Revista cuaderno activa. Enero - diciembre 2018

ISSN: 2027-8101

Enero - Diciembre 2018

REVISTA CIENTÍFICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

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REVISTA CIENTÍFICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

REVISTA CIENTÍFICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

ISSN: 2027-8101 e-ISSN: En tramite Número 10, Enero-Diciembre de 2018 Periodicidad Anual Lorenzo Portocarrero Sierra Rector Elimeleth Asprilla Mosquera Vicerrector Académico Fabio Alberto Vargas Agudelo Director de Investigación Juan Camilo Giraldo Mejía Decano Facultad de Ingeniería

Antonio Silva Sprock. Ph.D. en Management Science.

Universidad Central de Venezuela, Venezuela.

María Isabel Marín Cerón. Ph.D. Ciencias de la Tierra e Ingenieria Ambiental.

Universidad Eafit. Medellín, Colombia.

Lina Isabel Ceballos Bonilla. Ph.D.(c) en Earth and Atmospheric Sciences.

Georgia Institute of Technology, United States.

COMITÉ EDITORIAL Adela Tatiana Rodríguez Chaparro, Ph.D. en Ingeniería Hidráulica y Saneamiento. Universidad Militar Nueva Granada.

Bogotá, Colombia.

Ricardo de Jesús Botero Tabares Líder grupo Investigación GIISTA

Jorge Alberto Villalobos Salcedo, Ph.D. en Informática.

Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia.

Jorge Ignacio Montoya Restrepo Líder grupo Investigación INTEGRA

Alejandro Rincón Santamaría, Ph.D. en Ingeniería.

Universidad Católica de Manizales. Manizales, Colombia.

DIRECCIÓN EDITORIAL Johnny Valencia Calvo, Ph.D. en Sistemas y Ciencias de la Computación.

Tecnológico de Antioquia -IU EDICIÓN Y CALIDAD Yessenia Lisbeth Villamizar Jaimes Ingeniera Agroindustrial COMITÉ CIENTÍFICO Gerard Olivar Tost, Ph.D. en Matemática Aplicada.

Universidad Nacional de Colombia, Colombia.

Paola Britos. Ph.D. en Ciencias Informáticas.

Universidad de Río Negro, Argentina.

Ruby Lizeth Pérez Muñoz. Ph.D. en Química Biorgánica.

Universidad ICESI. Cali, Colombia.

Fredy Edimer Hoyos Velasco, Ph.D. en Ingeniería.

Universidad Nacional de Colombia. Medellín, Colombia.

Gonzalo Llano Ramírez, Ph.D. en Telecomunicaciones.

Universidad ICESI. Cali, Colombia.

Alicia Martínez Rebollar, Ph.D. en Informática, Ph.D. en Investigación en Informática y Telecomunicaciones.

Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico(CENIDET), México.

María Cristina Peñuela Mora, M.Sc. Forest Resources Management.

State University of New York, United States.

COMITÉ ARBITRAL

Leimer Yohan Carvajal Cardona, Ingeniero Agroindustrial.

Eddy Janneth Mesa Delgado, MSc. En ingeniería de sistemas.

Universidad Nacional de Colombia.

Gersson Fernando Barreto Sandoval, PhD(c). En Ingeniería Civil. Universidade Estadual De Londrina

Johanna Marcela Orozco C, PhD. En Ingeniería-Sistemas e Informática. Universidad de Antioquia.

Rafael Ricardo Rentería, PhD. en Ciencias Económicas. UNAD.

Yee Wan Yung Vargas, MSc. Ingeniería-Infraestructura y Sistemas de Transporte. Universidad Francisco de Paula Santander.

Mauricio Gonzalez, PhD En Ingeniería. Tecnológico de Antioquia.

Lizeth Marelly Alvarez Salas, PhD en Agroecología. Docente ocasional.

Laura Natalia Garavito Rincón, MSc.En Ingeniería Ambiental.

Universidad Santo Tomas Tunja.

Esteban Gálvez Ospina, Esteban Gálvez Ospina, Especialista en Gestión del Riesgo de Desastres. Profesor de Cátedra.

Mauricio Gonzalez Betancourt, PhD. En Ingeniería de Recursos Hidráulicos. Tecnológico de Antioquia.

Maritza Jiménez Zapata, MSc. En Ingeniería-Sistemas Energéticos. Universidad Nacional de Colombia.

Yosmary Chaparro Rico, MSc. En Modelado & Simulación.

Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano.

Jairo Alberto Arango Paniagua, Administrador Ambiental.

Juan David Rodríguez Trujillo, Especialista en Gerencia de la Salud Ocupacional. Fundación Universitaria María Cano.

Leyla Jaramillo Zapata, MSc. En ingeniería - Materiales y procesos. Tecnológico de Antioquia.

Luz Bibiana Moscoso Marín, MSc. En Desarrollo sostenible y medio ambiente. FAO Colombia.

Joe Sánchez Marín, MSc (c). En Ingeniería Ambiental.

Luisa Fernanda Grisales Rojas, MSc. En Ingeniería-Procesos Químicos y Biotecnológicos, EAFIT. Grupo de Investigación Biociencias Colmayor.

Paola Noreña, PhD(c). En Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia.

Carlos Castro Castro, MSc. En Ingeniería con Enfásis en Informática. Universidad Eafit.

INSTITUCIÓN EDITORA Tecnológico de Antioquia - Institución Universitaria.

Facultad de Ingeniería.

Calle 78B No. 72A – 220. Medellín - Colombia, Suramérica.

Teléfono: (+574) 4547038 DISEÑO, DIAGRAMACIÓN E IMPRESIÓN Divegráficas Ltda divegraficas@gmail.com Cra. 53 N° 54-30 Medellín, Colombia.

Tel.: 511 76 16 FOTOGRAFÍA Johnny Valencia Calvo

Los artículos publicados incorporan contenidos derivados de procesos de investigación, revisión y reflexión académica, que cumplen una función social, sin embargo, no representan los criterios institucionales del Tecnológico de Antioquia – Institución Universitaria. Los contenidos son responsabilidad exclusiva de los autores y cualquier observación o cuestionamiento sobre la originalidad de los textos, puede ser notificada al correo cuadernoactiva@tdea.edu.co y a los autores. El Tecnológico de Antioquia Institución Universitaria autoriza la reproducción parcial de los textos con fines exclusivamente académicos, dando estricto cumplimiento a las normas de referenciación bibliográfica en favor de los autores y de las instituciones editoras. Cualquier uso diferente, requerirá autorización escrita del director, y su omisión inducirá a las acciones legales dispuestas por las leyes internacionales sobre la propiedad intelectual y derechos de autor.

https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

Juan David Andrés Molina Benavides, Especialista en Interventoría de Proyectos y Obras. Universidad Antonio Nariño.

SITIO WEB http://ojs.tdea.edu.co/index.php/cuadernoactiva

José Daniel Morcillo Bastidas, PhD. En Ingeniería. Universidad Eafit.

CORREO cuadernoactiva@tdea.edu.co

Dario Enrique Soto Duran, PhD(c). En Ingeniería. Tecnológico de Antioquia.

Cuaderno Activa

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Contenido Presentación Presentation Editorial

9 10 11

Ingeniería de Sistemas

13

Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura Learning analytics: a systematic literature review Víctor Daniel Gil Vera

15

Propuesta de un método para desarrollar Sistemas de Información Geográfica a partir de la metodología de desarrollo ágil - SCRUM – Proposal of a method to Geographic Information Systems develop based on Scrum Julio Cesar Arias Becerra Claudia Elena Durango Vanegas

29

Estrategias, herramientas o técnicas utilizadas para vulnerar los instrumentos de medición del consumo de potencia de energía eléctrica en grandes clientes Strategies, Tools or Techniques Used to Vulnerate the Instruments of Measurement of Power Consumption of Electric Energy in Large Clients Carlos Alberto Bedoya Klaiss Jaime Gómez Arias Aixa Eileen Villamizar Jaimes

43

Ingeniería Ambiental

51

Las actividades ilegales de los actores armados del conflicto, que han sido fuente de desastres ambientales en Colombia The illegal activities of the armed actors of the conflict, which have been source of environmental disasters in Colombia Javier Augusto Vera Solano

53

Valoración de los residuos sólidos de la Comuna Dos de Bello (Antioquia), como sistema alternativo de aprovechamiento Assessment of solid waste from Comuna Dos de Bello (Antioquia), as an alternative system of use Andrés Felipe Montoya Rendón Sergio Humberto Valencia Hurtado Ana María Sánchez Mesa José Manuel Vélez González

69

Evaluación de las propiedades de residuos de construcción y demolición de concreto para su uso en la elaboración de sub-bases granulares. Una alternativa al manejo de residuos en el Valle de Aburrá.

Assessment of the properties of construction waste and demolition of concrete for the construction of granular sub-bases. An alternative for waste management in the Valle de Aburrá Sebastián Peña Muñoz Juan Ferney Terán Puerta Jhony Andrés Molina Sánchez Hernán Darío Cañola Alejandro Builes Jaramillo Jesús Ubany Zuluaga

79

Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo Evaluation of adaptation of Helianthus annuus in association with mycorrhizal fungi in soils contaminated with lead Carolina Garcia Ávila Laura Andrea Villada Sierra Julian Robayo Gómez

93

Automatización Industrial

113

Propuestas para el mejoramiento de la sostenibilidad del sistema de generación de energía 115 eléctrica de Venezuela. Un enfoque basado en el despliegue de la generación distribuida con tecnologías limpias Proposals for the Improvement of the Sustainability of the Venezuelan Electric Power Generation System. An Approach Based on the Deployment of Distributed Generation with Clean Technologies Juan Carlos Rojas-Zerpa Gabriel Jaime Correa Henao Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies Modelado y simulación de sistemas suaves por tramos utilizando esquemas basados en eventos.

Johnny Valencia Calvo Aixa Eileen Villamizar Jaimes.

131

Reseñas Bibliograficas

141

Instrucciones a los Autores Instructions for Author

146 148

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Presentación Cuaderno Activa es un medio de difusión científica propiciado por la Facultad de Ingeniería en compañía de la Dirección de Investigación del Tecnológico de Antioquia - Institución Universitaria, instancias que han sido un apoyo invaluable para la edificación de este proyecto editorial que busca estimular y construir nuevos conocimientos desde la participación de investigadores nacionales e internacionales en áreas de Ingeniería. Cuaderno Activa se edita con publicaciones inéditas en temas de desarrollo científico y tecnológico. Se integran tópicos en la revista en ingeniería de sistemas, sistemas de información, automatización, programación, bases de datos, virtualización, inteligencia artificial, seguridad informática, sistemas operativos, educación en ingeniería, ingeniería ambiental, gestión ambiental, gestión de residuos sólidos, manejo del agua, atención y prevención de desastres, suelos, hidrología, geología, geomorfología, climatología, química y biología.

Objetivos • Brindar un espacio académico, investigativo y científico en las áreas de Ingeniería.

• Publicar resultados originales de investigación científica y tecnológica.

• Tener calidad editorial en la producción de la revista.

• Ser una fuente de difusión y discusión para la comunidad científica.

Política editorial Para garantizar la calidad de las publicaciones en Cuaderno Activa se dispone de varios comités que permiten dar cumplimiento a los procesos editoriales de la revista en compañía de un Director editorial que deberá ser un docente-investigador que lidere el proceso editorial y la periodicidad de la revista. El Comité Editorial definirá los criterios con que se rige la revista y está conformado por pares académicos nacionales e internacionales. El Comité Científico verificará la pertinencia de los artículos y está integrado por miembros internacionales ajenos al proceso editorial. El Comité Arbitral valora rigurosamente el contenido de los escritos que envían los autores y está compuesto por evaluadores internos y externos a la institución editora, expertos en el área. (Los miembros de los comités podrán ser árbitros o autores, siempre y cuando no participen en ambos roles en el mismo número de la edición).

Política de acceso abierto Esta revista se inscribe en la política de libre acceso a la información que ella contiene. La revista Cuaderno Activa puede ser consultada en la plataforma de gestión de revistas académicas y científicas del Tecnológico de Antioquia – Institución Universitaria: http:// ojs.tdea.edu.co La revista Cuaderno Activa se encuentra incluida en:

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Presentation Cuaderno Activa, is a research Journal from Engineering department and Management Research at Tecnológico de Antioquia University in Colombia. They have been a invaluarte support for the building of this publishing project that seeks to stimulate and build new knowledge from the participation of national and international researchers in areas of Engineering.

Cuaderno Activa Journal is edited with unpublished papers on issues of scientific and technological development. Some different Engineering topics are: System engineering, software engineering, requirements engineering, Software Quality, Software Development, automation, artificial intelligence, Information Security, Operating Systems, electronics and electrical, infrastructure and Engineering Education, Environmental engineering, Hydrology, Geology, Biology, Water management, Disaster Prevention, Soils, Climatology, Geomorphology. These areas of knowledge are integrated into a single space for discussion, with the objective of spreading widely their scientific advances.

Objectives • Providing an academic, research and scientific space in areas of Engineering • Publishing original scientific technological and results • Having editorial quality in the production of the journal • Be a source of discussion to the scientific community Editorial policy Cuaderno Activa Journal has several committees, these allow compliance with the editorial process of the journal accompanied by an Editorial director and and ensure the quality of publications. Editorial director should be a researcher-professor, leads the editorial process and periodicity of the journal. Editorial Committee will define the review criteria and It is composed of national and international academic peers.

Scientific Committee will verify the relevance of the paper. It should be integrated by international members outside the editorial process. Review committee rigorously assesses the content of the paper sent by the authors and It should be composed of internal and external to the publishing institution evaluators, experts in the area. (Committee members can be evaluators or authors when they do not participate in both roles at the same edition number.)

Open-access policy This journal follows Open-access policy to the information publicated. Cuaderno Activa Journal can be consulted in Scientific and Academic Journals from Tecnológico de Antoquia platform: http:// ojs.tdea.edu.co Cuaderno Activa journal has index in:

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Editorial Gestión del conocimiento para la toma de decisiones en sistemas socio-ecológicos La principal dificultad para la gestión de los sistemas socio-ecológicos se encuentra en los procesos de toma de decisiones a todas las escalas. Los diferentes actores intervienen el territorio sin hilar más allá de las consecuencias directas esperadas que, finalmente, terminan produciendo consecuencias indirectas que se acumulan en el territorio de forma aditiva o sinérgica, traduciéndose en la potencial pérdida de la biodiversidad y de los servicios ecosistémicos.

La toma de decisiones en los asuntos socioecológicos, y en otros procesos de la misma naturaleza, está condicionada por la información con la que se cuenta en el momento de decidir, la cual a su vez, está determinada por los modelos mentales con los que se interpretará la información adquirida. De este modo, la representación y la información proporcionarían los elementos con los que se tomarían las decisiones que, traducidas en acciones, dan lugar a las transformaciones de los sistemas.

En este contexto, emergió desde hace algunas décadas la noción de gestión del conocimiento, orientada a la adquisición de capacidades para la creación, transferencia y aplicación de este, lo que en los asuntos socio-ecológicos ha cobrado gran interés, particularmente, para la intervención antrópica del territorio vía proyectos.

Actualmente, en el Instituto Humboldt, se está trabajando en la implementación de un modelo sistémico de generación de conocimiento, el cual es activado por los problemas socio-ecológicos reales de los tomadores de decisión en el territorio,

formulados desde una perspectiva transdisciplinar, para la generación de conocimiento desde: 1) la gestión de las bases de datos, 2) el modelamiento, simulación y análisis matemático y estadístico y, 3) ejercicios concienzudos de transferencia de conocimiento, de modo que sea el tomador de decisiones el poseedor del conocimiento obtenido y pueda utilizarlo en la manera como nos relacionamos con los ecosistemas y con nosotros mismos en nuestras actividades, provocando oportunidades para la conservación ecológica y el equilibrio socio-ecológico.

En este número de la revista los lectores podrán encontrar los esfuerzos científicos que diferentes autores han realizado para aportar en la dirección de la gestión del conocimiento y orientar sobre los métodos y resultados que los tomadores de decisión deberían emplear en sus funciones. De esta manera, la revista favorece un mecanismo de transferencia de los saberes de uno de los sistemas de conocimiento con los que cuenta el territorio: el científico.

Johan Manuel Redondo, PhD. Investigador Adjunto Programa Ciencias Sociales y Saberes de la Biodiversidad Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt

Nombre Imagen: Castillo Rojo / Autor: Johnny Valencia Calvo

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Ingeniería de Sistemas

“La ciencia es el alma de la prosperidad de las naciones y la fuente de vida de todo progreso” Luis Pasteur - Químico y Microbiólogo (1822-1895).

Gil Vera, Victor Daniel. (2018). Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura Learning analytics: a systematic literature review. Cuaderno Activa, 10(1), 15 - 26.

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Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura Learning analytics: a systematic literature review Victor Daniel Gil Vera*

Recibido: 22/03/2017 Resumen: la mayoría de algoritmos utilizados en el análisis de datos están diseñados de acuerdo con las capacidades de potencia y flexibilidad más que por su sencillez, y son demasiado complejos de utilizar en el contexto educativo. El objetivo de este trabajo es presentar una revisión de literatura sobre el análisis del aprendizaje en la educación superior: problemas, limitaciones, técnicas y herramientas empleadas. Se utilizó la metodología de la revisión sistemática de literatura para responder a tres preguntas de investigación tomando como base publicaciones científicas. Se concluye que se deben implementar, adaptar o desarrollar algoritmos predeterminados para el contexto educativo y, también, construir herramientas para el análisis de datos educacionales que cuenten con interfaces intuitivas y fáciles de utilizar.

Palabras clave: análisis del aprendizaje, análisis del aprendizaje multimodal, intercambio de datos, aprender a aprender, aprendizaje permanente.

Aprobado: 12/07/2017 Abstract: the majority of algorithms used in the data analysis are designed according to the capacities of power and flexibility rather than for its simplicity and are too complex to use in the educational context. The objective of this paper is to present a literature review on the learning analytics in higher education: problems, limitations, techniques and tools used. The systematic literature review methodology was used to answer three research questions on the basis of scientific publications. This paper concludes that it must implement, adapt or develop algorithms for the educational context and must be build tools for the analysis of educational data with intuitive interfaces and easy to use.

Keywords: learning analytics, learning to learn, lifelong learning, multimodal learning analytics, data exchange.

□Artículo de revisión. Este artículo es resultado del proyecto: construcción de un algoritmo predictivo para el análisis del aprendizaje. *MSc, PhD(c). Docente Investigador Universidad Católica Luis Amigó. Estudiante de Doctorado Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Medellín, Colombia. victor.gilve@amigo.edu.co

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INTRODUCCIÓN Debido a la constante generación de información en escuelas, colegios y universidades relacionada con los estudiantes y sus contextos, es necesario adaptar algoritmos utilizados en el análisis de datos a las necesidades y realidades que se presentan en la educación superior, que permitan hacer análisis y pronósticos relacionados con el rendimiento académico, deserción, etc.

El analísis del aprendizaje se refiere a la recolección, análisis y presentación de datos sobre los alumnos y sus contextos, con el fin de comprender y optimizar el aprendizaje y los entornos en los que se producen (Peña, 2017) Surge como una disciplina emergente que busca mejorar la enseñanza y el aprendizaje por medio de una evaluación crítica de datos y la generación de patrones relacionados con los hábitos y respuestas de los estudiantes, que permitan proporcionar retroalimentación oportuna (Peña, 2017). Entre las principales problemáticas de la implementación de algortimos encontradas en la revisión del estado del arte se destacan las siguientes: los usuarios tienen que proporcionar los valores apropiados a los parámetros para obtener buenos resultados y modelos, por lo tanto, deben poseer una cierta cantidad de conocimientos especializados para poder encontrar la configuración correcta (Drachsler y Greller, 2012). También, tienen que seleccionar el método o algoritmo específico que quieren utilizar de una amplia gama de métodos y algoritmos disponibles de análisis de datos. La mayoría de los algoritmos para el análisis de datos necesitan ser configurados antes de ser ejecutados, y no están diseñados para usuarios con pocos conocimientos en programación (Romero y Ventura, 2010).

Este trabajo busca responder a las siguientes preguntas de investigación: P1. ¿Cuáles son los principales problemas de la implementación de algoritmos para el análisis de datos en la educación? P2. ¿Cuáles son las posibles soluciones?

P3. ¿Qué casos reales de aplicación del análisis del aprendizaje se han reportado en la educación superior? Se empleó la metodologia de la revisión sistemática de literatura (RSL), la cual consiste

en una revisión sistemática, rigurosa, ordenada y auditable cuyo objetivo es responder preguntas de investigación, y toma como base investigaciones y publicaciones científicas realizadas con anterioridad (B. Kitchenham, 2004).

El artículo se compone de las siguientes secciones: definiciones y conceptos básicos, protocolo de la revisión, proceso de búsqueda de documentos (selección de documentos, evaluación de la calidad y extracción de datos), resultados del proceso de búsqueda, selección de documentos y evaluación de la calidad, análisis de los estudios seleccionados como un todo y discusión de las respuestas a las preguntas de investigación, conclusión.

PLANEAMIENTO DE LA REVISIÓN Esta sección presenta los parámetros utilizados en el diseño de la investigación, los cuales fueron establecidos tomando como referencia las publicaciones de (B. . Kitchenham, 2004) y (B. A. Kitchenham y Charters, 2007). Se realizó una búsqueda en las bases de datos científicas: Scopus, IEEE Xplore, ISI Web of knowledge. Las palabras clave de búsqueda fueron obtenidas a partir de los títulos de artículos y libros especializados sobre análisis del aprendizaje; posteriormente se obtuvieron sinónimos y palabras similares. Al final, se conformaron las cadenas de búsqueda con las combinaciones de las palabras: “Learning analytics”, “21st century skills”, “multimodal learning analytics”, “data sharing”, “learning to learn”, “lifelong learning”, “transferable skills”, y “complex systems” en el título, resumen y palabras clave. Las cadenas de búsqueda empleadas fueron: (1) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (21st century skills)) (2) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (multimodal learning analytics)) (3) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (data sharing)) (4) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (learning to learn)) (5) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (lifelong learning)) (6) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (transferable skills))

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Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura Learning analytics: a systematic literature review

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 17 de 160

(7) (TITLE-ABS-KEY (learning analytics) AND TITLE-ABS-KEY (complex systems)) Se incluyeron artículos, artículos de conferencias, libros y capítulos de libros publicados en Scopus, IEEE Xplore, e ISI Web of knowledge. Se descartaron publicaciones de internet, resumenes de conferencias y editoriales. Se recopilaron las publicaciones encontradas en la revisión y se jerarquizaron las temáticas de cada una con el fin de responder las preguntas de investigación.

DISCUSIÓN Esta sección presenta el análisis de los resultados encontrados en la revisión, los cuales están enfocados en responder las tres preguntas de investigación planteadas: P1. ¿Cuál es el principal problema de la implementación de algoritmos para el análisis de datos en la educación?

Según Drachsler y Greller (2012), algoritmos para el análisis del aprendizaje aún no han sido desarrollados y los existentes (árboles/reglas de decisión, regresión, agrupación, estadísticos descriptivos, visualización, series de tiempo/ análisis de secuencias, reglas de asociación, métodos de ensamble, minería de texto, vectores de soporte, etc.) pueden resultar útiles únicamente a desarrolladores (Romero y Ventura, 2010). Sumado a esto, no hay herramientas generales que puedan ser aplicadas a cualquier sistema educativo. Debido a lo anterior, se necesitan algoritmos/modelos/ herramientas prediseñadas para el contexto educativo, que permitan normalizar los datos de entrada y salida (preproceso - postproceso), emplear información semántica e integrar el dominio del conocimiento educativo. En la revisión del estado del arte se identificaron las diferentes técnicas utilizadas en el análisis del aprendizaje, sus principales aplicaciones y algunos ejemplos de investigaciones realizadas. Ver Tabla 1.

Tabla 1. Técnicas empleadas en el análisis del aprendizaje Técnica Predicción

Agrupamiento

Uso / Aplicación

Ejemplos

(Khousa, Atif, y Masud, 2015), Predecir el rendimiento y (Cambruzzi, Rigo, y Barbosa, detectar comportamientos de los 2015) y (Harrison, Villano, Lynch, y estudiantes.

Chen, 2015) Agrupar materiales similares o estudiantes basados en sus patrones de aprendizaje e interacción.

(Aguiar, Chawla, Brockman, Ambrose, y Goodrich, 2014), (Asif, Merceron, y Pathan, 2015) y (Scheffel et al., 2012)

Detección de valores atípicos

(Grau-Valldosera y Minguillón, Detectar estudiantes con 2011), (Manso-Vázquez y Llamasdificultades o procesos de Nistal, 2015) y (Sinclair y Kalvala, aprendizaje irregulares.

2015)

Minería de relación

Identificar relaciones en patrones (Kim, Jo, y Park, 2016), (Pardo et de comportamiento de los al., 2015) y (Piety, Hickey, y Bishop, estudiantes y diagnosticar las 2014) dificultades de estos.

Análisis de redes sociales

Interpretar la estructura de las (Hecking, Ziebarth, y Hoppe, relaciones en las actividades de 2014), (Tervakari et al., 2013) y colaboración e interacción con (Vozniuk, Holzer, y Gillet, 2014) herramientas de comunicación.

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Cuaderno Activa N°10 • página 18 de 160

Técnica

Uso / Aplicación

Ejemplos

Proceso de minería

(Menchaca, Guenaga, y Analizar el comportamiento de Solabarrieta, 2015), (Vahdat, los estudiantes.

Oneto, Anguita, Funk, y Rauterberg, 2015) y (Wise, 2014)

Minería de texto

(Gasevic, Kovanovic, Joksimovic, Analizar el contenido de los y Siemens, 2014), (Lotsari, foros, chats, páginas web y Verykios, Panagiotakopoulos, y documentos.

Kalles, 2014) y (Prinsloo, Slade, y Galpin, 2012)

Destilación de datos para el juicio humano

Ayudar a los docentes a visualizar y analizar las actividades en curso (Aguiar et al., 2014), (Grann y de los estudiantes y el uso de la Bushway, 2014) y (Swenson, 2014) información.

Descubrimiento con modelos

Identificar las relaciones entre los comportamientos del estudiante y las características o variables (Gibson, Kitto, y Willis, 2014), contextuales.

Integración (Kovanović et al., 2015) y (Lockyer de modelos psicométricos y Dawson, 2011) en modelos de aprendizaje automático.

Gamificación

Incluir posibilidades de aprendizaje lúdico para mantener la motivación; por ejemplo, la integración de los logros, puntos de experiencia o insignias como indicadores de éxito.

(Holman, Aguilar, y Fishman, 2013), (Øhrstrøm, SandborgPetersen, Thorvaldsen, y Ploug, 2013) y (Westera, Nadolski, y Hummel, 2013)

Aprendizaje de máquinas

Encontrar ideas ocultas en datos automáticamente (basado en modelos que se exponen a nuevos datos y se adaptan independientemente).

(Corrigan, Smeaton, Glynn, y Smyth, 2015), (McKay, Miller, y Tritz, 2012) y (Nespereira, Elhariri, El-Bendary, Vilas, y Redondo, 2016)

Estadística

Análisis e interpretación de datos (Clow, 2014), (Khousa y Atif, 2014) cuantitativos para la toma de y (Simsek et al., 2015) decisiones.

Fuente: elaboración propia

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Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura Learning analytics: a systematic literature review

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 19 de 160

Según KDNuggets, (201 7f), el top diez de los algoritmos más utilizados por los científicos de datos son: Minería de texto

36% 37%

Series de tiempo / secuencias Bosque aleatorio

38%

Estadisticos

43%

PCA

43%

K vecinos más cercanos

46% 49%

Visualización

55%

Árboles de decisión / Reglas Agrupación

57%

Regresión

67% 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

Figura 1. Algoritmos Análisis de Datos. Fuente: KDNuggets Fuente: elaboración propia

A continuación, se presenta una breve descripción de cada uno de ellos: Árboles/reglas de decisión: método supervisado (hay un conocimiento a priori) y no paramétrico, utilizado en el aprendizaje de clasificación y regresión. Permite crear modelos para predecir el valor de una variable de destino mediante el aprendizaje de reglas de decisión simples, inferidas a partir de las características de los datos (ScikitLearn, 2017). Estos permiten hacer predicciones de pertenencia a un grupo utilizando criterios estadísticos (Mayor, 2015). Algunos algoritmos utilizados son: ID3, C4.5, C5.0 CART, Random forest y árboles de inferencia condicional.

- ID3: es uno de los algoritmos más simples para producir árboles de decisión con atributos y clases categóricas. Se basa en una medida denominada relación de ganancia (diferencia en la incertidumbre que se obtiene a través de una partición de los datos) para construir los árboles (Mayor, 2015). El objetivo es maximizar el poder predictivo del árbol mediante la reducción de la incertidumbre en los datos (Mayor, 2015).

Está disponible para los usuarios de R a través del paquete data.tree (install.packages(“data. tree”); library(data.tree)).

categorías. El valor de la división se selecciona con el fin de disminuir la entropía para el atributo. A diferencia del ID3, el C4.5 permite la poda, que es básicamente la parte inferior hasta la simplificación del árbol para evitar el sobreajuste de los datos del entrenamiento (Mayor, 2015). Está disponible para los usuarios de R a través del paquete RWeka (install. packages(“RWeka”); library(RWeka)).

- C5.0: es una versión mejorada del C4.5, incluye empuje y aventamiento. El objetivo del empuje es aumentar la fiabilidad de las predicciones realizando el análisis iterativamente y ajustando pesos de las observaciones después de cada iteración (Mayor, 2015). El aventamiento se refiere a la supresión de atributos inútiles para el análisis principal (Mayor, 2015). Está disponible para los usuarios de R a través del paquete C50 (install.packages(“C50”); library(C50)).

- CART: utiliza diferentes criterios estadísticos para decidir sobre las divisiones del árbol (Mayor, 2015). El atributo para hacer la partición es seleccionado con el índice de Gini como criterio de decisión. En árboles de clasificación, el índice de Gini se calcula como:

- C4.5: funciona de manera similar al ID3, pero utiliza la relación de ganancia como un criterio de partición (Mayor, 2015). Acepta la partición en atributos numéricos que dividen en

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c

1

—

∑p j=1

2 j

(2)

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Donde p es la probabilidad de cada posible partición sobre el atributo. Está disponible para los usuarios de R a través del paquete rpart (install.packages(“rpart”); library(rpart)).

CART permite predecir um resultado numérico.

En los árboles de regresión, CART realiza una regresión y construye el árbol de una manera que minimiza el cuadrado de los residuos (Mayor, 2015).

- Random forest: utiliza el conjunto de aprendizaje (combinación de árboles CART) para mejorar la clasificación mediante un principio de voto (Mayor, 2015). En este se utiliza un algoritmo similar a CART para generar los árboles. Las diferencias incluyen el uso de empaquetamiento y selección de predictores al azar en cada partición del árbol (Mayor, 2015). El empaquetamiento busca reducir el impacto del error de medición (ruido) en los datos y por lo tanto evitar el desbordamiento (Mayor, 2015). Está disponible para los usuarios de R a través del paquete randomForest (install.packages(“randomForest”); library(randomForest)).

- Arboles de inferencia condicional: a diferencia de los algoritmos anteriores, estos dependen de la significación estadística en la selección de atributos sobre los cuales se realiza la partición (Mayor, 2015). El algoritmo primero busca los atributos que predicen significativamente la clase, en una prueba de hipótesis que puede ser seleccionada en la llamada de la función (Mayor, 2015). Está disponible para los usuarios de R a través del paquete partykit (install.packages(c(“Formula”,”partykit”)) library(Formula); library(partykit)).

Regresión: método utilizado en predicción, cuyo objetivo es intentar predecir una salida de valor real (valor numérico) de alguna variable (KDNuggets, 2017d). Los tipos de modelos de regresión pueden ser: regresión lineal simple, múltiple, o rectas de regresión. El primero es utilizado para examinar como un atributo afecta a otro, el segundo para evaluar como varios atributos afectan a otro (Mayor, 2015). Matemáticamente los modelos de regresión lineal se pueden expresar como:

Yt

= ß0 + ß1 X1 + ß2 X2 + ... + ß p X p2 + É ( 1 )

Dónde Y_t representa la variable dependiente, X1,X2,..,Xp , las variables explicativas, ß1,ß2,..,ßp, parámetros y É error. Los modelos de regresión lineal simple analizan la relación entre un predictor (causa) y un criterio (consecuencia). Existen dos parámetros muy importantes que son el resultado de un análisis de regresión; el intercepto (valor promedio del criterio cuando el predictor es 0) y el valor de la pendiente (indica cuántas unidades, en promedio, el criterio cambia cuando el predictor se incrementa en una unidad) (KDNuggets, 2017d).

Por su parte, los modelos de regresión lineal múltiple, miden el impacto de varios predictores sobre un único criterio, en lugar de solo uno en regresión simple (KDNuggets, 2017d). El valor de las observaciones puede ser calculado como la intersección más el coeficiente de la pendiente multiplicado por el factor predictivo más el resíduo (KDNuggets, 2017d).

Agrupación: método de aprendizaje no supervisado utilizado para analizar datos que no incluyen clases pre-definidas. Las instancias de datos se agrupan maximizando la similitud entre clases iguales y minimizando la similitud entre clases diferentes (KDNuggets, 2017b). El algoritmo de agrupación permite identificar y agrupar las instancias que son muy similares, en contraposición a desagrupar las instancias que son menos similares unas de las otras (KDNuggets, 2017b).

Un clúster es un grupo de casos, observaciones, individuos u otras unidades, que son similares entre sí en las características consideradas (Mayor, 2015). Los algoritmos de agrupamiento utilizan medidas de distancias entre los casos con el fin de crear grupos homogéneos de casos (Mayor, 2015).

Algunos de los métodos utilizados son: jerárquico (aglomerativo), asignación de puntos, cohesión, K means, agrupamiento poblacional, algoritmo BFR (Bradley Fayyad Reina). Está disponible para los usuarios de R a través del paquete clúster.

Estadísticos descriptivos: permiten describir cuantitativamente una recopilación de información, y resumir a través de un solo número (media, mediana, moda, distribuciones de probabilidad, covarianza, correlación, etc.) a un conjunto de datos (KDnuggets, 2017).

Visualización: técnica utilizada para comunicar datos o información mediante la codificación de objetos visuales (puntos, líneas o barras) que figuran en los gráficos. El objetivo es comunicar información de forma clara y eficiente para los

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usuários a través de medios gráficos (Friedman, 2008). Algunos de los métodos utilizados son Sampling, Shuffling, Sorting, Maze Generation, Using Vision to Think.

Series de tiempo/análisis de secuencias: permiten analizar el comportamiento de una variable en el tiempo, facilitando la toma de decisiones.

Toman como base datos históricos para obtener una caracterización estadística de los enlaces existentes en el pasado y en el presente (Diebold, 2001), permiten considerar información temporal, estimar parámetros y proporcionar datos puntuales precisos sobre valores futuros (Pravilovic, Bilancia, Appice, y Malerba, 2017). Algunas de las técnicas utilizadas son; ARIMA, RNA, SVM, algoritmos genéticos para la predicción con series de tiempo.

Reglas de asociación: técnica para descubrir cómo los elementos se asocian entre sí (KDNuggets, 2017a). Hay tres formas comunes para medir la asociación; apoyo, confianza, elevación. Existen tres algoritmos para realizar búsquedas de reglas de asociación en bases de datos: Apriori, Partition, y Eclat.

Métodos de ensamble: técnica para combinar varios algoritmos de aprendizaje débiles en un

intento por construir un algoritmo de aprendizaje más poderoso, combinan múltiples hipótesis para formar una hipótesis mejor (KDNuggets, 2017c).

Algunas de las técnicas utilizadas son; Boosting, Bagging, Combination Methods, Diversity, Ensemble Pruning.

Minería de texto: el análisis de texto o minería de texto es la extensión natural y esencial del análisis predictivo y ciencia de los datos (KDNuggets, 2017e). Algunos de los métodos utilizados son: clasificación, descubrimiento de asociaciones, agrupación.

Vectores de soporte: algoritmo de aprendizaje automático supervisado que puede ser utilizado tanto para los retos de clasificación o regresión (Ray, 2015). Sin embargo, se utiliza sobre todo en problemas de clasificación. En este algoritmo, representamos gráficamente cada elemento de datos como un punto en el espacio n-dimensional (donde n es el número de características que tiene). Los vectores de soporte son simplemente las coordenadas de una observación individual.

La Tabla 2, resume las principales ventajas y desventajas de las técnicas mencionadas anteriormente:

Tabla 2. Ventajas y desventajas

Técnica

Ventajas

Permiten analizar todas las opciones posibles de un conjunto de datos. Ayudan Árboles/ reglas de decisión a identificar la probabilidad de que un evento determinado suceda.

Regresión

Agrupación

Desventajas Requieren un conocimiento previo. Presenta problemas cuando la cantidad de alternativas es grande.

Permite establecer una relación lineal entre las Altamente susceptible variables dependientes e valores atípicos. independientes.

a

Permite resumir y entender Altamente sensible al ruído los datos, solo requiere y a valores atípicos. instancias pero no etiquetas.

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Técnica

Ventajas

Desventajas

Estadísticos descriptivos

Altamente sensibles a Fáciles de calcular y de valores extremos, no son interpretar. Presentan rigor confiables en distribuciones matemático. asimétricas

Visualización

Los datos deben tener una Permite la codificación de distribución uniforme para objetos visuales. que no haya vacíos.

Series de tiempo/ Análisis de secuencias

Requieren información Permiten hacer histórica.

Altamente inferencias sobre el futuro sensibles al ruido y a valores (predicciones). atípicos.

Reglas de asociación

Permiten establecer diversidad de reglas, cada una de las cuales puede tener una conclusión diferente.

Al tratar de encontrar patrones en un espacio de búsqueda amplio necesitan más tiempo de ejecución que un algoritmo de árbol de decisión.

Métodos de ensamble

La combinación de varios Permiten reducir el sesgo algoritmos a veces puede y la varianza (aprendizaje resultar poco eficiente supervisado). e inadecuada para el tratamiento de los datos.

Minería de texto

No considera la perspectiva y el sentimiento al momento Permite explotar fuentes de realizar análisis de información, clasificar, cuantitativos, lo que puede categorizar, resumir textos, conducir a interpretaciones editar, mapear y visualizar. equivocadas o al mal uso de la información.

Vectores de soporte

Pueden ser empleados tanto para hacer clasificaciones o regresiones. También en la solución de problemas lineales y no lineales

Fuente: elaboración propia

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Malas clasificaciones debido al sobreentrenamiento (“Overtraining”) o al aprendizaje inadecuado de las características de los datos.

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P2. ¿Cuáles son las posibles soluciones al problema ?

Implementar / adaptar/ desarrollar algoritmos predeterminados para el contexto educativo con el fin de simplificar la configuración y ejecución a los usuarios. Además, construir herramientas para el análisis de datos educacionales que cuenten con interfaces intuitivas y fáciles de utilizar, y con facilidades de visualización para educadores y diseñadores de e-learning (Romero y Ventura, 2010), también es importante desarrollar herramientas de pre-procesamiento específicas con el fin de automatizar y facilitar las tareas o funciones de pre-procesamiento que actualmente los usuarios de análisis de datos educacionales deben hacer manualmente.

P3. ¿Qué casos reales de aplicación del análisis del aprendizaje se han reportado en instituciones de educación superior?

• Universidad de Purdue: implementó un sistema de señalización e intervenciones para mejorar el éxito académico de los estudiantes, lo que aumentó las tasas de retención y graduación. El sistema de señales tenía como objetivo ayudar a los estudiantes a comprender su progreso lo suficientemente temprano para que fueran capaces de buscar ayuda.

• Universidad de Maryland: en esta universidad había un creciente uso de ambientes virtuales de aprendizaje (AVA), pero no había pruebas de que estos mejoraran el aprendizaje. Se realizó un proyecto de investigación institucional para conocer las correlaciones entre los datos de los AVA y las calificaciones de los estudiantes, y para conocer cómo utilizar mejor las predicciones para apoyarlos. La investigación también permitió analizar las posibles intervenciones y cómo identificar prácticas pedagógicas eficaces a partir de los datos.

• Instituto de Tecnología de Nueva York: desarrollaron su propio modelo predictivo con colaboración de personal de asesoramiento especializado, para identificar con un alto grado de precisión a estudiantes en riesgo. El objetivo era aumentar la retención de los estudiantes en el primer año de sus estudios mediante la creación de un modelo para identificar a los más necesitados de apoyo, y para proporcionar información acerca de la situación de cada alumno, que pudiera ayudar a los docentes en su labor.

• Marist College: desarrollaron un modelo predictivo de código fuente abierto para generar alertas tempranas, el cual ha sido transferido a diferentes instituciones, para definir estrategias de intervención que ayuden a estudiantes en riesgo.

• Universidad de Cowan: implementaron la tecnología C4S, que identifica automáticamente a los estudiantes que necesitan apoyo. Esta tecnologia, permite al personal docente tener contacto con un gran número de estudiantes y gestionar una serie de intervenciones para cada uno.

• Universidad de Nueva Inglaterra: desarrollaron un proceso dinámico, sistemático y automatizado que captura el estado de bienestar de los estudiantes, el cual toma como base tres componentes principales: e –Motion (emoticones para expresar el estado de ánimo; feliz, neutro, triste), el Vibe (cajas de texto que reunen los comentarios de los estudiantes) y el AWE (motor automatizado que analiza los datos procedentes de los sistemas corporativos y sugiere comportamientos de riesgo).

• Open University: implementó un programa de análisis estratégico de aprendizaje para mejorar el éxito de los estudiantes mediante la incrustación de la toma de decisiones basada en la evidencia en todos los niveles.

Esta universidad ha venido desarrollando sus capacidades institucionales para fortalecer el análisis del aprendizaje, las cuales se organizan en torno a tres ejes principales: disponibilidad de datos, análisis y creación de conocimiento y procesos que influyen en el éxito de los estudiantes.

• Nottingham Trent University: implementó procesos para mejorar la retención, aumentar el sentido de pertenencia, y mejorar los resultados institucionales.

• Universidad de Wollongong: implementaron procesos que vinculan el uso de redes sociales a las prácticas pedagógicas (SNAPP: Social Networks Adapting Pedagogical Practice).

Estos procesos permiten analizar discusiones en línea, descubrir patrones en foros, los cuales son moderados por un instructor, las intervenciones realizadas por el instructor pueden tener un impacto significativo en la experiencia de aprendizaje de los estudiantes.

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• Universidades Abiertas de Australia: al ser una institución que ofrece educación a distancia, adaptaron un sistema para realizar la planificación personalizada para cada estudiante, el cual propone módulos alternativos y apoyo virtual según las necesidades de los mismos.

CONCLUSIONES El manejo estratégico y sistematizado de grandes y complejas bases de datos está permitiendo solucionar problemáticas que se presentan en la educación. El uso de diferentes técnicas computacionales para el análisis de grandes volumenes de información; estadística computacional, minería de datos, investigación de operaciones, matemática aplicada, optimización, aprendizaje estadístico y de máquinas, modelado estratégico, entre otras, permiten agregar valor a los datos y generar ventajas en la educación.

Debido al incremento vertiginoso de información en el sector educativo, y al ritmo acelerado de crecimiento de la educación virtual y a distancia, se hace necesario incrementar el número de expertos calificados en el análisis de grandes volúmenes de datos, especialmente en países de América Latina. En la educación, el análisis del aprendizaje se constituye en una herramienta de gran utilidad para mejorar la calidad académica y los procesos de enseñanza aprendizaje.

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“Si estás cambiando el mundo estás trabajando en cosas importantes”.

Larry Page (26 de marzo de 1973).

Nombre Imagen: Pittsburgh / Autor: Johnny Valencia Calvo

Arias Becerra, Julio Cesar and Durango Vanegas, Claudia Elena. (2018). Propuesta de un método para desarrollar Sistemas de Información Geográfica a partir de la metodología de desarrollo ágil - SCRUM -. Cuaderno Activa, 10(1), 29 - 41.

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Propuesta de un método para desarrollar Sistemas de Información Geográfica a partir de la metodología de desarrollo ágil - SCRUM – Proposal of a method to Geographic Information Systems develop based on Scrum Julio Cesar Arias Becerra□, Claudia Elena Durango Vanegas†

Recibido: 07/11/2017 Resumen: Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) permiten analizar la información desde múltiples dimensiones, principalmente en la dimensión espacial. En el campo de los sistemas de información tradicionales se cuenta con diversas metodologías de desarrollo ágil para dinamizar el proceso, por ejemplo, la metodología de desarrollo ágil Scrum. El desarrollo de Sistemas de Información Geográfica se realiza en algunos casos desde la informalidad y los geousuarios que desarrollan este tipo de sistemas, omiten aspectos importantes del proceso de elaboración en un proyecto de desarrollo de sistemas de información geográfica. Los geousuarios que desarrollan este tipo de sistemas se enfocan principalmente en la adquisición, almacenamiento, procesamiento y presentación del geodato, y dejan a un lado aspectos importantes que contiene una metodología de desarrollo de software tradicional y las características especiales de los geodatos. Por ello, en este artículo se propone un método de desarrollo de Sistemas de Información Geográfica a partir de las fases que se representan

Aprobado: 15/01/2018 en la metodología de desarrollo ágil Scrum.

Esta propuesta brinda a los geousuarios una herramienta para mejorar procesos de desarrollo, evitando incurrir en la formalidad de los modelos tradicionales y concentrarse en los objetivos.

Palabras clave: Método de desarrollo, Metodología de desarrollo ágil, Sistemas de Información Geográfica, SIG, SCRUM. Abstract: The Geographic Information Systems (GIS) allow the analysis of information from multiple dimensions, mainly in the spatial dimension. In the field of the traditional information systems, there are various agile development methodologies to streamline the process, such as the agile Scrum development methodology. The development of Geographic Information Systems is done in some cases from informality, where the geo-developers who work in this kind of systems, omit important aspects of the process of elaboration a project this kind. The geo-developers whose work in this kind

Artículo resultado de investigación.

Magister en Geoinformática(c). Universidad de San Buenaventura. Facultad de Ingeniería. Medellín, Colombia. jarias.hyg@gmail.com † Docente – Investigadora. Universidad de San Buenaventura, Facultad de Ingeniería. Medellín, Colombia. claudia.durango@usbmed.edu.co □

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of systems are mainly focused on the acquisition, storage, processing and presentation of the geodata, leaving aside important aspects that are part of traditional software development methodology.

For this reason, this article proposes a method to develop Geographic Information Systems based on the phases that are represented in the agile Scrum development methodology. This proposal provides geo-users a tool to improve development processes, avoiding the formality of traditional models and concentrating on objectives Key words: Development Method, Agile Development Methodology, Geographic Information Systems, GIS, SCRUM Introducción Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se diferencian de los sistemas de información tradicionales porque permiten analizar la información desde múltiples dimensiones y analizar la relación entre la dimensión espacial y la información alfanumérica, para abordar problemas desde múltiples puntos de vista (Arias, Blanco, & Bagarotti, 2013).

Las metodologías de desarrollo de software tradicionales proponen una secuencialidad entre las diferentes fases de su proceso, en las cuales, debido al periodo de tiempo que transcurre desde las fases de diseño del sistema hasta la fase de entrega del producto final, se presentan un número considerable de discrepancias en torno a requisitos planteados en las fases iniciales del proyecto, y en ¿cómo se implementan? (Durango Vanegas & Zapata Jaramillo, 2015).

La metodología de desarrollo de software Scrum, se define como un proceso de administración y control para el desarrollo de software, en el cual se deja de lado la complejidad de las metodologías de desarrollo de software tradicionales, para concentrarse en suplir las necesidades planteadas por el usuario, y mantener a los actores involucrados en el proceso de desarrollo, enfocados en alcanzar de una forma eficaz los objetivos trazados al inicio.

El desarrollo de sistemas de información geográfica se realiza, en algunos casos, desde la

informalidad, debido al conocimiento temático y específico que deben tener para validar su correcto funcionamiento (Medina, 2007). Es allí, donde se encuentran a los geousuarios que desarrollan o dirigen de forma artesanal estos proyectos, y omiten aspectos importantes del proceso de elaboración de un proyecto de desarrollo SIG (Schwaber & Sutherland, 2013).

En este artículo, se propone un método de desarrollo de sistemas de información geográfica, a partir de las fases que se representan en la metodología de desarrollo ágil Scrum. Esta propuesta le brindará a los geousuarios un método para mejorar los procesos de desarrollo de los proyectos SIG, evitando incurrir en la excesiva documentación y largos procesos que requieren la implementación de sistemas de información tradicionales para concentrarse en alcanzar los objetivos principales del proyecto.

El artículo se organiza de la siguiente manera: en la sección 2 se presenta el marco teórico, donde se realiza una descripción de las metodologías de desarrollo tradicionales y ágiles; en la sección 3 se presentan los antecedentes; en la sección 4 se propone un método para desarrollar sistemas de información geográfica utilizando una metodología ágil Scrum y, finalmente, en la sección 5 se presentan las conclusiones y el trabajo futuro.

Marco teórico

Los Sistemas de Información Geográfica (SIG), incrementan su presencia en ámbitos de la vida cotidiana y generan mayor cantidad de información espacial, que requiere ser interpretada. Esta información se organiza en forma de espiral debido a la complejidad requerida para elaborar e interpretar la información geográfica. Por ello, se requiere una respuesta ágil en el desarrollo y actualización de los sistemas que procesan e interpretan este tipo de información (Roger F. Tomlinson, 2007).

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El desarrollo de sistemas de información comprende, por lo general, el cumplimiento de una serie de procedimientos y metodologías que garantizan la generación de artefactos de software. Entre las metodologías utilizadas para el desarrollo de software hay una corriente principal que son las metodologías ágiles (Arias et al., 2013).

El principal objetivo de las metodologías de desarrollo de software ágil es cumplir con las expectativas y necesidades del usuario (Sutherland & Schwaber, 2007), incluyéndolo de forma activa en el proceso de desarrollo de software (véase la figura 1). Esta característica permite reaccionar a la velocidad en la que suceden los cambios planteados por el proceso de generación de información geográfica. La metodología de desarrollo ágil Scrum, fue planteada a mediados de los ochenta e implementada con éxito desde principios de los noventa. Esta se concibe en su definición como un marco de trabajo, que provee las herramientas necesarias para realizar proyectos de desarrollo de software de una forma ágil

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y efectiva. Además, cuenta como eje central con la satisfacción de los objetivos planteados en los requisitos funcionales y no en el proceso (Nonaka, 1986).

Scrum, a diferencia de las metodologías tradicionales involucra de forma activa al usuario y asegura que el producto cumpla con los requisitos funcionales propuestos al inicio del proyecto.

La documentación en esta metodología de desarrollo es poca, debido a que el principal objetivo es concentrarse en el desarrollo de un producto funcional y no en el proceso. Adicionalmente, Scrum cuenta con un conjunto de herramientas y/o procesos para gestionar el proceso de desarrollo de software (Schwaber & Sutherland, 2013): Equipo Scrum (Scrum Team): En el equipo de trabajo se tienen en cuenta las personas que intervienen de forma directa en la elaboración y gestión del proyecto, tanto por parte del equipo de desarrollo como por parte de los geousuarios (véanse la figura 2 y la tabla 1)

Figura 1. Metodología de desarrollo Scrum

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Figura 2. Equipo para la metodología Scrum Fuente: (Schwaber & Sutherland, 2013)

Tabla 1. Descripción Equipo Scrum Nombre

Descripción

Product Owner

Este miembro del equipo es la representación del cliente en el proyecto SIG y es el encargado de velar por la calidad del proyecto y de gestionar el listado de requisitos del sistema (Product Backlog) a medida que se avanza en las fases de desarrollo de los productos (Sprint).

Development Team

Este se encuentra conformado por los profesionales que intervienen de forma activa en el proceso de construcción de los productos SIG que se entregarán al final de la fase de desarrollo (Sprint). Uno de los aspectos más importantes de estos miembros del equipo es que poseen la capacidad de autogestionarse.

Scrum Master

Este miembro del equipo es el responsable de la ejecución de la metodología siguiendo las fases y reglas para cada miembro que hace parte del proceso de desarrollo de SIG. Otra de las principales funciones del Scrum Master es disminuir al mínimo la interacción de los miembros del equipo con agentes externos, con el fin de que cada uno de los miembros se mantenga concentrado en las actividades propias del proceso de desarrollo del SIG.

Fuente: (Schwaber & Sutherland, 2013)

Fases de Scrum (Scrum Phases): la importancia de las fases en la metodología Scrum es crear patrones y regularidad en las actividades que se realizan durante la ejecución de la metodología de trabajo.

Las fases que se conciben dentro de la metodología se enmarcan en una duración

de tiempo máxima, con el fin de optimizar el tiempo de desarrollo y mantener al equipo enfocado en sus actividades. Las fases comprendidas en la metodología Scrum son las siguientes (véase la figura 3 y la tabla 2) (Schwaber & Sutherland, 2013):

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Figura 3. Proceso de desarrollo Scrum + equipo Fuente: (Schwaber & Sutherland, 2013)

Tabla 2. Descripción de Fases Scrum.

Nombre

Descripción

Sprint

Este es el elemento central de la metodología de desarrollo, se encuentra enmarcado en un periodo de tiempo menor a cuatro (4) semanas, en el cual se realizan las actividades necesarias para elaborar una nueva versión del producto (Increment) de tipo funcional, según las especificaciones para el Sprint. Un Sprint inicia inmediatamente termina el anterior y, de esta forma, sucesivamente hasta que cumplen con los requisitos funcionales, contemplados en el Product Backlog.

Sprint Planning Meeting

En esta reunión se planifican las actividades que se realizarán durante el próximo Sprint. Estas son planeadas de forma activa por el equipo de desarrollo según los requisitos generales del sistema o Product Backlog. Esta reunión, al igual que en las fases en la metodología Scrum, se encuentra enmarcada en un periodo de tiempo con una duración máxima de ocho (8) horas, en el cual se planean actividades para un máximo de cuatro (4) semanas. Es fundamental el rol del Scrum Master GIS en esta reunión por ser el encargado de que todos los miembros tengan claro el propósito y objetivo de esta, así como no exceder el tiempo destinado para la misma.

Daily Scrum

Esta es una de las principales características de gestión de la metodología Scrum. Se trata de una reunión con una duración máxima de 15 minutos, en la cual se planean actividades para las siguientes 24 horas. Su principal objetivo es sincronizar las actividades del equipo de desarrollo, con el fin de planear las actividades que se realizarán en las próximas 24 horas. En esta reunión se analizan las actividades realizadas el día anterior y se programan las actividades por realizar en el próximo ciclo.

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Nombre

Descripción

Sprint Review

Esta reunión se debe realizar con una duración no mayor a cuatro (4) horas, tiempo en el cual se revisan las actividades del Sprint inmediatamente anterior y su impacto en el Product Backlog. Uno de los principales objetivos es realizar una revisión de los elementos que se pueden mejorar en el próximo Sprint y de esta forma optimizar el proceso de desarrollo, se debe tener en cuenta que esta se realiza en un marco informal, y su principal objetivo es la mejora continua del proyecto SIG.

Sprint Retrospective

Esta reunión, se realiza después del Sprint Review y antes de iniciar un nuevo Sprint. Debe tener una duración máxima de tres (3) horas, tiempo en el cual se analizan el comportamiento y la relación entre los miembros del equipo, los procesos y las herramientas que intervienen en el Sprint. Adicionalmente, se deben identificar los elementos más exitosos y relevantes durante el Sprint con el fin de potenciarlos en el siguiente.

Fuente: (Schwaber & Sutherland, 2013)

Artefactos de Scrum (Scrum Artifacts): Los artefactos generados durante la metodología de desarrollo Scrum, tienen como objetivo simplificar las tareas de documentación del proceso de desarrollo y concentrarse en la elaboración del

producto de software, para que la información fluya de forma transparente y en un lenguaje claro para todos los miembros del equipo (véanse la tabla 3 y la figura 5) (Schwaber & Sutherland, 2013).

Tabla 3. Descripción de Artefactos de Scrum.

Nombre

Descripción

Product Backlog

Este artefacto es la única fuente de requisitos funcionales para el producto de software que se desea desarrollar, es gestionada por el Product Owner, definiendo el contenido, orden y prioridad. La lista de producto tiene un carácter dinámico cambia al finalizar cada Sprint, según evolucione el proceso de desarrollo e incluye nuevos requisitos o elimina alguno que no sea necesario.

Sprint Backlog

Esta se compone de un subconjunto de requisitos tomados desde la lista de producto (Product Backlog), los cuales se implementarán en el Sprint para el que fueron seleccionados. Esta lista es seleccionada por parte del equipo de desarrollo, que analiza cuáles funcionalidades son necesarias para finalizar el Sprint con un producto (Increment) terminado.

Increment

Este artefacto se refiere a cada uno de los elementos de la lista de Sprint (Sprint backlog) que se completan de forma exitosa más la suma de los Sprints anteriores.

Se debe tener en cuenta que al como condición para finalizar un Sprint, este artefacto Increment se debe encontrar terminado, lo cual quiere decir que producto de software se debe encontrar en condiciones de ser utilizado por el Product Owner con el fin que este decida acerca de su liberación.

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Antecedentes (Robbi-Sluter, van Elzakker, & Ivánová, 2017) presentan una discusión sobre adjudicación de métodos de conocimiento y técnicas para la elicitación de requisitos en lo referente al diseño de soluciones geoinformáticas. Los autores identifican los principales problemas relacionados con los siguientes aspectos: altos costos, pérdida de tiempo, insatisfacción de los usuarios, inesperadas dificultades en el mantenimiento de los productos; lo anterior, producto de un ineficiente enfoque en los requisitos del sistema geoinformático. La solución que plantean los autores se basa en

adaptar la metodología de desarrollo de software tradicional de Sommerville. Para ello, la propuesta sugiere cuatro actividades principales: establecer objetivos, entender la organización, organizar el conocimiento y recoger la información (ver figura 4) (Robbi-Sluter et al., 2017). A pesar de que el método ataca la fase inicial del proceso de desarrollo, se considera que se debe contar con mayores actividades en la etapa de elicitación de requisitos y en otras etapas como almacenamiento, procesamiento y presentación de los geodatos, que pueden ser subsanadas con esta propuesta.

Figura 4. Propuesta de actividades.

Fuente: Tomado de(Robbi-Sluter et al., 2017)

(Arias et al., 2013), presentan una metodología para el desarrollo e implantación de Sistemas de Información Geográfica basada en Scrum-Xtreme Programming. Los autores presentan las fases, propósitos, entradas, actividades, roles, artefactos, salidas y las prácticas tomadas en cuenta para el desarrollo del SIG. Los roles asociados son: Líder de proyecto (Scrum Master), Gerente (Management), Especialista, Consultor, Cliente (Customer), Programadores (Programmers), Analista (Analyst),

Diseñador (Designers), Encargado de Pruebas (Tester) y Arquitecto (Architect) (Arias et al., 2013). Sin embargo, las fases (ver figura 4) y roles siguen siendo iguales a los presentados por una metodología de desarrollo de software tradicional, cuando se requiere una adaptación de contextualización según el pensamiento espacial requerido por un Sistema de Información Geográfica.

Figura 5- Fases de la metodología Scrum-Xtreme Programming.

Fuente: Adaptado de(Arias et al., 2013)

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Medina (2007), realiza una caracterización del proceso y de las herramientas metodológicas de la ingeniería de requisitos para aplicaciones de Sistemas de Información Geográfica. El autor señala la problemática de la ingeniería de requisitos para aplicaciones SIG debido a la dificultades del proceso en relación con la ausencia de metodologías para aplicaciones SIG, los Stakeholder heterogéneos, debido a que se presenta la recolección de información en ambientes variados y no se cuenta con un experto en metodología de adquisición del geodato, complejidad de la información por sus propiedades dimensionales; las dificultades inherentes al producto se relacionan con ell hecho de contemplar el componente espacio-temporal, tercera dimensión y la calidad y la escala de los geodatos (Medina, 2007). El autor caracteriza los problemas en el desarrollo de los SIG, pero no plantea un método para mejorar estas dificultades.

Identificación del problema Uno de los problemas más recurrentes durante el desarrollo del SIG, es la insatisfacción del usuario final, debido a que los usuarios finales no interactúan con el desarrollo hasta que el proceso finaliza, usualmente en la fase de construcción, esto sucede aproximadamente en el 45% de tiempo de inicio de ejecución del proyecto (ver tabla 4), en este punto del proceso de desarrollo se presentan las inconsistencias entre los elementos planteados en la fase de diseño (requisitos), y los artefactos generados como producto final (Cécile, Edwards, & Fernandes, 2007).

Inception

Elaboration

Construction

Transition

Tabla 4. Estimación de tiempos por fase.

Effort

10%

30%

55%

5%

Elapsed time

20%

35%

40%

5%

Fuente: (Cécile et al., 2007; West, 2002)

En el caso de las metodologías ágiles encontramos, que a pesar de que en el momento de ser implementadas las aplicaciones SIG, algunos elementos temáticos, como la gestión de la información geográfica, no son tratados en profundidad, debido a su naturaleza específica, en particular en las fases de: Sprint Planning y Sprint Review (véase la figura 3) . Lo cual conlleva a reprocesos y reingeniería de componentes que luego se traducen a mayor consumo de recursos.

Las principales inconsistencias que se presentan en al finalizar un proceso de desarrollo y, en particular, en el caso de los SIG son las siguientes: Estructuras de almacenamiento: este tipo de inconsistencia hace referencia a casos en donde las estructuras que soportan el almacenamiento de la información geográfica carece de aspectos esenciales del proceso de diseño planteado durante la elicitación de requisitos, lo que genera pérdida de información valiosa y necesaria para los procesos soportados por el SIG construido.

Métodos de visualización: en estos casos se presenta que los mecanismos de visualización y consulta de la información geográfica, no cumplen con las expectativas del usuario, lo que genera consultas poco efectivas y deja por fuera elementos geográficos. En algunos casos no es adecuada la consulta de la información, porque requieren un esquema de visualización web o elementos basados en una alta carga de procesamiento de información y un despliegue en equipos tipo desktop.

Métodos de consulta: en este caso se presentan inconsistencias en el aspecto de la usabilidad de las herramientas desarrolladas a la medida para el SIG, genera procesos dispendiosos para procesar un conjunto de datos y obtener un determinado mapa, o conjunto de información.

Método propuesto para desarrollar Sistemas de Información Geográfica utilizando la metodología ágil Scrum Por lo anteriormente expuesto en esta sección, se propone un método para el desarrollo de Sistemas de Información Geográfica a partir de la incorporación de adaptaciones a la metodología

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de desarrollo ágil Scrum, y de esta forma contar con una metodología que pueda responder a la velocidad cambiante de la información geográfica, y que contribuya principalmente a disminuir las inconsistencias que se presentan en el desarrollo de este tipo de sistemas, en el momento de ser incorporados en un ambiente de producción, los cuales a largo plazo, generan re-procesos y costos adicionales en el desarrollo. De acuerdo con la teoría del Scrum (Nonaka, 1986) este se basa en procesos empíricos, fundamentados en experiencias similares y extrapolando el conocimiento adquirido a nuevas situaciones.

Equipo de trabajo (Scrum Team).

En el equipo de trabajo se tienen en cuenta las personas que intervienen de forma directa en la elaboración y gestión del proyecto SIG. Una de las variaciones, frente al uso tradicional de esta metodología Scrum es la conformación del equipo de desarrollo, el cual se compone de los siguientes elementos (ver figura 2): Dueño de Producto (Product Owner) Equipo de Desarrollo (Development Team) Analista geodatos Analista de bases de datos espaciales Analista de sistemas de información geográfico Desarrollador geográfico Scrum Master El Dueño de Producto (The Product Owner).

El Dueño de Producto o (Product Owner) es el miembro del equipo del cliente y su principal característica a diferencia de un Product Owner tradicional, es que debe contar con habilidades que le permitan procesar e interpretar la información y procesos geográficos que hacen parte del sistema geográfico a desarrollar (ver figura 6).

Adicionalmente, es el encargado de gestionar la Lista del Producto (Product Backlog), y realizar un constante monitoreo a los artefactos generados en cada Sprint con el fin de que estos se mantengan ajustados a los lineamientos de las especificaciones técnicas. Una de las nuevas actividades que se incluyen en este método son las reuniones de validación (Validation Meeting), en las cuales se realiza una validación de las soluciones propuestas por el equipo de desarrollo versus las actividades planteadas en sprint backlog.

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El Equipo de Desarrollo (The Development Team).

Una de las variaciones propuestas es la generación de roles específicos dentro del equipo de desarrollo, con el fin atacar de forma puntual las necesidades del desarrollo de un proyecto de SIG, y de esta forma no depender de recursos externos al proyecto, los cuales pueden retrasar la ejecución del mismo. Adicionalmente, con un equipo tan calificado, se busca evitar la toma de decisiones a la ligera tanto en el ámbito geográfico como del proceso de desarrollo de software, las cuales pueden llevar a un correcto funcionamiento, cuando se presente un comportamiento erróneo del sistema, por ejemplo: una inadecuada gestión de la información geográfica, una inadecuada gestión de requisitos o necesidades del sistema de información geográfico (ver figura 6).

A continuación, se describen los perfiles de los miembros del equipo de desarrollo: Analista geodatos: este rol es el encargado de analizar la información geográfica que se utilizará en el sistema de información geográfica y realizar revisión de parámetros básicos como: escala de trabajo, calidad de datos y geodatos, metadatos y licencias de uso. Con el fin de tomar las respectivas decisiones al momento de realizar un diseño.

Analista de bases de datos espaciales: este profesional es el encargado de diseñar la estrategia mediante la cual se almacenará la información geográfica y su interacción con la información alfanumérica, con el fin de dar respuesta a las necesidades del software.

Analista de sistemas de información geográfico: Este es el encargado de diseñar la estrategia mediante la cual se consultará la información geográfica con el fin de cumplir con las necesidades expresadas por el usuario.

Desarrollador geográfico: este es el encargado de generar la interacción entre el usuario y la información geográfica, según las especificaciones plasmadas por el resto del equipo.

Fases de Scrum.

Una de las principales características de la metodología de desarrollo ágil Scrum es la agilidad

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y flexibilidad mediante la cual interactúan los actores involucrados en el proceso de desarrollo.

Además, la velocidad a la cual se puede reaccionar frente a cambios que se presenten sobre el Product Backlog. Estas interacciones se denominan fases y es justo en esta, en donde se implementan las variaciones significativas propuestas en este método (ver figura 6).

El Sprint es el elemento central del proceso de desarrollo Scrum por ser la unidad de gestión en la cual, al final se genera un artefacto de software listo para desplegarse y sobre la cual se inicia la siguiente fase o Sprint. Este consiste en la realización de los siguientes actividades (ver figura 6): Reunión de Planificación del Sprint (Sprint Planning Meeting) Reunión de validación por módulo Scrums Diarios (Daily Scrums) Trabajo de desarrollo Revisión del Sprint (Sprint Review) Retrospectiva del Sprint (Sprint Retrospective) Reunión de Planificación del Sprint (Sprint Planning Meeting).

Durante esta fase, se asignan y secuencian las actividades que cada uno de los miembros del grupo realizará durante el Sprint, su principal objetivo es crear un plan para almacenar los objetivos planteados para el Sprint, según el

Product Backlog. A continuación, se presentan los participantes: Analista de bases de datos espaciales: persona con experiencia en el modelado, construcción y gestión de bases de datos espaciales.

Analista de sistemas de información geográfico: persona con experiencia en el análisis, desarrollo e implementación de sistemas de información geográfica Desarrollador geográfico: desarrollador de software con experiencia en la utilización de APIs geográficos y fundamentación en sistemas de información geográfica.

Scrum Master: facilitador del proceso de desarrollo con conocimiento en sistemas de información geográfica.

Reunión de validación por módulo (Validation Meeting).

Es en este punto aparecen una de las nuevas características que se deben implementar con proyectos de carácter geográfico “Reunión de validación por módulo”. En esta reunión se realiza inmediatamente después de la reunión de planificación de sprint, y su función es validar los objetivos que se trazan para realizar durante el Sprint por parte del equipo de desarrollo, se encuentran alineados con el Product Backlog, y las expectativas del usuario. Esta reunión tiene

Figura 6. Propuesta metodológica Scrum para sistemas de información geográficos Fuente: (Schwaber & Sutherland, 2013)

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una duración máxima de treinta minutos y no se incorpora o modifica el diseño planteado por el equipo de desarrollo. En caso de encontrarse alguna inconsistencia en el plan o diseño presentado por el grupo en relación con los objetivos del proyecto, estos cambios deben de ser tomados por el Scrum Master y aplicados por el equipo, antes de proceder con el desarrollo de la solución. A continuación, se presentan los participantes: Dueño de Producto (Product Owner) Scrum Master Desarrollo del Sprint.

Es en esta fase como tal en donde radica una de las mayores adaptaciones al método de SCRUM tradicional, debido a que en este punto se secuenciarían las actividades de diseño concernientes al componente geográfico, según los roles incorporados (ver figura 8). Con el fin de garantizar que las principales necesidades de un proyecto geográfico sean cubiertas, se realizan las siguientes actividades: En una primera instancia del proyecto se analizan las fuentes de información geográfica, información complementaria y las condiciones de uso que tengan sobre estas. Posteriormente se analizan las estructuras en las cuales se almacenará la

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información geográfica, teniendo en cuenta sus atributos y su relación con la información alfanumérica tradicional.

Una vez se tenga un modelo claro de datos geográfico y funcional, se analizan las estrategias de acceso a dicha información por parte de los usuarios finales y/o funcionalidades desarrolladas a la medida.

Una vez se encuentre definido y validado el modelo de datos geográfico que soporta el objetivo del Sprint, y las estrategias de visualización y acceso a la información geográfica, se entregan estos al equipo de desarrollo, a modo de especificación técnica para desarrollar las actividades asignadas en el Sprint Backlog.

Actividades del sprint.

Análisis de información: en esta sub-actividad, se analiza la información con la que se cuenta al momento del desarrollo del SIG, la consecución de la información faltante y las licencias y términos de uso bajo los cuales se pueden utilizar la información geográfica y herramientas de desarrollo. Se deben tener en cuenta los siguientes parámetros en el momento de consolidación de la información geográfica: escala de trabajo, calidad de datos, metadatos, generación de atributos y licencias de uso.

Figura 7. Propuesta de subprocesos por Sprint Fuente: (Schwaber & Sutherland, 2013)

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Análisis de almacenamiento de información geográfica: en esta actividad se definen la estrategia y la estructura inicial en la cual se almacenará la información que hace parte del sistema de información geográfica, a partir de la información y restricciones establecidas en la actividad anterior.

Análisis de estrategias de visualización y consulta de información geográfica: una vez definida la estructura en la cual se almacenará la información geográfica del proyecto, se procede a diseñar una estrategia para consultar la información geográfica y como se encontrará disponible esta, para el desarrollo de las funcionalidades geográficas a la medida.

Desarrollo de funcionalidades geográficas: en este punto el desarrollador SIG cuenta con los insumos definidos y necesarios para el desarrollar de las funcionalidades geográficas definidas en el Sprint Backlog y cuenta con el apoyo directo del equipo que participa en las actividades anteriores para realizar una modificación o incorporar elementos que hayan sido pasados por alto.

Artefactos Los artefactos generados durante la metodología de desarrollo Scrum representan las unidades de trabajo y su principal objetivo es la socialización de las actividades del proceso de desarrollo entre los miembros del proyecto. Sin embargo, para el caso del desarrollo de proyectos de software para SIG, a algunos de estos artefactos les falta describir algunas fases que ocurren durante este proceso de desarrollo, por tanto se incorporan algunas variaciones al esquema de productos estándar de la metodología Scrum.

Lista de Producto (Product Backlog).

Debido a que en el caso de estos sistemas la ubicación de los elementos geográficos es clave para configurar fases o comportamientos durante el desarrollo o ejecución del producto de software que se va a desarrollar, se incorporan por cada requisito funcional un prototipo de la interfaz gráfica o elemento que requiere ser detallado.

Estos prototipos son claves debido a que se realizan cambios y ajustes por parte del equipo de

desarrollo durante la reunión de planificación del Sprint, y estos ajustes o cambios sugeridos por el equipo de desarrollo, son validados con el usuario, durante la reunión de validación por módulo.

Artefactos generados durante el Sprint.

Algunos artefactos se incorporan a los procesos de desarrollo como elementos de apoyo entre los miembros del equipo de desarrollo, su objetivo principal es describir de una forma detallada y establecer estándares para interactuar con la plataforma geográfica sobre la cual se desarrollará el sistema de información geográfico.

Diagrama entidad relación: debido a que la naturaleza de los SIG, incluye dentro de su proceso de desarrollo múltiples fuentes de datos, y algunos modelos entidad relación incluyen una doble representación de entidades, en su ámbito geográfico y en el alfanumérico. Este diagrama se genera durante la subactividad de análisis de almacenamiento de información geográfica y se ubica al alcance de los miembros del equipo. Este diagrama debe ser actualizado en el siguiente Sprint con los cambios propios del nuevo Sprint, así como con los cambios introducidos por las subactividades siguientes a esta: análisis de estrategias de visualización y consulta de información geográfica, y desarrollo de funcionalidades geográficas.

Mapas: para este artefacto se debe tener en cuenta la forma de acceder a la información geográfica, según las especificaciones contempladas en el Product Backlog, debido a que este aparato, varía según el tipo de herramienta por la cual se accede a la información. Se puede componer de los siguientes elementos: • Servicios web geográficos: elemento que se refiere a las URL a través de las cuales se accede a información geográfica publicada a través de un servidor de aplicaciones especializado en este tipo de información. Los formatos más comunes para acceder a esta información son: WMS, WFS, REST, ArcGIS Rest y ArCGIS Map Service.

• Archivos de mapas: para el caso de funcionalidades y desarrollo de proyectos cuya funcionalidad se desarrolle por herramientas de

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escritorio, este artefacto describe los archivos fuentes de despliegue de la información.

Los principales formatos para acceder a la información son: Archivos MXD, Archivos MPK, Archivos QGP Conclusiones La implementación de una metodología de desarrollo de software para aplicaciones geográficas, requiere comprender el grado de especialización de la información que se maneja para alcanzar resultados que satisfagan las necesidades de los geousuarios. Scrum es una metodología de desarrollo de software ágil que permite concentrarse en alcanzar los objetivos planteados por estos. Sin embargo, es preciso ajustarse a las particularidades de la información y necesidades que se manejan en estos proyectos.

Adicionalmente se encuentra que: El utilizar una metodología de desarrollo de software brinda un soporte a un producto de software para garantizar su mantenibilidad en el tiempo.

La metodología planteada permite la detección de inconsistencias a nivel de información en una etapa temprana del proceso de desarrollo y permite tomar las medidas correctivas a tiempo.

Con esta metodología se disminuyen los tiempos empleados en los procesos de desarrollo de sistemas de información geográfico, debido a que se reducen las actividades de ajuste o reingeniería, una vez entregado el producto final.

Bajo este método se precisan y ajustan desde una etapa temprana los métodos de visualización y consulta de información geográfica requerida por el usuario final y se evitan largas negociaciones, y/o el desarrollo de componentes con alto costo, no contemplados en el inicio del proyecto.

A pesar de que se aumentan las actividades del personal especializado en cada Sprint (Analista geo-datos, Analista BD, Analista SIG y desarrollador SIG), este equipo permite los aspectos relevantes dentro del proceso de desarrollo de un SIG y disminuye el tiempo empleado para el desarrollo de este tipo de actividades.

A pesar de que el costo de los profesionales en SIG es superior a los estándares, este costo se traduce en la disminución de los procesos de reingeniería y ajustes al final del proyecto.

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Referencias Arias, Y., Blanco, R., & Bagarotti, Y. (2013).

Metodología para el desarrollo e implantación de sistemas de información geográfica. Serie Cientifica de La Universidad de Las Ciencias Informáticas, 6(7), 42–53. Retrieved from http:// publicaciones.uci.cu/index.php/SC Cécile, P., Edwards, M., & Fernandes, A. (2007). The IBM Rational Unified Process. Retrieved from http://www.redbooks.ibm.com/redbooks/pdfs/ sg247362.pdf Durango Vanegas, C. E., & Zapata Jaramillo, C. M. (2015). Una representación basada en Semat y RUP para el Método de Desarrollo SIG del Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Una Representación Basada En Semat Y RUP Para El Método de Desarrollo SIG Del Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 6(1), 14. https:// doi.org/10.21500/20275846.1721 Medina, L. (2007). Caracterización del proceso y herramientas metodológicas de la ingeniería de requerimientos para aplicaciones de sistemas de información geográfica. Revista Ingenieria E Investigación, 27(1), 123–131.

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Víctor Daniel Gil Vera 42

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Nombre Imagen: Vista de Santiago / Autor: Johnny Valencia Calvo REVIS TA CIENTÍFI CA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Bedoya Klaiss, Carlos Alberto, Gomez Arias, Jaime and Villamizar Jaimes, Aixa Eileen. (2018). Estrategias, herramientas o técnicas utilizadas para vulnerar los instrumentos de medición del consumo de potencia de energía eléctrica en grandes clientes. Cuaderno Activa, 10(1), 43 - 49.

REVISTA CIENTÍFICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Estrategias, herramientas o técnicas utilizadas para vulnerar los instrumentos de medición del consumo de potencia de energía eléctrica en grandes clientes□ Strategies, Tools or Techniques Used to Vulnerate the Instruments of Measurement of Power Consumption of Electric Energy in Large Clients Carlos Alberto Bedoya Klaiss*, Jaime Gómez Arias**, Aixa Eileen Villamizar Jaimes***

Recibido: 14/12/2017 Resumen: En este documento se analizó la problemática de carácter delictivo en instalaciones del sector productivo de energía, donde se evidenció el delito por defraudación de fluidos, con este tipo de fraude se afectan los bienes propios de las empresas prestadoras de los servicios públicos y, a su vez, se perjudica también a los ciudadanos, en su bienestar y calidad de vida. La ocurrencia de estas acciones delictivas implica gastos adicionales asociados a su reposición, los cuales podrían ser aplicados según la normatividad vigente y establecida para ello; los delitos indicados afectan la calidad del servicio, la infraestructura básica y la comunidad en general, así como, a las entidades de seguridad del estado

Aprobado: 28/02/2018 y municipios, lo que causa grandes perjuicios económicos a las empresas prestadoras y a sus clientes. El estado tiene la obligación no solo de combatir el hurto de infraestructura de las redes y contrarrestar las acciones de dolo anotadas, sino también, lo relacionado con delitos ambientales, invasiones de reserva forestal, actividad minera ilícita, contaminación por agroquímicos residuales, entre otros; Penal, C. (2000). Ley 599 de 2000. No obstante, el tema central de este documento será la defraudación de fluidos y las técnicas utilizadas.

Palabras clave: Defraudación fluidos, fraude, servicios públicos, acciones delictivas, técnicas.

□ Artículo resultado de investigación. * Esp.(c) en Seguridad de la Información, Profesional en Criminalística. Empresas Públicas de Medellín. Colombia. capetoklaiss@ gmail.com ** Esp.(c) en Seguridad de la Información, Tecnológico de Antioquia I.U, Ingeniero de Sistemas, Universidad de Medellín.

Colombia. jagaina@hotmail.com. *** MSc. en Diseño y Gestión de Proyectos Tecnológicos, Ingeniero de Sistemas. Facultad de Ingeniería, Tecnológico de Antioquia I.U. Colombia. aixa.villamizar@tdea.edu.co.

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Abstract: This document analyzes the problems of criminality in the production facilities of Energy, which present frauds of fluids, with this type of fraud affect the own assets of the companies providing public services, which in turn are also affected citizens, who through these services are guaranteed the welfare and quality of life. The occurrence of criminal actions causes that resources have to be allocated for their replacement, which could be applied to improve the effectiveness and coverage of them and social investment, the indicated crimes affect the quality of service, basic infrastructure and community in general, including State security agencies and municipalities, causing great economic damages to the providing Companies and their clients. The state has the obligation not only to combat the theft of infrastructure of the networks and to counteract the fraud annotated actions, but also the related to environmental crimes, invasions of forest reserve, illegal mining activity, contamination by residual agrochemicals, among others; however, the central theme of this document will be the defrauding of fluids and techniques used.

Key words: Defrauding fluids, fraud, public services, criminal actions, techniques Introducción Se pretende identificar una problemática que para las empresas no es nueva, pero sí para las acciones, estrategias y procedimientos que debe definir e implementar con el fin de contrarrestar, por un lado, el intento de hurto y el hurto mismo, de la infraestructura, sobre todo del cable cuyo elemento componente es el cobre y, por el otro, la continua defraudación de los servicios de agua potable, gas natural y energía eléctrica.

En primer lugar, si bien es cierto que desde tiempo atrás ha existido el hurto de elementos, ahora hay un motivo especial, y es el precio que se paga en el mercado negro por un kilo de cobre, escenario que prácticamente se ha convertido en un cartel, dadas su operatividad, movilidad, lugares de receptación y traficantes, como lo informa Bolívar, L. C. (2013), con un gran comprador como la China. Esto explica el fuerte incremento del hurto de cable telefónico, flagelo soportado por las empresas durante más

de cinco años, Sanchez, W. S., Morales, S., & Flores, J. (2000), pues apropiárselo no representa tanto riesgo para la vida humana como el hurto de cable de energía, que, a pesar de sus riesgos, se tiene como objetivo delincuencial, ya que por su variedad y grosor es más pesado y por consiguiente de un mayor valor al venderlo.

Una cifra que ilustra lo anterior y causa escozor, es que un país como Colombia, que no es productor de cobre, exporta cerca de 50.000 toneladas de este material al año, lo que movió a los gremios a presentar proyectos de ley que penalizaran este delito, Bolívar, L. C. (2013). Fue así como en junio de 2007, la Ley 1142 elevó a 12 años de prisión las penas para quien hurte cable de cobre o sea encontrado responsable de concierto para delinquir.

En segundo lugar, a diferencia de las demás empresas que tienen que combatir el hurto de cable, se debe soportar otro delito, la “defraudación de fluidos”, consistente en la apropiación indebida de energía eléctrica, gas natural y agua potable mediante mecanismos clandestinos como derivaciones no autorizadas, alteraciones en las conexiones o manipulaciones en los aparatos medidores, para que sus consumos y pagos sean muy por debajo de lo que deberían ser, la demanda de energía ha motivado investigadores y académicos para diseñar modelos que hace posible predecir la demanda de energía a corto, mediano y largo plazo (Gil, V. (2015).

Esto se debe básicamente a dos aspectos: uno, la apremiante situación económica de algunas personas y, dos, razones culturales, que llevan a pensar a diversos usuarios que no se justifica pagarle a una empresa con plata, aunque carezcan de problemas económicos. Para las empresas prestadoras de estos servicios, no puede pasar desapercibido este flagelo y, de no ejecutar acciones de control y seguimiento, estimularían unas conductas que difícilmente podrían intervenir.

Hasta finales de 2007, las empresas prestadoras de servicios públicos podían multar a quien detectaran con anomalías en sus conexiones o equipos, lo hacían mediante actuación administrativa que

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Estrategias, herramientas o técnicas utilizadas para vulnerar los instrumentos de medición del consumo de potencia de energía eléctrica en grandes clientes Strategies, Tools or Techniques Used to Vulnerate the Instruments of Measurement of Power Consumption of Electric Energy in Large Clients ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 45 de 160

garantizara un debido proceso al permitir al usuario controvertir las pruebas en su contra, de las que difícilmente salía favorecido porque el acervo probatorio aportado por la empresa era elocuente y contundente al basarse en las fotos y videos de la visita en que era encontrado el fraude, Martínez, J. A. B., Zemanate, Y. M. C., García, O. V. M., Capote, K. L. R., Correa, N. A. S., Derecho, E. D. I. A. D., & Gómez, L. O. R. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PUBLICOS DOMICILIARIOS. Un fallo de la Corte Constitucional “Sentencia SU.1010/08”, argumentó que las empresas de servicios públicos carecían de la potestad legal para cobrar multas o sanciones pecuniarias, aduciendo que no estaba contemplada en la ley 142. Esto tiene algunas implicaciones tanto económicas, pues deja de contarse con un dinero importante dado que la multa compensaba en parte los consumos dejados de ingresar, como culturales, porque es riesgoso admitir que una población con innegables problemas económicos no tenga siquiera la presión de una multa en dinero para quienes practican acciones dolosas como las señaladas. Así las cosas, podría perderse el respeto de los clientes hacia las empresas y hacia el buen uso de los servicios públicos.

De ahí la importancia que cobra el presente documento, pues apunta a evidenciar que, de no afrontarse el problema proactivamente y con medidas preventivas, será necesario denunciar estos delitos y actuar en forma reactiva y destinar grandes sumas de dinero a la reposición de material y mano de obra para restablecer el servicio.

De esta manera, se contribuye a que no se acrecienten los actos delictivos, se vela por el

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patrimonio público y se da cumplimiento a las normas establecidas en el Código Disciplinario Único, artículo 34 y ley 417 del Código de Procedimiento Penal, que hablan del deber de los servidores públicos de denunciar y, sobre todo, de garantizar la calidad y continuidad del servicio, evitando el perjuicio que sufren los clientes con su interrupción.

Metodología Se realizó un estudio soportado con la normativa vigente de Colombia determinando a que sección de la ley pertenece cada caso de fraude según la problemática existente, de este modo clasificar el tipo de delito, la ley que debe aplicarse, así como el proceso y la penalidad que acarrea este acto delictivo.

Es importante tener en cuenta que se considera que comete delito de defraudación de fluido eléctrico, quien utiliza fraudulentamente la energía, aun cuando no haya sido la misma persona la autora de la instalación de los mecanismos utilizados para la defraudación ni de la alteración maliciosa de los contadores. Es decir, quien se aprovecha de la defraudación siendo consciente de ello también puede ser catalogado como autor de este delito.

Normatividad aplicable según el código penal El siguiente cuadro indica las leyes que soportan los delitos de hurto y defraudación. Vale anotar que la Ley 1153 de 2007 (Ley de pequeñas causas), en la que se determinaban los delitos como contravenciones de acuerdo con su cuantía, fue declarada inexequible e inconstitucional. De ahí que nuevamente las contravenciones vuelven a ser delitos y considerados de oficio por la Ley 599 de 2000.

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Cuaderno Activa N°10 • página 46 de 160

TABLA 1.Leyes que soportan los delitos de hurto y defraudación.

Delito

Ley Modificada

Ley que modifica

Se tipifica

Proceso

Pena

Observaciones

Huerto de Infraestructura

599 de 2000 y 890 de 2004

1142 de 2007

Huerto calificado

El proceso se inicia de oficio y NO importa la cuantía

De 5 a 12 años de prisión

Lo atienden fiscales y jueces.

5599 de 2000 y 890 de 2004

1153 de 2007. Ley de pequeñas causas INEXEQUIBLE

Defraudación de fluidos

Huerto calificado

Inicia de oficio

De 1 a 4 años

Lo atienden los fiscales y jueces.

Fuente: elaboración propia (2017).

Normatividad aplicable a servidores públicos Normatividad que enmarca las actuaciones de los funcionarios con respecto al conocimiento de los delitos que se adelantan de oficio.

Ley 734 del Código Disciplinario Único de 2002 Artículo 34 numeral 24: “Es deber de todo servidor público denunciar los delitos, contravenciones y faltas disciplinarias de los cuales tuviere conocimiento, salvo las excepciones de ley”.

Artículo 417 del Código Penal: “El servidor público que, teniendo conocimiento de la comisión de una conducta punible, cuya averiguación deba adelantarse de oficio, no dé cuenta a la autoridad, incurrirá en multa y pérdida del empleo o cargo público, o, dependiendo de la gravedad, conforme al inciso 2°, la pena será de 2 a 4 años de prisión”.

Delitos contra el patrimonio económico Artículo 256. Defraudación de fluidos. “El que mediante cualquier mecanismo clandestino o alterando los sistemas de control o aparatos contadores, se apropie de energía eléctrica, agua, gas natural, o señal de telecomunicaciones, en perjuicio ajeno, incurrirá en prisión de uno (1) a cuatro (4) años y en multa de uno (1) a cien (100) salarios mínimos legales mensuales vigentes”.

La defraudación de fluidos, en la Ley 1153 de 2007 (conocida como ‘Ley de pequeñas causas’) estaba tipificada por cuantías, condición que hacía a tal conducta objeto de conciliación o de querella. Pero al haber sido declarada inexequible e inconstitucional dicha ley, las contravenciones

vuelven a ser delitos, situación que hace que se conviertan de oficio, por lo que las empresas adquieren la obligación de denunciar.

Precisiones jurídicas En los delitos de oficio existe una obligación legal de formular denuncias. De lo contrario la persona o entidad que no lo haga puede incurrir en un delito de omisión de denuncia y de responsabilidad disciplinaria en su calidad de servidor público. Con el nuevo sistema oral acusatorio, todo el proceso penal está cruzado por la justicia restaurativa, cuyo fin principal es brindar una atención a las víctimas y lograr una reparación integral. ¿Qué se entiende por esta?

1) Que el victimario indemnice los daños y perjuicios.

2) Que se garantice la no repetición de la conducta.

3) Que se restituyan los bienes.

4) Que se desarrollen programas de educación y rehabilitación.

5) Que se logre la plena satisfacción de la víctima.

El proceso administrativo para recuperar los consumos y el dinero por defraudación de fluidos se debe hacer de acuerdo con lo establecido en la Ley 142 de 1994, artículo 150, garantizando en todos los casos el debido proceso que por principio constitucional debe otorgarse. Simultáneamente, se iniciará el trámite penal, mediante denuncia.

(Angulo, M. C. 2001).

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Estrategias, herramientas o técnicas utilizadas para vulnerar los instrumentos de medición del consumo de potencia de energía eléctrica en grandes clientes Strategies, Tools or Techniques Used to Vulnerate the Instruments of Measurement of Power Consumption of Electric Energy in Large Clients ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 47 de 160

Actualidad En el mercado se pueden encontrar múltiples características que poseen diferentes circuitos electrónicos, con respecto a su uso y posibles aplicaciones sobre el manejo de corriente basados en el funcionamiento del microprocesador y los demás dispositivos. También se hace una

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apreciación sobre la posibilidad de que dicho circuito probablemente sea controlado de manera inalámbrica, lo cual agrega una característica especial de manejo sin ser detectado o manipulado directamente, evitando que la carcasa del medidor donde fue instalado sea abierta.

Figura 1. Tipos Mando a distancia (fotografía) Fuente: elaboración propia (2017).

Esto obedece, a que la delincuencia con el ánimo de lucrarse económicamente recurre a métodos supremamente innovadores donde por medio de diferentes programas pueden manipular los diferentes softwares de las empresas, esto hace que descifrar este tipo de fraudes sea demasiado difícil, como por ejemplo circuitos activados o controlados a distancia por radio frecuencia, que son de fácil acceso en el mercado, cualquier persona con conocimientos mínimos en electrónica

puede hacer uso de este dispositivo para los fines propuestos de forma particular, dicho circuito es de venta libre y no tiene restricciones. En el mercado estos dispositivos tienen un costo aproximado de $80.000, a su vez, tienen una programación en el micro controlador donde se puede modificar mediante un software según la necesidad y, si se tiene un amplio conocimiento en programación, puede realizar las modificaciones que sean necesarias libremente.

Figura 2. Tarjeta electrónica (fotografía) Fuente: elaboración propia (2017).

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Resultados esperados Una vez analizada la información y los diferentes casos recolectados se puedo identificar que una de las principales causas es el ofrecimiento, colocación y la rentabilidad que ofrece este acto delictivo al verse reflejado en grandes ganancias económicas con un menor riesgo. A su vez, se logra evidenciar que estas personas tienen alto conocimiento técnico sobre los diferentes tipos de fraudes que se pueden realizar sin que sean detectados. En Colombia existe normativa vigente que contrarresta estas acciones castigando con severidad a este grupo de individuos que infringen la ley, pero la facilidad de cometer el fraude motiva a estas personas a evadir la justicia.

Se puede establecer que existe un alto conocimiento del personal interno y externo que labora en las diferentes empresas del sector donde se conoce sobre los procedimientos administrativos y aplicativos de las empresas que los vinculan con el fraude.

Investigaciones de campo realizadas por las autoridades informan que existen elementos sofisticados que van a la vanguardia de la tecnología moderna donde las empresas son demasiado vulnerables a pesar de que tienen controles, pero que no son lo suficientemente efectivos para evitar los diferentes tipos de fraude. Se puede encontrar en el mercado un dispositivo electromagnético que, estimulado por una corriente eléctrica muy débil, abre o cierra un circuito en el cual se disipa una potencia mayor que en el circuito estimulador, el cual activa otro circuito de comunicación, que es una red electrónica que posee varios elementos como: resistencias, condensadores, inductores, etc., que logran emitir una señal que abre o cierra un dispositivo que se quiere controlar, contiene un antena que es utilizada para emitir o recibir ondas radioeléctricas, donde existe un control de mando que permite regular a distancia el funcionamiento de un aparato, se le conoce como control remoto o mando a distancia, por lo que se hace necesario implementar un modelo de diagnóstico para la gestión de mantenimiento a la empresa que brinda el servicio de reparaciones mecánicas y eléctricas (Ardila, M., Martínez, W. & Olmos, L, 2015).

Lo anterior demuestra que la delincuencia siempre va un paso adelante de la legalidad y que las personas se encuentran en un mundo de consumo donde lo principal es obtener ganancias económicas; evaden las normas y leyes, le dan un lugar muy importante al fraude como principal fuente de ingresos económicos y esquivan los diferentes controles que tienen las empresas para recaudar dineros correspondientes a los servicios de energía ofrecidos para brindar un bienestar personal, común y social.

Conclusiones Este proceso delictivo regulado por la legislación penal colombiana en su Artículo 256 “Defraudación de Fluidos” debe abordarse de manera integral (social, policivo, legal, político e institucional) para tener mayor efectividad en su gestión; las acciones técnicas aisladas son insuficientes para atacar la problemática.

Se debe implementar un proyecto de gestión y control para abordar la defraudación de fluidos, asignando responsabilidades a las diferentes dependencias: técnicas y operativas, jurídicas, comerciales e institucionales.

Es necesario definir una postura nacional con la problemática de la defraudación del fluido eléctrico para que se ataque directamente, con el fin de dar a conocer a la comunidad y a las empresas el daño económico que se está generando con este flagelo, a su vez, generar conciencia de que este tipo de delito no solo perjudica a las empresas generadoras de energía sino también a un alto porcentaje de la población que se beneficia de los subsidios que se dejan de recibir.

Es un deber de cada ciudadano denunciar mediante las líneas de atención que tienen las autoridades en las diferentes ciudades de Colombia este tipo de delito, para que sea conocido por las autoridades e implementar el Código Nacional de Policía y Convivencia, para de esta manera, lograr que este tipo de delito sea castigado. Igualmente, intentar que estas mentes maestras con una alta capacidad e inteligencia utilicen todo ese talento para hacer el bien y no para delinquir.

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Nombre Imagen: Casa en Santiago de Chile / Autor: Johnny Valencia Calvo

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Ingeniería Ambiental

“Limitar nuestra atención a cuestiones terrestres sería limitar el espíritu humano. El mayor enemigo del conocimiento no es la ignorancia, sino la ilusión del conocimiento” Stephen William Hawking- Físico teórico, Astrofísico y Cosmólogo ( 1942 - 2018).

Vera Solano, Javier Augusto. (2018). Las actividades ilegales de los actores armados del conflicto, que han sido fuente de desastres ambientales en Colombia. Cuaderno Activa, 10(1), 69 - 76.

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Las actividades ilegales de los actores armados del conflicto, que han sido fuente de desastres ambientales en Colombia* The illegal activities of the armed actors of the conflict, which have been source of environmental disasters in Colombia Javier Augusto Vera Solano†

Recibido: 01/12/2017 Resumen: En el siguiente artículo se analiza como en Colombia cada día se incrementan las actividades ilícitas por causa de los actores armados como guerrilla, paramilitares y bandas criminales, las cuales contribuyen de manera negativa a la aparición de desastres ambientales. Estos sucesos producen daños a los ecosistemas, contaminación de fuentes de agua, la pérdida de calidad de los suelos, el desplazamiento de especies y hasta la pérdida de vidas humanas producidos por acciones como el uso de precursores químicos para procesamiento de droga, uso de cianuro y mercurio para la explotación de oro, la voladura de oleoductos por atentados terroristas, los desplazamiento masivos de pobladores de sus tierras para implementación de monocultivos y ganadería extensiva, entre otros. El objetivo principal del escrito es hacer una reflexión acerca del tema y la deuda ambiental que tienen estos grupos con la naturaleza en nuestro país.

Palabras clave: conflicto, desastre, impacto, ecosistema.

Aprobado: 14/02/2018 Abstract: The following article analyzes how in Colombia illegal activities increase every day due to the armed actors such as guerrillas, paramilitaries and criminal gangs, which contribute negatively to the appearance of environmental disasters.

These events cause damage to the ecosystems, contamination of water sources, the loss of soil quality, the displacement of species and even the loss of human lives produced by actions such as the use of chemical precursors for drug processing, the use of cyanide and mercury for the exploitation of gold, the blowing up of oil pipelines due to terrorist attacks, the massive displacement of people from their lands for the implementation of monocultures, among others. The main objective of the paper is to reflect on the issue and the environmental debt that these groups have with nature in our country.

Key words: Conflict, disaster, impact, ecosystem.

* Tipo de Artículo: Reflexión † Ingeniero Ambiental. Universidad de Antioquia. Medellín – Antioquia. augusto.vera@udea.edu.co.

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Introducción Los desastres son el resultado que se desencadena de la manifestación de uno o varios eventos naturales o antropogénicos no intencionales que al encontrar condiciones propicias de vulnerabilidad en las personas, los bienes, la infraestructura, los medios de subsistencia, la prestación de servicios o los recursos ambientales, causan daños o pérdidas humanas, materiales, económicas o ambientales, generando una alteración intensa, grave y extendida en las condiciones normales de funcionamiento de la sociedad (Ley 1523 de 2012).

Los desastres son impactos ambientales que varían ampliamente en términos espaciales y de volumen, razón por la cual su calificación es relativa y depende de la valoración social que la comunidad les asigne (Cardona, 1992). Así mismo, los desastres de tipo ambiental son llamados así porque son los causados por el hombre en un ambiente natural, como la destrucción de páramos, humedales, ríos, ciénagas, selvas, océanos por falta de previsión, accidentes, incompetencia, uso indiscriminado sin control, o por atentados en la infraestructura energética del país. Esto provoca consecuencias de larga duración, que incluye la muerte de seres humanos, animales y plantas, y causa la migración y desplazamiento de los mismos. En otras palabras, sin la intervención humana nunca hubiera pasado (El Tiempo, 2015).

Todo impacto ambiental severo es un desastre, pues aún en el caso de no haber afectación directa sobre la población, los bienes y servicios, los efectos pueden ser de carácter ecológico, como consecuencia de acciones naturales o antrópicas, en las cuales es válido aplicar el concepto de que si se está en lucha con la naturaleza se está en lucha consigo mismo (Fernández, 1996) Además cuando se habla de desastre, a este concepto viene asociado lo que es la amenaza y el riesgo, siendo este último un fenómeno de origen natural o humano que significa un cambio en el medio ambiente que ocupa una comunidad determinada (Maskrey, 1993), una contingencia

o proximidad de un daño; de la misma manera, hacemos alusión a la amenaza que según la Ley 1523 de 2012 es el peligro latente de que un evento físico de origen natural, o causado, o inducido por la acción humana de manera accidental, se presente con una severidad suficiente para causar pérdida de vidas, lesiones u otros impactos en la salud, así como también daños y pérdidas en los bienes, la infraestructura, los medios de sustento, la prestación de servicios y los recursos ambientales.

Una vez aclarado estos términos, podemos reconocer que en Colombia el fenómeno del conflicto armado ha propiciado una serie de acciones por los grupos al margen de la ley, más allá del riesgo y la amenaza. Son acciones que se convirtieron en desastres ambientales con incidencia, no solo en cambios de los procesos socioculturales, económicos, políticos y morales, sino que desde hace mucho tiempo también están produciendo efectos adversos en el medio ambiente. Los desastres ambientales producidos por actividades violentas y no violentas pero perjudiciales de los diferentes grupos armados que hacen parte del conflicto, afectan a todos los componentes del entorno ambiental, entendiéndose entorno “como aquello que rodea a algo o a alguien sin formar parte de él ”.

En nuestro caso, al hablar de ambiente hacemos referencia a los componentes bióticos y abióticos que rodean al individuo como son el agua, suelo, aire flora y fauna, los cuales se ven afectados, sea por ataques terroristas a un oleoducto, extracción de minerales por vía ilegal, deforestación para cultivos ilícitos, campamentos entre la selva para laboratorios clandestinos o, por el simple hecho de vivir en la jungla, deteriorándola con sus residuos.

Lo anterior, nos plantea un cuestionamiento: ¿ Los actores armados ilegales del conflicto en Colombia están en deuda con nuestro medio ambiente?

Este artículo tiene como objetivo realizar una reflexión acerca de cómo todas estas acciones delictivas pueden convertirse en generadoras de desastres ambientales.

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Las actividades ilegales de los actores armados del conflicto, que han sido fuente de desastres ambientales en Colombia The illegal activities of the armed actors of the conflict, which have been source of environmental disasters in Colombia

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 55 de 160

Marco teórico Tabla 1. Ejemplos de algunos actos violentos que generan desastres ambientales en Colombia.

Actividad violenta

Área de afectación

Fumigaciones de marihuana con Sierra Nevada de Santa Marta (Geoactivismo.

Paraquat org, 2014)

Fecha 1978- 1981

Voladura del oleoducto

Machuca Corregimiento del municipio de Segovia Antioquia. (El Espectador, 2014)

18 octubre de 1998

Cultivos ilícitos

Ecosistemas y regiones afectadas en Colombia durante 1998 por cultivos ilícitos. (Álvarez, 2001)

1998

Rutas de movilidad y tránsito de los actores armados, Escenarios de tránsito o refugio de secuestros.

(PNN Puracé, Nevado del Huila y Hermosas, en la cordillera Central en el Putumayo –PNN La Paya–, en Urabá –PNN Los Katíos–, etc.).

(PNN Sumapaz, Nevado del Huila, Farallones, Santuario de fauna y flora Ciénaga Grande de Santa Marta, y PNN Sierra Nevada del mismo nombre). (Correa C, 2002)

1990-2015

Voladura y apertura de la válvula Afectó en gran parte el curso del río Rosario se reductora de bombeo de la esextendió a los ríos Caunapi, Chaguari y Mejicatación de la Guayacana”, municino. (Hoyos Duque, 2004) pio de Tumaco”

18 de febrero del año 2000

Extracción de oro (grupos armados ilegales)

Caucasia, departamento de Antioquia (Semana, 2011)

2009-2011

Contaminación por minería ilegal

Río Dagua, municipio de Zaragoza, departamento del Valle.

2010

Cultivos ilícitos

6148 hectáreas sembradas de cultivos de coca en el departamento del Putumayo. ( (El Tiempo, 2013)

2012

Voladura del oleoducto Caño Limón – Coveñas

La quebrada La Gritona, en el municipio de Cubará, Boyacá, (el agua de la quebrada surte al acueducto de la vereda Bojabá). (Nullvalue, 2015)

Octubre de 2014

Voladura del oleoducto Caño Limón - Coveñas

Vereda La Blanquita, de Cubará, Boyacá. El Balneario del Río Royota del municipio de Cubará, calificado como el mejor sitio de la región del Sarare, hoy se encuentra altamente mezclado con crudo. (Radio W. , 2014)

Mayo de 2014

Sembrado de minas antipersona junto a derrame intencional de crudo.

Afectando dos quebradas de la vereda La Montañita jurisdicción de Puerto Asís. Impacta a más de 41 familias de la vereda, quienes se surten del líquido de estas fuentes. (Radio C. , 2014)

22 Enero de 2014

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Cuaderno Activa N°10 • página 56 de 160

Actividad violenta

Área de afectación

Fecha

Sembrado de minas antipersona

Uno de los impactos negativos más grande que se desprende de la actividad terrorista es la que se le ocasiona al suelo; las explosiones producen procesos erosivos, degradación de las capas de la tierra e infertilidad del terreno, esto último como consecuencia de los químicos que componen las trampas mortales. (Brigada, 2014)

2014

Derrame intencional de crudo

Zona rural de Tumaco. Ríos Cuanapi y el Ro11 de junio de 2015 sario

Fumigaciones con glifosato (cultivos ilícitos)

Frontera con el Ecuador (Samper, 2015)

Minería ilegal

Desastre Ambiental Ecosistemas del Departamento del Guainía (El Tiempo, 2015)

2000-2015

Fuente: Elaboración propia (2017)

El conflicto en Colombia y las acciones de los grupos armados.

El conflicto armado está presente en Colombia desde los años 1960 y 1970, y se generó por un “supuesto” de desigualdad entre las clases sociales y la lucha entre los partidos políticos. Este conflicto ha tocado a todos los factores constituyentes de la sociedad o población colombiana: personas, familias, barrios, ciudades, sectores económicos, políticos, culturales, instituciones públicas y privadas; nadie se ha salvado de ser perturbado en poco o mucho por este fenómeno. Al compendiar cifras es posible afirmar que el conflicto armado colombiano ha provocado aproximadamente 220.000 muertos. De estas muertes el 81,5% corresponde a civiles y el 18,5% a combatientes; es decir, aproximadamente ocho de cada diez muertos han sido civiles, personas no combatientes, según el Derecho Internacional Humanitario los más afectados por la violencia (Grupo de Memoria Histórica, 2013) Este conflicto interno nos ha dejado un saldo de muerte, destrucción, desplazamiento de millones de personas, viudas, huérfanos, familias y pueblos destruidos, masacres, genocidios de poblaciones indígenas, personas en situación de discapacidad, mujeres violadas y abusadas sexualmente bajo diversas formas de esclavitud, niños convertidos en máquinas de muerte, ambiente arrasado,

proyectos de vida individuales y colectivos frustrados; potencialidades truncadas de desarrollo como país. (Conflicto armado interno y derecho internacional humanitario, 2013).

Los actores armados han incurrido además de la afectación social, en prácticas como la voladura de oleoductos, la contaminación de acueductos, la tala indiscriminada, la extracción de minerales, la alteración del cauce de los ríos, entre otras.

Estas acciones, sumadas a los cambios abruptos que impusieron en los usos de las tierras y los ríos, al igual que en las actividades agrícolas, han generado desastres ambientales gravísimos y aún no calculados. (Centro Nacional de Memoria Histórica, 2014).

Es el caso de zonas como la del Catatumbo que según la defensoría del pueblo: “el conflicto deja un saldo desfavorable a la región, problemas como la pérdida de cerca de 200.000 ha de bosque, el cambio del uso del suelo, procesos erosivos, alteración de la regulación hídrica e incalculable pérdida de biodiversidad.” (Defensoría del Pueblo, 2006). Si evaluáramos los impactos ambientales que se dan por las actividades ilegales, se podría subrayar que la mayoría de ellos, debido a su severidad, frecuencia, alcance y permanencia en cada uno de los componentes del medio ambiente, tendrían un valor de significancia alto por el nivel

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de degradación que se identifican actualmente en varias de las aéreas en donde se encuentran los actores armados, sean guerrilla, paramilitares, bandas criminales, y delincuentes comunes y sobre todo en las áreas rurales del país.

Debemos tener en cuenta que la manifestación de todos los desastres ambientales causados por la acciones ilegales de los grupos armados al margen de la ley, son generados por cuatro actividades económicas principales de las cuales ellos se benefician por el alto grado de rentabilidad

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que generan, entre ellas podemos identificar la extracción de petróleo, la extracción de oro, los monocultivos y ganadería extensiva y, por último, los cultivos ilícitos (ver figura 1). Cada una de estas actividades provoca una sinergia de nuevos conflictos tanto ambientales como socioculturales si se entiende un conflicto ambiental como: “Conflicto relacionado con el daño a los recursos naturales, donde la oposición proviene principalmente de actores exógenos, por lo común activistas de organizaciones ambientalistas (Orellana, 1998).

Extracción de Petroleo

Monocultivos y Ganaderia Extensiva

Extracción de Oro

Cultivos Ilicitos Figura 1. Actividades Económicas de las que se benefician los actores armados y que generan desastres ambientales. Fuente: Elaboración propia (2017).

Extracción de petróleo.

La industria petrolera por si sola en sus etapas del ciclo de vida (ver figura 2) (exploración, explotación, desarrollo y desmantelamiento), presenta una serie de actividades: sísmica, perforación de pozos, producción, que implican interacciones con el entorno natural (Calao Ruiz, 2007), el cual se ve afectado por los significativos impactos ambientales que causa la producción de crudo, lo cual se agrava, si a esto se asocian los intereses codiciosos de los actores armados en busca de un beneficio económico por medio de

secuestros, extorsiones y voladuras.

La extracción de petróleo en Colombia es uno de los puntos neurálgicos cuando establecemos relación con los intereses económicos que esta actividad genera; por ejemplo, el tema de las regalías que muestra una alta presencia de grupos armados ilegales en los departamentos donde su porcentaje de distribución es mayor, es el caso de Arauca, Casanare, Putumayo, donde buscan el control de estos territorios para sacar ventaja del proceso de extracción del crudo.

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Exploración 1

Desmantelamiento 4

Proyecto Petrolero

Desarrollo 3

En el caso de la Orinoquia, los descubrimientos de los yacimientos de petróleo de Caño Limón (1984), en el departamento de Arauca, de petróleo y gas natural en Cusiana (1991) y Cupiagua (1993), en el departamento de Casanare, marcaron nuevos conflictos y la agudización de otros que venían latentes desde las décadas anteriores. Si bien, como se señalaba anteriormente, estos departamentos dinamizaron su economía a partir de las bonanzas petroleras, esas bonanzas generaron procesos que agudizaron la desigualdad al interior de los departamentos de Arauca y Casanare, por ejemplo, para el periodo comprendido entre 2002 y 2003 se han denunciado 1000 desapariciones, sin contar un gran número de homicidios y desplazamientos hacia la capital de Arauca o hacia otras regiones del país. (Avellaneda Cusaría, 2004).

Además, el conflicto entre los grupos armados conlleva entre algunas áreas de estas regiones a lo que hoy conocemos como el confinamiento poblacional, entendido como una situación en la que una población sufre limitaciones en su libre movilidad por un período igual o superior a una semana y, también, tiene acceso limitado a bienes o servicios como: educación, salud, agua y saneamiento, medios de vida, entre otros. El confinamiento puede darse como consecuencia de la presencia y accionar de los grupos armados

Exploración 2

Figura 2. Fases de proyecto petrolero.

Fuente: Elaboración Propia.

ilegales en un territorio determinado que origine el enfrentamiento entre este tipo de actores y la fuerza pública (Fundacion Ideas para la paz, 2014).

La voladura de oleoductos por parte de los frentes armados ilegales es otra forma de generar grandes daños al destruir la infraestructura petrolera, lo que el aspecto aire con emisiones de contaminantes como los HAP, COV y HTP, hidrocarburos aromáticos policíclicos, (HAP), los compuestos orgánicos volátiles, (COV), y los hidrocarburos totales del petróleo (HTP) Los primeros tienen alto potencial carcinogénico, mutagénico y teratogénico en organismos acuáticos. (Espina Vanegas, 1996). El daño concreto que causa un derrame de petróleo en el medio ambiente es que crea una película sobre la superficie de las fuentes superficiales de agua que impide la entrada de luz, necesaria dentro del ecosistema acuático para diferentes especies que necesitan la llegada de esta para realizar el proceso de fotosíntesis, con el agravante de que si este proceso no se realiza mueren. El desastre por estas acciones es que el crudo afecta primero a las algas y al fitoplancton, los cuales constituyen la primera pieza de la cadena trófica, si desaparecen los animales que se nutren de ellos comienzan a presentar complicaciones, y así se va ampliando el problema hasta causar la muerte de especies más grandes; las que sobreviven se

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alimentan con estas algas contaminadas con la sustancia tóxica que se les acumula en el cuerpo.

Lamentablemente, estas especies que en general son peces y crustáceos son reserva nutricional en la alimentación de los pobladores que viven en el área de influencia donde se presenta el ataque terrorista y, por ende, el derrame. Así se inicia el proceso de contaminación en la cadena trófica lo que causa enfermedades en la población.

Es este el caso del atentado terrorista realizado en Tumaco por las Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia, Farc, al oleoducto en el 2015 , el cual dejo sin agua a más de 160 000 personas alrededor del área afectada por el derrame de crudo Se estima que fueron derramados 410 000 galones de crudo, lo que generó la llegada de la mancha de crudo a las bocatomas (Equipo Humanitario Colombia., 2015), y provocó el cierre de las plantas de tratamiento de agua potable, con el consiguiente desabastecimiento de la misma.

Lo anterior, ocasionó una emergencia sanitaria, con enfermedades diarreicas, enfermedades respiratorias, enfermedades de la piel, así como un desastre ambiental con alta mortandad de peces y moluscos. Ahora bien, consideremos igualmente, los atentados terroristas (voladuras de oleoductos) perpetrados por el Ejército de Liberación Nacional, ELN, sobre todo en el departamento de Arauca, donde desde el 30 de septiembre de 1986 hasta el año 2000 se habían registrado 752 atentados (Ramírez, 2003). El impacto no solo es para las aguas superficiales, en terrenos arenosos el crudo se infiltra y llega hasta las aguas subterráneas ampliando la magnitud del desastre.

Cultivos ilícitos.

Los cultivos ilícitos son aquellos destinados a la producción, elaboración, preparación y comercialización de sustancias psicoactivas, los cuales se realizan de forma encubierta alterando aspectos como la economía, la sociedad y sobre todo el medio ambiente.

La destrucción de los bosques para la siembra de cultivos ilícitos como la hoja de coca y la amapola, devastan por cada hectárea sembrada entre dos y tres hectáreas de bosques disminuyendo ecosistemas y afectando la biodiversidad (Departamento Nacional de Planeación, 1994).

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Esto ocurre en Colombia por causa del conflicto, son grandes áreas de selva tropical que se talan cada día y ocasionan desastres ambientales como el desplazamiento de las especies, el cambio en el uso del suelo y contaminación del mismo con fumigaciones, que a su vez genera emisiones que afectan la salud de muchos de los habitantes de las veredas aledañas al área de influencia del cultivo.

La tala para establecer cultivos ilícitos, así como otras actividades agropecuarias por parte de los colonizadores de la frontera agrícola, en muchas ocasiones se ve protegida por grupos ilegales lo que genera la fragmentación de los ecosistemas boscosos lo cual, a su vez, tiene un negativo impacto en la biodiversidad y otras funciones de los bosques. (Becerra Rodríguez, 2003). El desastre ambiental generado por esta actividad ilícita por parte de los grupos armados origina la muerte de especies, el desplazamiento de las que sobreviven y, además, algunas de ellas se vuelven un producto de consumo por sus carnes lo que causa la defaunación o exterminio violento y total de los animales de una región, en este caso, de forma directa por la caza de los animales para consumo. Gran parte del comercio de productos ilegales de vida silvestre es llevado a cabo por grupos criminales con alcances internacionales, y las ganancias pueden ser utilizadas para financiar conflictos civiles y actividades relacionadas con el terrorismo. El tráfico ilícito de vida silvestre también está vinculado a otras formas de tráfico ilegal y lavado de dinero y, sobre todo, a la explotación comercial ilícita de especies exóticas como cacatúas, tortugas, monos y muchas otras más. (World Wide for Nature, 2012).

Otras acciones que pueden causar desastres ambientales por la siembra de los principales cultivos ilícitos como amapola, cocaína y marihuana, son el uso de agroquímicos para su establecimiento, los cuales por fenómenos de escorrentía, escurrimiento o infiltración pasan a contaminar cuerpos de agua tanto superficiales como subterráneos, lo que ocasiona la reducción de macroinvertebados o fauna bentónica que es esencial en los ciclos alimenticios de otras especies.

Así mismo, uno de los métodos o técnicas para la adecuación rápida del suelo, es la quema de miles

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de hectáreas lo que se convierte en una amenaza cuando no es debidamente controlada, ya que sus efectos sobre los ecosistemas son muy drásticos.

Una vez se inician las etapas de establecimiento del cultivo también se presentan los efectos negativos para el medio ambiente entre los cuales podemos citar: - Destrucción de nichos ecológicos y cadenas tróficas.

Destrucción de potencial genético desconocido.

- Erosión edáfica.

- Destrucción de cobertura vegetal nativa.

- Alteraciones en los regímenes de lluvias y clima local.

- Aumento considerable de emisiones de CO2.

- Desaparición de bellezas escénicas y paisajísticas.

- Extinción de especies endémicas.

- Deterioro de nacimientos de agua. (Bernal Contreras, 2000).

Además, sumados a todos los anteriores efectos, están los que se producen una vez son detectados los campamentos cocaleros por parte del Estado, cuando estos son desmantelados y quemados en la mayoría de las veces con los productos y sustancias químicas que se encuentran en ellos; esto produce emisiones y concentraciones de contaminantes tóxicos y genera residuos sólidos que quedan en medio de la selva afectando las características fisicoquímicas del suelo. Ver Figura 3.

1. Áreas escogidas

2. Adecuación de los terrenos

5. Procedimiento de la droga

4. Uso de sustancias quimicas Figura 3. Etapas de establecimiento de un cultivo.

Fuente: elaboración propia (2017).

La extracción de oro y las sustancias químicas.

El oro no está en la superficie, se encuentra a varios metros de profundidad, entre diez (10) y treinta (30) metros en minería de socavón, así mismo, en la minería de aluvión miles de toneladas de tierra deben ser removidas para encontrar el metal; por lo tanto, es necesario utilizar retroexcavadoras para abrir los huecos o pozos y facilitar el trabajo de los barequeros. Esta maquinaria es la principal generadora de los daños en el suelo, luego de

este proceso el material que se extrae es llevado a las plantas de beneficio (la mayoría protegidas por grupos armados ilegales) en donde se usan sustancias que son altamente contaminantes (mercurio y cianuro) y no cumplen con las normas básicas para el manejo de vertimientos, afectando los cuerpos de agua cercana. Además, , uno de los problemas más frecuentes entre la comunidad minera aurífera es la falta de conocimiento y concientización alrededor de la exposición a

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metales, en particular el mercurio, que puede causar enfermedades fatales entre la población (Verbel, 2013).

Varias zonas del país en donde existe la extracción del oro sufren procesos de deforestación bastante altos, lo que afecta la disponibilidad del recurso hídrico. Allí se presentan denuncias por proyectos mineros que han restringido el acceso al agua, el riego y la producción agrícola, y a veces estas explotaciones no respetan que estas zonas corresponden a una reserva forestal de vieja data. (Idárraga Franco, Muños Casallas, & Vélez Galeano, 2010). La extracción de oro además de la alteración de los ecosistemas, la contaminación de los cuerpos superficiales de agua y la destrucción social, genera la fijación de las sustancias tóxicas contaminantes (arsénico, mercurio) a las plantas y peces, que son parte de la alimentación nutricional de los mismos mineros, lo que afecta a los trabajadores de plantas de beneficio que en un alto porcentaje no utilizan los implementos de protección y seguridad personal, y contraen enfermedades mortales.

Estudios realizados por el Ministerio del Medio Ambiente en el Bajo Cauca y en el sur de Bolívar en 1996, mostraron impresionantes concentraciones de mercurio, cianuro, vanadio y otros metales pesados en peces, cabello humano de pescadores y pobladores y raíces de plantas, en las cuencas de los ríos Bagre, Nechí y Cauca. (Peña Pirazán, 2003).

Los actores armados guerrillas, paramilitares, bandas criminales se encargan del contrabando ilegal de productos químicos para algunas plantas de beneficio, que son las peores causantes de la contaminación de cuerpos de agua, ya que en ellas es donde se mezcla la roca o suelo extraído con el mercurio, para formar una amalgama que luego será presionada escurriendo grandes cantidades del metal cuya disposición final o vertimiento definitivo serán los ríos La explotación de oro de manera ilegal no es una característica solo de una zona en general en Colombia. Muchos casos han sido documentados por instituciones de control del Estado como la Contraloría, pero podemos tomar el caso del oro de Segovia (Antioquia, región central), allí el control

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directo de las minas de oro y de la producción por parte de actores ilegales, el pago forzoso de cuotas a actores ilegales por parte de mineros en busca del metal, y la sangrienta persecución de supuestos auxiliadores de la guerrilla, han marcado la historia reciente de la región dando como resultado una alta incidencia de masacres, homicidios y secuestros (Leiteritz, Nasi, & Rettberg, 2009). En la parte ambiental estas extracciones han traído daños significativos no solo al componente agua, también han ocasionado, deforestación, esterilización de los suelos, fenómenos de subsidencia los cuales son los causantes de grietas y hundimientos que deterioran los terrenos.

Además, la gran minería implica protección y vigilancia en toda la cadena de explotación, que por ser de carácter ilegal, solo puede ser protegida y vigilada por grupos armados ilegales, lo que vulnera aún más las comunidades que de manera directa o indirecta están involucradas en la minería de hecho. (González Perafán, 2013).

Monocultivos y ganadería extensiva.

La palma fue introducida en Colombia desde 1932, y a pesar de que el cultivo lleva más de medio siglo en Colombia, su mayor crecimiento se dio durante la última década del siglo XX y se potencializó en la primera década del siglo XXI (Ocampo Valencia, 2009). La palma de aceite es otro sector agroeconómico en la cual el conflicto se ha encarnado por los intereses económicos en la adquisición de suelos, ya que estos cultivos necesitan grandes áreas para garantizar su rentabilidad, tierras que se ven afectadas por múltiples actividades que a su vez permiten la aparición de impactos como se ha demostrado, por ejemplo, que los cultivos de palma de aceite producen grandes perjuicios como en el caso de muestras analizadas en zonas palmicultoras de Ecuador. Revelaron además, que la utilización de fertilizantes, herbicidas y pesticidas aumentó la concentración de elementos químicos en el agua, que sobrepasaron los límites para consumo humano, riego, ganado y vida acuática, causando daños a la salud humana y al medio.

La implementación de monocultivos de palma africana tiene implicaciones ambientales tales como: el deterioro acelerado de los suelos, el uso

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intensivo de agroquímicos, que implica graves daños ambientales, especialmente en regiones selváticas, y los grandes impactos de obras complementarias como carreteras.

Se observa la implementación de cultivos de palma africana en regiones selváticas del Pacífico colombiano (área reconocida como uno de los lugares con mayor biodiversidad en el mundo), a pesar de que las condiciones climáticas no son rentables, lo que hace pensar en la implementación de estos monocultivos desde otra lógica: los monocultivos de palma africana se utilizan como una manera de “domesticar” la selva y abrir paso al “desarrollo”, lo que significa la eliminación de una ventaja táctica para las guerrillas, que encuentran en las áreas boscosas zonas de movilidad y resguardo. (Risal, Revista Pueblos, 2005).

Asimismo, existe abundante documentación sobre la erosión genética y la destrucción de la biodiversidad que causan los monocultivos. De igual forma, la deforestación debida en gran medida a monocultivos como la soya o la palma de aceite, además de destruir fuentes alimenticias silvestres, es responsable de producir 17,3% de las emisiones globales totales de CO2 según datos del Panel intergubernamental de expertos de cambio climático (IPCC). (Monsalve Suárez & Emanuelli, 2009),

El Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt afirmó que “las plantaciones de palma no son bosques, son ecosistemas uniformes que sustituyen los ecosistemas naturales y su biodiversidad, decrece la producción de agua, se modifica la estructura y composición de los suelos, se altera la abundancia y composición de especies de flora y fauna y se pierde la base del sustento de la población nativa”. (Instituto de investigaciones de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt, 2000) Es pertinente afirmar que no solo son los grupos armados los que motivan la afectación ambiental, también, varios autores han demostrado cómo los países con abundantes recursos naturales están más relacionados con la aparición de conflictos armados y, que además, estos recursos pueden jugar un papel preponderante en la duración del mismo (Humphreys, 2010). Pero para el caso de Colombia y su conflicto, existen tres aspectos principales que se transforman en desastre para el medio ambiente por causa de los monocultivos: la desaparición de la agricultura tradicional, el desplazamiento masivo y la destrucción de activos naturales (ver figura 4).

Desaparición de agricultura tradicional

Desiertos verdes Destrucción de activos naturales

Desplazamiento masivo Figura 4. Efectos de los desiertos verdes.

Fuente: Elaboración propia.

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El primero se observa por la compra, robo o desalojo forzado de los campesinos de sus pequeñas parcelas o fincas por parte de los grupos armados ya antes mencionados., en estas se practicaba una agricultura a pequeña escala con pequeños sembradíos de yuca, plátano, frutales cuya labranza era mínima lo que permitía conservar la calidad de los suelos. El segundo factor va estrechamente relacionado con el primero, ya que el desplazamiento lo podemos ver desde dos puntos: el desplazamiento de especies fauna silvestre y el desplazamiento poblacional de los habitantes de estas áreas, este último debido a la intimidación con chantajes extorsiones y amenazas de muerte, lo cual está convirtiendo a Colombia en uno de los países con más desplazados en el mundo, lo cual es una tragedia o desastre por el número de víctimas. Por ejemplo, la Corte Interamericana de Derechos Humanos confirmó en una resolución de 6 de marzo de 2003, que la empresa Urapalma ha promovido la siembra de palma aceitera en casi 1500 hectáreas, sin embargo, lo delicado de la situación no radica en la negación oficial de estos cultivos, sino que según la Corte, la expansión de los cultivos en los territorios colectivos de la cuenca del Curbaradó y Jiguamiandó se ha dado mediante incursiones paramilitares amparadas por la fuerza pública (Peralta González, 2005).

En el caso del desplazamiento de fauna, esta se ha dado por la deforestación extensiva de bosques nativos y la eliminación de la cubierta vegetal. Los daños comienzan con la destrucción o degradación de los hábitats, ya que para poder utilizar el terreno en otras actividades, es necesario eliminar la vegetación original cortando y retirando los árboles grandes y, muchas veces, quemando los restos que quedan en el suelo. De esta manera, a los organismos que pierden sus hábitats se les dificulta el acceso al alimento y refugio, la búsqueda de parejas, e incluso pueden morir durante el proceso de retiro y quema de la vegetación (Semarnat, 2011).

Otro efecto de los desiertos verdes es la desaparición de la agricultura tradicional y también de los huertos y los cultivos tradicionales, lo que disminuye la variedad de especies de insectos adaptadas a estos ecosistemas, que a su vez son

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el alimento de otras especies como ranas, sapos, pequeños mamíferos, que al ver reducida su fuente de alimento, comienzan a buscar nuevos territorios en donde buscar su sustento.

A pesar de que el impacto social, cultural y ambiental de los monocultivos en las comunidades locales tiende a ser muy similares al de los megaproyectos como las represas o la minería, los monocultivos son generalmente percibidos como menos problemáticos y continúan expandiéndose con apoyo estatal, sin que los gobiernos pongan en vigor las políticas y la regulación necesarias para revertir y remediar los efectos nocivos de la agricultura industrial. (Monsalve Suárez & Emanuelli, Monocultivos y Derechos Humanos, 2015).

Si bien los monocultivos por el uso de grandes extensiones de tierra llevan a la aparición de desastres ambientales, hay otra actividad económica en Colombia que necesita grandes áreas de suelo para su desarrollo como es la ganadería extensiva, que también se ve afectada o implicada en las acciones delictivas de los grupos armados, por la ocupación, distribución y uso indebido del suelo.

Uno de los principales desastres socioambientales generado por esta actividad, o el principal desde el punto de vista de la comunidad, lo podríamos plantear como el desplazamiento forzado, en particular el de la población rural, acompañado del despojo de tierras en varias regiones del país (Baribbi & Spijkers, 2011); desde la parte del medio ambiente el desastre es la devastación acelerada de los bosques, que trae consigo graves secuelas como la disminución en la productividad de los suelos, la destrucción de nichos ecológicos, la pérdida de hábitats, el desplazamiento de especies y la pérdida de infiltración y fuentes de agua. Por ejemplo, en las décadas de 1970 y 1980 en Unguía Acandí, departamento del Chocó aparecieron grandes haciendas de ganadería extensiva producto de procesos de titulación de baldíos a colonos, principalmente antioqueños, y en las décadas de 1980 y 1990 la concentración de estas tierras fue por parte del narcotráfico (García Reyes, 2013), tierras que han sufrido grandes

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transformaciones a consecuencia de la ganadería extensiva, las cuales producen efectos negativos como la compactación del suelo por el tránsito de los animales, afectando el flujo del agua a través del perfil y la estabilidad estructural, procesos que causan erosión superficial y remociones masales (Ruiz Solera & Gz_Janica Marzola, 2012).

Conclusiones Un impacto ambiental puede ser leve, moderado o significativo, y cuando este último genera pérdidas socioeconómicas y daños relevantes al entorno, puede elevarse al concepto de desastre ambiental.

Para nuestro caso, las actividades ilícitas realizadas por los grupos armados en Colombia (cultivos ilícitos, minería ilegal, atentados a la infraestructura petrolera, despojo de tierras para monocultivos, entre otras) indudablemente, han generado desastres ambientales.

Si partimos de la definición de desastre como un evento que transforma seriamente el funcionamiento de una comunidad, con pérdidas económicas, ambientales y humanas, podemos afirmar que los derrames de crudo producidos por las voladuras de oleoductos en Colombia (acciones terroristas), son los más graves desastres ambientales que los grupos armados ilegales han provocado en el país, por la magnitud del daño a todos los componentes del medio ambiente, háblese de agua, suelo, aire, flora y fauna, como lo demuestran las estadísticas, por ejemplo, en el caso de Arauca entre 1986 y 1997, el ELN fue el responsable de 129 ataques de este tipo de un total de 138, lo que equivale a un 93.5%. De hecho, entre 1986 y 1999 se observa una tendencia ascendente en los atentados a la infraestructura pues se pasó de tres en 1986 a 30 en 1999, con un pequeño pico en 1988, cuando se realizaron 21 ataques (Fundación Ideas para la Paz, 2015) (Fundación Ideas para la Paz, 2015).

Cuando se habla de desastres ambientales, también en este concepto va implícita la parte social y la afectación a la misma. Por ello, si se mira el conflicto desde sus inicios hasta nuestros tiempos, puede concluirse de forma segura y sin vacilar que el peor desastre que ha dejado la confrontación armada en Colombia es la muerte de más 220000

personas, durante estos 54 años de conflicto, además 25 000 colombianos desaparecidos, y 4 744 046 desplazados, según lo que se puede observar en los informes presentados por el Centro Nacional de Memoria Histórica de nuestro país.

A pesar de todos los perjuicios ambientales que se presentan por estas actividades, el Estado representado en el Ministerio del Medio Ambiente y en las Corporaciones Autónomas, no se manifiesta de forma enérgica, lo cual muestra la falta de compromiso con las comunidades afectadas por estos fenómenos, cuando debe ser el propio estado el que vele por proteger el derecho a un medio ambiente sano así como ejecutar acciones de estricto cumplimiento de las normas en lo que se refiere a la conservación y protección del mismo, según lo consagra la Constitución Política de 1991.

Por último, podemos responder al cuestionamiento formulado al principio del escrito: ¿los actores armados ilegales del conflicto en Colombia están en deuda con nuestro medio ambiente?

Innegablemente Sí, y es una deuda descomunal, una deuda impagable, porque la actitud irracional de estos, ha causado daños irreparables, no solo al medio ambiente sino también y, lo que es más grave, al pueblo colombiano.

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Las actividades ilegales de los actores armados del conflicto, que han sido fuente de desastres ambientales en Colombia The illegal activities of the armed actors of the conflict, which have been source of environmental disasters in Colombia ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 67 de 160

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Víctor Daniel Gil Vera 68

Cuaderno Activa N°10 • página 68 de 160

Nombre Imagen: Venecia / Autor: Johnny Valencia Calvo REVIS TA CIENTÍFI CA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Montoya Rendon, Andrés Felipe, Valencia Hurtado, Sergio Humberto, Sánchez Mesa, Ana María and Vélez Gonzáles, José Manuel.

(2018). Valoración de los residuos sólidos de la Comuna Dos de Bello (Antioquia), como sistema alternativo de aprovechamiento.

Cuaderno Activa, 10(1), 67 - 86.

REVISTA CIENTÍFICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Valoración de los residuos sólidos de la Comuna Dos de Bello (Antioquia), como sistema alternativo de aprovechamiento□ Assessment of solid waste from Comuna Dos de Bello (Antioquia), as an alternative system of use Andrés Felipe Montoya Rendón* , Sergio Humberto Valencia Hurtado† , Ana María Sánchez Mesa◊ , José Manuel Vélez González §

Recibido: 01/12/2017 Resumen: En diferentes países se han establecido límites para las cantidades de residuos sólidos que se disponen en rellenos sanitarios. En Antioquia (Colombia), la Gobernación de Antioquia por medio de la Ordenanza número 10 “Basura Cero” obliga a los municipios del departamento a verter en relleno sanitario como máximo el 20 % de los residuos generados. Por lo tanto, los municipios de Antioquia están obligados a establecer programas para incentivar la separación desde la fuente, así como la valoración y el aprovechamiento de los residuos. Para valorización de los residuos sólidos se debe conocer la cantidad y el porcentaje de cada tipo de residuo por medio del aforo y la caracterización. Este trabajo se centra en la caracterización de los residuos generados en la Comuna 2, del municipio de Bello (Antioquia), para valorar el potencial económico y energético de los residuos sólidos generados. Para la valoración

Aprobado: 14/02/2018 del potencial energético de los residuos sólidos con fines de cogeneración se determinó el poder calorífico inferior de los residuos (PCI). Los residuos sólidos de la comuna 2 del municipio de Bello están compuestos por residuos ordinarios o comunes (46.7 %), residuos orgánicos (32.2 %) y residuos reciclables (21.0 %), con un PCI de 3 444.1 kcal/kg, por lo que tienen un valor económico y energético.

Palabras clave: residuos sólidos, caracterización, valoración energética.

Abstract: In different countries, limits for the amount of solid waste for final disposal in landfill have been established. In Antioquia (Colombia), the Government of Antioquia, through Ordinance number 10, “Basura Cero” (Zero Waste), obliges the municipalities of Antioquia to dump 20% of the waste generated into landfill. Therefore, the

□ Artículo resultado de investigación. * Magister en Gestión y Auditorías Ambientales. Docente Investigador Tecnológico de Antioquia – IU. Medellín – Colombia. amontoya2@tdea.edu.co †Doctor en Ingeniería. Docente Investigador Tecnológico de Antioquia – IU. Medellín – Colombia. Sergio.valencia@tdea.edu.co ◊ Ingeniera Ambiental. Sector productivo. Medellín – Colombia. anamara1107@gmail.com § Ingeniero Ambiental. Contratista Corantioquia. Medellín – Colombia. jose-manuel27@hotmail.com

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Andrés Felipe Montoya Rendón, Sergio Humberto Valencia Hurtado, Ana María Sánchez Mesa , José Manuel Vélez González Cuaderno Activa N°10 • página 70 de 160

municipalities of Antioquia must establish waste management programs in order to encourage the separation from the source, reuse, recycling, and treatment. For the valorization of solid waste, the waste composition and quantity of solid waste generated in the municipalities must been known by mean of a characterization. In this work, a characterization of the waste generated was made in the Commune 2, of the municipality of Bello (Antioquia). It was carried out to assess the energy potential and economic value of the different solid waste. For cogeneration of energy with waste, the Inferior Caloric Power (ICP) was determined. The waste from the commune 2 of the municipality of Bello was composed of ordinaries or commons waste (46.7%), organics waste (32.2%) and recycling waste (21.0%), with a ICP of 3 444.1 kcal/kg. Therefore, the solid waste of Commune 2 (Antioquia) has an economic and energetic value.

Key words: solid waste, characterization, energy valuation.

Introducción Para su desarrollo, las sociedades siempre han requerido materias primas, agua y energía. Las necesidades de estas colectividades son cada vez mayores, al igual que la diversidad de las mismas, lo que ha llevado a un aumento significativo en la producción per cápita (PPC) de los residuos sólidos generados. El desconocimiento de los residuos que se generan y su potencial uso como materias primas ha llevado a que una gran cantidad de estos sean abandonados o desechados sin ningún control, y que se disponga de ellos en sitios no autorizados. Esto ocasiona todo tipo de impactos ambientales negativos, como la concentración de elementos y compuestos potencialmente tóxicos y peligrosos por encima de la carga crítica, con anomalías geoquímicas y un riesgo significativo de deterioro de los suelos, aguas y sistemas bióticos.

Además, el incremento de los residuos sólidos con alta fracción de orgánicos y su mala disposición llevan a la emisión de gases de efecto invernadero según (Ramachandra, Bharath, Kulkarni, y Han (2018). Por lo tanto, es necesario realizar acciones preventivas o de mitigación, mediante planes de manejo de residuos sólidos.

En el departamento de Antioquia (Colombia), la Gobernación de Antioquia por medio de la Ordenanza 10 “Basura Cero”, como instrumento para el manejo integral de los residuos sólidos en los municipios del departamento, obliga a sus 125 municipios a verter en rellenos sanitarios un máximo del 20% de los residuos generados. Para esto se plantean diversas estrategias, entre las cuales se citan: la reducción en el consumo y en la generación, la reutilización de los desechos, la educación en el manejo de los residuos sólidos y la promoción de la cultura de manejo de residuos sólidos desde la fuente para usuarios domiciliarios, instituciones y sectores productivos (Asamblea Departamental de Antioquia, 2016). Sin embargo, para que los programas de residuos sólidos sean efectivos es necesario tener información de su producción per-cápita y su composición.

Para cualquier proceso de tratamiento los residuos deben ser separados (Miezan et al., 2015). Sin embargo, el manejo de los residuos sólidos es complicado debido a que su composición varía en función del lugar de generación y de los hábitos y cultura de la población urbana generadora (Lopes, 2018). Varios estudios aseveran que los residuos municipales son generados entre un 55 y 80 % por el sector residencial, seguido por el sector comercial (10-30 %), con cantidades variables del sector industrial, institucional y de servicios. Los residuos de estas fuentes son muy heterogéneos, y están compuestos por residuos de comida, desechos de jardín, madera, plástico, papel, metales, cuero, caucho, materiales inertes, baterías, textiles, material de construcción y demolición, entre otros, lo cual dificulta su clasificación. Se pueden clasificar en residuos biodegradables: orgánicos y papel; residuos no biodegradables: metales, vidrio, textiles, cuero, plástico, etc.

Para dar cumplimiento a los objetivos de “Basura Cero” y llevar a que la comunidad potencialice un proyecto comunitario de caracterización, valorización y aprovechamiento de residuos como una unidad de negocios, que genera empleo e ingresos económicos, se realizó una caracterización de los residuos sólidos generados en la Comuna 2 del municipio de Bello (Antioquia).

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Metodología Para el desarrollo del análisis de la caracterización de los residuos de la Comuna 2 del municipio de Bello (Antioquia) se realizaron las siguientes actividades: • Toma de muestra Para obtener una muestra representativa de la población de la Comuna 2 del municipio de Bello (Antioquia), se tuvo en cuenta lo estipulado en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS - Resolución 0330 de 2017), título F, y Flores (2009), donde para una población inferior a 100 000 habitantes, la muestra poblacional se obtuvo por medio de la ecuación estadística con población finita (Ec. 1), con los siguientes parámetros: desviación estándar normal para el nivel de confianza deseado, desviación estándar calculada y el error muestral (que debe ser como mínimo el 95% del peso total de la muestra).

Dónde: n = número de muestras a realizar, σ2 = desviación estándar de la generación de basura per-cápita de la población, para el caso en cuestión es de 0.04, Z2 1-∞= 1.96, con un grado de confianza de 95 %, E = error permisible en la estimación de la PPC (Kg/hab día) de 0.056 y N = número total de viviendas.

• Caracterización El foco de la caracterización fue el sector residencial de la Comuna 2 del municipio de Bello. A las viviendas seleccionadas se les informó y se les solicitó la autorización para realizar la caracterización de sus residuos sólidos. Se tomaron datos por medio de una encuesta a cada uno de los usuarios: dirección, número telefónico, número de habitantes, estrato socioeconómico. Además, se indagó sobre los hábitos de manejo de los residuos sólidos generados.

A cada una de las viviendas se les recolectaron los residuos sólidos y se separó según la clase

de residuo: orgánico, plástico, papel, textiles, vidrio, metales, inservibles, entre otros;. se tabularon y se determinó el peso total de la muestra (Ec. 2). Además, se determinaron los porcentajes de cada uno de los residuos en la muestra con la Ec. 3. Con estos datos se determinó la PPC de la comuna, por medio de las Ec. 4:

Donde: Wt = peso total de la muestra, Wi = peso de cada muestra de residuo (orgánico, textil, vidrio, metal y cada clase residuo que se encuentre en la muestra), % Wi = porcentaje muestra de residuo, PPC = producción per-cápita, Nhab = número de habitantes a los que se les efectuó la caracterización, Ndías = número de días de almacenamiento de los residuos sólidos.

• Valoración económica de los residuos sólidos La valoración económica de los residuos se basó en el precio de comercialización de los residuos generados recuperables. Para esto se realizó un sondeo en las diferentes cooperativas de recicladores y compraventas del municipio de Bello, donde se determinaron los valores de comercialización de los materiales sin transformación para el año 2017.

•Valoración energética de los residuos sólidos La valoración energética de los residuos sólidos se realizó por medios térmicos con fines de cogeneración.

Para sistemas de cogeneración se determinó el poder calorífico del residuo (PC), que se define con las calorías aportadas por unidad de peso o volumen de este. El RAS (2017) establece que con el PC, para el contenido de carbono, porcentaje de humedad y el contenido de metales, es posible implementar alternativas de gestión hacia la valorización energética de los residuos, los cuales pueden ser: biomasa estabilizada,

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fracciones de plásticos, celulosa (papel, cartón y madera), lodos biológicos estabilizados, así como textiles, caucho (incluyendo llantas) y cuero.

El poder calorífico superior del residuo (PCS), que aprovecha la energía de condensación del agua, se calculó con la Ec. 5 y 6.

Donde: PCSbs = poder calorífico superior en base seca y MO = porcentaje de materia orgánica.

Dónde: PCSbh = poder calorífico superior en base húmeda, MO = porcentaje de materia orgánica, porcentaje de humedad promedio = 66.08 % =H La Ec. 7 muestra los cálculos del poder calorífico inferior (PCI) de un residuo, el cual es el calor de la combustión que no aprovecha la energía de condensación del agua.

Resultados y discusión Según datos del 2015 de la oficina de Planeación Municipal del municipio de Bello, la Comuna 2 cuenta con un total de 48 925 habitantes y una densidad poblacional de 4.5 habitantes por vivienda, asentadas en un total de 11 094 viviendas.

Según las cifras del Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos de este municipio, se originaron aproximadamente 3363.95 Ton/mes en la zona urbana, y en el contexto específico de esta comuna 18.10 Ton/día, que fueron transportados para su disposición final sin ninguna caracterización o valoración en el relleno sanitario La Pradera.

Para la caracterización de los residuos sólidos generados en la Comuna 2 del municipio de Bello, se tomó una muestra representativa de las viviendas con la Ec. 1, para un total de 50 viviendas.

Para esta muestra, solo el 26 % efectúa separación en la fuente y el 74 % restante no la realiza, pero conocen sobre separación de residuos y han sido capacitados con anterioridad. Se pesaron los residuos generados en cada vivienda y por medio de la Ec. 2 se determinó el peso total de

la muestra, que fue de 181.33 kg. Además, con la Ec. 3 se determinó el porcentaje de cada residuo generado en esta.

La PPC de residuos sólidos se determinó con el peso total de la muestra, el tiempo de almacenamiento de los residuos sólidos y la población que lo generó (Ec. 4). Se encontró que el PPC de la Comuna 2 del municipio de Bello fue de 0.49 Kg/hab-día. Este valor se ajusta al promedio encontrado de PPC para el sector residencial del Área Metropolitana, según lo establecido en el Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos Regional del Valle de Aburrá (2006), el cual corresponde a 0.45 Kg/hab-día.

Además, este valor está por debajo de la media nacional, según el Boletín número 6 de la Red de Ciudades Cómo Vamos (2013), donde estima la PPC de Colombia en 0.84 Kg/hab-día. Según este boletín, Barranquilla es la ciudad que más basura genera por persona, con 1.2 Kg/hab-día, y Medellín la que menos lo hace con 0.57 Kg/hab-día.

La cantidad de residuos generados en la Comuna 2 se calculó por medio de la PPC y la población (48 925 habitantes), la cual fue de 24.2 Ton/día.

Los residuos sólidos que se generan en los diferentes barrios de la Comuna 2 son producidos en las dinámicas domésticas y comerciales. La composición de los residuos sólidos de esta comuna está representada en su mayoría por

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residuos ordinarios, con un 46.7%, seguido por los residuos orgánicos con el 32.3 % y, por último, los residuos recuperables con un 21.0 %. Los residuos ordinarios, a su vez, están compuestos por material de barrido, plástico de alta densidad, plástico de baja densidad, papel aluminizado, papel higiénico, Tetrapack y poliestileno. Estos residuos con un adecuado ejercicio de separación desde la fuente son susceptibles de valorización económica

y aprovechamiento, con lo que se obtiene una disminución significativa en la disposición final.

La Tabla 1 muestra los porcentajes de residuos recuperables que se encuentran dentro de los ordinarios y recuperables, que suman en total de 39.2 kg, lo cual representa el 21.0 % del total de la muestra

Tabla 1. Porcentaje de material reciclable residenciales de la muestra de la Comuna 2 Residuo

Cantidad (kg)

Porcentaje (%)

Papel

9.24

23.6

Cartón

3.65

9.3

Metales

6.6

16.8

PET

11.84

30.2

Vidrio

7.90

20.1

Fuente: Elaboración propia.

Valorización económica de los residuos sólidos.

Al tomar el porcentaje de residuos reciclables generados, magnificarlos con la cantidad que se genera por día y valorizarlos económicamente con los valores de comercialización (Tabla 2), se puede determinar que la Comuna 2 del municipio de Bello

está depositando en el relleno sanitario La Pradera un valor de $ 534 675 977/año. Dicho valor se puede aumentar si se realiza una transformación de los materiales, lo cual aumentaría significativamente sus valores.

Tabla 2. Valoración económica de residuos reciclables residenciales de la Comuna 2 Precio ($) para el año 2017

Cantidad (kg/día) Valor total ($/día)

Valor total ($/año)

Metales

350

853.5

298 739

109 040 479

Cartón

120

472.04

56 644

20 675 208

Vidrio

110

1021.7

112 387

41 019 990

Papel

450

1194.9

537 705

196 272 862

PET

300

1531.2

459 360

167 667 438

Residuo

Total anual

534 675 977

Fuente: Elaboración propia.

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Cuaderno Activa N°10 • página 74 de 160

Valorización energética de los residuos sólidos.

Romero (2015) determina la incineración como uno de los procesos térmicos que puede aplicarse en el tratamiento de los residuos sólidos urbanos, para disminuir su cantidad y aprovechar la energía que contienen. La metodología del CEPIS (Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente) establece que cuando el PCI de los residuos se encuentra por encima de 1500 kcal/ kg, estos se pueden incinerar, sin necesidad de implementar combustible auxiliar. Si el PCI de los residuos sólidos está en el rango de 1000 a 1500 kcal/kg, se considera viable la incineración, con un pretratamiento para bajar los niveles de humedad, lo que implica un gasto de combustible extra. Por otra parte, si el valor del PCI es inferior a 1000 kcal/ kg no es viable su incineración.

municipio de Bello, con las Ec. 5, 6 y 7. Según el resultado calculado de PCI para los residuos de esta comuna, y tomando como referencia el estudio de caracterización de residuos sólidos generados en el sector residencial del municipio de Medellín y sus corregimientos (2014), el valor PCI de los residuos de la Comuna 2 es de 3 444.1 kcal/kg, que se encuentra por encima de 1000 kcal/kg. Por lo tanto, es viable técnicamente la implementación de un tratamiento térmico de los residuos sólidos.

Si se efectuara una separación en la fuente de la materia orgánica y se aprovecharan por medio de gasificación y metanización se obtendría una mayor eficiencia energética y calorífica. Esto, por la generación de metano de los orgánicos, como un aumento significativo en el PCI dado que no se tendrían pérdidas caloríficas y se eliminaría la humedad de los orgánicos.

La Tabla 3 muestra la valoración energética de los residuos sólidos generados en la Comuna 2 del Tabla 3. Valoración Energética de los residuos sólidos Promedio (Kg)

Energía (Kcal/Kg)

PCSbs (Kcal/Kg)

PCSbh (Kcal/Kg)

PCIbh (Kcal/Kg)

Materia orgánica

32.77

2200

720.9

424.1

4.1

Residuos de alimentos

32.07

-

0

0

-

Residuos de jardín y poda

0.4

-

0

0

-

Madera

0.3

-

0

0

-

Papel

4.95

4000

198

157.5

121.5

Cartón

1.96

4000

78.4

62.4

32.4

Plástico

18.31

9000

1647.9

1310.5

1310.5

PET (1)

6.34

9000

570.6

559.4

547.4

PEAD (2)

3.67

9000

330.3

323.8

311.8

PVC (3)

0.93

9000

83.7

82.1

70.1

PEBD (4)

4.52

9000

406.8

398.8

386.8

PP (5)

1.13

9000

101.7

99.7

87.7

PS (6)

0.8

9000

72

70.6

58.6

Otros plásticos (7)

0.92

9000

82.8

8118

69.2

Vidrio

4.23

9

0.3807

0.3

0.3

Residuo

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Promedio (Kg)

Energía (Kcal/Kg)

PCSbs (Kcal/Kg)

PCSbh (Kcal/Kg)

PCIbh (Kcal/Kg)

Metales

3.54

0

0

0

0

Tetrapack

0.7

0

0

0

0

Textiles

2.62

4000

104.8

83.3

23.3

Electrónicos

0.75

-

0

0

0

Ordinarios e inertes

30.13

-

0

0

0

Papel higiénico, toallas higiénicas, pañales, servilletas, cartón no reciclable, etc.

13.73

4000

549.2

436.74

282.2

Papel no reciclable

0.36

4000

14.4

11.45

0

Plástico aluminizado

1.31

9000

117.9

93.76

81.76

Poliestileno

0.79

9000

71.1

56.54

56.54

Barrido

13.94

0

0

0

0

Peligrosos

0.16

0

-

0

0

-

0

0

5150.9

4252.1

3444.1

Residuo

Porcentaje de la muestra

100.0

PI para incinerar los residuos sin combustible auxiliar cuando menos 1+C14.000 KCal/Kg PI para recuperar energía - cuando menos 1500 kcal/kg.

(CEPIS) Fuente: Elaboración propia.

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Andrés Felipe Montoya Rendón, Sergio Humberto Valencia Hurtado, Ana María Sánchez Mesa , José Manuel Vélez González Cuaderno Activa N°10 • página 76 de 160

Conclusiones La Comuna 2 del municipio de Bello tiene un PPC de 0.494 Kg/hab-día, con una producción de 5073.34 Ton/día, para una población de 48 925 habitantes. La composición de los residuos sólidos en esta comuna se compone de residuos ordinarios o comunes (46.7 %), residuos orgánicos (32.3 %) y residuos reciclables (21.0 %). Al valorizar económicamente estos residuos dan un valor de $ 534 675 977/año. Los resultados muestran que el valor PCI de los residuos de la Comuna 2 se encuentra por encima de 1000 kcal/kg. Por lo tanto, presentan una valoración económica y tienen un valor energético, que puede generar una unidad de negocios.

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“A algunas personas no les gusta el cambio, pero necesitas afrontarlo especialmente si la alternativa es un desastre” Elon Reeve Musk - Inventor, Inversor y Empresario (28 de junio de 1971).

Nombre Imagen: Medellín / Autor: Johnny Valencia Calvo REVIS TA CIENTÍFI CA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Peña Muñoz, Sebastián, Terán Puerta, Juan Ferney, Molina Sánchez, Jhony Andrés, Cañola, Hernán Darío, Builes-Jaramillo, Alejandro and Zuluaga, Jesús Ubany. (2018). Evaluación de las propiedades de residuos de construcción y demolición de concreto para su uso en la elaboración de sub-bases granulares. Una alternativa al manejo de residuos en el Valle de Aburrá. Cuaderno Activa, 10(1), 79 - 90.

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Evaluación de las propiedades de residuos de construcción y demolición de concreto para su uso en la elaboración de sub-bases granulares.

Una alternativa al manejo de residuos en el Valle de Aburrá.□ Assessment of the properties of construction waste and demolition of concrete for the construction of granular sub-bases. An alternative for waste management in the Valle de Aburrá Sebastián Peña Muñoz*, Juan Ferney Terán Puerta†, Jhony Andrés Molina Sánchez◊; Hernán Darío Cañola§; Alejandro Builes-Jaramillo¤; Jesús Ubany ZuluagaΔ

Recibido: 28/12/2017 Resumen: En este artículo se evalúa el uso de residuos de construcción y demolición (RCD) de concreto obtenidos en obras de construcción de la ciudad de Medellín como materia prima para la elaboración de bases y sub-bases granulares, como alternativa para la reducción de la problemática ambiental asociada a los residuos de demolición. La caracterización de parámetros físico - mecánicos se obtuvo por medio de ensayos de laboratorio basados en la normatividad del Instituto Nacional de Vías (INVÍAS), aplicando las normas descritas en el artículo 300-13, 320-13 y 330-13, con el fin de lograr unos resultados acordes con la reglamentación colombiana. Con base en los

Aprobado: 21/02/2018 resultados obtenidos se encontró que la muestra de base y sub-base granular fabricada con este tipo de residuos tiene un comportamiento similar y en algunos casos mejor que los obtenidos con áridos naturales, arrojando una densidad de 96,2% mediante compactación manual.

Palabras clave: Concreto, Residuos de demolición, Granulares, Residuos, Sub-bases.

Abstract: This article proposes the use of construction and demolition waste (RCDW) of concrete in the city of Medellín as material for the elaboration of granular bases and sub-bases, in

□ Artículo resultado de investigación * Constructor Civil. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Medellín – Antioquia. Sebastianpena_25@hotmail.com † Constructor Civil. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Medellín – Antioquia. Ferjuan095@gmail.com ◊ Constructor Civil Institución. Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Medellín – Antioquia. Jhony_sanchez_@hotmail.com § Magíster en Construcción. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Medellín – Antioquia. hernan.canola@colmayor. edu.co ¤ Doctor en Ingeniería Recursos Hidráulicos. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Medellín – Antioquia. luis. builes@colmayor.edu.co Δ Administrador de Obras. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Medellín – Antioquia. luis.builes@colmayor.edu.co

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Sebastián Peña Muñoz, Juan Ferney Terán Puerta, Jhony Andrés Molina Sánchez; Hernán Darío Cañola; Alejandro Builes-Jaramillo; Jesús Ubany Zuluaga Cuaderno Activa N°10 • página 80 de 160

order to tackle the environmental issues related to the demolition waste. The characterization of physical and mechanical parameters was obtained by means of laboratory techniques based on the regulations of the National Institute of Roads (INVÍAS) applying the standards described in the article 300-13, 320-13 and 330-13 in order to achieve results in accordance with the Colombian regulations. On the basis of the results obtained it was found that the sample base and sub-base granular manufactured with this type of waste has a similar behavior and in some cases better than those made with aggregates natural throwing a density of 96.2% through manual compaction.

Keywords: Concrete, Demolition waste, Granulars, Residues, Sub-base.

Introducción La construcción es uno de los sectores más contaminantes a nivel mundial debido a la masiva producción de residuos de construcción y demolición (RCD), generados durante los procesos de demolición de edificaciones que han cumplido con su vida útil o durante los procesos de ejecución de nuevas obras (Méndez et al, 2010).

Se consideran RCD, aquellos que se generan en el entorno urbano provenientes del sector de la edificación, ya que su composición es cuantitativa y cualitativamente distinta de la generada por los residuos sólidos de manejo común (Bustos et al, 2017); Se trata de residuos constituidos por diferentes materiales como: desechos de concreto, mortero, acero, materiales cerámicos, materiales poliméricos y madera, los cuales has sido generados durante la ejecución de viviendas nuevas, reformas o demolición de edificaciones.

Rodríguez y otros (2006) realizaron un estudio sobre la influencia de la inclusión de desechos de PVC sobre el CBR de un material granular tipo sub-base y determinaron que las mezclas realizadas con un porcentaje de adición de desecho de PVC de 3% presenta un aumento de resistencia al esfuerzo cortante del suelo de 18% y una reducción del peso unitario del 2.5% en comparación con porcentajes mayores de adición, como las adiciones del 5%, lo que podría indicar que este es un porcentaje

ideal para su uso en la ejecución de sub-bases granulares. Muchas investigaciones en pro del cuidado ambiental y de la reducción de costos en obras, han demostrado que el uso de los residuos de demolición como el concreto generan impactos positivos debido a su implementación como material alternativo de construcción, tal es el caso de las bases y sub-bases granulares destinadas al soporte de pavimentos, mediante procesos de compactación que garantizan un incremento de su densidad y, por ende, una mejora de sus propiedades mecánicas; además, la reutilización del concreto reciclado en obras de construcción contribuye a la reducción de desechos llevados a botaderos los cuales en la actualidad se han considerado como un problema ambiental a nivel mundial (Xuan et al, 2015;Woolley, 1994; Arshad & Ahmed, 2017; Abu & Behiry, 2013; Arulrajah et al, 2014).

En los países en vía de desarrollo se desechan materiales que tienen un valor económico importante y, por otro lado, la falta de sistematización en el tratamiento de esos residuos genera impactos ambientales negativos debido a la falta de implementación de procesos de reutilización y también un incremento en el consumo energético nacional a causa de la producción masiva de nuevos materiales y explotación de recursos naturales (Sáez et al, 2014).

En América la reutilización de los RCD es muy baja, solo algunos países como Brasil, México y Estados Unidos están utilizando productos del reciclaje de los RCD, aprovechándolos para la elaboración de bases o sub-bases granulares, y estos solo llegan a un 10% del aprovechamiento total de estos residuos como agregados en la construcción de las bases de soporte de los pavimentos flexibles y rígidos (Gómez & Farias, 2012; Conceição et al. (2010); Hernández, 2008; Castaño et al 2013; Robayo et al, 2013).

Actualmente se cuenta con normas para la regulación de la producción y gestión de RCD en Colombia (Secretaría de Ambiente, 2011-Ministerio del Medio Ambiente, 1994) con el fin de garantizar la mejora ambiental en las ciudades. La finalidad específica de esas normas implica la reducción de la producción de los RCD, la reutilización de

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Assessment of the properties of construction waste and demolition of concrete for the construction of granular sub-bases. An alternative for waste management in the Valle de Aburrá ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 81 de 160

aquellos residuos o elementos que así lo permitan, la valorización energética de los residuos que no puedan reciclarse y el depósito adecuado de estos residuos en vertederos oficiales (Castaño et al, 2013).

En general, los residuos producidos en la construcción de obras están conformados en una cantidad considerable de escombros de mampostería y concreto (Rodríguez, 2008); los cuales pueden ser separados mediante un sistema de reciclaje selectivo, en el sitio o en la fábrica de reciclaje. Hasta ahora esos dos componentes de construcción y demolición han sido exitosamente reutilizados en la elaboración de concreto no estructural, construcción de estructuras viales y vías en pavimento rígido y flexible (Xuan et al, 2010).

Las propiedades de los agregados reciclados del concreto están influenciadas por las propiedades de los materiales del concreto y de su proceso de ejecución (Ihobe S.A., 2011-Taherkhani, 2015).

El árido reciclado al igual que el árido natural o el artificial son materiales utilizados en la construcción de mampuestos, morteros y concretos no estructurales, sin embargo los áridos reciclados son muy heterogéneos y no tienen una matriz fija por lo tanto sus propiedades mecánicas son muy variables en comparación a las propiedades de los áridos naturales. Las características básicas que

definen al material serán las mismas que se utilizan para los áridos naturales con algunas diferencias propias de su naturaleza, como la heterogeneidad de sus componentes (Ihobe S.A., 2011).

Particularmente en Medellín la falta de sitios adecuados para la disposición final de residuos de construcción y demolición, originados por la gran demanda de edificaciones nuevas en la ciudad, hacen necesaria la evaluación de alternativas para la reutilización de dichos residuos. La producción de estos residuos de construcción y demolición han ido en notable aumento debido al gran crecimiento de la industria de la construcción en los últimos años (Castaño et al, 2013). En el Área Metropolitana del Valle de Aburrá (AMVA) se arrojan en promedio 2’600.000 toneladas anuales de escombros, de los cuales más de un millón de toneladas se disponen en escombreras ilegales o lugares clandestinos, además se estima que por cada metro cuadrado construido se generan 1,35 m3 de residuos de construcción, de los cuales entre el 50 y el 70 % se pueden reciclar, y en un elevado porcentaje, comercializar (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2015). Con relación a producción de RCD, específicamente concreto y mortero, en el Área Metropolitana del Valle de Aburrá se presenta la siguiente distribución anual en cuanto al sector de generación (ver tabla 1).

Tabla 1. Distribución anual de Concreto y sus derivados como RCD en el Valle de Aburrá Generación anual de RCD (Hormigón mortero, bloques de concreto)

Un

545.856

m3

736.906

Ton

40.238

m3

64.380

Ton

27.209

m3

36.732

Ton

Total m3

613.303

m3

Total Ton

838.018

Ton

Sector

Construcción nueva Reformas y adecuaciones Obras públicas

81

Fuente: Área Metropolitana del Valle de Aburrá (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2015)

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Sebastián Peña Muñoz, Juan Ferney Terán Puerta, Jhony Andrés Molina Sánchez; Hernán Darío Cañola; Alejandro Builes-Jaramillo; Jesús Ubany Zuluaga Cuaderno Activa N°10 • página 82 de 160

Adicional a esto, existe una política clara basada en el Decreto 1609 de 2013, en el que se regula, controla y castiga a quienes de una forma indiscriminada llevan este tipo de desechos de forma ilegal a sitios no autorizados como terrenos abandonados, zonas verdes e incluso vertientes hídricas, lo que le ha provocado un daño grande al ambiente (Ministerio de Medio Ambiente, 2009-Ministerio del Medio Ambiente, 1994).

En el presente trabajo se busca contribuir a la reducción de RCD como alternativa a la mejora ambiental del valle de Aburrá, mediante la utilización de RCD de concreto como materia prima para la elaboración de bases y sub-bases, destinadas al remplazo parcial de la estructura de soportes de pavimentos (INVÍAS, 2012). Se realizaron ensayos de laboratorio de forma controlada para determinar las propiedades físicomecánicas de los RCD de concreto a partir de la norma INVÍAS para la disposición general en la ejecución de afirmados, sub-bases granulares y bases granulares y estabilización, artículos 300, 320 y 330 (INVÍAS, 2012-INVÍAS, 2007) y así evaluar su potencial uso como bases en la construcción de vías.

El artículo se compone de una sección metodológica en la que se describen los ensayos de laboratorio para evaluar la capacidad de los RCD, una sección de resultados en los que se presentan en forma de cifras y gráficos los principales resultados encontrados con su

respectiva discusión y, finalmente, se presenta una sección de conclusiones.

Metodología Análisis experimental.

El proceso experimental inicia con la recolección de residuos de construcción y demolición de concreto para ser empleados como alternativa en la elaboración de bases y sub-bases granulares (Cement Concrete & Agregates Australia, 2008). Para el caso particular de este proyecto se realizó un proceso de muestreo aleatorio de material RCD de concreto con las características necesarias de tamaño y composición (sin cerámicos ni acero de refuerzo), necesarios para poder ser triturados, y estos provenientes de la obra Unidad de Vida Articulada (UVA) El Paraíso ubicada en el corregimiento de San Antonio de Prado en la ciudad de Medellín, para el análisis de granulometría se recolectaron dos muestras de 400 gramos. Esta cantidad es suficiente para seguir los requerimientos en cuanto a análisis granulométricos ASTM D 422 (ASTM, 2007) y análisis propuestos por la normatividad colombiana de pavimentos para verificar si las muestras recolectadas son aptas para la construcción de bases y sub-bases granulares.

Análisis normativos.

Una vez ejecutado el análisis de granulometría se realizan los análisis establecidos en la normatividad colombiana, como se muestra en la tabla 2.

Tabla 2. Ensayos realizados a RCD como material granular Ensayo

Norma

Limite plástico e índice de plasticidad con el cual se determina la humedad límite entre el estado sólido y el plástico del material analizado (INVÍAS, 2012).

I.N.V. E – 126

Contenido de materia orgánica (INVÍAS, 2012).

I.N.V. E – 121

Desgaste de los ángeles (INVÍAS, 2012).

I.N.V. E – 218

Equivalente de arena (INVÍAS-133, 2013).

I.N.V. E – 133

Pesos por unidad de volumen (INVÍAS, 2012).

I.N.V. E – 217

Absorción y porosidad (INVÍAS, 2012).

I.N.V. E – 222

Compactación de la base y Proctor estándar y modificado (INVÍAS, 2012).

I.N.V. E – 142

Fuente: Autores

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Evaluación de las propiedades de residuos de construcción y demolición de concreto para su uso en la elaboración de sub-bases granulares. Una alternativa al manejo de residuos en el Valle de Aburrá.

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 83 de 160

Resultados Al evaluar los resultados obtenidos del ensayo de granulometría se pudo determinar que el concreto triturado proveniente de RCD posee un alto porcentaje de material grueso granular (Gómez & Farias, 2012), sobrepasando el límite superior establecido en la norma INVÍAS 320 (INVÍAS, 2012) para ser utilizado como sub-base granular tipo

1. Para los tamices con apertura de espacios de malla de 37,5mm y 25mm (ver tabla 3-4), también se observó que dicho material tiene una buena gradación para ser utilizada para sub-base granular tipo 2, aunque posee un leve porcentaje superior de material grueso granular en el tamiz de 25mm, lo cual sobrepasa lo establecido en la norma INVÍAS 320 para dicho tamiz.

Tabla 3. Granulometría para sub-base granular con material RCD Apertura de espacios de malla Peso retenido (gr) tamiz (mm)

Porcentaje retenido (%)

Porcentaje retenido acumulado (%)

Porcentaje que pasa (%)

50.8

0

0.00

0.00

100.00

37.5

0

0.00

0.00

100.00

25

16

4.02

4.02

95.98

12.5

106

26.63

30.65

69.35

9.5

20

5.03

3568

64.32

4.75

52

13.07

48.74

51.26

2

60

15.08

63.82

36.18

0.425

72

18.09

81.91

18.09

0.075

54

13.57

95.48

4.52

Fondo

18

4.52

100.00

0.00

398

100.00

Fuente: Autores

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Sebastián Peña Muñoz, Juan Ferney Terán Puerta, Jhony Andrés Molina Sánchez; Hernán Darío Cañola; Alejandro Builes-Jaramillo; Jesús Ubany Zuluaga

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Cuaderno Activa N°10 • página 84 de 160

Tabla 4. Granulometría para base granular con material RCD Apertura de espacios de malla Peso retenido (gr) tamiz (mm)

Porcentaje retenido (%)

Porcentaje retenido acumulado (%)

Porcentaje que pasa (%)

25.4

0

0.00

0.00

100.00

19.1

58

0.00

0.00

100.00

9.52

100

14.50

14.50

85.50

4.75

72

25.00

3950

60.50

2

62

18.00

57.50

42.50

0.72

60

15.50

73.00

27.00

0.074

38

15.00

88.00

12.00

Fondo

10

9.50

97.50

2.50

400.00

2.50

100.00

0.00

Fuente: Autores

100.00 En el material analizado para sub-bases granulares se observó que el mayor peso del material grueso granular quedo retenido en el tamiz de 12.7mm de apertura de espacios de malla y en el caso del agregado granular el mayor peso quedo retenido en el tamiz de 0.72mm de apertura de espacios de malla.

80mm con un coeficiente de uniformidad Cu = 30 y un coeficiente de Cc = 1.4 (Fig. 1) y para la base granular el tamaño máximo fue de 60 mm con Cu = 25 y Cc = 3 (Fig. 2). Los resultados anteriores confirman la adecuada gradación del material.

Se observó que el concreto triturado proveniente de RCD posee un alto porcentaje de material granular y además sobrepasa el porcentaje de material granular permitido por la norma INVÍAS 330 para el límite inferior en el tamiz de 0.075mm de apertura de espacios de malla para base granular tipo 1 y base granular tipo 2 (Pavón et al, 2011).

En el material analizado para bases granulares se observó que el mayor peso del material grueso granular, quedo retenido en el tamiz de 9.52mm de apertura de espacios de malla y en el caso del agregado granular el mayor peso quedó retenido en el tamiz de apertura de espacios de malla de 4.75mm. La curva granulométrica es continua, bien gradada y se encuentra en el nivel intermedio de los limites superior e inferior como se muestra en la Fig. 1 y Fig. 2. El tamaño máximo para la subbase granular tipo 1 fue de aproximadamente

Figura 1. Curva granulométrica para sub-base granular tipo 1 (sbg-1). Fuente: Autores

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 85 de 160

Figura 2. Curva granulométrica para base granular tipo 1 (bg-1). Fuente: Autores

Posterior a los análisis realizados con antelación se toma una muestra de 5000 gr de concreto reciclado como RCD y se somete a la prueba de desgaste

de acuerdo con los parámetros establecidos en la norma INVÍAS E-218 (INVÍAS, 2012); los resultados obtenidos se muestran en la tabla 5.

Tabla 5. Resultados de prueba de desgaste de material RCD

Material granular

Porcentaje de desgaste en la máquina de los Ángeles (%)

Norma INVÍAS E-218 porcentaje máximo de desgate para agregados de sub-base granular y afirmado (%)

Cumple

Sub-base Granular

40.1%

50%

Si

Base Granular

40.1%

40%

Si

Fuente: Autores Se realizan los ensayos de contenido de materia orgánica (INVÍAS, 2012), con un resultado de 0,03% y equivalente de arena del 61%. Luego de los análisis realizados se procedió a ejecutar el

ensayo de Proctor modificado para determinar la relación entre la humedad y la masa unitaria de la muestra compactada (INVÍAS, 2012), arrojando los siguientes resultados, ver tablas 6 y 7 y figuras 3-4.

Tabla 6. Resultados Proctor modificado de material RCD Máxima densidad seca (gr/cm³)

1.818

Optimo contenido humedad (%)

11.5

Tabla 7. Resultados Proctor modificado de material pétreo Masa unitaria seca máxima (gr/cm³)

2.315

Porcentaje de humedad óptima (%)

8.0

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Sebastián Peña Muñoz, Juan Ferney Terán Puerta, Jhony Andrés Molina Sánchez; Hernán Darío Cañola; Alejandro Builes-Jaramillo; Jesús Ubany Zuluaga Cuaderno Activa N°10 • página 86 de 160

Figura 3. Proctor modificado de material pétreo Fuente: Autores

Figura 4. Proctor modificado de material RCD Fuente: Autores

Tras observar los resultados se pudo determinar que los agregados obtenidos de los RCD de concreto tienen menor densidad y necesitan mayor cantidad de agua para obtener una buena compactación, esto debido a la cantidad de partículas cementantes adheridas a los materiales pétreos y a la composición misma del concreto donde fueron obtenidos (Conceição et al, 2010).

Se tomaron los limites granulométricos establecidos en la norma INVÍAS en los artículos 320 y 330 para la base granular tipo 1 y sub-base granular tipo 1, para luego realizar un promedio del material granular que pasa por cada tamiz y así poder establecer el peso de material requerido para fabricar una muestra de base y sub-base granular de 10 000 gramos, ver tablas 7 y 8.

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87

ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 87 de 160

Tabla 7. Pesos correspondientes a la granulometría de la sbg-1 del material RCD Granulometría Sub-base granular tipo 1 Apertura de espacios de malla Peso retenido (gr) tamiz (mm)

Porcentaje retenido (%)

Porcentaje retenido acumulado (%)

Porcentaje que pasa (%)

50.8

0

0.00

0.00

100

37.5

1750

17.50

17.50

82.5

25

750

7.50

2500

75

12.5

1500

15.00

40.00

60

9.5

500

5.00

45.00

55

4.75

1500

15.00

60.00

40

2

1250

1250

72.50

27.5

0.425

1200

12.00

84.50

15.5

0.075

700

700

91.50

8.5

Fondo

850

850

10000

0.00

Total

10000

100

Fuente: Autores

Tabla 8. Pesos correspondientes a la granulometría de la bg-1 del material RCD Granulometría Base granular tipo 2 Apertura de espacios de malla Peso retenido (gr) tamiz (mm)

Porcentaje retenido

Porcentaje retenido acumulado

Porcentaje que pasa

37.5

0

0.00

0.00

100

25

1500

15.00

15.00

85

19

1000

1000

25.00

75

9.5

1500

15.00

40.00

60

4.75

1500

15.00

5500

45

2

1250

12.50

67.50

32.5

0425

1250

12.50

8000

20

0.075

1000

1000

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Fondo

1000

10.00

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Total

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Fuente: Autores

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Sebastián Peña Muñoz, Juan Ferney Terán Puerta, Jhony Andrés Molina Sánchez; Hernán Darío Cañola; Alejandro Builes-Jaramillo; Jesús Ubany Zuluaga Cuaderno Activa N°10 • página 88 de 160

Se homogeneizó el material agregando la cantidad de agua correspondiente a los resultados obtenidos en el ensayo de Proctor modificado con relación al porcentaje de humedad óptima para material RCD (ver tabla 6), lo anterior a través de un proceso de compactación manual vertiendo el material en un molde de 50x50x10cm. Una vez realizada la compactación se procedió a realizar el ensayo de densidad o masa unitaria del suelo mediante el cono de arena obteniendo un resultado del 96.2%.

De acuerdo con este resultado, el valor obtenido en el proceso de compactación de la muestra del material granular estructural elaborado a partir de RCD no cumple para el valor mínimo exigido para bases granulares clasificadas, valor que está establecido en porcentajes iguales o mayores al cien por ciento (INVÍAS, 2012).

Conclusiones Tomando en cuenta las características de los materiales para el análisis de bases y sub-bases granulares, se establece lo siguiente: Se concluye que el concreto triturado proveniente de RCD utilizado para el ensayo de granulometría presenta en general una buena gradación, aunque requiere de ciertos ajustes como es el proceso de separación de materiales cerámicos inmersos en los RCD de concreto para la elaboración de subbases granulares y bases granulares. Además, es importante resaltar que estos ensayos deben ser replicados siempre que se desee emplear RCD, ya que cada una de las dosificaciones del concreto puede variar, alterando de esta forma, la materia prima para la elaboración de las bases y sub-bases granulares.

Los RCD estudiados cumplen con los requisitos granulométricos establecidos en la norma INV-E-300 para agregados a utilizar en capas granulares estructurales como son las bases y subbases. Según los resultados obtenidos en esta investigación la mejor alternativa sería emplear los RCD para la elaboración de sub-bases granulares clasificadas según parámetros normativos INVÍAS cuyo valor mínimo exigido es ≥ 95% de compactación.

Los resultados de densidad seca para RCD de concreto de 1,818 gr/cm³ y contenido de humedad

del 11,5% se obtienen bajo parámetros de la norma INVÍAS (INVÍAS, 2012) y presentan gran similitud con los resultados generados por otros investigadores como Abu & Behiry, (2013) que muestran resultados para densidad seca entre 1,740 gr/cm³ y 1,984 gr/ cm³ y contenido de humedad entre 9,5% y 14,7%.

Con base en este resultado se puede considerar a los RCD como una alternativa para el uso racional y la optimización en el uso de materiales en la construcción de bases de soporte para pavimentos.

Este tipo de alternativas constructivas pueden llegar a generar disminuciones en los costos de producción de pavimentos y la disminución de los costos de disposición de material.

El uso de RCD proveniente de concreto en la ejecución de bases y sub-bases granulares es una alternativa para la reducción de la problemática ambiental actual que se presenta en la ciudad de Medellín y en Colombia con relación a la producción de RCD, debido a que estos materiales se podrían utilizar en los procesos de mejora vial para los 162.000 kilómetros de vías que hacen parte de la red nacional vial que presenta Colombia (Pérez, 2005).

La reutilización de los RCD permite mejorar los indicadores de gestión ambiental en la industria de la construcción, al encontrarse una forma efectiva de reducir el almacenamiento en botaderos de escombros en la ciudad y reduciendo significativamente el impacto de la construcción. Como investigación futura se propone la comparación del costo económico de la solución propuesta respecto a otras alternativas de tipo tradicional. También es necesario estudiar el comportamiento a largo plazo de sub-bases y bases granulares a base de RCD. Para continuar con la investigación en esta línea sería interesante producir industrialmente sub-bases y bases granulares a base de RCD para construir un tramo de vía y verificar los diferentes parámetros estudiados en la presente investigación. Adicionalmente, se podría validar el comportamiento de sub-bases y bases granulares a base de RCD con un modelo numérico que incluya también las propiedades del pavimento.

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Evaluación de las propiedades de residuos de construcción y demolición de concreto para su uso en la elaboración de sub-bases granulares. Una alternativa al manejo de residuos en el Valle de Aburrá.

Assessment of the properties of construction waste and demolition of concrete for the construction of granular sub-bases. An alternative for waste management in the Valle de Aburrá ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 89 de 160

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Sebastián Peña Muñoz, Juan Ferney Terán Puerta, Jhony Andrés Molina Sánchez; Hernán Darío Cañola; Alejandro Builes-Jaramillo; Jesús Ubany Zuluaga Cuaderno Activa N°10 • página 90 de 160

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“Hacer dinero hoy es realmente simple. Hacer dinero sostenible mientras eres responsable con la sociedad y mejoras el mundo es cuando se vuelve difícil”.

Jack Ma – Empresario (10 de septiembre de 1964).

Nombre Imagen: Barcelona / Autor: Johnny Valencia Calvo

Garcia Ávila, Carolina, Villada Sierra, Laura Andrea and Gómez, Julian Robayo. (2018). Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos microrrizicos en suelos contaminados con plomo. Cuaderno Activa, 10(1), 93 - 111.

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Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo* Evaluation of adaptation of Helianthus annuus in association with mycorrhizal fungi in soils contaminated with lead Carolina Garcia Ávila†, Laura Andrea Villada Sierra◊, Julian Robayo Gómez§

Recibido: 07/12/2017 Resumen: Los elementos potencialmente tóxicos como plomo (Pb), se han convertido en contaminantes del suelo, logrando que su transferencia se realice a través de cadenas tróficas. Para estabilizar esta contaminación en los suelos se han propuesto estrategias como la fitorremediación y la biorremediación, debido a que representan alternativas económicas y de fácil acceso. Helianthus annuus, es una planta con potencial fitorremediador y en asocio con hongos micorrízicos arbusculares (HMA) genera un efecto biorremediador. En el presente estudio, se evaluó la adaptación que tiene el H. annuus en asocio con HMA para adaptarse a un medio contaminado con plomo. Se analizaron variables en el software Statgraphics CENTURION XV.II de longitud de tallo, número de hojas, peso fresco y peso seco para determinar la adaptación de la planta al medio; además, se realizó conteo de esporas, tinción de raíces y porcentaje de colonización micorrizal en las raíces inoculadas. Se detectó que H. annuus es

Aprobado: 23/02/2018 capaz de desarrollarse en medios contaminados con plomo y los HMA tienen una alta capacidad infectiva en los medios utilizados.

Palabras clave: adaptación, contaminación, girasol, hongos micorrízicos, plomo, suelo.

Abstract: Potentially toxic elements such as lead (Pb) have become soil contaminants, and after that transfer is made through food chains. To stabilize this contamination in soils strategies, have been proposed as phytoremediation and bioremediation, because, they represent economic alternatives and easily accessible. Helianthus annuus, is a plant with phytoremediation potential and in association with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) generates a biorremediador effect. In this investigation, the adaptation that has H. annuus in association with HMA to fit a lead-contaminated medium was evaluated. Variables were analyzed in the software Statgraphics CENTURION XV.II stem

* Artículo resultado de investigación. † M.Sc. Biotecnología. Docente. Tecnológico de Antioquia Institución Universitaria. Medellín, Colombia. cavilaga@tdea.edu.co. ◊ Ingeniera Ambiental. Tecnológico de Antioquia Institución Universitaria. Medellín, Colombia. lauravillada8745@gmail.com. § Biotecnólogo. Investigador. Tecnológico de Antioquia Institución Universitaria. Medellín, Colombia. julianrob@hotmail.es.

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length, number of leaves, fresh and dry weight to determine the adaptation of the plant to the environment; also, spore count, staining roots and mycorrhizal colonization percentage in inoculated roots was performed. It was found that H. annuus is able to develop in contaminated media with lead and HMA have a high infectivity in the media used.

Keywords: adaptation, pollution, mycorrhizal fungi, lead, soil.

sunflower,

Introducción Los metales pesados han sido conocidos por su toxicidad y están sujetos a las regulaciones legales con el objetivo de disminuir su presencia en el ambiente. Si bien, esto ha contribuido a la disminución de los niveles de exposición en los humanos y animales, sigue siendo un problema de salud ambiental (European Environment Agency, 2013). La contaminación en suelos por metales pesados, ocurre cuando estos son irrigados con aguas procedentes de desechos de minas, aguas residuales contaminadas de parques industriales y municipales (Zapata & Ávila, 2014). Estos son clasificados como sustancias cancerígenas según Johnson (1997). El suelo contaminado con metales tóxicos como arsénico (As), cadmio (Cd), mercurio (Hg), plomo (Pb) y zinc (Zn), presentan grados altos de toxicidad y representan un desafío a la hora de aplicar tecnologías para la limpieza de suelos (Raskin, Smith, & Salt, 1997).

Los contaminantes pueden llegar a permanecer como residuo en el suelo durante miles de años, aún después de que su incorporación se haya detenido. En el caso del plomo, este puede permanecer en el suelo de 740 a 5.900 años y sus concentraciones están influenciadas por el tipo de suelo y la movilidad relativa relacionada con las propiedades fisicoquímicas del mismo (Rueda, Rodríguez, & Madriñan, 2013). Las intoxicaciones por este agente comúnmente se conocen con el nombre de plumbemia o saturnismo y afectan casi todos los órganos y sistemas en el cuerpo, siendo el más sensible el sistema nervioso central y periférico, induciendo alteraciones neurológicas y conductuales especialmente en los niños (Organización Mundial de la Salud, 2006; World Health Organization, 2003 en Congreso

de la República de Colombia, 2015). Tal es el caso del acetato de plomo, una sal venenosa y altamente soluble (Galindo, & López, 2006); la cual generalmente, es utilizada como colorante de textiles, para la fabricación de impermeables, barnices, secantes de plomo, pigmentos de cromo, procesos de cianuración del oro, pinturas antifoliantes, reactivos analíticos, insecticidas y como fijador del color en los tintes del cabello.

En Colombia aún es frecuente la presencia del plomo como componente de los siguientes productos: pinturas, pesticidas, fertilizantes, soldaduras, vidrio plomado, barniz para cerámicas, municiones, plomos para pesca, cosméticos (sobre todo productos importados), baterías para carros, tintas para tipografías y componentes de reparación de radiadores (Congreso de la República de Colombia, 2015).

En 2011 se publicaron dos investigaciones que evaluaron la concentración de metales en dos zonas distintas del río Bogotá, en aguas del río Tunjuelo y en el río Chicú; en la zona sur y noroccidental de la ciudad de Bogotá. En particular, llama la atención una notoria y marcada concentración de plomo en suelo y sedimento en el río Chicú, hasta 20 veces mayor en comparación con el río Tunjuelo (Rodríguez, 2011; Romero, 2011 en Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2012). Lo que indica que los niveles de plomo reportados varían de forma marcada de acuerdo con la zona y las características particulares de contaminación.

En el departamento de Antioquia, la exposición a los metales pesados se da primordialmente en el área ocupacional y es más común en hombres.

En el año 2012 se presentaron dos casos mortales en el departamento. Las subregiones con mayor carga de intoxicaciones son: el Suroeste, Valle de Aburrá y Oriente, siendo Medellín el municipio que más casos notifica, puesto que supera la tasa de incidencia departamental (Gobernación de Antioquia, 2011 - 2020).

Actualmente, existen métodos físicos y/o químicos para el tratamiento de estos elementos potencialmente tóxicos, los cuales además de

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Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo Evaluation of adaptation of Helianthus annuus in association with mycorrhizal fungi in soils contaminated with lead ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 95 de 160

tener costos elevados, no siempre eliminan los contaminantes del suelo, algunos de estos métodos son: reducción química, es realizada in situ y consiste en agregar un compuesto químico reductor, con el objetivo de disminuir la toxicidad del metal; enjuague in situ, consiste en inundar la zona con una solución apropiada según el contaminante, con el objetivo de movilizarlo por solubilización o formación de emulsiones para llevarlas a la superficie y eliminarlas; la solidificación, se enfoca en agregar un reactivo de unión para encapsular los elementos; tratamiento térmico, implica la destrucción de los contaminantes a través de la exposición a altas temperaturas; electrocinética, aplica corriente directa a baja intensidad a través del suelo, esta corriente moviliza especies cargadas, y hace que los iones se muevan hacia los electrodos (US Environmental Protection Agency, 2016). No obstante, se cuenta con estrategias ambientales como la remediación biológica, siendo enfáticos en la fitorremediación y la biorremediación, que en promedio son más económicas que la aplicación de tecnologías basadas en ingeniería (Singh, Vyas, Sahni, & Sangwan, 2015).

En comparación con los métodos físicos y/o químicos, la fitorremediación representa una técnica competitiva, fácil de implementar y con aceptación pública (Singh, Vyas, Sahni, & Sangwan, 2015). En esta técnica las plantas utilizan diferentes procesos para el tratamiento de los contaminantes, los principales son: fitotransformación: también conocida como fitodegradación, consiste en la descomposición de los contaminantes orgánicos en el suelo, lo cuales pueden integrarse con el tejido vegetal.

Biorremediación en la rizósfera: también se conoce como fitoestimulación o biorremediación asistida.

Esta se produce al proporcionar inicialmente un aumento en la producción de carbono y nitrógeno requeridos para la producción de bacterias y hongos micorrízicos, que en conjunto fomentan la degradación del suelo y eventualmente del contaminante. Fitoestabilización: se refiere al uso de plantas para estabilizar los contaminantes en el suelo, evitando su dispersión en el ambiente.

Básicamente, se pretende que la planta almacene el contaminante para que luego esta sea removida del suelo y almacenada de forma segura. Este

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método presenta algunas limitaciones, debido al riesgo que representa para la cadena alimentaria.

Fitoextracción: se basa en la utilización de plantas para acumular y translocar los contaminantes del suelo a las raíces, hojas y brotes. Se debe considerar, la posibilidad económica de recuperar los metales de los tejidos de la planta. Rizofiltración: las raíces de las plantas se utilizan para absorber, concentrar y precipitar contaminantes metálicos de la superficie. La rizofiltración, es un proceso que se realiza in situ, lo cual evita perturbaciones al ambiente (Singh, Vyas, Sahni, & Sangwan, 2015).

El éxito de los tratamientos de fitorremediación dependen de identificar las especies vegetales que toleren estrés, acumulen los metales pesados y produzcan cantidades grandes de biomasa (Chico, Cerna, Rodríguez , & Guerrero, 2012). Sin embargo, existen factores fisicoquímicos que son importantes para garantizar el éxito de la fitorremediación, como: la solubilidad del metal en la solución del suelo, el tipo de suelo (textura), la húmedad, el pH, el potencial redox, la capacidad de intercambio catiónico y los procesos bioquímicos (Sheoran, Sheoran, & Poonia, 2015).

La evaluación de los niveles de tolerancia a metales pesados en algunas plantas, ha permitido establecer especies vegetales para la reforestación en los sitios con presencia de elementos potencialmente tóxicos. Esta tolerancia en las plantas se ve representada por su capacidad de adaptación a estos suelos y su capacidad para reproducirse (Adams, Raman, & Hodkings, 2012).

Se reporta que algunas especies pertenecientes a la familia Asteraceae, toleran altos niveles de metales pesados, en comparación con otros grupos taxonómicos, y se les ha propuesto como especies fitorremediadoras (Chico, Cerna, Rodríguez, & Guerrero, 2012). H. annuus perteneciente a esta familia, es una planta ampliamente reconocida como fitorremediadora (Gutiérrez, y otros, 2011), utilizando procesos de fitoextracción en suelo y sedimentos (Singh, Vyas, Sahni, & Sangwan, 2015). Procede del oeste de América del Norte, se adapta fácilmente a diferentes ambientes, por lo que, actualmente se cultiva en los cinco continentes. La producción de biomasa depende de la cantidad de energía lumínica que interceptan

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sus hojas, determinada por su índice de área foliar y de la eficiencia de su uso (Díaz, Duarte, & Plante, 2003). Por su alta capacidad radicular puede extraer del 10 al 25 % de los metales del suelo, ya que estas plantas no son fácilmente afectadas por los contaminantes. Esta especie absorbe metales pesados en grandes cantidades, por lo que, se considera una planta hiperacumuladora para cadmio (Cd), zinc (Zn), plomo (Pb), cromo trivalente (Cr (III)) y hexavalente (Cr (VI)) (Gutiérrez, y otros, 2011).

El efecto acumulador en las plantas puede ser potenciado con la aplicación de microorganismos, como los hongos formadores de micorrizas (HFM), estrechamente relacionados con las raíces de las plantas (Pérez, Rojas, & Montes, 2011). La aplicación de estos microorganismos a suelos contaminados, genera un efecto biorremediador.

En otras palabras, la biorremediación es el uso de microorganismos para la transformación química o física de los contaminantes, esto implica una transformación del compuesto químico complejo o simple en formas no peligrosas (Wainwringht, 1999).

En procesos de biorremediación predomina el efecto de las micorrizas arbusculares (MA), la cuales son asociaciones simbióticas mutualistas que se establecen entre los hongos del orden Glomales y las raíces de una planta. Durante la simbiosis los hongos reciben hasta el 20% del carbono capturado en la fotosíntesis. Así las MA contribuyen a la captura de carbono del suelo, a su vez, ayudan a mejorar la nutrición de las plantas (Gutjahr, 2014). Entre estas asociaciones, destacan por su ubicuidad las endomicorrizas o micorrizas arbusculares, aparentemente las más comunes en la naturaleza, ya que, ocurren en la mayoría de los suelos y en el 80% de las familias de plantas terrestres. La importancia de las MA ha aumentado en la última década, debido a reportes de efectos benéficos sobre las plantas, que van desde incrementos en la absorción de nutrimentos en el suelo, mejoramiento del desarrollo y nutrición de la misma y protección contra agentes patógenos (Aguilera, Olalde, Arriaga, & Contreras, 2007).

Por consiguiente, el efecto en la tolerancia y la acumulación de metales que tienen los hongos

formadores de micorrizas depende de las propiedades físicas y químicas de los suelos y el tipo de planta hospedera (Castañón, Vanegas, Lobos, & Gaete, 2013).

En consecuencia, el éxito de los tratamientos biológicos presenta un reto porque: 1. Los residuos orgánicos se dispersan en el suelo de manera heterogénea. Esto en contraste con los fluidos que se dispersan homogéneamente. Además, los contaminantes pueden estar presentes como sólidos, líquidos o gases, libres en la solución del suelo o enlazados químicamente a las partículas; 2. La concentración de los contaminantes puede ser extremadamente baja o alta. Concentraciones bajas pueden no ser apropiadas para soportar el crecimiento microbiano. Por otra parte, las concentraciones altas puede ser tóxicas e inhibir el crecimiento; 3. La resistencia del contaminante, debido a que muchos contaminantes son resistentes a la biodegradación o pueden requerir esfuerzos metabólicos combinados con o sin la presencia de carbono y energía adicional; 4. Las condiciones ambientales para el crecimiento microbiano, debido a que la creación y el mantenimiento de las condiciones óptimas es un desafío, en especial para aplicaciones in situ (Wainwringht, 1999).

Por consiguiente, la finalidad de esta investigación fue evaluar la capacidad de adaptación del H. annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo.

Metodología Localización geográfica.

Se realizó un experimento de invernadero en las Instalaciones del Tecnológico de Antioquia en la sede de Robledo, ubicada en la ciudad de Medellín (coordenadas 6° 16´ 46´´ N, 75° 35´ 01´´ O). Con una altitud de 1495 m.s.n.m., una temperatura promedio de 24°C y una humedad promedio que oscila entre 63% - 73% (IDEAM).

Diseño experimental.

Se utilizó un diseño experimental completamente al azar, con un arreglo factorial 4 x 2 como lo muestra la Tabla 1, con tres repeticiones; las cuales consistieron en la combinación de: tres niveles de concentración

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Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo Evaluation of adaptation of Helianthus annuus in association with mycorrhizal fungi in soils contaminated with lead

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 97 de 160

de plomo en la solución del suelo, un nivel control negativo sin presencia del contaminante y dos niveles de hongos micorrízicos arbusculares (inoculado y no inoculado). Los tres niveles de concentración se determinaron partiendo de las concentraciones propuestas por la agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados

Unidos (EPA), que determina un límite máximo entre 300-500 mg de Plomo/Kg de suelo (Chico, Cerna, Rodríguez, & Guerrero, 2012). Los hongos se tomaron a partir de un inóculo crudo SOBIOTECH S.A.S®, constituido por esporas, fragmentos de hifas y raíces colonizadas.

Tabla 1. Diseño experimental Niveles de micorrizas

Tratamientos

Inoculado

Sin inoculación

Descripción

T1

Inoculado con micorriza, concentración de Pb 0 mg/Kg

T2

Inoculado con micorriza, concentración de Pb 300 mg/Kg

T3

Inoculado con micorriza, concentración de Pb 500 mg/Kg

T4

Inoculado con micorriza, concentración de Pb 700 mg/Kg

T5

Sin inoculación de micorriza, concentración de Pb 0 mg/Kg

T6

Sin inoculación de micorriza, concentración de Pb 300 mg/Kg

T7

Sin inoculación de micorriza, concentración de Pb 500 mg/Kg

T8

Sin inoculación de micorriza, concentración de Pb 300 mg/Kg

Fuente: Elaboración propia, 2016.

Método para obtener las concentraciones de plomo El compuesto plomado que se utilizó en esta investigación para extraer las concentraciones de plomo puro, fue el acetato de plomo (Pb (CH3COO)2*3H2O de laboratorios Protokimicas®.

Las concentraciones que se trabajaron, se basaron en los límites máximos permisibles reportados por la EPA y en estudios anteriores los cuales son: González (2009), concentraciones de: 500 mg/Kg, 600 mg/Kg, 700 mg/kg y 0 mg/kg; Chico, Cerna, Rodríguez, & Guerrero (2012), concentraciones de 100µM/L, 200 µM/L, 300 µM/L, 400 µM/L, 500 µM/L, 600 µM/L y en Gutiérrez, y otros, (2011) se evaluaron concentraciones de: 25 mg/L, 50 mg/L, 100 mg/L, 200 mg/L y 400 mg/L. Por tanto, se determinaron los siguientes niveles: • 300 mg de Pb/Kg de suelo • 500 mg de Pb/ Kg de suelo • 700 mg de Pb/Kg de suelo

Unidades experimentales Las unidades experimentales correspondieron a macetas. Estas, se obtuvieron a partir de cajas de cartón recicladas con las siguientes dimensiones: largo 49 cm, alto 25 cm y ancho 16,5cm. Estas cajas se forraron con bolsas plásticas de color negro para evitar derrames.

Además, el suelo donde se ubicaron estuvo cubierto con un plástico para evitar posibles filtraciones.

Suelo.

Se utilizó un Andisol libre de contaminantes, proveniente del municipio de Rionegro; dicho tipo de suelo, generalmente, tiene un pH ácido y presenta alta fijación de fosfatos.

Antiguamente, hacía parte de una granja con cultivo de pastos. Este suelo se sometió a un proceso de esterilización en el laboratorio de toxicología del Tecnológico de Antioquia, en autoclave a 121°C, y 15 lb de presión por 30 minutos, para eliminar microorganismos y esporas que pudieran alterar el resultado de los tratamientos. Se mantuvo entre un 50-60 % de la capacidad máxima de retención de agua,

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para lo cual, se aplicó agua estéril. Cada maceta tuvo un contenido de 5 Kg de suelo, el cual, se contaminó con la solución de acetato de plomo disuelto en 500 mL de agua destilada. Las unidades experimentales estuvieron expuestas a condiciones ambientales de la ciudad de Medellín, sin embargo, se protegieron de la lluvia para tener control respecto a la humedad.

Inoculación del hongo micorrízico.

La inoculación en el sustrato se realizó bajo condiciones de asepsia, mezclando en forma radial y superficial un inóculo crudo mixto. Se inoculó cada semilla con 100 gramos de hongos formadores de micorrizas.

Germinación de semillas.

Las semillas seleccionadas fueron de tipo comercial Domino Helianthus annus for cutting, FERCON®. El proceso de germinación se realizó en el laboratorio de biología del Tecnológico de Antioquia en su campus Robledo; primero se sometieron a un proceso de desinfección superficial por inmersión, para lo cual se sumergieron en hipoclorito de sodio al 10% por un minuto y posteriormente en etanol al 70% por un minuto; finalizando con tres lavados en agua destilada (Zhu, y otros, 2000 en Gutiérrez, y otros, 2011). Luego se llevaron a cajas Petri estériles para germinarlas. Cada caja Petri se dotó con papel absorbente estéril, sobre las cuales se depositaron las semillas. Antes de colocar las semillas, éstas se humedecieron por inmersión, en agua destilada. Se consideró una semilla germinada, cuando su radícula tuvo al menos 2 mm de longitud (Carrillo, y otros, 2002).

Variables.

Se realizaron mediciones tres veces a la semana, durante 30 días del desarrollo de la planta en términos de longitud del tallo (cm), alteraciones morfológicas (clorosis, quemaduras y deformación de hojas, entre otras), para analizar la adaptabilidad de la planta al medio contaminado. Al momento de la cosecha, se tomó su peso en fresco (g) y luego de un secado, su peso seco (g).

Las plantas de H. annuus., fueron cosechadas cuatro semanas después de la siembra, en este período se obtuvo una biomasa radicular suficiente para realizar los ensayos.

Se tomaron muestras de raíz en cada maceta, para determinar el porcentaje de infección de los HMA. El método utilizado para la tinción de raíces se basó en la técnica implementada por Vierheilig, Coughlan, Wyss, & Piché (1998), donde se establece la utilización de tinta china al 5% en una solución de vinagre (ácido acético).

Sin embargo, fue modificada y se trabajó con una solución al 1% de tinta china en una solución de vinagre blanco. Las raíces fueron lavadas y llevadas al baño maría cubiertas con una solución de hidróxido de potasio (KOH) durante 20 minutos, posteriormente, fueron sumergidas en la solución de tinta china marca Parker® y vinagre (ácido acético) durante 8 minutos. Por último, fueron retiradas de la solución colorante y llevadas al microscopio para su observación. La determinación del porcentaje de colonización micorrizal, se realizó según la técnica de Giovannetti y Mosse (1980) en Sieverding (1983). La extracción de esporas, se realizó por el método de tamizado, centrifugación en gradiente de sacarosa y observación estereoscópica (Genderman y Nicolson (1963) en Sieverding , (1983).

Manejo cultivo.

El manejo del cultivo se realizó bajo condiciones de estrés, debido a que en condiciones naturales las plantas estarían sometidas a una disponibilidad mínima de nutrimientos. Por lo tanto, no se aplicó ningún tipo de fertilizantes o solución nutritiva.

Manejo preventivo de plagas.

Para el manejo preventivo de plagas, se instalaron cuatro trampas cromáticas para insectos, dispuestas a lo largo de los tratamientos, con el fin de capturar insectos parasitarios. Además, se aplicó durante dos semanas el producto Alisin®, un insecticida orgánico a base de ají y ajo, con el fin de repeler plagas.

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Bioseguridad.

En la ejecución del proyecto, todos los investigadores utilizaron barreras de bioseguridad para disminuir la exposición directa al material manipulado, mediante la utilización de materiales adecuados que se interpusieran al contacto de los mismos, tales como: guantes de nitrilo, tapabocas, gafas, gorro de laboratorio y bata de bioseguridad. Adicionalmente, al inicio y finalización de los procedimientos experimentales se realizó el lavado higiénico de manos. Para el desarrollo del proyecto no se utilizaron organismos genéticamente modificados.

Los procedimientos se desarrollaron bajo condiciones asépticas y con control de variables. La eliminación de material con microorganismos o reactivos, se realizó con un conjunto de dispositivos y procedimientos adecuados a través de los cuales los materiales fueron depositados y eliminados sin riesgo.

Análisis estadístico.

Los datos obtenidos fueron sometidos al análisis de varianza (Prueba F), para determinar si existían diferencias significativas en función de los tratamientos y la prueba de rango múltiple de Duncan, para determinar la separación de medias. Para los análisis estadísticos se empleó un nivel de significancia (P) ≤ 0.05 y se utilizó el software estadístico Statgraphics CENTURION XV.II. Resultados Análisis estadístico de las variables.

La producción de hojas durante el desarrollo de la planta, no pudo ser analizada por el programa estadístico elegido, debido a la poca variabilidad que presentan los datos, lo que traduce que las plantas en promedio produjeron la misma cantidad de hojas.

Figura 1. Número de hojas desarrolladas por las plantas de Helianthus annuus.

Elaboración propia, 2016.

La figura anterior muestra la producción promedio de número de hojas. Esta producción es muy similar en todos los tratamientos, sin embargo, el T2 tuvo la producción más baja, este tratamiento corresponde a la concentración de 300 mg/Kg de plomo inoculado con hongo micorrízico. Por lo tanto, se puede concluir que en este tratamiento el efecto del hongo, pudo retrasar el desarrollo foliar de la planta, lo cual

corresponde a una fase normal en el ciclo de la simbiosis, debido a que en ocasiones se ha encontrado una respuesta en las plantas similar a la que ocurre cuando entra en contacto con un patógeno (Camarena, 2012).

La longitud analizada con el software estadístico Statgraphics CENTURION XV.II, arrojó la siguiente gráfica:

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Figura 2. Análisis de la variable de longitud de tallo de las plantas Helianthus annuus. Elaboración propia, 2016.

Los valores P en la Figura 2, representan la prueba de significación estadística de los factores. Desde un valor P inferior a 0,05, tuvieron un efecto estadísticamente significativo sobre longitud. El nivel de confianza fue del 95%. Lo que indica que el inóculo no tuvo una intervención significativa en el crecimiento longitudinal del tallo de las plántulas. Sin embargo, la concentración del acetato de plomo representada por los números 1 (0 mg/Kg), 2 (300 mg/ Kg) ,3 (500 mg/Kg) y 4 (700 mg/Kg) de la variable concentración del contaminante, influyeron en el crecimiento significativamente.

Debido a la falta de nutrientes, las plantas adoptan diferentes mecanismos para aislar,

retener o incorporar los contaminantes a su metabolismo, esto puede verse reflejado en la detención de su crecimiento. Las plantas expuestas a las concentraciones de contaminante deben someterse a un proceso de asimilación al medio contaminado. (Posada, 2012). En González (2009), se obtuvo un diferencial de crecimiento en la variable longitud del tallo significativa. En la concentración más alta utilizada (700 mg/Kg), la disminución de altura referente al control fue evidente (concentración =700 mg/Kg Altura = 27, 33 cm; concentración = 0 mg/Kg Altura = 77,22 cm).

Con lo que concluye que la concentración de plomo (Pb) afecto el desarrollo de la planta directamente.

Figura 3. Longitud de tallo de las plantas de Helianthus annuus. Análisis del comportamiento de la longitud de las plantas según los tratamientos.

Elaboración propia, 2016.

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Los tratamientos en la Figura 3 con valores mayores son T1 y T5, que corresponden a la concentración de 0 mg/Kg de plomo. El T1, con el mayor crecimiento durante el desarrollo de las plantas, fue inoculado con hongos micorrízicos arbusculares. Aunque, el hongo se comporta como parásito durante las primeras semanas de inoculación y tiende a disminuir el crecimiento de las plantas, no tuvo una intervención deletérea significativa en esta investigación.

En el caso de las demás variables, estadísticamente no fueron significativas, sin embargo, es importante analizar su comportamiento durante el desarrollo de la investigación. Para el caso del peso fresco y peso seco representado por la Figura 4, la P representó la significancia estadística, y esta es significativa cuando es inferior a 0,05, por lo tanto, en el análisis no representó significancia estadística.

Figura 4. Comportamiento del peso fresco y peso seco de las plantas Helianthus annuus. Elaboración propia, 2016.

Sin embargo, es necesario analizar los pesos fresco y seco, debido a la producción de biomasa, un factor clave para los procesos de

fitorremediación y biorremediación. En la Figura 5, se representan las diferencias en los pesos.

Figura 5. Peso fresco y peso seco de las plantas Helianthus annuus. Elaboración propia, 2016.

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Se evidencia la producción de biomasa en los tratamientos. T4, corresponde a la concentración de 700 mg/Kg de plomo inoculado con micorriza arbuscular, al tener el peso mayor se clasifica como el tratamiento más eficiente teniendo en cuenta el parámetro de producción de biomasa. Se debe apreciar que durante el primer estadio de la planta inoculada con micorrizas arbusculares, su crecimiento es inhibido, debido a la demanda del hongo por carbohidratos y la falta de nutrientes aportados (Blanco, 2006). Teniendo presente lo anterior y de acuerdo con nuestros análisis de crecimiento y producción de biomasa, el hongo micorrízico no influyó en el crecimiento de la planta, debido a que no se produjeron especies enanas y la diferencia con los tratamientos que no recibieron inoculación no fue significativamente alta; sin embargo, no es una variable que se pueda dejar a un lado, ya que la asociación que tiene la raíz de H. annuus con los hongos micorrízicos fue positiva y eficiente, aún en presencia de acetato de plomo.

Un estudio reportado por Castañón, Vanegas, Lobos, & Gaete (2013), evalúa esta asociación simbiótica en presencia de cobre (Cu) como contaminante; concluye que, la asociación micorrizal favorece el crecimiento y la producción

de biomasa de plantas de H. annuus. Aunque en la investigación desarrollada por Castañón, Vanegas, Lobos, & Gaete (2013) se realizó con otro contaminante, es comparable, debido a que lo fundamental en la efectividad de la asociación micorrizal son las raíces de H. annuus en condiciones de toxicidad y sus beneficios en la planta.

Alteraciones morfológicas Las plantas utilizadas en esta investigación, mostraron alteraciones morfológicas referidas a clorosis, quemaduras leves y deformaciones.

Todos los tratamientos expuestos al contaminante revelaron clorosis, sin embargo, esta se manifestó en diferente medida, el tratamiento T2 y T3 que corresponden a las concentraciones de 300 y 500 mg/Kg de plomo e inoculados con hongos micorrízicos, respectivamente, manifestaron una clorosis leve, referida solo a algunas hojas y en una o dos de las tres plantas sembradas por unidad experimental. En comparación, en las plantas expuestas a una concentración de 700 mg/ Kg de plomo (T4 y T7) manifestó una clorosis moderada, debido a que todas sus plantas presentaron la clorosis en la mayoría de sus hojas y adicionalmente, se presentó deformación foliar en algunas plántulas.

Figura 6. Desarrollo normal en plántula de Helianthus annuus, concentración 0 mg/Kg de plomo (T1). No se evidencian alteraciones. Elaboración propia, 2016.

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En la Figura 6, se evidencia una planta con una coloración verde, sin presencia de manchas, deformaciones ni quemaduras, lo que indica

que en T1 y T5, con concentraciones de 0 mg/Kg de plomo, las plantas no expresaron alteraciones.

Figura 7. Plántula Helianthus annuus expuesta a una concentración de 700 mg/ Kg de plomo (T8). Elaboración propia, 2016.

En la concentración de 700 mg/Kg de plomo (T4 y T8), se evidenció clorosis en las hojas de las plántulas (Figura 7), además de algunas

deformaciones expuestas en la Figura 7 y Figura 8.

Figura 8. Deformación foliar en plántulas de Helianthus annuus expuestas a una concentración de 700 mg/Kg de plomo (T4). Elaboración propia, 2016.

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Uno de los síntomas específicos de la toxicidad del plomo (Pb) en las plantas es la clorosis en sus hojas (Alvarado, Dasgupta, Ambriz, Sánchez, & Villegas, 2011). Las plántulas experimentaron las alteraciones morfológicas independiente de la inoculación por lo tanto, se concluye que los hongos micorrízicos arbusculares no impiden la manifestación morfológica de la planta ante la exposición al contaminante y que este logró llegar a la planta y producir síntomas de fitotoxicidad (clorosis) en todos los tratamientos.

Algunos estudios que han evaluado la germinación de H. annuus expuesto a concentraciones de plomo (Pb), concluyen que H. annuus se desarrolla en todos los niveles de concentración utilizados (Gutiérrez, y otros, 2011). Otro estudio que compara la adaptación de la planta a diferentes niveles

de concentración, concluyen que H. annuus no se ve afectado en presencia de plomo a concentraciones altas como 500 mg/Kg y 600 mg/Kg de plomo, y que las raíces secundarias son las que mayor concentración acumulan. Sin embargo, ninguno de estos estudios reporta alteraciones morfológicas como las vistas en las plantas utilizadas en esta investigación.

Colonización micorrizal.

La Figura 9, representa la colonización micorrizal en raíz de H. annuus, en el suelo sin presencia del contaminante. Indica que el hongo micorrízico tiene una buena asociación con la raíz de H. annuus. En la imagen A, se pueden diferenciar estructuras tipo vesículas en el interior de la raíz y tipo hifas en el exterior e interior de la misma.

Figura 9. Colonización micorrizal con presencia de micelio y vesícula (A), en raíz de Helianthus annuus con concentración de 0 mg/Kg de plomo (T1), aumento 40X. Elaboración propia, 2016.

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Figura 10. Colonización micorrizal con presencia de micelio (A-B), en raíz de Helianthus annuus con concentración de 300 mg/Kg de plomo (T2), aumento 10X (A) Y 40X (B). Elaboración propia, 2016.

En la Figura 10, se evidencia presencia de estructuras tipo hifas en el interior de la raíz de H. annuus. Esto garantiza la colonización micorrizal en la raíz de H. annuus sembrado en el suelo contaminado con 300 mg/Kg de plomo (T2). Se observa, una gran presencia de hifas intrarradiculares y extrarradiculares. La presencia de estas estructuras sustenta el éxito de la colonización micorrizal en este tratamiento (Hernández, y otros, 2003).

La Figura 11, representa el tratamiento con una concentración de 500 mg/Kg (T3). Se evidencia la presencia de hifas y de estructuras de tipo

vesículas, las cuales cumplen la función de almacenamiento de lípidos (Hernández, y otros, 2003). La fotografía A, representa la colonización de las hifas en el interior de la raíz de H. annuus; la fotografía B, expone las pocas estructuras que se manifiestan en el exterior de la raíz; la fotografía C representa las estructuras tipo vesículas en el interior de la raíz de H. annuus.

En T3, presentado en la Figura 11, la presencia de hifas es menor, y la presencia de vesículas es más abundante, comparado con el T2, expuesto en la Figura 10 En la Figura

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Figura 11. Colonización micorrizal con presencia de micelio (A-B) y vesículas (C), en raíz de Helianthus annuus con concentración de 500 mg/Kg de plomo (T3) Aumento 40X. Elaboración propia, 2016.

Figura 12. Colonización micorrizal con presencia de micelio (A) y vesículas (B-C), en raíz de Helianthus annuus con concentración de 700 mg/Kg de plomo (T4). Aumento 10X (A-B) y 40X(C). Elaboración propia, 2016.

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En la Figura 12, T4, se evidencia la presencia de estructuras tipo vesículas, y muy pocas estructuras tipo hifas en el exterior de la raíz de H. annuus. Este tratamiento, manejó la concentración más alta utilizada en la investigación y sustenta la adaptación que tienen los hongos micorrízicos arbusculares a medios contaminados con plomo.

Realizando una comparación entre los cuatro tratamientos inoculados con micorrizas y contaminados con las diferentes concentraciones de plomo (0 mg/Kg (T1), 300mg/Kg (T2), 500 mg/Kg (T3) y 700mg/ Kg (T4)), podemos evidenciar la presencia de diferentes estructuras desarrolladas al interior de la raíz. Esto podría sugerir que la concentración de plomo afecta el desarrollo del hongo y lo obliga a crear estructuras de reserva como las vesículas, con el fin de soportar los niveles de estrés al que está expuesto; por ello, se encontraron una mayor cantidad de estructuras tipo vesículas en los tratamientos con concentraciones más altas, 500 mg/Kg (T3) y 700 mg/Kg (T4), y menor cantidad en los tratamientos de 0 mg/Kg (T1) y de 300 mg/Kg (T2). Cabe resaltar que los análisis realizados en los tratamientos que no fueron inoculados con hongos micorrízicos (T5, T6, T7 Y T8), arrojaron resultados negativos acerca de la presencia del hongo, garantizando así que estos no fueron contaminados durante el proceso de siembra y montaje de la investigación.

Tabla 2. Resultado promedio del conteo de esporas TRATAMIENTOS

NÚMERO DE ESPORAS

T1 (0 mg/Kg de Pb)

70

T2 (300 mg/Kg de Pb)

60

T3 (500 mg/Kg de Pb)

34

T4 (700 mg/Kg de Pb)

11

Elaboración propia, 2016.

La Tabla 2, muestra los resultados promedio de la observación estereoscópica a los tratamientos inoculados con micorriza.

Según la composición garantizada del producto, el inóculo tiene una composición mayor de 40 esporas. Sin embargo, en un conteo preliminar, se encontró un número de 180 esporas por gramo.

La disminución en la cantidad de esporas varía con las concentraciones de contaminante en el suelo, teniendo una menor cantidad de estas estructuras en la concentración de plomo 700 mg/Kg (T4). La producción de esporas puede entonces verse afectada por la concentración de plomo en el suelo, lo cual sugiere que puede ser necesaria una re-inoculación.

La Figura 13, muestra las esporas encontradas en los tratamientos.

Esporas El conteo de esporas siguiendo el método de tamizado, centrifugación en gradiente de sacarosa y observación estereoscópica (Genderman y Nicolson, (1963) en Sieverding (1983), mostró que existe una mayor cantidad de esporas en el tratamiento con menos concentración del contaminante, 300 mg/Kg (T2).

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Figura 13. Esporas presentes en suelo inoculado. Concentración de 300 mg/Kg de plomo A (T2), 500 mg/ Kg de plomo B (T3) y 0 mg/Kg de plomo C (T1), aumento 40X, observadas en estereoscopio. Elaboración propia, 2016.

Toma de medidas de pH. El pH, es un factor determinante para el éxito de la fitorremediación, sin embargo, en esta investigación no se tomaron medidas para

su corrección. Los niveles encontrados al momento de la cosecha fueron graficados como lo muestra la Figura 14.

Figura 14. pH promedio de los tratamientos. Elaboración propia, 2016.

Los resultados comparados con el pH inicial obtenido de 5,69 (ácido), indican que el suelo sufrió una alteración al ser expuesto a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín, y al entrar en contacto con la solución contaminante. Por lo general, las concentraciones de metales pesados en la solución del suelo se pueden aumentar al disminuir el valor de pH del suelo, porque la cantidad de H+ aumentará y la capacidad

intercambiable entre cationes de metales pesados y H+ absorbido en la superficie de las partículas del suelo también aumentan después de que el pH disminuye (Sheoran, Sheoran, & Poonia, 2015). En la Figura 14, se evidencia que en los tratamientos T1 – T5, que poseen una concentración de 0 mg/ Kg de plomo, el pH se tornó neutral. Para los tratamientos T2 – T6 (300 mg/kg de plomo) y T3 – T7 (500 mg/Kg de plomo), el pH, aunque sigue clasificándose

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como ácido, aumentó en relación con el pH inicial. Para la concentración más alta de plomo, en los tratamientos T4 – T8 (700 mg/ Kg de plomo), el pH se neutraliza. Hornburg y Brummer (1993) en Sheoran, Sheoran, & Poonia (2015), informaron que las proporciones de plomo soluble aumentan fuertemente a medida que disminuye el pH por debajo de 3.5, y por encima de este valor, la solubilidad se controla.

Se debe tener en cuenta, que para efectos de movilidad de plomo, el pH debe ser corregido a un nivel ácido (Sánchez, 2010).

Conclusiones H. annuus, es una planta que demostró adaptarse a medios contaminados con plomo en concentraciones de 300, 500 y 700 mg/Kg. Sin embargo, manifiesta síntomas morfológicos como clorosis y deformaciones que indican la presencia del contaminante.

Los hongos micorrízicos arbusculares, pueden adaptarse a medios contaminados con plomo en concentraciones de 300, 500 y 700 mg/Kg de plomo. Estos organismos pueden colonizar las raíces de H. annuus y crear estructuras como hifas extrarradiculares e intrarradiculares y vesículas, que le permiten la captación y almacenamiento de nutrientes. Además, es capaz de desarrollar esporas, lo que garantiza su presencia en el tiempo.

El desarrollo de la planta se realizó bajo nivel de estrés y sin presencia de fertilizantes o enmiendas de suelo que permiten una mejor adaptación de esta. Por lo tanto, se sugiere que H. annuus es una planta que soporta no solo niveles altos de contaminantes como los utilizados en esta investigación, sino que tolera niveles extremos de déficit de nutrientes.

La producción de biomasa en las plantas de H. annuus, fue similar en todos los tratamientos, lo que indica que la asociación fue rápida, si se consideran las cuatro semanas de investigación.

Se recomienda continuar con el proceso investigativo y el análisis de las concentraciones de plomo que H. annuus es capaz de absorber en asocio con hongos micorrízicos.

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Agradecimientos Al grupo de investigación de la empresa Soluciones Biotecnológicas y agroambientales S.A.S y Abonamos S.A., coordinado por el Ingeniero Octavio González Murillo, por el aporte de inóculo micorrizal para la ejecución del trabajo de investigación.

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Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo Evaluation of adaptation of Helianthus annuus in association with mycorrhizal fungi in soils contaminated with lead ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 111 de 160

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“Cada uno de nosotros es una preciosidad, en una perspectiva cósmica. Si alguien discrepa de tus opiniones, déjalo vivir. En un trillón de galaxias, no hallarías otro igual” Carl Sagan- Astrónomo, Astrofísico, Cosmólogo (1934 - 1996).

Rojas-Zerpa, Juan Carlos and Correa-Henao, Gabriel Jaime. (2018). Propuesta para el mejoramiento de la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela. Un enfoque basado en el despliegue de la generación distribuida con tecnologías limpias. Cuaderno Activa, 10(1), 115 - 129.

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Propuestas para el mejoramiento de la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela. Un enfoque basado en el despliegue de la generación distribuida con tecnologías limpias* Proposals for the Improvement of the Sustainability of the Venezuelan Electric Power Generation System. An Approach Based on the Deployment of Distributed Generation with Clean Technologies Juan Carlos Rojas-Zerpa□,Gabriel Jaime Correa-Henao†

Resumen: En esta contribución técnica se realiza una evaluación de los impactos ambientales adversos inherentes a la generación de energía del sistema eléctrico venezolano, referido a las fuentes primarias de generación y sus efectos en términos de emisiones GEI (CO2eq), emisiones acidificantes (SO2) y eutroficantes (NOx), con la finalidad de identificar otras fuentes de energías (limpias) que permitan el despliegue de la generación distribuida y, en consecuencia, mitigar los efectos del calentamiento global, prevenir la contaminación ambiental e impulsar la generación de empleo.

La caracterización y cuantificación de los impactos ambientales están basadas en el análisis del ciclo de vida de las fuentes de suministro (ACV), donde se analizan los impactos desde la extracción de los materiales hasta el desmantelamiento de las tecnologías. Los resultados indican que el mayor

impacto ambiental ocasionado por las fuentes y tecnologías del sistema de generación de energía eléctrica del país se relaciona con las emisiones GEI (en proporción a la masa). Dicha evaluación se aplicó en un caso de estudio enfocado en la producción de energía eléctrica en el sistema venezolano, teniendo en cuenta que durante el año 2012 se realizó una emisión anual de 33,4 M Ton CO2eq desde Venezuela, siendo este el valor más alto de los últimos 12 años, relacionado con la generación de energía eléctrica. Esta cantidad de emisiones representa menos del 16 % del total del CO2 que emite anualmente el país. La sustitución de las tecnologías convencionales basada en los combustibles fósiles: fuelóleo, gasóleo y gas natural, es técnicamente factible mediante el uso de tecnologías renovables, tales como: energía eólica, energía solar fotovoltaica y mini-hidráulica,

* Artículo resultado de investigación. □ PhD en Energías Renovables, Universidad de los Andes (ULA)-Escuela de Diseño Industrial, Mérida, Venezuela. juancrojas@ula.ve † PhD en Ingeniería Eléctrica. Líder Electromecánico, Sedic S.A, Medellín, Colombia. gjcorreah@gmail.com

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Cuaderno Activa N°10 • página 116 de 160

entre otras. Para el 2020, la combinación de tecnologías de generación distribuida de origen renovable permitiría favorecer la sustitución del 100 % del fuelóleo y gasóleo. Los beneficios socio-ambientales implicarían una reducción de emisiones GEI superior al 83 %, así como una reducción significativa en las emisiones de SO2 y NOx. Estos indicadores demuestran la posibilidad de alcanzar la sostenibilidad ambiental del sector y la posibilidad de aplicarlo en países de la región de América Latina y el Caribe (ALyC).

Palabras clave: Matriz energética, Generación distribuida, Sostenibilidad energética Abstract: This technical contribution shows an environmental-based assessment, taking into account adverse environmental impacts that are inherent to energy generation into Venezuelan electrical system, as referred to both primary fuels and effects in terms of GHG (CO2eq), acidifying emissions (SO2) and eutrophication (NOx). This is done by identification of other sources of clean energy that may boost distributed generation with benefits on mitigation on the effects on global warming, as well as prevention of environmental pollution and job creation. The characterization and quantification of the environmental impacts is based upon the analysis of the life cycle of several energy sources, by keeping into account impacts related to materials extraction and dismantling of technologies. These results indicate that the greatest environmental impact caused by the sources and technologies of the country’s electric power generation system is related to GHG emissions (in proportion to the mass). This evaluation is applied in a case study focused on the production of electric energy in the Venezuelan system, taking into account country’s emissions of 33,4 MT CO2eq in 2012, which has been the highest value over last 12 years, related to the generation of electric power. This amount of emissions represents less than 16% of the total CO2 that the country emits annually. The replacement of conventional technologies based on fossil fuels (fuel oil, diesel, natural gas), is technically feasible through the use of renewable technologies, such as: wind energy, solar photovoltaic and mini-hydraulic, among others. By 2020, the combination of distributed

generation technologies of renewable origin would favor the replacement of 100% of fuel oil and diesel. The socio-environmental benefits would imply a reduction in GHG emissions of more than 83%, as well as a significant reduction in SO2 and NOx emissions. These indicators demonstrate the possibility of achieving environmental sustainability of the sector and the possibility of applying it in neighboring countries in Latin America and the Caribbean.

Key words: Energy Mix, Distributed Generation, Energy Sustainability Introducción Las actividades diarias de los habitantes de todas las sociedades están relacionadas con el uso de dispositivos, equipos o medios que implican el consumo de electricidad y otros combustibles.

Sin embargo, la mayor parte de esa energía que proviene de fuentes no renovables y que es consumida por la sociedad moderna, ha requerido centenares de millones de años para su depósito en mantos geológicos. Dicha energía se consume desde los últimos 150 años a una escala tan impresionante, que ahora la humanidad se enfrenta a dos grandes problemáticas: el efecto invernadero y el agotamiento de los recursos fósiles (Fuel-cell, 2009).

Además, el intenso crecimiento poblacional del planeta está provocando la demanda insostenible de bienes y servicios, con consecuencias adversas para los recursos naturales, cuya existencia es finita.

En efecto, la atmósfera recibe la inyección continua e intensiva de los gases causantes del efecto invernadero (GEI), además de otras sustancias contaminantes, los cuales están amenazando la estabilidad climática del planeta (Baldasano, 2007). Al CO2, el más importante de estos GEI, se le atribuye el 76 % del efecto invernadero (IPCC, 2014), cuyas emisiones mundiales provienen principalmente de la generación de energía eléctrica y calor (25,0 %), la agricultura, silvicultura y otros usos del suelo (24,0 %), la industria (19,0 %), transporte (14,0 %), edificaciones (6,0 %) y otros usos energéticos (10,0 %) (IPCC, 2014). Por otro lado, los inventarios de recursos fósiles revelan que el petróleo (35 % de la energía primaria mundial)

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acabará agotándose, además su producción está muy localizada y precisamente es escaso en los países con mayores niveles de consumo (De Juana, 2003).

En los próximos años se prevé, que la situación sea más compleja. La gestión de recursos finitos y escasos supone una dificultad cada vez mayor, con un creciente consumo de energía y un cambio en los modelos de producción (ESPAS, 2016). De hecho, si los gobiernos del mundo mantienen sus actuales políticas y modelos de desarrollo económico, las necesidades energéticas mundiales en 2040 serán un 30 % más elevadas respecto a los niveles del 2017 (AIE, 2017). Ese aumento, motivado por el crecimiento natural de la población y por un mayor poder adquisitivo de los consumidores de algunos países (principalmente de Asia), significa un consumo de todos los combustibles modernos, cuyas emisiones de CO2 se incrementarán significativamente. Ese incremento en el consumo de energía, el 93 %, se producirá en los países no pertenecientes a la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) (ESPAS, 2016) y más de la mitad se atribuyen a China e India (BP, 2017). A nivel mundial, se espera que la demanda de electricidad se incremente aproximadamente en un 70 % de aquí al 2035, donde China e India serán determinantes (UNESCO, 2014). Para el 2040, se estima que alrededor del 40 % del incremento de la demanda global de energía primaria corresponde con la producción de energía eléctrica (AIE, 2016), con lo cual una gran parte de ese nuevo incremento estará asociado a los combustibles fósiles.

En 2004, la industria de la generación de energía eléctrica fue la primera causa, a nivel mundial, responsable de las emisiones GEI (IPCC, 2007). En la actualidad, dicha tendencia no ha cambiado (WEC, 2014). Esta consideración es fundamental para que en los futuros proyectos de suministro eléctrico, los agentes de decisión y planificadores estudien alternativas que generen mínimos impactos ambientales, garantizando de esta manera, el reconocimiento de las tecnologías que favorezcan un mejor aprovechamiento de los recursos energéticos para satisfacer las necesidades locales de electricidad y desarrollo.

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Para estabilizar las emisiones causantes del calentamiento global, lluvia ácida y eutrofización es necesario identificar los impactos ambientales que se derivan del uso de las fuentes y tecnologías de generación y suministro de electricidad. La evaluación de estos impactos, mediante análisis de ciclo de vida (ACV), permite identificar las causas que pueden generar daños al ambiente y a la sociedad, por las diferentes formas de producir la energía, ya sea a través de las tecnologías de conversión que involucran el consumo de combustibles fósiles o de las energías renovables.

El contenido de la presente contribución técnica abarca los principales aspectos inherentes al sistema eléctrico venezolano, la cuantificación de los efectos ambientales adversos debidos a la generación de energía eléctrica en el país y la discusión de las alternativas para mejorar la sostenibilidad del sector, que implica la sustitución de fuentes fósiles por renovables para el año 2020.

Caracterización del sistema eléctrico venezolano, año 2012 En Venezuela, la información disponible del sector eléctrico, petróleo, gas natural y otras fuentes de energías no está actualizada. De hecho, la información disponible (oficial) en medios web es del 2013 con datos del 2012.

El sector de generación de energía eléctrica del país está subdividido principalmente en dos grandes grupos: hidroeléctrico y los sistemas termoeléctricos. Estos sistemas están distribuidos de acuerdo con las zonas geográficas de mayor densidad poblacional. Las redes eléctricas surten la energía centralizada a lo largo del arco andinocostero (redes 100-140kV; 151-245kV; 246-480kV y mayores de 480KV), como se muestra en la figura 1. En la actualidad (2016), el nivel de electrificación en áreas urbanas es 99,0 % y en las zonas rurales es ligeramente inferior (98,0 %) (AIE, 2017). Cabe destacar que los niveles de electrificación de Venezuela son relativamente elevados, si se compara con los niveles alcanzados en América del Sur donde el promedio de la región tiende al 94,0 % (áreas urbanas) y 91,0 % (áreas rurales) (AIE, 2017).

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Figura 1. Redes de transmisión y distribución del Sistema Interconectado Nacional. Fuente: (CVG-EDELCA, 2007)

De acuerdo con la matriz energética del Sistema Interconectado Nacional (SIN) y de los datos aportados por el Ministerio de Energía Eléctrica de Venezuela (2013), la producción de energía es mayoritariamente de origen hidráulico (81,85 TWh; 64,05 %). Las demás fuentes incluyen el uso de combustibles fósiles en plantas termoeléctricas (45,95 TWh), donde la tecnología del gas natural ha sido la más utilizada (16,20 %), seguida del gasóleo (13,07 %) y el fuelóleo (6,68 %). Cabe destacar que la distribución porcentual de hidroelectricidad en el 2012 representa el peor valor registrado en los últimos 12 años. En contraste, el uso del gasóleo se ha venido incrementando significativamente hasta alcanzar su nivel máximo en 2012, según se aprecia en la figura 2.

El crecimiento en la producción y consumo de energía eléctrica ha venido evolucionando a una tasa promedio anual de 3,71 % (período 2000-

2012), según se observa en la figura 2. Un valor que, comparativamente con el contexto de la región de América Latina y el Caribe, es relativamente alto. De igual manera, la oferta en el sistema hidroeléctrico ha crecido en 2,22 %, mientras que los sistemas termoeléctricos han mostrado una tasas de crecimiento más elevadas; siendo la tecnología del gasóleo la que mayor incremento ha experimentado (20,11 %), seguido del fuelóleo (5,65 %) y, finalmente, por la tecnología del gas natural (3,66 %). Curiosamente, esta última tecnología es la que menos se ha empleado por los planificadores y/o agentes de decisión para absorber el crecimiento en la producción eléctrica de los nuevos consumos demandados.

De hecho, en la teoría se conoce que la tecnología de conversión del gas natural a electricidad es altamente eficiente. Además, es la tecnología que menos efectos ambientales adversos causa a los ecosistemas naturales y artificiales.

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Figura 2. Generación de energía eléctrica en Venezuela (GWh). Fuente: Elaboración propia a partir de (MPPEE, 2013)

Figura 3. Proyección de la generación anual de energía eléctrica en Venezuela (GWh). Fuente: Elaboración propia a partir de (MPPEE, 2013)

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Con relación al futuro de corto y mediano plazo, se prevé que las necesidades eléctricas de la población seguirán creciendo en función de la tasa promedio anual del periodo 2000-2012, tal como se muestra en la figura 3. De esa proyección, se estima que la nueva demanda de energía eléctrica se eleve hasta alcanzar un valor superior a los 200.000 GWh para el año 2020. De ser así, se espera que dicha demanda intensifique el uso de los recursos fósiles que actualmente se están utilizando. En las siguientes secciones se describen los impactos ambientales actuales y futuros (2012, 2020).

Caracterización de los impactos ambientales del Sistema Eléctrico Venezolano El desarrollo sostenible requiere la aplicación de estrategias, métodos, procedimientos y herramientas que permitan cuantificar y comparar el impacto socio-ambiental de las actividades humanas para la producción de bienes y servicios.

De hecho, la electricidad es un elemento fundamental para el desarrollo de cualquier región o país, en donde su generación, transmisión y distribución deben garantizar la accesibilidad de todos sus usuarios, que efectivamente también deberían acceder a un recurso energético limpio y de alta confiabilidad (Correa-Henao y Rojas-Zerpa, 2017).

Precisamente, la medición de impactos ambientales para el acceso a la energía se suele realizar bajo distintos enfoques. Uno de ellos es la metodología Análisis de Ciclo de Vida (ACV), que es recomendada en Rojas-Zerpa (2012) por la valoración de los impactos ambientales en un contexto más objetivo y amplio, donde se toman en cuenta las cargas ambientales en toda la cadena de producción, incluyendo la extracción de materiales, insumos y el desmantelamiento de la tecnología.

En la siguiente subsección se presenta una revisión de los impactos ambientales ocasionados por las diferentes tecnologías utilizadas para la generación de energía eléctrica, así como también los resultados de los impactos ambientales del sistema eléctrico venezolano.

Metodología ACV para la evaluación de los impactos ambientales.

A nivel mundial, ya hay iniciativas que están intentando armonizar la producción de bienes y servicios con el ambiente. De hecho, en la actualidad existe una serie de documentos de la Unión Europea (UE) que, por una parte, fomentan los mercados basados en productos y servicios verdes, entre ellos varios dedicados al fomento de las energías renovables y electricidad sostenible; y, por otra parte, exigen una información correcta para el consumidor y unos criterios objetivos y verificables sobre los beneficios ambientales de las diferentes alternativas (Fullana et al., 2004).

La Política Integrada de Producto de la UE (Fullana et al., 2003) recomienda el cambio paradigmático de una política orientada a la promoción de procesos o tecnologías sostenibles hacia la promoción de productos verdes, es decir, que desde el punto de vista energético habrá productos o servicios sobre los cuales será ambientalmente más correcta la utilización de un tipo de energía y, para otros, tal vez sea más oportuna la utilización de tecnologías convencionales.

Los pasos que está dando la UE para favorecer las acciones que permitan el acceso de los usuarios a los recursos energéticos limpios, es una clara demostración de la implementación de medidas que buscan prevenir, corregir o mitigar la contaminación ambiental y los problemas asociados al calentamiento global. Por ello, es importante considerar la evaluación de las cargas ambientales de la energía para revertir esos procesos y con ello garantizar el acceso a una energía sostenible y de calidad.

En este contexto, el Análisis de Ciclo de Vida es precisamente la herramienta más adecuada para realizar una evaluación lo más objetivamente posible, evitando la transferencia de carga ambiental, ya que se estudia en un plano definido por dos ejes: la multitud de procesos a lo largo de la cadena de producción y su uso; y la multitud de criterios sobre el medio (Fullana y Puig, 1997).

El ACV es una técnica para la evaluación de diversos aspectos relacionados con el desarrollo de bienes

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y su potencial impacto a través de la vida del producto desde la adquisición de la materia prima, procesamiento, manufactura, uso y disposición final (ISO 14001, 1997). El impacto ambiental incluye las emisiones al ambiente y el consumo de recursos, así como otras intervenciones asociadas al uso de la tierra, los residuos sólidos, el consumo de agua, entre otros (Varun et al., 2009).

Para este trabajo, y para la evaluación de los impactos ambientales se han considerado los aportes presentados en (Rojas-Zerpa y YustaLoyo, 2010), en atención a la cuantificación de los potenciales impactos asociados al calentamiento

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global (emisiones GEI), la lluvia ácida (emisiones de SO2) y la eutrofización (Emisiones de NOx).

Los autores realizaron una revisión bibliográfica de distintas fuentes internacionales (Agencia Internacional de la Energía, Consejo Mundial de la Energía, Universidad de Surrey, etc.) donde se obtuvieron los valores de emisiones GEI, emisiones de SO2 y emisiones de NOx en un contexto de ciclo de vida. Los valores resultantes de cada una de esas categorías de emisiones corresponden al valor promedio de los distintos datos utilizados (ver figuras 4, 5 y 6).

Figura 4. Caracterización de las emisiones de CO2 de la generación de electricidad.

Fuente: (Rojas & Yusta, 2010)

Figura 5. Caracterización de las emisiones de SO2 de la generación de electricidad.

Fuente: (Rojas-Zerpa & Yusta-Loyo, 2010)

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Figura 6. Caracterización de las emisiones de NOx de la generación de electricidad.

Fuente: (Rojas-Zerpa & Yusta-Loyo, 2010)

Resultados de la evaluación de los impactos ambientales del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela.

Conocidos los niveles de generación de energía eléctrica (kWh/año) para un periodo determinado y para las distintas tecnologías, los valores se multiplicaron por los indicadores de emisiones (gCO2/kWh) aportados por Rojas y Yusta (2010).

En la tabla 1, se muestran los resultados de los impactos ambientales asociados a la generación de electricidad en el Sistema Interconectado Nacional. De este análisis, se observa que el mayor impacto está relacionado con las emisiones GEI. Comparativamente con las otras emisiones caracterizadas en los distintos años (en masa), los GEI representan más del 99 % de todas las emisiones esparcidas a la atmósfera.

Resultados del año 2012.

Para el caso venezolano (año 2012), los niveles de emisiones GEI superaron los 33 millones de toneladas, siendo el valor más alto registrado en los últimos 12 años. De esas emisiones, las plantas termoeléctricas aportaron el 91,25 %, los cuales se distribuyeron de la siguiente manera: gasóleo (36,85 %), gas natural (33,48 %) y fuelóleo (20,92 %). Las emisiones restantes fueron aportadas por la hidroenergía de gran escala. La tasa de crecimiento anual de emisiones GEI, para el periodo 20002012, fue de 7,23 %, cuyo valor duplicó la tasa de

crecimiento anual de la producción de electricidad para el mismo período. El índice de generación de cambio climático (IGCC) se incrementó 20,39 %, respecto al valor promedio del período 20002011. De la comparación entre los datos de Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC) para el 2012, las emisiones totales de Venezuela alcanzaron un valor de 207,41 millones de toneladas de CO2, lo que representa un 15,98 % asociado a la generación de electricidad (considerando que todas las emisiones de ciclo de vida son mayoritariamente en operación).

En relación con las emisiones de lluvia ácida, se cuantificó un nivel de SO2 relativamente alto respecto al promedio del mismo período (28,17 %). De igual manera, el índice de generación contaminante (IGC) se incrementó ligeramente 6,72 %. A diferencia de las emisiones GEI, el fuelóleo y el gasóleo aportaron el 92,92 % del dióxido de azufre.

Para las emisiones eutroficantes (NOx), el impacto ambiental es relativamente más intenso en comparación con las emisiones anteriores. En efecto, se cuantificó un incremento de 118,35 % respecto a las emisiones del mismo período (20002011). En este mismo orden, el IGC del NOx se incrementó 84,46 %. Similarmente a las emisiones de lluvia ácida, la tecnología del gasóleo y fuelóleo aportó el 94,24 %, siendo el gasóleo el combustible con mayor impacto ambiental (86,3 %).

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Tabla 1. Impactos ambientales del Sistema Interconectado Nacional (SIN) de Venezuela. Fuente: Elaboración Tipo Emisión

Unidad

Emisiones CO2

Año 2000-2011

2012

2020

(Mt)

2266

33.14

81.99

Emisiones SO2

(Mt)

0.071

0.091

0.215

Emisiones NOx

(Mt)

0.109

0.238

0.938

IGCC CO2

(g CO2/kWh)

215.38

259.29

388.75

IGC SO2

(g SO2/kWh)

0.67

0.715

1.02

IGC NOx

(g NOx/kWh)

1.01

1.863

4.45

Mt: Millones de toneladas; IGCC: índice de generación de cambio climático; IGC: índice de generación contaminante

Resultados del año 2020.

Las estimaciones para el 2020, respecto al año 2012, son aún más desalentadoras. De mantenerse la tendencia por parte de los administradores y decisores del Sistema Eléctrico Nacional de Venezuela (SIN), en satisfacer los consumos de energía de la población con un mayor aporte de combustibles fósiles, los niveles de impactos ambientales, desde el punto de vista de ciclo de vida, se intensificarán.

Como se observa en la tabla 1, tanto las emisiones de CO2 equivalente y de lluvia ácida se duplicarán, y las emisiones eutroficantes se incrementarán 294.12 %. De igual manera, se estima que el índice de generación de cambio climático (IGCC) alcance los 389 gCO2 por kWh, incrementándose 49.93 %. Los índices de generación contaminante (IGC) también alcanzarán valores elevados, cuyos incrementos estimados para el dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno serán de 42.66 % y 138.86 %, respectivamente.

Alternativas para la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela para el año 2020 De acuerdo con los resultados anteriores, la situación de Venezuela con referencia a su gran sistema centralizado de generación de energía eléctrica para el 2020, podría generar mayores problemas al ambiente y a la salud de sus habitantes. De no revertirse el patrón relativo al uso intensivo de fuentes fósiles en la matriz

energética, las emisiones de gases contaminantes y de calentamiento global serán muy elevadas. No obstante, Venezuela posee un gran abanico de opciones, tales como energía solar, energía eólica, energía minihidráulica, energía de la biomasa, etc., que perfectamente podrían implementarse para evitar, controlar o mitigar los efectos adversos a la calidad ambiental. Entre esas opciones existen excelentes recursos energéticos renovables, ampliamente distribuidos en el país, que podrían sustituir parcial o totalmente a los combustibles fósiles (Rojas-Zerpa & Yusta-Loyo, 2015).

En este contexto, es muy importante considerar diferentes soluciones que efectivamente aporten un mejoramiento del aprovechamiento de los recursos energéticos primarios y, a su vez, una reducción significativa de las emisiones causantes del efecto invernadero, la acidificación y eutrofización; además de otros problemas socioambientales que no son considerados en esta investigación.

Para direccionar la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica del país se plantean tres propuestas: a) incremento en la oferta de producción con el aporte de fuentes primarias renovables, b) incremento de la eficiencia energética del sistema de producción de energía eléctrica y, c) reducción del consumo final de energía (ahorro energético del lado de la demanda). De las tres opciones anteriores y para los fines del presente trabajo, a continuación se

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desarrolla la alternativa a. (Otras alternativas serán estudiadas en futuras publicaciones).

Este incremento de más oferta de renovables en el nuevo mix energético nacional está relacionado con la producción de energía procedente de las fuentes y tecnologías renovables, lo que directamente implica la sustitución parcial y/o total de las tecnologías convencionales basadas en la combustión de recursos fósiles por otras más benignas (acción sobre la fuente de energía primaria). Desde luego, esta acción implica un mejor aprovechamiento de las fuentes de energía primaria con significativas consecuencias sobre la reducción de emisiones GEI, emisiones acidificantes y emisiones eutroficantes. La complejidad de esta propuesta radica en la combinación de las tecnologías que mejor aprovechamiento energético induzcan y menores emisiones GEI y contaminantes generen; lo cual no es el objeto de la presente investigación.

Una importante característica que tiene Venezuela es su elevada riqueza energética. En efecto, el país ocupa una posición privilegiada a nivel mundial con referencia a la producción y reservas de recursos fósiles (Rojas-Zerpa y Yusta-Loyo, 2015). Adicionalmente, también presenta una abundante potencialidad de recursos energéticos renovables superior a los 3270 millones de barriles equivalente de petróleo (Rojas-Zerpa y YustaLoyo, 2015). A modo de comparación, en el año 2012, esta potencialidad fue equivalente al 245 % con referencia a la energía primaria producida de fuentes fósiles (petróleo, gas natural y carbón) y, a su vez, 1065 % respecto al consumo final de

energía en el mercado interno. Este último dato revela la enorme potencialidad de las fuentes renovables del país, para satisfacer las necesidades de energía primaria de sus consumidores, aplicadas a la generación de electricidad a pequeña y gran escala.

Para contrastar esta potencialidad, en las siguientes tablas se resumen los resultados de la sustitución total o parcial de las tecnologías convencionales por las fuentes de origen renovables y su impacto en la matriz energética del sistema de generación eléctrica de Venezuela.

En la tabla 2, se observa que para el año 2020 la nueva matriz energética propuesta conlleva una reducción drástica de las fuentes fósiles para su conversión en electricidad. Al respecto, se busca que el consumo de fuelóleo y gasóleo tienda a cero y el gas natural se reduzca en un 50%. Para reducir total y parcialmente estos combustibles, se requiere la inclusión de fuentes y tecnologías limpias (energías renovables), que efectivamente sean capaces de suministrar el aporte de los combustibles fósiles en forma segura y confiable.

De hecho, en esta propuesta se sustituye el 100 % del fuelóleo por minihidráulica, el 100 % del gasóleo por energía eólica y el 50 % del gas natural por energía solar fotovoltaica. Así mismo, se espera una reducción en el uso de la energía hidráulica, ubicándose en una aportación a la matriz energética de 46 % de la energía requerida.

En resumen, la energía eólica reemplaza totalmente al gasóleo; la energía minihidráulica sustituye el 50 % del gas natural y la energía solar el 100 % del fuelóleo.

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Propuestas para el mejoramiento de la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela. Un enfoque basado en el despliegue de la generación distribuida con tecnologías limpias Proposals for the Improvement of the Sustainability of the Venezuelan Electric Power Generation System. An Approach Based on the Deployment of Distributed Generation with Clean Technologies

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 125 de 160

Tabla 2. Participación porcentual de las tecnologías convencionales y renovables en el sistema de generación de energía eléctrica, año 2012 (valores oficiales del MPPEE del 2013) y 2020 (valores propuestos).

Tecnología

Año 2012

2020

Hidráulica

64,05 %

46,27%

Fuelóleo

6,68 %

0

Gas Natural

16,20 %

6,54%

Gasóleo

13,07 %

0

Energía Eólica

0

34,21%

Energía Minihidráulica

0

6,34%

Energía solar fotovoltaica

0

6,54%

100%

100%

Total Fuente: Elaboración propia

Tabla 3. Participación porcentual de las fuentes y tecnologías renovables en la nueva matriz de generación de energía eléctrica respecto al potencial aprovechable de cada fuente, año 2020.

Fuente y Tecnología

Año 2020

Hidráulica

8,91 %

Energía Eólica

8,71 %

Energía Minihidráulica

17,45 %

Energía solar fotovoltaica

0,51 %

Total Energías Renovables

3,73 %

Fuente: Elaboración propia

En la tabla 3 se resume la aportación de cada una de las fuentes renovables en función de la potencialidad aprovechable del país. La sustitución total del fuelóleo y gasóleo implicaría la utilización del 17,45 % del recurso hidráulico de pequeña escala y 8,71 % de la energía eólica, respectivamente. De igual manera, para el gas natural, una reducción en el consumo de este recurso por otro, apenas implicaría menos del 1 % de la energía solar disponible para Venezuela.

En términos generales, estos nuevos aportes energéticos representarían una décima parte del potencial total de las energías renovables, lo que numéricamente deja en evidencia la amplia disponibilidad de estos recursos para su aplicación

en la generación de electricidad, ya sea en forma centralizada o distribuida preferiblemente.

Como ya destacó anteriormente, la potencialidad aprovechable de las energías renovables es cuantitativamente suficiente para promover políticas institucionales que impliquen la sustitución del 100 % de las tecnologías convencionales (basadas en la combustión de recursos fósiles) por fuentes y tecnologías limpias (energías renovables). De igual manera, dicha potencialidad representa una excelente oportunidad para el total abastecimiento del consumo de energía eléctrica del país, lo cual es importante para garantizar la seguridad energética nacional.

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Juan Carlos Rojas-Zerpa,Gabriel Jaime Correa-Henao 126

Cuaderno Activa N°10 • página 126 de 160

El impacto ambiental de tal sustitución, desde el punto de vista ACV, implicaría un ahorro importante de emisiones GEI, emisiones acidificantes y emisiones eutroficantes. Como se observa en la tabla 4, la sustitución de combustibles fósiles por renovables permitirían alcanzar unos niveles en el orden de 13,57 Mt CO2eq por año; 0,01 Mt SO2 por año y 0,01 Mt NOx por año. En términos porcentuales, este efecto implicaría el ahorro de emisiones en el orden de 83,45 % de CO2, 93,25 % de SO2 y 98,42 % de NOx (figura 7). Esta ganancia socio-ambiental es coherente con el índice de generación de cambio climático (IGCC) y los índices de generación contaminante (IGC SO2, IGC NOx) de la nueva matriz energética propuesta, los cuales son significativamente inferiores a los valores determinados para el caso referencial relacionado con el año 2020 sin acción de mejoramiento. Por ejemplo, un IGCC de 64,34 gCO2/kWh de la nueva matriz energética evidencia un sistema de conversión bastante limpio, es decir, con mínima huella de carbono, lo que repercute directamente en un mínimo impacto al clima.

Desde el punto de vista de generación de empleo, teniendo en cuenta los niveles de generación de electricidad por cada una de las nuevas tecnologías en proporción a los indicadores de creación de puestos de trabajo aportados por Rojas-Zerpa (2012), la sustitución de tecnologías renovables (solar fotovoltaica, eólica de pequeña y gran escala, y minihidráulica) implicaría la generación de nuevos puestos de trabajo. Al respecto, se estima una creación de más de 27 900 nuevos puestos de trabajos (directos e indirectos). Donde muchos de estos puestos se consideran empleos de calidad o mano de obra altamente calificada.

El personal que queda disponible de las fuentes que son sustituidas: gasóleo, fuelóleo y gas natural, una pequeña parte de los mismos, podría quedar en reserva para dichas instalaciones y con ello tener recursos humanos disponibles para estabilizar la demanda del Sistema Interconectado Nacional en situaciones especiales, como por ejemplo: la elevada demanda de energía en un día caluroso, la intermitencia en algunas de las fuentes renovables, la ocurrencia de lluvias extremas o anómalas, etc.

Así mismo, otra parte de ese personal podría ser ubicado en actividades de desarrollo de nuevas tecnologías o en un Plan Nacional de Eficiencia y Ahorro Energético.

Dados estos notables beneficios, Venezuela perfectamente podría mejorar su eficiencia en el uso de sus recursos fósiles y renovables, haciendo que su actividad en el campo de la conversión de la energía eléctrica y su aprovechamiento sea un modelo de sostenibilidad.

Tabla 4. Resumen de emisiones GEI, emisiones contaminantes e índices de generación contaminante inherentes a la producción de energía eléctrica, relativas al año 2020.

Variables

Cantidad

Unidad

Emisiones de CO2

13,57

MtCO2/año

Emisiones de SO2

0,01

MtSO2/año

Emisiones de NOx

0,01

MtNOx/año

IGCC-CO2

64,34

gCO2/kWh

IGC-SO2

0,07

gSO2/kWh

IGC-NOx

0,07

gNOx/kWh

Fuente: Elaboración propia

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Propuestas para el mejoramiento de la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela. Un enfoque basado en el despliegue de la generación distribuida con tecnologías limpias Proposals for the Improvement of the Sustainability of the Venezuelan Electric Power Generation System. An Approach Based on the Deployment of Distributed Generation with Clean Technologies ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 127 de 160

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Fig. 7. Emisiones evitadas en la nueva matriz del sistema de generación de electricidad de Venezuela (Mt/año), proyección al año 2020. Fuente: Elaboración propia

Conclusiones Si bien es cierto que una gran parte de la energía eléctrica producida en Venezuela es de origen renovable (más del 64%), sus plantas termoeléctricas contribuyen de manera significativa a la emisión de gases efecto invernadero y sustancias contaminantes a la atmósfera (emisiones ácidas y emisiones eutroficantes). Efecto que en el caso del CO2, sus emisiones actuales (desde el punto de vista de ACV) implican el 16 % del total de Venezuela.

En los últimos años se ha venido expandiendo el uso de combustibles fósiles para satisfacer la demanda nacional de electricidad, entre ellos el gasóleo se ha incrementado de una manera exagerada. El empleo del fuelóleo también ha aumentado significativamente y el gas natural, en menor escala. Las consecuencias de ésta matriz energética son claramente apreciables en los índices de generación de cambio climático (IGCC) y de generación contaminante (IGCSO2, IGCNOx), que actualmente son mayores a los anteriores. En efecto, en la medida que menos fuentes renovables participen en la nueva matriz energética, más elevados serán los índices y más intensos los efectos socioambientales adversos.

Para el año 2020 se espera, de no revertirse la situación actual, una intensificación de los impactos

ambientales que se reflejarían claramente en unos índices de generación contaminante y de cambio climático más elevados, lo que potencialmente incidiría en un mayor riesgo de afectación a la calidad ambiental de sus ecosistemas naturales y artificiales y, probablemente, con importantes consecuencias para la salud de la población y la biodiversidad.

En términos cuantitativos, se evidencia que las tecnologías renovables son técnicamente factibles (al menos en cantidad de energía) para suministrar aportes significativos de energía en el nuevo mix energético venezolano (mix energético sostenible), caracterizado por la aportación de energía ambientalmente benigna, segura y localmente disponible (energía descentralizada); teniendo en cuenta que efectivamente estos sistemas son una solución energética.

La conformación de un sistema de generación de energía eléctrica sostenible implica un aprovechamiento adecuado de las fuentes de energía primaria, dando prioridad a las tecnologías que impliquen el menor impacto ambiental y los mayores beneficios sociales y económicos.

Desde el punto de vista de sostenibilidad ambiental, los indicadores de generación de cambio climático y los de contaminación que

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Juan Carlos Rojas-Zerpa,Gabriel Jaime Correa-Henao 128

Cuaderno Activa N°10 • página 128 de 160

se obtienen del mix energético empleado en la generación de electricidad del país, pueden proporcionar información valiosa y determinante del estado de afectación al calentamiento global y contaminación. Unos niveles de CO2, SO2 y NOx elevados implican la participación dominante de tecnologías basadas en la combustión de recursos fósiles. En contraste, unos niveles bajos de estas sustancias implican la participación significativa (dominante) de tecnologías limpias, además de una mayor eficiencia energética.

En el caso de Venezuela se ha hecho lo contrario, el crecimiento de la oferta de energía eléctrica se ha realizado significativamente con nuevos aportes de tecnologías convencionales como el gasóleo y fuelóleo; mientras que la tecnología del gas natural y la hidroenergía han mostrado un crecimiento poco significativo. De allí, que el IGCC del CO2, así como los IGC del SO2 y NOx no han sido los más favorables (índices actuales). Sin embargo, hay que destacar el esfuerzo que ha hecho el país por mantener los niveles de energía hidráulica como un factor importante dentro del actual mix energético.

La nueva propuesta de generación eléctrica sostenible al 2020, representa un incremento de las fuentes de origen renovable del 1,84 % al 3,73 % (hidroenergía de gran escala y energías renovables no convencionales), consiguiéndose con ello la sustitución del 100 % de las tecnologías fósiles actuales tales como fuelóleo y gasóleo, y un 50 % del gas natural. Entre los beneficios de tal sustitución se evidencia un ahorro importante de combustibles fósiles, que podrían ser comercializados en el mercado internacional o favorecer su procesamiento interno para obtener mayor valor en productos elaborados. Así mismo, se puede obtener un ahorro altamente significativo de emisiones contaminantes a la atmósfera y de emisiones causantes del sobrecalentamiento global. La instalación de tecnologías renovables no convencionales como la eólica, solar fotovoltaica y la energía minihidráulica generarían más de 27 000 nuevos puestos de trabajo, lo que evidentemente puede generar un impacto favorable en la economía local y el bienestar social.

La implementación de fuentes y tecnologías renovables en la nueva matriz energética de Venezuela permitiría el despliegue de un nuevo paradigma del suministro eléctrico conocido como

“Generación Distribuida”. De esta manera se podrían aprovechar múltiples fuentes de recursos energéticos renovables, que están distribuidos en todo el territorio nacional. De hecho, la amplia variedad de ecosistemas naturales del país, incluidos los accidentes geográficos, favorecen el aprovechamiento de los recursos energéticos in situ, con mejor desempeño en términos de eficiencia, costos, aceptación social de la energía, impactos ambientales y desarrollo social.

Dado que las energías renovables son intermitentes, es conveniente hacer los ajustes pertinentes que promuevan la sustitución progresiva y sistemática de las actuales tecnologías termoeléctricas, comenzando por las tecnologías más desfavorables ambientalmente como el fuelóleo y gasóleo.

Finalmente, la implementación de medidas sugeridas en este trabajo, para orientar la sostenibilidad del sistema de generación eléctrica del país, podría hacer que el mismo se convierta en una referencia mundial en cuanto al aprovechamiento racional, eficiente y estratégico de los recursos energéticos primarios. Aspecto clave que puede lograrse a través de la adopción de políticas energéticas y ambientales de alto nivel, con planes y programas que claramente estén direccionados hacia el Desarrollo Sostenible de la Nación.

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Nombre Imagen: Calle en Chicago / Autor: Johnny Valencia Calvo

Valencia-Calvo, Johnny and Villamizar-Jaimes, Aixa Eileen (2018). Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies. Cuaderno Activa, 10(1), 131 - 139.

REVISTA CIENTÍFICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies Modelado y simulación de sistemas suaves por tramos utilizando esquemas basados en eventos.□ Johnny Valencia Calvo 1.†Aixa Eileen Villamizar Jaimes 2.§

Recibido: 30/11/2017 Resumen: En el siguiente documento, se muestra la descripción general de la estrategia para el modelado y simulación de sistemas con impactos por detección de eventos, así como la importancia de esta en otro tipo de sistemas dinámicos suaves por partes. El objetivo de los resultados de las simulaciones es analizar las características del comportamiento del sistema a lo largo del tiempo para un rango de velocidad diferente en un sistema de leva seguidor con impactos, como un ejemplo representativo de dinámicas discontinuas.

Además, se muestra un ejemplo de un modelo apropiado del sistema leva seguidor, simulado con la estrategia de algorítmica propuesta. En este artículo, se expone una visión general del modelo suave por tramos y la simulación de un sistema leva seguidor con impactos, que se caracteriza por un perfil de leva continuo con derivada continua, para leva clásica y, un seguidor modelado como

Aprobado: 21/02/2018 péndulo de barra. El modelo incluye tres modos dinámicos principales: modo de cuerpo libre, modo deslizante y modo de impacto. Para ello, se mostrará la descripción del algoritmo que permita simular sistemas suaves por tramos como lo son los sistemas leva seguidor con impactos. El algoritmo se desarrolló bajo una estrategia basada en detección de eventos y se implementó en Matlab.

Desde el punto de vista de la teoría clásica de los sistemas dinámicos y de manera más específica de las bifurcaciones, los resultados presentados en este documento son una herramienta útil para obtener un mejor modelo de los sistemas de interés e incluso diseñar nuevas estrategias de control.

Palabras clave: sistemas dinámicos, sistema suave por tramos, sistema leva seguidor, discontinuidad, comportamientos complejos, dinámica no lineal, modelado y simulación, bifurcaciones, caos.

□ Artículo resultado de investigación † Ph.D. en Ingeniería. Tecnológico de Antioquia –IU. Medellín- Antioquia. johnny.valencia@tdea.edu.co § Master en Diseño y Gestión de Proyectos Tecnológicos. Tecnológico de Antioquia –IU. Medellín- Antioquia. aixa.villamizar@tdea.edu.co

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Johnny Valencia Calvo 1.Aixa Eileen Villamizar Jaimes 2.

132

Cuaderno Activa N°10 • página 132 de 160

Abstract: In the following document, we show a general description of the strategy for the impacting system simulation by events detection and the importance of this one in another kind of piecewise-smooth dynamical systems. The goal of simulations results is to analyze the features of time behavior in a range of velocity for different models of the follower and a cam profile in a cam follower impacting system as a representative example.

Furthermore, there is an example of appropriately model of cam follower systems with the algorithm strategy. In this paper, we present an overview of the piecewise smooth model and simulation of a cam-follower impacting system, characterized by a continuous cam profile with continuous derivate for classical cam and a follower modeled as a rod pendulum. The model includes three main dynamical modes, free body mode, sliding mode and impacting mode. We will show the description of the algorithm to simulate cam-follower impacting systems. The algorithm was developed under an event-driven strategy and implemented in Matlab. From the bifurcation theory point of view, the results presented in this paper can be a useful tool to obtain a better model of the systems of interest, design novel control strategies aimed to control the bifurcation diagrams.

Nordmark, & Olivar, 2008; Valencia & Osorio, 2011).

There are many real applications that we can model under this framework. Typical examples are nonsmooth dynamical systems, electronic switching circuits, and hybrid controllers. The non-smooth behavior usually depends on control actions, impacts or switching (state jumps). They exhibit some nonlinear phenomena similar to smooth systems but additionally, there are some strictly depending on their non-smooth nature.

Keywords: Piecewise smooth dynamical systems, cam-follower impacting system, modeling and simulation methodologies, dynamic simulation, bifurcation, chaos.

The most common example is the valve train of the internal combustion engine, figure 1, where the cam rotational speed provides the forcing to operate the follower. The cam is designed to rotate at a constant velocity. In practice, the velocity is varied by unwanted fluctuations and noise.

Therefore, above a critical rotational speed, the follower detaches from the cam and then impacts occur.

Introduction The interest in piecewise smooth dynamical systems has increased last years as reported in the literature (Angulo et al., 2012; Colombo, di Bernardo, Hogan, & Jeffrey, 2012; Di Bernardo,

These phenomena have been studied in detail and consistent theory for their classification has been derived by a number of authors. To study these phenomena, there are some analytical, numerical and experimental tools, developed under different modeling structures. As shown in (Alzate, di Bernardo, Montanaro, & Santini, 2007; Gil-Vera, 2015; Osorio, di Bernardo, & Santini, 2008; Osorio Londoño, 2007). The simulation of non-smooth systems is more complex than the linear and smooth systems due to the dramatic changes in their qualitative behavior such as jumps, impacts or discontinuity-induced bifurcations (Angulo et al., 2012; Valencia-Calvo & Osorio, 2012). Cam follower devices are an important class of impacting systems used a wide range of applications.

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Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies Modelado y simulación de sistemas suaves por tramos utilizando esquemas basados en eventos.

ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 133 de 160

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Figure 1. Internal Combustion Engine, in the dark square a cam follower system example. Source: Retrieved from (Olafpictures, 2017)

The cam profile and the cam rotational speed are the most important parameters. It has been observed that under variation of the cam rotational speed, the cam follower impacting system can exhibit complex behavior including chattering, periodic orbits, bifurcations, the coexistence of solutions until chaos solutions (Ardila Marin, Maria Isabel; Martinez Nieto, Wilson & Olmos Villalba, 2015; Cavalieri & Cardona, 2018; Osorio et al., 2008; Torabi, Akbarzadeh, Salimpour, & Khonsari, 2018).

In this context, the study of cam follower systems is used as a complement to understanding the possible phenomena that these systems can exhibit and also to implement novel control strategies based on bifurcations theory or how to design a proper cam profile to keep the cam follower in permanent contact.

In (Alzate et al., 2007; Angulo et al., 2012; Di Bernardo, Fossas, Olivar, & Vasca, 1997; Di Bernardo et al., 2008; Osorio et al., 2008) the dynamics of a cam-follower system is analyzed within the context of the bifurcation theory developed

for impacting mechanical systems and is also shown that numerical simulations, experimental results and bifurcation analysis based on a simple representative model can be a fundamental tool to understand and characterize the system. In this report, a simulation tool with the strategy by events to observe the behavior of different cam-follower models, under the same algorithm. You can choose the equations and understand what kind of model is more appropriate than other to describe each system.

Events Strategy: a simulation methodology There are different numerical strategies useful to simulate impacting systems, as shown in (Osorio et al., 2008), based on events and step fixed time.

Events scheme is inspired by hybrid formulation while step fixed time is inspired by problem solutions whit complementary variables. For events scheme, there are three main states that describe system behavior, in the following section show a short description of every state and in the algorithm description the necessary conditions for changing the state.

REVIS TA CIENTÍFI CA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Johnny Valencia Calvo 1.Aixa Eileen Villamizar Jaimes 2.

134

Cuaderno Activa N°10 • página 134 de 160

Figure 2. The transition of states diagram. Source: The authors (2017)

Algorithm Description The goal of this algorithm is that somebody can be able to understand piecewise-smooth dynamical systems in special cam-follower impacting systems and simulate with any computational tool this kind of systems, in the figure 2 we show the machine state of this algorithm and the general description to implement the strategy.

For events framework there are three main states, we have mentioned before. We report the description of the algorithm and the necessary conditions to simulate the system. In figure 2, we build a transition of states diagram (TSD).

In the beginning, we calculated the relative acceleration and the initial conditions in order to choose which state will be the first after E0.

• When the system is in E0 the conditions to change to another state are:

1. If H(x)<0 change state to NonValid Initial State, C1=True.

2. If H(x)=0, v(x)=0 and a(x)<0 change state to E1 (Sliding Mode)}, C4=True.

3. If H(x)=0, v(x)>0 change state to E2 (Free Body Mode), C2=True.

If H(x)=0, v(x)=0 and a(x)>0 change state to E2 (Free Body Mode), C2=True.

If H(x)>0 change state to E2 (Free Body Mode), C2=True.

4. If H(x)=0, v(x)<0 change state to E3 (Impacting Mode), C3=True.

• When the system is in E1 the conditions to change to another state are: 1. While a(x)<0 continue in E1(Sliding Mode).

2. If a(x)>0 change state to E2 (Free Body Mode), C5=True.

3. If t>=Tfinal change state to End, CF=True.

Tfinal is the limit time for the simulation.

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Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies Modelado y simulación de sistemas suaves por tramos utilizando esquemas basados en eventos.

ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 135 de 160

• When the system is in E2 the conditions to change to another state are: 1. While H(x)>0 continue in E2 (Free Body Mode).

2. If H(x)<=0 change state to E3 (Impacting Mode), C6=True.

3. If t>=Tfinal change state to End, CF=True.

Tfinal is the limit time for the simulation.

• When the system is in E3 the conditions to change to other state are:

135

1. If v^+ (x)<=ε change state to E1 (Sliding Mode), C8=True.

2. If v^+ (x)<=ε change state to E2 (Free Body Mode), C7=True.

Example In the following section is shown as an example of the algorithm implementation, modeling the system shown in figure 3.

Figure 3. Cam Follower Impacting System Schematic. Source: The authors (2017)

In figure 3, we present a cam follower impacts system. In this model, an eccentric circular cam and a follower were modeled as a pendulum. To perform the simulations presented in the next section, we took into account the relative position

of the pendulum with respect to the angle of rotation of the cam. Using the model described above, we can see different behaviors below which can exhibit the follower cam system with impacts.

Figure 4. 1T – Periodic Behavior. Source: The authors (2017)

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Cuaderno Activa N°10 • página 136 de 160

A fundamental characteristic of follower cam systems with impacts is the existence of different attractors for the same range of parameters.

Particularly, in this case of study, there are two attractors for a series of rotational speed values with ω = [120 140] rmp. As shown in the following figures, for ω = 120 rpm there are two solutions.

Depending on the initial conditions, the evolution of the system is directed attractor of the periodic solution Figure 4, to the chaotic attractor Figure 6.

The simultaneous existence of different attractors causes the behavior of the system depends strictly on the initial conditions. In this sense, the domain of Attraction and a bifurcation diagrams are a tool very useful that allow us to characterize the coexistence of solutions for equal values of the parameters in the system, and let us better understanding of their complex behavior, see more on (Taborda, Santini, Di Bernardo, & Angulo, 2009).

Figure 5. 2T- Periodic Behavior. Source: The authors (2017)

Figure 6. Bifurcation diagrams and coexistence of solutions Source: The authors (2017)

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Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies Modelado y simulación de sistemas suaves por tramos utilizando esquemas basados en eventos.

ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 137 de 160

We build a bifurcation diagram under variation of the cam rotation speed for values of ω=(105,210) rpm. We draw the phase of impact every period.

The most relevant phenomenon is the non-smooth impact bifurcation and it is evidenced in the sudden transition between a 1T-periodic orbit, around 135 rpm, to chaos solution due to the impact of the follower with the cam profile. Other phenomena are the period of doubling, that occur around 198 rpm, this one is a smooth bifurcation. Figure 6.

A fundamental characteristic of the cam follower impacting systems is the coexistence of different attractors. Particularly, in the example shown in figure 3, it has two attractors for a range of cam rotation speed. As shown in figure 8 above, for 120 rpm there are two solutions. Depending on the initial conditions, the system evolution goes to the periodic attractor, or to the chaotic attractor.

The simultaneous existence of different attractors

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makes the system behavior depends on the initial condition. The domains of attraction are a useful tool to characterize the coexistence of different solutions for the same values of the parameters in the system. To explore how to apply this tool, it is possible to check the results shown in (Sundar, Dreyer, & Singh, 2016; Valencia J. Osorio, 2012).

Finally, one of the solutions that the cam follower impacting system can exhibit is the chattering accumulation of impacts - when the cam rotational speed increases and the detachment between the cam and follower occur. The accumulation of impacts determined the moment to return to sliding mode. Figure 7 shows the relative velocity of the system where is evident the accumulation point due to infinite impacts to a finite space of time. For more detailed information about the chattering phenomena see (Dankowicz & Fotsch, 2017).

Figure 7. Chattering phenomena. Source: The authors (2017)

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Cuaderno Activa N°10 • página 138 de 160

Conclusions We have presented the numerical scheme to simulate piece wise smooth dynamical systems.

Also, we have shown exhaustive numerical simulations for characterizing all phenomena that this kind of systems can exhibit. Additionally, our proposal is generalized the scheme under we should simulate impacting or non-smooth dynamical systems. To simulate this system is necessary to know the equations that describe its flow in every state and the conditions in the boundaries to transition between the dynamical states.

Whit this information and the transition states diagram, it is possible to simulate a wide range of piece-wise smooth dynamical systems.

From the bifurcation theory point of view, the results presented in this paper can be a useful tool to obtain a better model of the systems of interest, design novel control strategies aimed to control the bifurcation diagrams.

We choose an adequate framework to model and simulate the systems. With the algorithm implementation, we proved that a single degree of freedom is enough to represent the majority of phenomena that the system can exhibit. The cam rotation speed is a very important parameter of bifurcation as evidenced in the bifurcation diagram. Additionally, cams with restrictions in their derivative as discontinuity points can induce novel bifurcations or sudden transitions to nonlinear behavior that can damage the mechanical rig.

A future work of great importance is the experimental verification of the different dynamics that were presented in this work. With these results and the analytical tool proposed, we can count on a better understanding of the complex dynamics of the follower cam system and, in general terms, the complex behavior of piecewise smooth systems. As mentioned before, in the literature it is modeled, analysis and simulation of some systems with impacts but not much information about assemblies experimental that allow to verify their dynamics.

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Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies Modelado y simulación de sistemas suaves por tramos utilizando esquemas basados en eventos.

ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 139 de 160

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Di Bernardo, M., Nordmark, A., & Olivar, G. (2008).

Discontinuity-induced bifurcations of equilibria in piecewise-smooth and impacting dynamical systems. Physica D: Nonlinear Phenomena, 237(1), 119–136. https://doi.org/10.1016/j. physd.2007.08.008

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Víctor Daniel Gil Vera 140

Cuaderno Activa N°10 • página 140 de 160

Nombre Imagen: Amsterdan / Autor: Johnny Valencia Calvo REVIS TA CIENTÍFI CA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

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Reseña bibliográfica

Power Electronics: a First Course Ned Mohan

A First Course on Power Electronics and Drivers, es un libro que abarca conceptos básicos en electrónica de potencia; en especial, el estudio de convertidores y los dispositivos principales que los conforman. El autor realiza una introducción a través de aplicaciones, tecnologías disponibles y consideraciones prácticas en la implementación de dispositivos de conmutación. Adicionalmente, se estudian estructuras básicas de convertidores de potencia, incluyendo los lazos de control, aplicaciones como la corrección del factor de potencia y la construcción de inversores de potencia; sin olvidar, consideraciones prácticas en el diseño de componentes magnéticos y la elección de los parámetros para establecer el modo de operación de los sistemas.

El principio de diferentes avances tecnológicos parte de un buen fundamento teórico, así pues, el autor plantea los conceptos básicos en convertidores de potencia, técnicas de control y la implementación, por lo tanto, da una idea clara de cada uno de los temas y las áreas de interés en las que se requieren, incentivando a realizar nuevos avances en electrónica de potencia.

Mohan, N. (2011). Power Electronics: a First Course. Edición en Inglés – Minneapolis (USA).

Editorial John Wiley & Sons, Inc. 288pp.

Por: Juan Guillermo Muñoz Cataño.

Ingeniero Electrónico – Magister en Ingeniería y Automatización Industrial Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales

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Reseña bibliográfica

Python Machine Learning Case Studies Danish Haroon

El libro Python Machine Learning Case Studies del autor Danish Haroon, busca presentar el aprendizaje de máquina desde un enfoque más practico a través de casos de estudio del mundo real; esto lo logra acercando cada ejemplo a un concepto diferente del machine learning, exponiendo las bondades de la aplicación de estas tecnologías, así como los limitantes en cada caso. Cada vez que se presenta un nuevo ejemplo, se realiza un análisis desde un punto descriptivo que busca exponer las razones que llevan a elegir una técnica o método de trabajo, así como la planeación paso a paso de la solución del reto; en cada etapa de la solución se presenta un código escrito en Python con una explicación menos técnica, esto para acercar el tema a una persona que tenga menos experiencia con el desarrollo de software. Debido al auge actual de la inteligencia artificial y el BigData, se hace necesario buscar una aproximación a estos temas tan lejanos cuando no existe un formato menos técnico.

Es agradable ver como el autor de este libro expone diferentes conceptos estadísticos y técnicos de una forma amena a través de casos que se pueden presentar en cualquier momento de nuestra vida profesional. La aproximación menos técnica que se realiza en el libro permite que este sirva como un punto de entrada al mundo del machine learning, el cual es muy abstracto y requiere un estudio a profundidad en cada una de sus fases. Esta obra es recomendada para toda persona que esté interesada en el aprendizaje de máquina y requiera una introducción a las posibles aplicaciones que tiene esta tecnología. Aunque el autor busca explicar el código de la forma más simple, es necesario que el lector tenga un buen conocimiento de programación, preferiblemente en lenguaje Python.

Danish Haroon. (2017). Python Machine Learning Case Studies. Primera Edición – New York (USA): Editorial Apress. 216 pp.

Por: Harry L. Puerta Monsalve Ingeniero Informático Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid

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Reseña bibliográfica

Manejo de nutrientes en suelos del trópico Nelson Walter Osorio

El texto referenciado está orientado a explicar y discutir la dinámica de los nutrientes en el suelo de ambientes tropicales. Esto implica establecer una clara diferencia de la composición mineralógica, climática y microbiana, entre los suelos tropicales y los mismos parámetros de suelos de otras latitudes.

Este libro cubre una necesidad sentida en términos de material didáctico en programas de pregrado y posgrado dedicados al área de la nutrición vegetal y la fertilización en diversos cultivos tropicales.

Los suelos del trópico presentan características especiales para su manejo. Infortunadamente, el bajo desarrollo de los países tropicales nos ha llevado a adoptar tecnologías de otras latitudes. El texto referenciado recoge la experiencia del profesor Walter Osorio, basada en investigaciones llevadas a cabo bajo nuestras condiciones. Por ello, se convierte en una herramienta fundamental para el sector agropecuario de nuestro país.

Osorio, N. W. 2014. Manejo de nutrientes en suelos del trópico. Colombia: Editorial L. Vieco S.A.S. 412 pp.

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Reseña bibliográfica SISTEMAS COMPLEJOS Conceptos, método y fundamentación epistemológica de la investigación interdisciplinaria Danish Haroon

La teoría de Sistemas Complejos escrito por Rolando García, profesor titular del Centro de investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades de la Universidad Autónoma de México, pone en evidencia la articulación entre una sólida fundamentación epistemológica y un marco teórico-conceptual capaz de orientar el estudio de cualquier problemática concebida desde un enfoque de sistemas complejos. Para ello el autor explica las características orgánicas de sistema complejo, las características de las perspectivas interdisciplinarias y transdisciplinarias, aplicadas a la comprensión de problemas prácticos que se presentan en el transcurso de una investigación.

A raíz de las nuevas reflexiones sobre los problemas ambientales contemporáneos, han emergido nuevos enfoques que se aproximan a la realidad compleja que caracteriza al mundo actual. La ciencia, como sistema de pensamiento ha evolucionado de la mano de las evidencias, cada vez más acuciantes, de un mundo que experimenta cambios profundos. Fenómenos como el calentamiento global y las crisis económicas ponen en peligro la estabilidad de países enteros y, por ende, de sus poblaciones.

Problemas crecientes como la pobreza y la hambruna son el detonante del declive del paradigma cartesiano de la ciencia clásica, pues evidencian su falta de efectividad para dar respuesta a estas situaciones, que son prioritarias en las agendas científicas y políticas. Algunos estudiosos de la epistemología, plantean que la separación entre ciencias duras y blandas, en el contexto de las ciencias clásicas, disgregó el abordaje de la realidad ambiental en materia y forma. Además, se afirma que esta situación ha llevado a los científicos, a romper los canales de comunicación entre ambas formas de hacer investigación. En respuesta a estos fenómenos, los enfoques de la complejidad han emergido como una réplica a la crisis que afecta la civilización instaurándose como “ciencias nuevas”, las cuales superan los atavismos de los modelos clásicos de la investigación científica. Es así como este texto, ofrece un marco de referencia epistemológico y metodológico, para comprender el carácter multidimensional de las problemáticas actuales, las cuales podrían ser analizadas desde los enfoques de sistemas complejos en la ingeniera ambiental y en las ciencias de la sostenibilidad, como la ecología política, la agroecología, la antropología ambiental, entre otras.

García, Rolando (2006). Sistemas complejos. Barcelona: Gedisa. 202 pp.

Por: Lizeth Marelly Álvarez Salas.

Bióloga, Magíster en Antropología, PhD. en Agroecología.

Institución Universitaria - Tecnológico de Antioquia.

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Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura Learning analytics: a systematic literature review ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 145 de 160

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Nombre de la Imagen: Un cuatro de Julio / Author: Johnny Valencia Calvo REVIS TA CIENTÍFI CA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

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Instrucciones a los autores Proceso editorial Los originales serán sometidos a un proceso editorial que se desarrollará en varias fases: 1. Los artículos para la revista Cuaderno Activa serán sometidos a evaluación preliminar por parte de los miembros del Comité Editorial, quienes evaluarán aspectos de calidad y originalidad determinando la pertinencia de la publicación.

2. Los artículos serán enviados a evaluadores anónimos, quienes a su vez desconocerán la autoría de los mismos y determinarán su veredicto de la siguiente forma: a) Aceptar para publicación sin correcciones. b) Aceptar para publicación después de correcciones verificables por los editores o por el evaluador. c) No aceptar para publicación.

3. El Comité Editorial envía notificación vía correo electrónico a cada autor sobre el proceso de su artículo y el resultado final.

Los miembros de la revista pueden participar siempre y cuando en la misma edición no sean parte del comité y proceso arbitral de los artículos.

Los artículos deberán ser enviados a: cuadernoactiva@tdea.edu.co Tipos de artículo Producción original e inédita, producto de un proceso de: Investigación: Documento que presenta de manera detallada los resultados originales de proyectos terminados de investigación. La estructura deberá contener 4 partes principales: Introducción, metodología, resultados y conclusiones.

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.

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.

Estructura del artículo Tipo de letra. Avenir 10 puntos, el artículo no debe superar las 20 páginas, en espacio sencillo.

Título. En español, Avenir 20 puntos; y en inglés, Avenir 15 puntos. Minúscula.

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ISSN: 2027-8101. Enero-diciembre 2018 • página 147 de 160

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Datos autor(es). Nombres y apellidos completos. Formación académica: título mayor. Cargo institucional.

Filiación institucional. Correo electrónico.

Resumen. Entre 150 y 200 palabras. El resumen deberá 1) indicar los objetivos principales y el alcance de la investigación, 2) describir los métodos empleados, 3) resumir los resultados, y 4) enunciar las conclusiones principales.

Palabras clave. Entre 3 a 10 palabras clave en orden alfabético.

Abstract. Entre 150 y 200 palabras. (Observar criterio de resumen).

Keywords. Entre 3 y 10 palabras claves en orden alfabético.

Introducción Metodología Resultados Conclusiones. Se pueden añadir discusión y trabajos futuros.

Además, se pueden adicionar secciones de Agradecimientos y Subsecciones, si son necesarias.

Referencias. La citación y las referencias deberán escribirse en normas APA. Autor, año. Ejemplo: (Zapata y Olaya, 2007).

Para incluir Figuras se deberán titular en la parte inferior, con la etiqueta Figura en negrilla y con su respectivo número consecutivo, además la fuente deberá aparecer después del título. Las tablas deben ir tituladas en la parte superior, con la etiqueta Tabla en negrilla numerada en forma consecutiva, y debe incluirse su fuente en la parte inferior. Cuando las figuras y tablas sean elaboradas por los autores, deberá enunciarse como Fuente: Elaboración propia, año. Las Fórmulas se deben numerar. La citación y su título deben incluirse dentro del texto.

Derechos de autor y originalidad La revista Cuaderno Activa requiere a los autores conceder la propiedad de sus derechos de autor, para que su artículo y materiales sean reproducidos, publicados, editados, fijados, comunicados y transmitidos públicamente en cualquier forma o medio, así como su distribución en el número de ejemplares que se requieran y su comunicación pública, en cada una de sus modalidades, incluida su puesta a disposición del público a través de medios electrónicos, ópticos o de cualquier otra tecnología para fines exclusivamente científicos, culturales, de difusión y sin fines de lucro. Por lo tanto, cada artículo se acompañará de una declaración de derechos de autor y originalidad en la que se especifique que no ha sido publicado y que no se someterá simultáneamente a otras publicaciones antes de conocer la decisión del Comité Editorial.

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Instructions for author Editorial process The papers will be submitted to editorial process. It will be developed in these phases: 1. Editoral committee members will do an previous evaluation of quality and originality in the papers submitted in Cuaderno Activa Journal. This determines the relevance of the publication.

2. The papers will be sent anonymous evaluators. These do not have knowledge about of author of the paper and will determine its verdict as follows: a) Accept paper for publication without corrections b ) Accept paper for publication after corrections verifiable by the editors or the evaluator. c ) Do not accept paper for publication 3. Editorial committee will send an email notification to each author of the process and final result.

Members of committees of the journal can participate if in that edition they are not part of the paper evaluation process.

The paper should be sent to: cuadernoactiva@tdea.edu.co Paper Typology Original and unique production from a research process. Can be the following: Investigation: This paper presents originals results about research projects finished. This paper should have the following principal parts: Introduction, methodology, results and conclusions.

Reflexion: This paper presents originals results about research projects finished in the way of analytical perspective, interpretive or critical, on a specific topic, using original sources.

Revision: This paper presents originals results about research projects. It integrates advances of results. It should have 50 references minimally.

Paper Structure Font Avenir, size 10, This paper should not exceed 20 pages, single space.

Títle: English 20, Avenir, Minimal, center Information author(s): Full Name. Academic formation: greater degree. (For Example PhD in Systems information) Institutional Ocupation. Institution. Email Abstract: From 150 to 200 words. The abstract should 1) Indicating the main objectives and scope of the

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investigation, 2) describing the method used, 3) summarizing results, and 4) list the main conclusions.

Instructions for author Keywords. From 3 to 10 keywords in in alphabetical order.

Introduction.

Methodology.

Results.

Conclusions: Optional future works and discussion.

References: Citacions and references should be in APA style. Author, year. Example: (Zapata & Olaya, 2007).

Figures should have its tittle below of the figure, with tag Figure, Times new Roman 11, Bold and its consecutive number. Additionally the citation should be included after of the title. Tables should have title above of the table, with tag table, Arial 11, Bold and its consecutive number. Formulas should be numbered, It should be included in the text. When the figures and tables are elaborate by authors, it should be defined as Source: own elaboration after of the tittle.

Copyright and originality The Cuaderno Activa Journal requires authors’ copyrights to publish, reproduce, edit paper and materials publicly in any form or medium , also its distribution in the number of copies required and public communication in each of its forms, including electronic, optical or any other technology for porpuses scientific, cultural, of difussion and non profit. So each paper should be accompanied of a copyright and originality declaration indicating its authenticity and It is not simultaneously submitted to other publications before knowing the decision of the Editorial Committee.

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1. Análisis del aprendizaje: una revisión sistemática de literatura 2. Propuesta de un método para desarrollar Sistemas de Información Geográfica a partir de la metodología de desarrollo ágil - SCRUM – 3. Estrategias, herramientas o técnicas utilizadas para vulnerar los instrumentos de medición del consumo de potencia de energía eléctrica en grandes clientes 4. Las actividades ilegales de los actores armados del conflicto, que han sido fuente de desastres ambientales en Colombia 5. Valoración de los residuos sólidos de la Comuna Dos de Bello (Antioquia), como sistema alternativo de aprovechamiento 6. Evaluación de las propiedades de residuos de construcción y demolición de concreto para su uso en la elaboración de sub-bases granulares. Una alternativa al manejo de residuos en el Valle de Aburrá.

7. Evaluación de la adaptación de Helianthus annuus en asocio con hongos micorrízicos en suelos contaminados con plomo 8. Propuestas para el mejoramiento de la sostenibilidad del sistema de generación de energía eléctrica de Venezuela. Un enfoque basado en el despliegue de la generación distribuida con tecnologías limpias 9. Modeling and simulation of piecewise smooth systems using events strategies

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