I+i Investigación aplicada e innovación. Volumen 8, 2014

Investigación aplicada e innovación Volumen 8, 2014 Lima, Perú ISSN 1996-7551 Editorial ...............................................................................................................................................................................

3

Caracterización de Fundición Nodular Tratada por Austempering en Diferentes Condiciones de Enfriamiento ........................................................................................... César Nunura

5

Preparación de Nanoesferas Huecas de Hematita para el Tratamiento del Cáncer ............................................................................. Silvia Espinoza/Luis de los Santos/Lizbet León/ .............................................. Ángel Bustamante/Heinz Amenitsch/Joa Albino/Crispin Barnes

13

Diagnóstico de Inductores por Análisis de Respuesta en Frecuencia ............................................................................................... Maria Teresa Mendoza/ Nestor Enriquez

21

Análisis de Consumo de un Motor de Combustión Modificado Externamente para Operar con un Combustible Inmiscible de 80% agua y 20% gasolina ........................... ....................................................................................................................................Melchor Llosa/ Juan Cuba

27

Implementación de un Laboratorio Flotante de Fabricación Digital en el Río Amazonas Fab lab Flotante Amazonas ................................................................ Benito Juárez

31

Diseño de un Sistema de Monitoreo y Seguimiento de Parámetros de la Red Administrativa e Industrial ...........................................................................................Mauricio Surco

39

Estrategias de Desarrollo de Software y su Impacto en Empresas del Sector..... ................................................................................................................Gabriel Morales/ David Rodriguez

47

Bioacumulación de Cobre en Frijoles.................................Elvis Llantoy/ Hernán Zapata

53

Casos de Adaptación de Tecnologías Agrícolas en Países Latinoamericanos ........ .........................................................................................................................................................................Luis Suárez

61

Tratamiento de Bioestimulación Aplicado a Suelos Contaminados con Hidrocarburos ................................................................................................................ Huguez Ames/ Lizardo Visitación/ ....................................................................................................................................... Rosa Altuna/ Lena Téllez

67

Validación de un Cuestionario para Medir el Rendimiento Académico ........................... ..............................................................................................................................................................Silvia Espinoza

75

Editor en Jefe: Narciso Arméstar, Tecsup Comité editorial: Aurelio Arbildo, Inducontrol; Jorge Bastante, Tecsup; Elena Flores, Cementos Pacasmayo; Carlos Hernández, Alicorp; Mayra Pinedo, Tecsup; Jack Vainstein, Vainstein Ingenieros Coordinadora: Kelly Yale Colaboradores: J. Albino, Rosa Altuna, Heinz Amenitsch, Huguez Ames, Crispin H.W Barnes, Angel Bustamante, Juan Cuba, Néstor Enriquez, Silvia Espinoza, Benito Juárez, Lizbet León, Elvis Llantoy, Melchor Llosa, Maria Teresa Mendoza, Gabriel Morales, César Nunura, David Rodriguez, Luis de los Santos, Luis Suárez, Mauricio Surco, Lena Téllez, Lizardo Visitación, Hernán Zapata Corrector de estilo: Ana María Velando Diseño y diagramación: OT Marketing Publicitario Impresión Tarea Asociación Gráfica Educativa Pasaje María Auxiliadora 156 – 164 Lima 5 – Perú Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú: 2007-04706 Tecsup: Campus Trujillo: Vía de Evitamiento s/n Víctor Larco Herrera. Trujillo, Perú Campus Lima: Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima, Perú.

Campus Arequipa: Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú.

Publicación anual Tecsup se reserva todos los derechos legales de reproducción del contenido; sin embargo, autoriza la reproducción total o parcial para fines didácticos, siempre y cuando se cite la fuente. Publicación indexada en Latindex

Nota Las ideas y opiniones contenidas en los artículos son de responsabilidad de sus autores y no refleja necesariamente el pensamiento de nuestra institución.

EDITORIAL Este 2014 es el octavo año de publicación de nuestra revista, y de celebración de los 30 años de creación de Tecsup, institución a la cual pertenece I + i.

A lo largo de este tiempo hemos publicado 110 artículos y en este número ofrecemos 11 más.

Desde la primera edición de I + i la contribución de nuestra revista ha estado alineada con los objetivos de la organización de transformar personas y empresas a través de la educación en tecnología y apoyar el liderazgo de la institución en la producción y difusión de conocimiento.

La novedad de este volumen es la incorporación de los artículos de dos egresados de Tecsup; de las carreras de Procesos Químicos y Metalúrgicos y de Mantenimiento de Maquinaria Pesada. Además, cuenta con dos artículos de colegas de nuestra sede de Arequipa y uno de investigadores de nuestra universidad UTEC. Asimismo participan investigadores asociados de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Universidad de Cambridge, Universidad de Brasilia, de la Universidad Federal de Pernambuco y del laboratorio internacional Elettra Sincrotrone, Trieste. Por último, incluimos también la colaboración con la Universidad Nacional Agraria de la Molina. Debemos resaltar igualmente que en este número colaboran con nuestros estudios empresas asociadas al tema de investigación, tenemos así el caso de Cosapisoft y Fab Lab Perú.

En este ejemplar de celebración de nuestro 30 aniversario, deseamos que disfruten de cada uno de estos artículos y asumimos el reto de seguir siendo un vehículo de información tecnológica y científica, y de difusión de resultados de las investigaciones aplicadas que puedan aportar a sus empresas y a su desarrollo profesional.

El Comité Editorial

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Caracterización de fundición nodular tratada por austempering en diferentes condiciones de enfriamiento Characterization of Nodular Cast Iron Treaty for Austempering in Different Cooling Conditions César R. Nunura, Tecsup

Resumen

tita, que es dura y frágil; y el segundo, debido a las venas de grafito, cuya morfología favorece la nucleación y propagación

Es un estudio sobre la microestructura resultante del proceso

de grietas en la microestructura, ver figura1(a) y 1(b).

de tratamiento isotérmico aplicado a una fundición nodular clase ASTM 65-45-12. Esta es obtenida a diferentes temperaturas de austempering (390 °C y 420 °C) con tiempos de tratamiento variables (30, 60 y 120 minutos) a fin de observar la alteración microestructural y consecuentemente la dureza resultante. Finalmente, se determinan las mejores condiciones de tratamiento térmico que favorecen la optimización de propiedades mecánicas para la posterior aplicación del material.

5

Abstract This paper refers to the resulting microstructure of the isothermal treatment applied to a nodular cast iron class ASTM 65-45-

(a)

12. This is obtained at different temperatures of austempering (390 °C and 420 °C) and varying times (30, 60 and 120 seconds) to evaluate the microstructural changes and their corresponding hardness. Also it was determined the best heat conditions to optimized the mechanical properties of the material for its application.

Palabras claves Austempering, enfriamiento, fundición nodular.

Key words Austempering, cooling, nodular cast iron.

(b) Figura 1: Fundición gris. En (a), 200x. Se observan las venas de grafito (regiones oscuras). En (b), 800x. Grafito en venas con una mayor

INTRODUCCIÓN

cantidad de perlita y algunas áreas de ferrita y steadita (áreas blancas).

Ataque: Pícrico. (Adaptado de [1]).

Debido a la fragilidad que presentan tanto el hierro fundido blanco como el gris común, no pueden ser empleados en la

Para solucionarlo, fundiciones grises fueron sometidas a trata-

fabricación de piezas sujetas a impactos, o a eventuales defor-

mientos térmicos de recocido o maleabilización para esferoidi-

maciones sin sufrir ruptura. El primero, por causa de la cemen-

zar (nódulos) las venas de grafito y, de esa manera, disminuir la

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baja tenacidad de la aleación. Sin embargo, estos tratamientos se tornaron caros debido a que podían demorar varios días [1]. Por ello surgió la posibilidad de conseguir la precipitación de grafito directamente en nódulos en lugar de venas, desde el proceso de fundición sin necesidad de maleabilización. Nacían, así, las fundiciones nodulares. La figura 2 muestra la microestructura bruta de solidificación de esta aleación.

(a)

Figura 2: Fundición nodular. Nódulos de grafito en lugar de venas. Ataque: Pícrico. Aumento: 150x. Adaptado de [1].

El objetivo del presente trabajo es la obtención de una fundición gris nodular tratada por austempering (ADI – Austem-

6

pered Ductil Iron) mediante transformación isotérmica en Zn-Al líquido. La microestructura resultante es conocida como

(b)

ausferrita, compuesta por austenita de alto carbono y ferrita acicular.

Figura 3: Resistencia a la tracción versus elongación del ADI en compa-

FUNDAMENTOS

martensítica y ausferrítica (ADI). En (b) en comparación con otros ferro-

ración con otros materiales. En (a) para las matrices perlítica, ferrítica, sos y no ferrosos. Adaptado de [3] y [4].

La fundición gris nodular tratada por austempering (ADI) debido a su microestructura ausferrita, anteriormente menciona-

Otros autores [7] han realizado tratamientos de austempering

da, presenta elevados valores de resistencia mecánica, ductili-

a temperaturas de austenitización de 900 °C por 90 minutos y

dad, resistencia al impacto y al desgaste, lo que le proporciona

enfriados en baños de sal a temperaturas de 360 °C, 380 °C y

gran flexibilidad para la creación y fabricación de piezas [2].

400 °C por 120 minutos y han testado la maquinabilidad a tra-

En comparación a la fundición nodular sin tratamiento de aus-

vés de corte eléctrico usando electrodos de cobre. Esta alea-

tempering es dos veces más resistente a la tracción. Asimismo

ción nodular presenta un excelente endurecimiento por tem-

si se compara con algunos aceros, posee igual o superior re-

ple, y puede alcanzar valores de dureza de hasta 580 HB [8]. Sin

sistencia a la fatiga, mayor capacidad de amortiguamiento a

embargo, aún debe ser estudiado el efecto de esta ganancia

la vibración, mayor elongación, 10% más leve que los aceros y

en dureza para que la tenacidad del material no sea afectada.

100% reciclable, al punto que varios autores [3] lo consideran una alternativa ecológica. Por estas propiedades, el ADI es usa-

Para el tratamiento de austempering el material necesita ser

do ampliamente en muchas aplicaciones estructurales de las

austenitizado, enfriado rápidamente hasta la temperatura de

industrias automovilística, bélica, maquinaria agrícola, entre

austempering y mantenido en esa temperatura por un cierto

otras [4, 5]. Además, mediante la optimización de geometrías

tiempo [9].

de corte, se han conseguido aumentos de 70% de vida útil en las herramientas para un mecanizado más eficiente [6]. La fi-

En la figura 4 se muestra el proceso de austempering [6]. Se-

gura 3 muestra un comparativo de resistencia a la tracción en

gún este tratamiento, el objetivo es obtener de la estructura

función de la microestructura.

ausferrita las propiedades anteriormente mencionadas.

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Luego de caracterizar las piezas fundidas, fueron tratadas térmicamente por austempering. Se utilizaron temperaturas de austenitización de 850 °C y 900 °C por un intervalo de 60 minutos en horno resistivo tipo mufla con atmósfera controlada en carbono, y temperaturas de austempering de 390 °C y 420 °C, por intervalos de 30, 60 y 90 minutos en Zn-Al fundido. En todas las etapas, las temperaturas fueron controladas con termocuplas tipo K y sistema de adquisición de datos. La figura 6 presenta un flujograma resumido del procedimiento de tratamiento térmico. La figura 7 muestra las imágenes del horno tipo mufla para la austenitización y del horno tipo pozo Figura 4: Tratamiento térmico de austempering para la obtención de la

empleado para la fusión del baño de Zn-Al.

fundición ADI. Adaptado de [6].

METODOLOGÍA Para los análisis fue utilizada la fundición nodular ASTM 45-12, cuya composición química se verificó por medio de la espectrometría de emisión óptica (OES), que determinó los elementos y las cantidades presentadas en la tabla I. %C

%Si

%Mg

%Al

%Mn

%Cu

3,65

2,78

0,041

0,003

0,26

0,08 Figura 6. Flujograma de tratamiento térmico.

TABLA I. Composición química la fundición ASTM45-12

7

Las muestras fueron retiradas de piezas (horquillas y ojales de sujeción de cintas) fundidas en arena verde a 1420 °C, nodulizadas con Fe-Si-Mg. Los análisis metalográficos se realizaron en las secciones transversales de las piezas, según procedimientos de la norma ASTM E3-01 y atacadas químicamente con Nital 3% [10]. También se levantaron los datos de dureza en la condición bruta y postratamiento térmico, de acuerdo a la ASTM (E10-07a) [11, 12]. La figura 5 muestra las imágenes de dichas piezas.

(a)

(b) Figura 5. Piezas fundidas analizadas. Horquilla (Izquierda) y Ojal (Derecha) destacando las regiones donde fueron realizadas las análisis

Figura 7. Hornos usados para los tratamientos térmicos de las piezas. En

metalográficas y dureza.

(a), tipo mufla para austenitización. En (b), tipo pozo para austempering.

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RESULTADOS

a 390 °C con tiempo de 30 minutos. Como se observa, se obtuvo una matriz homogénea entre la superficie y el nú-

A. Análisis Metalográficas

cleo de la muestra, con microestructura conocida como ausferrita. Sin embargo, con algunas regiones que presen-

Luego de cortar las piezas, las secciones transversales fue-

tan granos irregulares y no aciculares.

ron analizadas en microscopia óptica. En la secuencia se presentan las microestructuras reveladas para cada condi-

En las figura 10 y figura 11 se aprecian las microestructuras

ción (figuras de 8 a 13).

de la condición austenitizada a 900 °C y con austempering a 390 °C con tiempo de 60 y 90 minutos, respectivamente,

Para la condición bruta de fundición (figura 8) se observa

resultando en una matriz ausferrítica y homogénea.

una matriz perlítica con regiones ferríticas alrededor de los nódulos de grafito homogéneamente distribuidos y con tamaño y morfología similares. Dureza de 239 HB.

8 (a)

(a)

(b)

(b)

Figura 8: Microestructura en la condición bruta de fundición. En (a)

Figura 9: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Austempe-

200x. En (b), 1000x. Ataque: nital 3%.

ring a 390 °C por 30 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque: nital 3%.

La figura 9 muestra la microestructura para la temperatura

También fue analizada una temperatura de austempering

de austenitización de 900 °C y condición de austempering

más elevada (420 °C) para verificar si esta modificaría la es-

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tructura (figura 12) en relación a la temperatura de 390 °C, se mantuvo el mismo tiempo de 60 minutos.

Al comparar las microestructuras de las figuras 10, 11 y 12 se nota una semejanza tanto en la periferia como en el núcleo de las muestras. En la temperatura más alta de la matriz se encuentra más refinada y acicular.

% 3. (a)

9

(a) (b) Figura 11: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Austempering a 390 °C por 90 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque: nital 3%.

(b) Figura 10: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Austempering a 390 °C por 60 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque: nital

(a)

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B. Análisis de dureza La tabla II muestra un resumen de los valores de dureza Brinell (esfera 2,5 mm, carga 1875 N) en todas las condiciones analizadas; además, la figura 14 muestra las microdurezas HV en las fases puntuales.

(b)

Condición

HB

900°C/390°C – 30 min.

306

900°C/390°C – 60 min.

321

900°C/390°C – 90 min.

298

900°C/420°C – 60 min.

330

850°C/390°C – 60 min.

262

TABLA II. Durezas para cada condición de tratamiento.

Figura 12: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Austempering a 420 °C por 60 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque: nital 3%.

Para la condición austenitizada a 850 °C y austempering a 390 °C por 60 minutos (figura 13) se observa una matriz heterogénea con formación parcial de ausferrita y regiones de perlita no disueltas.

10

Figura 14: Perfil de microdurezas de las fases de ausferrita en función de las temperaturas y tiempos de tratamiento.

CONCLUSIONES (a)

El uso de la aleación fundida a base de Zn-Al permitió la realización, de manera satisfactoria de los tratamientos térmicos de austempering, en temperaturas entre 390 °C y 420 °C, obteniéndose de esta manera la microestructura ausferrítica.

La temperatura de austenitización de 850 °C fue insuficiente para la completa austenitización. Sí tuvo éxito la de 900°C. Las microestructuras resultantes y los ensayos de dureza permitieron determinar la mejor condición de tratamientos de austenitización de 900 °C y austempering a 390 °C por 60 minutos.

(b) El baño de Zn-Al puede ser sustituido por el uso de polímeros Figura 13: Microestructura en la condición: austenitizada a 850 °C. Austempering a 390 °C por 60 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque:

líquidos para evitar fundir metales que emiten gases nocivos durante el tratamiento.

nital 3%.

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Los ensayos de resistencia a la tracción complementaran el análisis de esta microestructura para que pueda ser aplicada

[9]

Guesser, W. (2009). Propiedades Mecánicas de los Hierros Fundidos. São Paulo: Editora Blucher.

en elementos de máquinas que exijan mejores propiedades mecánicas.

[10] ASTM Standard E3-01 (2001). Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens.

REFERENCIAS [11] ASTM Standard E10-07 (2007). Standard Test Methods for [1]

Colpaert, H. (2008). Metalografía de los productos side-

Brinell Hardness of Metallic Materials.

rúrgicos comunes. (4a. ed.) . Revisión técnica: André da Costa e Silva. São Paulo: Editora Blucher.

[12] ASTM Standard E384-99 (2000). Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials.

[2]

Nogueira, T. (2012). Producción y caracterización física y mecánica de fundiciones grises y fundiciones ADI con

ACERCA DEL AUTOR

adición de niobio. Tesis para optar el grado de Doctor, Mención: Ingeniería mecánica. Post Graduación en Inge-

César Nunura Nunura

niería Mecánica, Universidad de Federal de Minas GeraisUFMG, Belo Horizonte, Brasil.

Es graduado en Ingeniería Mecánica y titulado por la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUCRS - BRASIL).

[3]

Keough, J. (2010). Austempered Ductile Iron (ADI): A Green

Posee maestría en Ingeniería de Procesos de Fabricación por

Alternative. Applied Process Inc. Technologies Div. Michi-

la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS – BRASIL).

gan: (s. e.). Recuperado de http://appliedprocess.com/

Doctorado en Ingeniería de Materiales por la Pontificia Univer-

Custom/Document/GetFile/ab6da2d6-8675-437a-8c82-

sidad Católica de Río Grande do Sul (PUCRS - BRASIL). También

f32361edf768

es técnico en Mantenimiento Industrial por el Senati de Lima.

Tiene experiencia en el área de Análisis Numérico en Transfe-

[4]

Lussoli, R. (2003). Efecto de la adición de cobre y de la sec-

rencia de Calor, Materiales, Metalurgia Física e Investigación

ción de la pieza sobre las características microestructurales

Científica. Es investigador del CNPq (Conselho Nacional de

y mecánicas de la fundición gris tratada por Austempering

Desenvolvimento Científico e Tecnológico del Brasil)

11

- ADI. Tesis para optar el grado de Doctor, Mención: Ciencia e ingeniería de materiales. Post Graduación en Cien-

Agradecimientos:

cia e Ingeniería de Materiales, Universidade Federal de Santa Catarina UFSC, Forianópolis, Brasil.

El autor agradece la colaboración del Dr. Carlos Alexandre dos Santos de la PUCRS del Brasil por el apoyo brindado a este

[5]

DIAS, J. (2006). Estudio del comportamiento a la fatiga en

estudio, así como al Conselho Nacional de Desenvolvimento

fundición gris Tratada por Austempering (ADI) Sujeto a Car-

Científico e Tecnológico CNPq del Brasil. Agradece, también, a

gas de Amplitud Variable. Tesis para obtener el grado de

Tecsup por las oportunidades profesionales concedidas, y en

Doctor. Escuela de Ingeniería, Universidade Federal de

especial a los ingenieros Javier Ganoza (Maquinaria de Plan-

Minas Gerais UFMG, Belo Horizonte, Brasil.

ta – Tecsup) por el incentivo constante a la investigación y a César Lecaros (Maquinaria de Planta – Tecsup) por las discu-

[6]

[7]

Arft, M., & Klock, F. (2013). High Performance Turning of

siones técnicas pertinentes. A Janeth, Alessandra, Rolando y a

Austempered Ductile Iron (ADI) with adapted Cutting In-

la ingeniosa Manuela, quienes siempre incentivan a presentar

serts. Procedia CIRP, 8, 129–134.

trabajos cada vez mejores.

Kumar, K., & Hariharan, P. (2013). Experimental Determi-

Original recibido: 15 de abril 2014

nation of Machining Responses in Machining Austem-

Aceptado para publicación: 18 de junio 2014

pered Ductile Iron (ADI). Procedia Engineering, 64, 1495 – 1504.

[8]

Fernandino, D., Massone, J., & Boeri, R. (2013). Characterization of the Austemperability of Partially Austenitized Ductile Iron. Journal of Materials Processing Technology, 213, 1801 – 1809.

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Preparación de nanoesferas huecas de hematita para el tratamiento del cáncer Preparation of Hollow Nanospheres of Hematie for Cancer Treatment Silvia Espinoza, Tecsup / L. de los Santos, University of Cambridge L. León-Félix, Universidade de Brasília / A. Bustamante, UNMSM H. Amenitsch, Elettra Sincrotrone / J. Albino, Universidad Federal de Pernambuco C.H. W. Barnes, University of Cambridge

Resumen

spectroscopy analysis. The morphology of the sample was analyzed by scanning electronic microscopy, observing that

En este trabajo se describe la preparación y caracterización

it consists on hollow spheres with ~800 nm in inner diameter

de esferas huecas de hematita (α- Fe2O3) y su uso potencial

and ~60 nm thick. The formation of the hollow spheres is dis-

en el encapsulamiento de fármacos. La preparación se realizó

cussed in terms of the Ostwald ripening and Kirkendall effects.

mediante el método sol-gel y calcinado. Nitrato férrico y ácido

The magnetic measurements obtained in a magnetometer

cítrico fueron dispersos en solución acuosa para formar el gel

clearly show the Morin transition which is a typical property

precursor de hidróxido de hierro amorfo y se oxidó mediante

of hematite.

recocido a 600 ºC por 12 horas. Para la caracterización estructural se empleo la difracción de rayos X, que confirmó la forma-

The results suggest that hollow nano spheres obtained in this

ción de una única fase de hematita. Este proceso de formación

work are promising for applications in drug encapsulation.

también fue estudiado mediante análisis termogravimétrico y espectroscopía de rayos X a ángulos menores. Imágenes

Palabras claves

de microscopía electrónica de barrido revelaron la formación de esferas huecas de 800 nm de diámetro interior y ~60 nm

Método Sol–gel, hematita (α-Fe2O3), esferas huecas, nanoma-

de espesor. El proceso de formación de dichas esferas huecas

teriales.

durante el recocido se discutió en términos de los efectos de maduración de Ostwald y Kirkendall”. Medidas magnéticas

13

Key words

indican claramente la transición Morín en estas muestras de esferas huecas.

Sol–gel method, Hematite (α- Fe2O3), hollow spheres, nanomaterials.

Los resultados sugieren que las nano esferas huecas obtenidas en este trabajo son prometedoras para aplicaciones de encap-

INTRODUCCIÓN

sulación farmacológica.

La aplicación de la nanotecnología en medicina ha recibido

Abstract

considerable atención en los últimos años [1]. Al respecto, un especial interés ha sido puesto en el uso de nanoestruc-

In this work, we report the preparation and characterization

turas de óxido de hierro en el tratamiento del cáncer debido

of hollow spheres of hematite (α- Fe2O3) and discuss its po-

a su no toxicidad, biocompatibilidad, bajo costo, abundancia,

tential use in the encapsulation of drugs. The preparation was

poca densidad, permeabilidad y facilidad para ser controladas

performed by the sol-gel method and annealing. Ferric nitrate

mediante campos magnéticos [2-8]. En el caso de estructuras

and citric acid were diluted in water to form the precursor gel

huecas de óxido de hierro, estas podrían ser empleadas me-

consisting of amorphous iron hydroxide which was oxidized

diante la técnica de drug delivery, para encapsular fármacos

by annealing at 600° C for 12 hours. The structural characteriza-

anticancerosos [9]. Estas drogas serían así trasladadas a través

tion was done by X-ray diffraction which confirmed the forma-

de los vasos sanguíneos hacia el tumor maligno. Además, por

tion of pure hematite phase. The hematite generation process

su carácter magnético, estas cápsulas podrían ser guiadas con

was also studied by thermogravimetric and small angle X-ray

la aplicación de un campo magnético externo [11].

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EspInozA, s., DE los sAntos, l., lEón-FélIx, l., BustAmAntE, A., AmEnItsch, h., AlBIno, J., BArnEs, c.h.W.., “preparación de nanoesferas huecas de hematita para el tratamiento del cáncer”

Se han desarrollado técnicas para la obtención de nanoes-

superficies (mediante el uso selectivo de la solución o el

tructuras huecas mediante el uso de plantillas. Para el caso

incremento de la temperatura) las nanoesferas se disuel-

de geometrías esféricas, usualmente se siguen cuatro pasos

van y queda solo la cáscara cristalina.

principales [12] (ver figura 1): (1) Se seleccionan nanopartículas de carbono, metálicas u óxidos metálicos para ser usados

II) El efecto Kirkendall [17].

como plantillas; (2). Se modifica la superficie de estas plantillas para conseguir propiedades de superficie favorables para

Utiliza la diferencia en las tasas de difusión entre dos me-

su recubrimiento; (3). Se recubren las plantillas esféricas con

dios para que se formen espacios vacíos cerca a la inter-

el material deseado, siempre y cuando se haya logrado la ad-

fase. Estos espacios vacíos crecen a fin de compensar el

hesión con el sustrato. En caso de incompatibilidad entre el

flujo de masa que se da en una dirección, lo genera la cavi-

material de la superficie de la plantilla y la cáscara, antes del

dad interna. Pueden seleccionarse medios con geometría

recubrimiento se recurre a la funcionalización o modificación

esférica en soluciones. La formación de espacios huecos

de la plantilla (por ejemplo, cargas electrostáticas) [13]. (4) Fi-

que se desarrolla en el medio esférico difiere material a

nalmente, se eliminan selectivamente las plantillas para dejar

la solución. Es por eso que, algunas veces, se refiere a este

libres las esferas (cáscaras) huecas. Este proceso implica el gra-

método como método de plantillas de sacrificio [12].

bado selectivo de la plantilla en disolventes o, muchas veces, la calcinación de las muestras a altas temperaturas.

En este trabajo se describe la preparación de nanoesferas huecas de hematita sin el uso de plantillas que se aplican en el tratamiento del cáncer. El proceso consiste en formar un pre-

1

2

3

4

cursor base de hidróxido de hierro con el método sol-gel y la respectiva oxidación térmica. El producto obtenido es caracterizado mediante termogravimetría, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y espectroscopía de rayos X

Figura 1: Ilustración esquemática del proceso de obtención de esferas huecas con el uso de plantillas. Pasos: 1. Plantilla esférica; 2. Modifica-

14

ción de la superficie; 3. Recubrimiento; 4. Eliminación de la plantilla.

Fuente: Elaboración propia

Los procesos para la obtención de esferas huecas basados en el uso de plantillas tienen varias desventajas intrínsecas, desde la dificultad inherente de lograr altos rendimientos en las múltiples etapas de síntesis hasta la falta de robustez estructural de las cáscaras para soportar la eliminación de la plantilla. Por ello, se requiere gran cuidado para evitar el colapso de las cáscaras, en especial durante esta última. Particularmente, cuando se utiliza un disolvente orgánico para disolver la plantilla (comúnmente hecha de látex) debe procederse con precaución, pues la hinchazón del polímero puede causar la ruptura de la cáscara [14].

Recientemente se han desarrollado nuevas técnicas para la preparación de nanoesferas huecas sin la necesidad de plantillas; dos de las más destacadas se basan en: I) El efecto de maduración de Ostwald [15] y [16].

Aprovecha la precipitación de soles en una solución que, con el tiempo, se autoensamblan para formar nanoesferas cuasinestables. Luego de inducir la cristalización de sus

a ángulos pequeños. La formación de las esferas huecas se analiza en términos de los efectos maduración de Ostwald y Kirkendall.

Este artículo presenta los resultados parciales obtenidos hasta el momento del proyecto de cooperación entre diferentes centros de investigación como la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, TECSUP, Universidad de Cambridge, Sincrotrón Elettra de Italia, Universidad Federal de Pernambuco y Universidad de Brasilia.

EXPERIMENTAL En la figura 2 se muestra el diagrama de flujo del proceso de la preparación de las esferas huecas de hematina por el método de sol-gel seguido por un calcinado a 600 °C como se detalla a continuación.

Síntesis Se llevó a cabo en el Departamento de Física de la Universidad Federal de Pernambuco, Brasil. El proceso se inició con la suspensión coloidal de nitrato férrico nonahidratado (Fe (NO3)39H2O) y ácido cítrico mono hidratado (C6H8O7.H2O) en solución acuosa [18]. El ácido cítrico es usado debido a su acción en la formación y el crecimiento de nanoestructuras de óxidos de hierro [19].

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(II) Sincrotón Elettra, Trieste, Italia a través de espectroscopía de rayos X a ángulos menores (SAXS) [20].

(III) Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge mediante las medidas obtenidas en un magnetómetro DC-MPMS-SQUID y la respectiva toma de imágenes a través con un microscopio electrónico de barrido (MEB) XL30 que emplea electrones secundarios generados al aplicar 5 kV.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Termogravimetría La figura 3 muestra la medición termogravimétrica (TG y DTA) del precursor obtenido por el método sol-gel. Hay dos fuertes picos endotérmicos sobre el DTA, entre 150 °C y 200 °C, que indican un mecanismo de dos pasos en la deshidratación del precursor. Entre 150 y 350 ºC se detecta la pérdida de masa Figura 2: Diagrama de flujo describiendo las etapas más importantes seguidas para la preparación de esferas huecas de hematita.

Fuente: Elaboración propia

Luego, la solución fue colocada en un agitador magnético a 350 rpm a temperatura constante de 70 ºC durante 24 horas para evaporar los residuos de ácido y agua y así formar el gel.

Secado El gel se almacenó en una estufa durante dos días a 40 ºC para eliminar completamente cualquier residuo y posibles impurezas formadas por hidrólisis.

Oxidación

asociada con los iones OH- de la muestra. El pico exotérmico débil detectado a ~380 ºC en la trama DTA es asignado a la transición hematita [22]. Esta transición podría estar acompañada por el crecimiento del cristalito [23].

Morfología La figura 4 corresponde a las imágenes recogidas por MEB de

15

las muestras antes y después del recocido. La figura 4 (a) muestra la morfología sobre el precursor obtenido inmediatamente después de proceso sol-gel y antes del tratamiento térmico.

Se observa una combinación de los elementos de partida sin morfología específica. Las figuras 4 (b) y 4 (c) presentan las micrografías de las muestras después del tratamiento térmico a 600 °C.

La oxidación térmica se llevó a cabo en un horno tubular marca Lenton LTF-PTF (modelo 16/610). El precursor fue recocido en aire a 600 ºC por 8 horas. Las velocidades de calcinamiento y enfriamiento fueron ambas de 3 ºC/min [18].

Caracterización Las propiedades estructurales de la muestra obtenida fueron caracterizadas en las instituciones colaboradoras: (I) Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Perú), mediante difracción de rayos X (DRX) en un equipo Bruker D8 con la radiación Kα1 del Cu (λ =1,54056 Å), y análisis

Figura 3: Análisis termogravimétrico de la muestra hasta 570 °C.

termogravimétrico en atmósfera de argón en un equipo

Fuente: Elaboración propia

Linseis (velocidad de calcinado de 10 °C/min hasta alcanzar 570 °C).

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En la figura 4 (b) se evidencian las esferas formadas, con diá-

pectivos índices de Miller. El tamaño medio de los cristalitos

metros exteriores poco mayores a 1 µm, mientras que la figura

de hematita que forman la cáscara es estimado a partir de la

4 (c) corresponde la microfotografía de una esfera rota la cual

línea-anchura de las principales reflexiones mediante la ecua-

permite observar directamente la cavidad interna. El espesor

ción de Scherrer, la cual revela que el diámetro promedio de

de la cáscara es de aproximadamente 200 nm, mientras que el

los cristales es de 48 nm [19].

diámetro interno, de 800 nm.

Trabajos similares realizados por otros autores confirman que El proceso de formación de las esferas huecas resultado de

tratamientos térmicos con oxígeno alrededor de 600° C son

este trabajo todavía se encuentra bajo discusión. Sin embar-

suficientes para obtener una fase pura α-Fe2O3 como fue re-

go, podemos asegurar que al inicio de la preparación ocurre la

portado [18].

hidrolización de los iones de hierro y nitrato. La figura 4 (a) no muestra evidencias de esferas formadas mediante el efecto de maduración de Ostwald, ni de espacios vacíos que indiquen la presencia del efecto Kirkendall. Por lo tanto, las esferas huecas se generan en el proceso de calcinación.

Si se asume que durante el recocido de la muestra actúa el efecto de maduración de Ostwald, entonces el aumento de temperatura promovería la adsorción y oxidación del nitrato (NO3-) en las superficies de las zonas ‘maduras’. Se formarían así zonas esféricas con bordes oxidados. Similares trabajos sobre la adsorción de otros aniones, como fosfato (PO43-) y sulfato (SO42-)en óxidos de hierro han sido reportados a fin de explicar los estados iniciales en la formación de esferas huecas [24] y [25]. El recocido a temperaturas altas (600 ºC como en el presente trabajo) incrementa la oxidación y cristalización de

16

la superficie de las esferas así como la evaporación del interior húmedo. Las figuras 4 (b) y 4 (c) muestras algunos poros en las superficies de las esferas que sugieran el proceso de evacuación del interior.

En contraposición, si suponemos que en vez de zonas maduras, se forman zonas vacías (efecto Kirkendall), entonces el proceso se concentra en la dinámica de estas últimas. De ser así, el aumento de temperatura favorece al proceso de difusión entre zonas con diferentes densidades en el gel. El efecto Kirkendall se desarrollaría preferentemente alrededor de zonas con impurezas, específicamente cerca de las fronteras con el gel ‘puro’, pues ahí existe mayor diferencia en la concentración de átomos. De manera similar al caso anterior, el recocido a temperaturas altas (~ 600 ºC) incrementa el tamaño de las zonas vacías, así como la oxidación y cristalización de las fronteras. Pero, a diferencia del primer caso, los poros observados en las figuras 4 (b) y 4 (c) señalarían las zonas donde se produjo mayor difusión.

Difracción de rayos X En la figura 5 se observa el patrón de difracción de rayos-X de

Figura 4: Microfotografía por MEB de la muestra obtenida antes (a) y

la muestra obtenida luego del calcinado a 600 °C. La oxidación

después del recocido a 600 ºC (b y c).

se estabiliza en hematita, la cual es identificada por sus res-

Fuente: Elaboración propia

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SAXS

tiempo. Es evidente el crecimiento de grano después de 100 minutos.

En la figura 6 se grafica el patrón de dispersión de rayos X a bajos ángulos de la muestra, tomado cada 20 segundos. Los

Magnetometría

datos fueron capturados in situ durante el calentamiento del precursor, desde 30 °C hasta 525 °C, con una rampa de calen-

La figura 8 representa la respuesta del momento magnético de

tamiento de 3 ºC/min. Notar que en la mayoría de curvas, se

la muestra con respecto a la temperatura. Los datos fueron ob-

produce un cambio brusco en las intensidades del vector de

tenidos en modos de “enfriamiento sin campo aplicado”(ZFC)

dispersión a 2-3 nm-1, indicando el crecimiento de grano debi-

y ‘enfriamiento con campo aplicado’ (FC) bajo un campo mag-

do al calentamiento.

nético externo de 1 kOe.

Figura 5: Difracción de rayos X de las microesferas huecas de hematita obtenidas mediante el método sol - gel y recocido a 600 °C [19].

Fuente: Elaboración propia

Figura 8: Magnetización de muestras oxidadas a 873 K. Fuente: Elaboración propia

La estructura básica del ordenamiento de los espines de la

17

hematita es antiferromagnética. Sin embargo, por encima de cierta temperatura se produce un débil ferromagnetismo parasitario. La temperatura exacta de dicha transición es llamada transición o temperatura de Morin (TM). Esta temperatura depende de una serie de variables: tamaño de grano, sustitución Figura 6: Patrón de dispersión SAXS de la muestra tomada durante su calentamiento entre 30 a 525 ºC.

de cationes, defectos en la red (que conducen a la deformación), presión, campo externo aplicado, etc. [10].

Fuente: Elaboración propia

Bowles & Jackson [11] reportan que para la hematita pura, TM ≈ 262 K. Como se observa en la figura, la dependencia de M(T) de las esferas huecas de hematita muestra histéresis térmica cercana a la transición de Morin. Sin embargo, las temperaturas de transición tomadas de los bucles ZFC y FC difieren en 13 K, lo que implica una anisotropía magnética lo cual demuestra el buen comportamiento magnético de las nanopartículas de hematita.

Recientemente, se están innovando métodos libres de planFigura 7: Longitud de correlación con respecto al tiempo calculado a

tilla sobre la base de mecanismos para la preparación de es-

partir de los datos mostrados en la figura 3.

tructuras huecas de diversos materiales y una amplia gama de

Fuente: Elaboración propia

tamaños. Sin embargo, hay que señalar que se debe también buscar la alta calidad de estas (uniformidad, tamaño, aglo-

La figura 7 muestra la longitud de correlación calculada a par-

meración controlada, etc). Nuestro equipo de investigadores

tir de los datos de SAXS exhibidos en la figura 3 con respecto al

trabaja actualmente en el mejoramiento de esta técnica para

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EspInozA, s., DE los sAntos, l., lEón-FélIx, l., BustAmAntE, A., AmEnItsch, h., AlBIno, J., BArnEs, c.h.W.., “preparación de nanoesferas huecas de hematita para el tratamiento del cáncer”

producir dichas estructuras huecas a escala comercial para

[6]

aplicaciones en el ámbito biomédico, medio ambiental, de

Silva, V., Andrade, P., Bustamante, A., & De los Santos, L., et. al. (2014). Hyperfine Interact, 224, 227-238.

micro-sensores, etc. [25- 27].

[7]

De los Santos, L., Llandro, J., Lee, D., Mitrelias, T., et al.

Los avances obtenidos en este proyecto de investigación son

(2009). Magnetic Measurements of Suspended Functio-

permanentemente informados a la comunidad científica in-

nalised Ferromagnetic Beads Under DC Applied Fields.

ternacional. Próximamente será presentado en la Conferencia

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 321, 2129

Mundial de Nanomateriales NANO 2014 que se llevará a cabo

– 2134.

en Moscú en julio del 2014.

[8]

CONCLUSIONES

Ramos, J., Bustamante, A.,

Flores, J., Mejia, M., et a.l

.(2014). Mössbauer Study of Intermediate Superparamagnetic Relaxation of Maghemite (‐-Fe2O3) Nanoparticles. Hyperfine Interact, 224, 89-97.

Esferas huecas de α-Fe2O3 submicrométricas fueron preparadas con la técnica de sol-gel y recocido a 600 ºC [18]. Medidas magnéticas corroboran su buen comportamiento magnético

[9]

Laurent, S., Forge, D., Port, M., & Roch, A., et al. (2008).

(transición de Morin TM≈262 K) típico de la hematita bulk. Se

Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis, Stabiliza-

obtuvieron esferas huecas con diámetro exterior un poco ma-

tion, Vectorization, Physicochemical Characterizations,

yor de 1 µm y diámetro interior ~800 nm. Las cáscaras de las

and Biological Applications. Chem Rev, 108, 2064.

esferas contienen cristalitos de hematita de ~ 48 nm de diámetro. El mecanismo exacto para la formación de las esferas

[10] Yoshida, Y., & Langouche, G. (2013). Mossbauer Spectros-

huecas durante el recocido está aún en debate. Sin embargo,

copy.Tutorial Book. pp.194. Berlín: Springer Berlin Heide-

la técnica reportada en este trabajo es promisoria para la pre-

lberg.

paración industrial de esferas huecas de hematita y su aplicación en medicina.

[11] Bowles, J., Jackson, U., & Banerjee, S. (2010). Interpretation of Rerly. 20 (1),1-11. Recuperado de http://www.irm.

Es importante destacar que este trabajo ocupó el primer lugar

18

umn.edu/quarterly/irmq20-1.pdf

entre más de trescientas presentaciones en el Congreso Mundial de Nanomateriales Nano 2012 realizado en Rhodas, Grecia.

REFERENCIAS [1]

[12] Lou, X., Archer, L., & Yang, Z. (2008). Hollow Micro-/Nanostructures: Synthesisand Applications. Advanced Materials. 20, 3987-4019.

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[13] Xu, X., Asher, S., & Am. J. (2004). Synthesis and Utiliza-

technology: Application of Nanotechnology in Cancer

tion of Monodisperse Hollow Polymeric Particles in Pho-

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[15] Zeng, H. (2007). Ostwald Ripening: A Synthetic Ap[4]

Silva, V., Andrade, P., Silva, M. , Bustamante, A., et al.

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particles Coated with Fucan Polysaccharides. Journal of

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[16] H.C. Zeng, J. Mater (2006). Chem. 16 649.

[5]

Andrade, P., Silva, V., Maciel, J., & Santillan, M.; et al.

(2014). Preparation and Characterization of Cobalt ferrite Nanoparticles Coated with Cucan and Oleic Acid.

[17] H.J. Fan, U. Gosele, M. Zacharias (2007). Small .3,16601671.

Hyperfine Interact, 224, 217-225.

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[18] Leon, L., Bustamante, A., Osorio, A., C Olarte, G., et al.

nes en medicina. En 2012, su trabajo sobre la preparación de

(2011). Synthesis and Characterization of Hollow ‐-Fe2O3

esferas huecas de hematita fue reconocido como el mejor que

Sub-micron Spheres Srepared by sol–gel. Hyperfine Inte-

se presentó en el evento Nano 2012 en Rodas, Grecia.

ract, 2002, 131-137.

Luis de los Santos Valladares.

[19] Ni, S., Lin, S., Pan, Q., Yang, F., et al.(2009). Synthesis of Core–shell-Fe2O3 Hollow Micro-Spheres by a Simple

Investigador asociado en la Universidad de Cambridge (Ingla-

Two-step Process. Journal of Alloys and Compounds, 478,

terra). Licenciatura y Maestría en Física en la Universidad Na-

876–879.

cional Mayor de San Marcos, PhD en la Universidad de Cambridge, Post Doctorado en el Tokyo Institute of Technology

[20] Elettra and Fermi lightsources (2012). Recuperados el

(Japón) y en la Universidad Federal de Pernambuco (Brasil). Sus

20 de mayo de 2014 de: http://www.elettra.trieste.it/it/

trabajos científicos son financiados por la Comisión Europea, el

lightsources/elettra/elettra-beamlines/saxs/saxs.html

Cambridge Overseas Trust, Capes (Brasil), la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y el EPSRC (Inglaterra). Rea-

[21] Karami, H. (2010). Synthesis and Characterization of Iron

liza investigaciones en colaboración con los laboratorios: ISIS

Oxide Nanoparticles by Solid State Chemical Reaction

(Oxford), Lund (Suecia), Elettra (Italia), Universidad de Nanyang

Method. Journal of Cluster Science - J CLUST SCI , 21(1)

(Singapur), National Institute of Physics (Filipinas), entre otros.

11-20.

Lizbet León Félix.

[22] Jia, C., Sun, L., Yan, Z. &You, L., et al.(2005). Single-crystalline Iron oxide Magnetic Nanorngs. Chem. Int, Ed. 44,

Estudió Física en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos

4328.

y Maestría en Física en la Universidad de Brasilia. En el 2009 visitó la Universidad de Cambridge (Inglaterra) para llevar a cabo

[23] Lu, J., Chen, D., Jiao,X., Colloid, J., (2006) . Interface Sci.

investigaciones sobre la cristalización de películas delgadas de oro y la fabricación de nanoelectrodos de níquel. Actualmente

303 437.

realiza sus estudios de Doctorado en la Universidad de Brasilia, [24] Xisheng. Y., Jian,S., Honngin, S., Zhengkuan ,J., et al.

(1997). Boletin, 42, 894-897. (No indica título) [25] Wang, B., Song, J., &

Bin, H. (2011) Quasiemulsion-

donde desarrolla su trabajo de tesis en la preparación de na-

19

nopartículas de óxido de hierro recubiertas con oro. Ángel Bustamante Domínguez.

Templated Formation of ‐-Fe2O3 Hollow Spheres with Enhanced Lithium Storage Properties. J. Am. Chem.

Profesor Principal en la Facultad de Física de la Universidad

Soc.,133, 17146–17148

Nacional Mayor de San Marcos. Estudió Doctorado en Física en el Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, Brasil.

[26] Sik , H., Piao,Y., Hyung, S., & Hyeon, T. (2010). Uniform

Tiene alrededor de cien publicaciones científicas nacionales e

Hematite Nanocapsules Based on an Anode Material for

internacionales entre artículos, capítulos de libros, tesis, etc. Ha

Lithium ion Batteries. Electrochemistry Communications,

sido galardonado consecutivamente como mejor científico de

12 (3) 382–385.

la Universidad Nacional Mayor de San Marcos durante los últimos años. Actualmente es decano de la Facultad de Ciencias

[27] Zhang, J., Rong, L., Liu, Y., & Dong, B.(2003). SAXS Study

Físicas de dicha universidad.

on the Microstructure of Fe2O3 Nanocrystal Materials Science and Engineering: A., 351, 224–227.

ACERCA DE LOS AUTORES

Heinz Amenitsch.

Líder del Grupo de dispersión de rayos X a ángulos pequeños (SAXS) en el ramal “Luz de Austria” en el Sincrotrón Elettra,

Silvia Espinoza Suárez.

Trieste. Estudios de Doctorado en neutrones y física del estado sólido. Es investigador científico del Instituto de Biofísica y

Investigadora y Docente de TECSUP. Licenciada y maestrante

Nanosistemas de Investigación de la Academia de Ciencias de

de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Especialista

Austria. Es profesor de la Graz University of Technology.

en Materia Condensada. Sus investigaciones versan en la preparación y caracterización de nanoestructuras para aplicacio-

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J. Albino Aguiar.

Profesor de la Universidad Federal de Pernambuco. Obtuvo el Doctorado en dicha universidad y el Posdoctorado en el Laboratorio Kamerlingh Onnes de la Universidad de Leiden, Holanda. Cuenta con más de doscientas publicaciones entre artículos, libros, capítulos de libros y tesis. Ha sido múltiples veces director del Departamento de Física y del Departamento de Ciencia de los Materiales de la Universidad Federal de Pernambuco; así como también encabeza el Laboratorio de Superconductividad y Materiales Avanzados de dicha universidad.

Crispin H. W. Barnes.

Ocupa el cargo de University Reader en la Universidad de Cambridge y es miembro del Girton College de la misma casa de estudios. Tiene más de doscientas publicaciones entre artículos y capítulos de libros con índice h=27. Lidera el grupo de investigación Thin Film Magnetism del Laboratorio Cavendish en dicha universidad.

Original recibido: 27 de marzo 2014 Aceptado para publicación: 21 de mayo 2014

20

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Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia Frecuency response analysis in diagnosing of inductors Maria Teresa Mendoza, Tecsup/Néstor Enríquez, Tecsup

Resumen

-

Obtener resultados de referencia que ayuden en la interpretación de ensayos consecutivos.

Los inductores de potencia son muy utilizados en los sistemas eléctricos de potencia (filtros, variadores, etc.). Por tal motivo,

-

el estudio de herramientas de monitoreo y diagnóstico que

Diagnosticar problemas cuando el inductor muestra señales fuera de los resultados de referencia.

impidan el retiro no planificado de dichos equipos es de mucho interés para el sector eléctrico. En este trabajo se analiza la

-

respuesta en frecuencia aplicada a un inductor trifásico y tres

Determinar si el inductor está en condiciones de soportar situaciones de operación no usuales.

inductores monofásicos con características similares. Además, se compara el comportamiento de un inductor monofásico con

-

un transformador monofásico de 400 VA. Para este análisis se

Mudar el mantenimiento basado en el tiempo para el mantenimiento basado en la condición del inductor.

utilizó un barrido de frecuencias desde 1 kHz hasta 2 MHz en los devanados del inductor, con el objetivo de establecer alguna

-

Establecer su estado en la utilización con convertidores

correlación entre fallas y parámetros modificados del inductor.

estáticos de potencia, cuyo funcionamiento está en el ran-

Abstract

go de algunas decenas de kHz.

The power inductors are widely used in electric power systems

El ensayo de respuesta en frecuencia realizado en este trabajo

(filters, drives, etc.). For this reason the study of diagnostic

consiste en la medición de la impedancia sobre un rango de

tools to monitor and to prevent the unplanned withdrawal of

frecuencias (1kHz – 2 MHz). Se hacen mediciones en devana-

these components is interesting for the power sector. This pa-

dos de inductores en buen estado, que sirven de referencia

per analyzes the frequency response applied to single-phase

para mediciones después de la ocurrencia de eventos.

21

and three-phase inductors with same characteristic; furthermore it compares the behavior of a single-phase inductor with

Las fallas como los cortocircuitos, desplazamientos axiales, ra-

a single-phase transformer of 400 VA. For this analysis we aply

diales o longitudinales de los devanados causan alteraciones

a frequency sweep from 1 kHz to 2 MHz to the windings of the

en los devanados de los inductores, y varían sus parámetros:

inductor, in order to explore a correlations between failures

resistivos, inductivos y capacitivos. Por consiguiente, el ensa-

and modified parameters of the inductor.

yo SFRA (Sweep Frequency Response Analysis) debe indicar la

Palabras claves Inductor, análisis de respuesta en frecuencia, ensayos de diagnóstico, fallas en devanados.

Key words

variación de la impedancia, lo que podrá ayudar en la identificación de daños del inductor.

La importancia de este trabajo radica en que aún no existe una normalización específica para inductores, ni respecto a la metodología para realizar el ensayo, ni respecto a la interpretación de los resultados del ensayo.

Inductor, frequency response analysis, diagnostic test, winding faults.

INTRODUCCIÓN Los procedimientos de diagnóstico de inductores se realizan por algunas de las siguientes razones:

DISEÑO DEL INDUCTOR En este trabajo se diseñó y construyó un inductor trifásico con núcleo de hierro, sobre el cual se realizaron los ensayos de respuesta en frecuencia.

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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”

Para el diseño del inductor se consideró los siguientes pará-

Como se observa en la figura 2, a frecuencias bajas la bobina

metros:

presenta un comportamiento inductivo. Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia se va alejando del comporta-

-

Inductancia por bobina de 5 mH.

-

Corriente máxima de 3 A.

miento inductivo, hasta alcanzar el máximo a la frecuencia de resonancia del inductor Fr. A partir del pico de resonancia, la impedancia del inductor empieza a disminuir y se ve su comportamiento capacitivo a altas frecuencias.

-

Inducción magnética de 12 000 gauss.

-

Entrehierro de aire de 1 mm.

ANÁLISIS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA

En la figura 1 se muestra los tres devanados del inductor con

El sistema a analizar es caracterizado a través del análisis del

núcleo de hierro construido para la realización de los ensayos.

comportamiento de la respuesta a una señal de excitación de entrada, conocido como análisis de respuesta en frecuencia (FRA) o también denominado como método de función de transferencia. Este método está siendo introducido en el campo del diagnóstico de transformadores de potencia y generadores [11].

En este trabajo se realiza el análisis por respuesta en frecuencia. En frecuencias iguales y superiores a 1 kHz, el inductor se comporta en forma lineal y el núcleo no tiene influencia determinante en los resultados. Se evalúa efectos que mantengan las características de linealidad del equipo, como variaciones

Figura 1: Inductor con núcleo de hierro. Fuente: Elaboración propia

22

Para el diseño del número de espiras, se utilizó la siguiente ecuación [5].

2µ0N2A L= 3g

mecánicas y eléctricas que varían la distribución interna de capacitancias e inductancias y, consecuentemente, la respuesta en frecuencia del inductor [13].

La función de transferencia de un sistema lineal e invariante en el tiempo es la relación de la respuesta en frecuencia entre la

(1)

salida y la entrada con condiciones iniciales nulas (SISO). Dicha función es representada en el dominio de la frecuencia y deno-

Donde L es la inductancia, μ0 es la permeabilidad de vacío, N

tada por la variable de Fourier H(jw) [8].

es el número de espiras, A es la sección del núcleo del induc-

H(jw) = Vsalida(jw)/Ventrada(jw)

tor, g es el entrehierro. En el modelo equivalente del inductor

(2)

se debe considerar la dependencia con la frecuencia de este.

En la figura 2 se indica la variación de la impedancia de la bo-

La función H(jw) es normalmente un número complejo para cada

bina con la frecuencia.

frecuencia fija “w” y puede ser representada en su forma polar.

(3) La función de transferencia es representada por la magnitud y el ángulo de fase, que tiene a la frecuencia como parámetro. En este trabajo será representada por el diagrama de Bode o gráfico logarítmico [8]. En el diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia, se evalúa la magnitud de la función de transferencia. Según [10] el gráfico del ángulo de fase contiene informaciones menos útiles que el gráfico

Figura 2: Variación de la impedancia con respecto a la frecuencia.

Fuente: J. Sanchez (2009). Diseño y parametrización de inductires con núcleo de hierro.

de magnitud, e indica el diagrama de fase las características inductivas y capacitivas del inductor con relación a diferentes frecuencias.

Invest. Apl. Innov. 8, 2014

21 a 26 003 Revista de investigación TAREA Diagnóstico.indd 22

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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”

El método SFRA consiste en aplicar y medir una señal de exci-

cuencia. La figura 4 señala el diagrama simplificado del análisis

tación sinusoidal con frecuencia variable, de baja tensión y con

por respuesta en frecuencia.

amplitud constante. La frecuencia es variada en un gran rango, generalmente entre 10 Hz y 3 MHz y la función de transferencia de cada uno de los devanados de los equipos a realizar el ensayo (transformadores de potencia, generadores, inductores, etc.) será calculada y presentada gráficamente en la forma de impedancia, admitancia y/o magnitudes de tensión de los devanados [4]. Las mediciones de SFRA se harán utilizando un generador de señales, un amplificador, un osciloscopio como se muestra en la figura 3.

Figura 4: Diagrama de conexión para el análisis por respuesta en frecuencia. Fuente: Elaboración propia

En los gráficos de respuesta en frecuencia se determina la función de transferencia de cada devanado del inductor (impedancia operacional, Zd(s)) a través de la relación entre la señal aplicada al inicio del devanado del inductor y la señal de salida del devanado. El resultado final de medición es presentado en Figura 3: Configuración de medición y adquisición de datos de la impedancia a través del ensayo SFRA. Fuente: Elaboración propia

forma de módulo (ganancia) y ángulo de fase, que son defini-

La SFRA es una técnica muy sensible a las alteraciones en las

[dB]

características eléctricas de los devanados debido a esfuerzos eléctricos y/o mecánicos. Este ensayo es no destructivo ni in-

[°]

vasivo, lo cual justifica su uso para la identificación de daños en los devanados o como complemento de otros ensayos.

DIAGNÓSTICO Y RESULTADOS El ensayo de respuesta en frecuencia aplicado a inductores monofásicos y trifásicos se realizó insertando señales sinusoidales con la misma magnitud y diferente frecuencia a los devanados. Se mide el voltaje de entrada y la corriente de salida de cada devanado para diferentes frecuencias en el rango de 1 kHz a 2 MHz.

de evitar alguna interferencia en dicha medición, ya que resistencias de otros materiales y de valores superiores, alteran los valores medidos de corriente para altas frecuencias.

(4) (5)

Para cada frecuencia analizada se lograron las formas de onda de la figura 5. Antes de realizar el análisis en función de la frecuencia se utilizaron filtros digitales Butterworth para la eliminación de ruido.

Luego de obtenida la función de transferencia H(s) y H(-s) hay que identificar los ceros y polos para la construcción del filtro, para lo que el numerador y el denominador de H(s)H(-s) se descomponen en función de sus raíces.

(6)

En la medición de corriente se utilizó una resistencia shunt de carbón de 10 ohms en la salida del inductor con la finalidad

23

dos respectivamente por

El filtro Butterworth tiene como respuesta frecuencial (7) y atenuación (8) [12].

(7)

Este proceso de medición se repitió n veces para diferentes frecuencias, y se obtuvo la impedancia en función de la freInvest. Apl. Innov. 8, 2014

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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”

entre 1 kHz y 60 kHz; medias, con un rango entre 60 kHz y 1 (8)

Dada la variación con f2n en el denominador (7), la función es monótona decreciente. Además, el filtro es plano en el origen; es decir, el módulo de la respuesta frecuencial tiene n derivadas nulas en el origen.

MHz; y altas, con valores por encima de 1 MHz [6].

En la figura 6, se aprecia el comportamiento del inductor trifásico en su estado inicial y después de un cortocircuito. De trabajos anteriores con transformadores [10] se concluye que, para que una falla sea detectable esta debe causar una variación significativa en las capacitancias o inductancias de sus

Se utilizó Labview y Matlab para la adquisición y construcción de los diagramas en magnitud y fase.

devanados. Por lo que en estos ensayos se considera cortocircuitos en el inductor y desplazamiento de los devanados.

(a)

(a)

24 (b)

(b) Figura 5: Forma de onda en función de la tensión del a) voltaje y b) la corriente a una frecuencia 800 kHz. Fuente: Elaboración propia

Para observar el comportamiento del inductor frente a fallas eléctricas o mecánicas, se hicieron medidas iniciales que fueron tomadas como referencia. En este trabajo se estudiaron dos casos: el primero, un inductor trifásico construido en el laboratorio de máquinas eléctricas de Tecsup – Arequipa sometido a un cortocircuito y el segundo, tres inductores monofásicos construidos bajo las mismas características. En uno de ellos se conectó un condensador de 10 nF que simula el comportamiento de un desplazamiento longitudinal entre espiras.

Para hacer el análisis de respuesta en frecuencia, se consideró en este trabajo tres rangos de frecuencia; bajas, con un rango

(c) Figura 6: Inductor trifásico sin falla y después de un cortocircuito a) devanado 01, b) devanado 02, c) devanado 03. Fuente: Elaboración propia

Se advierte la figura 6, que el devanado 02 del inductor trifásico presenta una variación en el pico de resonancia y un desplazamiento a la derecha en módulo, debido al mayor esfuerzo electromagnético a que es sometido el devanado central en un cortocircuito. Además, las curvas de respuesta en frecuencia para los devanados 01 y 03 no muestran grandes alteraciones en la primera antiresonancia, como si sucede en transformadores [1, 6, 7, 9, 13].

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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”

En la figura 7 se señala el comportamiento de tres inductores

En la figura 9 se muestra, el comportamiento de un transfor-

monofásicos con las mismas características físicas. El com-

mador monofásico y un inductor monofásico; este gráfico

portamiento de los tres inductores monofásicos es bastante

muestra las diferencias de la respuesta en frecuencia en am-

parecido, lo cual indica que los inductores tienen las mismas

bos, debido a las diferencias constructivas principalmente con

características eléctricas. También se observa que el pico de re-

relación al aislamiento.

sonancia se encuentra generalmente entre el rango de pocos kHz y algunas centenas de kHz. Esto depende del tamaño del equipo, a mayor inductancia menor frecuencia de resonancia.

Figura 9: Transformador trifásico e inductor trifásico.

Fuente: Elaboración propia

Figura 7: Diagrama de referencia de tres inductores monofásicos.

Fuente: Elaboración propia

Para analizar el comportamiento frente a variaciones físicas de las espiras de una bobina en el inductor monofásico se insertó un condensador de 10nF en paralelo con la mitad de espiras de la bobina, con lo cual se simula alteraciones longitudinales y radiales por medio de la modificación de la capacitancia distribuida [1].

Como se especifica en la figura 8, en medias y altas frecuencias la respuesta es afectada por los aspectos constructivos de los devanados y presenta una gran variación en módulo con relación al diagrama inicial de referencia del inductor monofásico.

En la figura 9 se ve que el transformador presenta menor frecuencia de resonancia, así como más picos de resonancia que el inductor.

CONCLUSIONES El análisis de respuesta en frecuencia es un método de comparación, por lo que los resultados de mediciones realizadas con SFRA son comparadas con mediciones de referencia (mediciones realizadas cuando el inductor se encuentra en perfecto estado de funcionamiento). Si no están disponibles dichas

25

mediciones, deben considerarse funciones de transferencia de inductores con las mismas características constructivas.

También se pueden utilizar las propiedades simétricas de los devanados.

De las pruebas con el inductor y transformador se observa que el inductor presenta una mayor frecuencia de resonancia a causa de la menor cantidad de espiras, por lo que la capacitancia entre espiras es menor que en un transformador. Al añadir en un inductor un condensador en paralelo en un punto central, se aprecia que la frecuencia de resonancia disminuye y presenta un comportamiento similar al de un transformador.

Figura 8: Inductor monofásico, considera el diagrama inicial y una alteración física de espiras. Fuente: Elaboración propia

Este ensayo se realizó debido a la ausencia de técnicas para este tipo de alteraciones geométricas en los devanados, que en la mayoría de casos, no indica la presencia de una falla.

De los diferentes ensayos realizados se observó que las variaciones provocadas por cortocircuitos o desplazamientos en los parámetros longitudinales R, L y C del inductor, causan alteraciones en la frecuencia de resonancia de las curvas de respuesta en frecuencia. Ello nos permitirá realizar un diagnóstico en inductores, con el uso de técnicas no destructivas.

El análisis por respuesta en frecuencia es una herramienta sensible, como se advierte en la figura 8, para detectar desplazamientos de los devanados.

Con este trabajo se busca dar inicio a la construcción de patrones de respuestas generadas por los inductores al considerar una buena cantidad de equipos y diferentes defectos que al no ser fallas son más difíciles de identificar.

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19/08/14 19:47

MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”

REFERENCIAS

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[1]

Azevedo, H. (2007). Diagnóstico de transformadores de potencia a través de metodologías en el dominio de la fre-

[13] Vaessen, P., & Hanique, E. (1992). A New Frequency Res-

cuencia. Tesis para optar el grado de Doctor, Mención:

ponse Analysis Method for Power Transformers. IEEE

Ciencias en Ingeniería Eléctrica, Universidad Federal do

Transactions on Power Delivery, 7, 384–390.

Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil.

[2]

ACERCA dE lOS AutORES

Bengtsson, C. (1996). Status and Trends in Transformer Monitorin. IEEE Transactions on Power Delivery, 11(3),

Maria Teresa Mendoza Llerena

1379-1384.

Recibió el grado de Ingeniero Electricista en la Escuela de In[3] Bueno, E. (2005). Optimización del comportamiento de un

geniería Eléctrica por la Universidad Nacional de San Agustín

convertidor de tres niveles NPC conectado a la red eléctrica.

(UNSA), Perú, en 2003, el grado de Msc. en el Departamento

Tesis para optar el grado de Doctor, Mención: Ciencias

de Máquinas Eléctricas, Accionamientos y Energía por la Uni-

en Ingeniería Eléctrica, Universidad de Alcalá, Madrid,

versidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), Brasil, en 2006.

España.

El grado de doctor en el departamento de sistemas de control [4]

Dick, P., & Erven, C. (1978). Transformer Diagnostic Tes-

y energía en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación

ting by Frequency Response Analysis. IEEE Transaction

(FEEC) por la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP),

on Power Apparatus and System, 1, 2144–2153.

Brasil, en 2011. Se desempeña actualmente como docente en el área de medidas eléctricas, instrumentación y máquinas

[5]

Fitzgerald, A., Kimgsley, Ch., & Umans, S. (2004). Máqui-

eléctricas en Tecsup Sur. Campus Arequipa.

nas Eléctricas. España: McGraw- Hill.

Baldomero Néstor Enríquez Ychocan

26

[6]

Kim, J. (2005). Fault Diagnosis of a Power Transformer Using an Improved Frequency Response Analysis. IEEE

Recibió el grado de Ingeniero Electricista en la Escuela de In-

Transactions on Power Delivery, 20,169–178.

geniería Eléctrica por la Universidad Nacional de San Agustín (UNSA), Perú, en 2012. Se desempeña actualmente como jefe

[7]

Ortiz, A. (2006). Diagnóstico de transformadores de poten-

de oficina técnica área eléctrica e instrumentación de Graña y

cia a través del análisis de respuesta en frecuencia. Tesis

Montero en el proyecto de Expansión de la mina Cerro Verde

para optar el grado de Magister, Mención: Universidad

en Arequipa.

Nacional de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil.

Original recibido: 14 de marzo 2014 [8]

Ogata, K. (2003). Ingeniería de control moderno. [Madrid]:

Aceptado para publicación: 16 de mayo 2014

Prentice Hall de Pearson Educación .

[9]

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[10] Ryder, S. (2003). Diagnosing Transformer Faults Using Frequency Response Analysis. IEEE Electrical Insulation Magazine, 11, 16–22.

[11] Sweetser, C., & Mcgrail, T. (2003). Sweep Frequency Analysis Transformer Applications. Recuperado de http://www. doble.com.

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Análisis de consumo de un motor de combustión modificado externamente para operar con un combustible inmiscible de 80% agua y 20% gasolina Consumption Analysis of a Combustion Engine Externally Modified to Operate with an Immiscible Fuel 80% Water and 20% Gasoline Melchor Llosa Demartini, Utec / Juan Cuba Solano, Tecsup

Resumen

análisis para evaluar el comportamiento de un motor de combustión interna que opera utilizando una mezcla inmiscible de

En el presente trabajo muestran los resultados del análisis

combustible en proporción de 80% agua y 20% gasolina. Dado

de consumo de combustible de la modificación de un motor

que hemos demostrado que reduce los gases de emisión y no

de combustión para que opere con una mezcla inmiscible

afecta el desempeño normal del motor [1] ahora queremos

de combustible en proporción de 80% agua y 20% gasolina,

medir el consumo de cada parte del combustible y estimar el

como parte del proyecto denominado Acuagas. En él se re-

ahorro por la introducción de dicha modificación.

planteo el circuito externo del motor de combustión y se observó un cambio sustancial en la composición de los gases de

27

FUNDAMENTOS

emisión al hacer de esta modificación una solución amigable con el medio ambiente.

Para esta modificación se han construido dos circuitos independientes de los que salen gases de emisión (flecha gris) y

Abstract

entran gases de admisión (flecha celeste) . Este circuito se basa en un motor Pantone [2], con la diferencia que se ha extraído

This paper shows the results of fuel consumption analysis of

el carburador y la entrada de aire queda libre para admitir aire

a combustion engine modified to operate with an immiscible

del medio ambiente, (ver figura 1).

fuel blend ratio of 80% water and 20% gasoline for the project Acuagas. The external circuit of the combustion engine was modified and a substantial change in the composition of exhaust gases was observed. This modification is an environment friendly solution.

Palabras claves

Reactor

Motor de combustión, energía alternativa, sistema Pantone.

Key words emisión de gases

Combustion engine, alternative energy, pantone system.

admisión de gases

INTRODUCCIÓN Con motivo del proyecto denominado Acuagas hacemos otro

Figura 1: Esquema del motor modificado. Fuente: Elaboración propia

Invest. Apl. Innov. 8, 2014

27 a 30 004 Tarea Análisis Inv Aplicada.indd 27

19/08/14 19:50

llosA, m., CubA, J., “Análisis de consumo de un motor de combustión modificado externamente para operar con un combustible inmiscible de 80% agua y 20% gasolina”

Al adaptar y modificar el motor se desconoce el consumo de cada uno de los líquidos presentes en la mezcla inmiscible.

Se ha calculado el consumo por hora se han realizado las meSe tiene en cuenta que el consumo de combustible no tiene

diciones en un motor estándar y en uno con la modificación

que estar necesariamente en la misma proporción que el por-

del acuagas.

centaje de líquido introducido en la mezcla.

RESULTADOS En las imágenes que se presentan a continuación se puede apreciar la relación de consumo que se ha efectuado antes y

Los resultados fueron los siguientes:

Final (Gal)

(Gal)

1.10

4.16

-

-

-

10

0.70

2.65

1.77

1.40

0.37

1.07

(L)

Inicial ( gal)

10 3.3 2.20

Incial ( gal)

Litros (L)

Consumo

Galones ( US)

Agua

Final (Gal)

Consumo

Motor Estándar

Gasolina

Acuagas

Tiempo de uso (H)

después de su funcionamiento.

1.40

28 Tabla 1. Primer análisis (ralentí) Fuente: Elaboración propia

4.92

-

-

-

10

0.84

3.21

3.5

3.06

0.44

3

2.16

(L)

1.3

(Gal)

Litros (L)

10 3.11 1.81

Incial ( gal)

Galones ( US)

Consumo

Final (Gal)

Fuente: Elaboración propia

Agua

Motor Estándar Figura 2: Estado del combustible antes y después de un uso continuo.

Consumo

Acuagas

Tiempo de uso (H)

Gasolina

1.66

METODOLOGÍA Tabla 2. Segundo análisis (aceleración intermedia)

Para hacer esta medición se ha introducido y cotejado el volu-

Fuente: Elaboración propia

men de los líquidos participantes, antes y después de su uso, en tres etapas y diferentes condiciones de aceleración (ralentí, aceleración intermedia y mayor aceleración), lo que hizo un total de 30 horas.

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27 a 30 004 Tarea Análisis Inv Aplicada.indd 28

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Motor Estándar Acuagas

Agua

Consumo

CONCLUSIONES Se ha realizado una modificación externa a un motor de com-

(L)

(Gal)

Litros (L)

Galones ( US)

Final (Gal)

Consumo

Tiempo de uso (H)

Gasolina Incial ( gal)

llosA, m., CubA, J., “Análisis de consumo de un motor de combustión modificado externamente para operar con un combustible inmiscible de 80% agua y 20% gasolina”

bustión interna. Ello ha permitido disminuir drásticamente el consumo de gasolina, y ha demostrado que en condiciones estacionarias y en ralentí, se puede ahorrar un 66,35% del consumo de gasolina. Esta modificación está en proceso de inscripción de la patente ante Indecopi.

10 3.11

1.9

1.2

4.54

-

-

AGRADECIMIENTOS

-

Los autores quieren expresar su agradecimiento a Daniel Guadalupe, Edwin Cervantes y William Zamora, alumnos de Tecsup 10 2.83

2.1

.73

2.76

3.7

3.02

0.68

2.57

[3], por su apoyo en el desarrollo de esta investigación.

REFERENCIAS

Tabla 3. Tercer análisis (mayor aceleración) Fuente: Elaboración propia

[1]

Llosa, M., & Cuba, J. (2014). Analysis of a Externally Modified Combustion Engine to Operate with a Immiscible Fuel of 80% Gasoline and 20% Water. Frontier in Environmental Engineering, 3 (1), 7-10.

[2]

Pantone, P. (1998). United State Patent. Patent Number 5,794,601. Date of Patent Aug. 18, 1998.

[3]

Proyecto integrador Tecsup C12-5 2013-2. Mantenimiento de Maquinaria Pesada.

29

ACERCA DE LOS AUTORES Figura 3: Consumo de gasolina con motor estándar y con acuagas.

Melchor Llosa Demartini.

Fuente: Elaboración propia

Licenciado en Ciencias Físicas de la UNMSM, con estudios docSe observó una drástica disminución del consumo de combus-

torales culminados en Medio Ambiente. Es docente de UTEC.

tible.

Especialista en implementación de técnicas de experimentación.

Si bien todas estas mediciones han sido efectuadas en condiciones estacionarias y sin carga, se advierte una contundente

Juan Cuba Solano.

disminución del consumo de combustible como se aprecia en las tablas y en la figura 3.

Técnico automotriz de SENATI, actualmente cursa estudios de Ing. Mecánica. Es docente de TECSUP. Especialista en motores

El primer análisis indica que en ralentí la disminución del con-

de combustión interna y electrónica del motor.

sumo de gasolina es de 66,35%. En condiciones de aceleración, en el segundo análisis, es de 66,26%; y en la de mayor

Original recibido: 3 de abril 2014

aceleración, en el tercero, es de 43,39%, lo cual es un ahorro

Aceptado para piublicación: 20 de junio 2014

considerable.

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27 a 30 004 Tarea AnaĚ lisis Inv Aplicada.indd 30

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Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab Lab flotante Amazonas Implementation of a Digital Fabrication Laboratory on the Amazon River Floating Fab Lab - Amazon Benito Juárez, Fab Lab Perú

Resumen

Abstract

La presente investigación busca establecer las directrices que

This research seeks to establish guidelines to be incorporated

deberán incorporarse en futuras investigaciones de mayor al-

in future studies of greater scope and depth. It is based in sur-

cance y profundidad. Su resultado es producto de encuestas

veys to twelve experts on the Amazon region.

realizadas a doce profesionales vinculados al estudio del contexto amazónico.

Estamos ante una revolución tecnología que está transfor-

We are facing a technological revolution that is transforming

mando la vida de las personas (la fabricación digital) y un

the daily lives of people (digital manufacturing) and a territory

territorio (la selva amazónica) con gran potencial para hacer

(Amazon Rainforest) with great potential to address global

frente a los desafíos globales. Su condición de corazón verde

challenges. It’s ’green heart’ status makes it the ideal place to

lo convierte en el lugar ideal para incubar la manufactura del

manufacture the future could be incubated to explore alterna-

futuro y explorar alternativas para el desarrollo de una indus-

tives for the development of a responsible industry commit-

tria responsable y sensible a la integración de los procesos

ted with the integration of global and local processes; which

globales y locales. Además brinda a la población nativa acceso

provide access to the benefits of digital manufacturing to the

a los beneficios de la fabricación digital para atender sus pro-

native population and solve their health, energy and educa-

blemas de salud, energía, educación, etc. integra a personas,

tion problems by the integration of people, institutions and

instituciones y países para la conservación de la Amazonía.

countries for the conservation of the Amazon region.

31

El objetivo principal del Fab lab flotante Amazonas es investigar nuevas soluciones en respuesta a los principales desafíos actuales, como el cambio climático e inclusión social a través

The main goal of the Floating Fab lab Amazonas is to find

de la integración de las últimas tecnologías en fabricación

new solutions to the main world challenges: climate change

digital con el potencial en diversidad cultural y natural del

and social inclusion, integrating latest technologies in digital

territorio amazónico (una de las zonas más afectadas por el

manufacturing with cultural and natural diversity of Amazon

calentamiento global). Este laboratorio estará orientado prin-

region (one of the areas most affected by global warming).

cipalmente a la investigación en biotecnología, biomateriales,

This laboratory will be especially focused on biotechnology,

artesanía digital y conservación de especies.

biomaterials, digital handicraft and species conservation.

Los especialistas entrevistados confirman la importancia mundial de un proyecto de esta naturaleza y, a la vez, la necesidad de proteger a las comunidades locales.

Specialists interviewed confirmed the importance of this project at global level as well as, the need to protect local communities.

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31 a 38 005 Tarea IMPLEMENTACIÓN Rev Investigación.indd 31

19/08/14 19:53

juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

Palabras Clave

de procesos de fabricación digital [3] con los ecosistemas locales al aportar soluciones relativas a manufac-

Fab lab, Amazonía, fabricación digital, biotecnología, bioma-

tura, energía, salud, educación como: biomateriales,

teriales, biomanufactura, artesanía digital, conservación ama-

bioprocesos, ecoconstrucción, ecomáquinas, etc.

zónica.

-

Key Words

Brindar acceso a los beneficios de la fabricación digital a la población nativa y urbana de una de las zonas más excluidas e inaccesibles del mundo [4].

Fab Lab, Amazon, digital fabrication, biotechnology, biomaterials, biomanufacturing, digital handicraft, conservation of the

-

ción tecnológica.

Amazon region.

1.

INTRODUCCION

Desarrollar metodologías multiculturales de innova-

-

Promover la conservación de la riqueza natural y cultural de la Amazonía mediante la integración de procesos artesanales y de manufactura local con tecnolo-

1.1 El desafío: Calentamiento global e inclusión social

gías de fabricación digital.

La fabricación digital o Fab lab es considerada una nueva revolución industrial. Los fab labs democratizan el acce-

-

Impulsar la integración de pueblos y culturas a lo largo

so a herramientas de innovación y producción, y amplían

del río Amazonas, al facilitar el acceso de la población

la libertad creativa de más personas, al brindarles el po-

local a programas académicos, especialmente para ni-

der de decidir sobre las características de los productos

ños.

que consumen [1]. Sin embargo, para consolidarse una revolución sostenible, esta naciente industria deberá dar

32

-

Fomentar la integración de personas, instituciones

respuesta a los principales desafíos de la humanidad [2]:

y países para la conservación y puesta en valor de la

cambio climático y conservación de especies, inclusión

Amazonía.

social y educación multicultural, agua y energías limpias, alimentos y salud, entre otros. En tal sentido, el territorio amazónico (figura 1) representa una gran oportunidad, por su diversidad cultural y natural para buscar estas respuestas.

Figura 2: Objetivo: Integrar la riqueza en biodiversidad de la Amazonía con las ventajas de la fabricación digital. (2014). Fuente: Elaboración propia.

2. FUNDAMENTOS El proyecto fab flotante Amazonas es el resultado de una visión global para democratizar el acceso a herramientas de innovación tecnológica adaptada al contexto local.

Figura 1: Región amazónica (Iquitos, 2007). Fuente: Elaboración propia.

2.1 Antecedentes: Fab lab, La nueva (r)evolución 1.2 Objetivos

industrial

Gestar en el vientre verde la implementación de un Fab

Los Fab lab son laboratorios de fabricación digital creados

lab, una industria responsable, sensible e integrada a los

en el 2001 por The Center of Bits and Atoms, Massachu-

procesos locales y globales (figura 2).

setts Institute of Technology (CBA-MIT) con el objetivo de brindar a las personas la posibilidad de hacer casi cual-

-

Incubar proyectos tecnológicos mediante integración

quier cosa [1]. Los proyectos en los Fab lab incluyen desde

Invest. Apl. Innov. 8, 2014

31 a 38 005 Tarea IMPLEMENTACIÓN Rev Investigación.indd 32

19/08/14 19:53

juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

máquinas de prototipado rápido, biomédicas, de genera-

¿Cómo hacer viable la democratización tecnológica en Amé-

ción de energía, automatización de procesos, estructuras

rica Latina y fomentar el desarrollo de tecnologías propias

arquitectónicas hasta soluciones que catalizan la incuba-

(Made in LAT) dando mayor valor a nuestro amplio legado

ción de empresas de alta tecnología [5]. En los últimos 5

cultural y natural?, ¿Cómo dar el salto cualitativo para pasar

años el crecimiento de los Fab lab ha sido exponencial

de ser una sociedad semi-industrializada a ser pioneros en el

(figura 3) llegando, en el 2013, a más de 300 laboratorios

desarrollo de procesos y productos acorde con la nueva revo-

distribuidos en todo el mundo [6]. Sin embargo, a pesar

lución Industrial (Fab Lab)?

de buscar ser un proyecto inclusivo que fortalezca el pro-

en Estados Unidos) y solo un 5% en Latinoamericana. [7]

2.3 Fab LaT: La oportunidad de Latinoamérica frente a la nueva (r)evolución industrial

¿Cuáles son las causas de esta diferencia?, ¿acaso el sen-

La red Fab LaT (figura 4) nace el 2011 en el VII Congreso Mun-

tido de democratización tecnológica con el que se con-

dial de fab lab, promovida por fab lab Lima (el primero de Sud-

ciben los Fab labs en los países desarrollados difiere de la

américa) y fab lab Barcelona (promotor del fab lab Lima).

greso de las sociedades emergentes, la mayoría de ellos se encuentra en países desarrollados (40% en Europa, 35%

realidad de América Latina?

Figura 4: Red Latinoamericana de fab lab (2013). Fuente: Elaboración propia.

33

A. La democratización requiere adaptación Figura 3: Crecimiento exponencial de la red de fab lab. Fuente: Fab Foundation (2013). Fuente: Elaboración propia.

Su aporte se centra principalmente en crear instrumentos que permitan la democratización tecnológica en América

2.2 Principales causas

Latina. La visión es que Latinoamérica alcance un desarrollo tecnológico cualitativo y pase de ser una sociedad

A. Factor educativo: La mayoría de universidades e institu-

semiindustrializada a referente global en manufactu-

tos orientan la educación hacia el consumo tecnológico,

ra digital. Su misión es asumir un rol dinamizador de la

más que al desarrollo tecnológico. Esto se refleja en los

economía y el desarrollo social de región convertirnos en

profesionales, empresas u organizaciones que centran sus

puentes que unen tecnologías avanzadas con las poten-

actividades en comercio y producción, y muy escasamen-

cialidades de nuestra zona multiculturalidad, ecodiversi-

te (menos del 2%) en innovación, [8].

dad y capital social.

B. Factor económico: Acceder a capacidades, herramientas

B. Principales líneas I+D+I de la Red Fab LaT

y equipos de fabricación digital en Latinoamérica es 3 a 8 veces más costoso que en Europa o Estados Unidos (debi-

El 2013 se realizó una encuesta al 100% de Fab lab opera-

do a gastos de importación, transporte, aduanas, costo de

tivos de Latinoamérica [13] para identificar sus principales

vida, etc.) [7].

líneas de interés. Los resultados fueron:

C. Factor administrativo: La burocracia es una de las principales restricciones al proceso en el subcontinente. En

71%, talleres de creatividad y desarrollo de productos con base tecnológica para niños.

Latinoamérica la implementación de un Fab lab puede tardar de 3 a 6 veces más tiempo que en Estados Unidos o

64%, integración de artesanía digital.

Europa [9].

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juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

57%, desarrollo de prototipos de vivienda de bajo presupuesto.

¿Qué oportunidades tiene la Amazonía frente al mundo?

% de respuestas

Biodiversidad

38

50%, desarrollo de máquinas de prototipado rápido de bajo

Multiculturalidad

30

costo para diversas aplicaciones en la industria.

Pulmón del mundo

10

Desarrollo de energias limpias

8

Sistemas fluviales

7

En la búsqueda por integrar estas líneas de interés en un solo proyecto regional surge el Fab flotante Amazonas, como el escenario ideal donde confluyen dichos ejes temáticos y se alinean con los principales desafíos actuales: calentamiento global e inclusión social (figura 5).

Turismo

7 Total

100

Cuadro 1. Oportunidades de la Amazonía frente al mundo.

Fuente: Fab Lab Lima (2014). Fab Flotante Amazonas: encuesta realizada a un grupo de 12 expertos sobre tecnología y territorio amazónico.

Marzo-Abril 2014, Lima.

A. Riqueza natural: From Silicon Valley to Genetic Valley La biodiversidad fue señalada como la oportunidad más importante de la Amazonía (figura 6).

Es el bosque tropical de extensión en América, y tiene una biodiversidad incomparable. Una de cada diez especies conocidas vive en la selva amazónica. Así constituye la mayor colección de plantas y especies animales del plaFigura 5: Líneas prioritarias de investigación del Fab Flotante. (2014)

neta. Una de cada cinco de las especies de aves del mun-

Fuente: Elaboración propia.

do habita en las selvas tropicales de la Amazonía y una

34

de cada cinco de las especies de peces viven en los ríos y

3.

METODOLOGÍA

arroyos de la región.

Para validar la propuesta del proyecto Laboratorio Flotante en

El Amazonas representa más de la mitad de las selvas

el Amazonas se organizó una reunión con expertos con el ob-

tropicales que quedan en el planeta, y cuenta con la más

jetivo de obtener información general sobre la situación de la

grande y mayor biodiversidad de selva tropical en el mun-

Amazonía así como las principales alternativas y estrategias

do, con un estimado de 390 mil millones de árboles dividi-

de intervención [10].

dos en 16.000 especies [11].

Previa a la reunión se realizó una encuesta donde se identifica-

En contraste, el conocido título de pulmón del planeta es

ron las oportunidades y amenazas más relevantes. Posterior-

cuestionado debido al mayor porcentaje de oxígeno que

mente, se llevó a cabo una reunión presencial con la mayoría

generan los océanos.

de expertos donde se profundizó acerca de los aspectos señalados.

4. RESULTADOS Entre los principales hallazgos de la consulta a expertos podemos mencionar:

4.1 Principales oportunidades de la Amazonía frente al mundo

Figura 6: Biotecnología: Línea I+D+I prioritaria del Fab flotante (2014).

Fuente: Elaboración propia.

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juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

B. Riqueza cultural: Modelos de convivencia sostenible

A. Conservación de los bosques tropicales

con el entorno La contaminación, el narcotráfico, la depredación de Las diversas comunidades nativas amazónicas constitu-

bosques y la reducción de áreas con potencial genético

yen modelos vivos de adaptación sostenible al contexto

causada por la expansión agrícola, la tala indiscriminada

(figura 7). Estas comunidades han construido durante

y la minería ilegal, impactando negativamente en el me-

milenios ciclos de retroalimentación mutua con los flujos

joramiento de las variedades y dan lugar a la extinción de

naturales [4]. Además encierran un conocimiento especia-

especies. (figura 8).

lizado, transmitido por generaciones, sobre las propiedades de los recursos de la Amazonía en diversas aplicacio-

Un modelo informático sobre las posibles consecuencias

nes, especialmente salud y construcción.

del calentamiento global causado por las emisiones de gases de efecto invernadero muestra que, para el 2100 la Amazonía podría convertirse en un territorio insostenible con lluvias muy reducidas y altas temperaturas, lo que conllevaría a una pérdida casi completa de la selva tropical [11].

Figura 7: Ecofabricación: Línea I+D+I prioritaria del Fab Flotante (2014).

Fuente: Fiorella Romaní Vera

C. Riqueza hídrica: El río como territorio Los ríos constituyen el eje fundamental del desarrollo de las comunidades en la Amazonía, no solo por su riqueza biológica o por ser las principales vías de transporte, sino porque existe una relación muy estrecha entre cultura y naturaleza. Los poblados centran sus actividades en la dinámica fluvial donde el agua es un territorio en sí mismo.

La cuenca del río Amazonas sostiene diversas actividades como: escuelas, restaurantes, hospitales, casas, etc. [12].

4.2 Principales desafíos a resolver en la selva ¿Cuáles son los principales desafíos a resolver en la Amazonía?

35 Figura 8: Depredación de Bosques (Iquitos, 2014).

Fuente: Fiorella Romaní Vera.

B. Infraestructura La integración de la selva amazónica al sistema nacional es el segundo aspecto crucial señalado por la mayoría de especialistas para su desarrollo sostenible. En Perú, la selva es el territorio más aislado y excluido del país [13]. ¿Cómo integrarlo al sistema nacional?

% de respuestas

Deberá responderse antes algunas preguntas que inclu-

Deforestación y extinción de especies

45

yan: ¿Cómo será el sistema de transporte en el futuro:

Falta de infraestructura, redes y equipamiento

18

fluvial, aéreo?, ¿Cuáles serán los medios de comunicación

18

de urbanización?, ¿Qué mecanismos de saneamientos y

Desinformación de la población local sobre el adecuado aprovechamiento de sus recursos Desidia de autoridades Narcotráfico

10 9

TOTAL

100

Cuadro 2. Principales desafíos a resolver en la Amazonía.

Fuente: Fab Lab Lima (2014). Fab Flotante Amazonas: encuesta realizada a un grupo de 12 expertos sobre tecnología y/o territorio Amazónico.

que se utilizarán?, ¿Cómo serán las viviendas y la forma generadores de energías serán los adecuados?

Un estudio de la Amazonía peruana al 2021 indica que a pesar de la infraestructura existente, deben mejorar las carreteras de penetración, de modo a que sean permanentemente transitables y seguras. Señala también la necesidad de por lo menos una buena vía de comunicación,

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juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

vial o férrea con el Brasil. Además incide en el desaprove-

significativamente inferiores a la media en Brasil, 32,6%y

chamiento actual de la navegación fluvial, así como en la

34,2% respectivamente (BID, 2013).

baja calidad de la infraestructura aeroportuaria. La selva tiene, asimismo, un grave déficit de infraestructura sanitaria (agua potable, redes de desagüe y plantas de tratamiento de aguas servidas) en todos sus centros urbanos.

(Dourojeanni, Barandiarán & Dourojeanni, 2009).

C. Educación y cultura En el ambito de educación y cultura aún se recalca la idea de conciliar las propuestas técnicas con los principales ac-

Figura 9: Artesanía digital: Línea I+D+I prioritaria del Fab flotante (2014).

tores y beneficiarios (figura 9).

En referencia a la situación de la educación en la Amazonía Peruana, después de la publicación del Informe 152 de la Defensoría del Pueblo la nueva gestión del Minedu (2011-2016) ha planteado una política educativa enfocada a la solución de los problemas encontrados a lo largo en la etapa de supervisión y considerados la causa del fracaso de las políticas educativas anteriores.

Al respecto, son las medidas llevadas a cabo por el Minedu hasta la actualidad: –

Creación de un registro de docentes de EIB

–

Generación de un registro de instituciones de EIB a

36 través de la Resolución Ministerial Nº 008-2012-ED, la cual establece los criterios y procedimientos para identificar, reconocer y registrar dichos instituciones

Fuente: Collage Digital, Fab Lab Lima, 2014.

D. Oportunidades de negocio Es fundamental que las alternativas tecnológicas propuestas desde la fabricación digital [14] y la biotecnología logren fomentar la generación de empleo y la industrialización de un modo ambiental, social, económica e institucionalmente sostenible.

La innovación en los procesos de transformación de los recursos locales deberá darse en la medida que mejore la calidad de vida sin dejar de lado la tradición cultural.

La industria amazónica es esencialmente alimentaria (café, cacao, aceites, jugos, cerveza, conservas de frutas) y maderera. A eso debe sumarse, obviamente, la producción de estupefacientes que no por ilegal deja de ser un motor de la economía, aunque con impactos inesperados debido a las operaciones de “lavado” de dinero mal habi-

–

Producción de material en lengua autóctona y

do. La principal actividad económica productiva, después

bilingüe

de la explotación de hidrocarburos, es la agropecuaria que utiliza una enorme extensión de la selva y que se dis-

–

Normalización de alfabetos de las lenguas autóctonas

tingue, en términos generales, por su carácter extensivo y

mediante la colaboración y participación de los mis-

su bajísima productividad. Por eso, empieza una superfi-

mos nativos, para fortalecer la capacidad lingüística y

cie enorme que, en su mayor parte está semiabandonada

comunicativa de los docentes en el plan oral y escrito

o bajo barbecho. (Dourojeanni, Barandiarán & Dourojean-

(Digeibir, 2013).

ni, 2009).

Si hacemos una comparación con Brasil, según cifras del Ministerio de Educación y del Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (INEP), apenas el 50% de los jóvenes de 16 años concluyeron la enseñanza fundamental en el Estado de Amazonas, comparado con el 63% que es el promedio del país. Adicionalmente, en la prueba Prova Brazil aplicada en 2009, solo el

4.3 ¿DE qUé MANERA CONSIDERA qUE ESTE PROyECTO PODRÍA CONTRIBUIR CON EL DESARROLLO LOCAL y GLOBAL? A. Con la generación de modelos de producción sostenible:

20,8% de los niños de quinto año adquirió los aprendizajes adecuados en matemáticas mientras que únicamente el 25,3 por ciento lo hizo en portugués. Estas cifras son

Mediante proyectos I+D+I que permitan la transformación sostenible de los recursos locales en productos de

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juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

alto valor tecnológico aplicados especialmente a salud

–

Fabricación de módulos de vivienda sostenible [18].

–

Creación de dispositivos para la generación de energía

y nutrición, agua y energía, vivienda y saneamiento. De igual modo, deben estar enfocados en la mejora de la calidad de vida de la población local y el desarrollo de proce-

mediante el uso del caudal de los ríos, las lluvias, bacterias

sos y productos replicables en otros contextos (figura 10).

y algas, biomasa, etc.

Por ejemplo: – –

Desarrollo de biomateriales para impresoras ecológi-

Producción de dispositivos de refrigeración para almacenamiento de alimentos y medicinas.

cos 3D con aplicación en medicina, nutrición, biopolímeros, etc. [15] –

Ecoconstrucción, mediante el desarrollo de viviendas de bajo costo con materiales locales y fabricación digital.

B. Por medio de tecnologías para la conservación y monitoreo de recursos naturales A través de la implementación de laboratorios de análisis y la generación de conocimientos para la reforestación y la reducción de la contaminación mediante el reciclaje y la prevención de la extinción de especies. Ejemplos: –

Banco de germoplasma.

–

Aplicación de TIC e Internet de las cosas [16] para monitoreo en tiempo real de las especies.

–

Información para la toma de decisiones diaria sobre aspectos productivos, educativos, médicos, legales, etc.

C. Con la promoción del desarrollo cultural y empoderamiento tecnológico de las comunidades locales Mediante la innovación de procesos de manufactura local para la mejora de su calidad de vida de estas poblaciones sin desplazar su tradiciones [17]. Ejemplos: –

Integración de tecnologías CNC como soporte de artesanía local.

–

Transformación sostenible de recursos madereros

D. Por el planteamiento de soluciones ante las deficiencias de infraestructura local A través del aprovechamiento de recursos locales para atender problemas de vivienda y saneamiento así como el desarrollo de sistemas de generación de energía limpia y la mejora en las redes de Internet. Ejemplos:

Figura 10: Ficha técnica laboratorio flotante (área total: 550 m2) (2014).

Fuente: Elaboración propia.

5.

CONCLUSIONES

La nueva industria: Fabricación digital + biotecnología + multiculturalidad.

37

El territorio amazónico, uno de los espacios más ricos en diversidad cultural y natural del mundo y, a la vez, uno de los más afectados por el modelo industrial tradicional emerge como el espacio ideal en la búsqueda de estas alternativas.

Tenemos en frente una revolución que transformará la cotidianidad de las personas y un territorio que cuenta con un gran potencial para dar respuesta a estos desafíos, dos oportunidades que bien articuladas generan el ambiente ideal para la creación del laboratorio Fab flotante Amazonas. Este es el espacio propicio para incubar la manufactura del futuro, explorar procesos de fabricación alternativos y fusionar lo más avanzado en fabricación digital con la riqueza en diversidad natural y cultural de la Amazonía.

Los especialistas entrevistados señalaron que existen indicios suficientes para la viabilidad y el alto impacto del desarrollo de tecnologías de fabricación digital y biotecnología en el territorio amazónico. Sin embargo, para lograr la adecuada sostenibilidad del proyecto, la incorporación activa de los diversos actores locales es el factor clave. Ningún tipo de tecnología, por muy avanzada que esta sea, podrá ser desarrollada en la selva si no está articulada con los pobladores locales.

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juArez, B., “Implementación de un laboratorio flotante de fabricación digital en el río Amazonas Fab lab flotante Amazonas”

6.

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Juárez, B. (2008). Lima: patrones de desarrollo. Lima:

7.

ACERCA DEL AUTOR

Centro de Investigación de la Arquitectura y la Ciudad –

[9]

CIAC – PUCP.

Benito Raúl Juárez Vélez

Fab Lab Lima (2013). Fab LaT: encuesta realizada a la

Trabaja por la democratización de la innovación tecnológica

naciente red de Fab Labs de Latinoamérica, marzo-junio

y social en América Latina. Fundador y presidente del Fab Lab

2013. Lima: Fab Lab Lima.

Perú. Actualmente se desempeña como coordinador para Latinoamérica de la Fab Foundation y tutor Fab Academy en el

[10] Fab Lab Lima (2014). Fab Flotante | Amazonas: encuesta

Fab Lab Tecsup, UNI y CALI. Arquitecto graduado en la Univer-

realizada a un grupo de 12 expertos sobre tecnología y/o

sidad Nacional de Ingeniería (Lima, 2003) y en el Fab Academy

territorio Amazónico. Marzo-Abril 2014. Lima:Fab Lab

(Barcelona, 2010).

Lima. Recuperado de https://docs.google.com/a/fablablima.org/forms/d/1eleqhJsJOsCR3glLnEtngNE6U2df91

Original recibido: 14 de abril 2014

wje2ZphuUDUEU/edit

Original aceptado: 23 de mayo 2014

[11] Martino, D. (2007). Deforestación en la Amazonía: principales factores de presión y perspectivas. Montevideo: Centro Latino Americano de Ecología Social-CLAES. Re-

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Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial System design for Monitoring and Tracking Parameters of an Administrative and Industrial Network Mauricio Surco, Tecsup

Resumen

son utilizados en la actividad industrial para comunicar a los controladores con sus periféricos o para propósitos de con-

El presente trabajo hace referencia al uso de herramientas de

figuración y monitoreo. Por ello, los fabricantes de equipos

monitoreo de la red IP en equipos industriales.

industriales como PLC incorporan en sus productos módulos de expansión que permitan la comunicación con las redes de

Lo que se busca es un proceso por el cual sea posible adqui-

datos. En un principio, dichas comunicaciones se realizaban a

rir información sobre el estado de los equipos informáticos e

través de protocolos propietarios, pero la necesidad de estan-

industriales para gestionar su funcionamiento y rendimiento,

darización ha llevado a la aparición de redes como Profibus,

así como obtener parámetros que permitan analizar el estado

que permite la comunicación solo entre elementos a redes

de los equipos, evitar fallas y mejorar su eficacia y eficiencia.

industriales, o Ethernet, que usa TCP/IP, y permite la comuni-

39

cación entre todos los elementos dentro de una red interna o

Abstract

externa.

This paper refers to the use of tools monitoring IP networks in

El utilizar componentes estándar, como Ethernet en la red con-

industrial equipment.

trol e información de la industria, trae grandes ventajas. Entre las más importantes, disminución en el costo de los equipos,

We look for a process that gives us information about compu-

mejor disponibilidad de la operación, mayor almacenamiento

ter and industrial equipment status in order to manage their

y extracción de datos de sensores, optimización del consumo

operation and performance. Parameters obtained will be used

de energía, el tiempo de respuesta no se afectado por fallas en

to analyze the conditions of the equipment in order to prevent

los dispositivos serie y mayor convergencia entre los servicios

failures and to improve their effectiveness and efficiency.

que existen.

Palabras clave

El paso de la red industrial a equipos Ethernet incrementa su complejidad. Cuando se vuelve compleja una red surge la ne-

Integración, Nagios, TCP/IP, SNMP, TRAPS, OPC, VLAN, PLC.

cesidad de gestionarla con el fin de monitorearla y controlar cualquier incidente.

Key words La gestión de las redes Ethernet se realizan a través del protoIntegration, Nagios, TCP/IP, SNMP, TRAPS, OPC, VLAN, PLC.

colo estándar SNMP (Simple Network Management Protocol, Protocolo Administración Simple de Red) que permite gestio-

INTRODUCCIÓN

nar varios equipos de forma simultánea. Para ello se necesita

Los equipos de comunicación, muy utilizados en las redes de

de administración, si algunos dispositivos no cuentan con este

datos para entornos empresariales (router, switch, etc), ahora

agente instalado, tendrán que valerse de un servidor proxy

tener instalado un agente que envíe información al servidor

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SURCO, M., “Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial”

que sirva como intermediario entre el dispositivo a monitorear

libre para realizar tareas de monitoreo, lo cual permitirá perso-

y el servidor de administración.

nalizarlo y enviar alertas, en el caso de un incidente.

La figura 1 muestra los dos posibles esquemas.

FUNDAMENTOS Como se mencionó en la introducción, cuando la red de una empresa adquiere cierta complejidad necesita ser gestionada, eso implica monitorear y controlar los recursos con los que se cuenta para evitar que funcione incorrectamente o se degraden sus prestaciones.

Para colgar los equipos industriales a la red corporativa a fin de ser gestionados, se puede realizar a través de dos métodos: •

Agente de red incorporado. Este método podría afectar el tiempo de ciclo del autómata [1], que está compuesto por la suma del tiempo de ejecución del programa agente y del tiempo de ejecución de otros programas cargados como se muestra en la ecuación (1). La suma total no puede ser mayor al tiempo de ciclo máximo esperado por

Figura 1: Componentes de una red gestionada con SNMP.

el proceso de control, según un estudio realizado[1]. Este

Fuente: Elaboración propia.

tiempo se puede incrementar en el rango de [4,5 ms a 6 ms] para la consulta del estado del PLC y 6ms para el envió

Por otro lado, el tráfico de la red industrial y de la corporativa

de una alerta o traps.

no podrían convivir en el mismo entorno debido a:

40

•

Tciclo = Totros + Tagente

Problemas de seguridad. Exponer los equipos industriales a usuario comunes o software malicioso podría ocasionar

A pesar de que el tiempo de incremento depende de mu-

que por error uno de ellos haga caer algún controlador

chos factores, puede resultar excesivo y muy riesgoso para

que maneja la planta.

•

los ingenieros de control, por lo que en este trabajo descartamos esta opción.

Problemas de excesivo tráfico innecesario. Las redes Ethernet generan este tráfico innecesario como el broadcast (ARP o NetBIOS Name Service) o multicast, el cual podría hacer lenta la red.

Para resolver estos problemas tendrían que utilizarse el mismo equipo físico, pero con separación lógica, según la descripción de las VLAN (Virtual LAN, red de área local virtual), que es un método para crear redes lógicas independientes dentro de una misma red física.

En este trabajo se aborda la forma de conectar un PLC que dispone de un módulo de comunicación TCP/IP, pero que no cuenta con las capacidades de gestión de SNMP. La conexión se realizará a través de un proxy SNMP con el fin de gestionar remotamente los equipos industriales y corporativos. Se integrará el PLC a la red corporativa para separarlos lógicamente a través de VLAN. Adicionalmente, se buscará utilizar herramientas de software

(1)

•

Utiliza el servidor proxy SNMP. Esta alternativa utiliza un equipo intermedio como acceso a la información de gestión del PLC. La ventaja es que el proxy al solicitar información del PLC en su idioma, no origina una carga en su procesamiento.

El presente estudio utiliza el agente SNMP para OPC de Matrikon, que simplifica la integración del hardware de control para la automatización en cualquier sistema de administracion de Red [7].

OPC (OLE for Process Control, OLE para control de procesos) [2], es una tecnología diseñada para comunicar aplicaciones, un estándar para la interconexión de sistemas basados en el SO Windows y hardware de control de procesos. Prácticamente todos los controladores, de distintos fabricantes, ya implementan un driver para que el OPC pueda leer su información y publicar a gestores como SNMP.

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SURCO, M., “Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial”

Además, para unir la red industrial con la corporativa se ne-

La denominación que se le dio a cada VLAN fue por el tipo de

cesita afrontar ciertos problemas de seguridad. La norma IEEE

usuario que tendría; es decir, la educativa para los estudiantes,

1402-2000, Guide for Electric Power Substation Physical and

mientras que, la administrativa, constaría de equipos como

Electronic Security [2], ya contempla los riegos informáticos

servidores, switchs, routers y equipos de usuarios administra-

como problemas comunes de los equipos de control y moni-

tivos; a diferencia de la industrial conformada solo por equipos

toreo, y hace hincapié en la necesidad de aplicar sistemas de

de esta área como PLC y módulos, los cuales pueden ser en-

seguridad para impedir las intrusiones de tipo electrónico.

contrados en los laboratorios respectivos.

Por ello, se debe emplear una red segura que separe el tráfico

La comunicación entre de las VLAN está centralizada en el

de datos comunes del industrial a través de VLAN, el cual pue-

switch de capa 3. Esto permite que el tráfico entre las distintas

de ser unido a través de políticas de acceso que proporcionen

redes sea filtrado según se requiera, y en este caso, que solo el

un Firewall o ACL de un switch de capa 3 como lo muestra la

tráfico de monitoreo pueda salir de la red industrial e ingresar

figura 2.

la red administrativa.

Se optó por usar una red de clase B, ya que brinda un rango razonable de direcciones IP (65534), por lo tanto al subnetear esta red en 4 subredes se obtiene un número suficiente para permitir un crecimiento a la empresa. Las direcciones IP asignadas son las siguientes (ver figura 3):

41 Figura 2: Diagrama de red.

Fuente: Elaboración propia.

Como muestra el esquema, los switch, que están más cerca de los equipos industriales son de capa 2. Estos permiten gestionar cuando el PLC pierde la conexión de red.

METODOLOGÍA

Figura 3: Asignación de direcciones IP. Fuente: Elaboración propia.

Se recreó un entorno empresarial para realizar las pruebas respectivas como lo muestra la figura 2.

En ella se observa una separación de tráfico a través de VLAN. En la parte superior utiliza un router o un Firewall que proporcionaría la salida hacia Internet; para ello, se direcciona el tráfico proveniente del switch de capa 3 por la interfaz Giga Ethernet 0/0.

La parte inferior de la red muestra que el tráfico está separado por tres distintas VLAN y se han distribuido tres rangos distintos de una red subneteada. En este caso, la empresa es TECSUP y está conformada por una red educativa, una administrativa

Configuración de los equipos PC para ser gestionados En los clientes Windows de cualquier versión se ingresa a: Inicio/Panel de control/Desinstalar un programa/Activar o desactivar las características de Windows/Protocolo simple de administración de redes (SNMP) (ver figura 4). [3] Se procede a seleccionar “aceptar” y se instalará el protocolo requerido.

y una red industrial.

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SURCO, M., “Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial”

el PLC y este, a través de un enlace Ethernet, con el servidor OPC. El servidor OPC es el software Matrikon OPC Client for ODBC, el cual permite utilizar cualquier base de datos estándar ODBC para almacenar los datos de dicho servidor. En el presente estudio es Microsoft Access (ver figura 7).

Figura 4: Características de Windows.

Fuente: Activar o desactivar las características de Windows.

Para permitir que los traps envíen información sobre el estado de la interfaz se ingresan los comandos que muestra la figura 5:

Figura 7: Comunicación en equipos industriales.

Fuente: Elaboración propia.

42

Figura 5: Comando para el estado de la interfaz.

Para que el servidor OPC pueda obtener los tags, al realizar el

Fuente: Elaboración propia.

proceso en el ladder del PLC debe crear un identificador para cada paso, el cual será tomado como un tag, y será visible en

Adicionalmente, en cada equipo de comunicación se ingresa

el entorno web de Nagios al momento de monitorearlo (ver

los comandos de la figura 6.

figura 8).

Figura 6: Comandos para habilitar SNMP. Fuente: Elaboración propia.

Estos permiten activar el servicio SNMP, habilitar los traps y determinar el host encargado de recibir los traps.

En el caso de los equipos industriales, la configuración se centraliza directamente con un PLC, equipo que recibe las señales de voltaje de los módulos monitoreados, internamente, por un protocolo propietario e interpretado para que pueda pasar a través de la red Ethernet.

La comunicación industrial está estructurada como se muestra

Figura 8: Identificador del ladder.

Fuente: Elaboración propia.

¿Por qué usar Nagios para monitorear?

Nagios es un sistema de monitorización de redes de código abierto, ampliamente utilizado que vigila los equipos (hardware) y servicio (software) que se especifiquen, y alerta cuando el comportamiento de los mismos no es el deseado [3].

Se trata de un software que proporciona gran versatilidad para consultar prácticamente cualquier parámetro de interés de

en la figura 7. El módulo de entrenamiento está conectado con

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SURCO, M., “Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial”

un sistema y genera alertas que pueden ser recibidas por los

•

Service definitions (ver figura 15)

responsables correspondientes, en este caso mensajes SMS, cuando los parámetros exceden de los márgenes definidos por el administrador de la red.

Nagios trabaja en plataformas Linux, un sistema operativo de código libre.

Figura 13: Host group definition.

¿Cómo configurar Nagios para que reconozca los equipos monitoreados?

Fuente: Elaboración propia.

En primer lugar, se crea un archivo con el nombre del equipo que vamos a monitorear en la ubicación correcta.

Figura 9: Creación de equipo a monitorear.

Fuente: Elaboración propia.

Luego, se editan los archivos de configuración de Nagios para informar de la creación de este equipo. El archivo se ubica en

Figura 14: Host definition.

la siguiente ruta:

Fuente: Elaboración propia.

Figura 10: Ubicación del archivo de configuración de Nagios.

43

Fuente: Elaboración propia.

A este archivo debemos aumentar debajo de la siguiente línea.

Figura 11: Archivo de configuración de Nagios.

Figura 15: Service definitions.

Fuente: Elaboración propia.

Fuente: Elaboración propia.

El nombre del archivo creado.

En el caso de los equipos Windows se instala un agente para que Nagios pueda recoger la información que se requiera por el administrador, en este caso usaremos como agente el software llamado NSClient++.

Figura 12: Archivo de configuración de Nagios.

Fuente: Elaboración propia.

Luego se procede a crear el archivo con el nombre del equipo a monitorear.

Una vez realizado pasamos a configurar el archivo antes creado para monitorearlo correctamente. Dentro de este archivo tenemos que configurar tres partes, las cuales son: Figura 16: Creación del equipo a monitorear.

•

Host definition (ver figura 13)

•

Host group definition (ver figura 14)

Fuente: Elaboración propia.

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SURCO, M., “Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial”

es decir, la base de datos de Microsoft Access encargada de los datos del OPC server tendría que estar sincronizada a una base de datos MySQL, para brindar la información obtenida a Nagios (ver figura 20).

Figura 17: Host group definition.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 20: Sincronización de bases de datos.

Fuente: Elaboración propia.

Dentro del código de Nagios se utiliza consulta de tipo PHP para obtener información de la base de datos. Para ello se emplea AJAX, que actualiza los datos sin actualizar la página.

Figura 18: Host definition.

AJAX es una técnica de desarrollo web para crear aplicaciones

Fuente: Elaboración propia.

interactivas o RIA (Rich Internet Applications). Estas aplicaciones se ejecutan en los navegadores de los usuarios mientras se

Debido a que Nagios trabaja en un entorno Web es posible

mantiene la comunicación asíncrona con el servidor en segun-

que el administrador de la red publique el servicio y pueda

do plano. De esta forma es posible realizar cambios sobre las

ser accedido desde cualquier ubicación, con acceso a una co-

páginas sin recargarlas, mejorando la interactividad, velocidad

nexión a Internet (ver figura 19).

y usabilidad en las aplicaciones.

Esta técnica permite ver en tiempo real la actualización del es-

44

tado del módulo.

Esto quiere decir que, mientras el sensor envía la cantidad de agua que se encuentra en el tanque a la base de datos, esta información va a ser visualizada en la página web en tiempo real, sin que el administrador tenga que actualizar dicha página web (ver figura 21).

Figura 19: Nagios Fuente: Elaboración propia

¿Cómo recibe Nagios la información?

Nagios corre en un sistema operativo Linux, mientras que el servidor OPC, que envía la información de los equipos industriales, trabaja en un sistema operativo Windows.

Esto obliga a realizar una sincronización entre dos bases de datos para trabajar en el sistema operativo que requiere Nagios;

Figura 22: Sincronización de la información.

Fuente: Elaboración propia.

¿Cómo se enviaran alertas vía SMS? A través de un modem GSM se redireccionan los mensajes de alerta que lleguen al gestor SNMP hacia un dispositivo móvil.

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SURCO, M., “Diseño de un sistema de monitoreo y seguimiento de parámetros de la red administrativa e industrial”

Esta herramienta permite interactuar con un modem GSM, a

evitará la presencia de personal las 24 horas en el área de

través del puerto paralelo, al leer y escribir mensajes del mismo.

monitoreo.

Cuando un trap llega de algún agente al gestor SNMP, el com-

REFERENCIAS

ponente SNMPTrapd envía el paquete a SNMPTT para que lo catalogue y almacene en la base de datos. Un cron, cada 2 mi-

[1]

Muñoz, P., Palaus, C., Guerri, J., & Esteve, M. (Ed.) (2002).

nutos analiza si existe algún paquete por enviar a través de un

Sistema de gestión de PLCs basado en SNMP. Valencia:

script. En caso de encontrarse en cola es enviado a través de

CEA.

Gnokii, como lo muestra la figura 22: [2]

Rodriguez,

P.

(2007).

Sistemas SCADA

(2a.

ed).

(s.l.):Alfaomega Grupo Editor.

[3]

Schubert, M. Bennett, D., & Gines, J. (2008). Nagios 3 Enterprise Network Monitoring: Including Plug-Ins and Hardware Devices. Burlington: Syngress.

[4]

Mauro, D., & Schmidt, K. (2005). Essential SNMP. Sebastopol: Reilly Media.

[5] Domingo, J., Gamiz, J., Grau, A., & Martínez, H. (2003).

Introducción a los autómatas programables. Catalunya:

Figura 22: Esquema de comunicación GSM.

Universitat Oberta de Catalunya-UOC.

Fuente: Elaboración propia.

RESULTADOS

[6]

CISCO System (2006). CISCO IOS Configuration Fundamentals Configuration Guide. San José: Cisco Guide.

Las redes corporativas e industriales pueden interactuar entre ellas al compartir información y servicios.

[7]

MatrikonOPC. (2014) Recuperado de https://www.ma-

45

trikonopc.es/drivers/ opc-snmp-agent.aspx Los equipos industriales pueden ser gestionados a través del networking sin ocasionar problemas en los mismos.

ACERCA DEL AUTOR

El networking en las redes industriales es muy importante, ya que

Mauricio Surco Valenzuela

proporciona seguridad y confiabilidad en los datos enviados.

Profesional en Redes y Comunicaciones de Datos Tecsup AreLa gestión de red permite tener una red confiable.

quipa, con estudios de Maestría en Tecnologías de la Informa-

CONCLUSIONES

Madrid (Cepade). Se desempeñó por 9 años como consultor

ción Aplicadas a la Empresa en la Universidad Politécnica de en el desarrollo de sistemas para el área de Proyectos de Tec•

La implementación de un sistema de monitoreo continuo

sup, y elaboró proyectos para importantes empresas mineras.

en un red integrada de equipos informáticos e industriales ayuda a la administración de los activos de nuestra em-

Actualmente es docente del área de Redes y Comunicación

presa.

de Datos, a cargo de los cursos de redes inalámbricas, configuración de PBX hibridas, configuración avanzada de switches

•

Es necesario invertir en hardware y software que reciban

y routers. Posee certificación Microsoft MCTS (NetFramework,

señales de los equipos industriales y las interpreten en un

WebApplication), Elastix Certified Engineer (VoIP), Certified

red TCP/IP.

Ethical Hacking, Cobit, VMware Certified Professional Data Center Virtualization y Fluke Airmagnet.

•

Si se implementa un servicio de envió de mensajes de texto al presentarse una alerta en el sistema de monitoreo se

Original recibido: 15 de abril 2014 Aceptado para publicación: 19 de mayo 2014

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Estrategias de desarrollo de software y su impacto en empresas del sector Software Development Approaches and their Impacts on Software Factories Gabriel Morales, CosapiSoft / David Rodríguez, Tecsup

Resumen

knowledge or by the large investment required to their implementation. The most commonly used strategy is the tradi-

En el presente artículo se detallan las estrategias de desarrollo

tional development, with high degree of specialization of the

de software más conocidas en el mercado con el objetivo de

staff.

evaluar su impacto y posible adopción por parte de empresas ubicadas en la ciudad de Lima. La identificación de estas estra-

Palabras claves

tegias se realizó a partir de una revisión de la literatura en la que diversos autores describen sus características particulares.

Fábricas, software, desarrollo, software, generación, código,

Dichas estrategias son: desarrollo tradicional, generación de

reutilización, componentes, líneas, producto.

código automático, reutilización, líneas de producto software y desarrollo con herramientas específicas.

Key words

La metodología empleada contempla una serie de entrevistas

Software, enterprises, development, approaches, code, gene-

a expertos, tanto a líderes de fábricas de software, como a in-

ration, reutilization components, product, lines.

vestigadores en la ingeniería de software.

47

INTRODUCCIÓN

Los resultados obtenidos muestran que las estrategias de desarrollo no son empleadas en su totalidad por los entrevista-

Existen en la actualidad estrategias de desarrollo de software

dos, sea por desconocimiento o por el nivel de inversión que

que son utilizadas por las fábricas de software para medir su

demanda su utilización. La más utilizada es el desarrollo tradi-

productividad. Dichas fábricas se definen como centros de

cional con una alta especialización del personal.

trabajo dedicados al desarrollo de software que abordan esta actividad como un proceso industrial, definible, repetible y

Abstract

medible en un entorno de alta productividad (Acosta, 2010).

This article presents the best known software development

Los modelos de empresas de software definen estrategias de

approaches on the market, in order to assess their impact and

desarrollo para organizarla con un nivel considerable de es-

application by companies located in Lima city. The identifica-

pecialización, formalización y estandarización de procesos. El

tion of these approaches was based on the literature review,

problema es que su uso aún no es generalizado en empresas

in which authors describe the specific characteristics of each

del sector por diversos motivos como desconocimiento de los

strategy. These strategies include: traditional development,

beneficios, falta de procedimientos para su implantación o el

automatic code generation, reutilization, software product li-

impacto en los resultados.

nes and development with specific tools.

En ese sentido, las estrategias de desarrollo de software busThe methodology used in this research includes interviews

can establecer un entorno para la elaboración económica de

with experts, software enterprises managers and software en-

software, y reducir en lo posible errores durante el proceso. Es

gineering researchers.

importante que estas estrategias permitan medir y controlar la productividad y calidad, además de mantener registros finan-

Results show that not all of these software development ap-

cieros para costos y planificación.

proaches are applied by the respondents, either by lack of Invest. Apl. Innov. 8, 2014

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MorAles, G., rodríGuez, d., “estrategias de desarrollo de software y su impacto en empresas del sector”

El objetivo del estudio es presentar los resultados de este aná-

mático. MDA es promovida por el Object Management Group,

lisis y aportar a la toma de decisiones respecto a las estrategias

consorcio conformado por empresas importantes como IBM,

de desarrollo de software.

HP, Borland, entre otras. MDA ofrece un conjunto de librerías para distintos lenguajes de programación que permiten la ge-

FUNDAMENTOS

neración de código a partir de modelos.

Destacados autores han presentado en sus estudios las estra-

Reutilización. Basili (1989) planteó un modelo de fábrica de

tegias de desarrollo de software más aceptadas en el mercado.

software que potenciaba la reutilización, al organizar el trabajo en dos equipos. El primero para la organización del proyec-

Piattini (2010) explica las buenas prácticas a considerar en las

to, y el segundo, para las actividades de aprendizaje y transfe-

fábricas de software, una de ellas es definir la estrategia de de-

rencia tecnológica.

sarrollo. Muñoz (2010) considera que las fábricas de software se deben centrar en el desarrollo de sistemas similares que promueven la reutilización de arquitecturas, componentes de software y conocimiento. Greenfield (2004) explica una propuesta para el desarrollo dirigido por modelos. Asimismo, Clements (2001) define el concepto de líneas de producto software como una estrategia. La reutilización es la técnica que siempre está presente como una buena práctica y desde las primeras fábricas, en los años 80 (Mahoney, 2004 y Cusumano, 1989).

Estrategias de desarrollo Desarrollo tradicional. Esta estrategia considera que cada producto de software se desarrolla con independencia del

48

resto. Cuando el software es a medida, o es un software muy especializado o personalizado a un negocio, entonces el desarrollo es, generalmente, a medida. La reutilización no está formalizada, pero sí se practica. Esta estrategia considera mantener al personal altamente especializado en algún aspecto específico del desarrollo como son los diseñadores de interfaces de usuario, desarrollares móviles, desarrolladores de servicios web, especialistas en control de calidad, arquitectos y especialistas de pruebas de software.

Figura 1: Modelo de fábrica de experiencia (Basili, 1989)

Líneas de Producto de Software. Griss (1993) menciona que la reutilización no consiste en mantener una biblioteca de código fuente (para emplear la metáfora de una biblioteca de libros) sino, más bien, se tienen que desarrollar familias de soluciones relacionadas. Para ello, sugiere organizar dos líneas de trabajo: una construir a las partes que trabajan juntas y optimizar la producción de componentes, y la otra utiliza (ensamblar) las partes.

Generación de código automático. Esto considera que el desarrollo es dirigido por modelos y la programación es generativa. La propuesta es utilizar modelos de desarrollo a partir de los cuales se genera el código fuente. Para ello, se trabaja en dos perspectivas: la primera, el dominio del problema, que trata los aspectos relativos al dominio del sistema; y la segunda, el dominio de la solución, se ocupa de los aspectos relativos a la tecnología de software para implementarlos.

Piattini (2010) indica que esta estrategia está basada en la separación conceptual entre la especificación funcional de un sistema y su implementación.

Figura 2: Modelo de fábrica basada en la reutilización (Griss, 1993)

La estrategia Model Driven Architecture, conocida por sus

Li (2001) describe un modelo de fábrica de software basado en

siglas MDA, usa este enfoque de generación de código auto-

líneas de producto, que tiene dos equipos: el primero, orien-

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MorAles, G., rodríGuez, d., “estrategias de desarrollo de software y su impacto en empresas del sector”

tado a los elementos estáticos que se encarga de diseñar e

el ciclo de desarrollo de software: modelado de negocio, re-

implementar las líneas de productos, y el segundo dirigido a

querimientos, análisis y diseño, implementación, pruebas y

los elementos dinámicos, se encarga de ensamblar las piezas

despliegue. Como las fábricas de software están especializa-

que fabrica el equipo uno y produce el software a medida del

das en la implementación y pruebas, estas herramientas CASE

cliente.

proporcionan funcionalidades para generar código fuente a partir del análisis y diseño.

En resumen, las estrategias de desarrollo permiten que el desarrollo de software sea una actividad repetible y medible, que optimizan el tiempo y los costos.

METODOLOGÍA En la primera etapa de este artículo se plantea un problema que se busca resolver. Luego, se presenta un marco teórico sobre las estrategias de desarrollo de software. El artículo pretende esclarecer dos preguntas: –

por las empresas de software en nuestro medio?

Figura 3: Modelo de fábrica de software (Li, 2001)

Greenfield (2004) define a las empresas de software como una

¿Qué estrategias de desarrollo de software son utilizadas

–

¿Qué impacto tiene el uso de las estrategias de desarrollo

línea de productos de software que configuran herramientas

de software en los resultados de las empresas dedicadas a

extensibles, procesos y contenido para automatizar el desa-

esta actividad?

rrollo y mantenimiento de variantes de un producto arquetipo mediante la adaptación, ensamblaje y configuración de

La muestra utilizada para la investigación ha tenido como ob-

componentes basados en frameworks. Greenfield plantea el

jetivo seleccionar expertos que trabajen en fábricas de soft-

empleo de activos fijos y la organización del trabajo en dos

ware de nuestro medio, así como investigadores en ingeniería

equipos:

de software, para que tengamos una muestra representativa

49

de la población: –

Óscar Saco, Delivery Center Manager (IBM)

–

Juan Díaz, gerente de proyectos (Sonda del Perú S.A.)

–

Augusto Martínez, gerente de cuenta (TeamSoft)

–

Manuel Castro, delegado en Perú (Ayesa Tecnología Sadiel)

–

Alexander Pacaya, gerente de TI (TISI Soluciones Integrales)

Figura 4: Modelo de fábrica de software (Greenfield, 2004)

–

Manuel Bazán, CEO (Agiland)

Desarrollo con herramientas específicas. Las empresas ba-

–

Alfredo Taboada, director ejecutivo (Cámara de Comercio

sadas en herramientas específicas eligen herramientas asisti-

de Lima)

das por computadora conocidas en inglés por sus siglas CASE (Computer Aided Software Engineering) de algún fabricante

–

María Esther Grados, CIO (Choucar Testing Perú S.A.C.)

–

José Robles, profesor (ESAN)

en particular y se especializan en su uso para la producción de software. Hoy en día, las herramientas CASE cubren todo

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MorAles, G., rodríGuez, d., “estrategias de desarrollo de software y su impacto en empresas del sector”

–

Luis Madrid, gerente general (ExecuPlan)

El segundo se relaciona con el impacto que tienen las estrategias de desarrollo en las empresas:

–

Gabriel Morales, gerente de Unidad de Desarrollo de Software (CosapiSoft)

–

La mayoría de ellas mantiene el desarrollo tradicional, es decir, desarrollan cada producto software con indepen-

La recolección de datos se realizó a través de una entrevista

dencia del resto, y la reutilización es oportunista. Las em-

que consideró las siguientes preguntas abiertas:

presas logran buenos resultados debido a que su personal está altamente especializado en roles (analistas técnicos,

–

¿Qué estrategias de desarrollo de software utilizan en su

analistas funcionales, desarrolladores web, desarrollado-

empresa? (Desarrollo tradicional, generación de código

res móviles, diseñadores, arquitectos, entre otros).

automático, reutilización, líneas de producto software, desarrollo con herramientas específicas, otra) –

–

la producción de software debe hacerse basadas en una línea de productos y dividir su equipo en dos grupos: el

Respecto a las personas que trabajan en su empresa, ¿es-

primero para el desarrollo de componentes de software y

tán especializados concretamente por roles de trabajo

el segundo para el ensamblaje de los mismos.

(jefes de proyecto, arquitectos, desarrolladores, analistas de sistemas, analistas funcionales, entre otros) o tienen un

El estudio muestra que hay empresas que consideran que

–

enfoque de personal multidisciplinario?

El estudio muestra que algunas empresas tienen una estrategia de reutilización establecida formalmente. Para lograrlo se mantiene también dos equipos de trabajo: uno

–

¿Cuál ha sido la evolución de su empresa desde que eligie-

para el proyecto y el otro para los elementos reutilizables.

ron la(s) estrategia(s) de desarrollo de software que utilizan actualmente?

–

El estudio muestra que las empresas encuestadas no utilizan herramientas de generación de código automático.

RESULTADOS

Algunos entrevistados mencionaron que conocían herramientas de generación, pero que no las utilizaban por los

50

El primero es sobre el porcentaje de uso de las estrategias de

altos cotos de las licencias y la capacitación de su personal

desarrollo de software. Se observa que la estrategia de desa-

para el uso de esas tecnologías. Tampoco hay mucha ex-

rrollo tradicional es la más utilizada. En cambio, la generación

periencia local que demuestre el éxito de esta estrategia.

de código automático no es utilizada aún por ninguna de las empresas de la muestra.

–

El estudio indica que solo una empresa consideraba que la especialización en algunas herramientas comerciales para el desarrollo de software le daba cierta ventaja frente a su competencia. Sin embargo, algunos entrevistados mencionaron que habían pasado por la experiencia de especialización en herramientas comerciales existentes en el mercado, y que no había sido exitosa, pues no cubrieron sus expectativas ni la inversión.

CONCLUSIONES Diversos autores coinciden en que las estrategias de desarrollo de software más difundidas son desarrollo tradicional, generación de código automático, reutilización, líneas de producto software y desarrollo con herramientas específicas.

Los resultados obtenidos demuestran que estas estrategias de desarrollo no son conocidas en su totalidad por la muestra de entrevistados, principalmente la de desarrollo mediante herramientas de generación de código, que es casi desconocida en nuestro medio, por la poca disponibilidad de herramientas Figura 5: Uso de estrategias de desarrollo según la muestra encuestada.

que facilita su utilización.

Fuente: Elaboración propia

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MorAles, G., rodríGuez, d., “estrategias de desarrollo de software y su impacto en empresas del sector”

Los entrevistados de este estudio saben de los beneficios de

[6]

Cusumano, M. (1992). Shifting Economies: From Craft

la reutilización, pero sigue siendo una estrategia que se usa

Production to Flexible Systems and Software Factories.

de manera oportunista y no planificada. La mayoría de los en-

Massachusetts Institute of Technology Sloan School of

trevistados considera que los costos de mantener un equipo

Management. Recuperado de http://dspace.mit.edu/

de trabajo dedicado solo a los componentes reutilizables son

bitstream/handle/1721.1/2367/SWP-3325-24663534.

todavía muy elevados para el nivel de proyectos que manejan.

pdf?sequence=1

Además, son conscientes de la imposibilidad de lograr algún beneficio a partir del primer producto de software.

[7]

Basili, V. (1989). Software Engineering Laboratory

El desarrollo tradicional con alta especialización del personal

[8]

Griss, M. (1993). Software Reuse: From Library to Factory.

es la estrategia más utilizada por los entrevistados. El mercado

IBM SystemsJournal, 1-20. Recuperado de http://www.

local aún no es lo suficientemente grande como para invertir

hpl.hp.com/techreports/93/HPL-93-67.pdf

en líneas de producto, pues saben que el retorno de inversión ocurre recién después del tercer producto.

[9]

Li, C., Li, H., & Li, M. (2001). A Software Factory Model Based on ISO 9000 and CMM for Chinese Small Organizations.

Un común denominador entre las estrategias de generación

Washintong: IEEE Computer Society, pp. 288-292.

de código automático, reutilización y líneas de producto software es que requieren dos equipos de trabajo en paralelo: el

ACERCA DE LOS AUTORES

primero es el que trabaja en los elementos estáticos y reutilizables; y el segundo, es el que atiende el proyecto para un clien-

Gabriel Morales Cribilleros

te específico. Esto demanda más inversión inicial por parte de las fábricas de software, pero los estudios demuestran que el

Gerente de Unidad de Desarrollo de Software de CosapiSoft.

retorno de dicha inversión se dará cuando se desarrollen más

Ha gestionado más de 100 proyectos de desarrollo de soft-

productos de software con la estrategia elegida.

ware. Tiene más de 15 años de experiencia en la industria del

REFERENCIAS

software. Maestrías en Dirección de Tecnologías de Información, en ESAN, en Gestión de las Tecnologías de la Información, en la Universidad Ramon Llull – La Salle (Barcelona - Espa-

[1]

Piattini, M., & Garzas, J. (2010). Fábricas de software: Ex-

ña). Ingeniero Informático de la Pontificia Universidad Católica

periencias, tecnología y organización (2a. ed.) . (s. l.): Ra-

del Perú.

51

Ma Editorial.

David Rodríguez Condezo [2]

Muñoz, J., &

Pelechano, V. (2010). MDA vs factorías de

software. Valencia: Universidad Politécnica de Valencia.

Ingeniero de Sistemas de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas UPC. Maestrías en Gestión de las Tecnologías de la

[3]

Greenfiled, J. (2004). Software Factories: Assembling Appli-

Información en la Universidad Ramon Llull – La Salle (Barcelo-

cations with Patterns, Models, Frameworks and Tools. Re-

na - España), en Dirección de Tecnologías de Información en

cuperado de http://msdn.microsoft.com/en-us/library/

ESAN. Profesional técnico titulado en Redes y Comunicaciones

ms954811.aspx

de Datos por Tecsup. Ha participado en proyectos de desarrollo de software por más de 12 años, en los que ha desempeña-

[4]

Clements, P., & Northrop, L.(2001). Software Product Lines:

do diferentes roles. Amplia experiencia en gestión de proyec-

Practices and Patterns. (s.l.) : Addison-Wesley Professional.

tos de software y más de siete años en docencia en educación superior.

[5]

Mahoney, M. (2004). Finding a History for Software Engineering. IEEE Annals of the History of Computing, 26 (1),

Original recibido: 16 de abril 2014

8-19.

Aceptado para publicación: 29 de mayo 2014

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Bioacumulación de cobre en frijol Bioaccumulation of Cooper in beans Elvis Contreras, Repsol / Hernán Zapata, Tecsup

Resumen

the canario beans it was found in greater amounts in the root, 233,09 mg Cu/kg.

El presente trabajo evalúa la bioacumulación del ion cobre en tres especies distintas de frijol: panamito, canario y casti-

Palabras clave

lla. Los resultados serían de utilidad en ingeniería ambiental para, por ejemplo, la remediación de suelos contaminados por la industria minera o para reducir pasivos ambientales dejados también por la minería. Para esta investigación primero

Bioacumulación, fitorremediación, frijol, bioabsorción.

Key words

se determinó la concentración máxima de cobre que estas plantas podrían soportar. Luego se preparó un suelo con dicha concentración, se agregaron nutrientes y se sembraron dichas especies vegetales. Finalmente se cosecharon después

Bioaccumulation, phytoremediation, beans, biosorption.

INTRODUCCIÓN

de aproximadamente un mes y, por último, se dividieron y a las plantas se las separó en sus constituyentes individuales: hojas,

El desarrollo de actividades industriales y mineras ha contri-

raíces y tallos, para determinar la concentración de cobre que

buido cada vez más a la generación de residuos con metales

habían bioacumulado en cada una de las partes. La cuantifi-

pesados como por ejemplo el cobre, que de una u otra ma-

cación del cobre se realizó por espectroscopía de absorción

nera llegan a los suelos, afecta a las plantas, aunque algunas

atómica. Los resultados mostraron que el frijol castilla bioacu-

logran asimilarlos. Si sobre el suelo contaminado se sembraran

muló más en el tallo, 400,56 mgCu/kg, mientras que el frijol

plantas de consumo doméstico o uso industrial, estas podrían

canario lo concentró más en la raíz, 233,09 mg Cu/kg.

concentrar los metales pesados en sus partes utilizadas co-

53

mercialmente y, por ende, afectar la salud del ser humano y los

Abstract

animales domésticos

This paper assess the bioaccumulation of copper ion in three

En el presente trabajo evaluaremos la posibilidad de solucio-

different species of beans: panamito Canario and Castilla.

nar la contaminación originada por cobre, mediante el uso de

The results would be useful in environmental engineering for

plantas que tienen la propiedad de bioacumular dicho metal.

example for the remediation of contaminated soils, generated

Trabajamos con tres especies distintas de frijol, ya que tienen

by the mining industry and also to reduce the environmental

rápido crecimiento. Primero, se determinó la concentración de

damages produced by this industry. First, the maximun con-

dicho metal en las diferentes partes de la planta y se estimó

centration of copper that these species of beans can tolera-

la cantidad de cobre que causa fitotoxicidad en las especies

te was determined. Second, a soil with this concentration of

vegetales estudiadas. Luego, se preparó el suelo con los nu-

metal were prepared, nutrients with or without copper were

trientes necesarios y se les separó en dos recipientes, uno sir-

added, and beans were seed. Third, the plants were harvested

vió de blanco y al otro se le adicionó cobre hasta una concen-

after a month, and were separated into its constituents: leaves,

tración menor a la fitotóxica. La cosecha se realizó a los 28 días

roots and stalks, to determine the concentration of cooper

y luego se midió la concentración del metal en hojas, tallos y

bioaccumulated in each of thse parts.

raíces de las diferentes especies de frijoles. Mediante espectroscopía de absorción atómica, la fitoextracción que consiste

Quantification of cooper was performed by atomic absorption

en la captación, transferencia y bioacumulación del cobre en

spectroscopy. Bioaccumulation of this metal was more impor-

las diferentes partes de la planta con fines extractivos. No se

tant in the stalk for castilla beans, 400,36 mg Cu/mg, while for

esperó hasta que las plantas dieran frutos, debido a que no se

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contrerAs, e., ZApAtA, H., “Bioacumulación de cobre en frijol”

pretendió evaluar la bioacumulación del metal ni su grado de

deficiencia reduce la actividad de la enzima citocromo oxidasa

toxicidad en la población.

en los nódulos, lo que produce un aumento de la tensión de oxígeno que dificulta el proceso de fijación de nitrógeno. [2]

Fundamentos La toxicidad del cobre se incrementa en suelos ácidos, debiLa fitoextracción es el uso de plantas que absorben y concen-

do a la estabilidad termodinámica del metal. El cobre se en-

tran, en sus partes recolectables (hojas, tallos y raíces), los con-

cuentra en el suelo normalmente en estado de oxidación 2+,

taminantes del suelo (a menudo metales pesados). Se utilizan

porque existe una cierta concentración de oxígeno disuelto y,

plantas acumuladoras e hiperacumuladoras que sean capaces

deacuerdo al pH, se encontrarán distintas especies, como el hi-

de tolerar y acumular los metales pesados. En la mayoría de los

droxo cobre (II), [CuOH]+, y el trihidroxo cuprato (II), [Cu(OH)3]-,

casos dichas plantas se cosechan e incineran, y las cenizas se

mostrado en el gráfico 1.

almacenan en lugares acondicionados para ello, o son transformadas para recuperar los metales acumulados (a esto se le llama fitominería) [1].

Cu

2+

[Cu(OH)]

+

El cobre es un nutriente esencial de la planta, que es absorbido [Cu(OH)3]–

como Cu (II), o como complejo [Cu(EDTA)]2-, por vía radicular o foliar. No es muy móvil, aunque puede desplazarse en cierta proporción de las hojas viejas a las jóvenes. Este traslado depende del estado químico en el que se encuentra, y del grado

Cu

de deficiencia que la planta presente. En casos agudos no se moviliza [2].

Las plantas presentan enzimas que contienen cobre. Las más conocidas son la fenolasa, laccasa y ácido aspártico oxidasa.

54

La fenolasa, cataliza dos importantes reacciones: la hidroxila-

Gráfico 1: Diagrama de Pourbaix para el cobre [3].

ción de ciertos monofenoles a o-difenoles, y la oxidación de

Fuente: Elaboración propia

éstos últimos o-quinonas; la laccasa, también conocida como p-difenol oxidasa, cataliza la oxidación a quinonas de varios polifenoles y compuestos relacionados, pero no tiene acción en la oxidación de monofenoles. Los compuestos que originan

PROCESO EXPERIMENTAL Equipos

estas oxidaciones fenólicas están ampliamente involucrados en el proceso de lignificación, por el cual se sintetiza lignina a partir de los carbohidratos [2].

En caso de deficiencia de cobre, las enzimas fenol oxidasas no presentan actividad, se sintetiza menos lignina, los tejidos se debilitan, y la planta tiende a encurvarse por esta pérdida de rigidez.

El cobre participa de manera significativa en el metabolismo nitrogenado y glucídico. En plantas deficientes en este metal se ha observado un notable incremento de aminoácidos y la paralización de la síntesis proteica. Se cree que ello se debe a la función activadora, el cobre sobre las enzimas que intervienen en la síntesis de los aminoácidos. Además se ha demostrado también la influencia positiva que ejerce sobre las leguminosas al favorecer la fijación de nitrógeno atmosférico. Cuando el suelo está bien provisto de cobre la fijación es normal, mientras que cuando su contenido es deficiente, la fijación queda atenuada. Se considera que el cobre participa en la síntesis de la leghemoglobina de los nódulos. También se sugiere que su

•

Equipo de absorción atómica, Perkin Elmer AAnalyst

•

Equipo potenciométrico Xplorer GLX

•

Mechero Bunsen

•

Plancha de calentamiento Thermo Scientific

•

Balanza analítica Mettler Toledo

•

Estufa Fisher

Reactivos •

Fosfato ácido de sodio

•

Sulfato ferroso

•

Sulfato de zinc

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contrerAs, e., ZApAtA, H., “Bioacumulación de cobre en frijol”

•

Oxalato de amonio

•

Sulfato de cobre pentahidratado

•

Tres especies de frijol (tabla 1).

tres columnas y en cada una de ellas se sembraron 6 plantas de cada especie.

Luego de 28 días, cuando las plantas alcanzaron una altura considerable, se procedió a la cosecha. Para ello se abrió un

Nombre común

Nombre científico

Frijol panamito

Phaseolus Vulgaris

Frijol castilla

Vigna unguiculata specie

Frijol canario

Phaseolus Vulgaris L.

lado de la cubeta de vidrio para evitar mezclar las raíces, tal como se muestra en la foto 1.

Tabla 1: Especies utilizadas Fuente: Elaboración propia

PROCEDIMIENTO Determinación de la concentración fitotóxica de cobre Se plantearon semillas de frijoles en vasos de precipitado con algodón como material de soporte, y a diferentes concentraciones de cobre, (ver tabla 2). Con ello se evaluó la concentración máxima del metal que las especies de frijol pueden soportar, antes de mostrar signos de toxicidad.

Vaso de precipitado

mg Cu/kg

pH

1

15

6,8

Foto 1 : Cosecha de las plantas de frijol. Fuente: Elaboración propia

Preparación de las muestras

2

20

6,7

3

25

6,7

Después de extraer las muestras de las cubetas, se lavaron con

4

30

6,6

agua destilada, teniéndose especial cuidado de no romper las

5

40

6,5

raíces y luego se clasificaron las plantas que crecieron por es-

6

50

6,5

pecies en las dos cubetas; en la blanco y en la de prueba (ver

55

foto 2).

Tabla 2: Concentración de cobre en muestras. Fuente: Elaboración propia

Preparación del suelo, siembra y cosecha Se pesaron dos porciones de 4,2 kg de tierra agrícola, que partieron en dos cubetas de vidrio y se les agregó igual cantidad de nutrientes. A una de ellas se le adicionó cobre y a la otra no; esta última sirvió de blanco (ver la tabla 3).

Nutrientes

Sal adicionada

Cubeta blanco g 16,15

Cubeta de prueba g

Fósforo

Na2HPO4

16,15

Hierro

FeSO4

0,57

0,57

Foto 2: Clasificación de las muestras por especie.

Cinc

ZnSO4.7H2O

1,84

1,84

Fuente: Elaboración propia

Nitrógeno

(NH4)2C2O4

35,56

35,56

Cobre

CuSO4.5H2O

0,82

Luego se separan las hojas, los tallos y las raíces de cada especie. Para ello se cortó entre la vaina (dilatación de la base del

Tabla 3. Cantidades adicionadas de nutrientes a las cubetas

peciolo que se adhiere al tallo) y el peciolo (parte de la hoja

Fuente: Elaboración propia

que sostiene al limbo y se une al tallo mediante la vaina). Para

El pH de las cubetas fue de 7,1. Se dividió el área de ambas en

obtener la raíz se cortó desde el nudo vital (parte que separa la raíz del tallo), tal como se aprecia en la foto 3.

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Posteriormente se enfriaron las muestras, se colocaron en matraces volumétricos de 25 mL y se les aforó con agua destilada.

Finalmente se prepararon estándares de cobre (II) de 0, 2, 3 y 10 mg/l y se leyeron en un equipo de absorción atómica.

RESULTADOS Determinación de la concentración fitotóxica de cobre: A los 5 días se confirmó la germinación de las semillas como se observa en la foto 5.

Foto 3: Separación de las diferentes partes de la planta.

Fuente: Elaboración propia

Después se procedió al secado a 70 °C hasta obtener un peso constante y luego se carbonizaron y calcinaron las muestras con un mechero Bunsen, como se muestra en la foto 4.

Foto 5: Germinación de las semillas a los 5 d. Fuente: Elaboración propia

56

Foto 4: Carbonización y calcinación de las muestras.

Fuente: Elaboración propia

Posteriormente se colocaron las muestras calcinadas en vasos

Foto 6: Vasos de precipitado con diferentes concentraciones de cobre en mg/kg. Fuente: Elaboración propia

Preparación de las muestras

de precipitado, se les adicionó ácido nítrico y ácido perclórico

cm

concentrado, se taparon con un vidrio de reloj y llevaron una plancha calefactora a 150 °C, hasta su disolución total. Las reacciones químicas acontecidas, se muestran a continuación [4]: 8 e- + 8 H+ + ClO4-

Cl-(ac) + 4H2O(l)

E° = 1,4 V

e- + 2 H + NO3-

NO2(g) + H2O(l)

E° = 0,75 V

Muestra

Cu2+ + CO2 + H2O

+

Especie

Cubeta blanco

Cubeta de prueba

Frijol panamito

14,00

17,40

Frijol castilla

11,00

17,00

Frijol canario

12,22

18,18

Tabla 4: Alturas promedio de las especies estudiadas después de 28 días.

Fuente: Elaboración propia

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Parte de la planta

mg Cu/kg muestra seca Cubeta blanco

Cubeta de prueba

Raíz

135,0211

233,0918

Tallo

18,8361

59,9783

Hojas

24,9398

47,6513

Tabla 8: Concentración de cobre en el frijol canario.

Fuente: Elaboración propia Gráfico 2: Altura promedio de cada especie después de 28 días.

Fuente: Elaboración propia

Partes de la planta

Masa de la muestra seca g

Frijol panamito Raíz

0,0545

Tallo

0,2141

Hojas

0,1496 Frijol canario

Raíz

0,2363

Tallo

0,2530

Hojas

0,2525 Frijol castilla

Raíz

0,0828

Tallo

0,4453

Hojas

0,5542

Gráfica 3: concentración de cobre en las distintas especies estudiadas en

57

la cubeta blanco. Fuente: Elaboración propia

Tabla 5: Masa seca de las diferentes especies. Fuente: Elaboración propia

mg Cu/kg muestra seca

Parte de la planta Raíz

Cubeta blanco 97,2509

Cubeta de prueba 162,0795

Tallo

105,0230

115,8337

Hojas

42,7827

65,4523

Tabla 6: Concentración de cobre en el frijol panamito.

Fuente: Elaboración propia

mg Cu/kg muestra seca

Parte de la planta

Cubeta blanco

Cubeta de prueba

Raíz

167,1958

182,9242

Tallo

104,3611

400,5599

Hojas

39,7540

69,4059

Tabla 7: Concentración de cobre en el frijol castilla.

Fuente: Elaboración propia

Gráfica 4: Concentración de cobre en las distintas especies estudiadas en la cubeta de prueba. Fuente: Elaboración propia

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contrerAs, e., ZApAtA, H., “Bioacumulación de cobre en frijol”

Especie Frijol panamito Frijol castilla Frijol canario

Total Cu bioacumulado mg

ta mayor concentración. Ello implica que la bioquímica de

Porcentaje bioacumulado % Raíz

Tallo

Hojas

98,3090

66

11

23

341,5793

5

87

9

161,9244

61

25

14

asimilación es dependiente de la concentración de cobre en el suelo.

-

En la tabla 7, si el frijol castilla crece a bajas concentraciones de cobre, la bioacumulación es más importante en la raíz, en tanto que si es suelo contiene una mayor cantidad de cobre, es el tallo el que concentra más el metal. Así, se demuestra que la bioquímica de asimilación es dependiente de la concentración del metal en el suelo.

Tabla 9: Distribución porcentual de cobre bioacumulado en las diferentes partes de las especies estudiadas. Fuente: Elaboración propia

-

La tabla 8, muestra que a concentraciones altas o bajas es la raíz del frijol canario la que siempre bioacumula la mayor cantidad. Ello implica que la bioquímica de asimilación es independiente de la concentración del metal en el suelo.

-

En la gráfica 3, se observa, que en suelos con bajas concentraciones de cobre, es la raíz del frijol castilla la que bioacumula la mayor cantidad del metal, seguida de los tallos de las especies panamito y castilla.

-

La gráfica 4, indica que a concentraciones de 30 mgCu/ kg, es el tallo del frijol castilla el que bioacumula la mayor cantidad de cobre, seguido de la raíz del frijol canario.

58

-

En la tabla 9 se aprecia que cuando las especies de frijoles están sometidas a concentraciones de 30 mgCu/kg, es el

Gráfica 5: Distribución porcentual del cobre bioacumulado en las dife-

tallo del frijol castilla el que porcentualmente bioacumula

rentes especies estudiadas. Fuente: Elaboración propia

la mayor cantidad de cobre, mientras que en el frijol panamito y el frijol canario el mayor porcentaje corresponde a

DISCUSIÓN DE RESULTADOS -

Como se aprecia en la foto 6, a los 9 días las plantas que

las raíces.

CONCLUSIONES

crecen en concentraciones de 40 a más mg Cu/kg, tienen desarrollo retardado, por lo cual se trabajaron las cubetas

-

cuyo suelo contenía 30 mg Cu/kg.

Una concentración de 30 mg/Kg de cobre aumenta la actividad de las enzimas fenoloxidasas que biosintetizan más lignina, lo cual hace que las plantas tengan tallos más

-

En la tabla 4 y en la foto 7, se muestran en las cubetas que

grandes y fuertes.

incluían cobre, las diferentes muestras de frijol crecieron más, por lo que se deduce que este metal es un nutriente

-

para las especies estudiadas.

La gran área superficial de la raíz del frijol canario y castilla trae como consecuencia la retención de mayor cantidad de cobre en esta parte de la planta, las concentraciones

-

En la tabla 5, se observó que el frijol castilla tuvo la mayor

en el frijol canario y castilla llegaron a 233,0918 mg Cu/kg

producción de hojas y de tallos, mientras que la mayor

y 182,9242 mg Cu/kg, respectivamente.

cantidad de raíces correspondió al frijol canario.

-

La tabla 6, indica que cuando el frijol panamito no está so-

El frijol castilla es la especie cuyo tallo acumuló la mayor cantidad de cobre, 400,56 mg Cu/kg.

metido a concentraciones altas de cobre, este se bioacumula más en el tallo, mientras que cuando se adiciona una mayor cantidad del metal al suelo, es la raíz la que presen-

-

La bioquímica de asimilación del cobre en el frijol panamito y castilla es dependiente de la concentración del metal en el suelo.

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contrerAs, e., ZApAtA, H., “Bioacumulación de cobre en frijol”

-

La bioquímica de asimilación del cobre en el frijol canario es

ACERCA DE LOS AUTORES

independiente de la concentración del metal en el suelo.

Elvis Contreras Llantoy -

Para acciones de remediación ambiental, se podría utilizar el frijol castilla, pues concentra la mayor cantidad de co-

Egresado de la carrera de Procesos Químicos y Metalúrgicos,

bre por kilogramo de suelo. La cosecha podría realizarse

Tecsup Lima. Realizó prácticas en el laboratorio de investiga-

después de 2 meses para obtener una planta más grande,

ción de Tecsup Lima, en la evaluación del proceso de trata-

y luego secar los restos vegetales a la intemperie, quemar-

miento de aguas residuales para granjas porcinas, y la aplica-

los y disponer las cenizas en un relleno sanitario de segu-

ción de los diagramas de potencial – pH en la caracterización

ridad.

de estas aguas. Actualmente es practicante en la Refinería la

REFERENCIAS

Pampilla, en el área de Procesos Químicos.

Hernán Zapata Gamarra

[1]

Masarovikova, E., & Alexander, L. (1999). Screening of Plants for Toxic Metals Accumulation. Recuperado de

Ingeniero químico de la Universidad Nacional de Trujillo, con

http://www.fitorem.unah. edu.cu/.../Texto%20principal/

estudios de maestría en la Pontificia Universidad Católica del

Fitogestión.doc

Perú. Amplia experiencia en tratamiento y análisis de aguas residuales domésticas e industriales; expositor en eventos

[2]

Navarro, S., & Navarro, G. (2003). Cobre en la planta y el

científicos nacionales e internacionales; miembro del Colegio

suelo. En Mundi-prensa (Ed.), Química agrícola. (2a. ed.).

de Ingenieros del Perú y de la Sociedad Química del Perú. Ac-

(pp. 387-401). Madrid: Mundi-prensa.

tualmente es docente principal en el Departamento de Procesos Químicos y Metalúrgicos, Tecsup Lima, en las áreas de

[3]

[4]

Outokumpu. (2010). [Programa de computadora]. HSC

Química Inorgánica, Química Analítica Ambiental e Ingeniería

Chemistry 7.1.

Ambiental.

Deam, J. (1999). Lange’s Handbook of Chemistry (85 ed.).

Original recibido: 15 de abril 2014

Ohio: CRC Pres

Aceptado para publicación: 16 de mayo 2014

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Casos de adaptación de tecnologías agrícolas en países latinoamericanos Cases of Adaptation of Agricultural Technologies in Latin American Countries Luis Suárez Vásquez, Tecport Latin America

Resumen Este trabajo muestra que, en la actualidad la agricultura en Latinoamérica es mayormente minifundista, lo cual no permite grandes inversiones en tecnología.

Por ello, los agricultores deben adaptar tecnologías con bajo costo a su realidad.

En este contexto, simple herramienta de reducido costo, como la desbrozadora puede ser adaptada para su uso en diferentes tipos de cosecha.

Abstract Fuente: Funders and founders

This work shows that agriculture in Latin America today is mostly smallholder and does not allow greater investments in technology. Therefore, farmers must adapt technologies with low cost to their reality.

It is then understood that a simple low cost tool, such as the bruschcutter, is adapted for use in different types of crop.

Palabras clave América Latina, adaptación de tecnologías, desbrozadora, agricultores, bajo costo.

Key words LatinAmerica, technologies adaptation, bruch cutter, farmers, low cost.

INTRODUCCIÓN Según recientes publicaciones especializadas, los países de América Latina y el Caribe contribuyen con el 11% del valor de la producción alimentaria mundial y posee el 24% de la tierra cultivable del planeta.

61

La producción agrícola de la región necesita tener un incremento del 70% hasta el 2050 para satisfacer el aumento previsto de más del 35% de su población y para soportar, además las crecientes agroexportaciones.

En Centroamérica, por ejemplo, la agricultura contribuye con 48% del PBI siendo una gran generadora de empleo.

Por ello, es que cada vez se requieren más tecnologías agrícolas para desarrollar el agro en nuestros países latinoamericanos.

Debido a que la agricultura en Latinoamérica es mayormente minifundista con terrenos de cultivo de menos de 10 hectáreas, es difícil aplicar tecnologías de gran escala (como grandes tractores, harvesters, camiones fumigadores, etc.) por su alto costo, por lo que debe considerarse adaptaciones de tecnologías que estén al alcance del agricultor.

La tecnificación avanza cada día y nuestros agricultores no son la excepción. A continuación unos ejemplos de adaptación de tecnologías en países latinoamericanos. Es nuestro deber fomentarla y mejorarla con nuevas tecnologías, pues solo así

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AltAs, A., “AltAs y bAjAs”

Fuente: Zazzle.com-Farmers Evolution of Farming Farm Tractor Drivers Fotos: Google Images

lograremos cumplir los grandes retos que nos impone la naturaleza.

Cosechadora de café - Brasil Actualmente, más de veinticinco millones de fincas familiares en unos ochenta países cultivan alrededor de quince mil millones de cafetos (arbustos de café), cuya producción termina en 2.250 millones de tazas de café que se consumen a diario.

62

Fuente: Periódico Hondureño La Tribuna Para una cosecha manual son necesarios 12 trabajadores durante una

Fotos: Google Images

semana por cada hectárea cosechada.

Fuente: CABI (Centre for Agricultural Bioscience International)

En Latinoamérica producimos alrededor del 60% del café del mundo y Brasil ocupa el primer lugar, con 40% de dicha producción.

Hay cada vez más consumidores de café y es por ello tan necesario mecanizar su producción para lograr abastecer la creciente demanda mundial.

Fuente: Elaboración propia

Al utilizar una desbrozadora simple motorizada, con un accesorio adaptado que se desarrolló en Brasil, llamada cosechadora de café, el trabajo se reduce drásticamente, pasando de 12 a 3 trabajadores y en solo 2 días de faena. Ello es importante si se tiene en cuenta la falta de mano de obra y los altos costos de producción.

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Suárez, L., “Adaptación de tecnologías agrícolas en países latinoamericanos”

Con el empleo de una desbrozadora simple motorizada, a la que se adapta un accesorio desarrollado en Malasia comúnmente llamado cuchillo malayo mecanizado el trabajo se redu-

Fotos: Google Images

Fotos: Google Images

ce de algunos minutos a pocos segundos por racimo.

Fuente: Manual de partes/operación caja reductora de desbrozadora Shindaiwa

Caja reductora que disminuye la velocidad de salida y posee amorti-

Fuente: Etani-Malaysia Oil Palm Solution Equipment

guadores de golpe para que las “manitos” de nylon no dañen el cafeto (arbusto del café).

Herramienta base: desbrozadora simple motorizada.

Cuchillo malayo mecanizado - Malasia 63

La palma africana se siembra en 42 países y su producción mundial es de 38.5 millones de toneladas. La fabricación de aceite de palma ocupa el segundo lugar con respecto a la de otros aceites vegetales.

El 90% del aceite de palma se utiliza con fines alimenticios y el 10% restante en aplicaciones industriales. Es usado como sustituto de la mantequilla y manteca de cacao y actualmente se emplea en la elaboración de biocombustibles con muy buen resultado.

En Latinoamérica, Colombia ocupa el primer lugar en producción (cuarto en el mundo). Ecuador, es el segundo productor de la región (séptimo en el mundo) y Honduras el tercero (octavo en el mundo); este último le debe a la palma africana el

Fuente: Blog de cultivo y cosecha de palma Al cosechar manualmente, un trabajador puede tardar algunos minutos

Fotos: Google Images

13.5% de su PBI.

Fuente: Manual de partes/operación caja reductora de equipo Etani Caja reductora que al disminuir la velocidad de salida, agrega por otro lado el torque con el que la cuchilla corta el tronco de la palma.

en un racimo de palma.

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Suárez, L., “Adaptación de tecnologías agrícolas en países latinoamericanos”

Cosechadora de alfalfa (y otros forrajes) - Región Andina

La cosechadora de alfalfa se acopla a una desbrozadora simple motorizada. Evita que el forraje se disperse durante el corte con la herramienta al ordenarlo hacia un lado.

La alfalfa es considerada uno de los mejores forrajes. Los forrajes sirven principalmente para la alimentación de semovientes

De esta manera la recolección del forraje es más sencilla y

(vacas, cuyes, caballos, etc), por lo que nuestra alimentación

rápida.

también deriva de la calidad de ellos.

Con esta herramienta simple y económica, los agricultores terEn el Perú, el uso de la tierra se distribuye en 4%, arable; 21%,

minan su jornada en un menor tiempo y pueden realizar otras

pasturas y praderas; 55%, selvas y bosques; y 20%, otras.

tareas.

El Perú posee 16’317.802 hectáreas de pastos naturales y un gran porcentaje de esos pastos es de forrajes, entre los que destaca por ejemplo la alfalfa.

La alfalfa es el segundo cultivo en importancia (en producción anual) en el Perú. Independientemente del tamaño de la granja o finca, la alfalfa regada y pastoreada directamente constituye aproximadamente el 75% del forraje, seguido por el maíz (24%) y el sorgo (1%).

La siega tradicional de la alfalfa se hace manualmente con una hoz.

64

Fuente: Elaboración propia Herramienta base: desbrozadora simple motorizada.

CONCLUSIONES •

En los tres casos presentados, mediante el uso de una herramienta básica de bajo costo como es una desbrozadora simple motorizada se obtienen tres herramientas adaptadas a las necesidades de diferentes cultivos.

•

Las posibilidades de adaptación son diversos, si tenemos

Fuente: Blog de agricultura de San Miguel de Bernuy

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Suárez, L., “Adaptación de tecnologías agrícolas en países latinoamericanos”

en cuenta que muchos cultivos requieren de herramientas especiales para su cosecha y son pocos los agricultores con medios para adquirirlos.

•

La tecnificación agrícola favorece mayormente a la agricultura a gran escala, aquella que puede realizar grandes inversiones. Sin embargo, los agricultores minifundistas, han encontrado una manera para tecnificarse con una inversión mínima.

REFERENCIAS [1]

Central America Business Intelligence (2014).Servicio de consultoría de inversión en Centroamérica.(s.l):CABI. Recuperado de http://ca-bi.com/blackbox/?cat=73

[2]

United States Department of Agriculture (2014). Portal de reportes, investigación y asistencia agrícola.

Washington:USDA. Recuperado de http://www.usda. gov/wps/portal/usda/usdaho¬me

[3]

Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (1999). Agroforestería para la Producción Animal en América Latina. Roma: FAO. Recuperado de http://www.fao.org/docrep/014/x1213s/x1213s.pdf

[4]

Malaysia Oil Palm Solution Equipment (2012). Compañía

65

Malaya que adapta tecnologías para su uso en palma africana. Selangor:Etani. Recuperado de http://www.etani. com.my/ [5]

Funders & Founders (2014). Portal de generación de proyectos de emprendimiento e inversión.

(s.l.) : Fun-

ders& Founders. Recuperado de http://fundersandfounders.com

ACERCA DEL AUTOR Luis Suárez Vásquez Exalumno de Mantenimiento de Maquinaria Pesada. Seis años como gerente de postventa para Latinoamérica de Husqvarna Group, compañía sueca de equipos motorizados medianos para desarrollos agroforestales, donde se capacitó en tecnologías adaptadas al agro. Actualmente es gerente de repuestos en Tecport Latin América, filial de CVS Ferrari.

Original recibido: 24 de abril 2014 Aceptado para publicación: 16 de mayo 2014

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Tratamiento de bioestimulación aplicado a suelos contaminados con hidrocarburos Biostimulation Treatment Applied to Soils Contaminated with Hydrocarbons Huguez Ames, Tecsup/ Lizardo Visitación, Rosa Altuna y Lena Téllez, UNALM

Resumen

Key words

En la presente investigación se ha aplicado y comparado el

Bioremediation, biostimulation, natural attenuation, total pe-

método de bioestimulación con el de atenuación natural so-

troleum hydrocarbons.

bre suelos contaminados con hidrocarburos en la zona norte del país. La atenuación natural es la degradación generada

INTRODUCCIÓN

por los microorganismos del suelo sin adición de nutrientes, mientras que en la bioestimulación se le da las condiciones

El norte peruano es una de las zonas petroleras más impor-

de aireación, humedad y nutrientes para que los microorga-

tantes. La extracción y refinación del petróleo requiere una

nismos puedan tener mayor eficiencia de remoción por su

seria planificación no solo del proceso en sí, sino también del

mayor actividad, así como una mayor división de los mismos.

impacto ambiental que se va a generar, el cual afecta al suelo,

Otro parámetro de comparación es la relación de nutrientes

agua y aire. La presente investigación muestra una forma de

C:N:P que afecta también a la remoción de hidrocarburos. El

tratar el suelo con hidrocarburos derramados de las líneas de

principal factor de medida de remoción ha sido establecido en

conducción, tanques de almacén y otros de la empresa Savia

función al análisis de TPH (hidrocarburos totales de petróleo).

Perú S.A. La bioremediación se lleva a cabo en la planta de tra-

Abstract

tamientos de residuos “Landfill”, ubicada a 4 km de Negritos,

67

Talara-Piura. Actualmente, el “Landfill” cuenta con dos canchas de tratamiento biológico en las que se lleva a cabo la recupe-

In this paper we apply the method of biostimulation and com-

ración de los suelos mediante la técnica de “landfarming”, que

pare it with natural attenuation on hydrocarbon-contamina-

consiste en recuperar suelos al estimular los microorganismos

ted soils on the northern of the country. Natural attenuation

del suelo con fertilizantes, oxigenación y humedad adecuada.

is the degradation generated by soil microorganisms without

La proporción de nutrientes agregados es muy importante,

addition of nutrients, while in biostimulation we give to the

por ejemplo la Agencia Americana del Ambiente (EPA) sugiere

soil specific conditions aeration, humidity and nutrients in this

que el suelo debe tener una relación de concentración C: N: P

way microorganisms have higher removal efficiency because

de 100:10:1, pero no toma en cuenta la salinidad, la cual dismi-

their activity and division rate increase. In the application of

nuye la biorremediación del suelo.

biostimulation we compared three ratios of nutrients C: N: P. The main factor measuring removal was established by analy-

El presente estudio tuvo también como objetivo comparar tres

sis of TPH (Total Petroleum Hydrocarbons), which determined

relaciones de C: N: P en los suelos impactados con hidrocarbu-

that the largest hydrocarbons removal was obtained with the

ros de la empresa antes mencionada. Además, debemos tener

method of biostimulation and a ratio C: N: P of 50:1:0,2.

en cuenta que la biodegradabilidad de los hidrocarburos está afectada grandemente por su estado físico y de su toxicidad,

Palabras clave

así como por la presencia de oxígeno molecular y enzimas oxigenasas para iniciar la biodegradación. Los hidrocarburos más

Biorremediación, bioestimulación, atenuación natural, hidro-

biodegradables son los hidrocarburos de cadena corta, mien-

carburos totales de petróleo.

tras que los alcanos entre cinco a diez carbonos son tóxicos. Se tiene conocimiento, también, que el 20% de microorganismos de los suelos pueden degradar hidrocarburos.

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Ames, H., VIsItAcIón, L., ALtunA, R., téLLez, L., “tratamiento de bioestimulación aplicado a suelos contaminados con hidrocarburos”

FUNDAMENTOS

aguas. Los productos de la biorremediación son sustancias menos tóxicas o inocuas para el ambiente y la salud humana,

El petróleo

tales como el dióxido de carbono, metano, agua, sales orgánicas, biomasa u otros subproductos, menos complejos quími-

El petróleo es una mezcla compleja y variable de compuestos

camente con respecto a los originales.

orgánicos, en la que la mayoría de ellos son hidrocarburos. Estos se pueden presentar en un amplio rango de estructuras moleculares, tales como cadenas lineales y ramificadas, anillos sencillos, condensados o aromáticos. Los hidrocarburos que conforman el petróleo pueden agruparse en cuatro clases: saturados, aromáticos, nafténicos y resinas.

Si se tiene en cuenta que la composición del petróleo es muy variable, el riesgo ambiental que suponen los vertidos de petróleo dependerá de la naturaleza y proporción de los componentes de este. Un buen indicador del grado de contaminación que existe en el suelo puede estimarse en función dela concentración de los HTP (hidrocarburos totales de petróleo).

Además, las características fisicoquímicas del petróleo crudo, su persistencia y biodegradabilidad en un determinado ambiente son de gran interés para evaluar el posible impacto sobre el ecosistema de un determinado vertido; por lo general algunos son compuestos altamente biodegradables y otros difícilmente biodegradables. La biodegradación de hidrocarburos en suelos puede ser afectada por diversos factores físicos y ambientales del lugar del derrame, como la tempe-

68

ratura, la cual tiene una gran influencia por su efecto sobre la naturaleza física y química del petróleo. Algunas de las causas más frecuentes de derrame de hidrocarburos en suelos, en la industria petrolera, son: •

Falla operacional. Consiste en la variación negativa de la actividad normal en la operación de oleoductos, poliduc-

Figura 1. Biorremediación in situ y ex situ, respectivamente

tos o estaciones, que puede darse en la manipulación de

Fuente: Adams, R et al. 1999

los instrumentos o errores de parte de los operadores.

La biorremediación del suelo puede ser dividida en estrategias •

Fatiga de materiales. Consiste en el mantenimiento in-

“in situ” y “ex situ”. “In situ” corresponde a la biorremediación

adecuado de tuberías, pozos, u otros que originan aguje-

referente a tratamientos que no requieren excavación y trasla-

ros que desencadenan derrames.

do del suelo contaminado; mientras que en los tratamientos “ex situ” se excava el suelo o el material a tratar y se maneja

Los productos del petróleo en el ambiente sufren procesos de

en un sistema controlado como una celda de “landfarming”,

meteorización con el tiempo. Estos incluyen la evaporación,

algún tipo de biorreactor, en plantas de tratamiento o en bio-

lixiviación (transferencia al medio acuoso) a través de la solu-

pilas. Las ventajas de estos procedimientos frente a los proce-

ción y arrastre (transporte físico con la fase acuosa), oxidación

sos “in situ” radican en la posibilidad de optimizar mejor los

química y degradación microbiana.

parámetros microbiológicos, así como el control del proceso, aunque con mayor costo.

Biorremediación En el caso del compostaje se mezcla el material contaminado La biorremediación utiliza microorganismos como plantas,

con agentes esponjantes orgánicos tales como estiércol, y se

hongos, bacterias naturales o modificadas genéticamente

dispone en pilas o hileras. Los agentes esponjantes ayudan a

para neutralizar sustancias tóxicas presentes en el suelo y/o

incrementar la porosidad para facilitar el flujo de aire, mientras la energía desprendida durante la degradación orgánica

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Ames, H., VIsItAcIón, L., ALtunA, R., téLLez, L., “tratamiento de bioestimulación aplicado a suelos contaminados con hidrocarburos”

se traduce en una elevación de la temperatura de la pila. Se

5. Análisis final de suelos.

incorpora agua periódicamente y las pilas o hileras se voltean por medios mecánicos a intervalos regulares de tiempo (habi-

Desarrollo de cada etapa de la metodología empleada:

tualmente una vez por semana). Los biorreactores constituyen sistemas en suspensión en los que el terreno contaminado se

1. Muestreo de suelos con hidrocarburos y caracteriza-

introduce en un recipiente de contención con suficiente agua

ción del suelo al inicio del proceso: Las muestras de

para permitir una mezcla ininterrumpida. Se puede añadir oxí-

suelos con hidrocarburos fueron tomadas de la primera

geno, dependiendo de las necesidades y la frecuencia en que

cancha de “landfarming” de la empresa Savia Perú. Se rea-

se realizan controles de los gases extraídos, para evitar pérdi-

lizó un muestreo selectivo y se colectó aproximadamente

das de compuestos orgánicos volátiles por arrastre.

10 kg. de suelo del área de mayor concentración de hidrocarburos con la finalidad de cumplir con los objetivos del

METODOLOGÍA

estudio. Esta cantidad de suelo fue necesaria no solo para los ensayos de respirometría, sino también para el análi-

Con la finalidad de conocer la eficiencia de biodegradación de

sis inicial del suelo. La muestra estuvo compuesta por 10

tres tratamientos de bioestimulación: BE1, BE2, BE3 los cuales

submuestras de aproximadamente 1 kg.

se diferencian por la relación de nutrientes en los mismos y de la atenuación natural (AN1, AN2, AN3), de acuerdo al cuadro

Cada una tomada a una profundidad comprendida entre

inferior, se diseñó un sistema que permitió estimar de forma

los 10 entre 30 cm, puesto que en esta zona existe una alta

indirecta la biodegradación de los compuestos orgánicos de

probabilidad de encontrar una elevada actividad metabó-

una muestra de suelo a través de un método respirométrico.

lica frente a los hidrocarburos. Las 10 submuestras fueron colocadas en un recipiente, en donde se procedió a su

TRATAMIENTO

Atenuación natural

IDENTIFICACIÓN DE MUESTRAS

DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO

AN1

Degradación de hidro-

AN2

carburos por microorganismos nativos del

AN3

suelo sin adición de nutrientes.

Bioestimulación 1 Bioestimulación 2 Bioestimulación 3

homogenización: luego, se tomaron tres muestras de 500 gramos y dos adicionales por cada muestra para el análisis inicial del suelo en el laboratorio respectivo.

Las muestras que fueron llevadas para el análisis de TPH fueron colocadas en un envase de vidrio ámbar, mientras que las destinadas al análisis microbiológico y de caracterización de suelos fueron colocadas en bolsas plásticas de

BE1-1

Tratamiento con

primer uso herméticamente selladas. Todas las muestras

BE1-2

adición de nutrientes

fueron preservadas a una temperatura de 4 ºC aproxima-

BE1-3

100/10/1 (C/N/P)

damente, hasta su análisis. Este se realizó en un tiempo no

BE2-1

Tratamiento con

mayor a 48 horas después de la colecta. La caracterización

BE2-2

adición de nutrientes

de suelos debe reportar pH, salinidad, fósforo, potasio,

BE2-3

150/1/0,2 (C/N/P)

calcáreo total (CaCO3), materia orgánica (m.o.), capacidad

BE3-1

Tratamiento con

de intercambio catiónico, nitrógeno total (NKT), nitratos,

BE3-2

adición de nutrientes

humedad, microorganismos olefílicos, microorganismos

BE3-3

50/1/0,2 (C/N/P)

heterótrofos viales, mohos y levaduras oleofílicas.

Cuadro 1. Descripción de los tratamientos del estudio.

Fuente: Elaboración propia

69

2. Bioestimulación del suelo: Con los resultados de los análisis de caracterización de suelos, se calcula la relación C/P del suelo para determinar la cantidad de fósforo a agre-

La metodología de la investigación pasa por las siguientes etapas:

gar en cada uno de los tratamientos. De manera similar se calculará la cantidad de fósforo que se requiere agregar

1. Muestreo de suelos con hidrocarburos y caracterización del suelo al inicio del proceso.

2. Bioestimulación del suelo.

3. Mantenimiento de la humedad y aireación (por el método respirométrico).

4. Titulación del absorbente.

ambos para poder cumplir con la relación óptima de nutrientes que se requiere.

3. Mantenimiento de la humedad y aireación: Al conocerse la humedad del suelo se procedió a agregar agua para que la humedad llegue entre 50% y 75% como en la cancha de “landfarming”. Luego, se tamizó la muestra

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Ames, H., VIsItAcIón, L., ALtunA, R., téLLez, L., “tratamiento de bioestimulación aplicado a suelos contaminados con hidrocarburos”

de suelo para que el tamaño de las partículas sea menor

de KOH y CO2 se le restó el volumen que se empleó para neu-

a 0,20 mm (y lograr mayor homogeneidad en la mezcla)

tralizar la muestra de KOH sin exponer al CO2, como se muestra

para seguidamente agregar las soluciones nutricias pre-

en la siguiente expresión:

viamente preparadas.

CO2 (μmoles) = [(V final - V inicial) * F] Las muestras de suelo (cada tratamiento trabaja con un triplicado de muestras) se someten al método respiro-

Donde, V inicial es el volumen de ácido utilizado para neutra-

métrico que trabaja a condiciones aeróbicas y con una

lizar una muestra de KOH sin exponer a CO2, Vfinal es el volu-

adecuada bioestimulación con nutrientes. Los microor-

men de ácido utilizado para neutralizar la muestra y F=250, es

ganismos pueden degradar los hidrocarburos hasta obte-

el factor de conversión para obtener el CO2 en μmoles.

ner como productos finales el CO2 y el agua. El sistema generado para ello es un matraz cónico, el cual contaba

La evolución de CO2 fue registrada en forma acumulativa para

en la entrada con una jeringa con agua destilada para

cada sistema sumando progresivamente los resultados de

dosificar la humedad, la entrada de oxígeno y una salida

cada periodo de muestreo para obtener una curva de evolu-

para el CO2 que está direccionada hacia tres tubos de en-

ción de CO2.

sayo interconectados y que contienen cada uno 10 ml de solución de hidróxido de potasio 0,2 N, que sirven como trampas absorbentes del CO2 que se emite de los suelos que sufren la biorremediación.

4. Titulación del absorbente: La medición de producción del CO2 se realizó a través de la titulación de la solución de hidróxido de potasio expuesta al dióxido de carbono (KOH con CO2), con una solución de ácido clorhídrico (HCl). La diferencia del resultado con el blanco (KOH) re-

Figura 2. Producción de dióxido de carbono CO2.

presenta el CO2 producido.

Fuente: Elaboración propia

70 La solución de KOH con el CO2 disuelto fue retirada ha-

Con los resultados de CO2 obtenidos de los diferentes siste-

cia un tubo de ensayo, al cual se le aplicó 1 ml de BaCl2

mas, se calculó la velocidad de mineralización, el carbono total

(1N), con la finalidad de precipitar los carbonatos de po-

biodegradado y la eficiencia de biodegradación, para lo cual

tasio (K2CO3) como carbonato de bario (BaCO3) y evitar

se tomó en cuenta:

cualquier interferencia en la titulación. Lo generado fue filtrado a través de un embudo magnético y papel filtro

1. De la caracterización inicial del suelo

para someterse a titulación con el indicador colorimétrico.

Estas titulaciones se realizaron una vez por semana por un

El suelo utilizado, por ser de origen costero, presenta una

periodo de tres meses.

textura gruesa correspondiente a un suelo arenoso. Además, es ligeramente alcalino, con una humedad media de

5. Análisis final de suelos: Al terminar el ensayo se homogenizaron las réplicas del suelo en evaluación, con la fina-

7, 45% y ligeramente salino, posiblemente por su cercanía al mar.

lidad de enviar una muestra de suelo de cada tratamiento, para el análisis de TPH, análisis microbiológicos (bacterias

Asimismo, este suelo presenta un alto contenido de mate-

heterótrofas, oleofílicas y mohos y levaduras oleofílicas) y

ria orgánica, pero baja disponibilidad de nutrientes como

de caracterización de suelos (salinidad, fósforo, potasio,

el nitrógeno, fosforo y potasio (N, P, K).

nitrógeno total y materia orgánica) a los laboratorios donde se llevó a cabo el análisis inicial del suelo. Las mismas

El suelo utilizado por ser de origen costero, presenta una tex-

metodologías fueron las mismas que si siguieron con las

tura gruesa, correspondiente a un suelo arenoso, además es

muestras iniciales.

ligeramente alcalino, con una humedad media de 7, 45%. y ligeramente salino posiblemente por su cercanía al mar.

RESULTADOS Además, este suelo presenta un alto contenido de matePara hallar la cantidad de CO2 producido en cada sistema al

ria orgánica, pero una baja disponibilidad de nutrientes

volumen de ácido utilizado en la neutralización de la solución

como el nitrógeno, fosforo y potasio (N, P, K).

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Análisis final

Unidad

Análisis inicial

AN

BE1

BE2

BE3

-

7,38

7,32

6,61

7,00

7,16

dS/m

3,50

2,41

3,51

3,09

2,64

CaCO3

%

0,63

0,60

0,80

0,60

0,60

Mat. Orgánica

%

4,00

4,30

4,03

4,30

4,30

Fósforo

ppm

1,27

1,30

3,20

1,40

2,30

Potasio

ppm

35,00

30

59

34

95

-

Arenosa

Arenosa

Arenosa

Arenosa

Arenosa

CIC

meq /100 g

4,80

4,32

3,84

3,84

4,16

Parámetros pH Conductividad eléctrica

Clase textural Ca

meq /100 g

3,26

2,81

2,34

2,46

2,58

Mg2+

meq /100 g

0,77

0,93

0,85

0,85

0,88

K

meq /100 g

0,13

0,10

0,22

0,12

0,15

Na

meq /100 g

0,58

0,48

0,43

0,42

0,54

Al3+ + H+

meq /100 g

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

%

0,01

0,01

0,13

0,02

0,04

%

7,45

9,68

9,94

4,97

5,50

ppm

1,40

0,00

1005,5

0,00

0,00

2+

+ +

Nitrógeno (N) Humedad gravimétrica Nitratos

Hidrocarburos totales de Petróleo (TPH) C10 – C18

mg/Kg

7963

5789

6155

5293

3317

C10 – C28

mg/Kg

17851

14349

14098

12947

9208

C10 – C40

mg/Kg

25140

20748

20350

18872

14288

Análisis microbiológico Microorganismos Heterótrofos viables

Ufc/g

24216,67

267E+04

299E+05

607E+04

341E+07

NMP/g

44,08

> 1099

239,8

1099

> 1099

71

Microorganismos oleofílicos Hongos y levaduras

Ufc/g

Identificación de hon-

-

gos y levaduras

21533

3,8E+05

8,4E+05

1,4E+06

6E+09

Penicillium

Penicillium sp.

Penicillium sp.

Penicillium sp.

Penicillium sp.

sp.

Aspergillus sp.

Aspergillus sp.

Aspergillus sp.

Aspergillus sp.

Cuadro 2. Caracterización del suelo. Fuente: Elaboración propia

2. TPH (Hidrocarburos totales de petróleo)

pectivamente; mientras que la menor remoción de TPH se da por atenuación natural seguido del tratamiento BE1.

Tratamiento

Para este último caso, la causa podría ser el aumento de

C10-C18

C18-C28

C28-C40

Total

AN

8,65

5,28

3,54

17,47

puesto que el exceso de sales inhibe la biodegradación de

BE1

7,19

7,73

4,12

19,05

los hidrocarburos.

BE2

10,62

8,88

5,43

24,93

BE3

18,48

15,90

8,79

43,17

la salinidad producto del nivel de fertilización del suelo,

Cuadro 3. Porcentaje de remoción de hidrocarburos.

Fuente: Elaboración propia

El resultado que se aprecia en el cuadro 3, en los 100 días de ensayo, que el mayor porcentaje de remoción de hidrocarburos totales por biodegradación fue 43,17%, que se obtuvo con el tratamiento de bioestimulación BE3, donde el 18,48%, 15,9%, y 8,79% corresponden a la remoción de hidrocarburos livianos, medios y pesados, res-

Figura 3.Degradación del TPH. Fuente: Elaboración propia

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Ames, H., VIsItAcIón, L., ALtunA, R., téLLez, L., “tratamiento de bioestimulación aplicado a suelos contaminados con hidrocarburos”

A base de los resultados obtenidos, se demostró que el tratamiento con mayor eficiencia de biodegradación fue el BE3. Para algunos autores como Rahman se podría mejorar dichos resultados agregando emulsificantes que liberen las moléculas de hidrocarburos adsorbidos sobre las partículas del suelo.

Figura 5. Eficiencia de la Biodegradación. Fuente: Elaboración propia

La figura 6 muestra que la biodegradación obtenida por el método respirométrico, así como la remoción de TPH, cuantificada en laboratorio por el método (EPA 8015 D).

Por lo general, muestran una misma tendencia. Cabe resaltar que los resultados obtenidos por el método respirométrico son menores debido a que el método empleado Figura 4. Eficiencia de remoción de TPH con los diferentes tratamientos.

calcula el valor de TPH en función al carbono orgánico ini-

Fuente: Elaboración propia

cial, el cual no solo está compuesto por los hidrocarburos del suelo, sino también por los demás compuestos orgá-

Según la figura 4, los análisis revelaron una mayor degra-

nicos allí.

dación de los hidrocarburos más livianos (C10 -C18), en comparación a las otras dos fracciones más pesadas; además si se comparan los resultados de la atenuación natural del suelo y de los tratamientos de bioestimulación.

Se puede notar en todos los casos, excepto uno, que la

72

biodegradación mejora con la adición de nutrientes.

3. Producción de CO2.

Los valores de CO2 obtenidos en cada sistema representan una fracción del CO2 producto de la mineralización de los compuestos orgánicos del suelo. La producción de CO2 y producción acumulada de CO2 con los tratamientos BE1, BE2, BE3 y AN se muestran seguidamente: Figura 6. Relación entre la eficiencia de la biodegradación y la eficiencia de remoción del TPH. Fuente: Elaboración propia

En la figura 2 se nota que al inicio la producción de CO2 fue similar para los cuatro tratamientos aplicados. Sin embargo, conforme pasaron los días la producción de CO2pa-

CONCLUSIONES

ra el tratamiento de bioestimulación BE3 fue superando a los demás tratamientos y alcanzó su máxima producción

•

La adecuada bioestimulación con nutrientes aplicados en

el día 42. Después del día 70 aproximadamente las curvas

un landfarming para recuperar suelos con hidrocarburos,

de producción de CO2 muestran una tendencia decrecien-

es una técnica con un gran potencial y de bajo costo.

te. Ello se debe al consumo de los nutrientes. También se aprecia que no existe mucha diferencia entre el nivel de

•

Este ensayo puede ser aplicado como estudio de factibi-

producción de CO2 que se obtiene mediante el tratamien-

lidad para optimizar no solo el tipo de bioestimulación,

to de bioestimulación BE1 y la AN.

sino también los demás factores que intervienen en el proceso de biorremediación, según las características del suelo.

En la figura 5 se puede observar que la eficiencia de biodegradación obtenida con el tratamiento de bioestimulación 3 (BE3-01, BE3-02 y BE3-03) supera notoriamente a

•

Si el área destinada a la biorremediación no es un factor

los demás tratamientos.

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Ames, H., VIsItAcIón, L., ALtunA, R., téLLez, L., “tratamiento de bioestimulación aplicado a suelos contaminados con hidrocarburos”

determinante, la aplicación de este tratamiento es bastan-

Lizardo Visitación Figueroa

te efectivo y rentable en un mediano a largo plazo.

Licenciado en química, egresado de la Universidad Nacional •

De los tratamiento de bioestimulación evaluados experi-

Mayor de San Marcos. Tiene una segunda especialidad en

mentalmente, se puede concluir que la relación de C: N: P

Gestión de la Calidad y Auditoría Ambiental. Título de maes-

que logra la mayor eficiencia de biodegradación en este

tría con mención en Química Ambiental de la Pontificia Uni-

tipo de suelos es de 50:1:0,2.

versidad Católica del Perú. Estudios de doctorado en Ingeniería Ambiental en la Universidad Nacional Agraria La Molina.

•

El tratamiento de bioestimulación con una relación de C:

Amplia experiencia en el tratamiento de aguas residuales, así

N: P de 100:10:1 no necesariamente obtiene una mejor

como en la gestión de residuos sólidos y gestión ambiental.

eficiencia de biodegradación respecto a la que se obtiene

Ha sido docente en diversas universidades de Lima. Es miem-

por atenuación natural.

bro del Colegio de Químicos del Perú y de la Sociedad Química del Perú. Actualmente es docente principal del Departamento

REFERENCIAS

Académico de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Agraria la Molina.

[1]

[2]

Sublette, K.(2007). Remediation and Restoration of Hydrocarbon and Brine Contaminated Soils.

Rosa María Altuna Olaechea

Cookson, J. (1995). Bioremediation Engineering Design

Ingeniera ambiental egresada de la Universidad Nacional

and Application. New York: McGraw-Hill. Inc, pp. 503.

Agraria La Molina. Su trabajo de tesis se basó en la investigación materia del presente artículo. Formó parte del equipo

[3]

Acuña, J., & Pucci, O. (2008). Caracterización de un proce-

de investigación de la Facultad de Ciencias de la Universidad

so de biorremediación de hidrocarburos en deficiencias

Nacional Agraria La Molina. Actualmente se desempeña como

de nitrógeno en un suelo de la Patagonia Argentina. Re-

ingeniera ambiental en una reconocida empresa del país.

vista científica y técnica de ecología y medio ambiente, 17 (2), 85-93.

Lena Téllez Monzón

73 [4]

Braibant, C. (2004). Estudio del potencial de degradación

Ingeniero químico de la Universidad Nacional del Altiplano,

de los hidrocarburos por acinetobacter sp. y pseudomo-

con estudios de maestría en la Universidad Nacional Agraria

nas putida para su aplicación en la biorremediación de

la Molina, y segunda especialización en Gestión de Calidad

suelos contaminados. Informe para optar el título de Ba-

y Auditoría Ambiental. Amplia experiencia en tratamiento y

chiller en Ingeniería en Biotecnología. Escuela de Biolo-

análisis de aguas residuales industriales. Expositora de diver-

gía, Instituto Tecnológico de Costa Rica, Costa Rica.

sos eventos nacionales; miembro del Colegio de Ingenieros de Perú y de la Sociedad Química del Perú. Actualmente es do-

ACERCA DE LOS AUTORES

cente en el Departamento Académico de Química, de la Facultad de Ciencias en Unalm.

Huguez Enrique Ames Ramírez.

Original recibido: 21 de abril 2014 Ingeniero químico egresado de la Universidad Nacional Mayor

Aceptado para publicación: 19 de mayo 2014

de San Marcos, con estudios de maestría en la Universidad de Piura. Tiene experiencia en la industria química y metalúrgica, y su actividad profesional la ha realizado, principalmente en el tratamiento de aguas residuales de procedencia doméstica e industrial. Ha sido docente en la Universidad Nacional Agraria La Molina, la Universidad Nacional Continental de Huancayo y el Instituto de Ciencias y Humanidades. Asimismo, es autor de diversos textos y compendios de cursos universitarios y preuniversitarios. Ha sido asesor consultor del Ministerio de Educación en currículo, evaluación y materiales en ciencias.

Actualmente, es docente en el Departamento de Procesos Químicos y Metalúrgicos de Tecsup Lima.

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Validación de un cuestionario para medir el rendimiento académico Validation of a questionnaire to measure student performance Silvia Espinoza, Tecsup, UPCH

Resumen

in the validation process. Analysis of content validity was made by experts. The maximum reliability was reach through

Esta investigación está referida a la formulación de una prueba

pilot test. We evaluate the degree of difficulty of the items. The

pedagógica cuyo objetivo es medir el rendimiento académico,

items –test correlations and the Cronbach coefficient was es-

así como los procesos cognitivos básicos y superiores del pen-

timated using SPSS version 20.0 for Windows, six items were

samiento, mediante la comprensión, el análisis y la aplicación

validated. Thus, the construct validity was confirmed.

de los principios rectores de los fenómenos que gobiernan las ciencias básicas, de los estudiantes de educación superior en

This research is part of another one which seeks to determine

un curso de Física (aplicada en Tecsup durante el semestre

the effect on the academic performance Tecsup first cycle stu-

2014-I).

dents of Physic I course, when they participate in a methodological intervention.

Las preguntas se elaboraron a base de las investigaciones en Educación y Ciencia. En el proceso de su validación se apli-

Palabras claves

caron técnicas propias de la psicometría. El análisis de la validez del contenido lo efectuaron jueces expertos; y, a través

Rendimiento académico, validez de contenido, validez de

de pruebas piloto, se alcanzó el máximo de confiabilidad. El

constructo, confiabilidad, alfa de Cronbach.

análisis de dificultad de los ítems, la correlación ítem-test y la estimación del coeficiente de Cronbach fueron hechos riguro-

75

Key words

samente. Para el resultado del análisis. Se emplea el programa estadístico SPSS versión 20 para Windows, fueron validados

Academic performance, content validity, construct validity, re-

seis ítems. De ese modo, se determinó la validez de constructo.

liability, cronbach’s alpha

Está investigación forma parte de otra más amplia, que se bus-

INTRODUCCIÓN

ca determinar el rendimiento académico de los estudiantes de la asignatura de Física I, del primer ciclo de Tecsup, cuando

En el Perú, los estudiantes que recién ingresan a este nivel su-

participan en una intervención metodológica.

perior de ciencias básicas, por ejemplo el curso de Física, carecen de capacidades requeridas para ese aprendizaje, resultado

Abstract

de cómo se ha llevado esa asignatura en el ciclo de la educación básica regular (EBR), como lo demuestra el resultado de

This paper refers to the design of a test to measure the aca-

la prueba que realizó la Organización para la Cooperación y

demic performance of higher education students in a physics

el Desarrollo Económicos (OCDE) - instancia internacional que

course (it will be applied in

lidera la organización e implementación de PISA (Programme for International Student Assessment) 1 - prueba tomada a los

Tecsup during semester 2014 -I). A qualitative and quantita-

estudiantes de 15 años en el 2009, y midió los conocimientos y

tive evaluation of basic and higher cognitive processes; was

las habilidades en comprensión lectora, Matemática y Ciencia

conducted by the analysis and application of the guiding prin-

del saber. Con respecto a los resultados de aplicación del co-

ciples in basic sciences.

nocimiento científico situaciones complejas del mundo natu-

The battery of questions was based on research, both in education and sciences. Psychometrics techniques were applied

1 PISA (2009) Results: What Students Know and Can Do – Student Performance in Reading, Mathematics and Science. Vol. 1.

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ral, competencia denominada nivel 6 (niveles de 1 a 6, siendo

FUNDAMENTOS

6 el máximo), el Perú alcanzó el 0%; es decir, esta evaluación evidenció que el estudiante peruano debe desarrollar capaci-

El rendimiento académico está asociado a los resultados de

dades para enfrentarse a problemáticas de su entorno e inte-

aprendizaje que se espera que el estudiante sea capaz de ha-

grar la teoría con la práctica.

cer, comprender y de demostrar, aplicar una vez de terminado un proceso de aprendizaje (Adam, 2008) 2. Si partimos de la de-

El 30% de estudiantes peruanos evaluados en la prueba de

finición de Jiménez (2000) 3 la cual postula que el rendimiento

PISA, se encontró en el nivel 2 donde se verificó que el alumno

académico es un “nivel de conocimientos demostrado en un

es capaz de tener un razonamiento directo y hacer interpre-

área o materia comparado con la norma de edad y nivel aca-

taciones literales de los resultados o de la resolución de pro-

démico”, encontraremos que el rendimiento académico podrá

blemas tecnológicos. Ello significa que el ingresante a nivel

de una manera objetiva y demostrable ser evaluado.

superior debe desarrollar sus capacidades de aplicación en entornos laborales.

Se define, al rendimiento académico, en términos de comprensión, análisis y aplicación, dimensiones que deben ser

Asimismo, el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología

evaluadas.

colocan a nuestros estudiantes frente a un acelerado y gran volumen de información que se incrementa y con el tiempo.

La comprensión construye relaciones y une conocimientos.

Por eso, es necesario que nuestros docentes estén prepa-

Los estudiantes entienden procesos y conceptos y pueden ex-

rados para impartir la forma que se concibe y materializa la

plicarlos o describirlos. Pueden resumirlos y refrasearlos en sus

enseñanza científica, además de que conozcan las fortalezas y

propias palabras (Clifford, 2000) 4.

debilidades de su grupo mediante evaluaciones, de modo que

76

los contenidos, los métodos y las estrategias de aprendizaje

Se puede definir el aplicar, como llevar a cabo o utilizar aque-

permitan hacer frente a desafíos como rapidez de los cambios,

llo que se ha aprendido. Aplicar se relaciona y se refiere a situa-

complejidad e interdisciplinaridad, dimensión ética y social, y

ciones donde el material ya estudiado se usa en el desarrollo

problemática cívica (OEI 2011), para que el estudiante partici-

de productos, tales como modelos, presentaciones, entrevis-

pe de manera activa en la adquisición de su conocimiento y

tas y simulaciones. (Correa y Rúa, 2009) 5

pueda también, identificar sus deficiencias.

El analizar es descomponer en partes materiales o conceptuaEl World Economic Forum (WEF), 2012, publicó el Informe

les y determinar cómo estas se relacionan o se interrelacionan

global sobre competitividad mundial el cual en 12 variables

entre sí, o con una estructura completa, o con un propósito

o pilares. En varios ellos el Perú ha mejorado apreciablemen-

determinado. Las acciones mentales de este proceso incluyen

te en estos diez años, como el ambiente macroeconómico, el

diferenciar, organizar y atribuir, así como la capacidad para

desarrollo de los mercados financieros, el funcionamiento de

establecer diferencias entre componentes (Anderson, 2001) 6.

los mercados de bienes y laboral, y el tamaño del mercado.

No obstante, menciona que los indicadores en los que el Perú

Para el desarrollo de los indicadores de la prueba se ha usado

está mal son los relacionados a la productividad, es decir, a la

la taxonomía de Bloom que se utiliza frecuentemente para re-

ciencia, la tecnología y la innovación (TIC), precisamente las

dactar los resultados de aprendizaje en 6 categorías: recordar,

variables que son los motores del cambio y el crecimiento. Ese

comprender, aplicar, analizar, evaluar, crear, dado que provee

informe indica que Perú está en los últimos lugares en edu-

una estructura para una apropiada redacción de los resultados

cación superior, en preparación (readiness) tecnológica, y se ubica el puesto 113 de 142, por lo que se ubica necesario propiciar el espíritu innovador del estudiante.

El objetivo final del estudio es determinar con una prueba pre y post test el efecto de participar en un programa que usa el método de aprendizaje basado en problemas en la comprensión, la aplicación y el análisis de los principios básicos de los fenómenos que gobiernan la Física clásica en los estudiantes en el curso de física.

2 Adams, A., Vescio V.A Review of Research on the Impact of Professional Learning Communities on Teaching Practice and student learning, Teaching and Teacher Education, Volume 24, Issue 1, Pages 80-91, ISSN 0742-051X, http://dx.doi.org/10.1016/j.tate.2007.01.004.

January 2008.

3 Jiménez, M. Competencia social: intervención preventiva en la escuela. Infancia y Sociedad. 24, pp. 21-48. (2000).

4 Jarolimek, John y Foster, Clifford D.1# Enseñanza y aprendizaje en la escuela primaria. Buenos Aires: Kapelusz, 1980.

5 Correa, C. i Rúa, J.A. Aprendizaje basado en problemas en la educación superior. Medellín: Sello editorial. (2009).

6 Anderson, L.W., and D. Krathwohl (Eds.) A Taxonomy for Learning, Teaching and Assessing: a Revision of Bloom’s Taxonomy of Educational Objectives. Longman, New York. (2001).

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de aprendizaje. El Dr. Andrew Churches complementó cada

METODOLOGÍA

categoría con verbos y herramientas del mundo digital que posibilitan el desarrollo de habilidades en estas categorías.

El instrumento de evaluación educativa que responde a la variable dependiente rendimiento académico (VDRA), es parte

La validación es un proceso continuo (Gómez, 2002) 7 que in-

de una investigación que presenta como hipótesis: los estu-

cluye procedimientos diferentes para comprobar si el cuestio-

diantes que participan en un programa de intervención meto-

nario mide realmente lo que dice medir, pues se busca que el

dológica en la asignatura de Física 1 de Tecsup, tienen mayor

test evalúe de manera precisa o estable y brinde indicadores

puntaje en rendimiento académico (comprensión, aplicación

claros (fiabilidad).

y análisis) que aquellos que no lo usan. El instrumento es llamado evaluación de entrada y salida para medir el rendimien-

Para realizar una validez de contenido es necesario especificar

to académico.

la variable a medir mediante el desarrollo de los objetivos y conectarlos con los indicadores de los mismos, (Anastasi, 1986) 8.

Las características son las siguientes:

Para el proceso de validación de contenido puede usarse jue-

•

Formato: prueba educativa en cuestionario

•

Momentos: pre y post test en la investigación

•

Estructura de la prueba: batería de 6 preguntas, con res-

ces expertos que ayuden a valorar la congruencia de los ítems con los objetivos de la investigación (Rosenthal & Rosnow, 1991) 9.

Los indicadores que se desprenden de las dimensiones de la

puesta múltiple y una respuesta válida

investigación deben comprobarse empíricamente en el test y resultar adecuados los ítems del constructo en referencia para

•

realizar su validación.

Calificación: Se asignó distinta valoración de, 1 a 3, según la complejidad de las respuestas correctas. El puntaje total de la prueba fue 20

Para validar una prueba se deben obtener relaciones entre las puntuaciones en el test y entre otras dimensiones que debe-

•

Fuentes de información: las fuentes primarias fueron, la

rían relacionarse con el constructo de interés (Pérez & Chacón,

base de pruebas tomadas en los semestres 2012-I y 2012-

2000) .

II en Tecsup; y las secundarias corresponden al análisis de

10

77

documentos que sustentan el marco teórico cognitivo e Uno de los factores que afecta la validez es la fiabilidad del test.

investigaciones vinculados a ello

Si se usa el Alfa de Cronbach (Cronbach y Shavelson, 2004) 11, cuanto más se aproxime este a la unidad, mayor es la fiabilidad

Las dimensiones e indicadores se definen en la tabla 1.

de lo medido. En educación se considera que valores de alfa superiores a 0,7 son suficientes para asegurar la fiabilidad.

Variable

Dimensión Dimensión 1 - Comprensión de los principios básicos de

7 Gomez, J.. La validez en los test, Escalas y Cuestionarios. La sociología en los escenarios (revista electrónica). Centro de estudios de opinión. (Consulta marzo 2014). http://aprendeenlinea.udea.edu. co/revistas/index.php/ceo/article/viewFile/1750/1370. (2002)

los fenómenos que gobierVariable Dependiente

Dimensión 2 - aplicación de los principios básicos de la

8 Anastasi, A. (1986). Evolving concepts for test validation.

Annual Review of Psychology, 37, 1-15.

9 Rosenthal, Robert and Rosnow, Ralph L.. Essentials of Behavioral Research, Methods and Data Analysis. Boston: Mc Graw –Hill.

(1991) 10 Pérez J. A.; Chacón, S.; Moreno, R.. Validez de constructo: El uso de análisis factorial exploratoria, confirmatoria para obtener evidencias de validez. Universidad de Sevilla Psicothema, Vol. 12, N.º 12, pp. 442-495. (2000) 11 Cronbach, Lee J. and Shavelson, Richard J.). My Current Thoughts on Coefficient. Alpha and Succesor Procedures. Educational and Psychological Measurement, 64 (3), 391-418.Clifford, G. (2000). Local Knowledge: Further Essays in Interpretive Anthropology. Edition: 3rd. Contributors: Clifford Geertz - Author. Publisher: Basic Books.

Place of publication: New York. (2004)

nan la Física clásica.

Física a situaciones específicas asociadas a casos reales.

Rendimiento académico

Dimensión 3 - Análisis de los principios básicos de la Física a situaciones específicas asociadas a situaciones reales

Fuente: Elaboración propia Tabla 1: Descripción de la variable dependiente en función a las dimensiones definidas en el trabajo.

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Construcción del instrumento

ta. En el cuarto y último piloto se mejoró la redacción de las alternativas de respuestas y se verificaron que no fuesen con-

Se requirió de los conocimientos y la experiencia de dos ex-

ducentes.

pertos: un doctor en Educación Superior, con 15 años de # Piloto

experiencia en enseñanza en el nivel de educación superior tecnológica; y un PhD. en Física Teórica con 5 años de expe-

Alfa de

riencia en el nivel de Educación Superior. Dicho instrumento

Cronbach

comprendió dos partes:

1

2

3

4

0,25

0,37

0, 486

0,711

Fuente: Elaboración propia

Parte 1:

TABLA 2. Resumen de los pilotos para confiabilidad y validez del instrumento.

Inicialmente, la prueba contenía 15 preguntas obtenidas de evaluaciones anteriores del curso de Física 1 del Departamen-

Observaciones

to de Equipo Pesado de Tecsup. Consideró las variables con sus indicadores respectivos: comprensión, aplicación y aná-

Primera prueba piloto, se detectó que el vocabulario em-

lisis (ver tabla 1).Fue presentada a los doctores especialistas.

pleado era confuso.

Se hizo una revisión de los ítems, y se agruparon con la colaboración del Dr. Sixto Sarmiento, (doctor en Ciencias de la

Segunda prueba piloto, demostró que las alternativas a ele-

Educación San Martín de Porres), quien verificó el formato de

gir como respuesta no eran claras.

la prueba, la redacción de los ítems.

Tercera prueba piloto, todas las respuestas verdaderas eran Parte 2:

la letra a. Se verifico que debían de cambiarse el orden de las alternativas

Daniel Reyes López, PhD Post Doctoral en Física Teórica en

78

Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, revisó las definiciones

Cuarta prueba piloto, se determinó la confiabilidad del ins-

a utilizar y su corrección en la redacción. Se realizaron 2 se-

trumento.

siones de revisión de contenidos con los expertos, de manera separada; en cada una de ellas se delimitaron y agruparon las

En la presente investigación se empleó el programa SPSS ver-

preguntas hasta quedarse seis.

sión 20, programa estadístico informático muy usado en cien-

Proceso de validación de la Prueba

cias sociales y en empresas para la investigación de mercado.

Este programa estima la confiabilidad con un análisis estadístico avanzado.

Validez de contenido

RESULTADOS La validación se realizó con jueces expertos. Requirió de la participación de ocho Físicos docentes en la especialidad y una

La validación de la prueba se dio en dos momentos: primero se

experiencia mayor de diez años en pregrado.

validó el contenido y luego el constructo.

Validez de constructo - Aplicación de la prueba piloto

I.

La Validez de contenido, fue dada por ocho jueces expertos, y quienes contestaron con las palabras sí o no, los

La prueba fue aplicada en cuatro secciones distintas de mane-

siguientes:

ra consecutiva en el curso de Física 2. Se mejoró la redacción y verificó el correcto entendimiento de cada pregunta. Se escogieron estas cuatro secciones debido a sus conocimientos previos de los grupos, pues se informó que por ser estudiantes que habían aprobado el curso, poseían competencias para va-

1. Cumple el objetivo de la investigación 2. La estructura es adecuada 3. Las preguntas son excluyentes a los indicadores

lidad el entendimiento y comprendan los ítems. Se cambió de

4. El vocabulario utilizado es el idóneo

secciones los pilotos para evitar inducir respuestas.

5. Es aplicable el cuestionario en otras investigaciones

Los tres primeros pilotos realizaron de manera consecutiva

6. El número de preguntas es suficientes.

para mejorar la redacción y entendimiento de cada pregun-

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loto, a las preguntas del instrumento cuestionario

Se les pidió que sugirieran los pesos de 1 a 3 de cada pregunta teniendo en cuenta la dificultad. El resultado fue: • •

Cambiar aleatoriamente las respuestas (propuesta por Mag. Jorge Medina- UPCH).

los pesos de cada ítem, con una probabilidad de 95,83% en la convergencia de sus respuestas.

•

Cambiar respuestas de la pregunta 1, puesto que inducía a marcar la verdadera (propuesta de asesora de

Se calificó en la matriz con SI=1 y NO=0.

tesis Olga Bardales - UPCH).

Con los resultados alcanzados se verificó: •

la claridad de las preguntas,

•

la pertinencia

La tabla 3 indica, que la medida de las medias de los 6 ítems oscila entre 0,875 y 1, con una desviación típica máxima de 0,35

Pregunta

Alfa de Cronbach si se elimina el elemento

1

0,70

2

0,71

3

0,723

4

0,75

5

0,70

6

0,728

Fuente: Elaboración propia Desv. típ.

Media

P1

0

1

Tabla 4: Estadística descriptiva del análisis de la prueba piloto en la

P2

0

1

sección C13 2AB.

P3

0,35355

0,8750

P4

0,35355

0,8750

En la tabla 4 se verifica un comportamiento homogéneo en-

P5

0

1

tre los ítem, al no observarse valores negativos si es elimina-

P6

0

1

do algún elemento. Al trabajar con los 6 ítems se obtuvo un

Fuente: Elaboración propia

coeficiente alfa de Cronbach igual a 0,711, lo cual indica que el instrumento es confiable. Nunnally (1978) propone un mí-

Tabla 3: Estadística descriptiva del análisis de 8 docentes sobre el instru-

nimum de 0,70.

79

mento de validación.

CONCLUSIONES La validez del contenido permitió hacer correcciones a la versión preliminar del instrumento.

La prueba de rendimiento académico ha sido validada por jueces expertos en los diferentes ítems que la conforman; por

1.- Precisar contenido específico a evaluar ítem 3.

consistencia interna demostrada por su baja desviación típica.

2.- Mejorar la redacción.

La prueba de rendimiento académico tiene validez de constructo. Fue evaluada mediante estadística descriptiva, lo que

3.- Precisar contenido en los ítems 3 y 4.

significa que se ha validado la teoría que fundamenta el instrumento.

II. Validez de constructo se realizaron pruebas piloto consecutivas. La cuarta prueba fue la definitiva.

La confiabilidad de la prueba ha obtenido un 0,711 en su alfa de Cronbach.

Fecha: 14 de octubre 2013 La prueba está lista a usarse para verificar el rendimiento acaGrupo: Física 2 de la carrera Mantenimiento de Maquina-

démico del curso de Física 1 en alumnos del primer ciclo de

ria de Planta en Tecsup, turno mañana.

Tecsup.

Sección: C13 2AB

Esta ruta de construcción de un cuestionario con expertos, validación de contenido por jueces (teniendo en cuenta la

Objetivos:

desviación estándar), así como la validez de constructo con pruebas pilotos (alpha de Cronbach) describe la posibilidad de

•

Levantar las observaciones verificadas en el tercer pi-

su uso en casos similares para diversos cursos.

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Silvia Espinoza Suarez.

Exley, K., & Dennis, R. (2007). Enseñanza en pequeños gru-

Investigadora y docente de Tecsup. Licenciada en Física de Es-

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