I+i Investigación aplicada e innovación. Volumen 1 - Nº 2 / Segundo Semestre 2007 by Revista I+i

Investigación aplicada e innovación Volumen 1-Nº 2 Segundo semestre 2007 Lima-Perú

ISSN 1996-7551

Editorial ........................................................................................................................................................

Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos ................ Adolfo Marchese García

Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación .............................................................................................................. Giancarlo Obando Díaz

Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual ...... Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera

104

El supervisor como management para generar sinergia .................... Christian León Porras

112

¿Calidad a través de acreditaciones internacionales ó acreditaciones internacionales a través de la calidad? ..................................................................................... Pablo Moreno Romaní

115

Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero Sae 1045 mediante ensayo de impacto ....................................................... Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido

122

Medición de flujo en líquidos con válvulas de control .......................... Henry Gómez Urquizo

127

Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación ........................................ Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna

133

Autositonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos ..................................................................................................................................... Manuel Manyari Rivera

138

Monitoreo de estaciones mecatrónicas: Laboratorio – TECSUP .......................................... ........................................................................................ Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo

143

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Director: Alberto Bejarano Comité Editorial: Adolfo Marchese García Daniel Mendiburu Zeballos Dante Muñoz Díaz Elmer Ramirez Quiroz Hernán Zapata Gamarra Colaboradores: Adolfo Marchese García Christian León Porras Denis Chávarry Hernández Ernesto Godines De la Cruz Elmer Mendoza Trujillo Giancarlo Obando Díaz Henry Gómez Urquizo Jessica Vlásica Malpartida Jorge Rodríguez Llapa Mercè Gisbert Cervera Manuel Manyari Rivera Manuel Vizcarra Bellido Pablo Moreno Romaní Raúl Medrano Tantaruna Corrector de estilo: Jorge Alvarado Cevallos 88

Diseño, diagramación: OnTime Publicidad & Marketing Impresión: Stampa Gráfica S.A.C. Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú: 2007-04706 TECSUP Arequipa: Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú Lima: Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú Publicación Semestral Tecsup se reserva todos los derechos legales de reproducción del contenido, sin embargo se autoriza para fines didácticos la reproducción total o parcial, siempre y cuando se cite la fuente.

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

Invest Apl Innov 1(2), 2007

EDITORIAL Complacidos por los favorables comentarios recibidos sobre nuestra primera edición, nos es muy grato publicar el segundo número de la revista Investigación Aplicada e Innovación, cuyo esfuerzo se ha renovado y acrecentado gracias a las sugerencias recibidas y que se enmarcan en los procesos de mejora continua que practicamos. Nos sentimos muy reconocidos por las notas y entrevistas en la prensa escrita, televisión y páginas web, donde han comentado el lanzamiento de nuestra revista y en especial, el contenido de sus artículos. Esta revista, como todas las actividades que se realizan en Tecsup, es guiada por los valores que compartimos en la institución: ética, cooperación, calidad, innovación y pasión. Es la colaboración de los docentes y estudiantes en la investigación de diferentes áreas tecnológicas, y también en la preparación y la revisión de los artículos, lo que hace posible su publicación. Con ella esperamos contribuir a mejorar la calidad de los productos y servicios que ofrecen las empresas peruanas en el mercado interno y en todo el mundo. En la actualidad se está dando un intercambio de gran cantidad de productos a mayor número de destinos, lo cual crecerá en un futuro próximo como parte de la globalización, lo cual es cada vez más importante en la cultura de los empresarios y ciudadanos de nuestro país. Por ello es indispensable incrementar la investigación aplicada y la innovación para ser más competitivos en este escenario universal.

Alberto Bejarano Director Académico

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos Characterization geometallurgical of auriferous minerals Adolfo Marchese García

RESUMEN En la metalurgia extractiva de minerales auríferos, es

possible to select a treatment process considering envi-

posible encontrar el oro incluido y/o asociado a diferen-

ronmental criteria.

tes minerales. Esto nos lleva necesariamente a estudios de caracterización del mineral a el fin de determinar la

Mineral characterization was done in order to propose

ocurrencia del oro y su comportamiento frente a los pro-

economic and ecologic processes for treating a gold ore.

cesos extractivos, para seleccionar los procesos ambien-

Thus, were done mineralogical, physicochemical, and

talmente aplicables en el beneficio, extracción y recupe-

metallurgical studies on an auriferous ore from north

ración del metal valioso.

zone of the country with the objective of determining the most important parameters on the extraction pro-

En este trabajo técnico se realizó la caracterización

cesses and select viable technologies of treatment.

geometalúrgica del mineral con el objeto de identificar

los procesos aplicables técnica, económica y ambien-

Each composite was characterized mineralogically,

talmente en el beneficio y extracción de oro a partir

physicochemically and metallurgically determining the

de mineral de mina. Se realizó la caracterización mi-

main influential aspects on extractive processes. Results

neralógica, fisicoquímica y metalúrgica de un mineral

obtained show that gold is present in a fine size (less

aurífero de la zona norte del país, para determinar los

than 75 µm) and the majority is free. For that reason, the

parámetros que más influyen en los procesos de extrac-

ore must be grinded very fine in order to be treated by a

ción y seleccionar así las tecnologías más adecuadas de

treatment of direct cyanidation by agitation.

implementación.

PALABRAS CLAVES Cada composito fue caracterizado mineralógica, fisicoquímica y metalúrgicamente, determinando las carac-

Caracterización mineralógica, caracterización fisicoquí-

terísticas más influyentes en los procesos extractivos.

mica, caracterización metalúrgica, cianuración, extrac-

Los resultados obtenidos indican que el oro presente en

ción, recuperación.

el mineral se presenta en un tamaño muy fino (menor 75 micrones), y que la gran mayoría está como libre o

KEY WORDS

expuesto. Por tal motivo se requiere que el mineral sea molido finamente para su posterior tratamiento de cia-

Mineralogical characterization, physicochemical characte-

nuración convencional por agitación.

rization metallurgical, cyanidation, extraction, recovery.

ABSTRACT

INTRODUCCIÓN

On the extractive metallurgy of auriferous ores, it’s pos-

Como parte del desarrollo del proyecto investigativo

sible to find gold included and/or associated to differ-

se realizó la caracterización mineralógica, química, fisi-

ent minerals. This aspect obliges to take characterization

coquímica y metalúrgica para dos diferentes muestras

studies in order to know how the gold is on the ore and

de mineral provenientes de un yacimiento con reser-

its behaviour on extractive processes. In this way will be

vas de mineral aurífero.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos

Al inicio, un experto mineralogista caracterizó microscópica-

Ganga

Óxidos

mente cada una de las muestras, clasificándolas en dos tipos

trazas Oro electrum 40

Cuarzo

Hematita-Goethita

de mena: minerales oxidados y minerales sulfurados. A partir

Moscovita 1

de allí, se unieron las muestras de un mismo tipo tecnológi-

trazas Galena

Zircón

trazas Magnetita

co de mena y se conformaron dos compositos: composito 1

trazas Esfalerita

trazas

Pirrotita

trazas Ilmenita

(mineral oxidado) y composito 2 (mineral sulfurado).

trazas Arsenopirita

trazas

Clorita

trazas

Turmalina

Cada composito fue sometido a caracterización mineralógica, química, fisicoquímica y metalúrgica, determinando las

Mena

Pirita

Rutilo

Trazas = <0.5%

Tabla 2 - Composición mineralógica del composito sulfurado.

características más influyentes en los procesos extractivos.

RESULTADOS Y DISCUSION

METODO EXPERIMENTAL

Caracterización Mineralógica: Las tablas 1 y 2 contienen los resultados del análisis microscópico de cada composito,

a. Caracterización Mineralógica: Los dos tipos de mena fueron analizados por difracción de rayos X y micros-

donde se muestran las composiciones mineralógicas presentes en la mena, la ganga y las alteraciones por óxidos.

cópica por la técnica de análisis de material particulado en secciones delgadas pulidas. Como resultado

La presencia de minerales consumidores de cianuro y

de esta caracterización se determinó la composición

de oxígeno, tales como los óxidos de hierro y sulfuros de

mineralógica, la ocurrencia y distribución del oro en

hierro, respectivamente, indican que durante el proceso

los finos, livianos y pesados.

de lixiviación, el composito oxidado será controlado por la concentración de cianuro y para el composito sulfura-

b. Caracterización Química: Se determinaron las leyes de oro

do el control lo ejercerá el oxígeno disuelto.

y plata de cada una de las muestras, a través de las técnicas de ensayo al fuego convencional y ensayo al fuego com-

Por otra parte, los dos compositos contienen cantidades

binado con el método de absorción – atómica. Además se

significativas de arcilla, situación que dificulta el proceso

determinaron las concentraciones de algunos elementos

de lixiviación, puesto que las arcillas aumentan la viscosi-

que pudieran interferir en los procesos de extracción.

dad de la pulpa y dificultan la difusión del oxígeno en la solución. Este problema es más crítico para el composito

c. Caracterización Fisicoquímica: Debido a que los

sulfurado por presentar, además, minerales consumido-

procesos metalúrgicos extractivos requieren del ma-

res de oxígeno. Otros minerales que se presentan en pe-

nejo de pulpas es necesario determinar algunas carac-

queñas cantidades como la galena, calcopirita y esfalerita

terísticas fisicoquímicas del mineral, tales como: den-

actúan relativamente como consumidores de cianuro.

sidad, nivel de acidez, tipo de sales solubles, velocidad de sedimentación, viscosidad de pulpa y porcentaje

Mediante la caracterización mineralógica se determinó

de retención de líquidos.

también la ocurrencia del oro y el tamaño promedio de las partículas de oro.

d. Caracterización Metalúrgica: Con el fin de determinar la respuesta del mineral frente a los procesos de bene-

Según las microfotografías tomadas por el mineralogista,

ficio y extracción, y de esta manera predecir su com-

la mayor ocurrencia de oro es en forma libre o asociado a

portamiento metalúrgico, se realizaron una serie de

óxidos. No se encontró oro incluido en sulfuros, lo que des-

ensayos para determinar: Índice de Bond, distribución

carta la necesidad de aplicar un pretratamiento al proceso

del oro por fracciones granulométricas, grado de lixivia-

de cianuración para la exposición y/o liberación del oro.

bilidad y la distribución del oro en diferentes matrices. %

Mena

Ganga

Óxidos

trazas

Oro electrum 40

Cuarzo

Hematita-Goethita

Pirita

Moscovita trazas Magnetita

trazas

Calcopirita

trazas Zircón

trazas

Galena

trazas Pirrotita

trazas Rutilo

Trazas = <0.5%

Tabla 1 - Composición mineralógica del composito oxidado.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Figura 1 - Ocurrencia del oro en cada compost.

Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos

Es importante resaltar que el tamaño de las partículas de

métodos convencionales de cianuración, ya que depen-

oro es muy pequeño, inferior a 100 micrones, lo que indica

de del grado de liberación o exposición del oro durante

que será necesario reducir el mineral hasta granulometría

las operaciones de conminución.

fina para lograr exponer o liberar el oro. Además, a este tamaño, la cinética de extracción de oro es rápida, ya que

La mayor cantidad de oro se encuentra en el mineral pe-

el área de contacto con la solución lixiviante es grande.

sado, es decir en los sulfuros y óxidos.

En la tabla 3 se presentan los porcentajes en peso de finos, livianos y pesados que conforman cada uno de los

Según estos resultados, el uso de procesos de concentra-

compositos.

ción gravimétrica o lavado (para eliminar arcillas), previos al proceso de cianuración, no son aplicables a este mineral, ya que acarrearía a pérdidas considerables de oro al

Composito

Finos (%)

Livianos (%)

Pesados (%)

Oxidado

46.49

41.56

11.95

64.01

17.82

18.22

48.16

36.63

15.21

42.50

46.55

11.02

Sulfurado

descartar los finos. Sin embargo, es posible pensar en el tratamiento de finos y pesados por separado, dependiendo de los resultados metalúrgicos, ya que como se puede observar, el porcentaje de mineral pesado es bajo (15%) y contiene más del 65% del oro.

Tabla 3 - Porcentajes en peso de finos, livianos y pesados para cada composito.

Caracterización Química: Se determinaron las leyes de oro y de plata de cada composito, cuyos resultados se pre-

Porcentaje de oro (%)

sentan en la tabla 5. En la tabla 6 se presentan las leyes

Composito

Finos (%)

Livianos (%)

Pesados (%)

Oxidado

46.49

41.56

11.95

64.01

17.82

18.22

48.16

36.63

15.21

La relación Au:Ag del composito oxidado y del sulfurado es 2

42.50

46.55

11.02

y 0.6, respectivamente, y según ella es posible aplicar proce-

Sulfurado

Tabla 4 - Distribución del oro en los finos, livianos y pesados para cada composito.

determinadas para algunos elementos importantes.

sos de recuperación con carbón activado. Para minerales con elevadas cantidades de plata y bajas de oro, no se recomienda usar carbón activado, ya que la plata compite con el oro du-

92 Composito

Ley de oro (g/t)

Ley de plata (g/t)

Oxidado

12.04

6.08

Sulfurado

17.68

29.64

inventarios de carbón activado para recuperar pequeñas cantidades de oro, lo cual no es rentable a nivel industrial. Composito oxidado

Tabla 5 - Leyes de oro y de plata de cada composito.

Composito Te

rante el proceso de adsorción, haciendo que se manejen altos

(g/t)

Oxidado

27.0

371

5,2

340

347

180

12,6

0,034

Sulfurado

34.6

315

6,2

1570

410

811

13,4

3,247

Densidad (g/cm3)

60 tyler

100 tyler

200 tyler (75 um)

Densidad aparente

1.113

1.053

0,833

Densidad real por

2.86

2.85

2.82

picnómetro

Composito sulfurado

Tabla 6 - Leyes de algunos elementos presentes en cada composito.

En la tabla 4 se presentan los resultados de los porcentajes de oro distribuido en finos, livianos y pesados.

Densidad (g/cm3)

60 tyler

100 tyler

200 tyler (75 um)

Densidad aparente

1,112

1,093

0,909

Densidad real por

2,86

2,83

picnómetro

Tabla 7 - Densidades reales y aparentes de cada composito.

Alrededor del 50% del mineral de cada composito se encuentra en los finos, además la cantidad de oro presente en ellos es alta, alrededor del 30%, lo cual corrobora la

El telurio es un elemento que se encuentra frecuente-

ocurrencia del oro libre a tamaños muy finos.

mente en menas auroargentíferas puede estar compuesto de oro-telurio, lo cual no responde a los procesos de

El oro presente en los livianos está asociado o incluido

lixiviación, e impide la extracción del oro, dándole refrac-

a la sílice, por esta razón puede ser recuperable por los

tariedad química al mineral.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos

El arsénico y el antimonio pueden estar presentes como

nuración, la adición de cal para elevar el pH a los niveles

arsenopirita (FeAsS) y estibina (Sb2S3). Estos minerales

requeridos.

son perjudiciales durante el proceso de cianuración, porque la arsenopirita consume oxígeno formando un pro-

La diferencia del pH al usar agua destilada y cloruro de

ducto que se adhiere a la partícula del oro inhibiendo la

calcio es causada por la existencia de compuestos de

reacción con el cianuro y la estibina es un fuerte consu-

aluminio que se disuelven en soluciones de cloruro de

midor de cianuro y oxígeno.

calcio y afectan la acidez de la pulpa.

Las cantidades de zinc, cobre, plomo, hierro y azufre co-

d. Determinación de las velocidades de sedimentación:

rroboraron la presencia de esfalerita (ZnS), calcopirita

Los ensayos de velocidad de sedimentación proporcio-

(CuFeS2), galena (PbS), pirita (FeS2) y hematita (Fe2O3). El

naron ciertos criterios de selección para los procesos

composito sulfurado contiene altos porcentajes de azu-

de separación sólido-líquido. Por medio del método de

fre, zinc y plomo con respecto al oxidado, debido a la pre-

Coe-Clavenger, se determinaron las curvas de velocidad

sencia de estos sulfuros metálicos.

de sedimentación que se presentan en la tabla 9.

Caracterización Fisicoquímica: Durante la caracterización fisicoquímica se determinaron algunos parámetros que brindan información para la selección del proceso y posterior diseño de los equipos que serán parte de la

pH Composito

Agua destilada

Cloruro de calcio

Oxidado

5.25

4.37

Sulfurado

5.45

4.9

Tabla 8 - Acidez de cada composito.

planta de procesamiento. a. Determinación de densidad: Los resultados de las

Velocidades de

Composito Oxidado

Composito Sulfurado

densidades a diferentes granulometrías para cada

Sedimentación

60 Tyler 100 Tyler 200 Tyler

composito se presentan en la tabla 7. Las diferencias notables de densidades reales por des-

cm/min

0.908

0.786

0.275

0.967

0.700

0.371

Tabla 9 - Velocidades de sedimentación a diferentes granulometrías para los compositos.

plazamiento con respecto a la malla 200 fueron debido a

Se observa que el composito oxidado presenta velocida-

la presencia de arcillas que, al estar a una granulometría

des de sedimentación menores a todas las granulome-

fina y en contacto con agua, se hinchan al atrapar parte

trías, debido posiblemente a la mayor cantidad de arci-

del líquido en su estructura cristalina. Esta diferencia fue

llas que dificultan el proceso de sedimentación.

más notoria en el composito oxidado debido a la mayor cantidad de arcillas que este contenía.

Con el fin de acelerar las velocidades de sedimentación y obtener menores áreas de espesamiento, sería conve-

b. Determinación de sales solubles: La presencia de sales solubles en los compositos fue negativa, no se en-

niente evaluar algunos reactivos que actúen como agentes floculantes como los polímeros sintéticos.

contraron sales ferrosas, sales férricas, sales de cobre ni sales de zinc. Esto indicó que no sería necesario pensar en el lavado del mineral antes de la cianuración, para prevenir el consumo de cianuro por estas sales. c. Determinación del grado de acidez: La determinación del pH fue un parámetro necesario para evaluar el consumo de reactivos, teniendo en cuenta que el proceso de cianuración se realiza en un rango de pH de 10,5 a 11. El pH fue estimado utilizando agua destilada y cloruro de calcio, siguiendo los procedimientos indicados en la norma ASTM D 4972-89. Los resultados se presentan en la tabla 8.

Figura 2 - Curvas de sedimentación a 200 mallas Ty para los dos compositos. Pulpa 25% sólidos.

e. Determinación de la viscosidad: La viscosidad es una medida de las características reológicas de un fluido, en este caso las pulpas minerales. El equipo

Según los resultados de pH, los dos compositos tienen

usado para su determinación fue un viscosímetro ro-

carácter ácido y sería necesario antes del proceso de cia-

tatorio de agujas.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos

Se determinaron las viscosidades de pulpas a diferentes

La mayor cantidad de oro se encuentra en la granulome-

porcentajes de sólidos para ambos compositos, con el fin

tría fina, malla 200 Tyler (75 micrones), lo que corrobora

de estimar el porcentaje de sólidos apropiado para el ma-

que el oro se encuentra a un tamaño muy fino. Por tal mo-

nejo de pulpas, especialmente en el proceso de agitación.

tivo, no es aplicable la implementación de procesos de concentración gravimétrica convencional, ya que se per-

Se observa que la viscosidad del composito oxidado es

dería parte del oro en los relaves de concentración. Para

mayor que la del sulfurado para todo el rango de porcen-

lograr exponer o liberar el oro, se deberá moler entonces

taje de sólidos. Este comportamiento se debe a la mayor

el mineral hasta una granulometría fina.

cantidad de arcillas que tiene el composito oxidado. Para porcentajes de sólidos mayores al 40% se presenta un aumento excesivo en la viscosidad para ambas muestras. Por este motivo se estima este porcentaje como apropiado para el manejo de pulpas durante los procesos que requieran agitación. No es aplicable tratar pulpas con porcentajes de sólidos menores al 40%, ya que se requerirían equipos con mayores capacidades para tratar la misma cantidad de mineral.

Figura 4 - Distribución de oro y de plata para cada composito.

94 Figura 3 - Curvas de viscosidad de pulpas minerales a diferentes porcentajes de sólidos en peso.

Figura 5 - Distribución de oro y de plata para el composito sulfurado.

f. Determinación del porcentaje de retención de lí-

b. Determinación del grado de lixiviabilidad: Se de-

quidos: Los resultados de las pruebas para la deter-

terminó por el ensayo de lixiviación de botella, usando

minación del porcentaje de retención de líquidos a

como reactivo lixiviante el cianuro de sodio (NaCN). El

diferentes granulometrías se muestran en la tabla 10.

grado de lixiviabilidad de una mena aurífera se clasifica de acuerdo con el porcentaje de oro o plata disuel-

Los porcentajes de retención de líquidos para ambas

tos a las 96 horas de tratamiento con cianuro.

muestras son altos. Este comportamiento predice la dificultad para la implementación de procesos de filtración.

Los resultados para cada composito se presentan en la

El composito oxidado presentó porcentajes de retención

tabla 11. En la tabla 12 se presenta la clasificación del tipo

de líquidos mayores al sulfurado. Esto se debió nueva-

de mena según el grado de lixiviabilidad.

mente a la presencia de arcillas y finos que retienen y obstaculizan la filtración de las soluciones. Caracterización Metalúrgica: Con la caracterización metalúrgica se determinó la respuesta del mineral a los procesos de beneficio y extracción. a. Determinación de la distribución de oro y plata por fracciones granulométricas: Esto se realizó con el fin de establecer el rango de granulometría en que se encuentra el oro.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Porcentaje de retención de líquidos (%) Composito

60 Tyler

100 Tyler

200 Tyler

Composito oxidado

30.0

32.5

35.3

Composito sulfurado

25.2

27.0

30.7

Tabla 10 - Porcentajes de retención de líquidos a diferentes granulometrías para los compositos. Composito

Oro disuelto (%)

Plata disuelta

Composito oxidado

87.12

48.71

Composito sulfurado

94.06

84.77

Tabla 11 - Porcentaje de oro y de plata disueltos a las 96 horas de lixiviación en botella.

Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos

Según la cantidad de oro disuelto, los dos compositos se

cional con agitación, observándose que la granulo-

pueden clasificar como altamente lixiviables, lo que indi-

metría fina es apropiada para este tipo de proceso.

ca que los dos compositos no presentan refractariedad a

• La implementación de procesos para la recuperación

la cianuración.

del oro disuelto, tales como el proceso CIP (Carbón•InPulp) o el proceso CIL (Carbón-In-Leaching), resulta-

El grado de lixiviabilidad, de acuerdo a la plata disuelta,

rían apropiados para este mineral, ya que la cantidad

clasifica al composito oxidado como difícilmente lixivia-

de arcillas presentes dificultan los procesos de separa-

ble y el composito oxidado como medianamente lixivia-

ción sólido-líquido. Además, las cantidades de planta

ble.

disueltas en la solución son bajas y no representarían excesivos consumos de carbón.

c. Lixiviación Diagnóstico: La lixiviación diagnóstico

• Finalmente, se concluye que los dos compositos

puede ser usado como el primer paso en la investiga-

presentan comportamiento metalúrgico bastante

ción de los problemas experimentados en una planta.

similares, por lo que pueden ser mezclados durante

Este ensayo permite determinar matrices que confor-

el procesamiento y tratamiento del mineral a escala

man el mineral, cuyos resultados se presentan en la

industrial.

tabla 13.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS En la tabla 13 se observa que la mayor parte del oro se encuentra como libre o expuesto. Esto justifica el alto grado de lixiviabilidad del mineral y el tamaño del oro fino. Por otra parte, el composito sulfurado presenta solamente el 1% del oro en sulfuros, lo que corrobora la no refractariedad de este mineral y, por lo tanto, no es necesario pensar en un pretratamiento para la disolución del oro.

1. Domic, E. Hidrometalurgia; Fundamentos, procesos y aplicaciones. Chile. Andros Impresos. 2001. 2. Cárdenas, A. Metalurgia Extractiva del Oro. Bolivia. Imprenta FOCET “lmral”. 1994. 3. Hurlbut, C. Manual de Mineralogía de Dana. España. Editorial Reverté. 1978. 4. L. Lorenzen, J. S. J. Van Deventer. The identification of

Oro disuelto (%)

Grado de lixiviabilidad

refractoriness in gold ores by the selective destruction

<65

Difícilmente lixiviable

of minerals. Minerals Engineering. Vol. 6. Os. 8-10,

65 – 85

Medianamente lixiviable

1993.

>85

Altamente lixiviable

5. ASTM E 400-71 Standart test method for spectrogra-

Tabla 12 - Grado de lixiviabilidad de un mineral de acuerdo con el porcentaje de oro disuelto. Porcentaje de oro (%) Tipo de

Composito

ocurrencia

Oxidado

Sulfurado

Oro libre o expuesto

Oro en sulfuros

Oro en óxidos o carbonatos

Oro en sílice y silicatos

Tabla 13 - Ocurrencia del oro en los dos compositos. Tipo de ocurrencia.

CONCLUSIONES • Los resultados obtenidos indican que el oro presente en el mineral es de un tamaño muy fino (<75 micrones), y que la gran mayoría está como libre o expuesto. Por tal motivo, se requiere que el mineral sea molido finamente para su posterior tratamiento directo de cianuración. • Se determinó que el proceso de tratamiento apropiado para este tipo de mineral es la cianuración conven-

Invest Apl Innov 1(2), 2007

phic analysis of ores, minerals and rocks by the Fire assay preconcentration technique. Reapproved 1988. 6. Brent, J. H. Dissolution chemistry of gold and silver in different lixiviants. Mineral processing and Extractive Metallurgy Review. Volumen 4, 1998. 7. Tecsup. Archivo de informes de investigación metalúrgica del Dpto. Química-Metalurgia, años 1995-1997.

Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación Biogas production in anaerobic reactors under different operation configurations Giancarlo Obando Diaz

RESUMEN El biogás, obtenido del proceso de fermentación de la

Materials for construction, operation type (with or without

materia orgánica (biomasa que incluye residuos anima-

heating and mixer system), organic matter availability and

les, vegetales, entre otros) en ausencia de oxigeno (reac-

local climate have to be considerated for digester sizing.

tores anaeróbicos o biodigestores) básicamente es una

With focus in the more favorable conditions analyzing for

mezcla de metano y dióxido de carbono. Las propiedades

biogas production and for organic matter biodegradation,

combustibles, que le otorga el metano, pueden ser apro-

in this article some tools for anaerobic reactor operation

vechadas para operar diversos sistemas que van desde la

are evaluated.

cocción de alimentos y la iluminación hasta la generación de energía eléctrica/mecánica, y abastecimiento de redes

PALABRAS CLAVES

de distribución de gas (locales o públicas); en pequeña escala, la cocción de alimentos y la iluminación represen-

Biodigestor, biogás, reactor anaeróbico, estiércol de bovi-

tan los principales usos de este combustible renovable.

no, efecto invernadero, biofertilizantes.

Para el dimensionamiento de un biodigestor, deben con-

KEY WORDS

96 siderarse, básicamente, los materiales utilizados en su construcción, el tipo de operación (c/s calentamiento,

Digester, biogas, anaerobic reactor, cow manure, bio-fertili-

agitación, etc.), la disponibilidad de materia orgánica y las

zers, global warming effect.

condiciones climáticas.

INTRODUCCIÓN Con el objetivo de analizar, tanto en laboratorio como en campo, los niveles más favorables para la producción de

Actualmente, factores como la disponibilidad de ener-

biogás y para la degradación de la materia orgánica, en el

gía, la optimización de procesos y las crecientes exi-

presente artículo se hace un levantamiento de las herra-

gencias ambientales vienen incentivando el desarrollo

mientas necesarias para la evaluación de la operación de

sustentable para el acompañamiento del crecimien-

un reactor anaeróbico.

to económico de los países. En ese sentido, sistemas energéticos basados en fuentes renovables de energía

ABSTRACT

cumplen un papel importante en la substitución del petróleo y sus derivados. Las fuentes renovables más

The biogas, a biomass (including animal and vegetable

promisorias son la energía solar, la eólica y la biomasa.

wastes, and others) fermentation product in absence of oxygen is, basically, a methane and carbonic dioxide

La biomasa fue la principal fuente de energía utilizada

mixture. Its combustible properties, due to the methane,

hasta el inicio del siglo XX. En los últimos años, prin-

could be used in many systems like stoves for cooking,

cipalmente a partir de la década de 1990, las diversas

gas lamps, power generation and gas grid supplying (lo-

legislaciones ambientales impulsaron el re-inicio de las

cal or public); in small-scale systems, the stoves for coo-

investigaciones tecnológicas sobre sistemas de con-

king and lamps for illumination represent the main uses

versión que aprovechan ese recurso. En ese sentido,

for this renewable fuel.

el estudio de procesos termoquímicos (combustión

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

directa y gasificación) y biológicos (digestión anaeró-

la temperatura como la agitación de la biomasa confi-

bica) viene permitiendo el desarrollo de equipamien-

nada en el reactor permiten obtener niveles más favo-

tos capaces de mejorar el potencial energético de esa

rables para la producción de biogás; dada esta afirma-

fuente de baja densidad energética a fin de consolidar

ción, diversos parámetros deberán ser evaluados para

su aprovechamiento.

determinar su factibilidad técnico-económica.

Las mayores fuentes de biomasa se encuentran en las

1. La digestión anaeróbica

áreas rurales y agroindustriales, donde la cantidad de residuos orgánicos (restos de cosechas, estiércol animal,

La Digestión Anaeróbica (DA) consiste en un proceso

efluentes agroindustriales, entre otros) es significativa y

de dos etapas para descomponer la materia orgánica

puede justificar la implementación de sistemas para su

(sólidos volátiles) en la ausencia de oxigeno, produ-

aprovechamiento energético en pequeña escala, permi-

ciendo biogás y efluente como producto. En la primera

tiendo así la creación de plantas de generación descen-

etapa, los sólidos volátiles (SV) son convertidos en áci-

tralizadas para el consumo in situ por sistemas aislados

dos grasos por bacterias anaeróbicas conocidas como

y/o para integración a la red pública (Díaz, 2006).

formadoras de ácidos. En la segunda etapa, los ácidos son convertidos en biogás por otras bacterias conoci-

Las haciendas lecheras, así como los sistemas de cría de

das como formadoras de metano.

animales en confinamiento para producción de carne (reses, aves, cerdos, etc.), entre otras, presentan algunas

Independientemente de la cantidad exacta de estiércol

particularidades que las tornan muy interesantes en ese

producido, su manejo adecuado se torna una necesi-

sentido. Por un lado existe una gran cantidad de resi-

dad a fin de evitar la acumulación y sus consecuencias

duos orgánicos (principalmente el estiércol animal), para

(emisiones contaminantes, mal olor, atracción de mos-

los cuales es necesario darles un destino adecuado, y

cas, entre otras). La instalación de un biodigestor surge

por otro una gran demanda de energía para el manejo,

como una solución para reducir las emisiones de me-

tratamiento y conservación de los productos (leche, car-

tano, disponer de un combustible y hasta generar una

ne, vegetales, frutas), principalmente en haciendas mas

ganancia adicional a través de la generación de crédi-

alejadas de los centros de comercialización.

tos de carbono mediante la implantación de proyectos del Mecanismo de Desarrollo Limpio. (Díaz, 2006).

A pesar de conocerse las ventajas de la utilización de la tecnología de la digestión anaeróbica para el tra-

El biogás básicamente es una mezcla de metano y dióxi-

tamiento adecuado de los residuos orgánicos, con in-

do de carbono, además de otros gases en pequeñas can-

cidencia en la reducción de las emisiones toxicas a la

tidades. Su poder calorífico y la densidad influencian en

atmósfera (metano principalmente), aspectos econó-

la operación del equipamiento conversor y en el dimen-

micos, operacionales, culturales y de disponibilidad de

sionamiento de los equipamientos de almacenamiento y

energía, limitan su proliferación.

compresión, respectivamente. Esos parámetros varían según la composición del biogás (tablas 1, 2 y 3) composición

Sobre los aspectos operacionales inciden tanto la fal-

que varía con la calidad de la materia orgánica y las carac-

ta de capacitación de los operadores, la ausencia de

terísticas del proceso de digestión, principalmente. Por lo

sistemas de control de temperatura y pH, los residuos

general, se considera que el poder calorífico inferior (PCI)

ajenos a la biomasa degradable que ingresa al biodi-

de un biogás con contenido de 50 a 80% de metano, varía

gestor. Diversos autores afirman que tanto el control de

entre 17.820 y 28.440 kJ/m3 (CCE apud BAYER et al., 2000). Rendimento

Resíduos Substrato Estiércol de vaca Estiércol de caballo Estiércol de puerco Estiércol de ovelha Estiércol de aves Estiércol humano Restos de maíz Restos de arroz

(kg/unid./año) 6.000,00 5.000,00 3.000,00 800,00 25,00 250,00 9.988,00 3.379,00

* por unidad animal/humano o hectárea. Fuente: Verástegui & Matero (1979)

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Biogás

(kg/unid./d) 16,44 13,70 8,22 2,19 0,07 0,68 27,36 9,26

(m3/kg fresco) 0,04 0,06 0,05 0,15 0,09 0,04 0,19 0,19

(m3/unid./año) 223,00 286,00 156,00 121,00 2,28 12,00 1.898,00 642,00

Tabla 1 - Producción de biogás a partir de diferentes sustratos.

(m3/unid./d) 0,61 0,78 0,43 0,33 0,01 0,03 5,20 1,76

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

Componente

Biogás

CH4 (metano), % en volumen

55-70

CO2 (dióxido de carbono), % en volumen

30-45

N2 (nitrógeno), % en volumen

0-2

H2S (gás sulfhídrico), ppm

~500

NH3 (amoníaco), ppm

~100

Fuente: Jensen & Jensen (2000)

ordeño, refrigeración, iluminación, servicio de limpieza, entre otros. Silva (1995) afirma que los motores de combustión interna pueden ser modificados sin grandes complicaciones para operar parcial o totalmente con el biogás en lugar de los combustibles fósiles normalmente utilizados (gasolina, kerosene, diesel, entre otros).

Tabla 2 - Composición típica del biogás.

3. Biodigestores Combustible

Equivalencia

Gás Natural

0,60 m3

Propano

0,88 l

Butano

0,79 l

Gasolina

0,63 l

Diesel

0,57 l

Carbón bituminoso

0,70 kg

Leña húmeda (10%)

1,60 kg

No existe un único diseño de biodigestor de aplicación universal, la práctica enseña que los biodigestores deben ser desarrollados según sean las necesidades del local de instalación, en que varían las características y la disponibilidad de la biomasa a tratar, el clima y hasta los hábitos culturales, entre otros. El tipo de funcionamiento del biodigestor permite clasificarlos en continuos y discontinuos.

Fuente: Walsh et al. (1988)

Tabla 3 - Equivalencia aproximada de 1,0 m3 de biogás (60% de CH4).

2. Utilización del biogás

Un proyecto típico para la generación de energía a partir de biogás consiste, básicamente, de un biodigestor, un sistema de manejo del gas y un equipamiento conversor. La remoción del CO2 diluido en el CH4 permite elevar el poder calorífico del biogás y facilita la compresión del mismo (WALSH et al., 1988; JENSEN & JENSEN, 2000). Ya la remoción del sulfuro de hidrógeno (H2S) evita el deterioro prematuro de las máquinas transformadoras de energía, pues este sulfuro, cuando mezclado con agua, forma ácido sulfhídrico, que es altamente corrosivo. De los usos finales del biogás, la combustión directa y la operación de motores de combustión interna (MCI), son los más comunes en explotaciones rurales (Tabla 4). Utilizado

Consumo

Cocción para 1 persona

0,24-0,33 m3/d

Iluminación (lámpara 40W)

0,283 m3/h

Iluminación (limpia)

0,12 m3/h

Generación de electricidad

0,62 m3/kWh

Refrigeradora por absorción

2,5 m3/d

Accionamiento de MCI

0,424 m3/h/HP

Fuente: Massotti (2003); Werner et al. (1989)

Tabla 4 - Usos finales del biogás.

En áreas alejadas de la red pública de distribución, existe una cultura de uso de grupos generadores accionados por motores de ciclo Otto y ciclo Diesel para generación de la energía eléctrica necesaria para los sistemas de

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Los biodigestores discontinuos fueron los primeros en ser utilizados y básicamente constan, al igual que los biodigestores continuos, de un depósito impermeable a líquidos y gases, provistos de accesos de carga y descarga de la biomasa, además de una salida para el biogás producido y muchas veces un inóculo que propicia la fermentación. La producción de biogás es intensa durante 20 a 50 días, dependiendo de la temperatura de operación; registrada una caída sensible en el flujo de biogás, se lo descarga, para dar inicio al siguiente ciclo. Estos biodigestores son adecuados para procesar materiales orgánicos de descomposición lenta y/o baja disponibilidad. La instalación de un banco de biodigestores discontinuos permite reducir el inconveniente de una producción discontinua de biogás. Ya los biodigestores continuos sufren una carga y descarga continua de biomasa, lo que propicia una producción constante de biogás, para su utilización es necesaria una alta disponibilidad de materia orgánica.

4. El efecto de la temperatura y la agitación de la biomasa confinada, en el desempeño del biodigestor La realización y la eficiencia de la digestión anaeróbica dependen de condiciones específicas de operación, como el tipo de sustrato confinado, la temperatura y pH del mismo, la concentración de sólidos y tiempo de retención de la biomasa en el biodigestor, entre otros. Un mayor control de estos parámetros, permite la optimización del proceso de la digestión anaeróbica, así como la concepción de biodigestores más eficientes. La alteración abrupta de estos factores influencia el desempeño global del proceso.

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

Según sea el tipo de bacteria desarrollada en la biomasa, pueden distinguirse 3 niveles de temperatura, siendo las bacterias criofílicas aquellas que actúan a temperaturas inferiores a 20°C, las bacterias mesofílicas actúan entre 30 y 40°C y las bacterias termofílicas, entre 45 y 60°C. Un sustrato a mayor temperatura permite que las reacciones biológicas (metabolismo) ocurran mas rápido, requiriéndose un menor volumen de biodigestor, pero se torna necesaria la inclusión de un sistema de calentamiento y/o aislamiento del biodigestor, que influencia en el costo de las instalaciones (BENINCASA et al., 1991). Por otro lado, Werner et al. (1989) señala que para obtener permisibles costos de operación de un biodigestor se requiere una temperatura tal, que permita menores tiempos de retención, pero que aseguren la fermentación de la biomasa. Así mismo, indica que la producción de biogás no depende de la temperatura y si del tipo de biomasa confinada. El requerimiento de energía útil para el control de la temperatura representa un alto costo, que limita el uso del proceso termofílico, sin embargo, apunta Rodrigues & Barbosa (1998), este requerimiento de energía no es una limitante para residuos orgánicos desechados a altas temperaturas, como es el caso de la viñaza que sale de la destilería de alcohol a aproximadamente 80°C.

4.2. Agitación de la biomasa La agitación permite mantener una distribución homogénea del sustrato y una temperatura uniforme. Así mismo, se reduce la formación de costra en la superficie de la biomasa confinada. Sathianathan (1975; apud BENINCASA et al., 1991) resalta el efecto positivo de la agitación leve de la biomasa sobre el incremento de la velocidad de las reacciones; ya una fuerte agitación, indica el autor, ocasiona el efecto contrario. Por otro lado, un sistema de agitación se hace necesario en biodigestores que superan los 100 m3 de capacidad. Este proceso puede ser realizado por agitadores mecánicos y/o por un sistema de recirculación de biogás (inyección por bombeo). Independientemente del método usado, esta debe realizarse varias veces al día. En la tabla 5 se observa las ventajas de incluir un agitador y un calentador de biomasa en el reactor anaeróbico. Una mayor producción de biogás es alcanzada con el sistema de agitación a pesar de ser menor la temperatura controlada en el reactor; este valor casi duplica a la referencia sin agitación.

Parámetros

Sin agitación

Con agitación

Temperatura (°C)

28,7 a 31

26,7 a 27,8

Producción de biogás (m3)

0,130 a 0,260

0,313 a 0,387

Fuente: Werner et al. (1989)

4.1. Calentamiento del biodigestor Existen tres tipos de calentamiento del biodigestor: interno, externo y directo.

Tabla 5 - Efecto de la agitación, por recirculación de biogás, en la producción de biogás.

5. Herramientas para la determinación de parámetros de operación

• Calentamiento interno: Realizado a través de la circulación de agua en serpentines, cuya temperatura no debe sobrepasar los 54,4 °C para prevenir la formación de incrustaciones de la biomasa en las tuberías. Se recomienda una superficie de calentamiento de 930 cm2 para cada 2,84 m3 de digestor (BENINCASA et al., 1991). • Calentamiento externo: El calentamiento es efectuado por la circulación de materia orgánica en fermentación a través de un intercambiador de calor localizado fuera del biodigestor. Una bomba permite tal circulación además de promover la agitación (mezcla) de la biomasa confinada. El riesgo de obstrucción de las tuberías debe ser llevado en cuenta al aplicar este método (BENINCASA et al., 1991). • Calentamiento directo: Realizado mediante la inyección directa de vapor o gases calientes en el interior de la biomasa en fermentación (BENINCASA et al., 1991).

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La cantidad de biogás producido, la cantidad de sólidos totales del afluente, los solidos volátiles destruidos en el proceso de la digestión anaeróbica y el pH son parámetros que permiten evaluar la factibilidad de usar un sistema de calentamiento para el control de la temperatura de fermentación.

5.1. Sólidos totales, sólidos volátiles y pH El análisis de estos tres factores es necesario para conocer la degradación de los sólidos en la biomasa confinada en el biodigestor. Los sólidos totales (ST [%]) son evaluados a partir de pequeñas muestras húmedas, en una balanza se determina el peso húmedo (PU [kg]) y, después de someter las muestras a un proceso de secado prolongado (105ºC y 18 horas, aproximadamente), el peso seco (PS [kg]). Seguidamente, el contenido de sólidos totales, es calculado según la fórmula (ARCURI, 1986; RODRIGUES & BARBOSA, 1998):

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

(1)

Las muestras secas, obtenidas en el paso anterior, son aprovechadas para el cálculo del contenido de sólidos volátiles (SV [%]), para esto, estas son sometidas a temperaturas de 300 a 600ºC, posteriormente son enfriadas hasta alcanzar la temperatura ambiente; en una balanza electrónica es determinado el peso de las cenizas (PC [kg]). Arcuri (1986; apud RODRIGUES & BARBOSA, 1998) propone para el cálculo:

(2)

Donde el contenido de metano en el biogás (%CH4) es un valor que se encuentra entre 50 y 70%, para biomasas que presentan carbohidratos y grasas, como componentes principales. La emisión diaria de metano del sistema de gerenciamiento de estiércol animal- SGEA es calculado por:

(4)

Siendo n el número de animales, FECH4 , SGEA el factor de emisión de metano de un SGEA (Fig. 01), en kg/vaca/dia, calculado por:

Generalmente, dada la dificultad de acceso al biodigestor para la toma de muestras (carga y descarga) el pH apenas es determinado al inicio y al final del proceso.

5.2. Producción de biogás

100

(5)

Donde FCM es el factor de conversión de metano (tabla 7), que depende del SGEA utilizado y el clima; Bo es el potencial de producción de metano (tabla 6); CH4 es la masa específica del metano (kg/m3).

En los sistemas de digestión anaeróbica tanto el volumen y la composición del biogás generado, son utilizados como indicadores de la eficiencia del proceso, pudiendo así mismo, controlarse el proceso de fermentación. Por otro lado, Maia (1981, apud CAETANO 1985) indica que la tasa de producción de metano constituye una buena herramienta para impedir problemas operacionales, siendo necesario, para ello, cuantificar el biogás producido. El método utilizado para la cuantificación del biogás de un biodigestor o un banco de biodigestores depende de la fase del proyecto. En la fase del pre-proyecto (biodigestor aun no instalado) esta se hace a partir de las características de la biomasa a utilizar (Tabla 1). Cuando ya está instalado el biodigestor, generalmente son utilizados medidores basados en la variación de nivel de una columna líquida; procesos más sofisticados consideran sensores de presión, sensores fotoeléctricos y circuitos electrónicos. Cuando se evalúa un pre-proyecto, el volumen de biogás a producir puede determinarse según el procedimiento desarrollado por El Panel Intergubernamental para los Cambios Climáticos (Intergovernanmetal Panel on Climate Change - IPCC), esta metodología permite calcular la emisión total de metano (ETCH4), según las características y tipo de manejo de los residuos orgánicos (IPCC, 1996). Para el volumen del biogás producido por día, se tiene:

Figura 1 - Tratamiento del estiércol en biodigestor de manta flexible.

Características del ganado lechero Región

Masa

(kg)

(m CH4/kgSV)

kg/animal/d

América del Norte

600

0,24

5,2

Oeste Europeo

550

0,24

5,1

Este Europeo

550

0,24

4,1

Oceanía

500

0,24

3,5

América Latina

400

0,13

2,9

África

275

0,13

1,9

Medio Oriente

275

0,13

1,9

Asia

350

0,13

2,8

Fuente: IPCC (1996)

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(3)

Tabla 6 - Potencial de producción de metano y sólidos volátiles de ganado lechero.

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

Clima SGEA

Frio

templado caliente

Laguna anaeróbica (lagoon)

90,0%

Lodo (liquid)

10,0%

35,0%

65,0%

Almacenamiento sólido (solid storage)

1,0%

1,5%

2,0%

Lote seco (drylot)

1,0%

1,5%

5,0%

Pastaje (pasture/range)

1,0%

1,5%

2,0%

Estiércol en establo y usado

0,1%

0,5%

1,0%

(8)

Donde Hagua es obtenido a través de:

(9) (10)

como fertilizante (daily spread) Digestor (digester)

5 - 10,0%

Quema como combustible (burned for fuel) 10,0%

10,0%

0,0%

Otros

1,0%

Fuente: IPCC (1996)

Tabla 7 - Factor de conversión de metano (FCM).

Donde p es la presión interna del gasómetro (kPa); Patm es la presión atmosférica (atm); p es la densidad del agua (1000 kg.m-3); g es la aceleración de la gravedad (9,8 m.s-2); W es el peso total del gasómetro; E es el empuje debido al volumen desplazado por la parte inmersa del gasómetro y f el factor de transformación de atm para kPa (101,325).

5.2.1. Medidor de columna de líquido En este proceso, la cuantificación se hace indirectamente a través de la variación de nivel de líquido de un recipiente receptor de gas para otro frasco receptor de líquido. Keenan & La Greca (1976; apud CAETANO, 1985) proponen hacer el cálculo del volumen de gas producido según la siguiente fórmula:

(6)

Figura 2 - Esquema de un biodigestor discontinuo con gasómetro.

De la igualdad obtenemos: Donde V es el volumen de gas observado (m3); T y p representan la temperatura (°C) y presión (mmHg) a la que V es medido, respectivamente, y pw es la presión de vapor de la columna líquida a la temperatura T (mmHg).

5.2.2. Gasómetro fluctuante Este sistema esta constituido por dos recipientes sobrepuestos de manera invertida, formando un recipiente para el almacenamiento del biogás, llamado de gasómetro. La parte móvil superior se encuentra inmerso en un sello de agua y la inferior, como es el caso de los modelos indianos, constituye el cuerpo del biodigestor. En este proceso la cuantificación está basada en el desplazamiento del recipiente superior y el diámetro del gasómetro. Rodrigues & Barbosa (1998) cuantificaron el volumen de gas producido VG (m3) por un biodigestor de funcionamiento discontinuo, desarrollado en el Brasil, con gasómetro de PVC, según:

(7)

Donde H1 (figura 2) representa la diferencia entre el nivel superior del gasómetro (NG) y del agua (NA), en la parte externa (m); Hagua es la diferencia entre los niveles de agua, externo e interno en el gasómetro (m) y A1 es el área transversal del gasómetro (m2); así se tiene que:

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101

(11)

Donde m es la masa del gasómetro; H es la altura del gasómetro (m); H2 es la parte del gasómetro inmerso en el agua (m).

5.3. Eficiencia del biodigestor La eficiencia de un biodigestor está ligada a la reducción de los sólidos volátiles de la materia orgánica (biomasa + agua = afluente) y su cálculo está basado en la relación que existe entre la Tasa de Aplicación de Material Orgánico (TAMO) y la Velocidad de Descomposición de Sólidos Volátiles (VDSV), según (BATISTA, 1981).

(12)

Donde TAMO relaciona el total de sólidos volátiles del afluente, que ingresan al biodigestor, (SVa), el volumen del mismo (VB), al tiempo de retención y a la concentración de sólidos volátiles, según:

(13)

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

La Velocidad de Descomposición de Sólidos Volátiles está relacionada a la cantidad de sólidos volátiles que se degrada en el biodigestor, expresado en unidades de masa por volumen de biodigestor y tiempo, según (EMBRATER, 1981):

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (14)

CONCLUSIONES

102

• El biodigestor representa una potencial herramienta para la creación de una sociedad rural auto-suficiente que produzca prácticamente lo requerido para cubrir las necesidades materiales, sobrando excedentes suficientes para comercializarlos o cambiarlos por recursos esenciales que falten al sistema o que deban venir de afuera. • Un proyecto típico para la generación de energía a partir de biogás consiste, básicamente, de un biodigestor, un sistema de manejo del gas y un equipamiento conversor; su operación satisfactoria esta basada, principalmente, en la proyección del sistema global para la máxima demanda, utilizando materiales de construcción de gran disponibilidad local y capacitando a los operadores para el mantenimiento de los parámetros adecuados de operación. • Para el análisis de los parámetros que gobiernan la operación de un biodigestor se requiere implementar, más que un sistema, una rutina para el levantamiento de datos que nos ayuden a verificar la eficiencia del reactor y la digestión anaeróbica, así como la eficacia de la tecnología implementada. Las herramientas dispuestas auxilian en esa labor. Por otro lado, el análisis de esos parámetros permitiría establecer las ventajas y desventajas técnico-económicas de la inclusión de sistemas de calentamiento y/o agitación. • Los biodigestores discontinuos son muy utilizados en bancos de prueba (laboratorio) para la determinación de los parámetros que gobiernan la digestión anaeróbica, debido a su simplicidad de instalación y operación, permitiendo, de esta manera, una mejor visualización de tales parámetros. • En trabajos posteriores serán aplicados los conceptos y herramientas abordadas en este trabajo para la determinación de los parámetros de operación de biodigestores con agitadores y/o sistemas de calentamiento de la biomasa confinada. Así mismo, se recomienda que trabajos de investigación, que fomenten el uso de la tecnología de la digestión anaeróbica, deben ser elaborados tanto por la comunidad científica como por el sector empresarial para el correcto tratamiento de los residuos orgánicos, cuyas

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emisiones (metano, principalmente) repercuten negativamente sobre el medio ambiente, promoviendo el calentamiento global.

1. BAYER M.M; MARINHO, J.N; PANNIERSELVAM, P.V. Estudo de engenharia de processo e custo para valorização de biogás via cogeração de energia auxiliado por computador. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA, XIII., 2000, São Paulo. Anais ... Águas de São Pedro, São Paulo. 2000 2. BENINCASA, M.; ORTOLANI, A.F.; LUCAS JR., J. Biodigestores convencionais. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias - UNESP, Jaboticabal, 25 p.1990. 3. CAETANO, L. Proposição de um sistema modificado para quantificação de biogás. 1985. Dissertação (Mestrado). Fac. de Cs. Agronômicas do campus Jaboticabal da Universidade Estadual Paulista (UNESP). Botucatu, 1985. 4. Díaz, G.O. Analysis of milk cooling systems in dairy farms using the biogas generated by CDM projects, M.Sc. Thesis, Universidade de São Paulo, 2006. Disponible en: <www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-15122006-095009>. 5. INTERGOVERNMENTAL PANEL FOR CLIMATE CHANGE (IPCC). Guidelines for national greenhouse gas inventories: reference Manual, 1996. 6. JENSEN, J. K.; JENSEN, A. B. Biogas and natural gas fuel mixture for the future. First World Conference and exhibition on biomass for energy and industry, Sevilla, 2000. 7. MASSOTTI, Z. Viabilidade técnica e econômica do biogás ao nível de propriedade. Epagri - Concórdia, SC, 2003. 8. RODRIGUES, C.L. & BARBOSA, C. L.A. Influencia de la temperatura en el desempeño de biodigestores con estiércol bovino. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol. 2, Número 1, Janeiro-Abril, 1998. Disponible en: <www.agriambi.com.br/revista/ v2n1/097.pdf>. Acceso en: 20 oct. 2007. 9. SILVA, F. M. Sistema de alimentação de motores com duplo combustível – metano e diesel. 1995. Tese (Doutorado) - Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de São Paulo. Escola de Engenharia de São Carlos, São Paulo, 1995. 10. VERÁSTEGUI, J. Producción de biogás a partir de desechos orgánicos: estudio de casos de manejo ambiental. Lima, 1979. Disponible en: <www.oas.org/usde/ publications/unit/oea27s/begin.htm#Contents>. Acesso em: 03 mar. 2004. 11. WALSH, J. L. et al. Handbook on biogas utilization. U.S Deparment of Energy, Alabama, 1988. 12. WERNER, U.; STÖHR, U.; HEES, N. Biogas plants in animal Husbandry. A Publication of the Deutsches

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación

Zentrum für Entwicklungstechnologien _ GATE , a Division of the Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, 1989.

103

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Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual Teaching and learning in virtual environments Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera

RESUMEN

104

La evolución acelerada de la tecnología ha cambiado nuestra forma de vivir, trabajar y aprender. La Sociedad del Conocimiento concibe los procesos de gestión de la información como camino obligado para generar conocimiento, base sobre la que hoy se sustenta la competitividad en todos los órdenes de la vida económica y social.

this kind of formation makes us to generate new methodological strategies. We will observe the process from the virtual teacher perspective as a facilitator element and from the student perspective as an active agent. To analyse the interactions between them and to reflex on their rolls and attitudes will bring us success in this kind of formation.

En las últimas décadas los cambios en la sociedad y los modos de transmitir la información han hecho de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC’s) un recurso necesario en los procesos de formación.

PALABRAS CLAVES

En este artículo pretendemos reflexionar sobre las formas de enseñar y aprender en un aula virtual. El uso de las TIC’s en este tipo de formación, hace que se generen nuevas estrategias metodológicas. Veremos el proceso desde la perspectiva del docente virtual como elemento facilitador y desde la perspectiva del estudiante como agente activo. Analizar las interacciones entre ellos y reflexionar sobre sus roles y actitudes, tendrá como consecuencia el éxito en este tipo de formación.

KEY WORDS

ABSTRACT The accelerated evolution of the technology has changed our lifestyle as well as our way of working and learning. The process of changing an Information Society for a Knowledge one carries on a new conception of the information management process as a mandatory way to generate knowledge. Today, it is the base on which the competitivity in all aspects of economic and social life is supported. In last decades, the society changes and the way how information is transfered have made of Information and Communication Technologies (ICT’s) a necessary resource for formation process. In this paper, we pretend to reflex on the ways of teaching and learning in a virtual classroom. The use of ICT’s in

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Enseñanza/aprendizaje, aula virtual, estudiante virtual, docente virtual, estrategias.

Teaching/learning, virtual classroom, virtual student, virtual teacher, strategies.

INTRODUCCIÓN La formación virtual en la actualidad, después de haber pasado por una serie de etapas y niveles, es una alternativa viable en la formación y profesionalización de aquellos que por diversos motivos no pueden asistir a un aula presencial. Esa demanda ha hecho que empresas, universidades y centros de enseñanza superior, analicen, planifiquen y pongan en marcha nuevos entornos de formación apoyados en las TIC’s; en otras palabras lo que llamamos aprendizaje en red, formación virtual, teleformación, e-learning. La formación virtual ha sido cuestionada sobre su efectividad debido a los casos de deserción y por quienes piensan que la educación presencial es irremplazable. Sin embargo, no podemos negar el gran impacto que las TIC’s tienen en la formación de las personas. La formación virtual permite una mayor flexibilidad para el alumno, como por ejemplo: la capacidad de acceder y participar de experiencias educativas variadas desde escenarios distintos al aula presencial como la

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propia casa, el lugar de trabajo o centros de recursos multimedia; la capacidad de adecuar el ritmo y horarios de trabajo a sus intereses personales; la posibilidad de compartir el control del contenido y el proceso de aprendizaje y el mantener espacios de relación social entre los participantes. El éxito de la formación virtual requiere que los actores o elementos participantes interactúen de manera planificada, metolodológica y estratégica, en la búsqueda de un objetivo en común lo cual es, sin lugar a dudas, “aprender”, “formarse”, lo cual se logrará creando nuevas actitudes, motivaciones y conocimientos tanto en docentes como en estudiantes. Ambos tienen que ser capaces de interactuar en un mismo escenario viendo a la tecnología como un medio y no como una finalidad. Sangrá (2001: 2) nos dice que “El aprendizaje en ambientes virtuales es el resultado de un proceso, tal y como valoraríamos desde la perspectiva humanista, en el que el estudiante construye su aprendizaje”. El constructivismo es uno de los pilares de la formación virtual. Esta teoría aplicada a la formación virtual busca que el sujeto sea capaz de traspasar las fronteras del medio como fuente de información y a partir de allí otorgarle significados, reorganizarla, procesarla internamente y finalmente crear conocimiento. Es nuestro interés principal reflexionar sobre los procesos de enseñanza-aprendizaje en un aula virtual y los roles de sus participantes, así como dar pautas sobre métodos y estrategias para el éxito de la formación en ella. Para lograrlo, les alcanzamos las siguientes reflexiones:

1. El aula virtual: un entorno para el aprendizaje En la formación virtual al igual que en la formación presencial, convergen conceptos de orientaciones y didác-

ticas diversas, las cuales en conjunto deben actuar de acuerdo con los objetivos y finalidades educativas de cada institución. En formación virtual, un elemento imprescindible es el entorno en que se desarrolla, siendo la diferencia más notoria con respecto a la formación presencial. El entorno, que es un espacio al cual llamamos aula virtual o campus virtual, será el medio de conexión y comunicación entre los elementos del proceso formativo y los servicios que se ofrecen. En un aula virtual, la palabra clave es interactividad, interacción sincrónica (en tiempo real) y asincrónica (en tiempo diferido). Se trata de ofrecer a distancia las mismas posibilidades de comunicación que existen en un aula real. Levy (1999: 14) señala que: “Lo virtual no es en modo alguno, lo opuesto a lo real, sino una forma de ser fecunda y potente que favorece los procesos de creación, abre horizontes y cava pozos llenos de sentido bajo la superficialidad de la presencia física inmediata”. Podemos afirmar entonces que el aprendizaje se producirá a pesar de que el profesor no se encuentra frente a los alumnos. El entorno debe proporcionar herramientas necesarias para facilitar la comunicación, la participación y la colaboración. Para ello se proveen una serie de servicios que permitan las tutorías, las simulaciones, las pruebas prácticas y el seguimiento. Las herramientas de comunicación otorgan nuevas dimensiones al espacio interactivo que van desde la manipulación de objetos o procesos no presentes, participar en sesiones de trabajo y experiencias de aprendizaje entre grupos dispersos y acceder a recursos y materiales didácticos variados. La tabla 1, describe diferentes situaciones de aprendizaje, haciendo uso las de herramientas de comunicación en un aula virtual.

Situación de

Herramienta

Formación

aprendizaje

de comunicación

SemiPresencial -Virtual

Interacción

Chat, Comunicación instantánea,

Los estudiantes interactúan entre sí y con el docente virtual mediante el uso de

Síncrona

Videoconferencia, Audioconferencia,

herramientas que combinan texto, imagen y sonido.

Pizarra electrónica, Navegación

Las TIC’s ejercen en este caso de facilitadoras de comunicación entre el docente y

compartida, Votaciones, Aplicaciones

el grupo clase, así como fuentes de información.

compartidas: calendario Interacción

Correo electrónico

Los entornos tecnológicos de formación son el elemento a destacar en este caso,

Asíncrona

Listas de distribución

pues, basados en él, el estudiante interactuará con los contenidos, con el docente,

Conferencia electrónica o Foro

con sus compañeros. Los estudiantes descargan tareas y recursos de información y el docente se limita a orientar y tutorizar al estudiante telemáticamente. Importante es el papel del centro de recursos o biblioteca virtual.

Tabla 1 - Herramientas para la interacción en el aula virtual.

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Dependiendo del programa académico y de las necesidades particulares de formación, el entorno deberá integrar los materiales didácticos y los mecanismos de evaluación adecuados para lograr el autoaprendizaje. Los materiales didácticos juegan un papel importante en la formación virtual. La intervención del docente no puede separarse de la creación de los materiales didácticos, los cuales tienen que adaptarse a los alumnos y basarse más en el diseño pedagógico que permite aprender. El docente puede trabajar con otros profesionales especializados en diseño, pero es su conocimiento sobre la forma de trabajar con esa información lo que los convierte en materiales didácticos. La elaboración de materiales de calidad es una condición necesaria para el éxito del proceso formativo y deben responder a las necesidades de formación previamente detectadas, teniendo en cuenta el perfil del estudiante al que va dirigido En la figura 1 se observa el ciclo de comunicación del proceso formativo virtual, siendo el estudiante el centro del mismo.

formación es un acto natural en la gran mayoría de los estudiantes, por no decir en todos. El proceso de enseñanza/aprendizaje en entornos tecnológicos nos obliga a reconceptualizar el papel del docente. Este ya no es sólo el que enseña, sino el que facilita, promueve y guía el aprendizaje del estudiante. Esta educación no se entiende tanto como logro o resultado sino más bien como el proceso de enseñar a aprender al estudiante. No se trata tan sólo de que el estudiante adquiera conocimientos y competencias, sino de desarrollar su capacidad para aprender a aprender. El docente virtual debe propiciar prácticas individuales y ejercicios colectivos mediante tareas puntuales orientadas a proporcionar al estudiante una serie de técnicas y contribuir a desarrollar sus estrategias de aprendizaje que le permitan utilizar óptimamente la investigación y sus capacidades de estudio durante el desarrollo de su aprendizaje. Además esta nueva forma de comunicación obliga al docente a desarrollar habilidades para escribir y dialogar no sólo con los estudiantes sino entre colegas, expertos, etc. Salmon (2000), ha realizado estudios sobre el rol tutorial (e-moderating) y, a partir de investigaciones, ha definido un modelo para la interacción del docente con los estudiantes, el cual ha dividido en cinco grandes etapas o fases: acceso y motivación, socialización, intercambio de información, construcción del conocimiento y desarrollo.

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Figura 1 - La comunicación entre los elementos del proceso formativo virtual.

Finalmente un entorno virtual debe poseer herramientas y mecanismos de gestión, que permitan automatizar ciertas tareas administrativas y servirá de apoyo a los actores implicados en el seguimiento y evaluación de actividades.

En la figura 2 se muestran las etapas del modelo, en el cual la intensidad de la interacción del tutor con los estudiantes varía, en función de las fases y de las necesidades establecidas por cada una de ellas. Inicialmente, hay poca comunicación, pero esta se intensifica medida en que se establecen vínculos más fuertes y mayor necesidad por parte de los estudiantes, fundamentalmente en la fase donde se comparte información y se construyen los conocimientos, previéndose que posteriormente exista una mayor autonomía por parte del estudiante.

2. El rol del docente virtual Como explicamos previamente, la perspectiva de la educación tradicional muestra al profesor como única fuente de información y sabiduría y a los estudiantes como receptores pasivos, pero debemos reconocer que las nuevas corrientes pedagógicas buscan que los profesores de aula incentiven la opinión crítica, el razonamiento y el constructivismo en los estudiantes. Además, en la actualidad acudir a Internet como fuente de in-

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Figura 2 - Modelo para explicar las fases de moderación e interactividad en un curso virtual.

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Salmón dice, además, que los docentes virtuales o moderadores, como ella los llama, deben ser especialmente seleccionados, formados y desarrollados y que estos deben poseer ciertas características y cualidades, que detallamos a continuación: Comprensión de los procesos online El docente que ha tenido alguna experiencia de aprendizaje online podrá sentirse identificado con el estudiante, lo cual hace que se logre una empatía con las situaciones y retos del mismo. Es importante además que el docente sepa establecer lazos de confianza con sus estudiantes. Tendrá que ser capaz de promover debates, resumir, reformular, desafiar y monitorear la comprensión. Habilidades técnicas Es fundamental que el docente virtual sea hábil en el uso de las TIC’s como medio para potenciar el aprendizaje. Debe ser capaz de explotar las características del entorno, crear espacios de comunicación e interacción, crear y manejar conferencias, etc. Destrezas en la comunicación online La comunicación es aspecto clave en la formación virtual. El docente virtual tiene la responsabilidad de relacionarse de forma positiva con los estudiantes, siempre con un estilo cortés y respetuoso. Los mensajes que genere deben ser dinámicos y personalizados. Debe procurar en lo posible estimular la interacción entre los estudiantes. Experto en contenidos El conocimiento y experiencia hacen que el docente virtual ponga a disposición de sus estudiantes material apropiado y recursos de utilidad. Son estas características, sumadas a la creatividad, las que hacen que proponga y avive debates interesantes. Características personales Un docente virtual debe tener determinación y motivación. Debe ser capaz de adaptarse a nuevos contextos de enseñanza, métodos y audiencias. Es importante su actitud positiva y dedicación por la enseñanza virtual. Windham (2005: 61) para The Net Generation, nos dice que “cuando un estudiante elige un aula virtual, él aún desea retos, exploración y desarrollar su creatividad. Esto implica que el docente virtual encuentre el modo de ofrecer a los estudiantes un método de exploración e investigación dentro del currículo”. Es importante además mencionar que esta reconceptualización en los roles de los docentes virtuales les permitirá poner en marcha todas sus capacidades al servicio de su propia formación.

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3. El rol del estudiante virtual Lo primero que debe preguntarse una persona que desea formarse en un entorno virtual, es si esta modalidad de aprendizaje es la adecuada para él o ella, es decir cuestionarse aspectos como por ejemplo: ¿si tiene la necesidad y motivación de hacer ese curso en ese momento?, ¿será capaz de autogestionarse y encontrar nuevos métodos de aprender?, ¿será capaz de interactuar a través de medios de forma disciplinada y constante? Finalmente si será capaz de ver al profesor como alguien que guiará su aprendizaje y a los compañeros como miembros de un grupo de trabajo virtual activo. El aspecto más importante que debe contemplar una persona que desee formarse en la virtualidad es cuán motivado está para hacerlo de este modo. La motivación finalmente se verá reflejada como valor añadido en el conocimiento y en el uso de las herramientas de comunicación. Un estudiante virtual requiere saber usar las TIC’s a nivel de usuario básico, entre las habilidades que deben tener están: usar la computadora, escribir documentos, navegar en Internet, crear, leer y enviar correos electrónicos, enviar mensajes instantáneos (chat), descargar y enviar archivos adjuntos, crear presentaciones en power point, crear hojas de cálculo, etc. El aprendizaje de los estudiantes resalta la importancia de considerar las variables cognitivas, metacognitivas, motivacionales y conductuales. Para que un estudiante virtual logre el éxito académico, este tiene que poner a prueba su voluntad y habilidad. Si decide que el puede hacerlo, es decir que tiene los conocimientos y destrezas necesarias (cognición) y si realmente quiere hacerlo, es decir si tiene la voluntad y la intención de hacerlo (motivación), es entonces cuando realmente pondrá en marcha su proyecto de aprendizaje en un medio de formación virtual. Los estudiantes virtuales tienen que crear sus propios códigos y lenguajes para ser capaces de asimilar sus procesos de aprendizaje. Los intereses, necesidades y circunstancias de cada uno determinan la planificación y el control del aprendizaje. Duart (2000: 95) explica en la tabla 2, diferentes elementos referentes a la motivación formativa. Motivación Estudiante

Materiales didácticos

Acción docente

Los elementos motivadores parten de: - La necesidad personal de formación. - El interés por los contenidos del curso. - La significación personal de los aprendizajes. Forman un todo sistemático que debe tener en cuenta: - El perfil del estudiante que los usará. - El modelo de formación en el que se incluyen. - La significación de los contenidos que incluyen. Tiene que procurar el desarrollo de las siguientes capacidades: - Trabajo autónomo del estudiante. - Planificación del aprendizaje. - Relación conceptual/redes conceptuales.

Tabla 2 - La motivación como variable formativa.

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Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual

Podemos apreciar claramente que la motivación debe estar presente no sólo en el estudiante, sino que deben ser los materiales y el docente quienes completen el círculo motivador. Además la interacción que exista entre el estudiante y los materiales, entre el estudiante y el docente y la interacción entre los mismos docentes incentivará la reflexión y propiciará las actividades en ambientes de debate, tales como los foros, chats y correo electrónico. El estudiante virtual debe saber reconocer sus habilidades, capacidades, destrezas y recursos y además debe tener la capacidad de generar otros nuevos o mediante la asociación o reestructuración de otros preexistentes. La capacidad de saber reconocer nuestros propios recursos hará que podamos elaborar finalmente un plan de acción. Es el mismo estudiante quien puede crear estrategias para incrementar la motivación, la atención, la concentración y en general el aprovechamiento de los propios recursos cognitivos.

4. Estrategias y características del aprendizaje en la formación virtual

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Según la Real Academia Española, método es el modo de obrar o proceder, hábito o costumbre que cada uno tiene y observa, mientras que estrategia es “el arte, traza para dirigir un asunto en fin del objeto deseado”. Las estrategias se han añadido a la psicología del aprendizaje y la educación para resaltar el carácter procedimental del aprendizaje. En la formación virtual las estrategias de enseñanza y aprendizaje son un aspecto substancial, debido a su misma naturaleza. La didáctica es un aspecto que no podemos dejar de mencionar, pues se define como las situaciones que el docente propone al estudiante para facilitar su aprendizaje. Existen diferentes modelos didácticos que proponen diversas metodologías. Están los modelos didácticos directivos y otros nada directivos. Hay unos que estimulan la individualización mientras otros proponen la colaboración y cooperación en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Carretero (2006: 88) en la Formación sin Distancia. Esteban (2003), clasifica a las estrategias de aprendizaje en diferentes tipologías, según las actividades cognitivas a realizar: • Asociativas: Actividades simples, con operaciones básicas y elementales que no trabajan estrictamente la información. Sirven para proporcionar una base para posteriores conocimientos. • De elaboración: Promueven nuevas estructuras de conocimiento y la relación entre diferentes conocimientos. Sirven, pues, de andamiaje al aprendizaje mediante la elaboración de significados.

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• De organización: Establecen relaciones internas entre elementos que componen los materiales de aprendizaje y los conocimientos previos que posea el alumno. Entre las estrategias de organización consideradas se suelen citar las clasificaciones; la construcción de redes de conocimientos (networking); estructuras de nivel superior (covariación, comparación, colección, descripción y respuesta), cada una de las cuales implica una técnica cognitiva específica; los mapas conceptuales; mentales, etc. • Estrategias de apoyo: Son aquellas que en lugar de dirigirse directamente al aprendizaje de los materiales, contribuyen incrementando la eficacia de ese aprendizaje, mejorando las condiciones en que se produce (incrementan la atención, la motivación, la concentración, etc). En la formación virtual se requiere que el estudiante construya su propio conocimiento. Es necesario, por lo tanto, que el docente proponga actividades que pudieran ser: situaciones reales, prácticas y motivadoras que permitan la reflexión de los mismos y que puedan de ese modo aportar con sus ideas, proponer debates, etc. Algunas técnicas que se pueden aplicar a la formación virtual podrían ser: • Videoconferencias y video: Disertaciones o técnicas expositivas, demostraciones, interrogatorios, evaluaciones, debates, entrevistas, círculos concéntricos, etc. • Trabajos en grupo: Mediante estudios de casos, tormenta de ideas, estudio intensivo de un problema, etc. • Prácticas de laboratorio: Mediante la realización de experimentos sencillos o más complicados, dirigidos por el docente, y que pueden ser grabados en video o recreados mediante una simulación animada. • Simulaciones: Donde se plantea el análisis de una situación real mediante una práctica simulada grabada en video o recreada mediante animación. • Juegos de roles: Los estudiantes interpretan diferentes papeles en una situación simulada. La actividad constructiva según Pere Marqués (2005) requiere que los estudiantes sean capaces de: • Comprender y planificar las tareas a realizar. • Seleccionar y organizar la información disponible de manera crítica y creativa (la información se puede organizar significativamente de muchas maneras distintas). • Elaborar la información (para comprenderla) e integrarla significativamente en sus conocimientos previos atendiendo a visiones multiculturales. • Transferir y aplicar estos conocimientos a la vida real,

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más que reproducirlos mecánicamente (en los exámenes). • Evaluar y contrastar los objetivos establecidos y los resultados obtenidos. Las TIC’s permiten diferentes formas de lectura no lineales en donde el sujeto va creando y recreando los contenidos en función de sus intereses, aptitudes y actitudes frente al objeto de estudio, lo que le obliga a desarrollar habilidades del pensamiento distintas ya que requiere apropiarse del conocimiento para aplicarlo a su práctica cotidiana, reflejando lo que es la aplicación del aprendizaje significativo. Windham (2005:56-58) en su obra The Net Generation nos explica algunos principios básicos para que las generaciones actuales puedan aprender en el mundo de la tecnología, pues el uso de esta implica una serie de “distracciones” y el objetivo trazado de aprendizaje muchas veces se queda en el camino. Estos principios hablan de: • Interacción: Que permite la comunicación con las personas (estudiantes y profesores) y también con el material de estudio. • Exploración: Así como hemos aprendido a navegar en Internet a través de enlaces, lo mismo se debe hacer con nuestros objetos de estudio. • Relevancia: Implica que un estudiante finalice sus estudios con la suficiente capacidad para afrontar un mundo laboral, y que lo aprendido en el aula no sea tan perecedero como la tecnología que cambia a diario. • Multimedia: Los docentes deben proponer elementos multimedia para mantener la atención del alumno. • Instrucción: Principio que obliga al estudiante a ir en búsqueda de información verdadera, a través de bibliotecas, revistas especializadas, etc. Además deben tener las suficientes habilidades para buscarla.

5. Cómo lograr el éxito en el aprendizaje virtual Schrum y Hong (2002) sugieren siete dimensiones relacionadas con el éxito de los estudiantes en el aprendizaje virtual:

• Experiencia tecnológica: No es suficiente el acceso a las herramientas adecuadas, los estudiantes necesitan tener un nivel de seguridad en el uso de las mismas. • Preferencias de aprendizaje: Los estudiantes deben reconocer sus propias habilidades y estilos para interactuar en un ambiente virtual. Esto quiere decir que los estudiantes que necesiten escuchar los debates de sus compañeros de clases, necesitarán compensar esta falta de otra manera, lo cual podría ser mediante sesiones de chat o videoconferencias. Los estudiantes deben tomar ventaja del aspecto visual del entorno por las diferentes formas en que el material es presentado. Otros estilos indican que algunos prefieren el trabajo grupal al trabajo en solitario. • Hábitos de estudio y habilidades: Los estudiantes aprecian el control que pueden tener en su aprendizaje, lo cual se demuestra en la responsabilidad de completar y presentar las actividades propuestas. Se ha demostrado que entregar mucho material y mucho trabajo al mismo tiempo es contraproducente. Los docentes deben dar cierta flexibilidad a los estudiantes para que aprendan por sus propios medios. • Metas y propósitos: El éxito en la formación virtual se ve reflejado en el grado de motivación de los participantes. • Factores del estilo de vida: Los estudiantes deben estar alertas en la responsabilidad de conducir sus vidas y necesitarán en este caso determinar si están dispuestos a dedicar 10 a 20 horas diarias de estudio. Tendrán que determinar además si tienen flexibilidad de horarios. Los docentes virtuales recomiendan que los estudiantes puedan equilibrar los complejos aspectos de sus vidas con sus programas de estudio. • Trato personal y características: Los estudiantes en línea exitosos tienden a comprometerse fuertemente, dedicando tiempo y esfuerzo en su formación. Los educadores concuerdan en que la falta de voluntad y la autodisciplina son factores críticos en el éxito de los estudiantes. A los que nosotros añadiríamos todos aquellos relacionados con la capacidad comunicativa, tanto síncrona como asíncrona, del estudiante en entornos tecnológicos. Su capacidad y la eficacia de las herramientas tecnológicas de comunicación es lo que realmente marcará el nivel de éxito óptimo del proceso de aprendizaje.

RESULTADOS • El acceso a las herramientas: Los estudiantes sin regular acceso a las herramientas adecuadas, ya sea en casa, en el centro de estudios o en el trabajo, tienen mayor dificultad en seguir una formación virtual. Aquellos que tienen al alcance las herramientas consideran tener una pequeña ventaja porque pueden concentrarse en su aprendizaje en su propio horario.

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A continuación mostramos algunas reflexiones sobre las características de los estudiantes del futuro, es decir aquellos niños que han nacido y crecen bajo la influencia de las TIC’s e Internet. - Saben usar las TIC’s para procesar la información y como instrumento cognitivo que puede liberarles

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de determinados trabajos de rutina y potenciar sus

CONCLUSIONES

procesos mentales, tales como: la observación, la exploración, la búsqueda, la comparación, el ordenamiento, la clasificación y la toma de decisiones. • Utilizan las TIC’s para comunicarse en el ciberespacio, ampliando así su entorno de relación con otros compañeros, docentes, etc. Discuten y aprenden unos de otros; así van construyendo un aprendizaje social. • Conocen las herramientas que los medios brindan, las cuales establecen un nuevo modelo de aprendizaje, basado en el descubrimiento y la participación. Además se relacionan con un nivel superior de pensamiento, que les permitirá tomar decisiones sobre cómo reunirse, organizarse, analizar y compartir información. • Tienen la capacidad de aprender en la red. Saben aprovechar los nuevos entornos virtuales de aprendizaje. • Tienen la capacidad de acceder a la información de forma interactiva, dejando de lado el modo secuencial, es decir, saben participar en varias actividades a la vez: navegan en algún material nuevo y establecen hipervínculos con servidores y fuentes de información en todas partes. • Serán capaces de mantener comunicaciones mul-

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timedia con un aparato móvil desde cualquier parte del mundo, pues tienen la capacidad sufi-

• La formación virtual aporta unas ventajas que pueden justificar su rápida expansión: la posibilidad de utilizar materiales multimedia, la fácil actualización de los contenidos, la interactividad, acceso al curso desde cualquier lugar y en cualquier momento, la existencia de un feed-back de información inmediato, de manera que el docente conoce si el estudiante responde al método y alcanza los objetivos fijados inicialmente. • Internet, la red de redes, contribuye a aumentar el acceso a la información y permite la comunicación, condición necesaria para construir conocimiento. En un entorno de formación virtual la construcción del conocimiento es tarea también de los estudiantes y no sólo del docente, el medio o de las herramientas. El estudiante, al interactuar con los docentes y demás compañeros en un entorno virtual se encuentra con la posibilidad de aprender a partir de sus intereses, curiosidades o experiencias, en lugar de seguir un camino preestablecido por el propio docente con una tendencia, normalmente, homogeneizadora. • La estrategia didáctica que el docente virtual aplique a su grupo de estudiantes debe integrar una serie de actividades e interacción entre los mismos. Estas estrategias deben proporcionar motivación, información y orientación para que ellos definan su propio proceso de aprendizaje.

ciente y necesaria para utilizar el sistema con eficiencia.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Tendrán la capacidad de aprender haciendo, así el aprendizaje se vuelve más experimental y se refuerzan las teorías constructivistas para el aprendizaje. • Interactuarán con mayor facilidad y preferirán las plataformas de contenidos, sin dejar de lado los libros. • Serán capaces de generar proyectos con estudiantes, profesores y la comunidad en general que les permita hacer un uso significativo de las TIC’s disponibles. Además de estimular en ellos hábitos de investigación, para lo cual cuentan con una gran capacidad de abstracción, análisis y síntesis. • Tendrán la necesidad de interactuar en la solución de problemas del mundo real, para lo cual buscarán participar constantemente de simulaciones virtuales, juegos de roles, etc. Estas reflexiones son para nosotras motivo suficiente para seguir apostando y esforzándonos en la investigación de este tipo de formación que se mueve a futuro con una rapidez vertiginosa.

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1. Carretero, M. La formación sin distancia. Estudio realizado por el grupo de trabajo de E-learning 05 de la red TTNet España. Servicio Público de Empleo estatal (SPEE). Madrid. 2006 2. Duart, J.; Sangra, A. Aprender en la Virtualidad. Ediciones de la Universidad Oberta de Catalunya. Editorial Gedisa S.A. Barcelona. 2000 3. Esteban, M. El diseño de entornos de aprendizaje constructivista, en Revista de Educación a Distancia. Murcia. Número 8. 2003. Se consigue en URL: http://www.um.es/ead/red/6/documento6.pdf 4. Levy, P. ¿Qué es lo virtual?, Barcelona, Paidós. 1999:14 5. Marqués, P. Didáctica. Los procesos de enseñanza y aprendizaje. la motivación. 2005. se consigue en URL: http://dewey.uab.es/pmarques/actodid.htm 6. Salmón, G. E-moderating: The key to teaching and learning online. Gilly Salmon. Kogan Page, London. 2000 7. Sangra, A. Enseñar y aprender en la virtualidad. 2001. Revista Educar Nº 28. 2001: 117-131 8. Schrum, L. Hong S. Dimensions and strategies for onli-

Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual

ne success: Voices from experienced educators. 2002. Journal of Asynchronous Learning Environments. 2002; Volumen 6, número 1: 56-57 9. Yuren, M. Formación y puesta a distancia. Su dimensión ética. Editorial Paidós Mexicana S.A. México. 2000

10. Windham, C. Educating the Net Generation. Educause. 2005 Se consigue en URL: www.educause.edu/educatingthenetgen

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El Supervisor como management para generar sinergia The supervisor like management to generate synergy Christian León Porras

RESUMEN

112

En este artículo se enfatiza que el supervisor globalizado

losofan si el líder nace o se hace. Varias escuelas de ne-

debe convertirse en el management dentro de la orga-

gocios, por medio del MBA o Maestría en Administración

nización, sabiendo conducir a su personal a través de ha-

de Empresas, enfatizan en tener en sus diversas mallas

bilidades humanas que generan liderazgo hacia él, lo cual

curriculares la receta para generar habilidades geren-

conduce a los objetivos estratégicos propuestos por la alta

ciales de liderazgo. No obstante, el concepto de líder

gerencia, bajo el pilar existencial laboral contemporáneo:

proviene de la palabra inglesa leader, que traducido al

“Gana – Ganar”,pues el supervisor se legitima en sus subordi-

castellano significa: guía. Y al buscar en el diccionario

nados cuando la gente lo sigue ya que son motivados por él.

de la Real Academia Española, vemos que líder significa

Finalmente, el “sentido del deber” de todo buen supervisor,

“Persona a la que un grupo sigue reconociéndola como

está en servir al cliente interno y deberse al cliente externo.

jefe u orientadora”.

ABSTRACT

Un líder siempre tiene seguidores y por ende influye e inspira en ellos. Sus rasgos de personalidad gene-

In this article there is emphasized that the included super-

ralmente son notoriamente resaltantes a la vista en

visor must turn into a management inside the organization,

un grupo social, ya que su lenguaje no verbal indica

being able to drive to his personnel across human skills that

postura firme, mirada fija y segura, genera tranquili-

generate leadership towards him and this drives to the stra-

dad porque proyecta seguridad en sí mismo y conta-

tegic aims proposed by the high management, under the

gia emociones, demostrado en una investigación que

existential labour contemporary prop: “Win - Win”., since the

realizó el profesor Sigal Barsade en la Universidad de

supervisor is legitimized in his subordinates when the people

Yale . En primera instancia todos sus miembros se be-

follow it since they are motivated by him. Finally the “sense

nefician. Empero, ¿se beneficiará la humanidad? El líder

of the duty “ of every good supervisor, this one in serving the internal client and to be drunk to the external client.

PALABRAS CLAVES Supervisor, management, inteligencia emocional, liderazgo y equipo de trabajo.

KEY WORDS Supervisor, management, emotional intelligence, leadership and team of work.

como tal debe tener claro que esas mínimas decisiones que tome tienen que beneficiar a la humanidad, así de grandilocuente. Habiéndonos enfocado en el concepto real del líder, podemos introducirnos en la concepción del supervisor, quien es el que ejerce la inspección superior en trabajos realizados por otros. Pero no es un líder, debería transformarse en uno de ellos, ¿podrá conseguirlo? Las aptitudes emocionales son susceptibles de ser desarrolladas, si es que uno tiene la firme decisión actitudinal para hacerlo. Y como en gran medida el liderazgo pasa

INTRODUCCIÓN

por aptitudes emocionales que influyen en las perso-

En la actualidad se diserta en seminarios, congresos,

vés de su formación evolutiva que nutre su autoestima,

cursos, mucho sobre liderazgo y sus clasificaciones, fi-

además de sobreponerse a las circunstancias adversas

Invest Apl Innov 1(2), 2007

nas, podríamos decir entonces que el líder se hace a tra-

León C. – El supervisor como management para generar sinergia

que la vida, felizmente, nos brinda con la finalidad de

Peter Drucker, filósofo en las ciencias empresariales,

fortalecernos y aprender de ellas para mejorar día tras

tanto del siglo XX como del XXI y creador del concep-

día.

to de management, manifestaba que esta disciplina en términos simplistas no es otra cosa que maximizar las

Un aspecto importante que el supervisor contempo-

fortalezas y minimizar las debilidades del conocimien-

ráneo no debe dejar de lado en su labor diaria dentro

to, sin embargo señalaba que lo más importante no era

de una organización, es la de entrenar sus habilidades

la cantidad de conocimiento, sino su productividad y

humanas dirigidas hacia sus colaboradores, es decir,

que el conocimiento es un medio para la acción. Lo que

facultades como la comunicación asertiva, la empatía,

se puede interpretar de estos comentarios y mi aporte

destreza para motivar, adecuadas relaciones interper-

personal, es que el supervisor en este mundo globali-

sonales, capacidad de negociación, entre otras, y muy

zado debe de ser un management de las competencias

relevante su facultad para generar sinergia, es decir el

(el conocimiento es parte de la estructura de compe-

todo es más que la suma de sus partes; entre las ha-

tencias) de sus subordinados, formar cuadros de man-

bilidades de sus subordinados, formando equipos de

dos y establecer las condiciones favorables para que el

trabajos sólidos.

trabajo bajo condiciones de presión, sea un estimulante que nos lleva a la planificación y organización de las di-

En la actualidad, los empleadores y los especialistas en

versas responsabilidades que tenemos en función a un

gestión humana están de acuerdo que lo más impor-

tiempo cada vez más es escaso y decirle no a la cultura

tante para la contratación de nuevo personal en em-

del incendio. Volviéndonos proactivos, que no significa

presas grandes o multinacionales (como lo demostró

únicamente el tener la iniciativa, sino hacer que las cosas

el estudio realizado en la Petroquímica AMACO en el

sucedan, ser creadores de nuestro propio porvenir.

año de 1994) sobre todo en cargos gerenciales, más que la pericia técnica o conocimientos especializados,

El sentido del deber que tendría que poseer el supervisor

es la inteligencia emocional o aptitudes emocionales o

globalizado, aparte de cumplir con los objetivos estraté-

habilidades humanas, ya que estas son las que generan

gicos que su puesto de trabajo demanda, es la de forjar

verdaderamente el motor de crecimiento en una orga-

futuros líderes laborales, y esto podrá hacerlo cuando se

nización, creando ambientes de trabajos que benefician

preocupe verdaderamente por su personal, se mimetice

la salud mental colectiva y potencian fortalezas en los

con ellos estimulando la capacidad empática que todo

colaboradores.

líder debería tener, descubra sus potencialidades y las

INVESTIGACIÓN EN AMACO: Multinacional Petroquímica cede central Nebraska

73%

27%

Aptitudes Emocionales

Habilidades Técnica e intelecto

¿Cuál es exactamente la importancia que tiene la aptitud emocional para la excelencia, comparada con las habilidades técnicas y el intelecto?

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León C. – El supervisor como management para generar sinergia

maximice, creando un ambiente de cohesión, confianza colectiva y solidaridad entre sus miembros; en otras palabras, un equipo de trabajo. Premiando en público y lla-

•

mando la atención en privado, poseyendo el aplomo de que al obtener resultados el supervisor – management debe expresar: “mi equipo lo hizo”, cuando las cosas no resultan como se esperó, debe decir “hay que ver la ma-

•

nera de mejorar sobre la base de lo aprendido” y finalmente si los resultados son fatales y desastrosos, debe decir: “yo soy el responsable y asumo las consecuencias”

•

y no buscar culpables para que el más débil asuma las consecuencias, como suele pasar en nuestro país. Con esta acción logra ejemplaridad como pilar para legitimarse frente a sus subordinados, sabiendo que existe una filosofía explícita en que todos ganamos con nuestro esfuerzo. Es allí donde se logra consolidar la filosofía de trabajo en equipo, viendo que su supervisor al margen de buscar ser servido, tiende a servir y apoyar a su personal, conceptualizando como una cultura el servicio per sé hacia los demás integrantes de la compañía, generando un efecto multiplicador positivo. Estas acciones repotencian actitudes sólidas para los diversos cambios organizacionales y del mercado que se avizoran. Finalizando, comentaremos a modo de epílogo que no

114

se puede contar con una cultura de servicio al cliente externo sino se genera dentro de la empresa, una cultura de servicio al cliente / proveedor interno que al fin de cuentas son todos los trabajadores del conocimiento que aportan sus competencias para llegar a las metas que plantea la alta dirección.

CONCLUSIONES • Un líder debe tener conciencia que sus decisiones, aunque parezca insignificante, deben tener una tras-

Invest Apl Innov 1(2), 2007

•

cendencia que beneficie no sólo al grupo humano que lidera, sino también a la humanidad. El supervisor tiene que entrenar sus habilidades humanas o aptitudes emocionales en el día a día, y esto es generalmente en su centro de labores, en actitudes que nutran emocionalmente a sus colaboradores. Los especialistas en gestión humana están convencidos que lo más importante para la contratación de un ejecutivo es el peso que tiene su inteligencia emocional. El supervisor debe convertirse en un management dentro de la organización y frente a sus colaboradores, maximizando las potencialidades y minimizando las debilidades de estos. También tiene que liderar con el ejemplo en sus acciones que busquen la filosofía de equipo: el ganar – ganar. No se puede contar con una cultura de servicio al cliente externo sino se genera dentro de la empresa, una cultura de servicio al cliente / proveedor interno.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. DRUCKER, Peter F. (1999). Los Desafíos de la Administración en el Siglo XXI. Editorial Sudamericana. Buenos Aires, Argentina. 2. FURNHAM, Adrian. Psicología Organizacional: El Comportamiento del individuo en las organizaciones. Oxford university Press. México, 2001 3. GOLEMAN, D.(1996). Inteligencia Emocional. Barcelona: Editorial Kairos. 4. LEÓN, Ch. (2001). La inteligencia emocional en estudiantes de educación superior universitaria y no universitaria de Administración de Empresas. Tesis, Lima. 5. RODRÍGUEZ PORRAS, José M. (1995) El factor humano en la empresa. Ediciones. Universidad de Navarra, España. 6. VALLS, A. (1997). Inteligencia emocional en la empresa. Barcelona: Editorial Gestión 2000.

¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad? ¿To get quality through international accreditation or to get international accreditation through quality assurance? Pablo Moreno Romaní

RESUMEN Las acreditaciones nacionales o internacionales, de las ca-

lity of administrative and learning processes and by the fulfi-

rreras de ingeniería y tecnología, se logran demostrando

llment of standards established by the profession for which

que la calidad de los procesos administrativos y de do-

students will prepare.

cencia cumplen los estándares establecidos por la profesión para la cual se preparan los estudiantes.

The final “good” of a high education is formed and well equipped graduates who are successfully inserted into

El producto final de una buena educación superior es que

the labor market. In that way, universities and institutes,

el egresado se inserte exitosamente al mercado laboral

that manage curricular plans and practical experiences

y tenga un desarrollo de carrera que le permita ser exi-

with the tendencies of the industry and the labor market,

toso. En esa línea, las instituciones de educación superior

those that have decided to strategically orient themselves

que logran vincular sus planes curriculares y experiencias

to develop and to consolidate the relation with the social

prácticas con las tendencias de la industria y del mercado

and productive sectors, are those that contribute indeed

laboral; es decir, aquellas que han tomado acciones estra-

to the satisfaction of the needs of the society as a whole.

tégicas orientadas a desarrollar y consolidar la relación con los sectores social y productivo, son las que contribuyen efectivamente a la satisfacción de las necesidades de

The objective of this paper is to create awareness, on the

la sociedad en su conjunto.

favorable economic situation, the comparative advantage of Peru and the initiative of the ICACIT to lead processes in

La iniciativa peruana del Instituto de la Calidad para la

national and international accreditation, hoping that this

Acreditación de Carreras de Ingeniería y Tecnología (ICA-

would generates an appropriate panorama so directors

CIT), la actual coyuntura económica del país nos prepara

can make right decisions to evaluate engineering and te-

para tomar el camino por el cual se han decidido otros

chnology programs.

países como Hong Kong, Corea e Irlanda y poder correr la ola de la globalización.

PALABRAS CLAVES

El objetivo de este trabajo es llamar la atención de que

Acreditación, constituyentes, calidad educativa, objetivos

la situación económica favorable, la ventaja comparativa

educacionales, resultados, globalización, ingeniería, tecnología.

del Perú y la iniciativa del ICACIT por liderar procesos de acreditación nacional e internacional forman un escena-

KEY WORDS

rio oportuno para que los directivos tomen las decisiones correctas de auto- evaluar las carreras de ingeniería y tec-

Accreditation,constituencies,educational quality,program objec-

nología que conducen.

tives, program outcomes, engineering, technology, globalization.

ABSTRACT

INTRODUCCIÓN

National or international engineering and technology pro-

Cada vez se escuchan más fuerte los campanazos de la

gram accreditations will be achieved by demonstrating qua-

globalización. Hay países para los cuales el concepto

Invest Apl Innov 1(2), 2007

115

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?

no es nuevo y se remonta a los años de la caída del

Estados Unidos, como sustancialmente equivalente al ba-

Muro de Berlín por allá por 1989. A esta realidad mun-

chelor of engineering technology.

dial se asocia la ventaja comparativa de las naciones y la competitividad de las empresas. En el primer caso,

Calidad de la educación superior

nos referimos a la abundancia o escasez de recursos de los que dispone un país y en el segundo la eficiencia

La calidad de la educación superior “es un concepto plu-

con que las empresas invierten recursos económicos y

ridimensional que debería comprender todas sus funcio-

humanos en la producción de bienes y servicios.

nes y actividades: enseñanza y programas académicos, investigación y becas, personal, estudiantes, edificios,

¿Cómo son las condiciones de producción de bienes y

instalaciones, equipamiento y servicios a la comunidad y

servicios que forman parte de nuestra oferta exportable y

al mundo universitario. Una auto-evaluación interna y un

de consumo interno respecto a otros países?, ¿Cómo está

examen externo [1].

la situación de la educación superior en el Perú cuando pensamos en la globalización?, ¿En qué están pensando

Acreditación

los directivos de las universidades e institutos de ingeniería y tecnología?

La acreditación de acuerdo al Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET), es la garantía de que

Claramente se nota una relación entre las preguntas

una carrera o programa logra estándares de calidad es-

expuestas y es posible que se nos ocurran muchas res-

tablecidos por la profesión para la cual se prepara a los

puestas.

estudiantes. Por ejemplo: una carrera de ingeniería o tecnología acreditada debe alcanzar los estándares de

Desarrollar carreras eficaces, es decir cuyos egresados

calidad que la profesión de ingeniería o tecnología ha

logren insertarse con éxito al mercado laboral, pasa por

establecido.

conocer la totalidad de los procesos involucrados en la

116

ejecución de un currículo; implementar planes o progra-

De acuerdo a datos de la Asamblea Nacional de Rectores,

mas de mejora continua y optar por acreditaciones inter-

en el Perú se ofrecen cerca de 1 200 carreras en institu-

nacionales cuyos beneficios recaigan sobre los egresados

ciones de educación superior. El 62% de ellas pertenecen

y docentes.

a las ramas de las ciencias sociales y apenas el 38% de ellas pertenecen a las ramas de la ingeniería y tecnología.

Compararnos y lograr las mejores prácticas de edu-

“Las economías latinoamericanas van hacia industrias

cación superior del mundo permitirán, en el largo pla-

con mayores requerimientos tecnológicos, para producir

zo, aprovechar la ventaja comparativa de nuestro país

exportaciones de mayor valor agregado. Necesitan más

dándole mayor valor agregado a los recursos naturales

técnicos…”[2], y más ingenieros.

y geográficos; formar e insertar egresados al mercado laboral para que incrementen la productividad y com-

En estos años hemos podido conocer a la mayoría de los

petitividad de las empresas y aporten al desarrollo eco-

directores de las carreras de ingeniería, responsables de

nómico y social del país.

proyectos de acreditación, responsables de institutos tecnológicos del Perú, jefes de oficinas de acreditación, coor-

En el presente trabajo se presentan algunas definiciones

dinadores de calidad de la educación, en todos los casos,

de la calidad en la educación así como la definición de

tanto de instituciones públicas y privadas. Los problemas

acreditación. Se presenta la situación actual de las carre-

recurrentes que se tienen para implementar procesos de

ras de ingeniería y tecnología en el Perú; las iniciativas ac-

calidad son: falta de presupuesto, falta de recursos huma-

tivas peruanas que apuntan a preparar carreras con egre-

nos capaces, falta de tiempo y falta de decisión de los di-

sados globales. Así mismo, se presenta el camino que han

rectivos, por mencionar algunos.

tomado otros países para poder correr sobre la ola de la globalización.

Pero en las oportunidades en las que nos encontramos con muchos de ellos hemos planteado algunas pregun-

Finalmente se describe la experiencia de la carrera de

tas, que aunque parecen de elementales respuestas no

Electrónica y Automatización Industrial en Tecsup, al ser

lo son: ¿cada cuánto tiempo se actualizan los planes

reconocida internacionalmente, por ABET, el comité de

curriculares y quiénes participan en la actualización?,

acreditación de carreras de ingeniería y tecnología de

¿cómo está distribuida la teoría y la práctica?, ¿cuáles

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?

son los Objetivos Educacionales de las Carreras que

segundo lugar después de Luxemburgo. Su crecimiento

deben lograr los egresados estando activos en el mer-

entre 1995-2004 ha sido en promedio de 7%; pasó de ser

cado laboral?, ¿Cuáles son los Resultados de las Carre-

un país agrícola a uno industrial de 46 %; exportando el

ras que deben ir alcanzando los estudiantes conforme

80 % de su producción que ocupa al 29 % de la fuerza

avanzan en su formación?, ¿Cuántos egresados tienen

laboral.

las carreras?, ¿Cuántos de ellos están trabajando?, ¿En qué mercado se encuentran las carreras?, ¿Cómo se

Según la Organización Mundial de Comercio, durante los

comporta el número de postulantes a las carreras que

años setenta, Perú, Corea y Hong Kong eran economías

se ofrecen?.

cuyas exportaciones anuales totales alcanzaban aproximadamente 1 000; 2 500 y 1 000 millones de dólares res-

Lo que se pretende al plantear éstas preguntas es incen-

pectivamente. Hoy en día mientras Perú ha multiplicado

tivar el pensamiento crítico sobre: ¿Para qué se necesita

sus exportaciones por 24, Corea lo ha hecho por 284 veces

el presupuesto que falta?, ¿Para qué se necesita el recur-

y Hong Kong por 105 veces.

so humano capaz?, ¿Para qué se necesita el tiempo que falta? Quizá al ensayar buenas respuestas encontraremos

El ex Primer Ministro de Irlanda, en el último CADE realiza-

por qué los directivos no toman las decisiones que debe-

do en Arequipa opinó: “Dar el salto de país en desarrollo

rían tomar.

hacia país desarrollado se llama “educación” y es aquello que distingue al “Milagro Irlandés” y sus logros económi-

Hablar de acreditación es hablar de calidad. Al pensar en

cos.

calidad, en varias de las citas anuales de la Semana de la Calidad que se desarrollan desde hace varios años en el

La decisión por invertir en la educación y apertura hacia

Perú y en las conferencias de la última Convención Mine-

el exterior le ha dado a Irlanda, Corea y Hong Kong resul-

ra realizada en Arequipa, donde asisten emprendedores y

tados extraordinarios.

académicos, hay consenso que para implementar procesos de calidad lo primero que hay que lograr es el íntegro

Acuerdos internacionales

apoyo de las más altas autoridades de las instituciones. Son ellos los que pueden responder las ocho preguntas

En el mundo de la ingeniería y tecnología de los países

arriba expuestas.

más desarrollados se han creado tres principales acuerdos. Los Acuerdos de Washington, Sydney y Dublín. A tra-

Mi experiencia me ha enseñado que no hay ningún país

vés de estos acuerdos, los signatarios, entes independien-

que tenga todo ni que no quiera todo. Hace mucho tiem-

tes que promueven la calidad de la educación superior,

po que sabemos cuál es el estado de la enseñanza supe-

reconocen la equivalencia de las carreras de ingeniería y

rior del Perú; tratar de responder ¿por qué está como está?,

tecnología acreditadas.

a estas alturas del partido es pernicioso. La propuesta es que se revisen para, establecer procesos administrativos

Para echar a andar estos acuerdos, los signatarios han

y educativos, y mejorarlos. Para ello, se debe emplear es-

intercambiado información y han examinado sus proce-

tándares comprobados internacionalmente; cuya base es

sos, políticas y procedimientos con el fin de conceder los

justamente la revisión y mejora continua.

reconocimientos y acreditaciones de las carreras de ingeniería y tecnología de programas académicos y llegar a la

¿Querer es poder?, ¡Hacer es poder!

conclusión de que son comparables.

La UNESCO se refiere, en el artículo 6 de la Declaración

Así, han desarrollado criterios de evaluación que aplican a

Mundial sobre la Educación Superior en el Siglo XXI, a la

los programas de las carreras que lo solicitan. Ellos acredi-

calidad como “La pertinencia de la educación superior

tan y reconocen como sustancialmente equivalentes a los

que debe evaluarse en función de la adecuación entre lo

programas comparándolos con las carreras de los países

que la sociedad espera de las instituciones y lo que estas

signatarios.

hacen”. Los países a los que pertenecen estos signatarios son Irlanda tiene la producción más alta de Europa estimada

Estados Unidos, Japón, Malasia, China, Canadá, Australia,

en 44 500 dólares per cápita (Perú: 6 600 dólares) [3]; so-

Inglaterra, entre otros, y por supuesto a los dos milagros

bre el 10% de los cuatro países más grandes, ocupando el

económicos llamados Irlanda y Hong Kong.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

117

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?

¿Qué se está haciendo en el Perú?

La primera experiencia exitosa

Para citar el ejemplo de la minería, en el Perú, esta acti-

De manera concreta, la carrera de Electrónica y Automa-

vidad en el 2006 aportó el 6,6% del PBI; el 63% del valor

tización Industrial de Tecsup ha logrado recibir el reco-

total de las exportaciones; el 19% de los tributos totales;

nocimiento internacional de ABET, y es considerada una

el 36% del impuesto a la renta. Representa inversiones

carrera similar a las que se dictan en Estados Unidos que

identificadas para el período 2007-2014 que ascenderían

otorga el Bachelor of Engineering Technology.

a valores entre USD 8 400 a 10 000 millones [4]. Acorde con la visión de “Ser la institución peruana de eduEsta actividad genera 95,000 empleos directos y 400,000

cación superior líder en tecnología, con prestigio y certifi-

indirectos y US$ 1400 millones en compras internas. Es de-

cación internacional”, Tecsup inició en el 2003 el proyecto

cir es la actividad más importante junto con textiles y pro-

de acreditación de la carrera de “Electrónica y Automati-

ductos agroindustriales. El Reporte de Inflación para Sep-

zación Industrial”, evaluándola primero de manera interna

tiembre 2007 del BCR expresa que en el presente año los

para constatar que reúna condiciones correspondientes

términos de intercambio en la balanza comercial se incre-

al rango al que aspiran “Bachelor of Engineering Techno-

mentarían 3,0 por ciento, por la evolución más favorable de

logy” de Estados Unidos; es decir, que su plana docente, el

las cotizaciones de los metales respecto a lo esperado en

plan de estudios, la infraestructura y recursos financieros,

mayo. Pero que tendrían una corrección en los años 2008 y

que intervienen en la formación están acorde con las exi-

2009, por menores precios de los minerales ante un menor

gencias que se definieron, y aseguran que lo que se dice

crecimiento mundial y altos precios de petróleo.

que hace efectivamente se hace.

Dado que la minería es una actividad de producción a

Estas condiciones tienen que ser continuamente revisa-

menores costos, ¿Cómo estamos preparando a los inge-

das y deben proponer acciones concretas de mejora a

nieros, tecnólogos y técnicos del sector para que sean

cada una de las variables relacionadas con la educación

más productivos frente al escenario esperado?.

y administración de una carrera acreditable y sobre todo debe ser similar en calidad y experiencias a una que se

118

Las carreras de ingeniería y tecnología en el Perú, inicia-

dicte en Estados Unidos.

ron proyectos para acreditar su calidad, con el objetivo de enaltecer dichas profesiones.

Modelo propio: el plan de mejora continua (PMC)

Hace cuatro años cinco carreras de ingeniería y tecnología se embarcaron en proyectos para obtener el reconocimien-

El PMC es un sistema dinámico desarrollado en Tecsup,

to internacional de acreditación. Ahora son 26 las carreras

que define las acciones de Medición, Evaluación y Mejora

que apuntan a obtener una acreditación con el objetivo de

de los Objetivos y Resultados de las carreras, y que tiene

enaltecer a sus egresados en dichas profesiones.

por finalidad sistematizar la optimización en los servicios educativos y administrativos que se brinda.

El Instituto para la Calidad y Acreditación de Carreras de Ingeniería y Tecnología, ICACIT, lidera estos procesos de

La ejecución del PMC permite medir, mediante la aplica-

Auto Evaluación que el Accreditation Board for Enginee-

ción de 14 herramientas de medición, cualitativa y cuan-

ring and Technology (ABET ), de Estados Unidos, exige

titativamente, el logro de los objetivos de corto plazo lla-

para medir la situación educativa y administrativa de las

mados Resultados de los Programas y objetivos de largo

instituciones educativas y hacer comparables las carreras

plazo, llamados Objetivos Educacionales. Ver: Figura 1:

entre los dos países.

“Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup”.

Los criterios de evaluación consideran: Objetivos Educacio-

El hecho que los alumnos y egresados logren estos dos

nales y resultados específicos de las carreras, planes de me-

elementos permite que el programa logre su misión y por

jora continua, características específicas de las carreras, nivel

ende se alcancen la misión y visión de la institución.

profesional y académico de la plana docente, infraestructura, estructura organizacional y soporte financiero. El fin de estos

El logro de los OEP se mide a través de la aplicación de

proyectos es lograr, tales estándares locales, que sean com-

4 herramientas de medición: (1) encuestas a egresados,

parables y se puedan lograr acreditaciones internacionales.

(2) encuestas a empleadores, (3) seguimiento de los movi-

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?

mientos de todos los egresados para conocer la evolución laboral, remunerativa y plan de desarrollo profesional, y

Un ejemplo es la medición del logro de los Objetivos Edu-

(4) reuniones del Comité Técnico Consultivovi.

cacionales del Programa Mantenimiento de Maquinaria de Planta, realizado de acuerdo al cronograma de ejecución del Plan de Mejora Continua, para el 2006 y 2007; la próxima medición se realiza en enero del 2008.

Figura 1 - Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup.

El logro de los Resultados se mide a través de la aplica-

Tabla 1 - Medición de las OEP del programa Mantenimiento de maquinaria de planta.

ción de 5 herramientas de medición: (1) los criterios de

Las acciones de mejora se implementan por cada jefe de

desempeño, que permite una medición directa de las ha-

departamento. El comité que genera las acciones de me-

bilidades, conocimientos que los alumnos deben ser ca-

jora verifica en sus reuniones periódicas la implementa-

paces de hacer y conocer, (2) medición del desempeño de

ción y resultados obtenidos y conserva las evidencias del

estudiantes en pasantías en empresas, (3) medición del

trabajo realizado en agendas y actas de reuniones.

desempeño de los estudiantes en prácticas de tres meses en la empresa, (4) encuestas a estudiantes sobre Resul-

119

tados, (5) entrevistas a estudiantes, para medir el grado en que cada uno de ellos entiende la diversidad cultural y cómo perciben su responsabilidad social y ética en el ejercicio de la profesión y la necesidad de educación a lo largo de la vida; así como su nivel de comunicación. Los Objetivos de los cursos se miden durante la ejecución de cada asignatura a lo largo de la carrera. Una vez que se miden el logro de los OEP y Resultados los cinco entes de evaluación proponen mejoras.

¿Qué se hace con lo que se mide? En la etapa de evaluación se toma la información obtenida de la medición con la finalidad de proponer acciones de mejora al logro y formulación de los Objetivos Educa-

Tabla 2 - Logro de los OEP período 2006-2007.

Proyecto de acreditación La acreditación exigió trabajo interno y externo. El trabajo interno consistió en la asignación de recursos para la realización del proyecto; la conformación del equipo de trabajo; conocimiento de los criterios de evaluación de ABET, capacitación del equipo de traba-

cionales de los Programas, (OEP) y Resultados de los Pro-

jo; capacitación del personal administrativo y docente;

gramas. La evaluación se lleva a cabo a través de cinco

así mismo, de los alumnos, egresados y empleadores

entes de evaluación: (1) Comité Central de Mejora, (2) Co-

de los egresados. Se trabajó un inventario de los pro-

mité de Programa, (3) Comité Técnico Consultivo, (4) Co-

cesos de la gestión educativa y administrativa de apo-

mité de Servicios a Estudiantes y Egresados y (5) Jefatura

yo, y con todo eso se elaboró un auto estudio o auto

del Departamento. En este proceso están involucrados

evaluación, sobre la base de los criterios de evaluación

los docentes, alumnos, egresados, miembros de empre-

de ABET que consideran los OEP, Resultados, Plan de

sas, personal administrativo y directivo de Tecsup.

Mejora Continua, Características de la Carrera o Progra-

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?

ma, Nivel profesional y relación industrial de la Plana

CONCLUSIONES

Docente, Infraestructura, Equipamiento y Software, Disposición de Recursos Financieros, Características Espe-

Queda expuesto que la situación económica es favo-

cíficas de la Carrera con Relación al Nivel de Bachelor

rable, que el Perú tiene ventajas comparativas y que el

in Engineering Technology de Estados Unidos. En esta

ICACIT se encuentra en buen momento. El escenario es

auto-evaluación se describieron todas las fortalezas y

oportuno para que los directivos de las facultades de

debilidades de la carrera y se determinaron las brechas

ingeniería y tecnología vayan a sus puestos de trabajo

para trabajar en la mejora de manera eficiente.

y pregunten sobre los objetivos de corto y largo plazo de las carreras que dirigen para considerar los principios

Etapas de la acreditación

orientadores de las instituciones de educación superior y los intereses de los constituyentes (docentes, egresa-

Se realizaron visitas de campo en dos etapas. Una visita

dos y empresas).

de capacitación del equipo de Tecsup a Estados Unidos y dos visitas de evaluadores norteamericanos a la sede

Las condiciones para presentarse a procesos de evaluación

de Tecsup. Durante las visitas a Tecsup, revisaron proce-

internacional son pruebas para las que se debe estar prepa-

sos académicos y administrativos, se entrevistaron con

rado. Las acreditaciones y reconocimientos internacionales

los directivos, jefes de departamento, docentes, alum-

se logran con calidad en la enseñanza y en la administración

nos, egresados y miembros de empresas. Las visitas tu-

de recursos que demuestran las carreras e instituciones efi-

vieron una duración de tres días.

caces. La calidad se refiere a una vía para la mejora continua de las carreras.

RESULTADOS

120

La decisión de directivos, las posibilidades y exigencias

La acreditación o reconocimiento internacional se lo-

que se abren al Perú en términos de competitividad y

gra mostrando carreras que tienen sus procesos ad-

productividad y la, quizá, única interacción en América

ministrativos y de docencia identificados. Es necesa-

Latina alrededor de una institución como el ICACIT, for-

rio demostrar que estos procesos son medidos y los

man esa ola que nos llevará a ser parte de los tres princi-

resultados obtenidos, evaluados para determinar las

pales acuerdos: Washington, Sydney y Dublín en donde

mejoras en los objetivos de corto y largo plazo de las

se reconocerá la equivalencia de las carreras de ingeniería

carreras.

y tecnología del Perú y a nuestros egresados como egresados del mundo.

Se logró la acreditación a través de la calidad de la enseñanza demostrada. La mejora de la calidad de las carreras de ingeniería y tecnología en el Perú tienen la gran posibilidad de aprovechar los conocimientos de la experiencia realizada por Tecsup. Han participado en las evaluaciones de la carrera de Electrónica y Automatización Industrial, voluntarios del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), asociación técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización. El Dr. Tom Cain ex Presidente Mundial del IEEE y el Dr. Mario González profesor de la Universidad de AustinTexas; el experto en acreditación el Dr. Fred Emshousen, de la Universidad de Purdue de Indiana. Frank Hart, decano de la Escuela de Tecnología en Ingeniería y Ciencias de la Computación de Bluefield State College de West Virginia; el Dr. Scott Dunning de la Universidad de Maine y David Baker, del Rochester Institute of Technology todos reconocidos en la docencia e investigación en USA.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

i Institución peruana que lidera procesos de acreditación y auto- evaluación. ii Declaraciones específicas de habilidades, conocimientos, aptitudes, experiencias que los egresados van a poder demostrar a los pocos años de haber egresado. iii Declaraciones específicas de habilidades, conocimientos, aptitudes, experiencias que los alumnos van a poder demostrar al momento de su graduación. iv Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía v Accreditation Board for Engineering and Technology; establecida en 1932 congrega a 28 sociedades profesionales y técnicas en ciencias aplicadas, computación, ingeniería y tecnología de Estados Unidos. vi Los Comités Técnicos Consultivos están conformados por miembros de empresas de producción y servicios que emplean a egresados de Tecsup, docentes, jefes de departamento y coordinadores de la oficina de calidad. Estos comités se reúnen para conocer las tendencias de la industria y las inversiones que ellos realizan en activos fijos.

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Declaración Mundial sobre la Educación Superior en el Siglo XXI: Visión y Acción [citada 9 de Octubre 1998]; Se consigue en <www.unesco.org/education/educprog/wche/declaration_spa.htm> 2. Oppenheimer, Andrés. Cuentos Chinos: El engaño de Washington, la mentira populista y la esperanza de

América Latina- 9ª ed.- Buenos Aires: SUDAMERICANA, 2006. 3. The World Fact Book [citada 08 de Octubre 2007]; Se consigue en <www.cia.gov/library/publications/theworld-factbook/index.html> 4. Banco Central de Reserva del Perú, Panorama Actual y Proyecciones Macroeconómicas; septiembre 2007.

121

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto Influence of the temperature of anneling in the fracture toughness of the steel SAE 1045 by means of test of impact Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido

RESUMEN El objetivo del presente trabajo es la evaluación del com-

sacrifices the hardness and allows to know that it failure

portamiento del acero SAE1045 cuando estan previa-

patterns for impact of mechanical components following

mente expuesto a un tratamiento térmico de templado y

the norms of test of materials of the ASTM.

revenido, es sometido a un ensayo de impacto. Para esto se mecanizó las probetas de acuerdo con normas ASTM,

PALABRAS CLAVES

posteriormente se procedió a realizar un tratamiento térmico de temple y revenido a dichas probetas en un

Ensayo de impacto, templado, revenido, patrón de falla,

horno eléctrico con control electrónico de temperatura;

tenacidad.

finalmente se deja enfriar las probetas a temperatura ambiente y se mide la dureza obtenida. Para el estudio de la

KEY WORDS

influencia de la temperatura en el revenido del acero SAE

122

1045 se realiza el ensayo de impacto a las probetas reve-

Impact test, quench, anneling, failure pattern, fracture

nidas a diferentes temperaturas (500, 600 y 700º C). De

toughness.

este estudio se deduce que efectivamente el aumento de la temperatura de revenido, incrementa la tenacidad del

INTRODUCCIÓN

acero, pero sacrifica la dureza y permite conocer patrones falla por impacto de componentes mecánicos siguiendo

Nuestro país se encuentra en una fase de desarrollo muy

las normas de ensayos de materiales de la ASTM.

amplia en cuanto a proyectos de ingeniería. La calidad de los aceros (en cuanto a sus propiedades mecánicas) a

ABSTRACT

emplear es determinante en el éxito o fracaso de dichos proyectos, que en algunos casos pueden llegar a miles de

The target of the present work is the evaluation of the

millones de dólares de pérdidas.

behavior of the steel SAE1045 when been previously exposed to a thermal treatment of quench and anneling, it

El desconocimiento del comportamiento de los aceros so-

is to subject a test of impact. For this the specimen test

metidos a diferentes temperaturas de trabajo implica que

were mechanized in accordance with norms ASTM, later

las estructuras o construcciones mecánicas colapsen. Un

one proceeded to realize a thermal treatment of quench

claro de ejemplo de la influencia de la temperatura en el

and anneling to the above mentioned specimen test in

cambio de las propiedades mecánicas fue el hundimiento

an electrical oven with electronic control of temperature;

del Titanic sólo por mencionar uno.

finally it allows itself to air cool the specimen test to temperature enviroment and the obtained hardness measu-

El ensayo de impacto permite evaluar la energía absorbi-

res itself. For the study of the influence of the tempera-

da en la zona elástica de la curva esfuerzo deformación

ture in the anneling of the steel SAE 1045, carries out the

en una probeta de acero, bajo ciertas condiciones, carac-

test of impact to the anneling specimen test for different

terizándose dicha energía en una fractura que puede ser

temperatures (500, 600 and 700º C). Of this study it is de-

frágil o dúctil. Este ensayo ha sido empleado desde hace

duced that really the increase of the temperature of an-

60 años para evaluar las propiedades mecánicas de los

neling, increases the fracture toughness of the steel, but

materiales. El ensayo de Charpy es muy importante ya que

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto

nos permite relacionar el aspecto empírico con el com-

beta produce su fractura, lo que se determina a través de

portamiento del material durante su vida útil en función

las diferencia de energía potencial del péndulo antes y

de su calidad.

después del impacto.

La metodología de trabajo para el presente ensayo fue

La fabricación de las probetas debe ser hechas de acuer-

la siguiente: se prepararon nueve probetas normalizadas

do a norma; en caso contrario esto provocaría concentra-

según la norma de la ASTM (American Society for Testing

ción de esfuerzos, tensiones en zonas puntuales, no per-

and Materials- sección ensayos de impacto), luego se pro-

mitiendo un adecuado análisis.

cedió a templar en aceite las probetas, se dejó enfriar a temperatura ambiente y se realizó el revenido de dichas

Otro aspecto importante es la temperatura ambiente y

probetas a diferentes temperaturas (500ºC, 600ºC y

condiciones de ejecución de la prueba; al momento de

700ºC) dejándolas enfriar de forma natural al medio am-

realizar el ensayo es recomendable utilizar las pinzas con

biente.

las características que indica el estándar.

Una vez que todas las probetas alcanzaron la temperatura

Al ser impactada la probeta por la maza, se va a producir

ambiente se procedió a medir su dureza para verificar su

una fractura, básicamente puede ser de dos tipos: frágil y

cambio de propiedades. Finalmente se realizó el ensayo

dúctil, característica que depende de su capacidad para

de impacto a estas probetas siguiendo los procedimien-

absorber energía durante el ensayo. La fractura se da en

tos normalizados.

dos partes: la formación de la grieta y su respectiva propagación en función de la energía absorbida.

Mediante los resultados obtenidos se comprobó que a una mayor temperatura de revenido del acero SAE 1045

Tratamiento térmico

se logra un incremento de la tenacidad del mismo, pero disminuyendo su dureza, coincidiendo con los funda-

Es someter un material a un proceso térmico que tiene

mentos teóricos de comportamiento de los aceros.

por finalidad cambiar o alterar las propiedades del acero. Es decir que, para un determinado contenido de carbono

La presente investigación nos permitirá tener un mejor

se puede obtener un acero altamente resistente y frágil

conocimiento del comportamiento de los aceros en apli-

o de una baja resistencia y elevada tenacidad, lo cual se

caciones industriales, como por ejemplo: los resortes de

dará de acuerdo con la aplicación buscada.

válvulas de motores de combustión interna, los cuales son sometidos a tratamientos térmicos de templado y re-

Dentro de los tratamientos térmicos más usados se tiene:

venido y adicionalmente nos permitirá realizar un mejor

templado, recocido, revenido y normalizado.

diagnóstico de falla por impacto de componentes mecá-

En la presenta investigación nos centraremos en el tem-

nicos, ya que la probeta ensayada por impacto nos dará

plado y revenido.

un patrón de falla característico de rotura. Templado: Tratamiento térmico donde se busca obtener

Ensayo de impacto

que el acero esté constituido por martensita. La velocidad de enfriamiento es rápida para evitar la transforma-

Este ensayo se caracteriza por evaluar la energía de im-

ción de la austenita en ferrita y perlita.

pacto que absorbe el material, cuya capacidad de resistir el impacto de un golpe se suele llamar tenacidad. El ensa-

Revenido: Al realizar un enfriamiento rápido en el templa-

yo permite apreciar la influencia de ciertos factores en el

do, la martensita obtenida es muy frágil, lo cual imposibilita

comportamiento mecánico de materiales en condiciones

su uso, entonces se somete el material a un proceso de re-

de trabajo.

venido de la martensita, lo cual permite mejorar las propiedades mecánicas del acero en la ductibilidad y tenacidad.

Este ensayo consiste en golpear mediante una maza (martillo de impacto) una probeta que se sitúa en el soporte de la máquina de ensayo, la maza que está acopla-

Procedimiento experimental

da al extremo del péndulo se deja caer desde una altura que controla velocidad de aplicación de la carga en el

Material Analizado:

momento del impacto, cuya energía absorbida por la pro-

El material seleccionado para su estudio en este trabajo

Invest Apl Innov 1(2), 2007

123

Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto

ha sido el acero SAE 1045 de fabricación nacional que tie-

de forma natural hasta alcanzar la temperatura ambien-

ne las siguientes características:

te. Para medir las temperaturas de las probetas se utilizó un medidor láser de temperatura con el objetivo de no

Elemento

Acero SAE 1045

tocar las probetas y causar una variación de temperatura,

0,45%

(la precisión de este instrumento es de 0,1 º C). Se eligió

0,75%

dichos rangos de temperaturas por ser usuales en la in-

0,04%

dustria.

0,050%

Tabla 1 - Composición química del acero SAE 1045.

La cuarta etapa del ensayo fue realizar la medición de durezas a las 12 probetas aplicando el estándar ASTM E-92-

Elemento

SAE 1045

Límite de Fluencia

Resistencia a la

kg/ cm2

tracción en kg/ cm2

4500

7500

82 reaprobado 2003, en una máquina de ensayo con indentadores normados para medición de dureza Vickers. La fórmula de cálculo de dureza Vickers en función de las características geométricas de la huella es:

Tabla 2 - Propiedades mecánicas del acero SAE 1045.

HV = 2Psen(a/2)/d2 = 1.8544P/d2 Etapas del ensayo: La primera etapa del ensayo consistió en el mecanizado de 12 probetas para el ensayo de impacto, por lo cual se procedió a maquinar dichas probetas utilizando máquinas herramientas convencionales y respetando las dimensiones y tolerancias especificadas en la norma ASTM E23-05 punto 7. La probeta elegida a mecanizar fue de tipo A.

124

Figura 1 - Probetas preparadas de acuerdo a ASTM E23-05. Tipo A.

Donde: P: Fuerza en kgf d: Diagonal en mm. a: Ángulo del diamante. La fuerza aplicada para el presente ensayo fué de 20kgf para las probetas revenidas y 50kgf para las probetas sin tratamiento. La quinta etapa consistió en someter las 12 probetas a ensayos de impacto por el método Charpy de acuerdo con la norma ASTM E23-05 punto 8.3, dentro de los parámetros de temperatura ambiente recomendados 20 ± 5 º C. El equipo utilizado cuenta con un certificado de calibración vigente al momento de realizar el ensayo, cabe mencionar que este equipo cuenta con un sistema de adquisición de data de energía, el cual toma en cuenta la fricción del aire al momento que el martillo cae para impactar las probetas.

La segunda etapa del ensayo fue realizar el tratamiento térmico de templado a las probetas, lo cual se hizo en un horno de inducción con control digital de temperatura, logrando alcanzar las temperaturas recomendadas (800º C, para asegurar la austenización de las probetas ensayadas), eligiendo como medio de enfriamiento el aceite para las probetas de la número 2 a la 9 y enfriando por agua a la probeta número 1. A las tres probetas restantes no se les realizó tratamiento térmico de templado, con el fin de tener un valor normal de propiedades mecánicas. La tercera etapa consistió en realizar un revenido a 9 probetas en horno eléctrico, 3 probetas se revinieron a 500º C, 3 probetas a 600 º C y finalmente 3 probetas a 700º C (límite de revenido). El enfriamiento de las probetas fue

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Figura 2 - Posicionamiento de la probeta en la máquina de ensayo de impacto.

Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto

con respecto al de 600ºC (113.16 J/cm2) obteniendo una mejora de 89%, pero si comparamos el de 700ºC con el revenido de 500º el incremento es de 339%. Influencia del revenido en la Resilencia del Acero SAE 1045 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00

Figura 3 - Probetas con Revenido a 500º C después de la prueba de impacto.

0.00 1

Al natural Revenido a 500ºC

3 Revenido a 600ºC Revenido a 700ºC

Figura 5 - Curvas de Resiliencia de las probetas ensayadas a diferentes temperaturas de revenido del acero SAE 1045.

La evolución de la dureza va en sentido inverso a la temperatura de revenido, esto debido a que la martensita va aliviando sus tensiones y en temperaturas altas se transforma en otros constituyentes más estables, este análisis es tema de otra investigación. Figura 4 - Probeta sin tratamiento térmico después del impacto.

Evolución de la Reciliencia en función de la Temperatura de Revenido

RESULTADOS Los resultados obtenidos en los ensayos de impacto por el método Charpy a las probetas revenidas y al natural nos muestran lo siguiente:

200.00 150.00 100.00 50.00 0.00

Al natural

Resiliencia

Promedios

Dureza

(J/cm2)

Vickers Hv

54,18

212,80

49,20

59,15

54,18

Revenido a 500ºC

69,78

73,31

71,54

441,00

Revenido a 600ºC

115,96 115,96 107,56

113,16

321,00

Revenido a 700ºC

176,48 198,21 175,84

183,51

286,00

Tabla 3 - Valores de resiliencia obtenidos en el ensayo Charpy.

Analizando los resultados se aprecia claramente que la resiliencia se incrementa a medida que aumenta la severidad de revenido, los valores del acero al natural muestran un promedio de 54.18 J/cm2, el cual comparado con el promedio del primer revenido a 500ºC deja ver un gran salto en la capacidad de absorber la energía de impacto. Nótese que la dureza del acero con un revenido de 700ºC tiene un valor próximo al del acero al natural, sin embargo su resiliencia es notablemente mayor. Analizando ahora los aceros revenidos se aprecia que mejora su tenacidad; comparando el revenido a 600ºC (113,16 J/cm2) con el de 500ºC (71,54 J/cm2) mejora su resiliencia en 132% de valor apreciable, sin embargo el mayor salto en resiliencia se da en el revenido de 700ºC (183,51 J/cm2)

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Revenido a 700º C Revenido a 600º C Sin Tratamiento

125

Revenido a 500º C

Promedios

Figura 6 - Curvas de Resiliencia vs. Temperatura de Revenido del acero SAE 1045.

CONCLUSIONES Después de haber concluido satisfactoriamente los ensayos de impacto, se llegó a las siguientes conclusiones: • Se verificó que el incremento de la temperatura en el tratamiento térmico de revenido mejora la tenacidad en el acero SAE 1045 , de una capacidad de absorción de energía de impacto de 54,18 J/cm2 a 183.51 J/cm2 estando apto este material para trabajar en condiciones superiores de energía de impacto. • Para el acero SAE 1045, se recomienda realizar un temple en aceite, debido a que el temple en agua resulta ser muy severo para este material. En los ensayos Charpy realizados, la probeta numero 1 templada al agua se fisuró por la excesiva tensión interna, producto de la mayor velocidad de enfriamiento en agua. • Observando las fracturas de las probetas se nota claramente que las revenidas a 500ºC presentan una frac-

Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto

tura de 90º, lo cual indica que se trata de una fractura frágil, además que su superficie presenta un grano fino producto de un correcto procedimiento de temple, mientras que las probetas sin revenido presentan una fractura parcial. • La fractura de las probetas revenidas a 600ºC y 700ºC, presentan una fractura ondulada, lo cual indica la disminución de las tensiones internas, pero la superficie presenta una mayor rugosidad e incremento del tamaño de grano, verificado por la disminución de la dureza de estas probetas. • Las formas de las fracturas obtenidas en los ensayos Charpy nos pueden permitir establecer patrones típicos de falla de aceros que hayan sido sometidos a templado y revenido y que se utilicen en aplicaciones industriales.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. American Society for Testing Materials. ASTM. Section 3. Volume 03.01. Standard Practices por Force Verification of Testing Machines. Designation E4-03. 2. American Society for Testing Materials. ASTM. Section 3. Volume 03.01. Standard Terminology Relating to Methods of Mechanical Testing. Designation E6-03. 3. American Society for Testing Materials. ASTM Section 3. Volume 03.01. Standard Test Methods for Notched

126

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Bar Impact Testing of Metallic Materials.Designation E23-05. 4. Ortega Y. Revista Mexicana de Física. Prueba de Impacto: Ensayo Charpy. Departamento de Física de Materiales, Facultad de Ciencias Físicas. Universidad Complutense de Madrid, 28040. Madrid. España. Junio 2006. 5. José Antonio Pero-Sanz Elorz. Aceros. Metalurgia Física, Selección y Diseño. Editorial Dossat. Madrid. España. 2004. 6. William F. Smith. Javad Hashemi. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Cuarta Edición. Editorial Mac Graw Hill. 2004. 7. Donald Askeland. Pradeep Phule. Ciencia e Ingeniería de Materiales. Editorial Thomson. Cuarta Edición. 2004. 8. José Antonio de Saja Sáez. Miguel Rodríguez. Maria Luz Rodríguez. Materiales. Estructura, propiedades y aplicaciones. Editorial Thomson. 2005 9. Fernández. Cano.Sanz.Trucoli Tecnología Industrial II. Bachillerato. Editorial Anay. 2001 10. Zwick Roell. Instruction Manual for Pendulum Impact Testers. 2006. 11. American Society for Testing Materials. ASTM Section 3. Volume 03.01. Standard Test Methods for Vickers Hardness of Metallic Materials. Designation E92-82.

Medición de flujo en líquidos con válvulas de control Liquid Flow Measurement with Control Valves Henry Gómez Urquizo

RESUMEN Los medidores de flujo para conductos cerrados más co-

This arrangement looks like the physical arrangement in a

nocidos son los de placa orificio, los cuales aprovechan

plate orifice flowmeter. This way, the equations to compu-

la diferencia de presión que se produce a través de una

te the rate flow in a plate orifice flowmeter, will be valid to

restricción en el conducto para medirla y luego calcular

compute the flow rate thought a control valve. In this pa-

el flujo que produce la caída de presión. De otro lado,

per, we have defined the flow rate mathematical relations

una válvula de control utiliza un tapón y un asiento para

as a functions of spindle stroke and differential pressure,

estrangular el área y variar el caudal; es decir, la válvu-

taking into account how the installations on control valve

la tiene un orificio cuya sección transversal es constante,

performance affects in application with variable pressure.

pero por la acción del obturador el paso es variable. Este

These mathematical relations we have tested experimen-

arreglo es semejante a la disposición física que se tiene en

tally, applying to a modular system with different control

un medidor de flujo tipo placa orificio.

valves to measure the water rate flow in conditions like industry. The outcomes obtained show that our hypothesis

Por lo tanto, las ecuaciones que permiten calcular el flujo

is valid for specific range and special conditions.

por un medidor placa orificio, también serían válidas para calcular el flujo a través de una válvula de control. En esta

PALABRAS CLAVES

investigación se han establecido las relaciones matemáticas del flujo en función de la posición del vástago y la

Capacidad de válvula, característica inherente, caracterís-

presión diferencial, teniendo en cuenta cómo afecta la

tica instalada, medición de flujo.

instalación sobre el comportamiento de la válvula en una aplicación a presión variable. Estas relaciones matemá-

KEY WORDS

ticas, se han probado experimentalmente, aplicándolas a un sistema modular con diferentes válvulas de control

Valve capacity, inherent characteristic, installed characte-

para medir el flujo con agua en condiciones semejantes a

ristic, flow measurement.

las industriales. Los resultados obtenidos muestran que nuestra hipótesis es válida en un rango específico y en

INTRODUCCIÓN

condiciones especiales. Para controlar el flujo de líquidos a través de tuberías se

ABSTRACT

requiere por lo general de tres tipos de instrumentos: el medidor de flujo, el controlador de flujo y la válvula de

The well known flowmeter for tubing are plate orifice,

control. Independientemente de la tecnología utilizada

these one use the differential pressure through a restric-

por el medidor de flujo, este finalmente convierte algún

ted tube, to measure and after that compute de flow rate

parámetro físico proporcional al flujo a una señal estanda-

produced by differential pressure. In the other side, a

rizada que se transmite al controlador; el cual mediante

control valve uses a plug and a seat arrangement to res-

el algoritmo de control apropiado, establece la diferencia

trict the area and vary the flow rate; that means, we have

entre el valor deseado de flujo y el valor real para entre-

in the valve an orifice which transversal section is cons-

gar a la válvula de control otra señal que compense esta

tant, but because the plug action the passing is variable.

diferencia.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

127

Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control

El cálculo del flujo mediante la lectura de la caída de pre-

Esta ecuación es la forma general del flujo en función de

sión a través de una restricción en una tubería, es tal vez

la presión diferencial, sin embargo para líquidos, la ecua-

la técnica de medición más comúnmente utilizada en

ción 2 es la más utilizada por los fabricantes de medido-

aplicaciones industriales. Las caídas de presión genera-

res de flujo [3].

das por una amplia variedad de restricciones geométricas han sido bien estudiadas a lo largo de los años y están bien documentadas en textos de instrumentación y control [1], así como en Internet [2]. El control del flujo por una tubería requiere de una válvula de control, si consideramos que la válvula de control permite variar el caudal mediante el estrangulamiento del conducto, es decir, en la válvula se tiene un orificio Figura 1 - Medidor placa orificio.

cuya sección transversal es constante, pero gracias a la presencia de un tapón u obturador, la luz a través de ella es variable de acuerdo a su posición. Este arreglo es muy semejante a la disposición física que se tiene en un medidor de flujo tipo placa orificio. Se ha visto que cuando restringimos el paso de un fluido a través de un conducto se origina una presión diferencial que obliga a que el fluido transcurra a mayor velocidad por el estrangulamiento. Esta presión diferencial, según el

Figura 2 - Válvula de control.

principio de medición de los medidores placa orificio, está relacionada con el flujo a través de la tubería. Por lo tanto las ecuaciones de la medición de flujo con medidores

128

(2)

placa orificio son válidas para el flujo a través de válvulas de control.

Aquí, 5,668 es un coeficiente que se deriva del tipo de unidades utilizada, Fa es el factor de expansión del orificio

Así, en un lazo de control de flujo, si la presión diferencial

que depende del tipo de material del medidor, K es el

generada por la válvula de control puede relacionarse con

coeficiente de flujo, d es el diámetro del orificio, dp es la

el flujo, entonces el medidor de flujo puede ser completa-

presión diferencial a través del medidor y gf es la grave-

mente eliminado y sólo utilizar la válvula como medidor

dad específica del fluido.

y regulador de flujo. Esta idea se ha desarrollada matemáticamente y contrastado experimentalmente. Aunque

Coeficiente de flujo de válvulas de control

la idea puede aplicarse a todo tipo de fluidos, para los propósitos de esta investigación, sólo se ha considerado

El método más aceptado para el dimensionamiento de

como fluido el agua fresca.

válvulas de control es conocido como el procedimiento del Cv. El Coeficiente de Flujo o Cv de una válvula depen-

Medición de flujo por presión diferencial

de del tipo, diámetro y grado de apertura del dispositivo obturador.

El flujo Q a través de un medidor de presión diferencial convencional como el de la Figura 1 está dado por la

La fórmula básica para el cálculo del Cv en líquidos es:

Ecuación 1.

(3)

(1) Donde Q es el caudal para líquidos en (gal/min) y en con-

donde Cd es el coeficiente de descarga y dP es la presión

diciones estándar (60 °F y 14,7 psia); PV es la pérdida de

diferencial medida a través del medidor; esto resulta de

carga en la válvula en (psig); P1 es la presión aguas arriba

tomar la diferencia de las presiones P1 y P2, es decir antes

(psia); P2 es la presión aguas abajo (psia) y es la densidad

y después de la placa orificio.

relativa del líquido respecto del agua a 60 °F.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control

Según norma ANSI/ISA [ ], la determinación del Cv para fluidos incompresibles como el agua, está dada por la ecuación:

(4)

Se ha introducido el factor N1 de acuerdo a las unidades utilizadas, Fp es un factor de corrección para cuando se tiene reductores o accesorios para acoplar la válvula a la instalación, Gf es la gravedad específica del fluido y ∆P es la presión diferencial.

Cálculo del flujo en válvulas de control Primer método: flujo en función de la carrera del vástago de la válvula. Cuando una válvula de control se instala en un proceso que es impulsado por una bomba, la presión que cae en la válvula es variable (Figura 3), por lo tanto su característica de caudal inherente sufre profundas alteraciones. El grado de las alteraciones depende del proceso, del tipo de instalación, resistencias relativas al fluido, etc. En esa situación, la característica de caudal inherente (Cv) pasa a denominarse característica de caudal instalada (Cvr). En función de la relación PR que hay entre la caída de presión a través de la válvula y la caída de presión total del sistema, la característica de caudal instalada puede alterarse considerablemente. Lo que es más interesante aún, es que si la característica de caudal inherente fuera lineal, esta tiende a la apertura rápida conforme la relación entre las presiones disminuya, mientras que las características inherentes igual porcentaje y parabólica modificada tienden a lineal según se puede apreciar en la Figura 4.

Obteniendo la característica instalada de una válvula y mediante análisis de regresión se puede determinar un modelo matemático que permitiría el cálculo del flujo en términos del desplazamiento del vástago de la válvula. Segundo Método: Flujo en función de la presión diferencial. Si de la Ecuación 4 despejamos el término Q, tendremos la posibilidad de determinar el flujo conociendo la caída de presión en la válvula, esta ecuación se parece a la Ecuación 2 para medidores placa orificio. Ahora los términos N1, Fp y f permanecen constantes en una instalación, el único que cambia de acuerdo a la posición de la válvula será el valor de Cv. Esta relación ya ha sido establecida en textos de la especialidad [ ], entonces se tendría:

(5)

donde Cv es la capacidad de válvula; N1 es una constante para el dimensionamiento de la válvula en unidades de flujo volumétricas, que puede ser 0,0865 cuando se use m3/h y kPa, ó 0,865 cuando se use m3/h y bar y será 1,00 cuando se use gpm y psia; FP es un factor de corrección que tiene en cuenta las pérdidas de presión debido a las conexiones que se utilizan para insertar la válvula en el circuito de tuberías. Estas pérdidas se deben a la utilización de reductores, codos o tees, el factor no tiene dimensiones y es igual a 1,00 cuando no se usan estos accesorios, sin embargo cuando se usen, el FP a considerar debe hallarse experimentalmente o buscarse en tablas. P1 y P2 son las presiones aguas arriba y aguas abajo de la válvula y es la densidad relativa del líquido respecto del agua a 60 °F. Reemplazando los valores conocidos en la Ecuación 5, haciendo =1 que sería la densidad relativa del agua en condiciones ambientales y considerando que la capacidad de válvula real Cvr esta representando a todos los factores que afectan el flujo, obtenemos la Ecuación 6.

Figura 3 - Instalación a presión variable.

Característica instalada

(6)

De igual forma como en el método anterior, por análisis de regresión obtenemos un modelo matemático para calcular el flujo en términos de la presión diferencial.

Implementación

Figura 4 - Características instaladas.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Para verificar los dos métodos de determinación del flujo se ha utilizado los módulos de experimentación que se muestran en la Figura 5.

129

Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control

tubo de flujo 9100 • PIT 10: Transmisor indicador de presión diferencial EJA 110A de Yokogawa • TT10: Transmisor de temperatura tipo RTD Jumo • Carga: 6 metros de tubería flexible transparente de 1” de diámetro • AS: Sensor de distancia LVDT RS AC 25

RESULTADOS Figura 5 - Módulos de experimentación.

Figura 6 - Representación esquemática de la instalación.

130

Los módulos de experimentación dispuestos según el esquemático de la Figura 6 permiten la medición de las variables de interés con el mínimo de perturbaciones de acuerdo a recomendaciones ANSI/ISA [6].

En el experimento usamos una válvula Hoffman M9S025 de 1” isoporcentual con cuerpo de válvula modular de hierro fundido, tipo globo con un solo asiento. El diámetro del asiento es de 24,2 mm y el vástago desarrolla un recorrido de 20 mm. El valor de Cv para esta válvula es de 12, lo que quiere decir que se tendrá 12 gpm al 100% de apertura, siempre que la caída de presión a través de la válvula sea de 1 psi para el agua a 60 °F. En aplicaciones donde la presión es variable, no podemos usar el valor de Cv=12 gpm que da el fabricante. El valor de Cv real debemos determinarlo experimentalmente de acuerdo a las condiciones de nuestra instalación. Haciendo lecturas en un medidor de flujo electromagnético Foxboro, en un medidor de presión diferencial Yokogawa y un sensor de distancia RS se obtuvieron los datos de la Tabla 1. La precisión especificada por los fabricantes es de +/- 0,25% de la lectura en condiciones de operaciones referenciales.

Tabla 1 - Datos medidos y calculados.

Los módulos comprenden los siguientes equipos:

Por el primer método:

• Tanque: Tanque abierto de almacenamiento de agua fresca con una capacidad de 160 litros. • B: Bomba centrífuga monoblock Hidrostal de 1 pulgada de diámetro • Motor eléctrico WEG 230 VAC 3 de 1,9 HP. • VSD: Variador de velocidad Allen Bradley CAT1305. • V1, V3: Válvulas manuales esféricas de 90° de 1”. • M1, M2: Manómetros de presión de 0 a 300 psi de ¼”. • MF: Medidor de flujo electromagnético Foxboro de 1” . • V2: Válvula de prueba isoporcentual de 1” Hoffmann. • FIT 10: Transmisor Indicador de flujo Foxboro IMT25 con

Se observa en los datos obtenidos que el mayor valor para el flujo es de 7,4 gpm, éste sería el Cvr de nuestra válvula. Al representar los valores de flujo en forma normalizada en términos del desplazamiento del vástago H, obtenemos la característica instalada de la Figura 7, aquí podemos compararla con la característica inherente de la válvula [7].

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En la curva instalada, observamos cierto patrón de correspondencia a partir del 23% de apertura de válvula; para determinar la relación existente en ese intervalo, hacemos un análisis de regresión cuadrático con

Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control

ayuda del software Minitab. El modelo matemático que representa ese intervalo se muestra en la Figura 8. Entonces, el valor del flujo para el intervalo comprendido entre el 23 y 100% del desplazamiento del vástago sería:

El modelo matemático logrado, representa el flujo en términos de la raíz de la presión diferencial, esta relación es la Ecuación 8 que nos permite calcular los valores del flujo mostrados en la tabla 1.

(7)

Utilizando la Ecuación 7 se ha obtenido el flujo Qc y su error relativo mostrados en la tabla 1. El máximo error relativo logrado es de 2,8%.

Figura 10 - Análisis de regresión para el flujo en función de la raíz (dP).

(8)

Debemos observar que el error relativo máximo obtenido es de 1,7%, el cual es menor que en el método anterior. Figura 7 - Característica instalada según modelo matemático.

Figura 8 - Análisis de regresión para la característica instalada.

Por el segundo método: Mediante la Ecuación 6 sabemos que el flujo Q esta relacionado con la presión diferencial, si graficamos el flujo en función de la raíz de la presión diferencial, obtenemos la curva que describe el comportamiento de la capacidad de válvula instalada Cvr. Esta relación la podemos observar en la Figura 9. Aplicamos el mismo procedimiento que en el primer método, hacemos el análisis de regresión cuadrática con el software Minitab y obtenemos la curva modelada de la Figura 10.

Figura 9 - Curvas del flujo en función de la raiz (dP).

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DISCUSIÓN Los métodos desarrollados permiten determinar el flujo en una instalación a presión variable, considerando como variables independientes por separado a la posición del vástago de la válvula o a la presión diferencial que cae en la válvula. Un segundo factor que debe determinarse, es la influencia de las características de la instalación en el funcionamiento de la válvula. Este factor sólo puede recogerse de la instalación, por lo que se hace necesaria la medición del flujo a través de la válvula de control en un primer momento con ayuda de un medidor de flujo patrón. El levantamiento inicial de esta información permitirá a futuro poder determinar el flujo sin necesidad del medidor de flujo patrón, siempre y cuando las condiciones de la instalación no varíen. La influencia de la instalación en la medición del flujo a través de la válvula de control está fuertemente ligada a la presión que cae en la válvula con respecto a la presión total del sistema. Esta relación es la que determina las diferentes características instaladas que se muestran en la Figura 4, esto obliga a aplicar cualquiera de los métodos cada vez que se tenga un cambio en esa relación de presión. También hay que cuidar que no se produzca cavitación. Otro factor a tener en cuenta es la histéresis de la válvula, sabido es que una válvula presenta cierto juego o tolerancia en el mecanismo que transmite el movimiento del actuador hacia el obturador. Este juego mecánico hace que la válvula alcance diferentes posiciones del vástago cuando está abriendo o cerrando el asiento de válvula

131

Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control

para una misma señal de entrada. Este efecto se puede minimizar con la ayuda de un posicionador de válvula, pero siempre existirá. Los métodos mostrados en este trabajo se pueden aplicar a todo tipo de fluidos, inclusive gases o aire. Atmanand y Konnur (1999) [8], ya aplicaron una variante de la medición de flujo en términos de la posición del vástago, pero lo hicieron para el aire y utilizando el método gravimétrico o a presión constante, desgraciadamente no hemos podido encontrar en la bibliografía revisada mayor información sobre nuestra metodología.

CONCLUSIONES

132

• Se ha mostrado dos métodos para la medición de flujo a presión variable en instalaciones donde se tiene ya un medidor de flujo. Luego de haber caracterizado la instalación existente y determinado las relaciones de presión que cae en una válvula o la posición del vástago en cada instante, se puede prescindir del medidor de flujo convencional y utilizar la válvula de control como medidor placa orificio. • Los métodos de medición de flujo presentados, sólo se pueden aplicar luego de haber caracterizado la influencia de la instalación sobre el comportamiento de la válvula y de haber seleccionado adecuadamente la región de trabajo de la válvula. De esta forma al hacer el análisis de regresión, nos aseguramos que el modelo matemático logrado permita predecir los valores de flujo con el mínimo error. • Durante las pruebas experimentales, hemos podido utilizar válvulas de diferentes características, tanto las lineales, isoporcentuales y de apertura rápida; las que mejor se prestan para la aplicación de los mé-

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todos desarrollados, son las válvulas isoporcentuales y parabólicas. Las otras válvulas modifican su curva característica por la influencia de la instalación haciendo que la curva sea más pronunciada y se parezca a una válvula ON-OFF, con esto al hacer el análisis de regresión obtenemos modelos matemáticos que arrojan errores en la medición de flujo que superan el 30%.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Acedo Sánchez, J. Control Avanzado de Procesos. Teoría y Práctica. Ediciones Diaz de Santos S.A. Madrid 2003:10-16. 2. Omega. A Flow Measurement Orientation, Transactions in Measurement and Control, Vol 4: 16-33. Disponible en URL: http:www.omega.com 3. ABB Inc. Flowmeter Handbook. For knowledge. For Reliability. For performance. Warminster, PA. 2004: p. 22. 4. ANSI/ISA-75.01.01-2002 (60534-2-1 Mod). Flow Equations for Sizing Control Valves Fourth Printing: 15 August 2005 5. Fisher, Emerson Process Management, The Control Valve Handbook Fourth Edition, Fisher Controls International LLC 2005, p 114. 6. ANSI/ISA-75.02-1996. Formerly ANSI/ISA S75.02-1996. Control Valve Capacity Tests Procedures. 7. Control Valve Characteristics. Internacional site for Spirax Sarco. Disponible en www.spiraxsarco.com/resource/steam-engineering-tutorials. 8. Atmanand M. A. and Konnur M. S. A Novel Method of Using a Control Valve for Measurement and Control of Flow. IEEE Transactions On Instrumentation and Measurement. Vol 40. No 6. December 1999.

Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación Simulation of nonlinear control of induction motor using exactly feedback linearization Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna

RESUMEN Los sistemas físicos reales son no lineales y por lo tanto sus

KEY WORDS

modelos matemáticos responden generalmente a dichas características. El método clásico para su control radica

Feedback linearization, induction motor, nonlinear con-

en determinar un modelo linealizado cercano a un punto

trol, field oriented control.

de operación, lo que limita su acción a dicho rango.

INTRODUCCIÓN En el presente trabajo, usaremos el modelo matemático de un motor de inducción basado en las ecuaciones de-

El objetivo del presente artículo es comprobar mediante

terminadas en la referencia [1], y aplicaremos el método

simulación, la técnica de control avanzado usando Linea-

de control avanzado denominado “Linealización exacta

lización Exacta por Realimentación aprendidas durante

por realimentación”, que permite tener un modelo linea-

el curso de Control No Lineal del programa de Maestría

lizado del motor para todo su rango de operación. Para

en Ingeniería de Control y Automatización, ver la referen-

comprobar el modelo usamos la técnica de control de

cia [3]. La Figura 1 muestra el fundamento del método

campo orientado con algoritmos de control clásico con-

usado. El sistema no lineal escogido es un motor de in-

trolando el flujo magnético y la velocidad del motor; el

ducción, cuyo modelo matemático presentado se basa en

resultado es simulado mediante el software SIMULINK.

las ecuaciones matemáticas desarrolladas en la referencia [1]. Para las consideraciones de la simulación del modelo

ABSTRACT

recomendamos ver la referencia [2].

The real physical systems are non-linear, and therefore their mathematical models usually respond to those characteristics. The classic method for control lies in determining a linearized model near to a point of operation, limiting their action to that rank. In this paper, we use a mathematical model of an induction motor based on the equations identified in the reference [1], and implement advanced control method called “Exactly feedback Linea-

Figura 1 - Fundamento de linealización exacta por realimentación.

rization”, which provides a linearized model of motor for its entire operating range. To verify the model we use the technique of Field Oriented Control with classic control

Modelo matemático del motor de inducción

algorithms controlling the magnetic flux and velocity of motor; the result is simulated by the software SIMULINK.

De la referencia [1]: Un motor de inducción está conformado por tres bobinados en el estator y tres bobinados del

PALABRAS CLAVES

rotor. Por estudios realizados en la simetría de máquinas eléctricas, se pueden representar las tres fases bobinadas

Linealización exacta, motor de inducción, control no li-

por medio de dos bobinados en el estator y dos bobinados

neal, control de campo orientado.

en el rotor. La dinámica entonces se describe como:

Invest Apl Innov 1(2), 2007

133

Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación

(1)

(7)

(2)

Donde y son auto inductancias y M es la inductancia mutua. Eliminando , , , en la ecuación (6) por medio de la ecuación (7), se obtiene:

Donde RS , Rr iS , ir uS

: resistencia del devanado del estator y del rotor : corriente del estator y rotor : voltaje de entrada del estator : flujo concatenado

Los subíndices s y r corresponden al estator y rotor respectivamente, (a, b) son los ejes de referencia del estator, (d’,q’) son los ejes de referencia del rotor, es el ángulo de rotación del rotor con respecto al estator, np es el número par de polos, es la velocidad del rotor.

El torque producido por la máquina es expresada en términos de flujo del rotor y corriente del estator tal como:

134

(8)

(9)

(3) Por lo tanto la dinámica del rotor es:

Las ecuaciones de transformación de (d’, q’) a (a, b) son las siguientes:

(4)

(5)

Aplicando las transformaciones (4) y (5) y usando las ecuaciones (1), (2) y (3) se obtiene

Donde J es el momento de inercia del rotor y de cualquier herramienta acoplada a este y TL es el torque de la carga. Adicionando la dinámica del rotor (10) a la dinámica electromagnética (8) y acomodando las ecuaciones en la forma de espacio de estados, toda la dinámica del motor de inducción bajo la presunción de iguales inductancias y circuito magnético lineal son dadas por el modelo de 5to orden:

(6)

Considerando que el circuito magnético es lineal y que la inductancia mutua es igual y despreciando pérdidas en el hierro, las ecuaciones magnéticas son las siguientes:

Invest Apl Innov 1(2), 2007

(10)

Ordenando la ecuación (11) se obtiene:

(11)

Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación

Reemplazando la ecuación (14) en las ecuaciones (15) y (16) se obtiene:

(12)

(17)

Las constantes son:

Ahora definimos las variables de estado en las nuevas coordenadas:

Sea el valor estimado de . Sumando y restando en la primera ecuación del sistema (12). Sea el vector de estado y el vector de control , suprimiendo los subíndices r y s para podemos escribir el sistema (12) en forma compacta como:

(18)

(13)

Donde:

Y la realimentación de estado:

(19)

Control del motor de inducción El sistema (12) quedará transformado en: Control orientado al campo Para aplicar esta técnica es necesario realizar la transformación de los ejes de coordenadas fijos del estator (a, b) al de los ejes en giro del rotor (d, q). Primero definimos:

(20)

(14)

De donde se puede deducir que:

Para eliminar los términos no lineales de la tercera y cuarta ecuaciones de (20), definimos la siguiente ley de control: Las transformaciones que relacionan ambos sistemas de coordenadas son:

(15)

(16)

(21)

Si reemplazamos (21) en (20) se obtiene el sistema de lazo cerrado:

Invest Apl Innov 1(2), 2007

135

Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación

Símbolo

Descripción

Valor

Resistencia del estator

0,18 Ω

Resistencia del rotor

0,15 Ω

Corriente del estator Flujo del estator

(22)

1,3 Wb

Corriente del rotor Flujo del rotor Voltaje de entrada Velocidad angular

220 rad/s

Número par de polos

Ángulo de rotación

De la ecuación (22) observamos que el flujo tiene una dinámica lineal

(23)

Inductancia del estator

0,0699 H

Inductancia del rotor

0,0699 H

Inductancia mutua

0,068 H

Inercia del rotor

0,0586 kg-m2

Torque de carga

70 N-m

Torque eléctrico del motor

potenc. promedio 15 kW

Tabla 1 - Datos del motor trifásico.

Y puede ser independientemente controlado por zando un controlador PI, como el siguiente:

136

, utili-

Linealización exacta por realimentación (24)

Cuando el flujo es regulado por la constante de referencia , se tendrá que la dinámica de la velocidad será también lineal

Simulación

(25)

La Figura 2 presenta el programa redactado en SIMULINK para simular el efecto de controlar la velocidad (valor deseado: 200 rad/s) y flujo del motor (valor deseado: 1,3 weber) mediante linealización exacta por realimentación de estados. Se puede observar los bloques que conforman al programa así como las ecuaciones introducidas en cada una. Las Figuras 3, 4 y 5 muestran los resultados del control de velocidad y flujo. Se ha considerado un torque máximo de 70 N-m (ver la Figura 5) para un motor de inducción estándar de 15kW.

Y puede ser independientemente controlado por , utilizando dos lazos anidados de controladores PI, como el siguiente:

(26)

Figura 2 - Programa implementado en Simulink.

son definidas como salidas, el control orientado

al campo logra una linealización asintótica de la entrada y salida. Los controladores PI usados son para contrarrestar la variación de los parámetros. Para realizar la simulación consideramos los datos de un motor trifásico mostrados en la Tabla 1.

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Figura 3 - Valor de velocidad acercándose a la referencia 200 rad/s.

Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación

Figura 4 - Valor de flujo acercándose a la referencia 1,3 Weber.

que en la práctica no corresponde debido a que las cargas causan calentamiento de las bobinas y como consecuencia la variación de dichos parámetros. Se concluye que, para un control más preciso debemos adicionar un algoritmo que varíe el valor de la resistencia de acuerdo a la temperatura estimada por medida de la corriente o en todo caso se debe utilizar un control adaptivo. • El control basado en la técnica FOC es mucho mejor que el antiguo método conocido como Escalar o V/ Hz pues se está considerando el modelo matemático del motor. En la actualidad existen otras técnicas de control de velocidad y torque de motores de inducción, basados en observadores y modelos matemáticos que tienen en cuenta el cambio de temperatura de los devanados del motor, consiguiendo un control más efectivo. • Durante la simulación se ha considerado que el motor trabaja a condiciones nominales de carga.

BIBLIOGRAFÍA Figura 5 - Valor de torque nominal.

CONCLUSIONES • Se cumple el objetivo de comprobar que el método de linealización exacta por realimentación permite usar controladores clásicos para el control de sistemas no lineales, tal como un motor de inducción en el presente caso. • Para el modelo matemático del motor se ha considerado que sus valores de resistencia son constantes, lo

Invest Apl Innov 1(2), 2007

1. Marino, R., Peresada, S., Valigi, P. Adaptive Input-Output Linearizing Control of Induction Motors, Rev. IEEE Transactions on Automatic Control; 38 (2), febrero 1993: 208-221. 2. Seron, M.M. Control No Lineal del Motor de Inducción. Se consigue en URL: http://www.eie.fceia.unr.edu. ar/~marimar/snl/snl01_tp.pdf. 3. Ingar, C. Curso: Control No Lineal, 2006 semestre 2, Apuntes de clase del programa de Maestría en Ingeniería de Control y Automatización, PUCP, LimaPerú.

137

Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos On-line auto tuning of controllers based on model and pole location Manuel Manyari Rivera

RESUMEN Diversas técnicas para la sintonización de controladores PID han sido formuladas en los últimos años. Este artículo describe un algoritmo eficaz de auto-sintonización on-line de controladores PID basado en identificación de sistemas usando mínimos cuadrados recursivos (RLS). Los parámetros del controlador PI/PID son fijados a través de localización de polos y con condiciones iniciales establecidas estratégicamente de modo a no desestabilizar el sistema a lazo cerrado. Para mostrar los resultados del presente trabajo fueron hechas simulaciones en MATLAB® con diversas plantas de primer y segundo orden.

ABSTRACT 138

In the last years, diverse techniques for tuning PID controllers have been formulated. This article describes an effective algorithm for auto tuning online PI and PID controllers, based on systems identification and using recursive least squares (RLS). Parameters of PI/PID controllers are fixed through pole location and initial conditions were established strategically for do not turn unstable the system in closed loop. In order to show the results of this work, simulations in MATLAB® with diverse plants have been presented.

zación en la industria y a las flexibilidades y desempeños de implementación que estos controladores presentan. En este contexto, diversas técnicas de sintonización han sido propuestas (Ziegler and Nichols, 1942), (Astrom, 1995), (Basilio and Matos, 2002) entre otros. El primero de ellos (Ziegler and Nichols, 1942), propuso una técnica que es ampliamente usada en problemas prácticos de sintonización de controladores, ya sea en el mundo industrial como en las aplicaciones de investigación. Esta técnica se basa en la observación de ciertos parámetros de la dinámica de la planta para hacer el cálculo de los parámetros de los controladores P, PI y PID, de acuerdo con unas reglas de sintonización establecidas (Ziegler and Nichols, 1942). Una de las desventajas de éste método es el elevado porcentaje de overshoot en su respuesta de salida, que en algunas aplicaciones puede resultar indeseable y hasta intolerable. Otra propuesta hecha por (Astrom, 1995), ofrece una técnica de auto-sintonización basada en la conmutación y la adaptación del controlador para adecuarse a las caracte-

PALABRAS CLAVE

rísticas de la planta. Para ciertas aplicaciones esta técnica resulta complicada y con poca performance para otras,

Identificación de sistemas, PID, localización de polos, sin-

dependiendo del proceso en cuestión.

tonización on-line, control de procesos.

Por otro lado, un importante paso que un diseñador siem-

KEY WORDS

pre toma en cuenta es obtener el modelo de la planta, para identificar, analizar y diseñar. Todo esto bajo la premi-

System identification, PID, pole location, online auto-tu-

sa que: entre mayor conocimiento se tenga de la planta,

ning, process control.

mayor capacidad de ejercer control se obtendrá.

INTRODUCCIÓN

Una técnica simple y ampliamente usada para la identificación de sistemas es el método de mínimos cuadrados.

En los últimos años, diversas técnicas para la sintonización y diseño de controladores han sido estudiadas, en especial los controladores PI y PID, debido a su gran utili-

Invest Apl Innov 1(2), 2007

En este trabajo se puede encontrar referencias de algunos métodos de sintonización de controladores, dados en los últimos años.

Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos

Esta técnica permite identificar plantas de forma off-line y

segundo orden sin comprometer en gran parte el mode-

on-line a través de algoritmos recusirvos.

lamiento de sus dinámicas. Considere la planta de segundo orden como siendo modelada por la siguiente función

En el presente artículo. Se presenta un método de sintoni-

de transferencia por:

zación de controladores basado en identificación de sistemas y localización de los polos de la planta. Este algoritmo

(3)

utiliza identificación con mínimos cuadrados recursivos (RLS), ajusta los parámetros del controlador de forma a localizar los polos de forma conveniente y establece las

Podemos expresar la función de transferencia del contro-

condiciones iniciales de las variables de identificación y

lador PI como:

controladores en forma estratégica con la finalidad de no desestabilizar la planta en lazo cerrado ni causar transicio-

(4)

nes indeseables de la planta. Este artículo está organizado como sigue: La teoría de

Haciendo un análisis en el plano complejos, de (4) se pue-

controladores, criterios para la localización de polos de

de notar la presencia de un polo en el origen y un cero en

la planta y especificaciones de diseño, son analizados en

. Una forma simple y eficaz de eliminar la dinámica de

Fundamentos. El método de mínimos cuadrados recur-

uno de los polos de G(s) es localizando el cero de C(s) en

sivos en Identificación de Sistemas. Las condiciones de

–a, es decir:

inicialización, ejemplos del algoritmo y algunas simulaciones, son presentadas en Discusión y Resultados y finalmente se dan algunas Conclusiones.

(5)

FUNDAMENTOS Dicha eliminación de polo y cero nos permite reducir el Es bien conocido que los controladores PID brindan una

orden de la función de transferencia y disminuir la com-

señal de control que es proporcional al error entre el set-

plejidad del problema. De tal forma tenemos que:

139

point y la salida (P), proporcional a la integral del error (I) y proporcional a la derivada del error (D), más específica-

(6)

mente:

(1)

Es fácil ver que la función de transferencia a lazo cerrado queda reducida a un sistema de segundo orden de la forma:

Nótese que en (1), los parámetros a calcular y/o sintonizar son KP, KI y KD, los cuales serán materia de estudio en

(7)

el presente trabajo. Este tipo de controladores tienen la capacidad de eliminar el error en régimen estacionario ante una referencia tipo escalón y la habilidad de antici-

Dadas algunas especificaciones de diseño, podemos

par cambios en la salida (Basilio and Matos, 2002), puesto

crear una ecuación característica de diseño, entonces

a que contiene un integrador, el cual cumple con gran

aproximamos el denominador de (7), a:

parte de estas características funcionales. Sabemos que la función de transferencia del controlador PID puede ser

(8)

expresada por: Luego podemos obtener los parámetros de sintonización

(2)

Comúnmente los procesos reales pueden ser modelados como plantas de primer y segundo orden, sistemas de orden superior pueden ser aproximados por plantas de

Invest Apl Innov 1(2), 2007

del controlador según (5) y (8):

(9)

Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos

(12)

TEOREMA: La función J( ) es mínima para ’ tal que:

Figura 1 - Estructura de control a lazo cerrado.

De esta manera se tiene un sistema de segundo orden con

Si la matriz

es no singular, el mínimo es dado por:

error en régimen permanente nulo ante una entrada de tipo escalón. Cabe destacar que este tipo de respuestas,

(13)

tienen buen índice de rechazo a perturbaciones externas por el hecho de tener un integrador en el controlador.

El método de mínimos cuadrados puede aplicarse para la identificación de sistemas dinámicos discretos y conti-

IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS

nuos a través de un cambio de variables y una discretización en N parámetros.

Uno de los objetivos de la ingeniería es poder obtener

Es decir:

el modelo matemático de los diferentes fenómenos de la

• u(1), u(2), ..., u(N) secuencia de entrada aplicada a un sis-

naturaleza, para así poder analizarlos y predecir su con-

tema,

ducta futura. En este contexto, en la ingeniería de control

• y(1), y(2), ..., y(N) secuencia de salida.

vemos que es importante el conocimiento del modelo matemático de las plantas y sistemas a ser controlados,

Es bien conocido que un sistema dinámico, continuo e inva-

pero por la necesidad técnica de diversas áreas, se creó la

riante en el tiempo puede ser expresado en su equivalente

teoría de identificación de sistemas.

discreto, esto es, en una función de transferencia discreta:

Esta teoría nos permite tener una aproximación experi-

(14)

mental del modelo de los procesos. Dentro de la identifi-

140

cación de sistemas, se tiene una técnica muy usada, como lo es los mínimos cuadrados. En un problema de mínimos

Del mismo modo, formamos una matriz de parámetros

cuadrados la variable calculada es dada por:

expresada por:

(10)

Donde:

(15)

Sea (N), el vector que denota los mínimos cuadrados estimados basados en N mediciones, entonces introducimos

•

, son funciones conocidas.

•

las ecuaciones de parámetros en función de N:

, parámetros desconocidos.

•

, parámetros experimentales.

El objetivo es determinar los parámetros desconocidos de tal forma que las variables

y los valores experimentales

(16)

sean los más cercanos posibles a la variable medida La ecuación (10) podemos expresarla en forma vectorial a través de:

La estimación de ’(N) utilizando mínimos cuadrados es (11)

dada por:

(17)

Ahora defínase la función pérdida como una función del

De la misma manera, para N+1 muestras podemos rees-

error:

cribir la ecuación como:

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos

Siendo que la matriz

(18)

es positiva definida, la so-

lución de estimación conocida como Mínimos Cuadrados

Figura 2 - Bloques funcionales del sintonizador.

Ponderados (Weighted LS) en la forma recursiva, viene dada por:

RESULTADOS Para comprobar los resultados del presente trabajo se

(19)

realizaron simulaciones utilizando como herramienta el SIMULINK de MATLAB. Se ejecuto el algoritmo de estimación de parámetros e inmediatamente el cálculo de los coeficientes del controlador. Los resultados alcanzados

Donde: L(N+1) es la ganancia de estimación, además tenemos:

fueron satisfactorios. Un punto importante en el desenvolvimiento de este trabajo, es la inicialización de condiciones, es decir, los valores iniciales para el algoritmo de estimación y cálculo de ganancias. Vemos que en la función de transfe-

A partir de estas ecuaciones recursivas podemos estimar los coeficientes de la función de transferencia discreta, luego de ello, es simple convertir a su equivalente continuo, es decir, calcular G’(s), el modelo aproximado de G(s). Una vez estimado el modelo de la planta, se aplicará las ecuaciones de la sección anterior, es decir las ecuaciones (8) y (9).

DISCUSIÓN

rencia del controlador se tiene un polo en el origen y un cero en

, si este cero tuviera un valor inicial menor,

es decir a la izquierda del polo de la planta en el plano s, y en KP un valor bajo, el sistema puede tener una respuesta al escalón de tipo monotónica o subamortiguada, de tal forma que no representa gran influencia en la fase transitoria hasta la sintonización de acuerdo con las especificaciones de diseño. Partiendo del modelo inicial de la planta G’(s) se procede al establecimiento de las condiciones iniciales del estimador de parámetros

Diferentes esquemas y metodologías de control PID vie-

y el calculo inicial de los coeficientes del controlador. A

nen siendo ampliamente aplicados en los sistemas de

continuación se muestra un ejemplo ilustrativo de este

control de procesos. Es importante el cálculo de los pará-

algoritmo. Sea la planta:

metros del controlador PID debido a su gran importancia e influencia en la performance del control. Un problema encontrado en los sistemas es su variabilidad en el tiempo, por tanto se requiere de una reformulación del problema de sintonización.

Con un tiempo de muestreo h=0.05 s, tenemos la siguiente función de transferencia discreta:

En este sentido, un algoritmo de sintonización on-line que estima los parámetros de la planta y posteriormente calcula las ganancias del controlador, se comportaría de una forma eficaz y sin necesidad de paradas o pruebas. Este trabajo desenvuelve una solución a este problema

Aplicando el algoritmo de sintonización propuesto se logró identificar la planta, tal como muestra la figura 3, así

con una estrategia de sintonización on-line que calcula

como también el cálculo de los coeficientes del controla-

los parámetros del controlador a partir del modelo, todo

dor, ver figura 4. Para la inicialización de los parámetros se

esto efectuado en tiempo real según figura 2.

tomó en cuenta el criterio antes descrito.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

141

Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos

De la figura 4, es fácil notar que los coeficientes calculados convergen a:

Los cuales fueron hallados para una especificación de diseño =0.7. Con tal controlador se puede tener un sistema que rápidamente alcanza el set-point con un mínimo de sobrepaso y además tiene rechazo a perturbaciones de salida, tal como muestra la figura 5. Cabe destacarse la importancia de la excitación de la planta para obtener un correcto modelo nominal.

CONCLUSIONES

142

• En este trabajo fueron estudiadas técnicas de identificación de sistemas, localización de polos y consideraciones asociadas a algoritmos on-line, considerando condiciones iniciales y cumplimiento de especificaciones de diseño. En las simulaciones hechas, se pudo notar que las características del controlador son capaces de rechazar perturbaciones de salida de tipo escalón, ruidos de medición y perturbaciones de entrada. • Dentro de los trabajos a realizarse en base a este algoritmo, está su implementación para sistemas y procesos reales, incluyendo sistemas con tiempo muerto. Como trabajos futuros se prevé la implementación del algoritmo presentado para la obtención de parámetros para las instrucciones PID en Controladores Lógicos Programables (PLCs) y de esta manera controlar plantas modulares reales de los laboratorios de TECSUP, tales como control de nivel en tanques, control de temperatura en cámaras térmicas, entre otros; usando conjuntamente MATLAB® y RSLOGIX® a través de OPC O DDE en la implementación del algoritmo.

Figura 3 - Polos de la planta identificados con WRLS.

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Figura 4 - Coeficientes del controlador, calculados a partir del modelo identificado.

Figura 5 - Respuesta al escalón unitario, incluyendo una perturbación de salida tipo escalón.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Astrom, K. J. and Haglund T. (1988), Automatic Tuning of PID Controllers, 1st ed. Research Triangle Park, ISA. 2. Astrom, K. J. and Haglund T. (1995) , PID Controllers: Theory, Design and Tuning, 2nd ed, ISA. 3. Astrom K. J., Wittenmark B. (1997), Computer controlled systems, Prentice Hall. 4. Basilio, J. C. and Matos S. R. (2002). Design of PI and PID controllers with transient performance specification, IEEE Transaction on Education, Vol. 45, Nro. 4 ), pp 364370. 5. Goodwin, G., Graebe, S., and Salgado, M., (2001) Control Systems Design, Prentice-Hall. 6. Ogata, K., Modern Control Engineering, 3rd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1997. 7. Ziegler, J. G. and Nichols, N. B. (1942), “Optimal settings for automatic controllers”, Trans. ASME, Vol. 64, pp. 759–768.

Monitoreo de estaciones mecatrónicas: Laboratorio – TECSUP Monitor of mechatronic station: Laboratory - TECSUP Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo

RESUMEN El presente trabajo explica la implementación de un sis-

los procesos es la elección de los componentes de la red,

tema de monitoreo y supervisión de cuatro estaciones

así como la tecnología adecuada para su realización. En

Mecatrónicas en el laboratorio de Tecsup. El objetivo es

el trabajo que presentamos se muestra la secuencia uti-

fomentar la importancia del monitoreo y supervisión de

lizada para realizar el monitoreo de estaciones, utilizando

los sistemas de producción, así como la forma de configu-

equipos con capacidad de comunicación y redes indus-

rar las redes de comunicación industrial. Para tal efecto

triales.

se utilizó una red Profibus DP para enlazar los PLC’s que controlan las estaciones de trabajo, esta red, a su vez, es

Descripción de las estaciones mecatrónicas

monitoreada por una estación maestra vía Ethernet. En el laboratorio de sistemas mecatrónicos de Tecsup

ABSTRACT

contamos con 8 estaciones, de las cuales se han tomado 4 de ellas para poder realizar su monitoreo, a continua-

The present work explain the implementation of a moni-

ción presentamos un detalle del funcionamiento de las

toring and supervision system of four workstations me-

estaciones elegidas:

chatronics in laboratory of Tecsup.The objective is encourage the importance of the monitoring and supervision of

1. Estación de distribución:

the production systems, as well as showing the form to configure the industrial communication networks. For

La estación de distribución es un dispositivo de alimen-

such effect a network Profibus DP was used to connect

tación. Según VDI 3420, los dispositivos de alimentación

PLC’s that control the workstations, this network is moni-

son unidades que realizan funciones de carga, orden y

tored by a masterful station via Ethernet.�

alimentación de piezas al siguiente proceso. Además, los dispositivos de alimentación también pueden facilitar el

PALABRAS CLAVES

orden de las piezas de acuerdo con las características de dimensiones, peso, etc.

Mecatrónica, Supervisión, Scada, Ethernet.

KEY WORDS Mechatronics, Supervision, Scada, Ethernet.

INTRODUCCIÓN En la actualidad todos los procesos de manufactura y cualquier proceso en general necesitan ser monitoreados, por ello, los fabricantes tienden a la integración de sus procesos de modo que todos se comuniquen. Uno de los principales obstáculos al realizar el monitoreo de

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Figura 1 - Estación de distribución.

143

Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup

Se utilizan en almacenes con alimentación por gravedad, ali-

Según VDI 2860 la verificación, de la misma forma que la

mentadores vibratorios, transportadores inclinados, tolvas, etc.

medición, es un subtérmino de la función de manipulación ‘comprobación’.

1.1 Módulo de almacén apilador El módulo de almacén apilador del tipo cilíndrico separa piezas apiladas. Un cilindro de doble efecto expulsa la pieza más baja del almacén, mientras que las piezas superiores caen por gravedad, accionando un interruptor que indica la disponibilidad de la pieza siguiente. 1.2 Módulo de transferencia El módulo de transferencia es un brazo manipulador neumático. Este brazo es movido mediante un motor de giro limitado. Las piezas de trabajo se sujetan por una ventosa de vacío y trasladadas a la siguiente estación. La detección

2.1 Módulo de detección La detección del material o del color se realiza con la ayuda de tres sensores de proximidad del tipo inductivo, capacitivo y óptico: El sensor de proximidad inductivo detecta las piezas metálicas. El sensor de proximidad capacitivo detecta las piezas metálicas y de plástico. El sensor de proximidad óptico detecta las piezas de color

de las posiciones finales se realiza por medio de sensores.

rojo y piezas metálicas.

2. Estación de verificación

Las características de cada pieza se detectan por medio de las combinaciones lógicas de las señales de salida.

Los principales elementos constitutivos de la etapa de verificación son la adquisición de información (real), su comparación con las características especificadas (referencia) y el resultado de ello: “pieza buena/rechazada” o “si/no”. El principal constituyente de la medición es la comparación de características (valores actuales) con referencias específicas variables (valores de consigna).

144

Las características de verificación estándar son, por ejemplo, verificación de la disponibilidad, identidad, forma, tamaño, color, peso y orientación de una pieza. La verificación en la producción automatizada, en oposición a la producción manual, asume un papel importante. En la producción manual, las piezas rechazadas pueden clasificarse inmediatamente. En la producción automatizada, las piezas rechazadas pueden producir interferencias en

2.2 Módulo elevador Las piezas se elevan desde el módulo de detección al módulo de medición por medio del módulo elevador. Un cilindro de elevación y un cilindro de expulsión se utilizan como actuadores. La detección de las posiciones alto y bajo se realiza por medio de sensores de proximidad magnéticos o inductivos. 2.3 Módulo de medición El módulo de medición consiste en un sensor analógico para la medición de la altura de la pieza. Es un potenciómetro lineal cuyo valor analógico medido debe procesarse posteriormente a través de un PLC con entradas analógicas o por medio de un convertidor AD.

el proceso de producción o paradas del sistema.

3. Estación de procesos Los objetivos de la estación de verificación son: • Determinar la naturaleza del material. • Verificar la altura. • Separar la pieza o ponerla a disposición de la siguiente

La expresión ‘proceso’ es un término que cubre los procesos de producción tales como mecanización, formación, tratamiento y ensamblaje.

estación.

Figura 2 - Estación de verificación.

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Figura 3 - Estación de procesos.

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El tratamiento es el cambio de características intrínsecas del material y/o de las características superficiales de los objetos. El ensamblaje es la unión permanente de varios objetos. La finalidad de la estación de procesos es: • Procesar los diferentes tipos de piezas, rojas o negras de plástico y metálicas de aluminio. • Verificar los resultados después del procedimiento. Según VDI 2860, la formación es la creación de objetos geométricamente definidos partiendo de un material sin forma. El cambio de forma es el cambio de perfil geométrico y/o las dimensiones de los objetos. 3.1 Módulo de mesa de indexación La mesa giratoria de indexación es accionada por un motor reductor de corriente continua. Las posiciones de la mesa se establecen por medio de levas movibles en la parte giratoria que son detectadas por medio de un sensor inductivo de proximidad. En la mesa, hay dispuestos agujeros en el centro de cada una de las posiciones de trabajo, de forma que la presencia de la pieza puede detectarse por medio de un sensor de proximidad óptico. 3.2 Módulo de verificación del taladrado La pieza procesada del módulo de taladrado se verifica para comprobar la presencia del agujero. Si este es co-

Figura 4 - Estación de manipulación.

Según VDI 2860 la manipulación es la creación, cambio definido o mantenimiento temporal de una configuración especial especificada de objetos geométricamente definidos.

5. Integración de las estaciones Las estaciones se agrupan una tras otra hasta formar un proceso productivo, a continuación se presenta el caso en estudio, se trata de las estaciones de distribución, verificación, procesos y manipulación.

rrecto, el cilindro de verificación alcanza la posición final extendida, el sensor de final de carrera produce una señal. 3.3 Módulo de taladrado El módulo de taladrado realiza agujeros en las piezas. Un cilindro de doble efecto retiene la pieza. La máquina de taladrado es accionada por un motor de velocidad constante de 24 VDC. La máquina de taladrado se mueve eléctricamente con la ayuda de unidades de guía. Las posiciones superior e inferior se detectan por medio de sensores de proximidad inductivos. Figura 5 - Estaciones integradas.

4. Estación de manipulación La manipulación es un subconjunto del flujo de materia-

Propuesta de monitoreo

les. Las subfunciones adicionales son el transporte y el

Para realizar el monitoreo de las estaciones mecatrónicas

almacenamiento.

se utiliza una red Profibus DP para las cuatro estaciones, se cuenta con un maestro profibus con capacidad de co-

Las funciones de la estación de manipulación son: • Sacar piezas de la estación de procesamiento y

municación Ethernet y cada estación de trabajo dispone

• Clasificar piezas según sus características.

figura, el detalle de las redes propuestas:

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de un HMI Touch Panel. A continuación se muestra en la

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Figura 6 - Propuesta de monitoreo

Para enviar los datos a la estación maestra se conecta todos los PLC que controlan las estaciones vía una red Profibus DP, adicionalmente se cuenta con una estación de ingeniería con la finalidad poder acceder a las CPU´s

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de cualquiera de las estaciones en red y poder realizar algún cambio en la programación si es que fuese necesario. Los PLC’s de la red que controlan cada estación se han configurado como esclavos, estos envían los datos del proceso al PLC maestro vía la red Profibus; el PLC maestro tiene capacidad de comunicarse vía Ethernet, este PLC envía todos los datos de las estaciones esclavas hacia una

Figura 7 - Pantallas del Panel de la estación de procesos.

estación de supervisión que cuenta con software Scada. Se puede observar en la figura 6, que el medio de transmisión entre el PLC maestro y la estación de supervisión es inalámbrico, para ello tanto el PLC como la estación cuentan con acces point.

Configuración de redes de estaciones mecatrónicas Cada estación tiene un control local que se encuentra en el tablero de cada una de las estaciones, desde allí se puede arrancar y parar el proceso, estos son reemplaza-

Figura 8 - Pantallas del Panel de la estación de manipulación.

dos por un panel de operador desde donde se pueden realizar funciones adicionales al tablero local. Este panel

A continuación se muestra la configuración de la red Pro-

se conecta al PLC vía el puerto MPI.

fibus DP que enlaza a los controladores del proceso:

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Figura 9 - Configuración de la red Profibus DP.

Como se observa en la figura 9, se han asignado las di-

Para que el PLC maestro se comunique con la red Ethernet

recciones 2 al 5 de la red DP a cada PLC que controlan las

es necesario asignarle una dirección IP, esto se logra en la

estaciones y configurados como esclavos. Al PLC maestro

configuración de hardware del PLC, como se puede ver en

se le ha asignado la dirección 11 de la red. Se ha consi-

la figura 11 se le ha asignado la dirección 192.168.14.202

derado que todas las entradas y salidas de cada estación

al PLC maestro.

envíen su información mediante palabras cuya dirección está asignada de acuerdo con las direcciones de red de cada PLC, así por ejemplo todas las entradas y salidas de la estación de distribución que ocupan 2 Bytes, se envían a través de la palabra AW2 hacia el PLC maestro, este a su vez recibe esta data a través de las entradas EW2. De esa misma forma se realiza para las entradas a los esclavos que vienen de las salidas del PLC maestro, esto se generaliza para cada PLC. El PLC maestro ahora envía todos los datos hacia la esta-

Figura 11 - Configuración de dirección IP.

ción de supervisión, esto se logra utilizando Ethernet. Una vez configurada la dirección IP la configuración de red queda de la siguiente manera:

Figura 10 - Transmisión de datos hacia la estación de supervisión.

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Figura 12 - Configuración de redes.

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Con esta configuración, los PLC’s esclavos transfieren los datos del proceso al Maestro vía red Profibus. Este a su vez está conectado a la red Ethernet.

La siguiente pantalla es la correspondiente a la estación de distribución:

Los datos que son monitoreados se encuentran en el Maestro y para monitorearlos se utiliza el software Scada Win CC con driver Protocol Suite vía TCP/IP. A continuación se muestra la configuración de la conexión:

Figura 16 - Pantalla de la estación de Distribución.

CONCLUSIONES Figura 13 - Parámetros de conexión TCP/IP.

Como se podrá apreciar, para conectarse al PLC es necesario identificar su dirección IP y el número de ranura corresponde al slot donde se encuentra alojado el CPU del PLC, en este caso slot 2.

• El desarrollo de un proyecto SCADA exige el uso de tecnología, por ello será necesario que las variadas alternativas tecnológicas de comunicación que se presentan en el desarrollo del proyecto, sean experimentadas para lograr la mayor optimización del

Configuración de pantallas de monitoreo

sistema. • En la actualidad el uso de Ethernet Industrial se está

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Se implementaron pantallas de monitoreo para cada estación utilizando el software WinCC instalado en la estación de supervisión. Todas las entradas y salidas de las estaciones se configuran en el administrador de variables, tal como se muestra en la siguiente figura:

difundiendo en la mayoría de aplicaciones industriales, por ello es importante presentar soluciones que demuestren su uso. • Las tendencias en los procesos de manufactura es al uso de sistemas mecatrónicos, integrando sus procesos mediante redes de comunicación, las cuales pueden ser desarrolladas utilizando herramientas software y harward disponibles en el mercado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Dorantes D, Manzano M, Sandoval G, Vásquez V; AuFigura 14 - Configurando las variables.

Con los tag definidos se realizan los enlaces en las pantallas, a continuación se muestra la pantalla principal:

tomatización y control: Prácticas de Laboratorio. Ed. Mc Graw Hill; 2004. 2. Berger H, Automating with STEP 7 in LAD and FBD: programmable controllers SIMATIC S 7-300/400. Erlangen; Publicis MCD Verlag, 2001 3. Hans B, Automating with SIMATIC: integrated automation with SIMATIC S7-300/400; Publicis MCD Verlag, 2000. 4. TECSUP; Integración de Sistemas Industriales con PLC; Lima-Perú 2007 5. SIEMENS; Material didáctico para la formación profesional; <www.automation.siemens.com/fea/html78/

Figura 15 - Pantalla principal.

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downmodule.htm> (enero 2007)

Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup

6. Ebel F, Scharf S, Löffler C, Terzi E; Sistema Modular de producción Automatizada, Documentación de formación, Festo Didactic KG; Germany.

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