the energy supplied by a water source. The methodology used was that of an feasible and experimental project. The electric power generated by the prototype was equivalent to one kilowatt of electrical power, and an output voltage of 12 volts, with an efficiency of 95%. The prototype was put into operation in a body of water near the municipality of Villavicencio (Meta), in the path of La Argentina, with geographical coordinates in latitude 4 ° 12’6. 82 “N and Longitude 73 ° 38’24. 51” W, at 546 meters above sea level. Keywords: Electric generator, hydro generator, alternative energy, clean energy.

Como citar este artículo: J. A. Vargas, F. Velásquez Clavijo, C. Torres Gómez, “Desarrollo del prototipo de un hidrogenerador eléctrico como alternativa de generación de energía limpia en zonas rurales”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 91-101, 2016.

* Doctorante en Ciencias de la Educación, Universidad Metropolitana de Educación Ciencia y Tecnología, MSc en Administración Educativa, Universidad Metropolitana de Educación Ciencia y Tecnología, Esp. En Pedagogía y Docencia Universitaria, Universidad La gran Colombia, Ing. Electrónico Universidad de los Llanos, Profesor Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería Universidad de los Llanos, Adscrito al Grupo de Investigación Macrypt. Correo electrónico: Javier.andres.vargas@unillanos.edu.co ** Universidad de los Llanos, Profesor Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería Universidad de los Llanos, Adscrito al Grupo de Investigación Macrypt. Correo electrónico: fvelasquez@unillanos.edu.co *** Doctorante en Ciencias de la Educación, Universidad Metropolitana de Educación Ciencia y Tecnología, MSc en Administración Educativa, Universidad Metropolitana de Educación Ciencia y Tecnología, Ingeniero Mecánico, Universidad Nacional Profesor Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería Universidad de los Llanos, Adscrito al Grupo de Investigación Macrypt. Correo electrónico: camilo. torres@unillanos.edu.co

Fecha de recepción: 29 de febrero de 2016 • Fecha de aceptación: 18 de abril de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 91-101 • ISSN: 1909-2458

Desarrollo del prototipo de un hidrogenerador eléctrico como alternativa de generación de energía limpia en zonas rurales

1. INTRODUCCIÓN La generación de energía eléctrica de manera limpia o alternativa posibilita el desarrollo económico y sostenible de las ciudades, tanto en las zonas urbanas como rurales. Bajo este fundamento, algunas zonas rurales tienen la ventaja de contar con recursos hídricos abundantes que permiten el desarrollo de esta tecnología; es el caso de la vereda La Argentina, localizada en las coordenadas geográficas en latitud 4° 12’6.82” N y longitud 73°38’24.51” O, a 546 m s. n. m. sobre el nivel del mar, ubicada en la ciudad de Villavicencio, departamento del Meta (Colombia). El proyecto de generación de energías limpia permitió la implementación de un prototipo útil para la generación de energía eléctrica sin impactar el medioambiente y la prueba piloto fue realizada en un afluente de agua en la vereda. El prototipo implementado se denominó hidrogenerador eléctrico, pues genera energía eléctrica mediante el uso de una turbina hidráulica de baja potencia. Esta tecnología permite el aprovechamiento de pequeñas fuentes de agua como ríos de bajo caudal; así mismo, constituye una construcción de bajo costo para la electrificación de zonas alejadas de la red de energía de la empresa suministradora de servicio eléctrico local. El hidrogenerador eléctrico posee varias ventajas, a diferencia de las hidroeléctricas de gran tamaño dado que no requiere represas o embalses, de forma que el impacto ambiental es mínimo. La turbina puede ser fabricada con materiales comerciales y de bajo costo, y el suministro de agua puede ser de bajo caudal. La construcción del prototipo se realizó utilizando materiales plásticos como el policloruro de vinilo (PVC). El prototipo permite aprovechar la energía potencial de las corrientes de agua, permitiendo el giro de una turbina acoplada al eje de un alternador de imanes permanentes como generador eléctrico, cubierto por un bastidor plástico con capacidad de almacenar 5 galones. En la salida de generación eléctrica se instaló un regulador de voltaje, una batería de 12 voltios a 30 amperios, y un inversor de voltaje de 1 kilovatio. La batería permite el almacenamiento de la energía generada, el regulador controla el voltaje e impide la sobrecarga de la batería, y el inversor transforma los 12 voltios de corriente directa en 110 voltios de corriente alterna. Los resultados obtenidos en las pruebas piloto fueron de un (1) kilovatio de potencia eléctrica con una tensión de 110 voltios de corriente alterna, con una disponibilidad de 24 horas diarias, y una eficiencia del 95%. 2. REVISIÓN DE LA LITERATURA A continuación se presentan algunos antecedentes que permitieron fundamentar el objeto de estudio de este proyecto.

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En el año 2012, [1] presentaron una metodología para la construcción de un micro generador hidráulico de 5 kW utilizando una turbina Pelton; modelaron los componentes mediantes sistemas CAD y realizaron el proceso de fundición de la turbina, logrando alta eficiencia en las máquinas optimizando las aperturas de los inyectores, la potencia generada y la velocidad de la turbina. En 2013, [2] presentaron el diseño y construcción de una microturbina hidráulica para zonas de baja densidad poblacional, el resultado fue la realización de una máquina de bajo costo con óptima eficiencia y duración. Los requerimientos de diseño fueron 1 kw de potencia eléctrica, velocidad de giro a 2000 rpm, altura efectiva de 3 metros, eficiencia del 80% y un caudal mínimo de 150 m3/h. En 2014, [3] presentaron el rendimiento hidráulico de las turbinas Pelton frente al flujo inestable de los cubos giratorios en el tiempo y el espacio. El estudio realizado fue desde la perspectiva numérica y experimental en cinco diferentes condiciones de operación; las simulaciones numéricas las realizaron con el modelo de turbulencia SST. Con los resultados obtenidos determinaron la eficiencia relativa entre el valor real en campo y el valor calculado en la simulación, aclarando el comportamiento de los mecanismos hidráulicos con flujo laminar. En 2015, presentaron la estructura del sistema de diseño de un generador hidráulico basada en el conocimiento de detalle, logrando construir una base de conocimiento unificado en la que cada experto aportaba el conocimiento tácito basado en su experiencia; esto permitió que los diseñadores tomaran decisiones apropiadas utilizando un sistema de información y ejemplifican el caso de la selección de un tipo de turbina hidráulica ilustrando el proceso de operación y demostrando su validación. [5] realizaron la simulación de la computación de la dinámica de fluídos en turbina hidráulica; el error de truncamiento obtenido de la simulación con respecto al valor real fue de 1.12% y para esto instalaron 15 tipos de generadores en vórtice, en la sección de desarrollo del vórtice del tubo de aspiración. La simulación fue realizada utilizando el método basado en eficiencia de las turbinas, comprobando que los sistemas de aspiración pueden mejorar su desempeño. 3. MATERIALES Y MÉTODOS El tipo de investigación para el desarrollo del proyecto fue de enfoque cuantitativo experimental, siguiendo las fases que se mencionan a continuación. Fase 1. Implementación de la turbina adaptable para generador eléctrico. Fase 2. Implementación de inyectores de agua. Fase 3. Estructura para soporte de máquinas eléctricas y turbina. La Figura 1 presenta el diagrama de bloques del prototipo implementado, desarrollado en sistemas de entrada de agua, inyectores de agua, turbina hidráulica tipo Pelton, generador eléctrico e inversión y regulación de voltaje.

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Entrada de agua

Inyectores de agua

Turbina hidráulica

Generador eléctrico

Figura 1. Diagrama de bloques del prototipo Fuente: Elaboración de los autores

El bastidor diseñado cuenta con cuatro entradas de agua, las cuales son captadas por un tubo en la tapa central, los inyectores de agua se encuentran conectados con la tobera de entrada de agua, estos conducen el agua hasta la turbina. La turbina hidráulica es tipo Pelton con 11 alabes, acoplada al generador encargado de suministrar la energía eléctrica. En la fase uno se implementó la turbina tipo Pelton con acople al generador eléctrico, la cual se fabricó en una lámina galvanizada de 25 cm de radio. Para la construcción de los alabes se utilizó material en policloruro de vinilo (PVC), el cual le da resistencia a la fatiga, la erosión y la corrosión [6]. La Figura 2 muestra el rodete y los alabes de la turbina implementada. La turbina cuenta con once alabes calculados como se muestra en la ecuación 1, los cuales se sujetan al disco mediante pernos y tornillo-tuerca. Se seleccionó la turbina Pelton por su característica de aprovechar la energía cinética del fluido, debido a que el grado de reacción es cero por no haber gradiente de presión entre la entrada y salida [7].

Figura 2. Turbina pelton implementada Fuente: Elaboración de los autores

Z : Número de alabes. d0 : Diámetro del chorro. Dp : Diámetro de la rueda Pelton medida al punto central de la incidencia del chorro. INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 91-101 • ISSN: 1909-2458

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El número de alabes calculado fue de 11.7; no obstante se aproximó a 11 alabes para la implementación. El diámetro Dp y d0 utilizados fueron de 300 mm y 50 mm respectivamente. Para determinar la potencia de la turbina se utilizaron las condiciones del terreno de instalación, con un caudal de 4m3/s y una carga neta de 28 m. La potencia calculada de la turbina fue de mil trescientos cuarenta y cuatro caballos de vapor (1.344 CV), equivalente a un kilovatio (1kw), utilizando la ecuación 2.

P: Potencia en caballos de vapor. n: Eficiencia de la turbina. Q : Caudal. H: Carga neta. En la fase 2, denominada implementación de inyectores de agua, para determinar la cantidad a emplear, se seleccionaron cuatro. Estos se construyeron con 4 tubos de PVC de 50 cm de largo y 2 pulgadas de diámetro; para el ajuste del chorro de agua sobre la rueda se utilizaron codos de 45° de inclinación, con un diámetro de 2 pulgadas unidos a los tubos de entrada. La Figura 3 presenta la vista superior de los inyectores.

Figura 3. Conductores del fluido Fuente: Elaboración de los autores

En la fase 3, denominada estructura para soporte de máquinas eléctrica y turbina, se utilizó un bastidor de 19 litros de volumen de material plástico, por permitir resistencia a la corrosión y a la erosión. Se realizaron 4 perforaciones en la parte inferior del bastidor para facilitar la circulación de agua a la fuente hídrica; como se muestra en la Figura 4, el bastidor utilizado y las perforaciones realizadas.

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Figura 4. Tanque acumulador Fuente: Elaboración de los autores

En la parte inferior del bastidor se instaló el generador eléctrico y como mecanismo hermético se utilizó una lámina galvanizada, una lámina plástica, y sellos que aislaran el sistema eléctrico del sistema hidráulico. La Figura 5 presenta el acople del generador a la tapa de aislación y el soporte para la ubicación en el bastidor.

Figura 5. Generador eléctrico Fuente: Elaboración de los autores

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En la Figura 6 se presenta la tapa hermética instalada en el bastidor. Las perforaciones en la lámina permitieron el paso de los inyectores, los cuales permiten la propulsión de la turbina Pelton instalada en la parte inferior del bastidor.

Figura 6. Interfaz mecánica Fuente: Elaboración de los autores

Instalada la turbina y la tapa hermética, se acopló la tapa principal y los inyectores con el bastidor para sellar el prototipo, dejándolo en una sola unidad. Esta instalación se presenta en la Figura 7.

Figura 7. Interfaz mecánica Fuente: Elaboración de los autores

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Finalmente, se realiza la adecuación del sistema de entrada que permite el transporte de agua de la bocatoma al prototipo; para esto se utilizó tubería plástica de 2 pulgadas de diámetro. El prototipo final desarrollado se presenta en la Figura 8.

Figura 8. Prototipo implementado Fuente: Elaboración de los autores

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La potencia eléctrica generada por el prototipo fue equivalente a un (1) kilovatio, aproximadamente 0,9 caballos de fuerza, con una tensión de salida de 12 voltios. Esto permitió transmitir la corriente eléctrica para ser almacenada en una batería, la cual suministra la energía para las iluminarias o equipo eléctricos conectados a la red. En la Figura 9 se observa el comportamiento del voltaje suministrado, el cual se puede considerar estable con un exactitud del 99% (2), con respecto al valor deseado de 12.0 voltios [8]. (3) Xi= Voltaje de muestra. N= Número total de muestra. Vr= Voltaje deseado o real.

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Figura 9. Voltaje de salida del generador Fuente: Elaboración de los autores

En la Figura 10 se observa el comportamiento del prototipo ante un consumo de potencia demandada, donde se monitorea por cada hora de trabajo entregando como potencia media de 961 vatios de potencia, la cual se puede aproximar a un equipo capaz de abastecer un consumo de 1.000 vatios por hora con una fidelidad del 98%.

Figura 10. Relación potencia referente al tiempo Fuente: Elaboración de los autores

Los parámetros obtenidos son equivalentes comparados a otras investigaciones en el área, en las que relacionan la potencia eléctrica alrededor de 1 kW para micro turbinas o generadores de baja potencia. Diferentes estudios clasifican a los sistemas de generación de 0,5 a 5 kW como picocentrales hidroeléctricas, por lo cual el prototipo fabricado aplica dentro de esta clasificación. Un estudio denominado

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Desarrollo del prototipo de un hidrogenerador eléctrico como alternativa de generación de energía limpia en zonas rurales

Etapas de desarrollo de un proyecto de pequeñas centrales hidroeléctricas: contexto y criterios básicos de implementación presenta la clasificación y normativa del proceso [9]. Comparando la energía suministrada por el sistema desarrollado frente a sistemas un poco más conocidos, como los sistemas solares fotovoltaicos, el prototipo presenta características similares en lo relacionado a la generación eléctrica, niveles de tensión y potencia eléctrica, lo que permite su aplicación en sistemas eléctricos de baja demanda. La potencia obtenida por el prototipo permite su usabilidad eléctrica y se encuentra dentro de los parámetros eléctricos de otros generados de baja potencia, como es el caso del proyecto denominado Diseño de un sistema de generación a partir de una picocentral hidroeléctrica, ; los autores de este estudio presentan la caracterización de una central hidroeléctrica de baja potencia, en la que evaluaron el comportamiento de la potencia eléctrica alcanzada, ndo 300 vatios de potencia [10]. El estudio de cargas eléctricas presenta un alto índice de estabilidad, cerca del 95%, lo que señala que el prototipo es confiable, su relación de generación no sobrepasó niveles de tensión por encima del 10% del valor nominal. 5. CONCLUSIONES El diseño, construcción y puesta en funcionamiento del prototipo de hidrogenerador sobre el río Guatiquía, en cercanías a la vereda La Argentina, permitió transformar la energía cinética de esta fuente hídrica en energía mecánica y generó energía eléctrica con resultados satisfactorios de 12 voltios a 1 kW de potencia eléctrica. En el estudio de los requerimientos para la solución experimental se identificaron los diferentes tipos de energía que intervinieron en el prototipo: energía cinética (agua en movimiento), energía mecánica (movimiento de la turbina Pelton) y, por último, la energía eléctrica obtenida por medio del generador. En el diseño y construcción del prototipo del hidrogenerador, se desarrolló una turbina de eje vertical, lo que permitió un comportamiento eficiente y satisfactorio debido a la fuerza que se experimentó por las corrientes de agua del río Guatiquía. Se obtuvo una potencia de 1.344 caballos de vapor, aproximadamente 1 kilovatio de potencia eléctrica.

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ARTÍCULOS DE REVISIÓN NO DERIVADOS DE INVESTIGACIÓN

Estado actual de la telemedicina: una revisión de literatura* Current state of telemedicine: a literature review Erika Yaneth Parrasi Castaño** Lisandro Celis Carvajal*** José Joaquín Bocanegra García**** Yois Smith Pascuas Rengifo*****

RESUMEN La telemedicina es una tecnología que facilita la mediación a distancia entre el paciente y el personal médico. Aunque los desarrollos en este campo son más evidentes en Europa y Norte América, en América Latina tendría un mayor impacto, dadas las condiciones geográficas y socioeconómicas de la población. En ese orden de ideas, el propósito de este artículo es elaborar una revisión de literatura acerca de los usos, desarrollos e innovaciones tecnológicas realizadas en torno al campo de la telemedicina, donde el empleo de esta tecnología facilita las consultas médicas a distancia y permite llevar los servicios de salud a la población rural, tanto en los países desarrollados, como los que se encuentran en vías de desarrollo. Palabras clave: Telemedicina, diagnóstico, salud, innovación, Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones (TIC).

ABSTRACT Telemedicine is a technology that facilitates remote interac tion between patients and the medical staff. Although developments in this field are more evident in Europe and North America, Latin America it would have a greater impact given the geographic and socioeconomic conditions of the population. In this context, the purpose of this paper is to make a review of the literature on the uses, developments and technological innovations made in the field of telemedicine, in which the use of this technology facilitates remote medical examinations and makes possible to bring health services to the rural population, in both developed and developing countries. Keywords: Telemedicine, diagnosis, health, innovation, Information and Communication Technologies (ICT).

Como citar este artículo: E. Y. Parrasi Castaño, L. Celis Carvajal, J. J. Bocanegra García, Y. S. Pascuas Rengifo, “Estado actual de la telemedicina: una revisión de literatura”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 105-120, 2016.

* Investigación: Estado Actual de la Telemedicina: Una Revisión de Literatura. Grupo de Investigación en Ingeniería de Software de la Universidad de la Amazonia. Investigador Principal: Erika Y. Parrasi Castaño. ** Universidad de la Amazonia, Florencia, Colombia. Correo electrónico: e.parrasi@udla.edu.co *** Universidad de la Amazonia, Florencia, Colombia. Correo electrónico: l.celis@udla.edu.co ****Docente Facultad de Ingeniería, Universidad Javeriana D.E.A en tecnología e ingeniería de software, Investigador Grupo ISTAR– Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 40-62, Bogotá, Colombia. Correo eléctronico: jose_bocanegra@javeriana.edu.co ***** Magister en Ciencias de la Información y las Comunicaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Estudiante de Doctorado de Educación y Cultura Ambiental, Docente de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la Amazonia, Grupo de Investigación en Ingeniería de Software, Calle 17 Diagonal con Carrera 3F – Barrio Porvenir, Florencia, Colombia. Correo eletrónico: y.pascuas@udla.edu.co.

Fecha de recepción: 7 de mayo de 2016 • Fecha de aceptación: 1 de junio de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 105-120 • ISSN: 1909-2458

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1. INTRODUCCIÓN La discapacidad por enfermedad, la distribución desigual de los médicos, y la distancia de los viajes, limitan el acceso a la atención de los pacientes en todo el mundo; no obstante, el uso de las telecomunicaciones para prestar atención médica a distancia puede ayudar a superar estas barreras [1]. La telemedicina es considerada como una aplicación de la medicina general y la mediación a distancia entre médico y paciente, en la que los datos que resultan de la consulta clínica son transmitidos de un lugar a otro mediante el empleo de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones (TIC) [2]. Estas tecnologías han hecho que la aplicación de la telemedicina sea factible, y aunque se ha desarrollado principalmente en Europa y Norte América, en América Latina se han realizado esfuerzos para poder aplicarla debido a las condiciones geográficas y socioeconómicas de la población; trabajos que se han ejecutado en torno a proyectos que facilitan la comunicación entre médico y paciente. Para realizar un diagnóstico de estado actual de la telemedicina, se analizaron proyectos que se han propuesto para implementar esta técnica, teniendo en cuenta criterios como: tiempo estimado de implementación del proyecto, cobertura, tipo de servicio prestado e infraestructura tecnológica empleada. A partir de este análisis, se determinó el impacto de los proyectos evaluados, sus factores de éxito o fracaso, de tal forma que permitan plantear estrategias para mejorar las propuestas de implementación actuales de telemedicina. Este análisis también sirve como un punto de partida para nuevos proyectos que se deseen desarrollar, de tal forma que se aumenten sus probabilidades de éxito. Para llevar a cabo la investigación se realizó una busqueda en Google Scholar con los siguientes criterios: Telemedicine, Telemedicine in Europe, Telemedicine in United States, Telemedicine in Latin America y Current Status of Telemedicine, filtrando los artículos por repositorio de ubicación. Fueron incluidas las publicaciones de revistas científicas o artículos con reconocimiento internacional y cuya fecha de publicación se encontrara en el rango de 2013 a 2016. De los resultados arrojados por la búsqueda, se eligieron 51 artículos que son el fundamento para el desarrollo de la investigación. 2. ASPECTOS GENERALES Para el ser humano, la salud es un aspecto indispensable y primordial al cual se le debe prestar una atención especial, puesto que es muy vulnerable y puede ser fácilmente afectada por factores que están presentes en el entorno. La medicina humana desde sus inicios se ha encargado de curar y prevenir enfermedades que afectan la salud de las personas, por lo tanto, se debe garantizar que todos los seres humanos tengan acceso a ella. Sin embargo, existen diferentes barreras que le impiden a la medicina llegar a gran parte de la población, ya sea por la lejanía de los centros médicos o por las condiciones

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topográficas del medio, lo que conlleva a que algunas personas por el avance de su enfermedad, no pueden recibir atención médica, y otras la reciben pero no en un tiempo pertinente [3]. A esto se suma la crítica escasez mundial de profesionales de la salud y como consecuencia de ello, los profesionales cualificados pueden no estar físicamente presentes sobre todo en las zonas rurales apartadas, y proporcionar atención médica de calidad puede ser bastante difícil [4], bien sea por la carencia de vías de acceso o porque movilizarse hacia los centros de salud más cercanos les puede resultar costoso. Lo anterior conlleva a que satisfacer las necesidades de toda la población, sea uno de los obstáculos principales para combatir las enfermedades que afectan a las personas [5]. Este desafío puede abordarse mediante la prestación de servicios médicos especializados que utilizan tecnologías de la información y la comunicación al ubicar remotamente los trabajadores sanitarios y los pacientes [4]. Partiendo del concepto de telemedicina como la práctica de procesos de salud a distancia y a través de medios de comunicación de datos digitales multimediáticos, se encuentra que: la telemedicina es considerada como la prestación de servicios de salud a través del uso de las TIC, en casos en los que el paciente y el profesional médico no pueden estar en el mismo lugar [6]. Además, puede ser clasificada por: la interacción entre los clientes y expertos, y por el tipo de información que se transmite. El tipo de interacción se puede realizar tanto en tiempo real como en tiempo asíncrono y el tipo de información transmitida hace referencia a texto, audio, imágenes o videos [7]. A pesar del rápido desarrollo de las tecnologías que permiten el avance de la telemedicina, aún existen una serie de importantes desafíos en el camino. En primer lugar, hay preocupaciones persistentes sobre su eficacia y rentabilidad: la mayoría de los estudios de la telemedicina son metodológicamente débiles antes y después de los estudios, ya que rara vez se examinan los datos centrados en el paciente. En segundo lugar, la influencia de la telemedicina varía mucho dependiendo de dónde y cómo la tecnología se aplica, sin evidencia clara respecto a cuándo y dónde la telemedicina es más eficaz. Se corre el riesgo de desperdiciar los escasos recursos sanitarios en programas ineficaces [8], ya que aunque la telemedicina puede mejorar la atención y puede haber un ahorro global a nivel de sistema, a nivel económico puede en realidad aumentar los costos [9]. Los factores que influyen en el éxito o el fracaso de la implementación de la telemedicina son: determinación de un plan financiero; es fundamental para asegurar o visionar la sostenibilidad del proyecto, sin esto el fracaso será evidente. No obstante, el éxito de un programa de telemedicina aumenta cuando la cobertura del servicio es suficiente para cubrir con las necesidades médicas de urgencia dentro de zonas rurales o de difícil acceso geográfico, además de prestar los servicios médicos obligatorios y que los centros virtuales de atención estén disponibles las 24 horas del día [10].

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3. USOS Y APLICACIONES DE LA TELEMEDICINA En el pasado, la tecnología disponible para hacer posible la telemedicina era excesivamente costosa, además la calidad de la conexión a internet era frecuentemente pobre, de modo que ofrecer servicios de salud a distancia era un proceso complicado [1]. Hoy en día, esas limitaciones están desapareciendo rápidamente, gracias a las innovaciones tecnológicas que permiten la posibilidad de establecer comunicaciones a larga distancia. En la actualidad, aproximadamente el 39% de la población mundial tiene acceso de banda ancha, y en el futuro las posibles aplicaciones de la telemedicina se expandirán a medida que la innovación y la adopción tecnológica se aceleren [1]. Los esfuerzos por llevar los servicios de salud hacia las zonas remotas y lugares en los que frecuentemente se presenten emergencias médicas, que pueden ser evitadas si se tratan en el mismo sitio y bajo la supervisión de un especialista [11], han dado como resultado la ejecución de proyectos que plantean la telemedicina como herramienta potencial para realizar controles en salud. En un estudio realizado en la 38ª Conferencia anual The Society for Post-Acute and Long-Term Care Medicine, celebrada en Louisville (Kentucky), se desarrolló una encuesta para reunir información acerca de las percepciones de la telemedicina y su uso en los asilos de ancianos; el contenido de la encuesta abordó aspectos sobre los cuales la telemedicina puede contribuir, como: el mejoramiento de la oportunidad de atención adecuada y oportuna al residente y evitar las transferencias de los residentes hacia los servicios de urgencias en el hospital. El estudio arrojó como resultado un alto grado de confianza hacia la posibilidad de implementar telemedicina en los hogares de ancianos y el potencial para suplir los vacíos existentes en los servicios de salud, además de mejorar considerablemente la atención oportuna de los pacientes [11]. En el caso de Corea, la adopción del sistema médico electrónico es del 100% para los hospitales de tercer nivel, 99% para hospitales generales, 95,4% para hospitales locales. El 91,9% pertenece a clínicas de atención primaria, siendo el principal objetivo brindar servicios de salud en lugares donde los servicios médicos son escasos, que ofrece apoyo para el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades [12]. En Japón, la telemedicina está dividida en dos categorías: entre hospitales y entre hospitales y pacientes. La primera es para apoyo de diagnósticos e intercambio de conocimientos con respecto a algún padecimiento médico y la segunda categoría generalmente es empleada para la prestación de servicios de salud, específicamente, a pacientes que se encuentran es sus hogares y que requieren atención y monitoreo para el consumo de oxígeno, control de la diabetes, presión arterial alta, dermatitis y úlceras [12]. Hay casos en los que la telemedicina se empleó como herramienta potencial para el control de epidemias, pues eran situaciones especiales que requerían tratar enfermedades contagiosas para evitar que el agente patógeno creciera. Se realizó teleconsulta para evaluar el riesgo de infección en un paciente y para monitorear a aquellos que estuvieran en cuarentena [13].

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La industria petrolera durante varias décadas, ha usado la telemedicina como alternativa para el tratamiento de las enfermedades o accidentes que se puedan presentar en alta mar, el empleo de esta herramienta ha brindado la posibilidad de asistir pacientes con padecimientos que se puedan presentar en mar abierto. Inicialmente se realizaba con comunicaciones a través de radio entre el personal médico en alta mar y médicos en tierra, pero a medida que la tecnología avanza, las soluciones de telemedicina también lo hacen. Es por eso que hoy en día ese mismo proceso de comunicación se puede realizar a través de videoconferencias por medio del empleo de computadoras y dispositivos móviles, haciendo que los tiempos de respuesta sean más cortos, aumentando la satisfacción y seguridad de los pacientes, que cuentan con el respaldo de un equipo de apoyo médico en tierra [14]. En Argentina, los infartos de miocardio corresponden al 30% de las muertes en el país, y aproximadamente 40.000 pacientes al año son hospitalizados por esta causa. Teniendo en cuenta lo anterior, en la ciudad de Buenos Aires se conformó una red de telemedicina compuesta por seis hospitales de baja y mediana complejidad y un centro de tercer nivel, con el objetivo de evaluar los tiempos de demora y la tasa de reperfusión ante la presencia de un infarto, principalmente en sus primeras horas, con fin de lograr la recuperación del paciente y evitar la muerte del mismo. La implementación del programa arrojó que con el uso de la telemedicina los tiempos de reperfusión se redujeron significativamente, logrando reanimar pacientes críticos evitando ser trasladados hacia centros de atención médica de mayor nivel [15]. Así mismo, en Dinamarca se estableció una unidad de telecentro tripulado para pacientes con riesgo de sufrir un Infarto de Miocárdio con Elevación del Segmento (STEMI), en el cuál el médico de guardia interpreta el electrocardiograma del paciente, y en caso de que tenga riesgo de un evento STEMI, sea trasladado a un centro especializado dentro de los 120 minutos de llamada al servicio médico de emergencia [16]. La telemedicina es una herramienta que ha sido usada no solo para el tratamiento de las enfermedades, sino también para la prevención de enfermedades producto de las prácticas sexuales, que pueden ser una amenaza para la salud si no se realizan de forma responsable. El riesgo radica principalmente en la falta de información relacionada con la sexualidad, el inicio temprano de las relaciones sexuales, el cambio frecuente de pareja sexual, y la falta de conciencia hacia la protección y prevención de embarazos no deseados, o peor aún, del contagio de alguna enfermedad de transmisión sexual, lo cual representa un peligro para la salud sexual y reproductiva de los adolescentes y adultos en Colombia. Teniendo en cuenta lo anterior y ante la preocupación por la salud sexual de los habitantes del país, se realizó un estudio a una muestra de estudiantes universitarios entre 18 y 29 años de edad, los cuales tuvieran acceso a teléfonos celulares inteligentes, y pudieran descargar la aplicación “DoctorChat”, desarrollada en conjunto con el departamento de ingeniería de la Universidad de los Andes y la Fundación Santa Fe de Bogotá encargada de suministrar el equipo médico. La aplicación brinda información sexual a los usuarios y permite a los pacientes preguntar acerca de temas relacionados con la salud sexual [17]. De este modo, el teléfono móvil es reconocido como una posible herramienta para la práctica de la

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medicina a distancia, debido a que son capaces de desarrollar múltiples tareas, y pueden ser utilizados en todas partes y en todo momento. Los teléfonos móviles son cada vez más eficientes y, en ese sentido, permiten la colaboración entre profesionales de la medicina [18]. Las zonas rurales de los países en desarrollo se caracterizan por falta de recursos económicos, baja densidad de población y escasez de infraestructuras de comunicación, estas condiciones dificultan la prestación adecuada de los servicios de salud en dichos sectores. El Enlace Hispano – Americano de Salud (EHAS) es una fundación compuesta principalmente por universidades de España y América Latina, que trabajan para mejorar la asistencia médica en las zonas aisladas de los países en desarrollo mediante el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), planteando sistemas que se adecuan a las necesidades de los pacientes y el personal de la salud. Aportan proyectos como: El desarrollo sobre la cuenca de río Napo en la provincia Maynas del departamento de Loreto (Perú), donde se desplegó una red de telecomunicaciones con el objetivo de conectar 15 establecimientos de salud que se encuentran a lo largo de 450 km de río. En ellos se realizan consultas por medio de un ordenador con conexión a internet y una aplicación de videoconferencia para tratar enfermedades relacionadas con la obstetricia, la pediatría, la dermatología, infecciones respiratorias agudas e infecciones parasitarias [19]. En Paraíba (Brasil) se desarrolló una red de cardiología pediatra para proporcionar servicios de salud a niños con enfermedades congénitas del corazón, principalmente, porque este es uno de los estados pobres de Brasil. Allí la disponibilidad de camas en los hospitales es limitada, las comunidades rurales están lejos de los centros urbanos y las consultas con los especialistas en cardiología son caras. El programa se valió de internet junto con dispositivos Tablet PC, y se adquirió un software de teleconferencia para mantenerse en contacto con los centros de salud remotos y así establecer una comunicación segura. Se seleccionaron 12 centros de maternidad junto con un hospital pediátrico; su propósito consistía en examinar a los niños con defectos en el corazón incluyendo aquellos que aún estaban dentro del vientre materno. Los cambios que se obtuvieron con la ejecución del programa se dieron a notar, la detección de enfermedades congénitas del corazón pasó de 4,09 % a 11,62 % por cada 1.000 nacidos vivos [20]. En Chile se han desarrollado proyectos que consideran siete especialidades a ser tratadas por medio de telemedicina, las cuales corresponden a: telecardiología, teledermatología, telepsiquiatría, teleoftalmología, telenefrología, teleneurología, y teleconsultas, en las que se demostró que es una buena herramienta para el tratamiento de las enfermedades [21]. Así mismo, en Ecuador se han hecho esfuerzos para desarrollar un sistema de atención de trauma que incluye programas de prevención de lesiones, desarrollos de cursos básicos de trauma y el soporte político ante el ministerio de salud [22]. En las zonas rurales de la ladera de Cali (Colombia) se llevó a cabo un proyecto en el que se interconectó las IPS rurales con el hospital Cañaveralejo, para poder realizar intercosulta en tiempo real, disponiendo de los servicios de medicina general, medicina interna, ginecoobstetricia, pediatría, dermatología,

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medicina familiar y nutrición, telelectura de imágenes diagnósticas y telerehabilitación; ampliando así la cobertura en salud y asegurando una mejora sustancial en la calidad de vida de la población [23]. En Asunción (Paraguay) se realizó un proyecto piloto en el que fueron realizados 1.598 diagnósticos remotos entre enero y noviembre de 2014, en el que se encontraron dificultades relacionadas con: recurso humano (capacitación de asistente técnico, reticencia a aceptar totalmente el telediagnóstico como una nueva herramienta), tecnológico (identificación de las señales disponibles, baja velocidad de la red interna), y los resultados obtenidos para la formulación de metodologías prácticas viables [24]. La escasez de especialistas en las zonas rurales de los países desarrollados ha llevado a la aplicación de técnicas para mejorar la prestación de servicios de salud; En Arkansas (EE.UU) la telemedicina ha evolucionado de ser un mecanismo de apoyo a las consultas de embarazo de alto riesgo, a una iniciativa que abarca especialidades médicas como: el cuidado del asma, cardiología pediátrica, ginecología y salud mental. También se ha ampliado la atención a poblaciones diversas, incluidas las personas privadas de la libertad que sufren VIH/SIDA [25]. Los hospitales universitarios, clínicas, médicos y hogares de paso forman parte de la red de telemedicina para proporcionan servicios médicos tales como: cirugías de alto nivel y consultas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades menores; procesos que se realizan a distancia con ayuda de las TIC [12]. En Vancouver (Canadá) se realizó una revisión de mujeres que se sometieron a un aborto médico en la clínica Willow Womens, dónde las pacientes ven a un médico y consejero por videoconferencia a través de Skype para dar su consentimiento y recibir la información. Los medicamentos son enviados por correo, o se envía una receta por fax a una farmacia local. Las pacientes tienen citas por videoconferencia para el seguimiento de sus resultados de las pruebas de sangre y las reacciones a los medicamentos [26]. La telemedicina ha demostrado ser una forma eficaz para disminuir los costos de la prestación de servicios de salud y proporcionar apoyo al personal médico. Tal es el caso de Médicos Sin Fronteras (MFS), una organización médica humanitaria no gubernamental que responde a situaciones de emergencia médica a los necesitados en entornos difíciles en el mundo, y el personal a menudo tiene que diagnosticar y tratar a los pacientes con recursos limitados, por lo tanto, se desarrolló una red de telemedicina para proporcionar apoyo a su equipo médico de campo, y a la vez, evaluar la calidad de estos servicios [27]. Por otro lado, la aplicación de la telemedicina para las Unidades de Cuidados Intensivos (UCI) es una forma eficaz para disminuir los costos de la prestación de este servicio, aunque los costos iniciales fueron significativos, los beneficios de la utilización de esta tecnología pueden compensar esos costes a través de la disminución de duración de la estancia para los pacientes, dando como resultado que la aplicación de la tele-UCI es, en cierta medida, más beneficiosa que costosa [28]. También, una investigación del impacto de un sistema telemático basado en internet sobre la gestión económica y clínica de pacientes con diabetes tipo 1, demostró ser una estrategia eficiente, hacia la mejora del control glucémico en las personas diabéticas [29].

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Los usos y aplicaciones que se le han dado a la prestación de servicios médicos a distancia son variados y abarcan distintas especialidades de la medicina, sin embargo, los factores que determinan el uso de la telemedicina dentro del contexto médico incluye el nivel de información y tecnología que el médico utilice en su vida personal, la facilidad de uso y la propensión a innovar [30]. Desde la ingeniería de sistemas, se puede ofrecer una metodología para el análisis riguroso de los requisitos de los sistemas de telemedicina, y así aprovechar las herramientas que ofrece la ingeniería para cubrir las fases del ciclo de vida del sistema [31]. Tabla 1. Síntesis de proyectos en los que se hizo uso de telemedicina PAÍS

PROYECTOS

DINAMARCA

Se estableció una unidad de telecentro tripulado para pacientes con riesgo de sufrir infarto de miocardio [16].

COREA

Se realizó un estudio para exminar el estado actual de la telemedicina en Corea, indicando las tasas de adopción del sistema médico electrónico [12].

JAPÓN

Se llevó a cabo un estudio, el cual indica que la telemedicina está dividida en dos categorías: entre hospitales y entre hospitales y pacientes [12.

ESTADOS UNIDOS

En Louisville, Kentucky, se desarrolló una encuesta para reunir información acerca de las percepciones de la telemedicina y su uso en los asilos de ancianos, con el fin de evitar los traslados hacia centros médicos de urgencias [11]. La Universidad de Arkansas, ofrece servicios de telemedicina a través de una red de conexiones de banda ancha. La red fue diseñada inicialmente para mejorar el tratamiento de los embarazos de alto riesgo [25]. Se realizó una revisión retrospectiva de las mujeres que se sometieron a un aborto médico a través de la telemedicina en un año, en la clínica de Willo Women, Vancouver (Canadá) [26].

CANADÁ

COLOMBIA

“DoctorChat” una aplicación móvil desarrollada para brindar información sexual y permitir a los pacientes preguntar acerca de temas relacionados con la salud sexual. La investigación se realizó a estudiantes universitarios entre los 18 y 29 años de edad [17]. Se inicia una unidad de TeleSalud en alianza con la ESE OCCIDENTE que atiende poblaciones ubicadas en lugares remotos de la costa pacífica del departamento del Cauca [23].

ECUADOR

En el sur de Ecuador se observaron esfuerzos importantes para el progreso de la atención del trauma, se delinearon aspectos como la necesidad de apoyo político y público para el desarrollo de un sistema de atención regionalizado [22].

PERÚ

Se desplegó una red de telecomunicaciones para conectar 15 establecimientos de salud a lo largo de 450 km de río, las consultas se realizan por medio de un ordenador con acceso a Internet y un software de videoconferencia [19].

BRASIL

Una red de cardiología pediatra fue desarrollada en Paraíba, Brasil, con el objetivo de prestar servicios de salud a niños con enfermedades congénitas del corazón [20].

PARAGUAY

Se analizaron los resultados de un proyecto piloto de telediagnóstico, de los cuales el 43,9% correspondían a estudios de tomografía, 56,0% a electrocardiografía (ECG) y 0,1% a ecografía [24].

CHILE

El Ministerio de Salud consideró siete especialidades para ser tratadas por medio de telemedicina, las cuales son: telecardiología, teledermatología, telepsiquiatría, teleoftalmología, telenefrología, teleneurología, y teleconsultas [21].

ARGENTINA

Se realizó una investigación basada en una red de telemedicina, para evaluar los tiempos de demora y la tasa de reperfusión ante la presencia de un infarto de miocardio [15]. Fuente: Elaboración de los autores

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4. INNOVACIÓN TECNOLÓGICA CON LA TELEMEDICINA Dentro del campo de la telemedicina se han utilizado tecnologías de redes de comunicación como la radio, el Internet, telefonía celular, televisión sobre IP [32] y redes sociales, siendo importante la compresión de imágenes médicas para facilitar su transmisión [33] , las cuales permiten un acercamiento entre el paciente y especialista. Así mismo, también se han hecho desarrollos tecnológicos exclusivos para la prestación de servicios de salud a distancia. A continuación se abarcan proyectos en los cuales se han realizado desarrollos en pro de mejorar la prestación de los servicios médicos. La Salud forma parte de un campo emergente de la informática para el apoyo de los servicios médicos, guiándola hacia la Salud 2.0, un nuevo método de asistencia médica en la que los actores involucrados participan mediante el uso de las redes sociales para mejorar la calidad de vida de las comunidades [34] . Siguiendo esta primicia se puso en marcha el proyecto Tele-UCI Siria, un programa que emplea internet por satélite, cámaras IP, computadoras portátiles, aplicaciones de comunicación gratuitas como Viber, Skype y Whatsapp; las cuales permiten el intercambio de información en texto, imágenes, videos y audio; adicional a esto cuenta con la colaboración de profesionales médicos ubicados en Estados Unidos y Canadá que atienden pacientes sin importar la diferencia horaria y el idioma [35]. En Estados Unidos las enfermedades coronarias se han convertido en la principal causa de muerte, siendo la mala alimentación, el tabaquismo, el sedentarismo, la diabetes y la obesidad, los factores directos que conducen hacia el padecimiento de enfermedades del corazón. Hacia la búsqueda de alcanzar el bien común para las poblaciones vulnerables y con mayor índice de enfermedades cardiovasculares, en el estado de Minnesota se llevó a cabo un estudio piloto que empleó la tecnología como herramienta para llevar medicina personalizada a través de internet y mediante el uso de dispositivos móviles, hacia zonas rurales, población discapacitada y con dificultades para movilizarse. El programa pretende crear un entorno virtual en el que interactúan paciente y especialista en sesiones bajo las cuales se realizan las terapias cardiacas, además, el sistema cuenta con un módulo de vida saludable, en el que se indica al paciente la dieta que debe llevar y los ejercicios que debe realizar, con el objetivo de implantar en la persona un estilo de vida sana, y así reducir los padecimientos coronarios [36]. La telemedicina es considerada como el medio para ayudar a mejorar los servicios de salud, atenuar la escases de especialistas y contribuir notoriamente en la economía de una sociedad; bajo estas tres primicias, se desarrolla un trabajo transfronterizo entre hospitales de Alemania, Suiza y los Países Bajos, para la tele-neuromonitorización intraoperaria del paciente durante una cirugía abierta de aorta. El teleneuromonitoreo se puede ver como una combinación de la tele vigilancia y tele consulta, que en el caso de estudio [37], se emplea para supervisar las funciones de la médula del paciente durante la intervención quirúrgica de un aneurisma en la aorta, intervención que requiere profesionales altamente capacitados.

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Los trastornos depresivos son un tipo de desorden mental que más frecuencia tiene en la población mundial, principalmente, en países con ingresos económicos altos. Este tipo de enfermedad mental puede conducir a reducir la calidad de vida, deteriorar las relaciones sociales y personales, y desequilibrar el entorno profesional. El proyecto MasterMind tiene como objetivo la ejecución de intervenciones por Internet y videoconferencias para facilitar la atención colaborativa en la práctica de la salud mental. Inicialmente los servicios se prestarán a 5.230 adultos deprimidos en 15 regiones de Europa. Las intervenciones constan de cuatro componentes básicos: la psicoeducación, la reestructuración cognitiva, la activación de comportamiento, y la prevención de recaídas; los cuales se entregan mediante sesiones en línea a través de una plataforma web que ofrece el acceso a los módulos de terapia, un libro digital y un canal de comunicación seguro para los pacientes y los especialistas [38]. Por otra parte, la fundación Enlace Hispano Americano de Salud (EHAS) empezó a investigar tecnologías apropiadas para dotar de comunicación y sistemas de información al personal que atiende puestos y centros de salud. Ante la falta de redes cableadas en las zonas rurales, los primeros proyectos piloto desplegaron sistemas de comunicación de voz y datos a baja velocidad a través de radios VHF en la sierra colombiana. Aunque el impacto de estas tecnologías fue muy importante, pronto se comprobó que el ancho de banda provisto era demasiado bajo (solo permitía el intercambio de correo electrónico) como para usarlo en el intercambio de imágenes y vídeos. Por ese entonces, el estándar IEEE 802.11 (popularmente conocido como WiFi) estaba ampliamente desplegado en interiores y EHAS decidió investigar para comprobar si esta tecnología podía ser utilizada en enlaces exteriores de larga distancia (decenas de kilómetros). El resultado de estas investigaciones fue positivo y EHAS pudo usar esta tecnología para desplegar redes WiLD (WiFi de larga distancia) en las provincias de Chispicachi y Acomayo en Cuzco y en la cuenca del río Napo en Loreto (Perú) [39]. En iniciativas tales como el proyecto RAFT (Red Africana Francófona de Telemedicina), que atiende una media de consultas/año de 700 pacientes, estableció una red de telemedicina en la que la información es administrada y transmitida a través de una plataforma desarrollada con tecnologías Microsoft que se conecta con un servidor RIS (Radiology Information System) / PACS (Picture Archiving and Comunication System), especialmente, para teleradiología [40]. Para ello es indispensable contar con pantallas de visualización asequibles, y que no se afecte la calidad y exactitud de la imagen [41]; no obstante, el programa puede encargarse no solo de teleradiología, sino de más de 15 especialidades médicas, atendidas por especialistas del Hospital Arco Iris, siendo dermatología la especialidad más consultada (42,3%), seguido de medicina interna (15%) y obstetricia (10%) [40]. En esta última especialidad, se desarrollo un proyecto piloto que consistía en un kit portátil de ultrasonido con un panel solar para la alimentación eléctrica, por medio del cual se puede detectar complicaciones obstétricas e identificar partos complicados que no deben ser atendidos en zonas rurales debido al riesgo de muerte [19]. En este mismo sentido, se ha puesto en marcha una herramienta de aplicación en situaciones de catástrofes y escasa accesibilidad geográfica, que consiste en un maletín portátil compuesto por un ordenador, diferentes dispositivos digitales (otoscopio,

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oftalmoscopio, microscopio y dermatoscopio), cámara digital de alta resolución, negatoscopio, y antena de conexión satelital. Este maletín permite dar apoyo especializado a los médicos rurales y locales de atención primaria de la salud alejados de los grandes centros urbanos [42]. Una iniciativa colaborativa entre hospitales universitarios y profesionales de la salud para ofrecer servicios médicos, es la Red Universitaria de Telemedicina (RUTE) en Brasil, que además de brindar consultas médicas, busca también integrar grupos de intereses especiales de apoyo para intercambiar conocimientos y discutir temas de diferentes especialidades de salud mediante el uso de videoconferencias [43]. Continuando con el uso de las redes de telemedicina, en Colombia, se planteó una red óptica para soportar los servicios de Teleconsulta, telemetría especializada en registro clínico en línea y telecardiología, entre la Universidad Militar Nueva Granada y el hospital Central Militar [44]. También en Colombia, se desarrolló un proyecto que conecta al hospital de Arjona en Bolívar con el hospital de San José en Bogotá, a través de una plataforma virtual denominada Galénica-Telesalud, para almacenar y transmitir los datos obtenidos a partir de la teleconsulta realizada a pacientes con trastornos epilépticos; las videoconferencias se realizaron por medio del programa Skype [45]. A partir de las tecnologías emergentes como los sensores, mecanismos de captura de movimientos óptico y robots que permiten la rehabilitación del paciente y la transmisión de los resultados obtenidos a un centro médico especializado [46], surge en la unidad de neonatos del hospital universitario de la Universidad del Norte con sede en Barranquilla (Colombia), un sistema que consiste en la implementación de una solución web desarrollada bajo el lenguaje JSP y un protocolo de comunicación para acceder a la información arrojada por el Datascope Trio, un equipo médico empleado para monitorear los signos vitales de los pacientes, facilitando de este modo que los médicos especialistas puedan observar el estado de sus pacientes desde cualquier sitio con acceso a internet y en tiempo real [47]. En el campo de la patología, la telemedicina es de gran utilidad cuando la muestra se encuentra lejos de un laboratorio y se requiere de un diagnóstico preciso o se necesita una segunda opinión [48 ]expone una taxonomía de las técnicas de Telepatología, que posteriormente se evalúan teniendo en cuenta las tasas de transmisión necesarias y los costos de adquisición de equipos, así mismo, presenta un algoritmo que, utilizando una cámara adaptada al microscopio, permite la creación de imágenes panorámicas de muestras celulares, para enviarla de forma asincrónica a través de una red de comunicaciones. Mientras que en Suazilandia, se desarrolló una plataforma web a través de la cual médicos italianos pueden proporcionar información, consultas a distancia y transmisión de documentos científicos. El programa cuenta con salas virtuales donde los especialistas pueden interactuar con sus pacientes u otros especialistas a través de audio y video para el apoyo y prevención contra el virus del VIH/SIDA, principal causante de muertes en ese país [49]. Se ha desarrollado un Marco Arquitectónico de Telemedicina (en inglés, TAF) que consiste en un conjunto de estándares y herramientas para facilitar el desarrollo de los servicios de salud a distancia. El

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TAF facilita la toma de decisiones ante los servicios de telemedicina y permite planificar estrategias para alcanzar las metas propuestas [50]. La integración de las tecnologías de información y comunicación con el sistema de servicios de salud es un proceso que está redefiniendo el futuro de la atención de salud en el mundo, sin embargo, es un reto que se debe encarar aprendiendo las lecciones de experiencias realizadas en los países que han logrado extender su aplicación [51]. Tabla 2. Síntesis de tecnologías empleadas en los proyectos PAÍS

TECNOLOGÍAS EMPLEADAS EN LOS PROYECTOS

FUNCIÓN

SIRIA [35]

Internet por satélite, cámaras IP, computadoras portátiles, aplicaciones de comunicación como Viber, Skype y Whatsapp.

Intercambiar textos, imágenes, videos y audio con contenido médico.

ESTADOS UNIDOS [36]

Internet y dispositivos móviles (Tablets, Smarphones).

Interacción entre paciente y especialista a través de un entorno de mundo virtual.

ALEMANIA, SUIZA Y PAÍSES BAJOS [37]

VPN de Cisco WebEx para la transmisión de información médica.

Se usó para el teleneuromonitoreo, televigilancia y teleconsulta.

SUAZILANDIA [49]

Se desarrolló una plataforma web utilizando el CMS (Content Management System) WordPress con herramientas LMS (Learning Management System) en salas virtuales.

Realizar consultas médicas con especialistas que se encuentran fuera del país para el control del virus de inmunodeficiencia humana (VIH).

GUATEMALA [19]

Kit portátil de ultrasonido con un panel solar para la alimentación eléctrica.

Detectar complicaciones obstétricas.

COLOMBIA [39]

Se desplegaron sistemas de comunicación de voz y datos a baja velocidad a través de radios VHF en la sierra colombiana.

Brindar apoyo al equipo de campo a través de correo electrónico.

BOLIVIA [40]

Se desarrolló una plataforma web con tecnologías Microsoft que se conecta con un servidor RIS (Radiology Information System)/ PACS (Picture Archiving and Comunication System).

Realizar consultas médicas especializadas en teleradiología.

BRASIL [43]

Internet, Computadoras, Cámaras, aplicaciones de comunicación y videoconferencia.

Ofrecer consultas médicas.

Fuente: Elaboración de los autores

5. CONCLUSIONES La telemedicina es una herramienta utilizada no solo en los países desarrollados, sino también en aquellos que están en vía de desarrollo, principalmente por su versatilidad para ser aplicada en zonas alejadas de centros urbanos y de difícil acceso, gracias a los avances tecnológicos que contribuyen a la accesibilidad de la tecnología y la información, permitiendo la mejora de las comunicaciones. Sin embargo, aunque la telemedicina fue creada principalmente para brindar servicios de salud a distancia, hoy en día también se utiliza para la capacitación e intercambio de conocimientos, tanto de profesionales de la salud como de los mismos usuarios.

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La telemedicina contribuye a mejorar el acercamiento de los profesionales de la salud con sus pacientes, permitiendo disminuir las barreras que impiden la prestación del servicio, principalmente a los usuarios que se encuentran en zonas de difícil acceso. Es importante resaltar que la telemedicina ha sido usada en diferentes campos de aplicación de la salud, más aún, el avance de la tecnología permite monitorear el estado de salud de los pacientes y mejorar su calidad de vida gracias a la prestación a tiempo de servicios médicos especializados en regiones de difícil acceso, disminuyendo los gastos que provoca el traslado de pacientes hacia los centros médicos. Colombia no es ajena a la implementación de la telemedicina, pues se han desarrollado proyectos en varias especialidades médicas, en los que se ha podido atender a los pacientes de manera exitosa y a tiempo, por medio del uso de la TIC. Esta estrategia ha demostrado que es eficaz para complementar el sistema de salud colombiano; permite llegar a la población rural y supera las barreras geográficas del territorio. Colombia debe apostarle al aumento del uso de la telemedicina debido a la naturaleza de su relieve; convirtiéndola en uno de los ejes centrales para la prestación de los servicios de salud. Por ahora los avances en el campo de la salud gracias a las TIC, permiten agilizar el proceso de atención, sin embargo, aún se encuentra lejos de estar en la capacidad de sustituir las consultas médicas cara a cara, así mismo que los pacientes tengan que visitar, en algunos casos, los centros médicos especializados. 6. REFERENCIAS [1]

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Algoritmos aplicados en la programación de las cadenas de suministros para minimizar costos. Revisión de literatura* Algorithms applied in the programming of the supply chains to minimize costs. Literature Review Vanesa Ramírez Valencia** Santiago Ruiz Herrera*** Omar Danilo Castrillón Gómez****

RESUMEN El objetivo del presente estudio fue recopilar la información existente de las herramientas más utilizadas en la planeación de las cadenas de suministros, donde el propósito fundamental es la reducción de los costos. esto se realizó a partir de una aplicación web, llamada tree of science, en donde se encontraron diversas tendencias a partir de las referencias bibliograficas. la revisión brindó conclusiones sobre las investigaciones y aplicaciones de herramientas de inteligencia artificial e investigacion de operaciones, como algoritmos, metaheurísticas , programación lineal, programacion no lineal, programación dinámica y algunos hibridos. Igualmente, el estudio concluyó acerca de los temas más tratados, vacíos de conocimiento y sectores económicos objeto de estudio, así como la identificación de objetivos y variables utilizadas en las publicaciones. Por último, se presentaron las metodologías identificadas y las más relevantes de la literatura. Palabras claves: Cadena de suministro, Algoritmo, Metaheurística, Programación, Costos, Tree of Science, Inteligencia Artificial.

ABSTRACT The objective of the present study was to compile the existing information of the most used tools in supply chain planning, in which the fundamental purpose is cost reduction. This was done from a web application called Tree of Science, in which several tendencies were found from the bibliographical references. The review provided conclusions on research and applications of artificial intelligence and operations research tools such as algorithms, metaheuristics, linear programming, nonlinear programming, dynamic programming and some hybrids. Likewise, the study concluded on the most treated topics, knowledge gaps and economic sectors under study, as well as the identification of objectives and variables used in publications. Finally, the methodologies identified and most relevant in the literature were presented. Keywords: Supply chain, algorithm, metaheuristics, programming, costs, Tree of Science, artificial intelligence.

Como citar este artículo: V. Ramírez Valencia, S.Ruiz Herrera, O. D. Castrillón Gómez, “Algoritmos aplicados en la programación de las cadenas de suministros para minimizar costos. Revisión de literatura”. Ingeniare, Nº. 20, pp. 121-133, 2016.

* Algoritmos aplicados en la programación de las cadenas de suministros para minimizar costos. Revisión de literatura, Dirección de Producción y Operaciones, Vanesa Ramírez Valencia. ** Magíster en Ingeniería. Estudiante del Doctorado en Ingeniería – Industria y Organizaciones de la Universidad Nacional de Colombia, Manizales. Calle 67 # 25 – 103 Apto 301. vramirezv@unal.edu.co *** Ph. D en Ingeniería. Profesor asociado del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad Nacional de Colombia, Manizales. Campus la nubia, departamento de ingeniería Industrial. sruizhe@unal.edu.co **** Ph. D en Bioingeniería. Profesor titular del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad Nacional de Colombia, Manizales. Campus la nubia, departamento de ingeniería Industrial. odcastrillong@unal.edu.co

Fecha de recepción: 4 de mayo de 2016 • Fecha de aceptación: 30 de mayo de 2016 INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 121-133 • ISSN: 1909-2458

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Algoritmos aplicados en la programación de las cadenas de suministros para minimizar costos. revisión de literatura

1. INTRODUCCIÓN Las cadenas de suministros o abastecimiento son un conjunto de actividades que se realizan a lo largo del canal de flujo, en las cuales la materia prima se convierte en producto terminado para el consumidor final [1]. Cada proceso de la cadena de suministros incurre en unos costos, que por su relevancia han llevado a realizar varios estudios entorno a la competitividad de las organizaciones [2]. Considerando la importancia de las operaciones de distribución, producción, inventarios, almacenamiento, entre otros, se genera un interés por parte de la comunidad académica por encontrar soluciones que minimicen los costos a partir de la programación de cada proceso de la cadena de abastecimiento. De aquí la necesidad de revisar la literatura ya existente y determinar el enfoque de las investigaciones hacia qué soluciones apuntan y los puntos específicos de la cadena de suministros en los que se enfocan los diferentes autores. Por lo tanto este artículo se centra en identificar qué tipo de herramientas de inteligencia artificial utilizan los investigadores para dar solución a los problemas planteados, enfocados en la minimización de costos en cada proceso. Este artículo muestra tendencias actuales, estudios previos y vacíos detectados a lo largo del análisis de los autores, para tener más claridad sobre el estado actual de las investigaciones con respecto a la minimización de costos en la programación de la cadena de suministros, con soluciones enfocadas a la aplicación de metodologías basadas en inteligencia artificial. Se encontraron cuatro revisiones de literatura previas, tres de ellas tratan la integración de la producción y distribución, la última trata la producción de manera independiente. Estas revisiones se mencionan posteriormente en el desarrollo del artículo. Por último se destaca la metodología de revisión de literatura sistemática que utiliza una aplicación web, Tree of Science [3], la cual construye una clasificación en raíz, tronco y hojas, a partir de unas referencias, tomando como criterio las redes de citaciones. Se puede encontrar en el presente análisis unos resultados y discusiones, los cuales brindan generalidades principales de los artículos, vacíos de conocimiento y temas tratados clasificándolos por grupos de autores identificados. Así mismo, se puede observar en las conclusiones los aspectos más relevantes detectados de toda la revisión de los artículos y los temas principales hallados según la clasificación brindada por la metodología utilizada. 2. METODOLOGÍA Con la intención de generar una búsqueda sistemática de literatura, se utilizó la aplicación web, Tree of Science (ToS) descrito por [3]. Esta herramienta desarrolla el análisis de las referencias a través de la redes de citaciones, donde se evalúan los artículos de acuerdo a tres indicadores: grado de entrada, intermediación y grado de salida, donde los artículos con grado de entrada alto y salida cero, se les ha denominado raíces; los artículos con un grado de intermediación alto se les ha denominado tronco; por último, los artículos que tengan un grado de salida alto y un grado de entrada cero, se les ha denominado

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hojas. Con esta metodología se realizó en primer lugar la ecuación de búsqueda, que es la siguiente: Supply chain Y Algorithm Y Scheduling Y costs, en la cual en cada palabra se buscó desde el tema. Esta ecuación se ingresó a la base de datos Web of Science (WoS), esta búsqueda se realizó el 17 de febrero del 2016 e identificó 265 artículos. Con la ayuda de la aplicación web (ToS), se subieron los 265 artículos encontrados en el Web of Science a la herramienta y se generó el árbol de dicha búsqueda (ver Figura 1), que contiene los 80 artículos más relevantes según un análisis de la redes de citaciones interno de la herramienta. De allí se realizó una revisión detallada de estos, comenzando por los 10 de las raíces y los 10 del tronco, y luego se escogieron de los 60 de las hojas sólo los pertinentes al tema, de esta manera se construyó la revisión necesaria para la sustentación del presente trabajo.

Figura 1. Árbol generado con la ecuación de búsqueda. Fuente: Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales.

Adicional a la metodología ya planteada, para las conclusiones generales, se realizó un análisis de todos los artículos integrados (raíz, tronco y hojas), en donde se detectaron tendencia generales y vacíos de conocimiento a partir de todos los artículos analizados en el presente trabajo. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Con la metodología de la revisión de la bibliografía ya mencionada, en las soluciones algorítmicas aplicadas a las cadenas de abastecimientos, se encontraron las siguientes condiciones especiales: Los artículos ubicados en la raíz, son los que dan soportes a toda la revisión literaria, en estos se encuentran tres artículos de revisión [4], [5], [6], Los dos primeros centran su atención en la integración de la producción y distribución, mientras que el último se centra únicamente en la producción.

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Esta diferencia también se nota en el resto de artículos revisados, autores como [7], [8], [9], [10], buscan en su desarrollo la integración de la producción y distribución, a diferencia de [11], [12], los cuales sólo desarrollan sus investigaciones desde la producción. Es importante destacar que la variable tiempo utilizada como entrada a los sistemas, toma gran relevancia y es altamente estudiada, ya que autores como [7], [11], [8], [9] la desarrollan, convirtiéndola en una variable a la que el 44% de los autores agrupados en las raíces le dan un gran valor en sus estudios. Analizando los artículos que se encuentran en el tronco, se nota una variación importante, ya que sólo se encuentra uno que consta de una revisión de literatura, [13], que se centra principalmente en la integración de la producción y distribución. En esta parte de la revisión se evidencia un componente adicional, el estudio de la distribución sin ninguna integración, como lo hacen los autores [14], [15], [16]. Pero sin dejar de lado la importancia y peso que tiene el estudio de la integración de diferentes eslabones de una cadena de abastecimiento, en donde el 55 % de los artículos ubicados en el tronco, se centran en los estudios de integración de la distribución y producción ([17], [18], [19], [20], [21]). Los artículos mencionados en esta sección son de gran relevancia ya que son los autores que se han tomado como referentes en el transcurso del tiempo. En la parte de las hojas, podemos observar también diferentes focos de estudio en donde autores como [22], [23], [24], [25], [26], centran sus investigaciones únicamente en el eslabón de producción, representando un 14% de los artículos seleccionados de las hojas. Cabe anotar que en este punto se comienzan a ver diferenciadas metodologías específicas para la solución de estas investigaciones como lo son la programación lineal y el algoritmo genético. Un punto adicional que se quiere destacar radica en la gran diferencia con los artículos revisados en las raíces. Los estudios centrados sólo en el tema de distribución comprenden el 45% de los artículos es esta sección. Se puede observar que los autores centrados en el tema de distribución tienen un gran énfasis en el estudio y optimización de inventarios, en donde el 50% de los artículos, como [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], lo tratan y buscan soluciones adecuadas para los inventarios mencionados. Para los autores que se centran en los temas de distribución, la disminución de costos es uno de los resultados esperados en sus investigaciones, como lo mencionan [35], [36], [37], [38], en donde en cada uno de sus artículos, la reducción de costos es de vital importancia y es el objetivo principal del estudio desarrollado. Se puede concluir que no se tiene una metodología predominante en los estudios que se centran en el eslabón de distribución específicamente, ya que se presentan metodologías tales como algoritmos evolu-

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tivos, como lo desarrollan [39], [27]. También se encuentra la programación no lineal, como lo mencionan [40], [31], [32]. Así mismo metodologías como la multi-objetivo desarrollada por [41], o la programación mixta como lo menciona [42]. Por ultimo cabe destacar la metodología de algoritmo genético que genera avances significativos y que desarrollan autores como [30], [38], [33]. Como metodologías adicionales se encuentran la programación lineal, colonia de hormigas, entre otras relevantes, a las que diferentes autores también hacen referencia (40% o 14 de los artículos revisados en las hojas). A partir del resto de artículos ubicados en las hojas, se encuentra que el 40% de éstos realizan sus investigaciones a partir de la integración de la producción y distribución, como lo realizan [43], [44], [45], en donde su principal problema de investigación está centrado en dicha integración. Es importante destacar, como se vio en los artículos definidos en el tronco, la relevancia que toma el tema de inventarios. Como lo definen autores como [46], [47], [48], [49], [50], [51], una de las principales entradas a los sistemas son los inventarios, desde diferentes puntos de vista pero con el mismo tema de fondo. Por ejemplo, [51] trata su tema desde inventarios multinivel, mientras [48] busca no tener inventarios intermedios. Así mismo, puede observarse el vínculo entre el estudio de los inventarios y la reducción de costos en los artículos agrupados en las hojas y que investigan los temas desde la integración de producción y distribución. Autores como [46], [47], [50], entre otros, integran los inventarios como una entrada y buscan la reducción de costos en sus resultados. Es importante destacar que autores como [52], [53], quienes buscan también una reducción de costos como los autores anteriores, no tratan el tema de inventarios directamente, sino que buscan como entrada principal el tiempo y de ahí el estudio se centra en su optimización. En cuanto a las metodologías identificadas en las hojas, desde la integración de la producción y distribución, resulta de gran relevancia el algoritmo genético. Como lo mencionan [54], [47], [46], su metodología de investigación está basada en este algoritmo. También la programación dinámica es relevante como la estudian [49], [44], quienes desarrollan sus artículos a partir de ésta. Es importante anotar que se desarrollan otras metodologías como la de colonia de hormigas [48], entre otros algoritmos. También se destaca la importancia que tiene el estudio de las necesidades de los clientes o sus demandas, en donde el 43% de los autores que abordan sus investigaciones desde la integración de la producción y distribución, ubicados en las hojas, toman dicha entrada como primordial. Desde los estudios desarrollados por [55], [56], [49], entre otros, se puede observar la relevancia que está tomando el cliente en la cadena de abastecimiento y la importancia de la satisfacción del mismo. Como se puede observar en la figura 2, la aplicación de algoritmos para la programación de la cadena de abastecimiento, con el fin de minimizar costos, es de importancia académica, ya que como se puede

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notar en los últimos años (2013, 2014 y 2015), ha sido un tema bastante tratado y de interés académico que ha ido en crecimiento.

Figura 2. Publicaciones por año. Fuente: Elaboración propia.

El 7,5 % de los artículos vinculados a esta investigación se centraron en algo similar a lo desarrollado en este trabajo, que consta de una revisión bibliográfica de temas enfocados a las cadenas de suministros y minimización de costos en algún punto de la cadena, lo cual es significante en cuanto que se ha despertado el interés de diferentes investigadores por saber cuáles son los estudios previos en el tema y realizar la revisión necesaria. De este 7,5% mencionado vale la pena destacar la revisión realizada por [13]; en donde se centra en productos con ciclos de vida cortos y le da una visión diferente a su revisión, también se puede mencionar la revisión de [4], [5], las cuales no se centran en un eslabón de la cadena de abastecimiento, si no en la integración entre producción y distribución. Por otro lado, el mayor porcentaje de investigadores, según los artículos revisados, se centran en la integración de la producción y distribución con un 47% (23 artículos), como se observa en la Figura 3. Esto se puede dar por la creciente importancia de tener ligada la cadena de abastecimiento y generar minimizaciones por la integración de la misma.

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Figura 3.Enfoques de los artículos. Fuente: Elaboración propia.

Cabe destacar autores como [18], quienes integran los pedidos a los clientes, las plantas de producción y los centros de distribución para encontrar la programación de pedidos de la manera más óptima. Autores como [48] integran la producción y distribución, pero con la condición especial de tener lo mínimo de inventarios intermedios en la cadena de abastecimiento, con estas condiciones proponen un algoritmo de optimización mediante colonia de hormigas en donde integran estos dos eslabones. De esta manera se observa como conclusión, que los investigadores prefieren abordar temas ligados a dos eslabones de la cadena, que enfocarse en un solo eslabón. Observando los puntos de investigación se tiene que solo un 14% de los autores investigados toman esta programación sólo desde el enfoque de producción (Figura 3) sin tener afectación con algún otro eslabón, como lo mencionan [12], en donde su objetivo principal es la minimización del tiempo y número de máquinas, pero no aborda temas por fuera de la producción. Así mismo se encontró que el 39% de los autores revisados se centran en el tema de distribución sin tener en cuenta la producción o pasándola a un nivel poco relevante (Figura 3) en la investigación global. De esta manera se puede determinar que hay un poco más de peso en los estudios de distribución al momento de tratar los temas por separado o sin implicaciones en un punto distinto de la cadena de abastecimiento. Se destacan autores como [15], los cuales generan programación por flow shop con múltiples ventanas de tiempo, tratando de generar el menor costo posible y autores como [36], quienes se centran en la distribución específicamente pero desde el tema de sub contrataciones, lo cual genera una condición especial y valiosa en el estudio. Cabe destacar que del 39% de los autores que se enfocan sólo en el tema de la distribución, un 47% de ellos lo ligan al tema de inventario y lo toman en cuenta como un punto primordial en el estudio. Como lo mencionan [27], el costo de inventario es de vital importancia en la solución planteada.

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Es importante destacar que el tema de inventarios se encuentra en artículos recientes, con un intervalo de años del 2011 al 2015, en donde se da a entender que es una tendencia que está creciendo y que se aborda en la actualidad, ya que los artículos de años anteriores con esta tendencia son muy pocos. Adicionalmente, es importante mencionar que el sector económico en el que se centran los estudios revisados no tiene un porcentaje significativo en alguno en específico. Tenemos sectores como el de los ensambles, que los estudian [21], y alguno que toma un poco de relevancia como lo son el de productos con ciclos de vida cortos, ya que autores como [18], [13], [15], [32], se enfocan en ellos y los tratan en todas sus investigaciones. Los sectores como el informático ([7], [ 32], [54]) que algunos autores desarrollan, no es muy estudiado pero se puede destacar, aunque en general no se tiene un sector específico a destacar. Con el propósito de generar conclusiones a partir de los resultados que surgen de las investigaciones revisadas, se puede tener como principal resultado en la mayoría de artículos la optimización de los costos, ya sea en un solo eslabón de la cadena de abastecimiento o en la integración de varios, puede ser con diversas metodologías planteadas por los autores o en sectores distintos enfocados a operaciones particulares, en su mayoría los resultados deseados convergen en la optimización de los costos con un 28% de ellos. Adicional a esto se encuentra un 26% que busca la reducción de los costos de distribución específicamente y un 9% que busca la reducción de los costos de producción. Adicional a los temas tratados, se analizaron las variables de entradas a los sistemas de manera general. Como se observa en la Figura 4, se tiene el tiempo con un 47% de los autores identificando esta entrada como una variable necesaria en sus estudios, las condiciones de los proveedores con un 17%, el número de máquinas con un 23%, el número de vehículos con un 15%, el nivel del servicio al cliente con un 9%, la ubicación y capacidad de los centros de distribución con un 11%, lotes con un 15%, almacenamiento 9% y las demandas de los clientes con un 26%. Cabe mencionar otras variables no muy usadas pero identificadas, como lo son fechas de vencimiento, capacidad de transporte, capacidad y costo de carga, rutas de los vehículos, puestos de trabajo.

Figura 4.Porcentaje de artículos que tratan cada entrada a los sistemas. Fuente: Elaboración propia.

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Se observan las metodologías usadas en el cumplimiento de los objetivos de las investigaciones, en donde el algoritmo genético, con un 17% de los autores utilizándolo, se vuelve valioso. Como ejemplo principal tenemos a [25], quien aplica algoritmos genéticos para generar una secuencia de distribución óptima, que minimiza el costo de inventario del distribuidor bajo la restricción impuesta por el fabricante, ya que trabaja bajo metodología justo a tiempo. Encontramos metodologías como programación lineal, programación no lineal, programación mixta y algoritmo polinómico, las cuales tienen una representación del 7,5%. También se pudieron observar metodologías como la colonia de hormigas, algoritmo pseudo-polinomio y programación dinámica con un 6%. Cabe anotar que se identificaron otras metodologías menos utilizadas por los autores analizados, pero que valen la pena mencionar, como lo son: algoritmo evolutivo, algoritmo híbrido, multi – objetivo, algoritmo seudo-polinomio, entre otras. Concluyendo, existe gran cantidad de metodologías basadas en algoritmos que se pueden aplicar para desarrollar investigaciones en la optimización de costos en la cadena logística. 4. CONCLUSIONES La clasificación principal de la revisión de la literatura se centra en la aplicación web Tree of Science, que provee una visión distinta según el análisis de la redes de citaciones de la herramienta. Desde la metodología principal definida se pueden encontrar diferencias importantes, en donde los artículos ubicados en las raíces, no estudian la distribución como punto independientes, los estudios principales se centran en la integración de la producción y distribución o la producción solamente. A diferencia de los artículos ubicados en el tronco en donde el 55% de ellos lo realizan en la integración de la producción y distribución pero estudian también cada uno de manera independiente. Por otro lado, en la hojas podemos encontrar la misma integración de los eslabones y cada uno independiente, la gran diferencia radica en la distribución como estudio independiente, y toma gran fuerza con un 45% de los artículos revisados. Partiendo del análisis general de la literatura, puede concluirse que lo más estudiado es la integración de los dos eslabones (producción y distribución), con un 47%, por otro lado se encuentra únicamente un 7,5% de revisiones literarias, lo cual se considera poco dada la diversidad de literatura encontrada. Adicional a esto, el tema de inventarios toma gran relevancia en los estudios recientes. Lo tratan los autores desde diferentes perspectivas pero con el mismo tema principal, en su mayoría con aplicación en estudios recientes. No se tiene un sector económico en el que se centren las investigaciones, se tiene gran diversidad de estos, yendo desde el sector informático hasta productos alimenticios. A partir de los objetivos principales de las investigaciones, se puede destacar que a pesar de la cantidad de objetivos encontrados, la optimización de los costos es el más significativo y se pretende obtener en la mayoría de investigaciones.

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Adicional a esto se puede concluir que la variable de entrada más relevante es el tiempo, con diversas modificaciones pero con la misma variable. Como última conclusión se destaca la gran cantidad de metodologías que se pueden aplicar a este tipo de problemas de investigación, entre los que se destacan los algoritmos genéticos como la más usada, seguido de metodologías como programación lineal, programación no lineal, programación mixta y algoritmo polinómico. Adicionalmente se ven las colonia de hormigas, algoritmo pseudo-polinomio y programación dinámica, y por último y menos desarrolladas según los artículos analizados, son los algoritmos evolutivos, algoritmo híbrido, multi – objetivo, algoritmo seudo-polinomio, entre otras. Como futuras líneas de investigación, se propone darle más enfasis al estudio del sector económico en el que se realizan las investigaciones. Igualmente, debe haber mayor interés en los productos con ciclo de vida corto o con restricciones de tiempo ajustadas, ya que necesitan unas condiciones especiales en las entradas a los sistemas mucho más exigentes en algunas variables. Esto con el propósito de aumentar el nivel de conocimiento y la literatura especializada en el tema. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] [2]

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[43] B. Y. Cheng, J. T. Leung, K. Li, y S. L. Yang, “Single batch machine scheduling with deliveries.” Naval Research Logistics (NRL), Vol. 62, no. 6, pp. 470-482, 2015. [44] C. C. Chern, y I. C. Yang, “A heuristic master planning algorithm for supply chains that consider substitutions and commonalities.” Expert Systems with Applications, Vol. 38, no. 12, pp. 1491814934, 2011. [45] T. M. Choi, W. K. Yeung, y T. C. E. Cheng, “Scheduling and co-ordination of multi-suppliers singlewarehouse-operator single-manufacturer supply chains with variable production rates and storage costs.” International Journal of Production Research, Vol. 51, no. 9, pp. 2593-2601, 2013. [46] C. C. Chern, S. T. Lei, y K. L. Huang, “Solving a multi-objective master planning problem with substitution and a recycling process for a capacitated multi-commodity supply chain network.” Journal of Intelligent Manufacturing, Vol. 25, no. 1, pp. 1-25, 2014. [47] O. Grunder, D. Wang, y A. El Moudni, “Production scheduling problem with delivery considerations in a mono-product supply chain environment to minimise the total joint cost.” European Journal of Industrial Engineering, Vol. 7, no. 5, pp. 615-634, 2013. [48] Y. C. Chang, V. C. Li, y C. J. Chiang, “An ant colony optimization heuristic for an integrated production and distribution scheduling problem.” Engineering Optimization, Vol. 46, no. 4, pp. 503-520, 2014. [49] S. Li, X. Zhong, H. Li, y S. Li, “Batch delivery scheduling with multiple decentralized manufacturers.” Mathematical Problems in Engineering, 2014, 2014. [50] Y. C. Chang, K. H. Chang, y T. K. Chang, “Applied column generation-based approach to solve supply chain scheduling problems”. International Journal of Production Research, Vol. 51, no. 13, pp. 4070-4086, 2013. [51] B. Abdul-Jalbar, J. M. Gutiérrez, y J. Sicilia, “Policies for a single-vendor multi-buyer system with finite production rate”. Decision Support Systems, Vol. 46, no. 1, pp. 84-100, 2008. [52] C. A. Ullrich, “Supply chain scheduling: makespan reduction potential.” International Journal of Logistics Research and Applications, Vol. 15, no. 5, pp. 323-336, 2012. [53] R. F. T. Neto, M. Godinho Filho, y F. M. da Silva, “An ant colony optimization approach for the parallel machine scheduling problem with outsourcing allowed.” Journal of Intelligent Manufacturing, Vol. 26, no. 3, pp. 527-538, 2015. [54] J. Tang, K. L. Yung, A. W. Ip, S. Liu, “Synchronized production and transportation planning using subcontracted vehicles in a production-distribution network.” Transportation Planning and Technology, Vol. 30, no. 2-3, pp. 113-146, 2007. [55] G. Wang, y L. Lei, “Integrated operations scheduling with delivery deadlines.” Computers & Industrial Engineering, Vol. 85, pp.177-185, 2015. [56] E. Cakici, S. J. Mason, H. N. Geismar, y J. W. Fowler, “Scheduling parallel machines with single vehicle delivery.” Journal of Heuristics, Vol. 20, no. 5, pp. 511-537, 2014.

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 121-133 • ISSN: 1909-2458

INSTRUCCIONES PARA LOS AUTORES I. LINEAMIENTOS GENERALES - REVISTA INGENIARE Ingeniare es una revista creada para la divulgación de los resultados de la investigación realizada en las distintas áreas de la Ingeniería y ciencias afines, emitida con una periodicidad semestral. La Revista se ocupa de la publicación de artículos científicos producto de la investigación, sea esta básica o aplicada, siempre que procuren el desarrollo científico en los campos del saber relacionados con la Ingeniería. De esta forma, Ingeniare pretende contribuir con la difusión e intercambio del conocimiento en los escenarios nacionales e internacionales, abriendo un espacio para la visibilidad de la producción científica, buscando también su consolidación como una fuente reconocida de consulta dentro de la comunidad académica y científica. La Revista Ingeniare es editada por la Facultad de Ingeniería de la Universidad Libre, Seccional Barranquilla. Actualmente, se encuentra indexada en la categoría C ante Publindex-Colciencias. II. TIPOS DE ARTÍCULOS Con el fin de cumplir con los criterios de calidad científica requeridos por el Comité Editorial de la Revista Ingeniare, los artículos presentados deben cumplir con la siguiente tipología: •

Artículo de investigación e innovación. Documento que presenta la producción original e inédita, publicada en una revista de contenido científico, tecnológico o académico, resultado de procesos de investigación, reflexión o revisión, que haya sido objeto de evaluación por pares. Los artículos de investigación e innovación abarcan la siguiente subclasificación: °

Artículos de Investigación científica y tecnológica: Documento que presenta, de manera detallada, los resultados originales de proyectos terminados de investigación. La estructura generalmente utilizada contiene cuatro apartes importantes: introducción, metodología, resultados y conclusiones.

Artículos de reflexión: Documento que presenta resultados de investigación terminada desde una perspectiva analítica, interpretativa o crítica del autor, sobre un tema específico, recurriendo a fuentes originales.

Artículo de revisión: Documento resultado de una investigación terminada donde se analizan, sistematizan e integran los resultados de investigaciones publicadas o no publicadas, sobre un campo en ciencia o tecnología, con el fin de dar cuenta de los avances y las tendencias de desarrollo. Se caracteriza por presentar una cuidadosa revisión bibliográfica de por lo menos 50 referencias.

•

ArtÍculo corto. Documento breve que presenta resultados originales preliminares o parciales de una investigación científica o tecnológica, que por lo general requieren de una pronta difusión. INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 134-138 • ISSN: 1909-2458

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III. ESPECIFICACIONES Los artículos que aspiran a la publicación en esta Revista deben remitirse vía e-mail, a los correos e lectrónicos revistaingeniare@unilibrebaq.edu.co o rdelahoz@unilibrebaq.edu.co, junto con una carta de presentación del autor o autores firmada y dirigida al Comité Editorial de la Revista, indicando el título completo del trabajo y tipo de artículo, nombre del proyecto en que trabaja (si es investigador) y nombre del grupo de investigación al que pertenece. La carta debe certificar la originalidad y el carácter inédito del artículo al tiempo que su exclusividad para la Revista Ingeniare. IV. PROCEDIMIENTO DE ENTREGA DE ARTÍCULOS RECEPCIÓN: El artículo se debe entregar, en formato impreso (original y dos copias) y en medio magnético, en archivo Word para Windows, igual para los cuadros y los gráficos en Excel, al Editor de la Revista, quien realiza una evaluación preliminar con el Comité Editorial. V. EVALUACIÓN El Editor de la Revista enviará los diferentes artículos a pares evaluadores para que emitan un concepto profesional de la calidad del documento, así: Artículo publicable, artículo publicable con ajustes por parte del autor, artículo rechazado. El Comité Editorial tendrá en cuenta estos conceptos para su publicación. De todas maneras, se comunicará a los autores sobre la decisión tomada. VI. REDACCIÓN Los artículos deben cumplir con lo expuesto a continuación: •

Deben escribirse en computador en papel tamaño carta (21,6* 27,9 cm), a espacio y medio incluyendo resumen, tablas, diagramas, figuras y referencias, etc. El artículo debe estar dentro de un margen de 2,5 cm en todos los lados.

•

Los artículos deben redactarse con un alto nivel de corrección sintáctica, sin errores ortográficos ni de puntuación y que evidencien una precisión y claridad en las ideas.

•

Cada una de las tablas que aparezca en el documento en Word debe estar elaborada en Hoja de Cálculo, preferiblemente Excel.

•

Las fotografías que apliquen para ser vinculadas al documento deben estar adjuntas en una carpeta digital independiente llamada imágenes en formato JPG.

VII. ESTRUCTURA Los artículos presentados a la Revista Ingeniare deben llevar la siguiente estructura: •

Título: Letra Arial 14, centrado y en mayúscula sostenida. Deberá referenciar a pie de página, título de la investigación, grupo y línea de investigación y nombre del investigador principal. El título debe ser presentado en español e inglés.

•

Nombre completo del autor(es): Letra Arial 12 y pie de página en Arial 10 especificar sus títulos académicos, afiliación institucional, dirección de correspondencia y e-mail; grupo y línea de investigación al que pertenece si se trata de un artículo de investigación.

•

Resumen: Letra Arial 12 en mayúscula y centrado; debe contener entre 100 y 150 palabras, redactado en tercera persona y en tiempo pasado. Evite las citas textuales, las abreviaturas y las referencias bibliográficas.

INGENIARE, Universidad Libre-Barranquilla, Año 12, No. 20, pp. 134-138 • ISSN: 1909-2458

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•

Abstract: El mismo contenido del resumen, escrito en idioma inglés.

•

Palabras clave: Letra Arial 12, de 5 a 10 palabras que representen el contenido del documento.

•

Keywords: Son las mismas palabras clave escritas en el idioma inglés.

•

Desarrollo del documento: 1. Introducción. 2. Metodología. 3. Resultados y discusión. 4. Conclusiones y 5. Referencias Bibliográficas. Si es necesario podría incluirse un apartado referido a aspectos conceptuales o teóricos; cada sección debe titularse usando en orden arábigos (1.2.3…) el numeral y el título Arial, en negrilla y en tamaño y fuente 12 texto Arial en mayúscula.

•

Tablas, Diagramas y Figuras: Deben estar en Arial 8 y especificar su fuente en pie de las mismas.

•

Referencias Bibliográficas: Corresponden a los textos citados o referenciados en el artículo y deben aparecer al final del mismo. Cada cita textual o de sentido debe indicarse en números arábigos encerrados entre corchetes [ ], y en orden de aparición en el texto. Seguir el formato de norma IEEE (Ver sección VIII).

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Para las referencias bibliográficas se empleará el estilo definido por la IEEE, la cual emplea la asignación de un número consecutivo, encerrado entre corchetes, de acuerdo al orden de aparición dentro del documento. Este número debe corresponder a la fuente colocada en el listado final de referencias bibliográficas, organizando la información según su naturaleza así: • Libros [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s). Nombre del libro en cursiva, n°. edición, Ciudad de publicación, País: Editorial, año, capítulo (opcional), sección (opcional), páginas consultadas. Ejemplo: [1] S.N. Neftci, Ingeniería financiera. Ciudad de México, México: McGraw-Hill, 2008, pp. 430-550. • Capítulo de libro con editor principal [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s). “Nombre del capítulo del libro entre comillas”, en Nombre del libro en cursiva, n°. edición, Ciudad de publicación, País: Editorial, año, capítulo (opcional), sección (opcional), páginas consultadas. Ejemplo: [2] F. Castrillón y R. Carvajal, “Materiales y diseño”, en Introducción a la Ingeniería Sanitaria, Z. Domínguez, Comp., Madrid: La muralla, 2007, pp. 99-114. • Referencia de publicación seriada [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s). “Nombre del artículo entre comillas”, en Nombre de la publicación seriada, Vol. x, n°. x, páginas consultadas, Abreviatura de la publicación seriada (opcional), mes/ periodo, año. Ejemplo: [3] C. Luna Amaya, “Modelo del proceso de desarrollo de productos en empresas del sector metalmecánico de Barranquilla en la perspectiva de la Ingeniería Concurrente”, Ingeniería y Desarrollo, n°. 21, pp. 11-25, ene-jul., 2008.

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• Artículo de revista electrónica [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s). (Año, mes, día). Nombre del artículo. Nombre de la revista en cursiva [Tipo de medio]. n°. Vol. (n°. ejemplar), páginas consultadas. Disponible en: http://www.direcciónweb Ejemplo: [4] J. Areito Bertolín y A. Areito Bertolín. (2009, abr). Test de penetración y gestión de vulnerabilidad, estrategia clave para evaluar la seguridad. Revista Española de Electrónica [En línea]. (653), 1. Disponible en: http://www. redeweb.com/_txt/653/abril_2009.pdf • Artículo presentado en una conferencia [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s), “Nombre del artículo entre comillas”, presentado en Nombre de la conferencia, Ciudad de la conferencia, Abreviatura de la conferencia (opcional), País, mes, año. Ejemplo: [5] H. Wells, “Transportación cuántica”, presentado en 2ª Conferencia Internacional de Física cuántica aplicada, Boston, USA, febrero, 1954. • Si la conferencia publica sus memorias en línea [Número asignado] Iniciales del nombre del autor, apellido(s), “Nombre del artículo entre comillas”, presentado en Nombre de la conferencia. [Tipo de medio]. País, mes, año. Disponible en: http://www.direcciónweb Ejemplo: [6] S. Ortega, “Descubrimientos en crimen electrónico”, presentado en Conferencia internacional para la investigación del crimen 2007. [En línea]. Marzo, 2001. Disponible: http://www.iconocast.com/S00008/G6/News1.htm • Libro electrónico [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s). (Año, mes, día). Nombre del libro (n°. edición) [Tipo de medio]. Disponible en: http://www.direcciónweb Ejemplo: [7] R. Ferrer Puig. (2011). Propiedades psicométricas del instrumento de valoración de Riesgos Psicosociales del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (FPSICO) [En línea]. Disponible en: http://www.insht.es/ InshtWeb/Contenidos/Documentacion/NOVEDADES%20EDITORIALES/FPsico/Informe%20justificación.pdf • Tesis, tesinas y trabajos de grado [Número asignado] Iniciales del nombre del autor. Apellido(s), “Nombre de la tesis/tesina/trabajo de grado”, Tesis Ph.D. (o M.Sc. o trabajo de grado) abreviatura del programa, abreviatura de la universidad, Ciudad de la universidad, país, año. Ejemplo: [8] J. O. Williams, “Narrow-band analyzer”, Tesis Ph.D., Dept. Ing. Eléc., Univ. Harvard, Cambridge, MA, 1993.

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CLÁUSULA DE CESIÓN DE LOS DERECHOS PATRIMONIALES DE AUTOR CEDENTE: ______________________________________________________ CESIONARIO: Revista Ingeniare de la Facultad de Ingeniería, Universidad Libre Seccional Barranquilla. ISSN 1909-2458 Yo en calidad de autor del artículo titulado:________________________________________________________ , __________________________________________________________________________________________ que se publicará en la edición No. ____ de la Revista Ingeniare de la Universidad Libre Seccional Barranquilla, manifiesto que cedo a título gratuito la totalidad de los derechos patrimoniales de autor derivados del artículo en mención a favor de la citada publicación. El cedente declara que el artículo es original y que es de su creación exclusiva, y no existe impedimento de ninguna naturaleza para la cesión de derechos que está haciendo, y responderá además por cualquier acción de reivindicación, plagio u otra clase de reclamación que al respecto pudiera presentarse. En virtud de la presente cesión, el CESIONARIO queda autorizado para copiar, reproducir, distribuir y publicar el artículo objeto de la cesión, por cualquier medio digital, electrónico o reprográfico, y está obligado a respetar en todo caso los derechos morales del autor contenidos en el Artículo 30 de la Ley 23 de 1982. Se firma en señal de aceptación a los_____ días del mes de ______________ del año _______ _________________________ CEDENTE