Revista I+i 2009 by Tecsup

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

Investigación aplicada e innovación Volumen 3, N.o 2 Segundo semestre, 2009 Lima, Perú

Campus Arequipa Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú T: (54)426610 - F: (54)426654 MAIL: principal@tecsup-aqp.edu.pe Campus Lima Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú T: (51)317-3900 - F: (51-1)317-3901 MAIL: informes@tecsup.edu.pe Campus Trujillo: Via de Evitamiento s/n Victor Larco Herrera. Trujillo, Perú T: (44)60-7800 - F: (44)60-7821 MAIL: informestrujillo@tecsup.edu.pe

ISSN 1996-7551

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

Control difuso de una planta de nivel ..............................Raúl Medrano/Ernesto Godinez

Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre .............................. ................................................................................................................................ Rosa Sayán/Josefina Quispe

An analysis of MPLS performance in layered & hierarchical network architectures .................................................................................... Dave Hedge/Raymond A. Hansen

Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación....... Giancarlo Obando

Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control, utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto ...............................Henry Gómez

103

Asignación de pérdidas de potencia complejas usando seguimiento de flujo de potencia ................................................................................................................... Yuri P. Molina

110

Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico .... ....Julio Monjarás

120

Modelo de gestión del conocimiento.......................................................................... Rafael Vera

127

Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate ..................... ..............................................................................................................................Roberto Ramírez Otárola

140

www.tecsup.edu.pe

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 150

11/26/09 11:24:56 AM

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 73

Tecsup / OT 10044 / Revista TECSUP 2009 / Lomo 4 mm. confirmar / medida 42,4 x 29,7 cm. TIRA

11/26/09 11:24:27 AM

Celeste Tecsup

Azul Tecsup

Negro

Director: Alberto Bejarano

Comité Editorial: Daniel Mendiburu Zeballos Dante Muñoz Díaz Elmer Ramírez Quiroz Jorge Bastante Pazos Mayra Pinedo López

Colaboradores: Dave Hedge Ernesto Godines de la Cruz Giancarlo Obando Díaz Henry Gómez Urquizo Josefina Francia Quispe Julio Monjarás Salvo Rafael Vera Pomalaza Raúl Medrano Tantaruna Raymond A. Hansen Renatto Gonzáles Figueroa Roberto Ramírez Otárola Sarmiento Rosa Sayán Rivera Yuri P. Molina Rodríguez

Corrector de estilo: Juan Manuel Chávez 74

Diseño y diagramación: On Time Publicidad & Marketing

Impresión: Tarea Asociación Gráfica Educativa

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

Trujillo: Vía de Evitamiento s/n Víctor Larco Herrera, Trujillo, Perú

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

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 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 74

11/26/09 11:24:27 AM

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 149

Tecsup / OT 10044 / Revista TECSUP 2009 / Lomo 4 mm. confirmar / medida 42,4 x 29,7 cm. RETIRA

11/26/09 11:24:56 AM

NEGRO

EDITORIAl Mientras transcurre el tercer año de existencia de nuestra revista I+i, nos invade una sensación de orgullo y satisfacción por este logro, el cual constituye una demostración del compromiso con la investigación y la tecnología de todos aquellos que hacen posible cada uno de los números de esta publicación. Y este sentir se incrementa también por la superación de retos que nos habíamos planteado antes de iniciar este 2009, un año especialmente importante para Tecsup al cumplir 25 años de vida institucional.

En este número de I+i se presentan artículos de diversa índole, importantes y de vanguardia; además, nuevamente, artículos académicos de una institución extranjera: profesores de la Universidad de Purdue colaboran en nuestra revista. Es importante remarcar que, como resultado del programa de intercambio de docentes y alumnos con esta universidad, se están desarrollando investigaciones que presentaremos próximamente. 75 Nos es muy grato señalar que al cierre del tercer año de vida de nuestra publicación, coincide con la participación cada vez más amplia y variada de la comunidad académica de nuestra institución, pues en este número contamos con la colaboración de investigadores de los tres campus de Tecsup.

Comité Editorial

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 75

11/26/09 11:24:27 AM

Control difuso de una planta de nivel Fuzzy control of level plant Raúl Medrano, Ernesto Godinez

Resumen

nuar con la investigación para contrastar los resultados simulados con resultados prácticos.

El presente trabajo es el complemento de uno anterior denominado “Modelamiento de una Planta de control de Nivel me-

Abstract

diante Identificación No Paramétrica” [1]. En esta ocasión, vamos a utilizar un tipo de control avanzado denominado Lógica

The present work is the complement of a previous one entitled

Difusa (“Fuzzy Logic” en inglés), en la cual no es necesario tener

“Modeling a Level Plant by Non-parametric Identification” [1],

el Modelo matemático de la Planta pero sí el debido conoci-

this time we will use an advanced control type called Fuzzy Lo-

miento de su funcionamiento y la experticia en su control.

gic where it is not necessary to have the plant’s mathematical model but is very necessary to have enough knowledge of its

Tal como fue planteado en su oportunidad en [1], el objetivo primario del presente trabajo es enseñar a los estudiantes de nuestra institución los fundamentos de control y automatización y, en este sentido, a aplicar otras técnicas de control

alternativas al muy conocido PID durante sus actividades de laboratorio. En este caso se muestra un tipo de control avanzado denominado “Control Difuso”. La primera parte consiste en proporcionar una metodología con las ideas y conceptos que sirven como base a la aplicación del control difuso en el control de la Planta de Nivel. La segunda parte corresponde a expresar lo “difuso” mediante conceptos matemáticos que permitan introducirla a una computadora y obtener resultados tal como si se tuviese el conocimiento de un experto en su interior, con el cual, mediante el valor lingüístico de la variable medida (nivel), reglas de inferencia y sus conclusiones, permite determinar la mejor señal de control a ser enviada al actuador de la Planta para que la variable medida se aproxime al valor deseado. La tercera parte consiste en utilizar la herramienta “Fuzzy Logic Toolbox” de MATLAB para simular su comportamiento durante el control de una Planta de Nivel cuyo modelo fue determinado en [1]. Se contrastan las respuestas simuladas de control de la Planta de Nivel con el Controlador Difuso y el Controlador PID.

operations and expertise in its control. As was mentioned in [1], the primary objective of this work is to teach our students the fundamentals in process control and apply other alternative control techniques, different than PID, during laboratory activities. In this case it is an advanced type of control called “Fuzzy Control”. The first part consists of providing a methodology with ideas and concepts that serve as the basis for the application of fuzzy control for the Level Plant control. We also mention the meaning of “diffuse” as an approach that the human being makes to define a state variable and a control variable. The second part corresponds to express the “fuzzy” through mathematical concepts that allow us to enter into a computer and get results as if we had the knowledge of an expert inside. The technique uses the linguistic value of the measured variable (level), inference rules and its conclusion, which allows us to determine the best control signal to be sent toward the actuator in order to achieve the desired value. The third part is to use the “Fuzzy Logic Toolbox” of MATLAB to simulate its behavior during the control of a level plant whose model was determined in [1]. The simulated results of the control for the Level Plant are compared with the diffuse controller and the PID controller.

Los resultados simulados obtenidos demuestran la eficacia

The simulated results obtained show the effectiveness of fuzzy

de la estrategia de control difuso, lo cual nos motiva a conti-

control strategy, which motivates us to continue the research

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 76

11/26/09 11:24:27 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

to check simulated results with the practical results.

palabras Claves

La Figura 1 muestra la arquitectura propuesta para un Controlador Difuso Directo, el cual usaremos en el control de la Planta de Nivel. Se observan los nuevos términos a emplear y la lógica que se ha creado para poder implementar los algoritmos de control

Control de nivel, Control Difuso, software de simulación, He-

que interpreten el razonamiento y deducción humanos.

rramienta de Lógica Difusa.

Referencia

r(t)

Level Control, Fuzzy Control, Simulation Software, Fuzzy Lo-

Mecanismo de Inferencia

Fusificación

Key Words

Base de Reglas

gic Toolbox.

Defusificación

Controlador Difuso

Salidas

Entradas

u(t)

Proceso

y(t)

INTRODUCCIÓN El objetivo principal de la ingeniería de control es destilar y

Figura 1. Arquitectura del Controlador Difuso [2]

aplicar el conocimiento sobre cómo controlar un proceso de tal modo que el sistema de control resultante sea confiable

FUNDAMENTOs

y seguro para alcanzar un gran desempeño en su operación [2, p. 23].

planteamiento del Control Difuso a aplicar en la planta de Nivel

De acuerdo a la aseveración anterior, el ingeniero de control debe tener toda la data posible del proceso y plantearse mu-

Vamos a plantear el diseño del control difuso de la Planta de ni-

chas preguntas tales como si el proceso es estable, es obser-

vel siguiendo lo mostrado en la Figura 2, observando que para

vable, es controlable, tiene no linealidades, etc. Luego, ante

conseguir un control de nivel adecuado, se debe tener además

señales de entrada y salida en ambiente controlado, se debe

en cuenta la velocidad del error de nivel. La experiencia del

seleccionar la data útil de la respuesta dinámica conseguida,

operario va a ser incrustada en el controlador difuso. Entonces

determinar el modelo matemático de la Planta y definir el

tenemos las variables “y”, “de/dt” y “e” definidas como:

tipo de controlador que mejor logre alcanzar los criterios de diseño del control como el tiempo de asentamiento y sobreimpulso máximos, el rechazo a las perturbaciones, error de estado estable, tiempo de subida, etc. Como se deduce, es un

r: referencia de nivel o valor deseado y: valor de nivel actual

trabajo muy complejo y tedioso, razonablemente aceptado

e: error de nivel (r-y)

para procesos multivariables.

(de/dt): velocidad del error de nivel

En el caso de controlar el nivel del tanque de una Planta [1], si preguntamos al operario cuáles deben ser sus procedimien-

u: señal de control a la válvula proporcional de ingreso de líquido

tos para controlar dicho proceso, con certeza nos responderá que basta con abrir y cerrar las válvulas de ingreso y salida de líquido de acuerdo al valor de nivel observado. No hizo falta el modelo matemático del proceso ni ecuaciones precisas,

sólo sentido común del operario como resultado de las observaciones “aproximadas” o “difusas” de determinadas varia-

d dt

Controlador Difuso

Planta de Nivel

bles. Por lo tanto, se ha desarrollado el “Control Difuso” como aquella que proporciona una metodología formal para interpretar, manipular e implementar el conocimiento heurístico humano sobre el control de un proceso [2]. Se explican los términos que utiliza esta técnica presentada por Lotfi Zadeh en 1965 y luego aplicado por otros investigadores como Mamdani, para ejecutar el “Control Difuso” de los procesos.

Figura 2. Planteamiento de las variables para la Planta de nivel [2]

De la Figura 3, que es una representación del módulo de la Planta de Nivel, deducimos las siguientes ecuaciones:

e(t) = r(t) - y(t)

(1)

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 77

11/26/09 11:24:27 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

Tomando la derivada de la Ecuación 1: d dt

e(t) =

d dt

Con el objetivo de capturar la experiencia del operario de la Planta, se realizan preguntas tales como ¿cuál sería su proce(2)

r(t) - y(t)

dimiento de maniobras si observa que y es ligeramente menor que r y su valor decrece lentamente (velocidad del error

Resultan las siguientes inecuaciones para el error de la Ecua-

positiva y lenta)?”; quizás su respuesta sería: “Abrir la válvula

ción 1:

proporcional al máximo”. La respuesta va a estar en función a la experiencia del operario al trabajar en dicha Planta.

Si: e(t) = 0  r (t) = y(t) Ahora debemos organizar las variables de estado “e(t)” y “de(t)/ Si: e(t) = 0  r (t) < y(t)

(3)

dt” para adecuarla a los valores lingüísticos que va a usar el operario. Lo mismo haremos para la señal de control “u(t)” que manipulará la abertura de la válvula de ingreso de líquido. La

Si: e(t) = 0  r (t) < y(t)

Tabla 1 muestra los 5 valores lingüísticos (NL, NS, Z, PS, PL) para Para las derivadas del error, existen 4 posibilidades depen-

cada una de las variables de estado (se pudieron haber escogi-

diendo de su polaridad; en el caso que r(t) > y(t) (error positi-

do 3, pero deseamos lograr mayor precisión en el control) y 5

vo), si la derivada del error es positiva significa que el nivel de

para la señal de salida (CL, CS, Z, AS, AL). Observar que también

líquido decrece alejándose de r(t); caso contrario, el nivel de

se aplican valores numéricos lingüísticos (-2, -1, 0, 1, 2) a los

líquido aumenta aproximándose a r(t). La Ecuación 4 resume

valores lingüísticos para facilitar su tabulación al momento de

dicho comportamiento y la Figura 3 ayuda a observar dicha

desarrollar la Base de Reglas.

situación. e(t) y d(e)/dt PREMISAS (4)

u(t) CONCLUSION

NL: Muy negativo-2

CL: Muy cerrado-2

NS: Negativo pequeño-1

CS: Poco cerrado-1

Z: Cero0

Z: Medio0

PS: Positivo pequeño1

AS: Poco abierto1

PL: Muy positivo2

AL: Muy abierto2

Tabla 1. Valores lingüísticos de las variables de estado Tubería de drenaje

Luego de las preguntas de rigor “¿Qué pasa si e(t) es …. y de(t)/

Planta de Nivel

e 0

dt es …..?” (PREMISAS), el operario responde con: “u(t) debe estar …….. “(CONCLUSIÓN). La Tabla 2 es un resumen del conoci-

d e 0 dt

miento del experto operario en el control de nivel de la Planta.

CONCLUSIÓN

Si e(t) es NL y de(t)/dt es NL

u(t) debe estar CL

Si e(t) es NL y de(t)/dt es NS

u(t) debe estar CL

Si e(t) es NL y de(t)/dt es Z

u(t) debe estar CL

Si e(t) es NL y de(t)/dt es PS

u(t) debe estar CS

Si e(t) es NL y de(t)/dt es PL

Si e(t) es NS y de(t)/dt es NL

FTI

PREMISAS

u Válvula proporcional

X_: Válvulas manuales

Reservorio M

Bomba sumergida

Figura 3. Error y velocidad del error en la Planta de Nivel [1]

u(t) debe estar Z Entonces

u(t) debe estar CL

Si e(t) es NS y de(t)/dt es NS

u(t) debe estar CL

Si e(t) es NS y de(t)/dt es Z

u(t) debe estar CS

Si e(t) es NS y de(t)/dt es PS

u(t) debe estar Z

Si e(t) es NS y de(t)/dt es PL

u(t) debe estar PS

…………….

……………. etc

Tabla 2. Diseño de la Base de Reglas

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 78

11/26/09 11:24:27 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

-2 NL

Criterio de diseño del Controlador Difuso

-1

0 Z

2 PL

1 PS

1 -1

En la Figura 1 se muestra la arquitectura del Controlador Difuso y en la Figura 2 las entradas y salida. Corresponde ahora

--- 0.7

-2 NL

utilizar la Tabla 2 para implementar cada una de las partes

--- 0.5 -1

0.5 0 Z

0.7

e(t), ( m )

1 PS

2 PL

que la conforman. A continuación, la definición de cada etapa según [2].

1 --- 0.7

-1

a) Base de Reglas

-2 CL

--- 0.5 -1

0.7

0.5 0 Z

1 AS

d e(t), ( m/s ) dt

2 AL

Es el conjunto de reglas del tipo “Si ….., entonces ……” que contiene la cuantificación de la lógica difusa de la 0.3

--- 0.3

--- 0.7

-1

descripción lingüística del experto sobre cómo alcanzar

0.7

1 u(t), ( v )

un buen control. Figura 4. Funciones de Pertenencia de las entradas y salida [2]

b) Mecanismo de Inferencia • Dados los antecedentes: “Si e(t) es Z=1” y “Si de(t)/dt es Z = Se comporta como “el experto que toma las decisiones”

0,25”

interpretando y aplicando el conocimiento de la Base de Reglas para concluir el mejor modo de controlar la Planta.

• Operador “y”: Grado de Pertenencia= mínimo de (1, 0,25) = 0,25

c) Fusificación • Dados los antecedentes: “Si e(t) es Z=1” y “Si de(t)/dt es Z = Convierte las entradas del controlador (e(t) y de(t)/dt),

0,75”

usando las funciones de pertenencia o membrecía, en información que el mecanismo de inferencia pueda usar para activar y aplicar las reglas. d) Defusificación

• Operador “y”: Grado de Pertenencia = mínimo de (1, 0,75) = 0,75 La Base de Reglas con todos los valores lingüísticos se muestra en la Tabla 3.

Convierte las conclusiones del mecanismo de inferencia en la salida (u(t)) para controlar la Planta.

d(e)/dt

u(t) La Figura 4 muestra las funciones de pertenencia o membrecía del tipo triangular y trapezoidal comúnmente usados en la etapa de fusificación para implementar la lógica difusa en la computadora. La idea es tener cier-

e(t)

ta “confianza” del valor de los “valores lingüísticos”. Los rangos de entrada y salida se normalizan a [-1, 1] y la

amplitud es también normalizada a la unidad. Se obserTabla 3. Base de Reglas a implementar en el simulador

va un valor lingüístico de 0 para e(t), siendo Z = 1; y un valor de 0,35 para de(t)/dt con Z = 0,25 y PS = 0,75.

Entonces, continuando con el ejemplo, pero en este caso con La lógica difusa creada para poder introducir los “valores

los antecedentes y conclusión, y apoyados en la Tabla 3, tene-

lingüísticos” a la computadora se pueden resumir en los si-

mos:

guientes términos según [4]: • “Si e(t) es Z” y “Si de(t)/dt es Z” entonces “u(t) es Z” • Conector Difuso: “y”

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 79

11/26/09 11:24:28 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

• “Si e(t) es Z” y “Si de(t)/dt es PS” entonces “u(t) es AS”

6). Luego, en Membership Function Editor se implementan las etapas de Fusificación (para “e(t)” y “de(t)/dt”) y Defusificación.

La ecuación 5 proporciona el área achurada del triángulo

(para “u(t)”). Cabe mencionar que las funciones de pertenencia

mostrado en la Figura 5.

están normalizadas en el rango de [0,1] y las formas a seleccionar pueden ser trapezoidales, triangulares, gaussianas, etc.

Para los antecedentes y conclusión analizados líneas arriba, tenemos dos valores: Area1 (membrecía Z, con h = 0,25) y Area2 (membrecía AS, con h = 0,75). (Ecuación 5)

h Bi w Figura 5. Área del trapezoide [2]

En el mecanismo de inferencia, para este caso se realiza la siguiente operación: (6)

El valor “ uresult”, que corresponde al Centro de Gravedad es enviado por la etapa de defusificación como un pulso de voltaje (ver u(t) en la Figura 4) hacia la válvula proporcional de ingreso de líquido (ver Figura 3). El ejemplo dado corresponde a una toma instantánea de los valores lingüísticos de entrada y la correspondiente respuesta de la señal de control proporcionada por la lógica difusa. En la práctica, dicho proceso se repite continuamente y por lo tanto es muy importante implementar el Controlador Difuso en computadoras PLC’s o DCS’s que puedan correr el programa a gran velocidad y aún más si el proceso a controlar es muy veloz (flujo, velocidad).

Modelamiento y sintonía del Controlador Difuso aplicado a la planta de Nivel Aplicaremos la herramienta Fuzzy Logic Toolbox [3] en SIMULINK de MATLAB para modelar, simular y sintonizar el Control Difuso de la Planta de Nivel motivo de la investigación. En el workspace de MATLAB se escribe fuzzy y la herramienta “FIS Editor” se despliega para permitirnos diseñar de modo gráfico todas las partes del Controlador Difuso, (ver la Figura

Figura 6. Plantillas de la Herramienta Fuzzy de MATLAB

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 80

11/26/09 11:24:28 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

Para implementar la Base de Reglas, seleccionamos Rule Editor (ver la Figura 7) y se despliega una pantalla en la que escribimos las 25 reglas “Si ……, entonces ……..” como resultado de las combinaciones de 5 funciones de pertenencia para cada una de las 2 entradas (ver Tabla 3). El Mecanismo de Inferencia escogido es el tipo Mamdani, el cual proporciona una salida tipo pulsante (ver “u(t)” en la Figura 4). Figura 8. Simulación del Controlador Difuso y la Planta de Nivel

Terminado el diseño del Controlador Difuso, se guarda en un archivo y también se hace la exportación al workspace para poder usarlo con SIMULINK durante la simulación con la Planta de Nivel.

Figura 7. Implementación de la Base de Reglas

La Figura 8 muestra el programa gráfico SIMULINK implementado para probar el Controlador Difuso con la Planta de Nivel. Observar que se ha puesto en paralelo un controlador PID para la respectiva contrastación de resultados simulados. Se observan los bloques de ganancias (Gain, Gain 1, Gain 2), cuya función es sintonizar el Controlador Difuso y así evitar manipular las funciones de pertenencia. El bloque Gain 3 se adiciona para permitir que el Controlador Difuso minimice el

Figura 9. Visualizador de las Reglas y Superficie del Controlador Difuso

error estacionario. El bloque Planta de Nivel contiene el modelo matemático hallado en [1].

Seleccionamos una señal cuadrada de amplitud 0,5 y frecuencia 0,001Hz como valor de referencia “r(t)”. La respuesta de la

En la Figura 9 se pueden apreciar dos ayudas adicionales que

Planta de Nivel con el Controlador Difuso y con el Controlador

proporciona la herramienta, tales como los visualizadores de

PID se muestra en la Figura 10. Se pueden comparar las dos res-

Reglas y Superficie. En esta última se ve un gráfico 3D con la

puestas y ambas tienen comportamiento aceptable, sobre todo

superficie que representa la respuesta del controlador ante

con el Controlador Difuso que no usó el modelo matemático de

las dos entradas.

la Planta de Nivel.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 81

11/26/09 11:24:29 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

sos de mejor precisión (Takagi-Sugeno, por ejemplo) o con técnicas mixtas tal como el Controlador Neuro-Difuso. • La eficiencia del controlador difuso está relacionada con el acondicionamiento de las reglas de inferencia al control de nivel, el número de reglas utilizadas, el tipo de función de membresía y el dominio de estas. El mejoramiento de esta eficiencia implica realizar un gran número de pruebas de simulación.

DIsCUsIÓN • La Figura 10 indica que el Controlador Difuso es un Controlador No Lineal [2] [4], y se presenta como una superficie de 25 mosaicos, cada una con una pendiente determinada que es dada por la Base de Reglas. Entonces, manipulando por prueba y error dicha superficie, es muy posible encontrar la sintonía adecuada para cumplir con los requerimientos de control de cualquier proceso. Nuestra próxima investigación será trabajar en tiempo real con la Planta de Nivel controlada por el Controlador Difuso, implementado en una PC. • La respuesta simulada de la Planta de Nivel mediante el Controlador PID es mejor en el tiempo de establecimiento; tal como se observa en la Figura 10. Es la razón por la cual

dicho tipo de control es ampliamente usado en la actualidad. • La potencia del controlador difuso se da en procesos no lineales y que son difíciles de modelar matemáticamente, pero sí podrían ser controlados por un experto que conoFigura 10. Respuesta a un escalón de la Planta de Nivel con Controlador Difuso y Controlador PID

ce profundamente el funcionamiento del proceso.

CONClUsIONEs

REsUlTADOs • La respuesta simulada del control de la Planta de Nivel me• La herramienta Fuzzy Logic Toolbox de MATLAB [3] es

diante el Controlador Difuso es muy aceptable (ver Figura

muy práctica y simple de usar, lo que sumado al conoci-

10), ya que no presenta sobre impulso, el error de estado

miento base de la técnica o procedimiento para incrus-

estable es cero y los tiempos de subida y establecimiento

tar la experticia del operario en la PC dado en esta inves-

son bastante cortos. Es una alternativa viable que puede

tigación, motivará al estudiante de nuestra institución a

usar el ingeniero de control para Plantas con comporta-

comprobar la eficiencia de otros tipos de controladores

miento no lineal y de difícil modelamiento.

de procesos. • Durante la redacción de las reglas base (ver Tabla 3), se • El tipo de Controlador Difuso empleado en nuestra in-

observa cierta simetría en las conclusiones, lo que nos

vestigación es Mamdani, siendo el más simple de los que

permite concluir que puede ser un punto de partida para

actualmente existen; por lo tanto, si las especificaciones

iniciar el desarrollo del diseño y la sintonía del Controlador

del control lo requirieran la respuesta puede ser aún me-

Difuso para el control de otros tipos de Plantas.

jorada al probar con otros tipos de controladores difu-

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 82

11/26/09 11:24:30 AM

MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”

REFERENCIAs

Ernesto Godines De La Cruz

[1] MEDRANO R. y GODíNEZ E. (2008). “Modelamiento de

Ingeniero electrónico e ingeniero

una Planta de Control de Nivel mediante identificación

electricista, con Maestría en Ingeniería

no Paramétrica”. Investigación Aplicada e Innovación I+i;

de Control y Automatización.

2(2), 79-87. Actualmente se desempeña como Docente en el Departamento de Electró-

[2] PASSINO K, y YURKOVICH S. (1998). Fuzzy Control (1 . ed.) o

nica de Tecsup.

Addison Wesley Longman, Inc. USA. [3] MATLAB (2009 Online only). Fuzzy Logic Toolboox TM 2 User’s Guide. The MathWorks, Inc. USA.

Ha desarrollado e implementado proyectos de electrificación y automatización de plantas industriales. También ha realizado diseños y construcciones de tableros eléctricos, celdas de me-

[4] CARR D. y SHEARER J. (2005, junio). “Nonlinear Control and Decision Making Using Fuzzy Logic in Logix”. Recu-

dia tensión, centro de control de motores y bancos de condensadores.

perado el 6 de julio de 2009: http://discover.rockwellautomation.com/Files/using%20fuzzy%20logic%20in%20 logix%20whitepaper9324-wp006_-en-p.pdf.

ACERCA DE lOs AUTOREs Raúl Medrano Tantaruna Ingeniero electrónico con especialización en tecnología educativa DSE Mannheim, Alemania.

83 Es profesor de Tecsup en los cursos de control electrónico de potencia, diseño y mantenimiento electrónico. Ha implementado varios proyectos para el departamento de Electrónica. Es miembro de las sociedades IEEE e ISA.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 83

11/26/09 11:24:30 AM

Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre Alternative method for the production of copper oxychloride Rosa sayán, Josefina Francia

Resumen

thus creating the need to minimize the use of copper wire (used in the traditional method) or even scrap copper, whose

El oxicloruro de cobre es muy utilizado como fungicida (an-

price is still 80% of trading international copper.

ticriptogámicos) de amplia acción en la agricultura. Este producto es recomendado para ser usado en el control de enfer-

The profitability and possibility for the industrial production of

medades que atacan a los cultivos en el agro; es un fungicida

copper oxychloride is linked to the use of a lower-cost copper

altamente eficaz para combatir en forma económica las pla-

as raw material.

gas de los cultivos. The project aims to research the various methods used in the

La demanda del oxicloruro de cobre se ha incrementado fun-

production of copper oxychloride, and later improve the tradi-

damentalmente en el mercado exterior, pero su costo depen-

tional methods in the laboratory tests in order to obtain this

de del precio del cobre, por lo que se crea la necesidad de mi-

agrochemical so it can be produced at industrial level.

nimizar el uso del alambrón de cobre (utilizado en el método tradicional) e inclusive de la chatarra de cobre, cuyo precio se

palabras claves

mantiene en el 80% de la cotización internacional del cobre. Oxicloruro de cobre, agroquímicos, fungicidas, plaguicidas. La rentabilidad y factibilidad para la producción industrial del oxicloruro de cobre esta ligada al uso de un cobre de menor

Key words

costo como materia prima. Copper oxychloride, agrochemicals, fungicides, pesticides. El proyecto tiene como objetivo la investigación de los diversos métodos empleados en la producción de oxicloruro de

INTRODUCCIÓN

cobre para posteriormente mejorar los procedimientos tradicionales realizando pruebas a escala de laboratorio con el

El oxicloruro de cobre es un fungicida que posee un amplio

fin de obtener este agroquímico para que se pueda producir

espectro para el control de diversas enfermedades en frutales

a nivel industrial.

ya que es altamente eficaz para combatir en forma económica las plagas. Entre los beneficios que presenta, comparado con

Abstract

otros fungicidas, encontramos que es el fungicida más económico puesto que no necesita preparación alguna; se utiliza en

The copper oxychloride is widely used as a fungicide (fungi-

menores dosis, no forma grumos por la calidad de la muestra;

cides) of broad action in agriculture. This product is recom-

presenta una alta eficacia biológica contra un amplio rango de

mended for the control of diseases that attack crops in agri-

hongos patógenos; permite que su manipuleo sea fácil y segu-

culture; it is a highly effective fungicide to combat cheaply

ro, y puede usarse mezclado con otros fungicidas, insecticidas

crop pests.

y nematicidas.

Demand for copper oxychloride has increased primarily in

La oferta del oxicloruro de cobre en nuestro país ha venido

foreign markets, but its cost depends on the price of copper,

incrementándose con el pasar de los años; cada vez hay más

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 84

11/26/09 11:24:30 AM

SAYáN, Rosa; FRANCIA, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”

empresas productoras de oxicloruro de cobre, entre las que

Es un sólido que se funde a 140 ºC; se obtiene por medio de

destacan: Química Peruana S.A., QUIPESA; Sulfato de Cobre

conversión o digestión, lavado, filtrado y secado. El oxicloruro

S.A., SULCOSA; Industria Peruana de Metales y Derivados,

de cobre se caracteriza por ser insoluble en agua y muy soluble

IPDEMYDSA; Industrias Químicas Omicrón S.A.; Química del

en amoniaco y ácidos.

Pacífico S.A. El oxicloruro de cobre no es explosivo y tampoco inflamable. Es A la vez, la demanda del oxicloruro de cobre también ha au-

un producto no tóxico para el hombre la dosis letal media oral

mentado principalmente en el mercado exterior debido al

aguda es de 1 500 mg/Kg.

crecimiento de la agricultura. Desde el punto de vista químico, el oxicloruro y el hidroxicloEl Perú es uno de los principales productores de cobre en el

ruro de cobre son compuestos básicos del cloruro cúprico; sus

mundo, por lo que contamos con la posibilidad de acceder a

formulas más conocidas son: 3Cu(OH)2.CuCl2 con un peso mo-

un cobre de menor precio, que no sea de alambrón o chata-

lecular de 427.066 y el tetrahidratado 3CuO.CuCl2.4H2O cuyo

rra. Es así que surge la idea de utilizar oxido de cobre reem-

peso molecular es de 444.066.

plazando al tradicional alambrón o a la chatarra de muy altos precios, para así obtener oxicloruro de cobre.

Por acción del calor, el oxicloruro de cobre se convierte en sal básica anhidra de color negro, que por adsorción de agua pasa

FUNDAMENTOs

nuevamente a su color anterior de azul verdoso claro.

Los fungicidas cúpricos actúan como fungicidas y bacterici-

Métodos para la producción de oxicloruro de cobre

das porque liberan pequeñas cantidades de iones de cobre en contacto con el agua. Se trata de cantidades del orden de partes por millón (1 ppm = 1 mg/litro), pero que ya son sufi-

a. Método Tradicional:

cientemente tóxicas para los hongos a combatir. Producción de Oxicloruro de Cobre a partir de alambrón de coEl efecto tóxico de las sales de cobre sobre los hongos radica

bre o cementos de cobre de alta ley.

en la inhibición de la germinación de las esporas. Cargas de alambrón de cobre electrolítico y cementos de cobre Las esporas de los hongos son capaces de concentrar los io-

se atacan con ácido clorhídrico al 13 % en peso y simultánea-

nes Cu2+. Durante la fase de absorción, los iones Cu2+ sustitu-

mente se inyecta aire comprimido, que es usado como sistema

yen a los iones H+, K+, Ca y Mg presentes en la superficie

de oxidación y agitación.

celular. Esta sustitución puede ocasionar una alteración de la semipermeabilidad de la membrana, facilitando la penetra-

Esta etapa del proceso, tiene una duración de aproximadamen-

ción de los iones Cu2+ al interior de las células.

te 60 horas, hasta que el licor presenta pH de 3.5 a 4.0, y se han precipitado los lodos de oxicloruro de cobre.

En el interior de las esporas, los iones Cu2+ se fijan sobre diversos grupos químicos, como por ejemplo los imidazoles, car-

Los lodos de oxicloruro de cobre son neutralizados con lechada

boxilos, fosfatos, sulfhidrilos, aminas o hidroxilos, presentes

de cal hasta obtener un pH de 6.0 y sometidos a lavados in-

en numerosas proteínas enzimáticas. Esta unión produce un

tensos con el fin de eliminar impurezas solubles; proceso que

efecto tóxico que perturba el correcto funcionamiento celu-

demora aproximadamente 8 horas, para obtener el producto

lar. Así, el oxicloruro de cobre tiene la capacidad para enlazar-

con una humedad del 40 %.

se fuertemente con los grupos amino y carboxilo, reacciona con las proteínas y actúa como inhibidor enzimático.

El producto es calentado hasta reducir la humedad a 10 % durante 30 horas; luego se transfiere el producto a un secador de

El oxicloruro de cobre es un polvo muy fino de color verde

bandejas donde es secado a una temperatura de 110 º C.

claro o azul verdoso, con un tamaño de partícula de 0.2 a 5 micras, y un contenido mínimo de 56 % de cobre y máximo

Posteriormente es sometido a operaciones de molienda y en-

de 59 % del mismo. Presenta además muy buena suspensibi-

vasado.

lidad en el agua de más del 80% en peso, con una humectabilidad máxima de 60 segundos, que por lo general se formula

Se obtiene aproximadamente 93 % de rendimiento.

como polvo mojable en agua.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 85

11/26/09 11:24:30 AM

SAYáN RIVERA, Rosa Maria; FRANCIA QUISPE, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”

La siguiente secuencia de reacciones tiene suceso este método: Cu + 2 HCl + ½ O2

 CuCl2 + H2O

Cu + CuCl2

 2 CuCl

2 CuCl + 2 HCl + ½ O2

 2 CuCl2 + H2O

6 CuCl + 3 H2O + 3/2 O2

 CuCl2.3Cu(OH)2 + 2 CuCl2

4 CuCl2 + 3 Ca(OH)2 + H2O

 CuCl2.3CuO.4H2O + 3 CaCl2

Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre a) producción de Oxicloruro de cobre a partir de Oxido de cobre (I) Digestión El oxido de cobre (I) es colocado en un reactor, donde se realizará el ataque ácido; el ácido clorhídrico se bombea al reactor, donde se encuentra el oxido de cobre (I). El ataque ácido del ácido clorhídrico debe garantizar la mayor

b. Método del ácido sulfúrico

oxidación del cobre, dándose así la máxima formación de Cu2+.

El cobre metálico es colocado en un reactor discontinuo (ba-

Se debe hacer uso de un medio oxidante; con esto se propor-

cht), donde llega mediante bombas la solución mezclada y

cionará el medio para la optima producción de licores de clo-

disuelta de ácido sulfúrico, sal industrial (NaCl) y agua.

ruro cúprico.

El cobre reacciona con la solución de mezcla ácida, se co-

La mezcla se deja reaccionar por 2 días aproximadamente.

mienza a oxidar el cobre, formando Cu , la reacción termina 2+

al alcanzar un pH entre 1 a 3, formándose gran cantidad de

Neutralización

espuma. La solución empieza a tornarse de un color verde Con agitación continua, se agrega soda cáustica para poder

oscuro.

neutralizar la mezcla del ácido clorhídrico con el oxido de cobre Seguidamente, se bombea el HCl al 36 % (en relación de 3:1

(I), y así poder precipitar el oxicloruro de cobre.

con el agua), luego de agregar el HCl, la coloración desaparece pasando a su estado inicial de pH 1.

La adición de soda cáustica depende del pH de la mezcla; la neutralización termina cuando el pH se encuentra en el inter-

Después de una hora aproximadamente se agrega la solu-

valo de 5.5 a 6, y el color de la suspensión es de un celeste ver-

ción amoniacal (en relación de 1:3 con el agua); precipitando

doso claro, color específico del oxicloruro de cobre.

así el oxicloruro de cobre. Sedimentación La reacción se considera terminada cuando el pH de la solución llega a los valores comprendidos entre 5 y 6.

La suspensión se deja sedimentar por un tiempo de 2 horas, para asegurar que todo el oxicloruro se encuentre en la parte

La siguiente secuencia de reacciones tiene suceso en el mé-

inferior del reactor. El licor sobrenadante o licor madre que se

todo del ácido sulfúrico, detallado anteriormente:

encuentra en la parte superior, se retira por medio de un sifón. Esta solución de licor madre puede ser recirculada para el nue-

2 H2SO4 + 2 H2O

 2 H2SO4.H2O

2 H2SO4.H2O + 4 NaCl

 4 HCl + 2 Na2SO4 + 2 H2O

4 Cu + O2

 2 Cu2O

2 Cu2O + 4 HCl

 4 CuCl + 2 H2O

4 CuCl + O2 + 4 HCl

 4 CuCl2 + 2 H2O

4 CuCl2 + 4 H2O + 6 NH4OH

 CuCl2.3[Cu(OH)2].4H2O + 6 NH4Cl

vo proceso, ya que contiene cobre como cloruro, hidróxidos, etc. Lavado y secado Terminada la operación de sedimentación, el producto se descarga a un tanque de lavado; el precipitado es sometido a sucesivas lavadas para eliminar cualquier tipo de impurezas (el agua de lavado se mezcla con el licor madre). En esta operación se agregan aditivos y humectantes tal como el WANIN, o como el Pagasol HR al tanque de lavado. General-

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 86

11/26/09 11:24:30 AM

SAYáN RIVERA, Rosa Maria; FRANCIA QUISPE, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”

mente se mezcla mediante un agitador, luego se bombea a

pROCEDIMIENTO

un secador. Modelo Experimental en Laboratorio

El secado del producto se da a un incremento de temperatura de 70º C, a una temperatura de 110º C aproximadamente.

HCI = Óxido de cobre (II)

Molienda y envasado Licor

Precipitado

El producto previamente secado, pasa por un molino para

+ 400 mL de HCI

realizar una disminución de su tamaño. Seguidamente es envasado y comercializado tanto al exterior como al interior del país.

Licor

Precipitado

b) Etapas del proceso productivo para la obtención de oxicloruro de cobre: Soda ETAPA I Diagrama 1. Modelo Base en el método de experimentación

Obtención de licores de cloruro de cobre  CuCl + CuCl2 + H2O + H+

Cu2O + 3 HCl

Para la obtención de soluciones de cloruro cúprico se han evaluado las reacciones con ácido clorhídrico. Mientras que para la

ETAPA II

obtención de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de clo-

Neutralización con soda cáustica y precipitación de oxi-

ruro cúprico, se han evaluado las reacciones con soda cáustica y

cloruro de cobre

otras con lechada de cal.

4 CuCl2 + 6 NaOH + H2O

 3 CuO.CuCl2.4H2O + 6 NaCl

REACTIVOS

CONCENTRACIONES

Cu2O

30% de humedad

HCl

33 %

NaOH

50 %

Se realizaron siete (07) tipos de pruebas de laboratorio donde se usaron cantidades estequiométricas de los reactivos funda-

mentales: Cu2O, HCl, NaOH y en algunas ocasiones lechada de cal. Las variables fueron la neutralización a diferentes pH, la aireación, el calentamiento, el tiempo de enfriamiento y reposo para la formación de precipitado de oxicloruro de cobre. Se compa-

Tabla 1. Reactivos utilizados

raron los porcentajes de rendimiento de cada método de labo-

En el siguiente cuadro se expresan las cantidades a utilizar de las materias primas para obtener 100 g de oxicloruro de cobre como producto principal (estimados a partir de la estequimetría de las reacciones):

ratorio.

REsUlTADOs • Las pruebas anteriormente mencionadas se realizaron

REACTIVOS

CANTIDAD A UTILIZAR (g)

Cu2O al 70%

223.73

HCl al 33%

604.97

NaOH al 50%

131.22

más de una vez para cerciorar que los resultados obtenidos fuesen los correctos y adquirir más destreza y práctica en la producción de oxicloruro de cobre en laboratorio. • En todas las pruebas efectuadas, al término del ataque con HCl, se forma un sedimento blanco de cristales de cloru-

Tabla 2. Gramos de reactivo para producir 100 g de CuO.CuCl2

ro cuproso (CuCl) y un licor de coloración oscura, que está constituido por una mezcla de cloruro cuproso en solución.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 87

11/26/09 11:24:30 AM

SAYáN RIVERA, Rosa Maria; FRANCIA QUISPE, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”

• Después de la lixiviación del óxido de cobre (II) con ácido

ACERCA DE lOs AUTOREs

clorhídrico al 33 % de concentración, se debe realizar un proceso de oxidación para así poder obtener mayor con-

Rosa María Sayán

centración de cobre en solución como cloruro cúprico, y con esto asegurar un mejor rendimiento en la produc-

Química, con maestría en Química,

ción de oxicloruro de cobre.

mención en Físicoquímica. Experiencia docente universitaria mayor de 20

• El pH es una variable muy importante en el proceso de

años y de desarrollo y conducción de

producción de oxicloruro de cobre, ya que el oxicloruro

laboratorios químicos. Participación

de cobre precipita solo a un intervalo de pH de 5.5 a 6,

en procesos de autoevaluación. Publi-

mientras que al subir el pH, estará precipitando hidróxido cuproso, el cual tiene una coloración amarilla intensa. • El oxicloruro de cobre debe ser lavado intensamente para así poder eliminar impurezas. • El hidróxido cuproso es ampliamente utilizado en la

cación de libros. Profesora de cursos de extensión. Actualmente de desempeña como docente del departamento de Procesos Químicos y Metalúrgicos de TECSUP. Josefina Francia Quispe

industria de pigmentos. Este hidróxido, en el proceso realizado, tiene como impureza al mismo oxicloruro de

Alumna del sexto ciclo de Procesos

cobre, el cual podrá ser eliminado con lavadas sucesivas.

Químicos y Metalúrgicos de Tecsup, miembro del tercio superior.

CONClUsIONEs • El oxicloruro de cobre se obtiene a partir de óxido de cobre (I) con 30% de humedad como materia prima mediante lixiviación con ácido clorhídrico, reemplazando al tradicional alambrón de cobre o cobre electrolítico.

• Los costos fijos de producción son moderados, no se requiere de grandes capitales de inversión, por lo que representa una interesante alternativa para la producción de un fungicida frutal de alta demanda mundial.

REFERENCIAs [1] ORMACHEA RAMOS, José A. Estudio de investigación para la obtención de oxicloruro de cobre a nivel de laboratorio. Tesis. Universidad Nacional del Callao. 1992. [2] CAMARGO H. y C.; DUQUE P., O. Obtención de Oxicloruro de cobre a partir de minerales cupríferos. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. 1994. [3] Descripción del proceso productivo. Universidad de Chile. Recuperado del sitio www.u-cursos.cl/ingenieria/2009 [4] SKOOG, Douglas A. Química Analítica. 8o edición. USA: Mac Graw Hill. 2008 [5] AYRES, Gilbert H. Análisis Químico Cuantitativo. México: Harla. 1978. [6] VOGEL. Arthur I. Química Analítica Cualitativa. Buenos Aires: Kapelusz). 1980

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 88

11/26/09 11:24:31 AM

Un análisis del rendimiento de Mpls en arquitecturas de redes jerárquicas por capas. An analysis of Mpls performance in layered & hierarchical network architectures Dave Hedge, Raymond A. Hansen

Resumen

across the provider network. We then integrate MPLS into the

MPLS se ha convertido rápidamente en el protocolo estándar

mine those same network performance metrics for the same

de transporte preferido en las redes de empresas grandes y

defined set of traffic flows. Our methodology, results and fin-

medianas. Como el despliegue de servicios sensibles al tiem-

dings, and future work are detailed in this paper.

provider network in a layered and hierarchical manner to exa-

po es común para estas empresas, se vuelve crítico que las redes tengan la habilidad de soportar este tipo de servicios. En este estudio, se utiliza el simulador NS2 con módulos MPLS para modelar y simular una red a gran escala de un proveedor de servicios de internet implementada durante esta década. Empezaremos por examinar el rendimiento de la red (laten-

palabras claves MPLS, BGP, Arquitecturas de red, Ingeniería de Trafico, Simulación de red, NS2, Servicios Diferenciados.

Key words

cia extremo a extremo, tiempo de procesamiento por nodo,

MPLS, BGP, Network, Architectures, Traffic Engineering, Network

tiempos de ida y vuelta) utilizando solo BGP como protocolo

Simulation, NS2, Differenced Services.

de ruteo. Estas cifras son analizadas a través de diferentes flujos de tráfico característicos generados por un usuario final y

INTRODUCTION

que deben ser transmitidos a través de la red del proveedor. The Internet is built upon many interconnected networks. TheEl siguiente paso consiste en integrar MPLS en la red del pro-

se networks share routing information as to where websites,

veedor de un modo jerárquico basado en capas para exami-

files, and user applications are located through the use of IP

nar los mismos parámetros anteriores y utilizando los mismos

addresses. This type of structure has been employed since the

flujos de tráfico desde el usuario final a través de la red. La metodología, parámetros de simulación, resultados, conclusiones y trabajo futuro son detalladas en este paper.

Abstract MPLS has quickly become the preferred network framework for medium to large enterprises. As these companies deploy

beginning of the Internet. However, with the advent and push toward the unified communications network, the transmission of traditional data, voice, and video, the latency required to route traffic using this model has proved difficult for not only service providers but also for customers. Service providers have long wanted to define “Classes” of traffic. These classes correspond to how traffic is routed and serviced

time-sensitive services, the ability of the network to support

on the network. Existing technologies such as DiffServ require

these new services is critical. In this study, we use NS2 with

examination and translation of specific fields within the pac-

MPLS modules to model and simulate a large Internet Service

ket header at each individual hop. This examination process

Provider network as was deployed early this decade. We be-

creates processing overhead which can translate into latency

gin by examining network performance (end-to-end latency,

while traversing the network. In addition to this classification

node processing time, and round trip times) for a BGP-only

process, there is also a route selection process. Currently, routes

deployment of the provider network. These metrics are exa-

are selected based upon best match of the destination address.

mined over a series of defined representative traffic flows

Having to do this at each and every hop is a very time and pro-

sourced from a customer network that requires transmission

cessing intensive process.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 89

11/26/09 11:24:31 AM

HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”

With these current attributes in mind, the goal of this research

their OC-48 backbone connectivity. This backbone ope-

project was to simulate the difference, in terms of performan-

rates at a rate of 2488.32 Mbps and is a realistic represen-

ce, between a traditional and an MPLS network. In addition

tation of a backbone for a major provider. Between each

to looking at the performance difference, we were also inter-

head-end backbone router, there is a 1 Gbps cross connect.

ested in seeing if expanding MPLS closer to the transmission

It was important to emulate, as closely as possible, a real

host meant that performance from the source to destination

network so that the results that were collected have me-

would increase.

aning from not only a customer perspective but also a Service Provider prospective. While this was designed around

In the following sections the testing platform, topology, tes-

an actual network, the current implementation does not

ting parameters, results, conclusion and areas for additional

take into account redundancy, outside of basic redundan-

research will be presented.

cy, of the network or the overall recoverability in the event of a catastrophic failure within the service provider net-

BAsIC METHODOlOGY

work.

For this project, Network Simulator 2.26, NS2, was used to simulate an MPLS topology using the MPLS for Network Simulator module (mns-2.0) from [1]. NS2 simulations were selected over hardware based testing strategy for a multitude of reasons. First was the reduction in the time required to configure a large network versus simulating a stable topology via coding. Second was the issue of stability. We were looking for a simulation that was repeatable over a large number of tests. With a hardware-based network, there is not absolute certainty that the testing platform is going to perform the exact same on each and every test due to the limited control

Figure 1. Service Provider Network Architecture

of the physical environment. Third was the ability to simula-

te functionality in a large number of devices which was not feasible with the equipment available. With the current versions of the existing IGPs on available equipment, it was not possible to scale to this magnitude and still provide reliable service. The benefit of the mns-2.0 plug-in is that it provides NS2 the ability to designate MPLS nodes, classify traffic, exchange LDP packets, and build a functional network that is representative of an enterprise-class MPLS network. For this research, we are mostly focused on the LDP processes and the ability to desig-

Figure 2. Sample Regional Network

nate certain nodes as MPLS nodes. [3, 5]

Network Topology

b) Service Provider In-Region With the backbone connectivity selected, five regional

The network topology was one of the most significant as-

routers were created. These routers would be internal to

pects of this research project. The topology that was deve-

the service provider’s network. These routers provided

loped was based on an actual service provider network, as

the connectivity to the high speed backbone routers and

shown in Figure 1.

service the service provider’s regional hubs. Redundancy was built into the design so that any one hardware failu-

a) Service Provider Backbone

re would still provide for connectivity within the region. This was a design decision that was not tested because we

For the Service Provider network, a regional topology

were not concerned about the recoverability of MPLS for

was developed that would comprise of four major re-

this research project. The main goal of creating an accura-

gions. These regional hubs were selected because of

te topology was such that basic redundancy was needed.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 90

11/26/09 11:24:31 AM

HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”

For connectivity, these routers were connected via T3

and video session. For these streams, the packet rate was set to

to the head end backbone routers and Metro Ethernet

1.5 Mbps with a packet size of 1000.

between the other regional routers. These connections technologies operate at ~45 Mbps and 10 Mbps respec-

The NS2 testing schedule involved starting all of the UDP/CBR

tively.

nodes prior to the start of the TCP/FTP session. This allowed for packets to be in route prior to the transmission of the TCP

c) Service Provider Regional Hub The final service provider consideration was the service provider’s regional hub router. These routers are the gateways for customers to gain access onto the service provider’s network. Large provider edge locations were selected from prime locations in Figure 1. These routers were connected back into the regional ones using Metro Ethernet connectivity that operates at 10 Mbps. d) Customer Edge The final network segment was the customer edge. These routers represented actual customer’s networks. Using T1 connectivity, these routers then connect into the regional hub routers. This is also the location where traffic generation and reception occurred for the simulations, allowing the rest of the network to route traffic while not dealing with traffic generation.

Testing & Test Configuration

handshake and the start of the session. In addition, the time prior to the start of the UDP/CBR session provided ample time for the LDP message to be communicated through the network depending on what stage the MPLS was implemented.

REsUlTs The results were consistent with the original hypothesis: that MPLS provided a performance increase. While this performance increase was not in an exponential fashion, there was a clear performance increase from the traditional network to the phased approaches evaluated. The test result, which are presented in the graphs below, include the traditional benchmark, (phase 1), and then each consecutive phase that MPLS was moved from the provider core to the customer premise. Also the traffic is representative of either TCP or UDP protocols only. There was LDP traffic on the network in testing phases that involved the usage of MPLS. Including the LDP traffic only skews the results because the further the MPLS is expanded, the more LDP traffic is needed to build the MPLS table. The simulated test sets were ran twice, with the first test consisted of each of the network

The testing was conducted in five strategic phases that would

links having 5ms of latency and the second sets of tests set to

provide detailed information to capture the performance of

to 15ms of latency.

the network. The phased approach also provided a stable testing platform that could be expanded as the project pro-

First up was the End to End Delay time for all TCP traffic. The

gressed and was repeatable throughout the testing process.

TCP traffic was the test-bed for this experiment. The measure-

As each phase progressed, a series of tests were conducted

ment of End to End Delay is as follows, “End2End delay = time

with data was collected to measure the network performan-

(in seconds) when packet was received by OTHER NODE - time

ce statistics.

(in seconds) when packet was sent by CURRENT NODE.” [2] In this instance, the OTHER NODE was a customer node located in

The testing configuration consisted of seven separate traffic

Houston area and the CURRENT NODE was located in the La-

streams. Each of these streams started in one geographical

Guardia area.

location and was sent across the network to a different geographical location. All of the streams were 10 hops in length. For testing purposes, and to collect statistics, a single TCP stream was configured from the Houston area to the LaGuardia area. This stream was the main focus of the simulations as it provided the most information statistically due to the nature of the protocol. The six additional streams were constant bit rate UDP streams. The main purpose of these streams was to provide some load to the routers and create traffic in the geographic locations. These streams also presented a similar traffic pattern to VoIP

Figure 3. Average End to End Delay

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 91

11/26/09 11:24:31 AM

HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”

As seen in the graph, Figure 3, the first phase, the traditional

still a benefit for pushing the technology as close to the custo-

benchmark, there was an improvement by implementing

mer as possible.

MPLS for the 5 ms network configuration. By expanding the technology, no additional performance benefits were detectable during the testing periods. However, when the backbone latency was increased to 15 ms, the end to end delay remained constant around 66.8 ms. There was no significant drop in the end to end delay time for this configuration. Meaning that there was no significant performance increase between the traditional and MPLSenabled network configurations. Next was the End to End Delay for the UDP background

Figure 5 - Average Delay - Combination

streams. Even though these streams were not the focus of the experiment, the traffic was still being sent across the MPLS

Likewise, the results from the 15 ms testing show an increase in

network. This type of traffic, unlike the TCP traffic, is more

performance that mirrors the 5 ms testing. However, unlike the

consistent with traffic that is time-sensitive. Therefore, an im-

5 ms testing, there was no performance increase by enabling

provement in delivery time would be beneficial in marketing

MPLS on the Provider backbone. Instead, the latency drop oc-

and also to the customer who is looking at implementing a

curred after the transition of the Service Provider backbone to

unified network.

MPLS.

CONClUsION The simulation’s goal was to explore the hypothesis that a MPLS-enabled network would be faster than a traditional net-

work. For the most part, this theory was validated by the data collected at each of the expansion points while testing. The data collected shows that there is a clear performance for both TCP and UDP traffic on a MPLS-enabled network when compared to a traditional network. While this performance Figure 4 - Average Delay - UDP only

increase does not appear at the same location for each protocol, it does occur as some point during the expansion process.

As the graph, Figure 4, illustrates, there is a performance im-

When looking at traditional traffic patterns, a combination of

provement associated with the implementation of MPLS for

both TCP and UDP traffic, there is a performance improvement

configurations, as captured by the close descending slope.

that is similar to what is seen when isolating the protocol inde-

However, the initial performance improvement does not oc-

pendently.

cur at the provider core level as was noted with the 5ms TCP results. The 15 ms tests returned results that closely mirror

Based on the data that was collected, this opens up many areas

the results of the 5 ms tests, yielding the same performance

for a Service Provider to offer new services and customers to re-

increase.

evaluate their connectivity. The advantage to the Service Providers would be to implement MPLS throughout the network to

Finally, a composite graph of both TCP and UDP traffic over

offer new services to their customers. These new services could

the network during all of the phases of testing is presented

include queued traffic. While MPLS by itself does have a perfor-

below.

mance benefit, the more impressive capabilities are to provide traffic classification and to queue that traffic and then move it

As seen from the graph, Figure 5, there is a clear performance

through the network efficiently. With these abilities, the capital

benefit by moving from a traditional network to any MPLS

needed to provide such as service could be recovered rather

enabled network. While the largest gain, for both traffic ty-

quickly as existing infrastructure could remain in place while as

pes, occurs closest to the Service Provider network, there is

either lower level queue types or traditional connectivity.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 92

11/26/09 11:24:32 AM

HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”

By taking into account the performance of the 15 ms laten-

project were to be replicated in a physical environment, some

cy testing, we ask the question of whether or not link laten-

additional research would need to be conducted as to how the

cy has a factor as to where MPLS should be deployed. This

Service Provider could provide MPLS service to the customer

phenomenon makes sense because as the additional latency

edge while still maintaining the current security and service

time plus the time for route processing, negatively affects

controls that are in place.

network performance. Looking at UDP and the average graph for both protocols, it shows that the performance increase

An example of existing controls that are in place include Vir-

occurs following the implementation of MPLS on the router

tual Forward and Routing tables (VRF). These tables allow for

prior to that link.

the Service Provider to segment a network, creating a Virtual Network within their physical network. One significant rea-

The findings of this research project also suggest that an

son for doing this is the ability to run non routable network

opportunity exists to further categorize Customer needs. It

address ranges and then broadcast them to other Service Pro-

may no longer be a matter of how much bandwidth a cus-

vider routers running Multiprotocol Border Gateway Protocol

tomer has at their disposal. If the Service Provider were to

(MP-BGP). If a customer has multiple sites across the world, the

implement a queuing technique, it would then allow the cus-

provider can segment the assigned IP ranges so that only other

tomer to purchase their connectivity in terms of queue priority. Not every business would need to have traffic placed into a high priority queue. If that business was only utilizing the “best effort” queue, then there could be financial savings for doing so. This research projects evaluation of the combination of both UDP and TCP streams and the associated impact on the response delay times provides the basis for future opportunity as well. With the enterprise network moving towards unified networks, the data shows that over an MPLS-enabled network, there is a better chance of a phone call or video conference remaining at acceptable limits and delivering performance that is comparable to separate services. The result is cost savings for enterprises due to the bundling of these services onto an existing network.

sites that are part of the same customer network receive routes to those locations. In addition to the usage of private vs. public IP address, the issue of using an IGP for a large scale network requires additional evaluation. Additional research would need to be conducted as to how well an IGP would scale to support a Service Provider network and how the network would respond to flaps within the network. With the need for convergence as part of all IGPs, clarity regarding how they would provide the stability and reliability of BGP while delivering MPLS is important to Service Providers and their clients.

The final aspect to investigate is to examine whether the implementation point of MPLS affects the performance of the overall network. Since this project was designed to look at whether the implementation of MPLS provided any performance increase

The next step in this research would be implementing a

and not whether link latency determined where the technolo-

hardware-based environment. While the simulated network

gy should be implemented, by changing the latency on back

provided an excellent testing platform, there is still the issue

bone links, there was a clear indication that there was an effect

of hardware and how the hardware performs.

on the performance compared to a network with links that had all the same amount of latency.

This final step would also bring to light any additional issues or areas of study that would be needed to be addressed in

Acknowledgements

order to bring MPLS to the customer premise. This work was enacted and completed in colaboration with Re-

Future Work and study

natto Gonzales of Tecsup in Lima, Peru.

While NS-2 provided a great platform to test from, there is

REFERENCEs

still a difference between simulation and physical implementation. Such important difference between a simulated envi-

[1] Bertrand, G. Tutorial for the simulation of MPLS networks

ronment and a hardware environment would be the physical

with the Network Simulator (NS). Gilles Bertrand - PhD

router configuration and hardware selection. MPLS requires

candidate - TELECOM Bretagne. [Online] [Cited: Nov-

an IGP router protocol to build the Label Switch Path (LSP) to

ember 12, 2008.] http://www.rennes.telecom-bretagne.

switch packets between nodes within the MPLS cloud. If this

eu/~gbertran/pages/tutorials_ns.html#sujet1.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 93

11/26/09 11:24:32 AM

HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An Analysis of MPLS Performance in Layered & Hierarchical Network Architectures”

[2] Malek, J. (2005). Trace graph 2.05 help.. [3] Subramanian, S. Independent study report - Study of Traffic Engineering Algrothms and Framework. [Online] September 9, 2002. [Cited: November 12, 2008.] http:// www.ee.unlv.edu/~venkim/opnet/IndependentStudy. pdf [4] Greis, M. Tutorial for the Network Simulator “ns”. Marc Greis’ Tutorial for the UCB/LBNL/VINT Network Simulator “ns”. [Online] December 02, 2000. [Cited: November 12, 2008.] http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/index. html. [5] Ahn, G, and Chun, W. Design and Implementation of MPLS Network Simulator(MNS). MNS_v2.0_arch. [Online] October 17, 2000. [Cited: November 30, 2008.] http:// heim.ifi.uio.no/~johanmp/mpls/MNS_v2.0_arch.pdf.

ACERCA DEl AUTOR Raymond Hansen is an Assistant Professor of Computer and Information Systems Technology at Purdue University in West Lafayette, Indiana. Professor Hansen’s primery areas of

interest are network engineering, wired & wireless network systems administration, enterprise network management, and wired & wireless network security. Professor Hansen’s teaching interests include wired and wireless network design, engineering, administration, and management along with security of enterprise networks. Dave Hedge is a recent graduate of the internationally recognized Computer & Information Technology program at Purdue University. He received his degree with a specialization in Network Engineering Techonology and focused on infrastucture operations and management. Dav e is now using those operations and management skills for his employer, ExxonMobile Corporation in Houston, Texas.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 94

11/26/09 11:24:32 AM

Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación Discontinuous biodigesters construction and their behavior analysis under different operation conditions Giancarlo Obando

Resumen

Abstract

Los desechos orgánicos, producto de procesos industriales,

The organic wastes product, industrial and agroindustrial pro-

agroindustriales o comerciales, constituyen hoy en día un

cesses, constitute a serious problem that contributes to Global

grave problema que libera gases de efecto invernadero al

Warming, encompassing on the environments’s health inhabi-

medio ambiente, repercutiendo sobre su salud y la de la vida

tants, compromising the future of new generations.

terrestre. As part of the treatments known, the biological methods are Como parte de los tratamientos conocidos, los métodos bio-

gaining acceptance since it allows to degrade the organic mat-

lógicos van ganando aceptación desde que permite degra-

ter with the consequent obtaining of a renewable fuel; the bio-

dar la materia orgánica con la consecuente obtención de un

gás.

producto con alto poder combustible: el biogás. The development of anaerobic digestion technology to cover El desarrollo de la tecnología de digestión anaeróbica para

the needs of small and medium scale regional farmers is attrac-

cubrir las necesidades de agricultores de pequeño y medio

tive to the research field.

porte en la región, se constituye como atractivo para el campo de la investigación.

Therefore, in this environment 3 biodigestors were built to assess the influence of heating and mixing process. In addition

En ese entorno, se construyeron 3 biodigestores para evaluar

was built a biogás quantification system (floating type).

la influencia de factores como la temperatura y la agitación sobre la fermentación anaeróbica. Además, se construyó un

It was determinated that both the temperature and the agita-

sistema de cuantificación de biogás tipo campana flotante.

tion influence on the anaerobic fermentation behavior, therefore reducing the production time of biogás.

Se determinó que tanto la temperatura como la agitación influencian en el comportamiento de la fermentación anae-

Likewise, under Arequipa´s climatic conditions a heating and

róbica de la materia orgánica, acortando el tiempo de pro-

mixing systems is not required; the anaerobic digestion just re-

ducción de biogás.

quires more time to set the levels of daily biogás production.

Finalmente, se determinó que para las condiciones climáticas

palabras claves

de la ciudad de Arequipa, un biodigestor puede prescindir del sistema de agitación y calentamiento. El proceso demandaría

Biodigestión termofílica, valorización de residuos orgánicos,

un mayor tiempo para establecer los niveles de producción

cuantificación de biogás, biodigestor.

diaria de biogás.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 95

11/26/09 11:24:32 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

Key words

de acidogénesis y metanogénesis, mientras va ocurriendo la producción de metano y dióxido de carbono, principal-

Organic residues valorization, thermophilic digestion, diges-

mente. Como resultado se obtiene biogás y efluente (Biol

ter, biogás quantification.

y Biosol) con características fertilizantes, ambos productos estables [4].

INTRODUCCIÓN El biogás, dado su alto contenido de metano (60 a 75 %), tieEl crecimiento económico se encuentra estrechamente rela-

ne propiedades combustibles y el efluente es considerado

cionado con el consumo de energía y el incremento de los

como un potencial mejorador de suelos, dado su alto conte-

niveles de emisiones nocivas al medio ambiente. Esa relación

nido de nutrientes estabilizados.

es directamente proporcional y la sustenta el consumo de combustibles fósiles.

Para asegurar una producción continua de biogás es necesario alimentar diariamente con sustrato orgánico, de prefe-

La energía renovable ha sido aprovechada desde siglos pa-

rencia molido (trozado o destrozado) y en forma líquida, con

sados en la diversificación de la matriz energética de algunos

el menor contacto posible con el ambiente.

países; sin embargo la aparición del petróleo truncó la consolidación de esta tecnología, pero desde la década del 90, la

Para Werner, Stohr y Hees (1989) un biodigestor de 10 m³,

comunidad científica ha retomado el desarrollo de tecnolo-

alimentado con el estiércol de 5 cabezas de ganado o 12 cer-

gía basada en fuentes de energía renovable como la bioma-

dos, produce, aproximadamente, 2 m3 de biogás y 100 litros

sa, la energía solar y la eólica; siendo competitivos conforme

de biofertilizante por día. Ese biogás es suficiente para que

se incremente el precio del petróleo o se agoten sus reservas

una familia de 6 a 8 integrantes pueda cocinar sus 3 comidas

mundiales.

y operar un refrigerador todo el día así como 2 lámparas por 3 horas, u operar un generador eléctrico por 1 hora.

Desde tiempos remotos, el ser humano hizo uso de la bioma-

sa para satisfacer sus necesidades básicas de alimentación y

El estiércol animal puede ser mezclado con residuos orgáni-

confort térmico; en los últimos años, la digestión anaeróbica

cos de plantas para mantener una adecuada producción de

se ha tornado adecuada para el procesamiento de los resi-

biogás; esta mezcla no debe exceder el 10 % de Sólidos Tota-

duos orgánicos, con la posibilidad de reducir las emisiones

les. El estiércol de los rumiantes es particularmente adecua-

al medio ambiente, propias de su proceso de putrefacción,

do para iniciar la fermentación porque ya contiene bacterias

recuperar un recurso combustible renovable (biogás) y un

metanogénicas, además de una baja relación carbono/nitró-

importante fertilizante orgánico.

geno, entre 9 y 25.

Tecsup, con el objetivo de consolidar la tecnología de la di-

El excesivo contenido de amoniaco (relación C/N por debajo

gestión anaeróbica en nuestro país, viene promoviendo la in-

de 8:1) inhibe la actividad bacteriana.

vestigación mediante el Proyecto de Desarrollo y Promoción de Tecnología Basada en Fuentes de Energía Renovable en el

El estiércol de ganado presenta una menor producción de

Laboratorio de Máquinas Térmicas de TECSUP.

gas que el obtenido de pollos o cerdos, debido a que extraen gran cantidad de nutrientes del forraje y el remanente pre-

En este entorno fueron construidos 3 biodigestores con

senta alta resistencia a la fermentación anaeróbica [8].

diferentes parámetros de operación para la evaluación de las ventajas y desventajas de asumir procesos de calenta-

El bajo contenido orgánico de la orina, poco contribuye en la

miento y/o agitación en biodigestores para la ciudad de

producción global de biogás, pero mejora sustancialmente

Arequipa.

el poder fertilizante del efluente y contribuye con la dilusión del sustrato alimentado al biodigestor.

FUNDAMENTOs La cantidad y calidad del biogás esta definida por el conte-

la digestión anaeróbica

nido, en el sustrato, de sólidos totales (ST, medido en kgST/ m³) y sólidos volátiles (SV, medido en kgSV/m³). Estos valores

La digestión anaeróbica permite degradar la materia orgáni-

generalmente se expresan como porcentaje de peso (Tabla

ca en ausencia de O2 desarrollándose procesos simultáneos

1 y 2).

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 96

11/26/09 11:24:32 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

nos, tortas, mieles o forrajes, ya que el efluente puro posee una

Rango de producción de biogás (l/kgVS)

Producción promedio de biogás (l/kgVS)

Cerdo

340-550

450

Vaca

150-350

250

Gallinas

310-620

460

Caballo

200-350

250

Oveja

100-310

200

Paja de maíz

350-480

410

Paja de arroz

170-280

220

1l de agua

30-40 l

8-12

Algas

380-550

460

5 l de agua

110-140 l

30-40

~60 l/h

120-140 l

~40

10-20 l

1/2 kg de legumbres

160-190 l

~60

persona y por comida

150-300 l/d

Sustrato (estiércol)

concentración de aminoácidos esenciales similar al grano de soya [5]. Mediante quemadores de biogás se puede cocinar e iluminar, con una eficiencia de 60 a 80 % (Tabla 3). Este deberá ser calibrado para obtener el menor consumo [5]. Consumo de biogás por:

Bagazo

140-190

160

3 l de caldo

Residuos vegetales

300-400

350

1/2 kg de arroz

Aguas servidas

310-640

450

1 tortilla frita

Tabla 3. Consumo de biogás para cocina [8], [9].

La evolución de los biodigestores ha permitido, a lo largo del tiempo, utilizar materiales disponibles localmente para su

SV (%)

Peso vivo (kg)

ST (%)

Sólidos del estiércol fresco

Orina

Producción diaria de estiércol en % del peso vivo

Tiempo (min)

Estiércol

Especies

Tabla 1. Producción de biogás de varios tipos de biomasa agrícola [9].

Consumo de biogás

Ganado

4-5

135 - 800

dimientos de pequeño y medio porte, biodigestores de bajo

Búfalo

4-5

340-420

costo (bolsa de polietileno), muy utilizados en Vietnam, Colom-

Cerdo

30- 75

bia, entre otros países. Asimismo, en todos ellos puede variarse

Ovejas

1 - 1,5

30 - 100

el régimen de operación: continuo o discontinuo [2], [5]. Esto de-

Cabras

1 – 1,5

30 - 100

pende de la cantidad de materia orgánica que se tenga disponi-

Pollos

4,5

1,5 - 2

50- 80

Humano

construcción, como ladrillo, cemento, metálico o plástico. Por otro lado, la viabilidad económica ha permitido, para empren-

ble y de los usos finales que se le de a los productos [4], [3].

parámetros de influencia

Tabla 2. Producción promedio de estiércol como porcentaje del peso vivo de animales estabulados [9].

La agitación permite mejorar el contacto entre microorganismos activos del sustrato (biomasa), evitando la sedimentación

Dada la diferencia en el contenido de sólidos totales y agua

y la espuma, y mejorando la distribución de la temperatura.

de cada una de las distintas materias orgánicas usadas como sustrato, en biodigestores continuos es recomendable utilizar

Como cualquier otro proceso microbiano, el metabolismo

una proporción de 5 a 10 % y de 25 % para aquellos biodi-

incrementa con la temperatura, e influencia en el tiempo re-

gestores operados bajo el régimen discontinuo. Mayores con-

querido para completar la fermentación; esto es el Tiempo de

centraciones tienden a inhibir el metabolismo.

Retención Hidráulica [6]. Estos factores son inversamente proporcionales. Además, mayores temperaturas reducen el tiempo

El efluente del biodigestor, que pierde todo el olor caracterís-

de sobrevivencia de agentes patógenos como la salmonela.

tico del estiércol que lo originó, puede ser utilizado en el mejoramiento de suelos arcillosos y arenosos que son pobres en

Una mayor temperatura no afecta la producción total de biogás,

humus, y como medio nutritivo de los vegetales bajo cultivo

pues esta depende del tipo de biomasa utilizada. La fermenta-

hidropónico y cultivos orgánicos en invernadero o el campo.

ción anaeróbica requiere una minima temperatura de 15 °C.

El efluente puede ser utilizado también como alimento para

La fermentación anaeróbica de la materia orgánica puede esta-

animales, al mezclarlo, para mejorar su gustocidad, con gra-

blecerse en diferentes rangos (Tabla 4).

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 97

11/26/09 11:24:32 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

Rango

Mín. (°C)

Ópt. (°C)

Máx. (°C)

TRH (días)

Psicrofilico

4 a 10

15 a 18

25 a 30

Sobre

Mesofilico

15 a 20

28 a 33

35 a 45

30 a 60

Termofilico

25 a 45

50 a 60

75 a 80

10 a 16

• Biodigestor 03 (BD-03): sin sistema de calentamiento ni agitación. Denominado biodigestor estándar o control.

100

Tabla 4. Tiempo de retención hidráulica para distintos rangos de fermentación anaeróbica.

Un sistema de calentamiento se sustenta siempre que la temperatura ambiente sufra grandes variaciones por largos periodos de tiempo. En climas cálidos, los digestores funcionan sin calentamiento pero hay que aumentar el TRH. Así, Carrillo (2003) afirma que a mayores temperaturas se da una mejor producción de biogás por cada sólido volátil,

Figura 2. Disposición de los biodigestores construidos a partir de cilindros metálicos de 220 litros.

como se muestra en la Figura 1.

El BD-03 fue construido, al igual que el BD-02 y BD-01, a partir de un cilindro metálico de 220 litros en cuya parte inferior se instaló un desagüe de 2” de diámetro con válvula de PVC. La salida del biogás fue dispuesta en la parte superior, mediante una tubería y válvula de PVC de ¾”. El BD-02 fue equipado con un

agitador mecánico dispuesto de forma concéntrica en el cilindro-biodigestor. El agitador está conformado por 2 carretes plásticos aletaFigura 1. Influencia de la temperatura sobre la producción de biogás [1].

dos (3 paletas de acero galvanizado) y asegurados a lo largo de un tubo de acero SAE 1020

pROCEDIMIENTO

de 2” de diámetro (Figura 3).

Para la investigación se construyeron 3 biodigestores metálicos operados bajo el régimen discontinuo y cargados con

Figura 3. Agitador mecánico del

estiércol de ganado lechero.

BD-02 (diseño en Solid Edge v20).

Cada uno de los biodigestores presenta las siguientes particularidades (Figura 2): • Biodigestor 01 (BD-01): sistema de calentamiento indirecto por resistencia eléctrica y sistema de agitación por bomba centrífuga. • Biodigestor 02 (BD-02): sistema de agitación mecánica central, de operación manual y periódica.

En el BD-01 se montó un intercambiador de calor (IC) de tubo de acero Schedule 40 de 2” de diámetro dispuesto y soldado de forma concéntrica con el cilindro de 55 galones (Figura 4). El IC se encuentra inundado de agua que es calentada por una resistencia eléctrica de 4500 vatios, colocada en la parte inferior del mismo. En el otro extremo se instaló una válvula de alivio y otra para reposición del nivel de agua. Una bomba centrífuga trifásica de 60 LPM recircula la materia orgánica, desde la parte

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 98

11/26/09 11:24:33 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

inferior a la superior del cilindro, generando la homogeneiza-

La fermentación de la materia orgánica en ausencia de oxi-

ción de la mezcla (estiércol y agua) y promoviendo un mejor

geno, ocurrida al interior del biodigestor (BD), recipiente her-

intercambio de calor con el agua caliente.

mético, puede generar elevadas presiones que sobrepasen la resistencia mecánica del mismo, por lo que fueron instalados

Además, para accionar simultáneamente la resistencia eléc-

manómetros verticales de nivel de agua (manguera transpa-

trica y la bomba centrífuga se instaló un controlador electró-

rente de 5/8) que cumplen las veces de válvula de seguridad.

nico de temperatura (EKC-101).

Una presión por encima de 20 kPa (2000 mmHg) ocasionaría el vaciado gradual del manómetro, controlando así la presión interna del BD (Figura 6).

Figura 4. Diseño del sistema de calentamiento y agitación del BD-03 (software Solid Edge v20)

Para cuantificar el biogás producido en cada biodigestor, se construyó un medidor común de campana flotante, consistente en 2 cilindros (105 y 220 l) dispuestos de forma invertida uno dentro del otro (Figura 5). El biogás se almacena entre los cilindros y un sello de agua

hermetiza el sistema (bajo el Principio de Arquímedes). Con el ingreso de biogás, la campana superior se desplaza verticalmente y esa presión de almacenamiento puede variarse con

Figura 6. Manómetros de nivel de agua (sistema de seguridad)

el incremento de peso sobre la campana. Fabricados los biodigestores, fueron sometidos a pruebas de hermeticidad con aire comprimido y agua. Posteriormente se cargaron con una mezcla de agua y estiércol fresco de vacas lecheras estabuladas (3,3 kgSV), utilizándose una proporción agua/estiércol de 4:1, recomendada para biodigestores operados en régimen discontinuo (25% de ST). Consecuentemente, cada biodigestor fue cargado con 180 kg de mezcla (80 % de la capacidad total) (Figura 7). Se establecieron los parámetros de operación de los BD´s, programando una temperatura de trabajo de 40 °C para el BD-01 con una variación de 1 °C y una frecuencia de agitación de 3 veces al día (8 am, 12 am y 4 pm), durante 1 minuto, para el BD-02. Figura 5. Medidor de gas tipo campana flotante Diseño en Solid Edge v20)

Finalmente, las propiedades combustibles del biogás se comprobaron mediante su combustión.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 99

11/26/09 11:24:33 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

Estiércol

Agua

(36 kg x 3)

(108 kg x 4)

El BD-01, que fuera operado en el rango termofilico mínimo (entre 25 y 45 °C), prácticamente inició su producción al día siguiente de haber sido cerrado, siendo registrados 9,5 litros al sexto día de operación.

Mezcla - biomasa (540 kg)

En la Figura 8 se puede apreciar una menor pendiente en la producción de biogás, permitiendo una reducción en el tiempo

BD-01

BD-02

(180 kg)

BD-01

(180 kg)

de retención hidráulica (TRH) del BD-02 y BD-03.

(180 kg)

Pasados los 40 días, se registró una producción de aproximadamente 40 litros de biogás por día en el BD-02 y BD-03, indicanMedición de biogás (Tipo campana flotante)

do que a pesar de haberse reducido el TRH en el BD-02, dada la “agitación”, el BD-03 alcanzó la misma producción por día.

Almacenamiento

Utilización del biogás

(cámaras de caucho y polietileno)

(Verificación del poder combustible)

El funcionamiento errático, dado el corte de suministro eléctrico, del BD-01 mantuvo la producción de biogás con una fluctuación de temperatura entre los 17 y 35 °C.

Combustión directa (cocina adaptada)

En el día 22 se registró una falla en el suministro de agua de Generación de electricidad (Generador eléctrico 1200 w)

reposición del intercambiador de calor del BD-01, lo que porvocó el sobrecalentamiento de la resistencia eléctrica y posterior corto circuito. Esto generó el desbalance prolongado (2 días)

Figura 7. Diagrama de flujo del proceso de digestión anaeróbica implementado para la investigación.

100

en el metabolismo de las bacterias; cayendo abruptamente la producción de biogás, no siendo posible su recuperación.

REsUlTADOs

El biogás producido en la primera semana no presentaba ade-

Inicialmente el análisis de los resultados se centró en los pri-

que no fuera evacuado al inicio de las mediciones, correspon-

meros 21 días, debido a que se registraron fallas en la opera-

diente al volumen de almacenamiento de cada BD (20 % del

ción del BD-01 por fallas esporádicas en el suministro eléctri-

volumen total) y del medidor común de biogás.

cuados índices de inflamabilidad debido a la presencia de aire

co de la instalación. Dados los resultados obtenidos en la experimentación preliDe los resultados, mostrados en la Figura 8, se aprecia la va-

minar, se procedió a modificar el sistema de calentamiento del

riación en la producción al modificar los parámetros de ope-

BD-01 e independizar la cuantificación del biogás, haciendo un

ración.

medidor de campana flotante para cada biodigestor (Figura 9). Asimismo, se modificó la mezcla estiércol-agua, utilizándose

Producción de biogás (litros)

Producción diaria de biogás 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

30 litros del efluente del BD-03 y 150 litros de mezcla con una proporción de 4 partes de agua por cada parte de estiércol de vacas lecheras (3,3 kgSV). Con las modificaciones se disminuyó el tiempo de calentamiento del BD-01, debido a que la transferencia de calor mejoró.

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Días

BD-01

BD-03

BD-02

Iniciado el nuevo proceso, se pudo verificar que el BD-03 inició la producción mucho antes que los otros dos. Lo que indica que las bacterias estabilizadas sin agitación ni calentamiento, del proceso anterior, consiguen promover una mayor producción

Figura 8. Comparación de la producción de biogás de los biodigestores.

por tenerse las mismas condiciones de operación. Al cabo del 4o día la producción de los 3 era evidente, y de aproximadamente 10 litros por día.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 100

11/26/09 11:24:33 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

• Para las condiciones climáticas de la ciudad de Arequipa (alta radiación solar) no se justifica un proceso de calentamiento, puesto que una vez estabilizada la actividad bacteriana, al cabo de 50 días de retención hidráulica, la producción se vuelve estable. • La homogeneización de la mezcla por agitación mecánica y manual se muestra como la más indicada cuando se requiere reducir el tiempo de retención hidráulica del biodigestor. • Se comprobó que, a pesar de ser reducido el TRH con la implementación de un sistema de calentamiento y/o agiFigura 9. Planta de biogás modificada. Intercambiador de calor del BD-

tación, la cantidad de biogás producida solo depende de la

01 y medidores de campana flotante independientes (Solid Edge 20)

calidad de la materia orgánica confinada en el biodigestor.

CONClUsIONEs

• Las modificaciones hechas sobre los biodigestores permitirán mejorar la precisión en la cuantificación del biogás.

• El incremento de la temperatura, conjuntamente con la

Próximos trabajos serán implementados para mostrar la

agitación, se mostraron como apropiadas en la reducción

especialización en el desarrollo de la tecnología de la di-

del tiempo de retención hidráulica.

gestión anaeróbica.

• Si el proceso de calentamiento es interrumpido abrupta-

REFERENCIAs

mente por un largo tiempo, la fermentación anaeróbica cesa y cae la producción de biogás.

[1] CARRILLO L. (2003). “Microbiología Agrícola”. Recuperado el 20 de febrero del 2009: http://www.unsa.edu.ar/matbib/

• La agitación por bomba genera espuma que llega a so-

101

micragri/micagricap5.pdf

brepasar la capacidad de almacenamiento del propio biodigestor (20 % del volumen total), entupiendo las tu-

[2] DIAZ, Giancarlo Obando. “Análise de Sistemas para o Res-

berías de descarga del biogás, por lo que se recomienda

friamento de Leite em Fazendas Leiteiras com o Uso do

disminuir la velocidad de descarga de la bomba, incre-

Biogás Gerado em Projetos MDL, 2006”. Disertación (Maes-

mentado el diámetro de la tubería de descarga o dismi-

tria en Ingeniería Mecánica). Universidade de São Paulo,

nuyendo la velocidad de rotación de la misma.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. Orientador: Flávio Augusto Sanzovo Fiorelli.

• La agitación mecánica es adecuada técnica y económicamente para la homogeneización de la mezcla, a pesar de

[3] GUEVARA A. (1996). Fundamentos básicos para el diseño de

ser accionada manualmente. Se recomienda establecer

biodigestores anaeróbicos rurales. Centro Panamericano de

un mecanismo electromecánico que agite automática y

Ingenieria Sanitaria y Ciencias del Ambiente. División de

periódicamente la mezcla.

salud y ambiente.

• La doble función de los manómetros de nivel de agua se

[4] PEDRAZA G, et al. (2002). “Evaluación de los biodigestores

mostró adecuada para evaluar la presión generada en los

en geomembrana (pvc) y plástico de invernadero en clima

biodigestores: la opción de válvula de alivio lo torna más

medio para el tratamiento de aguas residuales de origen

interesante siempre que el objetivo sea producir biogás a

porcino”. Livestock Research for Rural Development 14 (1)

baja presión (< 20kPa).

2002.

• La radiación solar del local permitió una mejor respuesta

[5] PRESTON T.R. RODRíGUEZ, L. (2002). “Low-cost biodigesters

en la producción de calor; la que fuera potencializada con

as the epicenter of ecological farming systems”. Procee-

el pintado de negro de los biodigestores. La caída de 10 a

dings Biodigester Workshop March 2002. Recuperado el 5

12 °C en el día no representó un problema en la produc-

de mayo del 2006: http://www.mekarn.org/procbiod/con-

ción.

tents.htm

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 101

11/26/09 11:24:34 AM

OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”

[6] RODRIGUES L. y BARBOZA A. “Influencia da temperatura no desempenho de biodigestores com esterco bovino”. Recuperado El 20 de junio del 2008: www.agriambi.com. br/revista/v2n1/097.pdf [7] SABANDO F. y GARRIDO M. (2006). Estabilización de mezclas de lodos de pisciculturas y estiércol de vacuno por medio de co-digestión anaeróbica. [8] VERáSTEGUI J, Matero M. (1979). “Producción de biogás a partir de desechos orgánicos: estudio de casos de manejo ambiental”. Lima, 1979. Recuperado el 2 de agosto del 2005: http://www.oas.org/usde/publications/unit/ oea27s/begin.htm#Contents [9] WERNER U, et. al. (1989).“Biogás plants in animal husbrandy”. Recuperado el 12 de marzo del 2008: http://www. fastonline.org/CD3WD_40/JF/JF_OTHER/BIG/GTZ-%20 Biogás%20Plants%20-%201989.PDF

ACERCA DEl AUTOR Giancarlo Obando es Ingeniero Mecánico, Magíster en Ingeniería Mecánica con especialidad en Mecánica de los Fluidos. Se ha desempeñado

102

como asesor en temas relacionados con la producción y uso de biogás. Actualmente se desempeña como docente en el área de Mecánica de Tecsup, sede Arequipa, donde dirige el programa piloto de Desarrollo y Promoción de Tecnología Basada en Fuentes de Energía Renovable.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 102

11/26/09 11:24:34 AM

Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control, utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto Distance training in automation and control technologies using virtual laboratories with remote access Henry Gómez

Resumen

requiere de un computador con conexión a Internet para poder acceder en forma remota a los laboratorios de Tecsup y así

En minería como en cualquier otra actividad económica, la generación del valor agregado depende de los recursos naturales disponibles, la infraestructura del sistema productivo y

disponer de todo su equipamiento.

Abstract

de la competitividad del recurso humano. La competitividad del personal de planta esta estrechamente vinculada a las ha-

In mining, as in any other economical activity, the generation of

bilidades técnicas que puedan exhibir en la gestión eficiente

added value depends on available natural resources, infrastruc-

del sistema de producción. Esto se torna particularmente crí-

ture of production system and human resource competitive-

tico cuando se dan condiciones favorables para el crecimien-

ness. The competitiveness of plant personnel is in close relation

to, se ponen en marcha planes de modernización o amplia-

to the technical skills that can be used for the efficient mana-

ción de la capacidad instalada, se tienen nuevas tecnologías

gement of the production system. This is stressful when there

de producción, pero no se cuenta con el personal capacitado

are favorable conditions for growth. Starting modernization or

para operar y mantener estos sistemas.

expansion plans, there are new technologies but there are not

103

trained people to operate and maintain these systems. La solución a esta problemática es la implementación de planes de reconversión o programas de capacitación del personal clave que pueda asumir el reto de operar y mantener las nuevas tecnologías. Esta opción implica asignar recursos al entrenamiento, reservar tiempo para la capacitación y desarrollar toda la logística necesaria para facilitar el desplazamiento del personal a los centros de entrenamiento. En éste trabajo, exploramos una solución innovadora a esta problemática, haciendo uso de las modernas Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC); se implementa una modalidad de entrenamiento virtual con acceso remoto a laboratorios de experimentación. Esta modalidad, a diferencia de los clásicos sistemas e-learning, no solo brinda la información teórica necesaria, sino que también la fortalece mediante la experimentación y la prueba de equipos y sistemas como suele hacerse en programas de entrenamiento presencial. Esto hace posible el desarrollo de algunas habilidades técnicas y competencias que solo se pueden lograr mediante la interacción del personal con las nuevas tecnologías. Solo se

The solution to this problem is the implementation of retraining plans or training programs for the key people, who can take on the challenge to operate and maintain these new technologies. This option implies the assignation of resources, reserved time for the training, and the development of the logistics to make the movement of people to the training centers easier. In this paper, we explore an innovative solution to this problem, using modern information and communications technologies (ICT); building a modality of virtual training with remote access to laboratories for experimentation. This modality, in comparison to classic e-learning systems, besides the theoretic information, strengthens the learning process by means of experimentation, test of equipments and systems as we do in face to face training programs. These make possible the development of some technical skills, competences that only we can achieve by means of interaction with people and new technologies. We only need a computer with internet connection from our job place to access in remote way to laboratories of Tecsup to then use the equipment.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 103

11/26/09 11:24:34 AM

GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”

palabras Claves

mulados y/o emulados. Luego, cuando ya se ha alcanzado cierto dominio del conocimiento, los estudiantes están preparados

Entrenamiento virtual, laboratorios remotos, e-learning

para desarrollar experimentos específicos con equipo e instrumentos reales. Los experimentos simulados por software de al-

Key Words

guna manera reemplazan al profesor, aquí nace el concepto del “e-teacher” [3]. Ahora, a pesar de la utilidad de los experimentos

Virtual training, remote labs, e-learning

simulados, se ha notado que los experimentos reales son más atractivos para los estudiantes que la simulación. Y estos son

INTRODUCCIÓN

aún más interesantes, cuando se hacen con las últimas tecnologías e incluyen en forma clara y explícita algunos retos para

La educación con jóvenes en la formación profesional espe-

el alumno.

cífica requiere de una metodología y un adecuado balance

104

entre los conocimientos teóricos adquiridos y el desarrollo

Los laboratorios ideales son aquellos en los cuales cada estu-

de destrezas y habilidades mediante la ejecución de tareas

diante tiene un módulo de experimentación y además no tiene

o experimentos en la práctica, esto se conoce como “Learn

restricciones de tiempo. Sin embargo las IES generalmente no

& Works Tasks” [1]. Este concepto, el de aprender haciendo

tienen los recursos necesarios para brindar estas facilidades.

(Learning by doing) o aprendizaje experimental, trae com-

La solución a esto lo constituyen los laboratorios remotos. La

plicaciones ya que obliga a que los Centro de Formación

Internet ha hecho posible una nueva clase de laboratorios, los

Profesional (CFP) o Instituciones de Educación Superior (IES)

laboratorios remotos interactivos con experimentos reales que

proporcionen la infraestructura y el equipamiento necesario

cuentan con dispositivos de medición, transductores y demás

para dotar de estas capacidades a sus alumnos.

objetos necesarios para una investigación.

David A. Kolb (1994), el mayor exponente del aprendizaje ex-

El presente trabajo tiene por objetivo demostrar que la capa-

perimental, propuso un modelo de cuatro etapas para repre-

citación y entrenamiento en tecnologías de automatización y

sentar el proceso de aprendizaje. El proceso empieza con una

control en la modalidad a distancia, es una alternativa viable

experiencia concreta, seguido por una observación reflexiva.

para las poblaciones de jóvenes y adultos que se encuentran

La reflexión luego se asimila como una teoría mediante la

alejadas de los centros de entrenamiento especializado. Esto

conceptualización abstracta para finalmente probar una hi-

es posible, gracias a la utilización de los llamados laboratorios

pótesis nueva o reformulada en una nueva situación [2].

virtuales de acceso remoto o simplemente Laboratorios Remotos (LR), los cuales permiten la realización de experiencias de

El proceso de aprendizaje es aún más complejo para los adul-

aprendizaje semejantes a las que se logran bajo la modalidad

tos, ese público que aspira reinsertarse o mantenerse en el

presencial.

mercado laboral mediante la Formación Profesional Ocupacional (FPO) y la Formación Profesional Continua (FPC), ellos

Esta modalidad, también denominada de telepresencia, utiliza

necesitan saber primero por que deben aprender algo; lue-

los recursos e infraestructura de los laboratorios reales que se

go, necesitan que se les reconozca el hecho de que pueden

utilizan en la capacitación presencial y, mediante las TIC, los po-

actuar de manera autónoma sin depender del profesor. Ade-

nen a disposición de los estudiantes de los lugares remotos.

más, la experiencia previa que tienen la utilizan para relacionarla con cada detalle del proceso de aprendizaje. Por otro lado, los adultos están motivados para aprender aquellas cosas que necesitan saber y son capaces de hacer para poder

FUNDAMENTOs Definición conceptual

aplicarlas en su vida diaria o en el trabajo. Finalmente, aunque los adultos pueden ser influenciados por motivaciones

Un laboratorio remoto es el conjunto de equipos e instrumen-

externas en el proceso de aprendizaje, la mejor motivación

tos reales que se pueden operar y controlar remotamente,

son las propias presiones internas.

utilizando una interfaz específica. Estos equipos pueden ser didácticos como los módulos de laboratorio de cualquier IES o

Considerando entonces los escenarios ya descritos y teniendo

equipos industriales reales como los que se tienen en un banco

en cuenta la necesidad de la experimentación en el proceso

de pruebas de cualquier planta industrial. Estos laboratorios re-

de aprendizaje, la moderna pedagogía en tecnología sugiere

quieren de recursos específicos de las TIC para gestionar tanto

que los estudiantes deben iniciarse en la experimentación

el acceso a los usuarios del sistema como a los equipos integra-

mediante objetos simulados e instrumentos de medición si-

dos en dichos sistemas [4].

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 104

11/26/09 11:24:34 AM

GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”

Estado del arte

Experimentos tipo batch o por lotes:

La idea de utilizar en forma remota los equipos de un labo-

En este tipo de experiencias, el estudiante especifica todos los

ratorio de experimentación con fines educativos, se remonta

parámetros que gobiernan la ejecución de un experimento an-

a principios de los noventa. En el trabajo de Aburdene et al.

tes que empiece el mismo. La sesión de laboratorio consiste en

[5], se propone un esquema básico de acceso remoto a los

enviar un protocolo de prueba con toda la información nece-

equipos de un laboratorio y como compartirlo con otras IES.

saria para el experimento, ejecutar el experimento y luego ad-

El artículo de Aktan y Bohus [6] se considera como el primer

quirir la información para analizar los resultados. Normalmente,

trabajo importante que se enfoca en la enseñanza del control

este tipo de experimentos se ejecuta de manera rápida y no

automático a través de Internet y, desde entonces, se han lle-

requiere de reservación de sesiones.

vado a la práctica varias implementaciones reales. Entre estas realizaciones destacan por ejemplo el laboratorio de sistemas

Experimentos con sensores:

dinámicos del Instituto Tecnológico de Stevens, Nickerson et al. [7], y el laboratorio de control de la Universidad de Siena,

En un experimento con sensores, el estudiante usualmente no

Casini et al. [8]. Estos laboratorios ofrecen la posibilidad de

puede especificar ningún parámetro aunque sea posible se-

experimentar sobre módulos de control como el control de

leccionar los datos de un sensor en particular. En la ejecución

nivel, el control de temperatura o el control de servomoto-

del experimento se recibe la información en forma digital o en

res. Otros módulos de experimentación de acceso remoto se

gráficos de tendencias. Este tipo de interfaces, a veces, muestra

pueden encontrar en la Web del Comité Español de Automá-

herramientas para filtrar o procesar posteriormente la informa-

tica (SEA-IFAC) [9].

ción; es el caso de aquellas que permiten activar alarmas o en-

La importancia de esta herramienta pedagógica en la actualidad es tan gravitante que organismos supranacionales están destinando en la actualidad fondos para investigaciones sobre su impacto en la educación. CYBERLAB es el proyecto más significativo, por ejemplo, y ha culminado con la creación de un proveedor de servicios para la integración de laboratorios en red [10]. PEARL es otro proyecto enfocado al desarrollo de LR para investigar su impacto pedagógico y validar su desarrollo [11]. MARVEL es un proyecto de envergadura que se propone desarrollar un entorno mixto de equipos y maquinarias reales con entornos de aprendizaje virtual para dar soporte a trabajos orientados al proceso con aprendizaje cooperativo distribuido [12].

vío de notificaciones por e-mail. Los experimentos con sensores frecuentemente tienen un flujo de datos muy asimétrico. Esto puede tomar desde unos cuantos bits hasta un flujo de datos mucho mayor que puede consumir mayor ancho de banda. Algunos sensores envían la información de manera continua sin garantizar si esta llega te la información y, mediante comandos apropiados, pueden ser accesados en forma remota. Experimentos interactivos: En un experimento interactivo, el estudiante típicamente con-

El ámbito de aplicación de esta ayuda pedagógica no solo

figura una serie de parámetros inicializa el experimento y lue-

abarca las áreas de control y automatización, va más allá in-

go monitorea el desarrollo del experimento; puede cambiar

clusive; por ejemplo, para el estudio de la física y otras ramas

los parámetros de control si es necesario. Conceptualmente,

de la ciencia. Es el caso de los proyectos muy exitosos de física

un experimento interactivo puede ser concebido como una

descritos por Bodo Eckert et al. [13]. Estas experiencias cuen-

secuencia de intervalos de monitoreo y ajustes de control. En

tan con una muy buena metodología de aprendizaje a tra-

general, los intervalos de control tienen muchas de las caracte-

vés de la investigación de fenómenos que experimentamos

rísticas de los experimentos tipo batch y los intervalos de mo-

a diario. Además, proporciona suficiente material didáctico

nitoreo son como los experimentos con sensores. Los registros

para motivar al estudiante en los fenómenos de la física.

de una sesión experimental normalmente incluyen la hora en

Tipos de experimentos con laboratorios remotos Antes de especificar los detalles de los laboratorios remotos, empezaremos por distinguir los tres tipos de experimentos de laboratorio que se pueden poner en línea a través de Internet:

105

completa a su destino. Otros pueden almacenar temporalmen-

que sucede un evento y los datos que arrojan los sensores, así como otra forma de documentación que puede incluir imágenes o video.

REsUlTADO En la Figura 1 podemos observar los elementos básicos que conforman un laboratorio remoto. Los módulos didácticos son

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 105

11/26/09 11:24:34 AM

GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”

los que se disponen en un laboratorio convencional, pero

tudiantes. Una alternativa muy versátil para brindar estas facili-

que han sido implementados con sistemas de adquisición de

dades, entre otras, es el Skype (www.skype.com). Este software

datos, interfaces de I/O, cámaras de video y/o captadores de

ha llegado a convertirse en un estándar de facto para aplicacio-

sonido para proporcionar la información desde el laboratorio

nes de comunicación síncrona que brinda video, telefonía por

hacia el usuario, y viceversa. El servidor que cuenta con las

Internet y chat.

aplicaciones de software necesarias para gestionar los accesos de usuarios por Internet, por un lado, y por el otro facilitar las interfaces a los módulos didácticos. Finalmente, los usuarios que deben contar con una conexión a Internet y un código de acceso al servidor de aplicaciones remotas.

Figura 3. Configuración local de un relé de protección en una subestación didáctica de generación eléctrica Figura 1. Arquitectura básica de un laboratorio remoto

106

Figura 4. Configuración remota y prueba del funcionamiento de un relé de Figura 2. Componentes de un laboratorio remoto

Esta arquitectura al detalle se observa en la Figura 2. Para brindar acceso al usuario local o remoto al módulo didáctico,

protección de una subestación didáctica de generación eléctrica

Implementación de laboratorios remotos

es necesario digitalizar todas las señales de entrada y/o salida a través de los módulos transductores. Esto se logra median-

Un ejemplo de las facilidades en laboratorios remotos ya des-

te módulos de hardware con interfaces estandarizadas como

critos se observa en la Figura 3 y la Figura 4. En estas se tiene

GPIB, RS232, USB entre otras. La organización, visualización,

primero a un usuario local configurando los parámetros de fun-

procesamiento y acceso a la información se logra con los

cionamiento de un relé de protección de generación GE 60 de

módulos de software, los cuales, a través de las interfaces de

General Electric en un experimento tipo batch. Esto se hace en

usuario, permiten su interacción.

una subestación didáctica en media tensión con ayuda de un equipo probador de relés DRTS-6 de ISA en los laboratorios de

El trabajo en equipo es normalmente la metodología utili-

Sistemas de Potencia de Tecsup Arequipa. En la Figura 4 se tiene

zada en los experimentos desarrollados en laboratorios pre-

la configuración remota y prueba de funcionamiento del relé

senciales. De igual modo, en los laboratorios remotos debe

de protección de generación desde el domicilio del usuario. Se

existir un eficiente mecanismo de comunicación entre los es-

observa claramente en pantalla el panel del relé de protección

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 106

11/26/09 11:24:35 AM

GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”

y la curva de disparo de este luego de una prueba con el pro-

La red AS-I, utiliza un cable estandarizado IDC de dos hilos para

bador de relé. También se notan imágenes de ambos lados

interconectar los diferentes módulos AS-I. Estos módulos se

de la conexión por Internet, el laboratorio y el domicilio del

alimentan con 24VDC y reciben la información en modulación

usuario. Con esta aplicación se brinda acceso a un laboratorio

APM desde una estación maestra AS-I por el mismo cable IDC. El

de sistemas de potencia desde cualquier parte del mundo.

master AS-I debe ser configurado y programado con las direcciones de las estaciones esclavas y los tipos de las unidades de

Otro ejemplo de laboratorio remoto en el campo de la au-

entrada salida existentes en la red (Figura 6). La configuración

tomatización es el módulo experimental para configuración

y programación del master AS-I se hace con ayuda del software

y monitoreo de redes en protocolo Actor Sensor Interface

AS-Interface Control de Bihl + Wiedermann descargable des-

(AS-I). Este módulo permite realizar tareas de configuración,

de Internet. Este, vía conexión RS 232, se conecta a un Servidor

programación y monitoreo de un proceso secuencial de va-

Serial Anybus que es un Gateway que convierte los datos que

riables discretas en un entorno interactivo [14].

recibe por el puerto serial y los encapsula en protocolo TCP/ IP para enviarlos por una red Ethernet. Las conexiones a la red

El proceso implementado en un módulo didáctico ADIRO

Ethernet del Servidor Serial y de la cámara IP Dlink, se hacen a

(Figura 5) es un alimentador doble que consiste de dos sur-

través de un switch, de allí al servidor Web y finalmente a un

tidores por gravedad, removibles, para almacenamiento de

router que ofrece a Internet la interfaz gráfica que se muestra

cilindros o bloques con perfil cilíndrico de 50 mm de diá-

en la Figura 7.

metro de lado. Cuenta con un cilindro de doble efecto con interruptores tipo reed y válvulas de control de flujo de una vía que empuja la pieza trabajada para su retiro del surtidor. Los elementos sensores y actuadores están conectados a unidades esclavas Siemens convertidoras de protocolo AS-I de 4 entradas/4 salidas ó 2 entradas/2 salidas.

107 Figura 5. Módulo de automatización remota con red AS-I

Figura 7. Interfaz del usuario remoto del modulo de automatización con red ASI

Figura 8. Interfaz del usuario remoto de un módulo de experimentación en electrónica

Otro laboratorio con el que hemos experimentado el acceso remoto es el laboratorio de electrónica con módulos UniTrain de Lucas Nülle [15]. Este módulo brinda la posibilidad de hacer Figura 6. Arquitectura del modulo de automatización

pruebas en circuitos eléctricos-electrónicos y realizar medicio-

remota con red AS-I

nes de señales eléctricas con instrumentos virtuales como mul-

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 107

11/26/09 11:24:35 AM

GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”

tímetros, osciloscopios y graficadores. Además cuenta con

formación, el uso de estándares de comunicación, la fabricación

fuentes de tensión continua y alterna, generadores de seña-

de equipos basados en microprocesadores con puertos de co-

les analógicas y digitales todos ellos configurables desde una

municación estandarizados y software con entornos amigables

computadora local o remota. También tiene una interfaz para

son la clave de esta nueva propuesta de educación a distancia.

lectura y escritura de señales eléctricas de entrada/salida analógica y digital (Figura 8).

CONClUsIONEs

Esta implementación es muy apropiada para demostraciones

• La infraestructura y los equipos de algunas IES se podrían

reales del funcionamiento de circuitos eléctricos y electróni-

acceder a través de Internet, conformando redes de labora-

cos básicos, es capaz de ser analizado desde un acceso remo-

torios remotos que facilitarían el entrenamiento en lugares

to, pero en una conexión punto a punto utilizando el proto-

alejados, como por ejemplo centros mineros o comunida-

colo Virtual Networking Compute (VNC) [16]. Este protocolo

des aledañas a estos.

de acceso remoto a interfaces gráficas de usuario trabaja al nivel del buffer de tramas y se aplica a todos los sistemas

• Las dinámicas de trabajo en grupo que requieren una co-

operativos y aplicaciones. El protocolo opera con cualquier

municación fluida entre sus integrantes, se ve resuelta con

medio de transporte disponible, tal como TCP/IP. Uno de los

soluciones de mensajería instantánea, telefonía o video

extremos de la conexión con el cual el usuario interactúa

que se implementan en los laboratorios remotos.

(que es un display y/o un dispositivo de entrada/salida) se llama Cliente VNC o Viewer. El otro extremo donde cambia

• El uso de equipos que utilicen entradas y salidas genéricas

el buffer de tramas origen (que es el sistema Windows y sus

o estándares ha facilitado la implementación de módulos

aplicaciones) se conoce como el Servidor VNC.

didácticos para acceso remoto. Adicionalmente, se requiere de un sistema de gestión de reservas y del uso de los módu-

DIsCUsIÓN

los didácticos empleados en los laboratorios remotos para facilitar el acceso a los estudiantes en forma permanente.

Sin lugar a dudas, Internet es una herramienta poderosa que nos comunica de manera inmediata y brinda acceso a

108

REFERENCIAs

todo tipo de fuentes de información. Con esta tecnología, las distancias no interesan, puesto que la información esta a un

[1]

WILHELM, Bruns et al. (2002). Final Report: Distributed Real

clic del que la necesita. Esto ha permitido la implementación

and Virtual Learning Environments for Mechatronics and

de sistemas de educación a distancia mediante las técnicas

Teleservice (DERIVE). European IST Research and Develop-

del e-learning. Sin embargo, cuando de entrenamiento o

ment Project.

capacitación especializada se trata, no es suficiente tener la información disponible mediante los cursos virtuales. Sino

[2]

MULLER, Dieter. (2005). MARVEL- Mechatronics Training in

que, además, se debe brindar al estudiante la posibilidad de

real and Virtual Environments. Concepts, Practices, and Re-

desarrollar destrezas y habilidades mediante la interacción

comnedations. Bremen.

con equipos y sistemas como los que se encuentran en un laboratorio real de experimentación.

[3]

Marozas, V. Jurkonis, R. Lukosevicius, A. Development of virtual and Remote Lab Experimentation System for

En un entrenamiento en tecnologías de automatización y

Electronic Engineering. Biomedical Engineering Institute,

control, se tiene inherente la necesidad de la interacción del

Kaunas University of Technology, Lithuania.

estudiante con equipos e instrumentos de uso industrial, disponibles solo en laboratorios especializados y de uso res-

[4] ALIANE, Noudine; FERNANDEZ, Javier; MARTINES, Aída y

tringido por limitaciones de tiempo y capacidad de atención.

ORTIZ, Jaime. (2007). Un Laboratorio de Ingeniería de Con-

Este equipamiento, debidamente preparado y con acceso

trol Basado en Internet. Universidad Europea de Madrid.

desde Internet, constituyen los laboratorios virtuales de ac-

Información Tecnológica Vol 18(6), 19-26.

ceso remoto que acercan al estudiante al centro de entrenamiento.

[5]

ABURDENE, M.F; MASTASCUSA, E.J. y MASSENGALE, R. (1991). “A proposal for a remotely shared control systems

El acceso remoto a equipos e instalaciones de un laboratorio

laboratory”. Proceedings of the ASEE, Frontiers in Educa-

real, hoy en día son posibles gracias a las tecnologías de la

tion Conference, 589-592, USA-Lafayette.

información y de comunicaciones. La digitalización de la in-

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 108

11/26/09 11:24:35 AM

GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”

[6]

AKTAN, B. y BOHUS, C.A.. (1996). Distance Learning

ACERCA DEl AUTOR

Applied to Control Engineering Laboratories. IEEE Transactions on Education, 39(3), 320-326.

Henry Gómez Urquizo es ingeniero electrónico, egresado de la Maestría en

[7]

NICKERSON, J.V., CORTER, J.E. y ESCHE, S.K. (2007). A mo-

Ciencias con mención en Automatiza-

del for evaluating the effectiveness of remote engineering

ción e Instrumentación y con estudios

laboratories and simulations in education. Computers &

de Doctorado en Ingeniería de Produc-

Education, 49(3), 708-725

ción. Realizó cursos de especialización en Electrónica de Potencia en Colom-

[8]

CASINI, M.; PRATTICHIZZO, D. y VICINO, A. (2004).”The

bia, Automatización Industrial, Redes y

Automatic Control Telelab: A Web-based Tecnology for

Protocolos de Comunicación Industrial

Distance Learning”. IEEE Control Systems Magazine, 24(3),

en Alemania.

36-44. Actualmente es Jefe del Departamento de Electrotecnia de [9]

CEA-IFAC: “Recopilación de laboratorios virtuales y/o

Tecsup Arequipa.

remotos”. Recuperado de http://www.cea-ifac.es/wwwgrupos/educontrol/enl-labs.html. [10] CYBERLAB:“Proveedor de servicios de experimentación remota”. Recuperado el 20 de abril de 2009 de: http:// www.cyberlab.org. [11] COOPER, M. (2003). Proyecto PEARL. Colección de artículos relacionados con los laboratorios remotos. Recuperado el 20 de marzo de 2009 de: http://iet.open.ac.uk/ pearl/publications/index.htm.

109 [12] MüLLER, D. y FERREIRA, J.M. (2005). “Online labs and the MARVEL experience. International Journal of Online Engineering”. Recuperado el 15 enero de 2009 de: http://www.i-joe.org/ojs/include/getdoc.php?id=41& article=4&mode=pdf. [13] ECKERT, B.; GRöBER, S. y JODL, H. (2009). Distance Education in Physics via Internet. Department of Physics, University of Technology Kaiserlautern, Germany. Submitted to American Journal of Distance Education. [14] SAIRE, A. y Gómez, H. (2008). “Plataforma de aprendizaje a distancia en Automatización Industrial empleando laboratorios remotos”. Investigación Aplicada e Innovación I+i; 2 (2). [15] Lucas Nuelle Training System. “Multimedia Desktop Lab para electrotecnia y electrónica”. Recuperado el 24 abril de 2009 de: http:// www.lucas-nuelle.com [16] Tristan, R. Quentin S-F. Kenneth, R. Hooper, W. and H. (1998). Virtual Network Computing IEEE Internet Computing; 2 (1).

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 109

11/26/09 11:24:35 AM

Asignación de pérdidas de potencia complejas usando seguimiento de flujo de potencia Allocation of complex power losses Using power Flow Tracing Yuri p. Molina

Resumen

Key words

En este artículo se presenta un método basado en el segui-

Electric losses, proportional sharing, cross effect, losses alloca-

miento de los flujos de potencia activa y reactiva para asignar

tion, flow tracing.

las pérdidas complejas entre los generadores y cargas. Se utiliza el método de la división proporcional para realizar el se-

INTRODUCCIÓN

guimiento de los flujos, considerando el efecto cruzado de los

110

flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas complejas.

La reestructuración del sector eléctrico consiste básicamente

Basándose en esta premisa, se determina la participación in-

en la separación de los servicios de electricidad, el acceso abier-

dividual de todos los generadores y cargas en las pérdidas

to a la red de transmisión y la apertura de mercados de energía

del sistema; inclusive si hay más de un generador o carga en

eléctrica. La separación de los servicios de electricidad se refie-

la misma barra. Los resultados muestran que la asignación

re a la asignación de las distintas funciones de la industria eléc-

para generadores y cargas individuales es más ventajosa, ya

trica para las diversas entidades corporativas (concesionarias).

que es capaz de reflejar mejor la influencia de cada agente en

Es decir, la separación del sector eléctrico en concesionarias de

las pérdidas del sistema. Por último, el método propuesto se

generación, transmisión y distribución, que pasaron a ser trata-

compara con otros métodos disponibles en la literatura, utili-

dos como negocios diferentes y administrados por empresas

zando un sistema de prueba de 5 barras.

distintas. El aspecto clave fue la introducción de la competencia

Abstract

en el sector eléctrico, a fin de reducir los precios de la energía para los consumidores. Debido a esto, se torna mucho más importante determinar la responsabilidad de los agentes del

This article presents a method based on flow tracing of active

sistema (generadores y cargas) en los servicios prestados o re-

and reactive power to allocate complex losses among gene-

queridos por ellos. En esta nueva estructura de mercado, debi-

rators and loads. It uses the proportional sharing principle to

do a la pluralidad de propietarios en la generación, transmisión

carry out the flow tracing, considering the cross effect of acti-

y distribución, la tarea de asignar las pérdidas del sistema de

ve and reactive power flows in complex losses. Based on this

transmisión entre los agentes (generadores y cargas) es un reto,

premise, the individual participation of all generation or load

y se torna aún más complicado debido a las características de la

at the same bus is determined, even if there is more than one

no-linealidad y la no-separabilidad de las pérdidas.

generator or load at the same bus. The results show that the allocation for individual generators and loads is more advan-

Existen varios métodos propuestos para resolver este proble-

tageous, since it can better reflect the influence of each agent

ma, sin embargo, las premisas elegidas para cada uno de ellos

in system losses. Finally, the proposed method is compared to

determinan sus ventajas y desventajas. En seguida se presenta

other methods available in the literature, using a 5-bus test

una breve descripción de los métodos más conocidos en la li-

system.

teratura.

palabras claves

El método de Pro Rata presentado en [1]-[2] es uno de los más clásicos. Este método es conocido por su sencillez en la com-

Pérdidas eléctricas, división proporcional, efecto cruzado,

prensión y aplicación. Se caracteriza por asignar las pérdidas

Asignación de Pérdidas, seguimiento de flujos.

eléctricas en proporción a la potencia de cada generador o de cada carga.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 110

11/26/09 11:24:35 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

En [3]-[4] se proponen métodos basados en el seguimiento

tienen una influencia sobre las pérdidas activas, así como la po-

de los flujos para asignar las pérdidas del sistema. En gene-

tencia activa tiene un efecto sobre las pérdidas reactiva. Esta

ral, este metodo utiliza los resultados de un flujo de potencia

consideración sigue la misma línea descrita en [10]. Esta altera-

conjuntamente con el principio de la división proporcional

ción promueve una mejora en el desempeño del método en la

(PS). Los métodos propuestos de asignación de pérdidas ba-

medida que la consideración del efecto cruzado refleja mejor el

sados en el PS se han desarrollado teniendo en cuenta la to-

comportamiento real de un sistema de potencia.

pología de la red, de forma similar al problema del transporte, donde la asignación de las pérdidas se basa en la distribución

iii) El tratamiento independiente de generación y carga en la

de los flujos en la red.

misma barra se extiende para un conjunto de generadores y cargas situado en la misma barra, es decir, un tratamiento in-

Los métodos basados en teoría de circuitos se presentan en

dividual para cada generador (carga) en lugar de considerar la

[5]-[6]. El uso de las leyes básicas de circuitos eléctricos, los

suma de las generaciones (cargas), como se hace en la mayoría

torna interesantes en términos de simplicidad de la com-

de los artículos. Esta modificación amplía la consideración del

prensión y aplicación.

efecto cruzado, porque si existe una influencia cruzada de los

Los métodos basados en teoría de los juegos también han sido utilizados, debido al hecho de que todos los participantes comparten el mismo sistema de transmisión de electricidad. Siendo así, todos pueden cooperar con la intención de lograr los mejores beneficios posibles. Por lo tanto, es posible definir el problema de asignación de pérdidas como un juego cooperativo [7]. En [8]-[9] se encuentran aplicaciones de la teoría de los juegos para el problema de la asignación de pérdidas. En [10] se propone una formulación matemática para la asignación de las pérdidas complejas considerando el efecto cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas de potencia activa y reactiva. En otras palabras, el autor formula matemáticamente ecuaciones que determi-

flujos de potencia en las pérdidas complejas, ciertamente habrá diferencia en el resultado de la asignación si se hace individualmente para un generador (carga) en lugar de la asignación al conjunto de generadores (cargas). El método propuesto en este trabajo considera que tanto los generadores como las cargas son responsables por las pérdidas, coexistiendo en una especie de cooperación de beneficio mutuo, lo que implica una interrelación que los torna mutuamente indispensables (sin cargas no hay pérdidas, y sin generación tampoco), correspondiendo al binomio generador carga [13].

FUNDAMENTOs

111

El principio de la división proporcional

nan la parcela de pérdidas de una línea que corresponde a cada uno de los agentes del sistema.

Este principio tiene por objeto identificar cómo están distribuidos los flujos en la red de transmisión y asociarlos a generadores

Este trabajo presenta un método basado en el seguimiento

y cargas. El principio de la división proporcional asume que el

de los flujos de potencia activa y reactiva para asignar las pér-

nodo es un mezclador perfecto de los flujos que llegan a él, así

didas complejas entre los agentes (generadores y cargas). El

que es imposible determinar la ruta que seguirá un electrón [3].

método presentado mejora las premisas del principio de la división proporcional (PS) en tres puntos, a fin de satisfacer

La siguiente figura ilustra la idea del principio de la división pro-

algunas de sus deficiencias:

porcional:

i) Este artículo trata generación y demanda coexistentes en un barra de manera independiente en lugar de considerar la potencia líquida en la barra, como se ha hecho en la mayoría de los métodos basados en seguimiento de los flujos, como por ejemplo, en [3], [4], [11] y [12]. Esta modificación mejora el desempeño del método para examinar los efectos independientes de generadores y cargas que coexisten en una misma barra en las pérdidas de las líneas de transmisión. ii) Se toma en cuenta el efecto cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas activa y reactiva. En otras palabras, se asume que la potencia reactiva en las líneas

Figura 1. Ejemplo de la aplicación del PS

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 111

11/26/09 11:24:36 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

Usando el nodo i como referencia, vemos que hay cuatro lí-

En seguida, se realiza la suma de sus módulos y se divide entre

neas conectadas a él, dos de los cuales contienen flujos en-

dos.

trando y dos contienen flujos saliendo. El flujo total que llega al nodo i es igual a 100 MW, de los cuales 40 % son prove-

Pi− j = Pj − i =

Pi−Máx + Pi−Min j j

(1)

nientes del nodo j y 60 % del nodo k. Observe que del nodo i salen 70 MW en la dirección del nodo m. Por lo tanto, apli-

Por lo tanto, se supone que el flujo de potencia que pasa a tra-

cando el principio de la división proporcional se obtiene que

vés de la línea i – j que no corresponde a

Pi − j

sin pérdidas.

70.(60/100) = 42MW representa la contribución del flujo de la Línea k-i para la línea i-m y 70.(40/100) = 28MW representa la

Es importante destacar que la representación del sistema en

contribución del flujo de la Línea j-i para la línea i–m. Tenga

términos de flujos medios se torna incoherente con respecto a

en cuenta que las pérdidas eléctricas no se tienen en cuenta.

la ley de corrientes de Kirchhoff (LCK) y, consecuentemente, se debe alterar los valores de las generaciones y demandas a fin

El procedimiento para asignar las pérdidas utilizando el prin-

de cumplir esta ley. Sin embargo, en este trabajo se optó por

cipio de la división proporcional debe ser separado en dos

utilizar los valores de las generaciones y demandas obtenidas

etapas, asignando la mitad de las pérdidas para las cargas y

del flujo de potencia, ya que esta inconsistencia no trae signifi-

luego la otra mitad para los generadores.

cativas alteraciones en los resultados de la asignación.

pROCEDIMIENTO

El siguiente paso es calcular las contribuciones individuales de los agentes (generadores y cargas) en los flujos de las líneas

El método propuesto se divide en dos etapas. El primer paso

del sistema. El cálculo se inicia con el montaje de la matriz de

es el seguimiento de los flujos de potencia activa y reactiva

distribución del sistema que relaciona los flujos de llegan a un

a fin de determinar las contribuciones individuales de cada

barra con las potencias inyectadas en las barras de origen de

agente en los flujos de las líneas. También, determinar la can-

los flujos. El montaje de esta matriz es un proceso simple y se

tidad de potencia suministrada por un generador que efecti-

describe en los párrafos siguientes.

vamente llega en cada carga, así como la cantidad de poten-

112

cia consumida por una carga proveniente de cada generador

El flujo total que entra en la barra i puede ser calculado suman-

del sistema. El algoritmo de seguimiento de flujo propuesto

do la potencia generada en la barra y los flujos que llegan a ella

en este artículo se basa en el principio de la división propor-

a través de las líneas. Matemáticamente:

cional.

Pi = PGi +  • Pj−i

En la segunda etapa, se utilizan los resultados del seguimiento de los flujos conjuntamente con las ecuaciones propues-

(2)

j ∈α iu

Donde:

tas en [10] para asignar las pérdidas eléctricas. El método

: Flujo total que entra en la barra i;

PGi

: Potencia generada en La barra i;

50 % para cada categoría se presentó en la introducción.

Pj − i

: Flujo en la línea j – i;

A. seguimiento de los Flujos

α uj

: Conjunto de las barras que están conectadas y in-

propuesto en este trabajo considera una responsabilidad del 50% de las pérdidas totales para los generadores y 50% para las cargas y tiene en cuenta el efecto cruzado de los flujos en las pérdidas del sistema. La justificativa para la asignación de

yectan potencia en la barra i. El proceso descrito aquí se aplica para el seguimiento del flujo de potencia activa y reactiva en la dirección de generado-

La ecuación (2) puede ser modificada, considerando que:

res para las cargas. El seguimiento de los flujos en la dirección de cargas para los generadores se puede hacer de manera similar. En [3] se puede verificar en detalle los procedimien-

Pi− j = c ji Pj

⇔ c ji =

Pj − i

tos aquí descritos. Para determinar el flujo medio a lo largo de una línea, se debe conocer el flujo máximo Pi-jmáx (calculado en el origen) y el flujo mínimo Pi-j

min

(calculado en el destino) que pasa en la línea.

(3)

Por lo tanto, tenemos:

Pi = PGi + •  c ji Pj j ∈α iu

(4)

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 112

11/26/09 11:24:39 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

También se puede escribir las expresiones citadas arriba en

Posteriormente, se debe multiplicar la contribución de poten-

la forma de matriz. En primer lugar se debe reorganizar a la

cia activa del generador en la inyección de potencia nodal en

siguiente forma:

cada barra por la contribución porcentual de esa barra para el flujo en la línea y de esta manera obtener la parcela con la cual

PGi = Pi −  • c ji Pj

(5)

j ∈α iu

el generador en cuestión contribuye para el flujo de la línea. Por ejemplo, suponiendo que el generador 1 (G1) aporta 15 MW (información obtenida de(8)) para la inyección de potencia nodal

Por lo tanto, (5) puede ser escrita matricialmente:

en la barra 1 y que el 30% de la potencia líquida de esa barra

PG = DP

(6)

va a la línea 1 - 2 (información obtenida de (9)). Multiplicando estos dos valores, obtenemos la contribución de G1 para el flujo

Donde:

de la línea 1 - 2.

PG : Vector de las potencias generadas en las barras;

Después de implementar todos los pasos descritos en los párrafos anteriores, se obtienen las parcelas con las que los generadores del sistema de contribuir a las líneas de flujo. Por lo tanto

D : Matriz de distribución;

se debe comenzar el proceso de asignación de las pérdidas. P : Vector de las Inyecciones de potencia en las barras.

B. Asignación de las pérdidas

La matriz D es obtenida de acuerdo con las siguientes conObtenidas las contribuciones individuales para los flujos en las

diciones:

líneas de flujo, se debe determinar un criterio para la asigna-

, para i = j

(7)

Dij = − c ji , para j ∈ α iu 0

ción de las pérdidas a los agentes. En el PS original, se multiplica las pérdidas de la línea por la parcela de flujo debido al agente en cuestión, obteniendo así un reparto directamente propor-

, otras posiciones

cional a las contribuciones individuales de cada agente al flujo Si D −1 existe, entonces, P = PG D −1 y el elemento i del vector P se obtienen por:

total en la línea.

113 La consideración del efecto cruzado lleva a la necesidad de de-

Pi =  • Dik−1 PGk

(8)

terminar cuánto influencia la potencia activa en las pérdidas de potencia reactiva y cuánto de la potencia reactiva influencia

k =1

Donde el elemento D P representa la contribución de la

en las pérdidas de potencia reactiva. En [10], el autor propone

potencia activa del generador k en la inyección de potencia

cuantificar este efecto a través de las siguientes ecuaciones:

−1 ik Gk

nodal en la barra i.

Pi Loss =

El siguiente paso es determinar las contribuciones individuales para las líneas, es decir, se debe determinar la parcela con

( Pi PL + Qi QL ) PL2 + QL2

PLLoss

(10)

la cual cada generador contribuye para los flujos en las líneas. En primer lugar, es necesario determinar el porcentaje del flujo líquido que sale de una barra en dirección a las otras.

QiLoss =

El proceso utilizado para obtener esta información es similar

( Pi PL + Qi QL ) PL2 + QL2

QLLoss

(11)

a la observada en el montaje de la matriz de distribución. El montaje de la matriz Contij es muy simple y se reduce a la determinación del factor c ji . Por lo tanto: Donde:

Contij = c ji , para j ∈ α

u i

(9) iloss: Pérdidas activas asignadas al agente i;

Donde: Qiloss: Pérdidas reactivas asignadas al agente i;

Contij

: Matriz que relaciona los flujos que circulan entre

las barras.

Lloss: Pérdidas activas totales en la línea;

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 113

11/26/09 11:24:43 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

QLloss: Pérdidas reactivas totales en la línea;

igual a cero. Por lo tanto, de acuerdo con el PS, las pérdidas activas que se asignan a ésta barra son nulas.

i: Potencia activa en la línea debido al agente i; Qi: Potencia reactiva en la línea debido al agente i; L: Flujo de potencia activa total en la línea; QL: Flujo de potencia reactiva total en la línea. Figura 2. Sistema-ejemplo de tres barras

El uso simultáneo del algoritmo de seguimiento de flujos y las ecuaciones (10) y (11) permiten la obtención de las parcelas de las pérdidas totales en las líneas que pertenecen a cada uno de los agentes, considerando el efecto cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas activa y reactiva, ya que toda la información requerida por las ecuaciones anteriores se pueden obtener a partir del seguimiento de los flujos.

C. Modificación en el ps El proceso descrito en los dos ítems anteriores devuelve un

Figura 3. Nueva visión del sistema-ejemplo de tres barras

resultado para el caso en que se considera generaciones (de-

114

manda) equivalentes en las barras. En este trabajo se consi-

Sin embargo, si consideramos la impedancia equivalente de la

dera los generadores y las cargas que coexisten en una deter-

carga 3 sumada a la impedancia de la línea 2 - 3, verificamos que

minada barra como agentes independientes, por lo que sus

este valor es menor que la impedancia equivalente de la barra

efectos sobre las pérdidas del sistema son diferentes.

de carga 2. Procedemos a analizar esta situación a través de las leyes de circuitos eléctricos; se puede decir que el flujo de salida

1) Justificativa para el tratamiento independientemente

del generador 2 debería dividirse entre las dos impedancias co-

de generación y carga que coexisten en una misma

nectadas a la barra (similar al divisor de corriente). Por lo tanto,

barra

a pesar de ser representada por una impedancia equivalente de menos valor que la barra de carga 2, es razonable suponer que

Según una de las premisas del PS, no se puede determinar la

parte del flujo generado en 2 seguirá hasta la barra 3.

fuente y el destino de un electrón presente en un punto del sistema. Por lo tanto, aprovechando esta afirmación, es acep-

Sobre la base de las declaraciones anteriores, es necesario

table extenderla para el caso de la coexistencia de generado-

realizar el proceso de asignación teniendo en cuenta todos

res y cargas en la misma barra. Siendo así, se hace la siguiente

los generadores y cargas del sistema como participantes in-

pregunta:“Si no se puede determinar el origen o el destino de

dependientes en los flujos de las líneas. En otras palabras, es

un electrón presente en cualquier lugar del sistema, ¿cómo es

conveniente asignar las pérdidas a los agentes del sistema sin

posible afirmar que toda la potencia consumida por la carga

considerar generación (demanda) líquida en las barras.

es proveniente de un determinado generador?”. 2) Extensión del tratamiento independiente de generadoLa respuesta para esta pregunta no es obvia. Suponiendo que

res y cargas en una barra

los elementos de una barra pueden interactuar con los elementos externos a su barra, se puede explicar esa interacción

El tratamiento independiente cuando generador y carga co-

a través de un ejemplo sencillo.

existen en una barra, se puede extender al caso en que varios generadores y cargas que comparten la misma barra. La justifi-

En la Figura 2, se observa un sistema de tres barras represen-

cativa para esta extensión reside en la consideración del efecto

tado con sus generadores, sus cargas y las impedancias de las

cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdi-

líneas. Analizando específicamente la barra 2, se observa que

das complejas.

tiene una generación (demanda) líquida de potencia activa

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 114

11/26/09 11:24:44 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

Debido al efecto cruzado, se espera que los generadores y cargas con características diferentes, aunque compartan la misma barra, tengan diferentes impactos en las pérdidas del sistema. Así pues, la suma de los agentes de la misma categoría para obtener un equivalente no traduciría adecuadamente sus contribuciones individuales para las pérdidas en las líneas de transmisión. 3) Modelaje del sistema El tratamiento independiente se logra a través de un cambio en los datos de entrada (antes del seguimiento de los flujos). En primer lugar, se tiene que modelar el sistema para que todos los generadores y las cargas estén separados en barras virtuales conectadas a la barra original a través de líneas de transmisión virtuales sin pérdidas. Obviamente, cada nueva barra creada debe ser conectada a la barra en la que el generador (carga) estaba conectado originalmente. Así, la potencia líquida inyectada y enviada para las barras originales siguen siendo las mismas, sin alterar los flujos de las líneas originales del sistema. Para explicar estas afirmaciones, a continuación se muestra un ejemplo de un sistema de tres barras en su configuración original (ver Figura 4) y, en seguida, se verifica el mismo sistema después de pasar por el modelaje

Las Líneas 4-1, 5-2, 6-2, 2-7, 3-8 y 3-9 se crearon para modificar el sistema. Por estas líneas pasarán las mismas potencias activas y reactivas generadas o consumidas por los agentes conectados a las barras de origen. Por ejemplo, si el generador G1 genera 15 MW/10 MVAr, el flujo en la línea 4-1 será exactamente 15 MW/10 MVAr. Incluso con el cambio en el sistema, el algoritmo de seguimiento de flujos propuesto inicialmente es capaz de determinar la parcela con la que cada agente del sistema contribuye al flujo en las líneas nuevas y originales, y por lo tanto se puede saber cuánto contribuye cada generador para cada carga, y viceversa.

REsUlTADOs

propuesto (ver Figura 5). En esta sección, el método propuesto se compara con otros dos Figura 4 - Ejemplo - Sistema de 3 barras

métodos: El PS y el método propuesto en [4] modificado. El sistema de prueba de 5 barras presentado en [5] fue modificado

La Figura 4 muestra el diagrama unifilar de un sistema diferen-

115

de modo que existiera más de un generador o carga en algunas barras, manteniendo su valor total generado/consumido. Como el método propuesto en [4] asigna las pérdidas sólo a las cargas, este fue modificado a fin de obtener los resultados de la asignación también para los generadores. Así, en este artículo, este método será llamado Abdelkader Modificado. La siguiente figura muestra el sistema de prueba usado en este artículo:

te al habitual. Los métodos tradicionales ignoran la existencia de dos generadores en la barra 2, puesto que tales métodos asignar las pérdidas para un generador equivalente que está formado por la suma de las potencias generadas por cada uno de los dos generadores sin tener en cuenta las participaciones individuales de estos generadores en las pérdidas del sistema. Lo mismo ocurre para las dos cargas en la barra 3. La Figura 5, a su vez, consiste en una representación del sistema de la Figura 4 de acuerdo con el modelaje propuesto en este artículo: Figura 6. Sistema-prueba de cinco barras Figura 5. Ejemplo – Sistema de 3 barras modificado

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 115

11/26/09 11:24:44 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

Las Tablas 1 y 2 muestran las direcciones y magnitudes de los

Estas hipótesis hechas por estos dos métodos enmascaran la

flujos en las líneas de flujo y de las generaciones y demandas

contribución real de cada agente. El método propuesto tiene

en las barras, respectivamente:

como objetivo explicar esta participación, tornando más justa la asignación de las pérdidas.

k 1

m 2

Pkm

Qkm

Pmk

Qmk

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

113,92

17,24

-108,84

PLoss QLoss (MVAr) (MW)

-0,04

5,08

Barra

-53,66

-19,96

54,69

22,08

1,03

2,12

-17,31

12,46

17,55

-13,10

0,24

-0,64

-42,42

7,70

43,90

-3,11

1,47

4,59

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

-41,37

-2,19

42,41

5,20

1,05

3,02

-66,18

-9,71

67,53

14,10

1,34

4,39

1 2

Tabla 1. Flujos en las líneas 3

1 2 3 4 5

Tensión

Angulo

(p.u.)

(grados)

1,050

0,990 1,033 1,050 1,015

Activa (MW)

Reactiva (MVAr)

Carga

Generación

226,44

46,341

Carga

100

62,5

Generación

-10,17 -6,70

Carga

Generación

37,475

22,246

1,22

Carga

Generación

36,31

100

21,089

Carga

Generación

-4,33

4 5 Total

Barra

116

Abdelkader Modificado

17,20

Propuesto P (MW) 1

Q (MVAr) 1

Carga

0,00

Generación

3,37

10,79

3,36

10,96

3,29

10,74

0,00

Carga

4,01

9,66

4,01

10,20

2,09

1,36

6,53

4,19

Generación

0,00

Carga

0,09

0,00

0,16

0,00

0,59

1,57

Generación

0,00

4,12

0,00

2,17

0,20

0,17

0,30

0,28

Carga

0,00

0,01

0,03

Generación

1,73

0,42

1,67

2,26

0,39

1,06

1,08

2,95

Carga

1,00

5,68

1,01

5,09

0,89

0,16

2,69

0,32

Generación

0,00

Carga

5,10

15,34

5,17

15,29

3,58

1,52

10,83

4,51

Generación

5,10

15,34

5,03

15,39

3,88

1,22

12,11

3,22

Total

10,20

30,68

10,20

30,68

5,10

15,34

Tabla 3 - Resultados de la asignación para las barras

Se observa que, aunque se considere que tanto el generador como la carga presentes en una misma barra pueden interac-

Tabla 2. Datos de las generaciones y demandas en las barras

tuar con otros elementos de red de forma independiente, se verifica que la carga de la barra 1, se mantiene con asignación

A continuación, presentamos los resultados de la asignación

nula. La justificación para tal evento se encuentra en la direc-

para las barras. El carácter “-” presente en las columnas corres-

ción de los flujos presentes en las líneas conectadas a esta ba-

pondientes al método propuesto, representa la no existencia

rra. Dado que no existen líneas llevando potencia a ésta barra,

de generador o carga en las barras.

el algoritmo de seguimiento de flujo para la carga no considera la participación de esta carga en ninguna de las líneas; por lo

Los métodos PS y Abdelkader Modificado realizan la asigna-

tanto la carga en cuestión no interactúa con los elementos ex-

ción de las pérdidas para un equivalente en las barras, por lo

ternos a su barra.

que en la tabla no están separadas las asignaciones para generadores y cargas que coexisten en las barras. Cabe señalar

La asignación de la potencia reactiva a los generadores de la

también que estos dos métodos consideran que cuando el

barra de 4 muestra un hecho interesante. El método propues-

generador y carga coexisten en una barra, solo uno de los dos

to asigna mayor valor a la unidad generadora 2, aunque la po-

puede interactuar con el resto del sistema, ya que el genera-

tencia reactiva generada por este generador es mucho menor

dor suministra toda la potencia demandada por la carga, o la

que la generada por la unidad de generación 1. Esto se explica

carga consume toda la potencia generada en la barra. De esta

por la enorme diferencia entre la potencia activa generada por

manera, la tabla muestra claramente que cuando hay mayor

cada uno de ellos, donde la unidad de generación 1 produce

generación que consumo, la carga presente en aquella barra

36,01 MW en la unidad de generación de 2 produce 100 MW.

recibe una asignación nula, y cuando existe mayor consumo

Este ejemplo muestra claramente la necesidad de considerar

que generación, el generador tiene una asignación nula.

los generadores que coexisten en una barra como agentes independientes en el sistema, dado que la consideración del

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 116

11/26/09 11:24:44 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

efecto cruzado tiende a reflejar mejor la contribución de

A seguir son presentadas dos tablas, donde la primera contiene

cada agente en las pérdidas del sistema.

los datos de las generaciones y demandas en las barras y el segundo contiene los datos de las asignaciones para el sistema IEEE-30 utilizando el método propuesto

La barra 3 tiene también otro ejemplo interesante porque, aunque los dos generadores contribuyen con la misma generación de potencia activa, estos tienen asignación de pér-

Barra

didas diferentes. Una vez más, se explica este hecho a través

Carga

11,70

10,00

12,70

10,00

Generación

25,00

40,434

8,00

del efecto cruzado de los flujos en las pérdidas del sistema, 2

dado que la diferencia en la generación de potencia reactiva dará lugar a asignaciones diferentes a cada uno de los generadores.

El sistema IEEE-30 utilizado en [5] también fue modificado a

Carga

20,80

2,00

1,00

9,90

Generación

Carga

15,00

Generación

20,50

2,00

4,00

20,30

Carga

6,00

0,20

0,10

1,50

Generación

Carga

8,10

0,10

2,40

0,10

Generación

fin de tener más de un generador o carga en algunos barras, manteniendo su valor total generado / consumido. Las barras

de 2 y 8 cuentan con dos generadores, mientras que las barras de 2, 7, 8, 14 y 15 contienen ahora dos cargas. El método

propuesto es capaz de asignar las pérdidas para varios generadores o cargas presentes en cada barra; sin embargo, para exhibición de las pruebas se utilizaron como máximo dos de

Tabla 4. Generaciones y demandas en las barras

cada categoría con la finalidad de exponer claramente los re-

con más de un generador/carga

sultados. Generador 1 Barras

Generador 2

Q (MVAr)

P (MW)

Q (MVAr)

4,46

5,67

0,37

0,23

0,35

0,02

-0,46

0,02

-0,84

0,08

0,10

Total

Carga 1 Barras

Q (MVAr)

P (MW)

Q (MVAr)

0,09

0,08

0,07

0,28

0,05

0,06

0,22

0,21

0,01

-0,71

1,62

1,53

1,38

0,53

-0,19

0,07

-0,46

0,93

0,10

-0,13

0,10

-0,13

0,10

0,34

0,20

0,85

0,14

0,42

0,01

0,06

0,20

0,65

3e-3

0,01

0,08

0,28

0,19

0,67

0,09

0,28

0,24

0,72

0,05

0,15

0,37

1,41

0,09

0,30

0,25

0,69

0,12

-0,39

0,07

-0,26

0,36

-0,76

5,16

6,91

0,263

-0,45

Cargas 5,05

Carga 2

P (MW)

Generadores

P (MW)

Reactiva (MVAr)

Activa (MW)

6,91

0,36

-0,43

Total

117

Tabla 5. Resultados de la asignación para el sistema IEEE-30

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 117

11/26/09 11:24:44 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

Los resultados son los esperados y siguen la misma línea del

del efecto cruzado, por ejemplo, donde los generadores de la

sistema de prueba de cinco barras. En la barra 8, donde hay

misma potencia activa reciben asignaciones diferentes.

dos cargas idénticas, se verifica que hay una asignación igual a ambas, tanto de potencia activa como reactiva, lo que de-

REFERENCIAs

muestra que el método es capaz de distinguir entre las cargas y los generadores de acuerdo con sus potencias consumidas

[1]

y generadas, respectivamente.

CONEJO, A. ARROYO, J. y GUIJARRO, A. “Transmission loss allocation: A comparison of different practical algorithms”, IEEE Transactions on Power Systems, pp. 571-576, 2002.

En la barra 2, donde las dos unidades generadoras proveen 25 MW al sistema, hay una asignación diferente de pérdidas

[2]

de potencia activa para estas unidades. Una vez más, se expli-

ILIC, M. GALIANA, F. y Fink, L.“Power System Restructuring: Engineering and Economics”, 1998.

ca este evento debido a la influencia del flujo de potencia activa en las pérdidas de potencia reactiva del sistema, porque

[3]

BIALEK.“Tracing the Flow of Eletricity”, IEE Proceedings on

existe una diferencia en la generación de potencia reactiva

Generation, Transmission and Distribution, pp. 313-320,

de estas dos unidades. Por lo tanto, efectos diferentes en las

1996.

pérdidas del sistema. [4] La barra 8 contiene otro caso interesante. Los generadores

S. ABDELKADER,.“Transmission loss allocation through complex power flow tracing,” vol. 22, 2007.

de esta barra tienen enorme diferencia en la potencia activa generada, pero a pesar de que el generador 2 suministra el

[5]

SILVA, B. da. Uma “Metodologia para Alocação de Perdas

equivalente de 9,76 % de la potencia suministrada por el ge-

Ativas de Transmissão em Ambiente Competitivo”. São

nerador 1, las pérdidas asignadas al generador 2 son aproxi-

Luís, Brasil: Dissertação de Mestrado, UFMA, 2007.

madamente la mitad de las pérdidas asignadas a generador 1. Esta diferencia se debe a la generación de potencia reacti-

118

[6]

Lima, D. A. Alocação de perdas e custos pelo uso do sistema

va, donde el generador 1 proporciona el equivalente a 19,7 %

de transmissão. Tese de Doutorado, UNESP, Ilha Solteira,

de la potencia reactiva suministrada por el generador 2. Así, la

2007.

consideración del efecto cruzado hace que las asignaciones de las pérdidas activas y reactivas para estos dos generadores

[7]

TAN, X. H. y LIE, T. T. “Allocation of transmission loss cost

tengan valores no proporcionales a su generación de poten-

using cooperative game theory in the context of open

cia activa y reactiva, respectivamente.

transmission access”, IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, pp. 1215-1219, 2001.

CONClUsIONEs [8]

MOLINA, Y. P., SAAVEDRA, O. R. y Prada, R. B. “On the Par-

Los análisis realizados demostraron que la propuesta de tra-

tition of Transmission Losses Among Generators”, IEEE

tamiento individual de generador y carga coexistentes en

Transactions on Power Systems, vol. 23, pp. 1883-1885,

una barra es relevante. Esta importancia es sustentada en las

Nov. 2008.

pruebas, donde se puede ver que los generadores y cargas que dividen una misma barra tienen diferentes efectos en las

[9]

MOLINA, Y. , PRADA, R. y SAAVEDRA, O. “Allocation of

pérdidas de las líneas del sistema. La influencia de la potencia

Transmission Loss Cost Using Game Theory”, IEEE Lausan-

activa (reactivo) en las pérdidas de potencia reactiva (activa)

ne Power Tech, pp. 407-412, 2007.

es la principal justificación para el tratamiento independiente. Por otra parte, la extensión de este tratamiento independien-

[10] ABDELKADER, S. “Transmission loss allocation in a dere-

te para el caso en más de un generador / carga que dividen la

gulated electrical energy market,” Electrical Power Sys-

misma barra, también es necesario.

tems Research, pp. 962-967, 2006.

El efecto cruzado está bien justificado por los ejemplos ex-

[11] BIALEK. “Topological generation and load distribution

puestos, teniendo en vista que la consideración de ese efec-

factors for supplement charge allocation in transmission

to tiende a diferenciar agentes aparentemente similares. En

open access”, IEEE Transactions on Power Systems, pp.

los resultados obtenidos a través del método propuesto, se

1185-1193, 1997.

pueden identificar los casos en que se verifica la influencia

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 118

11/26/09 11:24:44 AM

MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”

[12] Bialek, J. “Allocation of transmission supplementary to real and reactive loads,” p. 1185–1193, 1998. [13] MOLINA, Y. Alocação de Demandas e Perdas Complexas via Teoria dos Jogos. Tesis Doctoral, PUC- Rio, Rio de Janeiro, Brasil, 2009.

ACERCA DEl AUTOR Yuri P. Molina es Ingeniero Eléctrico con maestría en Sistemas de potencia. Sus áreas de interés se centran en el planeamiento y operación de sistemas eléctricos de potencia, inteligencia artificial aplicada a los sistemas de energía y los servicios complementarios de potencia reactiva.

Actualmente se desempeña

como docente del departamento de Electrotecnia industrial de Tecsup.

119

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 119

11/26/09 11:24:45 AM

Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico Evaluation of the use of textile fibers as thermal isolators

Julio Monjarás

Resumen

una serie de muestras que poseen mejores propiedades aislantes sin la necesidad de calcular sus coeficientes de conductivi-

El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar de una serie de muestras de fibras textiles cuales poseen mejor propiedad de aislamiento térmico y cuantificar el ahorro de energía al

dad térmica

Abstract

utilizarla como resistencia térmica entre dos medios a diferente temperatura, dicho trabajo fue encomendado por una

This research work, requested by a textile company, had as its

empresa textil.

objective to evaluate a series of textile fiber samples which have better thermal isolating properties, and quantify the sa-

120

La metodología aplicada es de tipo exploratoria/descriptiva,

ving energy when using it as a thermic resistance between two

enmarcada en un diseño experimental.

environments at different temperatures.

Se evaluó cada una de las muestras de fibra textil utilizán-

The methodology used is of exploratory / descriptive type, fra-

dolas como resistencias térmicas, para ello se construyeron

med in a experimental design.

dos cámaras: una interna más pequeña que simula una habitación, y otra más grande donde se simuló la temperatura

It was evaluated each of the requested presentations for textile

ambiente en época de invierno.

fibers had better isolating characteristics using them as thermic resistances, for this purpose, two boxes were constructed;

En la cámara interna se mantuvo una temperatura constante

an internal, smaller one which simulated a room; and a bigger

de 30 °C; esta temperatura se logró gracias al equipo de cale-

one, where the natural environment temperature in winter

facción que se instaló en su interior.

time was simulated.

La temperatura ambiental se simuló en la cámara externa en

The internal box was kept at a constant temperature of 30 °C,

la cual se instaló un sistema de refrigeración para proporcio-

through a heating equipment installed inside.

nar la temperatura de invierno de 0 °C, la que fue controlada para que permanezca constante a lo largo del tiempo.

The natural environment temperature was simulated in the external box, in which a refrigeration system provide a winter

Se evaluó el ahorro de energía y economía realizada por el

temperature of 0°C, which was controlled in order to remain

uso de fibra textil con mejores propiedades aislantes en com-

constant throughout time.

paración con una fibra comercial. Saving energy and economy were evaluated with the use of Los hallazgos de la investigación permitieron identificar que

textile fiber with better isolating characteristics compared with

las muestras de fibra textil con mejores propiedades aislantes

a commercial fiber.

fueron las denominadas N.° 1 y N.° 8. El utilizar materiales con mejores propiedades térmicas consigue un ahorro de ener-

The research findings allowed to identify that the textile fiber

gía en el funcionamiento de los equipos de calefacción.

samples with better isolating characteristics were the N°1 and N° 8. The use of thermic resistant materials with better thermic

La evaluación de las curvas y los tiempos de enfriamiento sir-

properties pernuts energy saving in the heating equipment

ve como un método indirecto alternativo para identificar de

functioning.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 120

11/26/09 11:24:45 AM

MONJARáS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”

The evaluation of the curves and cooling times work as an indirect alternative method to identify, from a series of samples

(1)

which one has better isolating properties, without the need of calculating their coefficients of thermic conductivity.

palabras claves

La evaluación del coeficiente de conductividad térmica de fibras textiles mediante la ecuación (1) se complica, ya que el espesor de la fibra tiene que ser lo suficientemente grueso para poder medir las temperaturas de las superficies T1 y T2, y para

Curva de enfriamiento, tiempo de enfriamiento, resistencia

obtener dicho espesor se tendría que juntar y presionar varias

térmica, fibras textiles

fibras, lo cual afectaría en el resultado de la medición.

Key words

La alternativa planteada para averiguar cual es el mejor aislante de calor de una serie de muestras de fibras textiles es utilizar el

Cooling curve, cooling time, thermic resistance, textile fi-

equipo de la Figura 2, en el se determina como varía la tem-

bers.

peratura en función al tiempo del interior de una cámara de

INTRODUCCIÓN

separa con una muestra de fibra textil “2” de otro ambiente ex-

aire “T1” inicialmente caliente a una temperatura “T0”, cuando se terior que está a una temperatura fría constante “Tfria”.

Para averiguar cuál es el mejor aislante térmico de una serie de materiales, normalmente se determina el coeficiente de conductividad térmica, el cual es una medida de la capacidad del material para conducir calor. Un valor elevado de la conductividad térmica indica que el material es buen conductor del calor y un valor bajo indica que es un buen aislante. La evaluación del coeficiente de conductividad se calcula confeccionando un aparato experimental como se muestra en la Figura 1.

121

Figura 2: Equipo para determinar la variación de temperatura respecto al tiempo

La muestra que traiga como consecuencia un mayor tiempo de enfriamiento de la temperatura T1 en un mismo rango de temperaturas, será la que mejor propiedades aislantes tenga. Para poder determinar cual de las muestras encomendada por Figura 1: Equipo para determinar el coeficiente de conductividad

una empresa textil tiene mejores propiedades aislantes, se definieron los siguientes objetivos de estudio:

El material para evaluar el coeficiente de conductividad de

1. Determinar el tiempo de enfriamiento del aire interior para

espesor “L” y área “A” conocidos, se calienta por un lado me-

un mismo rango de temperaturas cuando se utilizan como

diante un calentador de resistencia eléctrica de potencia

resistencia térmica diferentes fibras textiles

conocida. Si las superficies exteriores del calentador están bien aisladas, todo el calor generado “ ” por la resistencia,

2. Analizar las curvas de enfriamiento del aire del interior de la

se transferirá a través del material cuya conductividad se va

cámara en función del tiempo cuando se deja enfriar libre-

determinar. Conociendo los valores del espesor y del área y

mente.

midiendo las dos temperaturas de las superficies del material T1 y T2, cuando se alcanza estado estacionario de trasferencia de calor, el coeficiente de conductividad se calcula por la ecuación (1)

3. Evaluar el ahorro de energía consumida por un equipo calefactor al calentar el aire dentro de un ambiente al utilizar como resistencia térmica la fibra con mejores propiedades aislantes en comparación con otra de confección similar.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 121

11/26/09 11:24:45 AM

MONJARáS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”

FUNDAMENTOs Tiempo de enfriamiento en régimen transitorio h1 = Coeficiente de transferencia de calor por convección por Para calcular la variación de la temperatura T1, asumimos que

lado del aire caliente

la temperatura promedio del aire, “T1” , del compartimiento interno es la misma en cualquier punto de su interior; lo mis-

h2 = Coeficiente de transferencia de calor por convección por

mo con la temperatura “T2” en la fibra textil (Figura 2)

lado del aire caliente

Realizando un balance de energía para el aire del interior de la cámara se tiene:

C = Calor específico  = Densidad

(2) Realizando un balance de energía para la fibra textil se tiene: (3)

V = Volumen t = Tiempo La muestra que genere un mayor tiempo de enfriamiento de la temperatura T1 en un mismo rango de temperaturas, será la que mejor propiedades aislantes tenga. En la Figura 3 se observa la tendencia de una gráfica de enfriamiento

Las dos ecuaciones diferenciales lineales simultáneas pueden resolverse, sabiendo que inicialmente el aire caliente se encuentra a una temperatura “T0”, lo que implica que las condi-

122

ciones iniciales son: T1 = T2 = T0 en t = 0 Resolviendo obtenemos: Figura 3 : Curva de enfriamiento

Equipo y control de la temperatura fria de la cámara externa Donde:

Para tener una temperatura externa constante, se construyó una cámara externa de refrigeración debidamente aislada, que funciona con un ciclo de compresión de vapor y que utiliza como refrigerante R22. El control de temperatura de la cámara está basado en dos controladores Stand Alone modelo 900-TC8ACVGTZ25, fabricado por Allen Bradley y el controlador EKC 101 fabricado por Danffoss, cada controlador implementa un lazo de calefacción y refrigeración respectivamente. La variable de proceso o de interés es observada mediante sensores de temperatura tipo PT-100, los que han sido cableados hacia la entrada RTD de cada controlador. Como elementos actuadores para el sistema, se tiene:

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 122

11/26/09 11:24:46 AM

MONJARáS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”

• Una resistencia eléctrica de 2000 W con su respectivo ventilador, lo cual permite una distribución uniforme del calor en el interior de la cámara. Dicha resistencia es energizada por acción de un relé de estado sólido que es comandado por las salidas DC del controlador Allen Bradley. • Una válvula solenoide, la cual se cierra cuando llegua a la temperatura de cámara. Al cerrarse la válvula solenoide, un presostato de baja presión enviará la señal eléctrica

Figura 5: Equipo de refrigeración por compresión de vapor

para que el compresor del sistema de refrigeración se apague.

En la Figura 6 se observa el sistema de control de temperatura fría de la cámara externa.

Cuando el punto de operación de la cámara se encuentra a temperaturas bajas, típicamente 0 °C, el controlador Allen Bradley pone en funcionamiento un control ON-OFF de tres puntos con acoplamiento de mallas. Con dicho esquema se consigue un lazo de control de frío que actúa con el lazo de calor, lo cual permite un encendido constante del sistema de refrigeración y activación temporal del circuito de calefacción. Con ello se logra una temperatura nominal que oscila entre los +/- 0.5 °C. Para evitar que el sistema de refrigeración se apague en el controlador EKC 101, se configuró una temperatura de cámara ligeramente menor que la del controlador Allen Bradley,

123

típicamente en -2 °C. Figura 6: Sistema de control de temperatura fría de la cámara externa

En la Figura 4 se observa la cámara externa de refrigeración, y en la Figura 5 el equipo de refrigeración por compresión de vapor utilizado.

Equipo y control de la temperatura del aire caliente de la cámara interna Para tener la temperatura del aire caliente constante dentro del ambiente, se construyó una cámara interna debidamente aislada, dejando un lado libre para colocar la muestra de fibra textil a ensayar. El control de temperatura interna de la cámara lo realiza un controlador EKC 101 marca Danffoss. La temperatura del aire caliente es medida mediante un sensor de temperatura tipo PT-100, el cual ha sido cableado hacia la entrada RTD del controlador. Como elemento actuador para el sistema, se tiene una resistencia eléctrica de 2000 W con su respectivo ventilador, lo cual permite una distribución uniforme del calor en el interior de la cámara. Dicha resistencia es energizada por acción de un relé de estado sólido que es comandado por las salidas del controlador EKC 101.

Figura 4: Cámara externa de refrigeración utilizada

Cuando el punto de operación del aire caliente se encuentre en un valor típicamente de 30 °C, el controlador EKC 101 pone

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 123

11/26/09 11:24:46 AM

MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”

en funcionamiento un control ON-OFF, lo cual permite la acti-

el registro de la temperaturas internas y externas de las cáma-

vación temporal del circuito de calefacción, con ello se logra

ras a partir de ese instante.

una temperatura nominal que oscila alrededor de 30 °C. Para registrar las temperaturas se utiliza un juego de sensores En la Figura 7 se observa la cámara interna aislada y en la

de temperatura, los cuales se conectan a una computadora a

Figura 8, la cámara interna con la muestra de fibra textil co-

través de una interfase Power link marca Pasco, y mediante el

locada.

Software Data Studio se van registrando las temperaturas tanto interna como externa a lo largo del tiempo de enfriamiento En la Figura 9 se observa las temperaturas registradas en la computadora Como el Software registra la temperatura a lo largo del tiempo, se calculó el tiempo de enfriamiento para cada muestra entre el rango de temperaturas de 30 a 10,5 °C y se pudo confeccionar una tabla de tiempos de enfriamiento para analizar y deducir conclusiones de cuál es la muestra con mejores propiedades aislantes.

Figura 7: Cámara interna aislada

124

Figura 9: registro de temperaturas internas y externas mediante el software Data Studio Figura 8: Cámara interna con muestra de fibra textil colocada

Registro de la temperatura del aire frío y del aire caliente durante de la prueba

Medición del ahorro de energía consumida por el equipo calefactor de la cámara interna Una vez identificada la muestra que posee mejores propieda-

Para realizar la prueba con cada muestra de fibra textil , esta

des aislantes, se coloca en el espacio libre de la cámara interna;

se coloca, debidamente estirada, en la cara libre de la cámara

se enciende el equipo de refrigeración de la cámara externa y el

interna; se encienden el equipo de refrigeración de la cámara

de calefacción de la cámara interna, se espera que se alcancen

externa así como el equipo de calefacción de la cámara inter-

condiciones estables y se procede a medir la energía consumi-

na y se espera que alcance condiciones estables de tempera-

da por el calefactor en un lapso de 2 horas. Después se hace lo

tura tanto interna como externamente.

mismo con otra muestra con propiedades aislantes menores: el ahorro de energía nos proporciona un indicador del potencial

Una vez alcanzadas las condiciones estables se proceda a

de ahorro de energía al utilizar materiales con mejores propie-

apagar el equipo calefactor de la cámara interna y se realiza

dades aislantes.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”

En la Figura 10 se muestra el equipo medidor de energía mar-

30.0

10.5

0.97

27.86

1579.5

26.33

ca Fluke utilizado.

30.0

10.5

0.93

27.84

1513.0

25.22

30.0

10.5

1.08

27.49

1134.0

18.90

30.0

10.5

1.10

26.70

1034.0

17.23

30.0

10.5

1.07

27.79

989.5

16.49

30.0

10.5

1.00

27.35

908.5

15.14

30.0

10.5

1.02

27.21

698.5

11.64

30.0

10.5

0.78

27.80

673.5

11.23

30.0

10.5

0.97

24.72

551.0

9.18

30.0

10.5

1.19

28.60

361.0

6.02

30.0

10.5

1.19

28.62

320.5

5.34

30.0

10.5

0.97

24.95

285.0

4.75

30.0

10.5

1.95

24.91

137.5

2.29

30.0

10.5

1.30

26.44

132.5

2.21

Figura 10: Medidor de energía utilizado Tabla 1: Mediciones para las 19 muestras de fibra textil

RESULTADOS

Para poder analizar cuál de las muestras tiene mejores propieLa curva de enfriamiento para la muestra de fibra textil 1 se registra en la Figura 11.

125

dades aislantes, se confeccionaron las curvas de enfriamiento en un solo diagrama, como se observa en la Figura 12. Figura 11: Curva de enfriamiento muestra 1

Las mediciones de la investigación encomendada para las 19 muestras de fibra textil por la empresa se presentan en la Tabla 1.

Promedio

Segundos

Minutos

Tiempo de enfriamiento

Promedio

“Humedad relativa

Final

Temperatura de Cámara externa (°C)

Inicial

Número de muestra

PRUEBAS EN FRÍO Temperatura detámara Interna (°C)

30.0

10.5

0.84

28.98

3289.5

64.83

30.0

10.5

0.94

32.20

2907.0

48.46

30.0

10.5

0.92

27.32

2296.8

38.28

30.0

10.5

1.05

28.98

2222.0

37.03

30.0

10.5

1.05

26.62

1615.5

26.93

Invest Apl Innov 3(2), 2009

Figura 12: Curvas de enfriamiento para las 19 muestras de fibra textil

El tiempo de enfriamiento de la cámara interior cuando se coloca como resistencia térmica cada una de las muestras de fibra textil, se presenta en la Figura 13.

MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”

Figura 13: Tiempo de enfriamiento para las 19 muestras de fibra textil

ficar de una serie de muestras cual posee mejores propiedades aislantes sin la necesidad de calcular sus coeficientes

El ahorro de energía consumida por el equipo de calefacción

de conductividad térmica

de la cámara interna con un volumen de 1.6 m3 cuando se usa como medio de resistencia térmica dos muestras simila-

REFERENCIAS

res en confección pero de propiedades aislantes diferentes se muestra en la Tabla 2.

[1] CENGEL, Yunus A. Transferencia de Calor. México D.F. : 2o Edición. 2004.

Muestra

“Energía consumida KW/Hora”

“Tiempo Horas”

0.275

0.328

Diferencia

0.053 kw/ hora

[2] Kreith, Frank y Bohn, Mark S. Principios de Transferencia de Calor. México D.F.; 2001 [3] Morton, W.E. y Hearle, J.W.S. Physical Properties of Textile Fibres. Washinton DC: 4o edición, 2008.

Tabla 2: Ahorro de energía del sistema de calefacción

DISCUSIÓN

ACERCA DEL AUTOR Julio Monjarás Salvo es Ingeniero Me-

Evaluando las curvas de enfriamiento de la Figura 12, se ob-

cánico Electricista. Con estudios de

serva que las dos que están por encima de las demás presen-

Maestría en Ing. Mecánica con Men-

ta mejores propiedades aislantes, ya que la temperatura para

ción en Turbomáquinas y en Gestión

un mismo tiempo de enfriamiento es mayor. Además, se pue-

Integrada del Conocimiento, el Capi-

de observar que el rango de temperaturas en las que se tiene

tal Intelectual y los Recursos Huma-

mejor performance de resistencia térmica está por debajo de

nos por la Universidad Politécnica de

los 14 °C para las muestras 1 y 8

Madrid. Posee amplia experiencia en el área de Ingeniería Térmica y Entre-

126

Analizando la Figura 13, se observa que las muestras con

namiento de Recursos Humanos. Expositor de los cursos de For-

mayor tiempo de enfriamiento son las N.° 1 y 8. Respecto al

mación de Formadores por Competencias, Máquinas Térmicas,

consumo de energía del equipo de calefacción de la cámara

Calderos y Seminarios de Calidad. Es inspector de Ensayos No

interna, esta es menor cuando se utiliza la presentación N.° 1.

Destructivos por Ultrasonido Nivel 1, Certificado por Krautkamer. Actualmente es Jefe de Estudios Generales y Coordinador

Sería necesario ampliar la investigación para cuantificar el ahorro de energía en equipos de calefacción de edificaciones reales, usando como medios aislantes materiales con mejores propiedades térmicas (cortinas de ventanas, por ejemplo)

CONCLUSIONES • Los tiempos de enfriamiento de la cámara interna son mayores cuando se colocan como resistencia térmica las muestras N° 1 y 8. Las curvas de enfriamiento de estas muestras siempre están por encima de las demás, lo que permite concluir que son estas muestras las que tienen mejores propiedades térmicas. • Al utilizar térmicas materiales con mejores propiedades térmicas, se conseguirá un ahorro de energía en el funcionamiento de los equipos de calefacción. • La evaluación de las curvas y los tiempos de enfriamiento sirve como un método indirecto alternativo para identi-

Invest Apl Innov 3(2), 2009

de la Oficina de Calidad Educativa de Tecsup Arequipa.

Modelo de gestión del conocimiento Model of management knowledge Rafael Vera

Resumen

nagement proposed appears as a solution to the problem of determining the managerial value.

El presente trabajo propone una forma de resolver el problema de la necesidad de gestionar los conocimientos en una or-

palabras claves

ganización para incrementar la calidad. Este estudio se plantea a partir del recojo de las diferentes teorías administrativas

Modelo de gestión del conocimiento, metodología del cuadro

y sistémicas, pasando por comprender la complejidad de las

de mando integral, valor empresarial, reglas de negocio, bases

diferencias de pensar, decidir y actuar que tienen los ejecuti-

de conocimiento, flujos de conocimiento, gestión de la calidad

vos, como generadores de conocimiento. Son ellos quienes

ISO 9001 y sistema de calidad

necesitan conocer los resultados de sus acciones y de cómo estas contribuyen a las fases de la cadena de producción.

Key words

El modelo se basa en la integración cognoscitiva de los si-

Model of management of the knowledge, methodology of the

guientes conceptos: reglas de negocio, bases y flujos de co-

picture of integral control, managerial value, rules of business,

nocimientos. Para su aplicación, la metodología del cuadro

bases of knowledge, flows of knowledge, management of the

de mando integral se relaciona con los temas de las motiva-

ISO quality 9001 and quality system

ciones administrativas y la gestión de la calidad ISO 9001. La aplicación del cuadro de mando integral enfocado en el modelo de gestión propuesto se presenta como una solución al

127

INTRODUCCIÓN

problema de determinar el valor empresarial.

planteamiento de la investigación

Abstract

En la actual coyuntura económica y empresarial en que la competitividad es un “sine qua non” para la supervivencia de las

The present work proposes a way of solving the problem of

empresas, surge la necesidad de conocer en cada momento el

the need of managing the knowledge in an organization to

progreso de las actividades de valor como una forma de deter-

increase the quality. This study is presented from gathering

minar cuán competitiva es una empresa en el tiempo. Ello per-

the different administrative and systemic theories, happe-

mitirá realizar los ajustes y los cambios necesarios en la gestión,

ning for understanding the complexity of the differences of

determinando las actividades de valor con el fin de manejarlas

thinking, deciding and operating that the executives have as

eficazmente y mejorar la competitividad de la empresa.

generators of knowledge. It’s them who need to know the results of his actions and of how these contribute to the phases

Definición del problema de investigación

of the production line. Para definir el problema, se plantea responder la siguiente preThe model is based on the cognitive integration of the

gunta general:

following concepts: rules of business, bases and flows of knowledge. For application, the methodology of the Balance

¿Cómo determinar y gestionar las actividades de valor en una

Scorecard is related to the topics of motivations of manage-

empresa con un mercado altamente competitivo, empleando

ment and management of the ISO quality 9001. The applica-

la gestión del conocimiento y una metodología estratégica de

tion of the Balance Scorecard focused in the model of ma-

gestión enfocada en el conocimiento?

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 127

11/26/09 11:24:48 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

ANTECEDENTEs

Finalmente, la corriente de la facilitación del conocimiento sustenta que la administración del conocimiento se centra en las

La gestión del conocimiento se orientó a ser un paradigma

acciones de los trabajadores del conocimiento y no en los pro-

fundamental para el desarrollo de cualquier organización

cesos humanos y cotidianos implicados.

inteligente. Actualmente se viene trabajando en sus fundamentos como base para lograr su aplicación y mejora en la

Para el caso de la segunda corriente, la ingeniería del conoci-

obtención de beneficios para las organizaciones.

miento, mencionaremos el trabajo de Amparo Alonso (IDCAM, p 49), en el que propone un sistema con un software capaz de

Existen varias corrientes agrupadas en comunidades que

soportar la representación explícita del conocimiento en un

estudian la forma como integrar los conocimientos en las

dominio específico, y de explotarlo a través de los mecanismos

actividades organizacionales. Dos de estas corrientes más

apropiados de razonamiento para proporcionar un comporta-

importantes son la facilitación del conocimiento y la ingenie-

miento de alto nivel en la resolución de problemas. Esta idea se

ría del conocimiento, las cuales a continuación se expondrán

fundamenta en los siguientes conceptos:

brevemente. • Sistemas Basados en Conocimiento (SBC). Tratan de proLa corriente de la facilitación del conocimiento es sostenida,

blemas poco estructurados en los que se encuentran requi-

entre otros pensadores, por Ikujiro Nonaka (FLCDC, p. vii),

sitos subjetivos, entradas inconsistentes, incompletas o con

quien expone que el conocimiento no se puede administrar,

incertidumbre, y que no pueden ser resueltos aplicando

solo propiciar. También argumenta que los administradores

algoritmos clásicos o la investigación operativa.

deben abocarse a la creación de conocimientos, no a su con-

128

trol, y que la facilitación del conocimiento incluye el propiciar

• Ingeniería del Conocimiento (IC). Es la disciplina tecnoló-

relaciones y conversaciones, así como compartir el conoci-

gica que se centra en la aplicación de una forma sistémica,

miento en todos los rincones de la organización, e inclusive

disciplinada y cuantificable al desarrollo, funcionamiento y

más allá de fronteras geográficas y culturales.

mantenimiento de los Sistemas Basados en Conocimiento.

La creación del conocimiento organizacional para la facilita-

Los SBC tienen como uno de sus principales orígenes el desa-

ción del conocimiento supone cinco pasos destacados y con-

rrollo de la inteligencia artificial (IA), lo que se puede apreciar en

secutivos, los cuales son:

su arquitectura en particular, tal como se presenta en la figura siguiente.

• Compartir el conocimiento tácito • Crear conceptos a partir del conocimiento compartido • Justificar los conceptos con evaluaciones rigurosas • Elaborar un prototipo a partir de los conceptos justificados •

Difundir y compartir el nuevo conocimiento en la organización

Con la visión de establecer un potencial creciente de los conocimientos en la organización, la facilitación del conocimiento se concibe de forma circular considerando cinco factores de facilitación, que son los siguientes: • El inculcar una visión del conocimiento • La conducción de conversaciones • La movilización de agentes comprometidos con el conocimiento • La creación del contexto adecuado • La transmisión globalizada del conocimiento local

Figura 1: Ingeniería del conocimiento, Amparo Alonso

Estas dos corrientes, no necesariamente antagonistas, proponen un estudio continuo del conocimiento desde diferentes puntos de vista, contribuyendo al desarrollo de la gestión del conocimiento y su utilización en beneficio de las organizaciones.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 128

11/26/09 11:24:49 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

OBJETIVOs

• Análisis FODA (Fortalezas, Debilidades, Oportunidades, Amenazas)

• Diseñar un modelo de gestión del conocimiento integrando las reglas de negocio, las bases y los flujos de co-

• Análisis de Impactos (Riesgos y Beneficios Potenciales)

nocimiento. En el tablero, la primera parte se encuentra representada por • Aplicar la metodología del cuadro de mando integral enfocado en el modelo de gestión del conocimiento para

un BOTÓN de presentación y las dos siguientes, por dos BOTONES de activación.

determinar el valor en las actividades de una organización.

2. Seguimiento. Este segundo bloque es la columna principal del tablero y se encuentra constituido por la presenta-

CONTENIDO

ción de guías de actividades y por la actividad de control de resultados. Presenta las siguientes partes:

Este trabajo de investigación se inicia desarrollando cuatro etapas:

• Diagramas de Guía (Políticas y Reglas de Negocio)

• Desarrollo de un tablero de motivaciones para la gestión

• Motivaciones de Resultados (Objetivos, Metas)

• Desarrollo de la gestión de la calidad

En el tablero, la primera parte está representada por un BOTÓN de presentación y la segunda parte, por un BOTÓN de activa-

• Desarrollo de la metodología del cuadro de mando inte-

ción.

gral 3. Iniciativas. Este último bloque tiene su importancia en la • Desarrollo del modelo de gestión del conocimiento

determinación de las acciones que se toman para lograr los resultados deseados en la organización. Presenta la si-

DEsARROllO DE UN TABlERO DE MOTIVACIONEs pARA lA GEsTIÓN

guiente parte:

129 • Iniciativas estratégicas (Estrategias y Tácticas)

Como un esfuerzo de sistematizar la gestión, mencionaremos el trabajo del las Motivaciones de las reglas de negocio, publi-

En el tablero está representado por un solo BOTÓN de activa-

cado por Business Rules Community (SMBRM).

ción.

El tablero de motivaciones, basado en las Motivaciones de las reglas de negocio, es como un tipo de panel de control de accesos, que permite organizar sistematizadamente la gestión con un sentido interactivo. Esto hace manejable tanto la planificación de las motivaciones como el seguimiento de los indicadores del cuadro de mando integral y, por último, la aplicación de las iniciativas estratégicas planteadas en la organización. Este tablero tiene una división de tres bloques que interactúan entre sí. Estos son los siguientes: 1. Planificación. Es el primer bloque y está constituido por la presentación de las principales motivaciones y por la activación de los análisis fundamentales en la empresa. Presenta las siguientes partes: • Motivaciones del Negocio (Misión, Visión) Figura 2: Tablero de motivaciones

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 129

11/26/09 11:24:49 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

El tablero también considera las influencias del entorno y del

• Responsabilidad de la dirección

comportamiento organizacional de la empresa, representadas por el marco circundante del tablero.

• Gestión de los recursos

Asimismo, funciona como una interfase básica de las activi-

• Realización del producto

dades de gestión, como parte de un mecanismo que se mantiene activo, formando parte de la solución, como veremos

• Medición, Análisis y Mejoramiento

más adelante.

DEsARROllO DE lA GEsTIÓN DE lA CAlIDAD

A continuación, se describen las responsabilidades y acciones que deben realizarse en cada una de las etapas: Responsabilidad de la dirección. Esta etapa inicia la secuen-

Entre los proyectos de mejora en toda organización se pue-

cia de calidad, asegurando el apoyo y la participación de la alta

de mencionar la aplicación de las normas ISO 9001 versión

dirección. Ese apoyo es fundamental para darle al sistema de

2000, como un sistema de calidad que está muy de moda ac-

calidad el estatus de alta prioridad en la organización.

tualmente. Viene desarrollándose desde los últimos 20 años, basado en las enseñanzas de pensadores influyentes en el

• Compromiso de la dirección

mundo de la investigación de la calidad, como W. Edwars Deming y Joseph Juran. Esta teoría fue aplicada con gran éxito

• Política de la calidad

en compañías como General Electric y Motorola. Un sistema de calidad requiere contar con la disposición de todas las

• Planificación

personas que lleven a cabo actividades en la organización, siempre respaldadas por la alta directiva. Involucra el apro-

• Responsabilidad, autoridad y comunicación

piado manejo de los recursos para efectuar la realización del producto. Continúa con la determinación de los procesos y la

• Revisión por la dirección

transcripción de la documentación correspondiente. Luego,

130

realiza los controles mediante mediciones y análisis; por últi-

Gestión de Recursos.- Esta etapa involucra desde controlar la

mo, aplica las mejoras propuestas, las cuales son el resultado

provisión de los recursos hasta mantener un adecuado ambien-

de los análisis. Como los procesos no son estáticos, es nece-

te de trabajo:

sario contar con la inteligencia de los trabajadores del conocimiento para desarrollar innovaciones que originen nuevos

• Provisión de los recursos

procesos, se optimicen los actuales o se eliminen los obsoletos; todo dentro de una visión de integración y valoración de

• Recursos humanos

las actividades del proceso. • Infraestructura La gestión de la calidad, que emplea la norma internacional ISO 9001 versión 2000, utiliza esta secuencia de etapas:

• Ambiente de trabajo

Figura 3: Manual de la norma internacional ISO 9001: 2000

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 130

11/26/09 11:24:49 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

Realización del producto. En esta etapa se consideran los

1. Definir el negocio

aspectos para llevar a cabo los procesos de la realización del producto, desde su planificación hasta su servicio posventa: • Planificación de la realización del producto

2. Realizar el análisis estratégico 3. Elaborar la guía estratégica

• Procesos relacionados con el cliente 4. Definir los objetivos e indicadores • Diseño y desarrollo del producto • Compras • Producción y prestación del servicio • Control de los dispositivos de seguimiento y de medición Medición, análisis y mejora. En esta etapa se planifican e implementan los procesos de seguimiento, medición, análisis y mejora del sistema de calidad. • Seguimiento y medición

5. Realizar las iniciativas de mejora La primera fase de la metodología se centra en definir la visión y la misión de la empresa. La segunda fase realiza el análisis FODA, que es una herramienta de planificación estratégica que busca literalmente identificar las fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas en el negocio. El análisis FODA utiliza información, tanto del medio interno como del medio externo de la empresa (incluidas las empresas de la competencia). La información obtenida de un análisis FODA es de mucha utilidad para poder evaluar correctamente la situación actual de un ne-

• Control del producto no conforme • Análisis de datos • Mejora

gocio y tomar las acciones necesarias para lograr los objetivos de la organización. El balance de las perspectivas del cuadro de mando integral establece la base para construir el mapa estratégico que se pre-

DEsARROllO DE lA METODOlOGíA DEl CUADRO DE MANDO INTEGRAl El cuadro de mando integral tiene cuatro perspectivas re-

senta en la tercera fase.

lA INFORMACIÓN DEl CUADRO DE MANDO INTEGRAl

131

lacionadas secuencialmente entre sí: Aprendizaje, Internos, Clientes y Finanzas. Cada perspectiva requiere de un trabajo

La definición de los objetivos e indicadores son parte del desa-

en conjunto en la empresa, que empezará sustentando la for-

rrollo de la cuarta fase de la metodología del cuadro de mando

ma c´lomo sus unidades organizacionales se corresponden

integral. Sin embargo, cada perspectiva es una dimensión de la

con las perspectivas.

organización que agrupa objetivos que las áreas se proponen llevar a cabo y que deben contribuir a la obtención de valor

La metodología del cuadro de mando integral (CMI) que se

organizacional. Los objetivos deben ser mensurables, en can-

aplicará se divide en cinco fases secuenciales. El desarrollo de

tidad unos, y en cualidad otros. Los objetivos dan origen a los

cada fase requiere la elaboración y discusión en grupos de

indicadores, que tienen generalmente una fórmula de clase

trabajo motivados. Estas fases son las siguientes:

comparativa, es decir, comparan un evento o un resultado con un todo o un deseo expresado en cantidad o cualidad. Los objetivos pueden tener un conjunto de indicadores que deberán ser medidos cada cierto tiempo. Estos indicadores deben ser controlados para mantenerlos dentro de un rango aceptable con respecto a los umbrales de riesgo existentes. Cada uno debe tener una meta, con un valor referencial para controlar y asegurar que se encuentre en una buena situación estando cerca de este valor. Es necesario realizar proyecciones de los indicadores de acuerdo con los recursos posibles. Esto es propio y tiene que ser realista; la proyección es clave para determinar el valor futuro en la organización.

Figura 4: Metodología del Cuadro de mando integral

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 131

11/26/09 11:24:49 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

Establecidos los objetivos, identificados los indicadores y

En la pirámide de jerarquía se pueden distinguir tres tipos de

propuestas las metas, se requiere plantear las iniciativas para

indicadores de acuerdo con su uso dentro de la organización:

lograr alcanzar dichas metas. Una iniciativa tiene que ser realista, pero debe surgir de la creatividad y de la innovación de

• El indicador operativo. Surge de las labores cotidianas de

grupos de trabajo responsables de efectuar y/o controlar los

las áreas o grupos de trabajo técnico-operativos. Su utilidad

indicadores. Esta debe traducirse en estrategias y en tácticas

radica en controlar actividades propias de las áreas.

planteadas para ser ejecutadas por las áreas de la organización.

• El indicador ejecutivo. Surge del seguimiento de los procesos o del conjunto de actividades relacionadas que involucran áreas o grupos de trabajo diferentes. Su utilidad radica en controlar actividades que involucran varias áreas o unidades operativas, e, inclusive, procesos completos del negocio. • El indicador gerencial. Surge de consolidar la información obtenida del análisis de los dos tipos de indicadores anteriores. Este indicador tiene estos usuarios principales: Figura 5: Estructura de la información del CMI

directores, gerentes y jefes. Se utiliza para controlar el funcionamiento general de la empresa aplicando cambios es-

Una iniciativa puede ser compartida por varios indicadores,

tratégicos en actividades primarias de la organización.

inclusive de diferentes objetivos o de diferentes perspectivas. Esta puede ser de consideración general o específica, de un área o de una unidad operativa en especial, lo que dependerá de los recursos y decisiones de la organización.

132

lA JERARqUíA DEl MANEJO DE lOs INDICADOREs EN El CUADRO DE MANDO INTEGRAl Para la revisión de los indicadores se debe considerar desde el cálculo de los valores de sus avances hasta los análisis

Figura 6: Jerarquía del manejo de los indicadores del CMI

evolutivos y estadísticos que se puedan llevar a cabo para corregir desaciertos o proponer mejoras. Para esta actividad se

Los objetivos estratégicos de la empresa también deben ser re-

deben tener determinados los niveles de responsabilidad de

visados bajo los resultados de los indicadores relacionados con

acuerdo con la importancia de la información de cada indica-

cada uno. Sin embargo, esta revisión no será necesariamente

dor. Esto requiere categorizar los indicadores, considerando

periódica. Es posible que, cuando se originen cambios estraté-

su importancia y alcance en la organización. Se puede utilizar

gicos en la empresa, se tenga que revisar los objetivos afecta-

una pirámide de jerarquía de tres niveles, los cuales son:

dos para evaluar su permanencia, actualización o eliminación.

• Nivel de las unidades operativas

DEsARROllO DEl MODElO DE GEsTIÓN DEl CONOCIMIENTO

• Nivel de las unidades ejecutivas En esta etapa, la organización debe decidir formar un grupo de • Nivel de la alta gerencia

trabajo con determinados profesionales del conocimiento para que lleven a cabo este modelo con las siguientes actividades:

Según donde se encuentren los orígenes de los indicadores, sus valores fluirán de un lado a otro, debido a que varios de

• Determinar las primeras reglas de negocio. El modela-

ellos servirán de originadores o reforzadores de otros indica-

miento comenzará describiendo las primeras reglas básicas

dores. Se procederá así hasta llegar, de forma consolidada, a

para los requerimientos, los cuales establecerán las condi-

niveles mayores en la pirámide de jerarquía.

ciones para los flujos de conocimiento que serán transmitidos al universo de sistemas:

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 132

11/26/09 11:24:50 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

• Requerimiento de evaluar el costo-beneficio de las inversiones • Requerimiento de incrementar la competitividad y la diferenciación

• Sistemas corporativos • Sistemas de recursos • Sistemas de producción

• Requerimiento de desarrollar actitudes profesionales y laborales • La integración de la plataforma de conocimientos. En esta parte, se presenta la plataforma de conocimientos dividida en cuatro sectores correspondientes con las perspectivas del CMI (Aprendizaje, Internos, Clientes y Finanzas). Cada uno es como una subplataforma, pero juntos confluyen hacia las reglas de negocio compartidas, donde el flujo de conocimientos es alineado para una gestión de forma integrada. Figura 8: Armazón para desarrollar el conocimiento

Como se mencionó anteriormente, los flujos de conocimientos van de la plataforma de conocimientos a los sistemas, pasando por las reglas de negocio. Luego de ser asimilados en los sistemas, continúa el ciclo proporcionando nuevos conocimientos que van a las bases de conocimientos, y así se mantiene el ciclo virtuoso. Finalmente, se tiene armada la estructura del flujo de conocimientos del modelo.

133

Figura 7: Integración de la plataforma de conocimientos

• Establecer temas estratégicos para las bases de conocimiento. La conformación de las bases de conocimientos implica considerar temas estratégicos que tienen como finalidad llevar a cabo acciones que involucran tendencias administrativas y tecnológicas actuales. Se propone considerar los siguientes temas estratégicos, relacionados con cada subplataforma descrita: Combinando las relaciones presentadas entre los temas estratégicos con la plataforma de conocimientos, y la plataforma de conocimientos con las áreas funcionales, se formará la armazón de aprendizaje para el desarrollo de los conocimientos en la empresa. • Ensamblar la estructura del flujo de conocimientos. Teniendo desarrollada la plataforma de conocimientos, para completar la estructura del flujo de conocimientos, la empresa, con fines prácticos, clasificó su universo de sistemas en las siguientes agrupaciones:

Figura 9: Estructura del flujo de conocimientos

• Aspecto cognoscitivo del modelo. En esta parte se juntan las motivaciones con las expectativas de cada integrante de la empresa, asumiendo un compromiso con el proyecto e interiorizando que su participación es importante para concluir con éxito. Desde un inicio y durante todo el proyecto, es necesario mantener en constante evaluación a los avances con las premisas para definir las estrategias, lo que ayudará a la toma de decisiones en el modelo. Cada integrante comprometido con el negocio es como una neurona, al cual tiene que llegarle el impulso eléctrico debido para participar en la creación del nuevo conocimiento, y es el grupo o conjunto el que hará realidad esto. Es necesario

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 133

11/26/09 11:24:50 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

que, luego de entrar en producción el proyecto, se sigan

el sistema de calidad. Estas se llevan a cabo mediante el modelo

evaluando los elementos del modelo para su actualiza-

de gestión del conocimiento, cuya finalidad en esta etapa es

ción o enriquecimiento con nuevas reglas y nuevos co-

conseguir la determinación del valor en las actividades de la

nocimientos. La integración de los elementos descritos

empresa.

en este desarrollo proporcionará el modelo de gestión del conocimiento de la solución.

Figura 10: Esquema del modelo de gestión del conocimiento

INTEGRACIÓN pARA lA GEsTIÓN DE lA CAlIDAD A TRAVés DE lA GEsTIÓN DEl CONOCIMIENTO Figura 11: Esquema de la integración para la calidad

Para esta etapa se procede a la recopilación de los conoci-

134

mientos necesarios que están diseminados por toda la em-

La determinación del valor organizacional se da en los grupos

presa. Luego, se pasa a la transcripción de los conocimientos

de importancia de la organización. Las actividades de calidad

recopilados, tanto tácitos como explícitos, a documentos con

deben enfocarse en estos grupos y trabajar para satisfacer es-

un formato estandarizado, para su tratamiento y almacena-

tratégicamente los requerimientos y necesidades de cada uno

miento. Esta actividad se llevó a cabo con el inventariado de

de ellos. Regularmente las organizaciones trabajan con cada

la documentación correspondiente con lo dispuesto por las

grupo de acuerdo con su rubro, sin descuidar ninguno de ellos.

normas del manejo de documentación del ISO 9001 versión

Por ejemplo, para una empresa de telecomunicaciones podría

2000 que, en su cláusula 4.2.1, establece documentar y man-

darse el siguiente orden:

tener el sistema de calidad como medio para asegurar que el

• Clientes

• Regulador

con esta base de conocimientos, producto del proceso de

• Empleados

• Sociedad

documentación, se pasa a la implementación del cuadro de

• Inversionistas

producto cumpla con los requisitos especificados. Contando

mando integral donde se realiza una serie de entregables, los cuales son productos del manejo de los conocimientos ya

En la integración para la calidad, mientras que las primeras re-

formalizados.

glas de negocio en la normativa ISO permiten describir correctamente los procesos, es decir, le da a la empresa una orienta-

La integración para el caso se establece con las relaciones de

ción a los procesos, en el tablero de motivaciones de gestión

los tres temas siguientes:

(TMG) se presenta la descripción de las reglas del negocio en la parte de Diagramas de Guía (Políticas y Reglas de Negocio). En

• CMI - La metodología del cuadro de mando integral

la metodología del CMI, las principales reglas se encuentran en relación con el control estricto de los indicadores. Esto requiere

• TMG - El tablero de motivaciones de gestión

que sean formulados de tal manera que se tengan que cumplir con un valor que, como un semáforo, debe mantenerse dentro

• ISO - La norma internacional ISO 9001 versión 2000

de un rango positivo (verde), evitar caer en una zona de riesgo (amarillo) y, sobre todo, evitar caer en la zona de peligro (rojo).

Las relaciones de la integración refuerzan mutuamente la metodología del CMI con la gestión de la planificación y con

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 134

11/26/09 11:24:50 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

La integración para la calidad está dirigida a lograr la determinación del valor en la empresa. Ambos están relacionados mediante el modelo de gestión del conocimiento. Los conocimientos de los aspectos significativos de cada grupo de importancia están acumulados en bases de conocimiento de la organización, de las cuales fluyen los conocimientos hacia las áreas correspondientes para su utilización. Esto también involucra el uso de las reglas de negocio para alinear los flujos de conocimientos con las motivaciones de la empresa, considerando los aspectos condicionantes y a veces cambiantes de cada grupo de importancia.

REsUlTADOs Implementación de la solución Figura 12: Esquema de la determinación del valor

La presente solución se implementa como parte del desarrollo del sistema de calidad para la certificación ISO de una empresa

Como se indicó anteriormente, la principal base de conoci-

de telecomunicaciones. En seguida, se presentan los formatos

mientos que se considera en el proyecto es la del sistema de

de los entregables de la aplicación de la metodología del cua-

calidad de ISO en que los flujos de conocimiento permitirán

dro de mando integral, ordenados mediante sus cinco fases.

que la organización pueda reproducir las mejores prácticas

Además se describen, para cada fase, sus respectivas relaciones

en diferentes áreas, teniendo como fuente de conocimientos

con los otros dos temas:

esta base. Esto tiene relación con el bloque de iniciativas del tablero de motivaciones de gestión (TMG) donde se desarro-

Primera fase:

llan las estrategias y las tácticas para mejorar los procesos o

CMI - Definir el negocio

para corregir actividades de algún proceso afectado; es de-

TDM - Motivaciones del negocio

cir, cuando un indicador relacionado se encuentra en la zona

ISO - Responsabilidad de la dirección

amarilla o en la zona roja. En la metodología del CMI, se en-

ENTREGABLE 1: Definición del negocio

cuentra la fase “realizar iniciativas de mejora” donde se listan

ENTREGABLE 2: Diagrama de la unidad de trabajo

135

las iniciativas que surgen como soluciones a los problemas encontrados.

Figura 13: Esquema de la integración para la gestión de la calidad a través de la gestión del conocimiento

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 135

11/26/09 11:24:51 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

Figura 14: Formato de entregable # 1 “Definición del negocio”

Figura 16: Formato de entregable # 7“Matriz de selección de objetivos”

Quinta fase: CMI - Definir las iniciativas TDM - Iniciativas estratégicas ISO - Medición, análisis y mejoramiento ENTREGABLE 9: Relación de iniciativas

136

Figura 15: Formato de entregable # 2“Diagrama de la unidad de trabajo”

Segunda fase: CMI - Realizar el análisis estratégico TDM - Análisis FODA ISO - Medición, análisis y mejoramiento ENTREGABLE 3: Análisis interno ENTREGABLE 4: Análisis externo Tercera fase: CMI - Elaborar la guía estratégica TDM - Diagramas de guía

Figura 17: Formato de entregable # 8 “Ficha de indicador”

DEsARROllO DEl AplICATIVO DE lA sOlUCIÓN Análisis del aplicativo

ISO - Responsabilidad de la dirección ENTREGABLE 5: Síntesis estratégica ENTREGABLE 6: Mapa estratégico Cuarta fase: CMI - Definir los objetivos e indicadores TDM - Motivaciones de resultados ISO - Medición, análisis y mejoramiento ENTREGABLE 7: Matriz de selección de objetivos ENTREGABLE 8: Ficha de indicador

La elaboración del aplicativo se comenzará con la recopilación de los requerimientos de los futuros usuarios del aplicativo que serán seleccionados y confrontados. Así, podemos decir que los requerimientos corresponden a los siguientes cuatro puntos: • Necesidad de registrar periódicamente los valores de los indicadores y ver la tendencia que presentan • Facilidad de cambio de los parámetros de control de los indicadores de acuerdo con mejoras que se planteen

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 136

11/26/09 11:24:51 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

• Establecer un acceso de los indicadores a través de las redes corporativas • Visualizar, según niveles jerárquicos de la organización, a los indicadores correspondientes

Especificación del proceso (Ep) El flujo de la información en la organización tiene dos aspectos importantes, que son determinados por:

Diseño de datos. En esta etapa se trata de transformar el modelo de la información creado durante el análisis en la estructura de datos necesario para implementar el aplicativo. Diseño arquitectónico. Esta representación de la estructura modular del programa se puede obtener del modelo de análisis y de la interacción de los subsistemas definidos dentro del modelo del análisis. La siguiente figura presenta el diseño arquitectónico del aplicativo.

• El medio de transmisión

Diseño de interfases. Ventanas de acceso y de consulta de in-

• La utilidad de la información

dicadores:

Especificación del control (EC) Es necesario tener un control del acceso a los valores de los indicadores. La formalización, a través de la asignación de responsabilidades y accesos para la interrelación con el aplicativo, tiene los siguientes derechos: • Administrador • Gestor • Lector

Descripción de objetos El aplicativo tiene dos módulos básicos: Evolución y Estadística. Estos módulos son propuestos para apoyar al análisis, presentando la evolución periódica del indicador y su comportamiento estadístico.

137

Figura 19: Página de consulta de indicadores

Ventanas de consultas para análisis:

Diseño del aplicativo

Ventana de Reportes:

El modelo de diseño presenta cuatro etapas que, para su me-

Diseño procedimental. En esta etapa se produce la transfor-

jor manejo, pueden realizarse de forma consecutiva:

mación de los elementos estructurales del aplicativo en una

• Diseño de datos

descripción procedimental de los componentes de software.

• Diseño arquitectónico • Diseño de interfases • Diseño procedimental

Curva de Control. Con los valores obtenidos de los avances del indicador (recomendable con los últimos 7 periodos), se obtienen la media y la desviación estándar con las cuales se determinan la zona de control de 2Zigma; la holgura, que está dada por la media más 2Zigma; el valor de delta, que es la diferencia entre el límite A y la holgura; y el rendimiento, que es el porcentaje de cuántas veces 2Zigma hay en delta. En la interfase de consulta de reportes se presentan tres tipos de consultas: • Indicadores no actualizados, con más de 10 días de tolerancia

Figura 18: Transformación del modelo de análisis en uno de diseño

• Indicadores que salieron fuera del límite, es decir, están en zona roja

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 137

11/26/09 11:24:52 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

• Indicadores que, estadísticamente, tienen que ser revisados

Esto se refleja en la satisfacción de los clientes y, con-

porque tienen una tendencia negativa o muy positiva, lo

secuentemente, en una mejor situación financiera de la

que indica que no fueron correctamente dimensionados

empresa. – Otra de las conclusiones expone que el CMI se presenta como una herramienta que proporciona a los ejecutivos información actual y les da la posibilidad de proyectarse para conseguir logros y evitar peligros en el ciclo de vida de la empresa. Esta solución se sustenta en la inteligencia de las personas que emplean estratégicamente los sistemas y documentan sus acciones especiales, las que al ser traducidas, interpretadas y analizadas se convierten en conocimiento. Luego, este conocimiento es almacenado en la base de conocimiento establecida, de

Figura 20: Curva de control

donde será transmitido para su uso en la empresa. Toda esta actividad también está sustentada en el modelo de gestión del conocimiento, registrándose los nuevos cono-

– El tablero de motivaciones de gestión se presenta como

cimientos surgidos en la documentación elaborada para el

un real reforzamiento a la aplicación de la solución. Es

sistema de calidad del ISO 9001 versión 2000.

como una interfaz interactiva que, sobre la base de las primeras motivaciones del negocio (Misión, Visión), acti-

CONClUsIONEs

va los análisis de la situación actual y de los valores obtenidos (FODA y De Impacto). Luego, establece las políticas

138

• El modelo de gestión del conocimiento presentado no tie-

y las reglas de negocio (Diagramas de Guía), lo que per-

ne la intención de ser un aplicativo más de la organización,

mite realizar el seguimiento a las motivaciones de resul-

sino una forma de manejar los conocimientos en ella para

tados (Objetivos, Metas). Finalmente, sobre la base de los

determinar el valor de las actividades del negocio.

conocimientos obtenidos del análisis de los indicadores, se pueden aplicar las iniciativas estratégicas (Estrategias

• La metodología del CMI aplicada en la investigación pro-

y Tácticas) que permitirán lograr las metas establecidas,

porciona importantes beneficios a la empresa, entre los

asegurando así un control continuo y estratégico en la

cuales se pueden mencionar los siguientes:

disposición de obtener el valor agregado.

– Las relaciones causa-efecto de las diferentes perspectivas y el análisis de sus correspondientes indicadores

– La norma internacional ISO 9001 versión 2000, interre-

permiten identificar las acciones clave en la produc-

lacionada con el tablero de motivaciones y con la me-

ción. Así, sobre la base de ello, se pueden eliminar los

todología del cuadro de mando integral, fortalece al

“cuellos de botella” que retardan las operaciones en la

sistema de calidad, viabilizando el cumplimiento de las

producción.

cláusulas requeridas para la certificación de los procesos de la empresa.

– El manejo de los indicadores erradicó el viejo paradigma que afirmaba que las actividades, como las de

• Este trabajo, por lo tanto, ha tenido a bien presentar un mo-

recursos humanos, no eran medibles y no contribuían

delo de gestión del conocimiento para ser adoptado por

a generar valor a la organización. La contribución de

cualquier organización con un proactivo modo de pensar.

las personas a los grandes objetivos de la organización está garantizada. Para ello, la empresa debe adoptar

REFERENCIAs

estrategias en este tema y lograr transformar a las personas del negocio en empleados capaces, hábiles,

[1]

SERVAT, Alexander. “Manual para documentar sistemas

versátiles, motivados, competentes, proactivos y com-

de calidad [MPDSC]”. Editorial: Prentice Hall, 1era Edición,

prometidos con la organización.

2000, México

– La facilidad del seguimiento de los indicadores y su

[2]

SERVAT, Alexander. “Implantación estratégica del ISO 9001

contribución a la pronta toma de decisiones propor-

versión 2000 [IMEDI]”. Editorial: Centrum, 1era Edición, 2003,

cionan eficacia y eficiencia al manejo de los procesos.

Lima – Perú

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 138

11/26/09 11:24:52 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

[3]

ALONSO BETANZOS, Amparo. “Ingeniería del conocimiento, aspectos metodológicos [IDCAM]”. Madrid – España: Editorial: Prentice Hall, 1era Edición, 2004.

[4]

ARGYRIS, Chris. “Sobre el aprendizaje organizacional [SEAOR]”. México D.F.: Editorial: Oxford, 1era Edición, 2001.

[5]

CHUN WEI CHOO. “La organización inteligente [LORIN]” México D.F.: Editorial: Oxford, 1era Edición, 2000

[6]

ción, 2001 [18] DRUCKER, Peter F. “La gerencia en la sociedad del futuro [LGESF]”. Bogotá - Colombia: Editorial: Norma, 1era Edición, 2002 [19] DRUCKER, Peter F. “La administración, la organización ba-

ción para los negocios [SIPLN]”. México D.F.: Editorial: Mc-

Bogotá - Colombia: Editorial: Norma, 1era Edición, 1996,

MITNTZBERG, Henry. “El proceso estratégico [EPRES]”.

[20] SENGE, Peter. “La danza del cambio [LDZDC]”. Bogotá Colombia: Editorial: Norma, 1era Edición, 2000 [21] KAPLAN, Robert S. y NORTON, David P. “Cómo utilizar el

KUME, Hitoshi. “Herramientas estadísticas básicas para

cuadro de mando integral [CUCMI]”. Barcelona - España:

el mejoramiento de la calidad [HEBMC]”. Bogotá – Co-

Editorial: Gestión 2000, 2001

lombia: Editorial: Norma, 1era Edición, 2002 [9]

[IAUNS]”. Madrid - España: Editorial: McGraw Hill, 1era Edi-

sada en la información, la economía, la sociedad [AOIES]”

México: Editorial: Pearson, 1era Edición, 2000 [8]

[17] NILSSON, Nils J. “Inteligencia artificial, una nueva síntesis

COHEN , Daniel y ASIN , Enrique. “Sistemas de informaGraw Hill, 3era Edición, 2000,

[7]

rial: Norma, 1era Edición, 2000

[22] CARBALLO, Roberto. “Innovación y gestión del conoci-

A. O´BRIEN, JAMES. “Sistemas de información gerencial

miento [IYGDC]”. España: Editorial: Díaz de Santos, 1era

[SIGR2]”. Bogotá – Colombia: Editorial: Mc Graw Hill, 4ta

Edición, 2006

Edición, 2001 [10] JERRY HONEYCUTT. “Así es la gestión del conocimiento de Microsoft [AELGC]” Editorial: McGraw Hill, 1era Edición, 2001, Madrid – España [11] KOTTER , John P. “Las nuevas reglas de los negocios [NRELN]”. México: Editorial: Prentice Hall, 1era Edición, 2000 [12] TARZIJáN M. , Jorge. “Organización industrial para la estrategia empresarial [OIPEE]”. Buenos Aires – Argentina: Editorial: Prentice Hall, 1era Edición, 2001 [13] VIEDMA MARTí, José María. “La gestión del conocimiento y del capital intelectual [GCYCI]”. Cataluña – España: Editorial: UPC, 1era Edición, 2001

[23] SHEPARD, STEVEN. “Convergencia de las telecomunicaciones [CDLTL]”. Madrid - España: Editorial: McGraw Hill, 1era Edición, 2002 [24] THE BUSINESS RULES GROUP. www.businessrulesgroup.org

139

“Organizing business plans [SMBRM]”. Estados Unidos: Editorial: Propia, 1era Edición, 2001 [25] VON KROGH, ICHIJO y NONAKA. “Facilitar la creación de conocimiento [FLCDC]”. México D.F.: Editorial: Oxford, 1era Edición, 2000 [26] GATES, William H. “Los negocios en la era digital [LNEDI]” Barcelona - España: Editorial: Plaza & Janes, 1era Edición, 2000

ACERCA DEl AUTOR

[14] DAVIS, Keith y NEWSTROM, John. “Comportamiento humano en el trabajo [CHEET]”. México D.F.: Editorial: Mc-

Candidato a Doctor en Administra-

Graw Hill, 10ma Edición, 2000

ción. Máster en Ciencias en Sistemas

[15] LAUDON, Kenneth C. y LAUDON, JANE P. “Sistemas de información gerencial [SIGR1]”. México: Editorial: Pearson, 8va Edición, 2004

de Información e Ingeniero Electricista. Especialista en optimización y sistematización de procesos con aplicación de metodologías de gestión y

[16] BUCKINGHAM, Marcus & COFFMAN, Curt. “Primero, rom-

transferencia de conocimientos. Ac-

pa todas las reglas [PRTLR]”. Bogotá – Colombia: Edito-

tualmente, responsable del laboratorio de electricidad del Departamento de Electrotecnia de Tecsup. Miembro de la IEEE y del CIP.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 139

11/26/09 11:24:52 AM

Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate. Effect of sodium bicarbonate and vegetal oil on the control of leandria momordicae in cucumber and alternaria solani in tomato. Roberto Ramírez Otárola REsUMEN

mate Jumbo AG-592. Se realizaron 5 evaluaciones de la severidad de la enfermedad, las cuales se iniciaron 39 días después

Fueron conducidos dos ensayos en un campo experimental

del transplante, siendo repetidas cada 14 días inicialmente y

agrícola ubicado en Sao Paulo, Brasil. Se utilizó un diseño es-

luego cada 7 días. Se determinaron las curvas de desarrollo epi-

tadístico de Bloques Completamente al Azar con 4 repeticio-

demiológico de la enfermedad y la productividad del cultivo

nes.

en cada tratamiento. Se concluyó que: a) la quinta hoja de las plantas es la mas adecuada para el estudio epidemiológico de

140 En el primer ensayo, el objetivo fue evaluar la eficiencia de

esta enfermedad; b) el iprodione presentó efecto positivo en el

aplicaciones semanales de bicarbonato de sodio (5, 10 y 15

control del patógeno en estudio cuando fue aplicado solo o en

g/l), comparados con el ingrediente activo benomyl (0,5 g/l),

combinación con bicarbontato de sodio o aceite vegetal; c) no

para el control del hongo Leandria momordicae y su efecto

se encontraron diferencias estadísticas significativas en el con-

en el rendimiento del pepinillo híbrido Premier. Se realizaron

trol de Alternaria entre aplicaciones de Iprodione ó bicarbona-

5 evaluaciones de la severidad de la enfermedad, las cuales

to de sodio aplicados aisladamente; d) la mayor productividad

se iniciaron 28 días después del transplante, siendo repetidas

y número de frutos se obtuvo con los tratamientos: bicarbona-

cada 14 días. Se determinaron las curvas de desarrollo epi-

to de sodio, iprodione y aceite vegetal + iprodione.

demiológico de la enfermedad y la productividad del cultivo en cada tratamiento. Se concluyó que: a) la cuarta hoja de las

Abstract

plantas es la mas adecuada para el estudio epidemiológico de esta enfermedad; b) el benomyl disminuye la tasa de de-

Two experiments were carried out under field conditions in

sarrollo epidemiológico de la enfermedad; c) el bicarbonato

Sao Paulo State, Brazil. The statistical design was randomized

de sodio no afectó significativamente la tasa de desarrollo de

blocks, replicated four times.

la enfermedad, aun cuando a dosis de 10 g/l proporcionó un aumento significativo del rendimiento del cultivo, equivalen-

In the first experiment, the efficiency of different levels of so-

te al del benomyl .

dium bicarbonate (0,5, 1 and 1,5 %) compared with benomyl (0.05%), sprayed weekly, on the control of cucumber net spot

En el segundo ensayo, el objetivo fue evaluar la eficiencia

(Leandria momordicae) , were studied on cucumber cv Premier.

de aplicaciones semanales de bicarbonato de sodio (10 g/l),

The disease severity was rated, five times, at 14 days interval

Natural Oil - aceite vegetal de uso agrícola (10 ml/l) y el in-

which, started 28 days after the transplanting date, and the epi-

grediente activo iprodione (0,75 g/l), aplicados aisladamente

demiological development curves were determined. The Fruit

ó en combinaciones de a dos productos, para el control del

yield of each experimental plot was also evaluated. The results

hongo Alternaria solani y su efecto en el rendimiento del to-

showed that the evaluation of the disease severity in the fourth

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 140

11/26/09 11:24:53 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

leaf were more adequate for studying the cucumber net spot

En la horticultura alternativa, así como en la convencional, exis-

epidemics. Disease severity was lower in benomyl treatment.

te una preocupación por generar alternativas que permitan la

The highest fruit yields were obtained with the treatments

reducción de los fungicidas convencionales. Una línea de inves-

benomyl and sodium bicarbonate (1 %), with no statistical di-

tigación busca la utilización de productos biocompatibles (bi-

fferences among them.

carbonatos y aceites) [2], [8] como los fungicidas. Tales productos, debido a su baja toxicidad en mamíferos y su mínimo daño

In the second experiment, the efficiency of sodium bicarbo-

ambiental, son una alternativa muy interesante en el control de

nate (1 %), Natural Vegetable oil (1 %) and iprodione (0,075

enfermedades en hortalizas.

%), sprayed weekly alone or in combination of two, on the control of tomato early blight (Alternaria solani) , were studied

El presente estudio fue realizado con el objetivo de evaluar, en

on tomato cv Jumbo AG-592. Disease severity was rated at 14

condiciones de infección natural, el efecto del bicarbonato de

days interval (the first five) or 7 days interval (the last two eva-

sodio en el desarrollo del hongo Leandria momordicae en pe-

luations), which started 39 days after transplanting date, and

pinillo (Cucumis sativus L.), y del bicarbonato de sodio y aceite

the epidemiological development curves were determined.

vegetal en el desarrollo del hongo Alternaria solani en tomate

The Fruit yield of each experimental plot was also evaluated.

(Lycopersicon esculentum Mill). Adicionalmente, otro objetivo

The results showed that the evaluation of the disease severity

fue evaluar el efecto de las enfermedades sobre el rendimiento

in the fifth leaf were more adequate for studying the tomato

de dichos cultivos.

early blight epidemics. Iprodione plus sodium bicarbonate or vegetable oil provided better disease control. Iprodione and

FUNDAMENTOs

sodium bicarbonate provided also efficient control, although with no statistical differences among them. Sodium bicarbo-

Como método de control de enfermedades de plantas, se ha

nate, iprodione and vegetable oil plus iprodione resulted in

utilizado exclusivamente fungicidas, a pesar de sus problemas

the highest yield and fruit number.

de contaminación, generación de resistencia y costos elevados.

palabras clave

Actualmente, existe una corriente de investigación que busca identificar tecnologías de producción ecológicamente mas

Leandria momordicae, Alternaria solani, fungicidas agrícolas

adecuadas. En esta línea, el uso de bicarbonatos y aceites se ha

de baja toxicidad, bicarbonato de sodio, aceite vegetal.

tornado en una alternativa interesante para el control de en-

Key words

141

fermedades fungosas. Los bicarbonatos no son eficientes como tratamiento de prevención de hongos. Su acción es fungicida al contacto directo con los patógenos, inhibiendo la formación y

Leandria momordicae, Alternaria solani, low toxicity agricultu-

germinación de conidias de diferentes hongos [2], [8].

re fungicides, sodium bicarbonate, vegetable oil.

INTRODUCCIÓN

Varios polímeros (aceites vegetales, aceites minerales, antitranspirantes, ceras y siliconas), han sido utilizados como barrera natural sobre la superficie de las hojas contra la penetración del

Los cultivos hortícolas son exigentes en altas inversiones,

tubo germinativo de ciertos hongos patogénicos. Estos polí-

siendo el alto consumo de pesticidas un componente muy

meros no son fitotóxicos, son permeables a gases y biodegra-

importante del costo de producción de los mismos. Estas

dables; pudiendo inclusive ser utilizados en combinación con

aplicaciones de pesticidas pueden originar consecuencias

fungicidas convencionales. Existen reportes de mejora de la efi-

dañinas para el ambiente, para el consumidor y para los apli-

ciencia en el control de los hongos Alternaria solani y Septoria

cadores de pesticidas. Por ejemplo, en el cultivo del tomate

lycopersici en tomate, mediante el uso del antitranspirante GZM

en Brasil, la tasa de consumo de fungicidas fue reportada en

combinado con el fungicida Carbendazim [1].

23,3 kg/ha campaña; el mayor valor de consumo entre todos los cultivos producidos en el país [6].

La eficiencia fungicida del bicarbonato de sodio y ciertos aceites aumentó cuando estos productos fueron usados en combi-

Investigaciones recientes han demostrado que es posible la

nación, debido al incremento de la adherencia del ión bicarbo-

reducción de esos consumos de modo significativo median-

nato en las hojas [2], [8].

te la implementación de programas de Manejo Integrado de Plagas, sin disminuir los rendimientos ni perjudicar la apa-

Por otro lado, el Leandria momordicae en pepinillo y el Alter-

riencia de los productos cosechados [7], [4].

naria solani en tomate son dos patógenos que causan muy

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 141

11/26/09 11:24:53 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

importantes pérdidas, principalmente en el Brasil. El control

Los 5 tratamientos fueron distribuidos en un diseño de Bloques

convencional de estas enfermedades no es eficiente, pues

Completamente al Azar con 4 repeticiones, totalizando 20 par-

ocasionan pérdidas de cosecha superiores al 50% [3].

celas. Cada parcela estuvo constituida por 40 plantas.

pROCEDIMIENTO

Para determinar la evolución de la enfermedad, se hicieron 5 evaluaciones. Estas se iniciaron 28 días después del transplante

Los dos experimentos (uno con pepinillo y otro con tomate)

y fueron repetidas cada 14 días. Las evaluaciones fueron basa-

fueron conducidos en condiciones de campo experimental

das en el porcentaje del área foliar afectada (escala de notas

agrícola ubicado en Jaboticabal, Estado de Sao Paulo, Brasil

del 1 a 6), de acuerdo con la metodología desarrollada para el

(21° 45´ 20” de latitud sur y 48° 45´ 58” de longitud oeste). El

cultivo de la papa [6].

clima de la región, conforme a la Clasificación de Köpen es de tipo Cwa subtropical, con lluvias de verano, presentando

Durante la cosecha, las dos hileras centrales de cada parce-

precipitación media anual de 1400 mm y temperatura media

la fueron usadas para la determinación de la producción, así

anual de 22°C.

como número y peso promedio de frutos comerciales.

El suelo del campo experimental es un Latosol Rojo Oscuro – fase arenosa. Los resultados del análisis químico de suelos a 20 cm de profundidad muestran una alta fertilidad (Tabla 1) Experimento 1: Efecto del bicarbonato de sodio sobre la epidemia de Leandria momordicae en pepinillo. Se utilizó el pepinillo híbrido Premier, altamente susceptible a Leandria momordicae, pero resistente al resto de enfermedades fungosas. Se utilizaron plantines de 12 dias de edad en vivero. La fertilización del suelo fue 220- 400- 240 kg/ha de N,

142

P2O5 y K2O respectivamente, de acuerdo a los requerimientos resultantes del análisis de suelos. Los tratamientos fueron: 1 Testigo 2 Benomyl (0,5 g/l) 3 Bicarbonato de sodio (5 g/l) 4 Bicarbonato de sodio (10 g/l) 5 Bicarbonato de sodio (15 g/l) Desde el día 22 luego del transplante, las plantas fueron trata-

Figura 1. Escala diagramática: 0 %, 2,5 %, 12 %, 25 %, 50 % y mas de 50 %

das semanalmente, hasta completar 9 aplicaciones.

de área foliar lesionada por Leandria momordicae, que corresponden a los índices de severidad de la enfermedad 1, 2, 3, 4, 5 y 6. [1].

Experimento 1. Pepinillo 2. Tomate

P resina

M.O.

pH em

H + Al

mg. dm-3

g.dm-3

Cacl2

100

6,0

5,3

100

5,9

3,1

118

mmolc.dm-3

V %

Tabla 1. Resultado del análisis químico del suelo experimental. Jaboticabal, Sao Paulo.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 142

11/26/09 11:24:53 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

Experimento 2: Efecto del bicarbonato de sodio y aceite

Datos originales (x)

vegetal sobre la epidemia de Alternaria solani en tomate. Transformación logística = ln (x/(1-x)); Se utilizó el tomate cultivar Jumbo AG-592, que presenta plantas de crecimiento indeterminado para consumo fresco.

Los datos originales fueron transformados en valores mayores a

Este cultivar es altamente susceptible a Alternaria solani, pero

0 y menores a 1 (proporción de enfermedad)

resistente al resto de enfermedades fungosas. Se utilizaron plantines de 32 días de edad en vivero. La fertilización del

Para cada hoja evaluada (3 en pepinillo y 4 en tomate), cada

suelo fue 200 - 400 - 240 kg/ha de N, P O y K O respectiva-

transformación (2) y cada tratamiento (5 en pepinillo y 7 en to-

mente, de acuerdo a los requerimientos resultantes del aná-

mate) se determinó una ecuación de recta con la forma:

lisis de suelos. x = a + bt Los tratamientos fueron: 1 Testigo 2 Iprodione (0,75 g/l)

Donde: x = proporción de la enfermedad

3 Bicarbonato de sodio (10 g/l) 4 Aceite vegetal (10 ml/l) 5 Bicarbonato de sodio (10 g/l) + aceite vegetal (10 ml/l) 6 Bicarbonato de sodio (10 g/l) + Iprodione (0,75 g/l)

a = cantidad de inóculo inicial b = tasa aparente de infección t = tiempo desde el inicio de la enfermedad

7 Aceite vegetal (10 ml/l) + Iprodione (0,75 g/l) El aceite vegetal usado fue Natural Oil (Arbole Agrícola y Comercio Ltda.)

143

Desde el día 12 luego del transplante, las plantas fueron tratadas semanalmente, hasta completar 12 aplicaciones. Los 7 tratamientos fueron distribuidos en un diseño de Bloques Completamente al Azar con 4 repeticiones, totalizando 28 parcelas. Cada parcela estuvo constituida por 40 plantas. Para determinar la evolución de la enfermedad, se hicieron 7 evaluaciones. Estas se iniciaron 39 días después del transplante y fueron repetidas cada 14 días (las 5 primeras) o cada 7 días (las 2 últimas). Las evaluaciones fueron basadas en el porcentaje del área foliar afectada (escala de notas de 1 a 5), de acuerdo con la metodología desarrollada para el cultivo del tomate [5]. Durante la cosecha, las dos hileras centrales de cada parcela fueron usadas para la determinación de la producción, así como el número y peso promedio de los frutos comerciales.

Análisis epidemiológico Se realizó un análisis de regresión lineal en cada ensayo, con-

Figura 2. Escala diagramática: 0 %, 2,5 %, 12 %, 25 % y 50 % de área foliar

siderando los datos originales y la transformación logística,

lesionada por Alternaria solani, que corresponden a los índices de severi-

del modo siguiente:

dad de la enfermedad 1, 2, 3, 4 y 5. [5].

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 143

11/26/09 11:24:54 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

REsUlTADOs

De acuerdo a los datos de la Tabla 3, se encuentran diferencias significativas entre los valores de B para todos los métodos de

A. Efecto de los métodos de control en la severidad de las enfermedades

control cuando fueron comparados con el Benomyl (0,5 g/l), el cual tuvo el menor valor de B del ensayo. Se concluye que el Benomyl influye significativamente en la disminución del desarrollo del hongo en comparación con el resto de tratamientos.

Pepinillo

Entre las dosis de bicarbonato de sodio la de 10 g/l mostró el En pepinillo, los mayores valores de R2 fueron obtenidos me-

DE EsÓRIA

menor valor de B.

diante la determinación de la severidad de la enfermedad en la cuarta hoja a partir del ápice de la planta. Se considera entonces a esta hoja como la más adecuada para el estudio epidemiológico de Leandria momordicae (Tabla 2) Valores de Coeficientes de determinación de las ecuaciones de las curvas epidemiológicas obtenidas evaluando la cantidad de enfermedad a través de la severidad de la misma Tratamiento Testigo

N.° Hoja

Log i t

Tratamiento

Testigo

Valores de los Parámetros Estadísticos

Epidemiológica

F p/ reg. L in

54,95**

0,868

68,34**

0,890

45,01**

0,845

44,18**

0,843

57,05**

0,872

Y = -2,8412 + 0,1399 x

Benomyl (0,5

Y = -1,7230 +

g/L)

0,0292 x

Bicarbonato

R*2

de Sodio (5

0,919

g/L)

0,917

Bicarbonato

0,916

de Sodio (10

Y = -2,8327 + 0,1267 x Y = -2,8415 + 0,1257 x

g/L)

144

Ecuación / curva

Benomyl

0,837

Bicarbonato

(0,5 g/L)

0,810

de Sodio (15

0,890

g/L)

Y = -2,8357 + 0,1299 x

** significativo a nivel de 1% de probabilidad Bicarbonato de Sodio (5 g /L)

Bicarbonato de Sodio (10 g /L)

0,951

0,948

0,930

0,953

0,941

quinta hoja a partir del ápice de la planta. Se considera enton-

0,936

ces a esta hoja como la mas adecuada para el estudio epide-

Tabla 3: Efecto de los diferentes métodos de control en la curva epidemiológica de Leandria momordicae

Tomate En tomate, los mayores valores de R2 fueron obtenidos mediante la determinación de la severidad de la enfermedad en la

miológico de Alternaria solani (Tabla 4). Bicarbonato de Sodio (15 g /L)

0,944

0,936

0,929

Promedio de 4° hoja Promedio de 5° hoja Promedio de 6° hoja Promedio General

Valores de Coeficientes de determinación de las ecuaciones de las curvas epidemiológicas obtenidas evaluando la cantidad de enfermedad a través de la severidad de la misma Tratamiento

N° Hoja

Log i t

Testigo

0,965

0,955

0,950

0,944

Iprodione

0,947

(0,75 g/l)

0,939

R*2

0,921 0,910 0,920 0,917

Tabla 2: Determinación de la hoja mas adecuada para el estudio epidemiológico de Leandria momordicae

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 144

11/26/09 11:24:55 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

Bicarbonato de Sodio (10 g /l)

0,966

0,960

0,962

0,972

0,949

0,945

el efecto positivo del Iprodione y el bicarbonato de sodio en el control del patógeno.

Tratamiento

Testigo

(0,75 g/l)

(10 ml /l)

0,954

Bicarbonato

0,940

de Sodio

0,930

(10g/l)

(10 g /l) + aceite vegetal (10 ml/l)

0,911

0,947

0,1015 x 0,0666 x

0,962

Sodio

Y = -2,8449 + Y = -2,2974 +

Bicarbonato de

Epidemiológica

Iprodione Aceite vegetal

Ecuación / curva

Y = -2,6772 + 0,0893 x

Aceite vege-

Y = -2,8439 +

tal (10 ml/l)

0,1012 x

Valores de los Parámetros Estadísticos F p/ reg. L in

63,91**

0,843

43,65**

0,792

61,95**

0,839

63,98**

0,843

64.48**

0,844

47,79**

0,805

Bicarbonato de Sodio (10g/l) +

0,903

aceite vege-

0,911

tal (10ml/l)

Y = -2,9056 + 0,1060 x

Bicarbonato Bicarbonato de Sodio (10 g /l) + Iprodione (0,75 g/l)

Aceite vegetal (10 ml/l) +

de Sodio 4

0,839

(10g/l) + Iprodione

Y = -2,0911 + 0,0567 x

0,900

(0,75 g/l)

0,930

Aceite vege-

0,951

tal (10 ml/l)

Y = -1,9429 +

+ Iprodione

0,0490 x

0,952

0,958

0,940

0,958

145 123,70**

0,909

(0,75g/l) ** significativo a nivel de 1% de probabilidad Tabla 5: Efecto de los diferentes métodos de control en la curva epidemio-

Iprodione (0,75 g/l)

lógica de Alternaria solani

B. Efecto de los métodos de control en la producción de los cultivos

Promedio 4° hoja

0,934

Promedio 5° hoja

0,946

Promedio 6° hoja

0,940

La producción de frutos comerciales de pepinillo fue signi-

Promedio 7° hoja

0,943

ficativamente afectada por el método de control de Leandria

Promedio General

0,941

momordicae (Figura 3). El producto Benomyl fue el que propor-

Tabla 4: Determinación de la hoja mas adecuada para el estudio epidemiológico de Alternaria solani

Pepinillo

cionó mejor resultado de control, aun sin mostrar diferencias significativas en relación al control con bicarbonato de sodio (10 g/l). La mejor dosis de este producto alternativo fue de 10

De acuerdo a los datos de la Tabla 5, los valores de B muestran que los tratamientos 6 (bicarbonato de sodio 10 g/l + Iprodione 0,75 g/l); 7 (aceite vegetal 10 ml/l + Iprodione 0,75 g/l) y 2 (Iprodione 0,75 g/l) no tuvieron diferencias significativas entre si presentando los menores valores de B. Se constató

g/l, que fue la única dosis significativamente superior en productividad (38 %) en relación al tratamiento testigo. La dosis de 15 g/l de bicarbonato produjo una disminución en el rendimiento del cultivo, lo cual podría deberse al efecto fitotóxico de dicha dosis.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 145

11/26/09 11:24:55 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

Benomyl fue significativamente superior en número de frutos

No se encontró efecto positivo del bicarbonato de sodio ó del

comerciales. Entre los tratamientos con bicarbonato, la dosis

aceite vegetal en el rendimiento, al ser mezclados con iprodio-

de 10 g/l produjo mayor número de frutos.

ne. El aceite vegetal no mostró eficiencia en el control de la enfermedad. El peso promedio de los frutos comerciales, no fue afectado por el método de control utilizado (Tabla 7). El mayor número de frutos comerciales se constató en los tratamientos que mostraron las mayores producciones, pero sin existir diferencias significativas.

Figura 3: Efecto de los diferentes métodos de control de Leandria momordicae en la producción de frutos comerciales en pepinillo

El peso promedio de los frutos comerciales, no fue afectado por el método de control utilizado (Tabla 6). Frutos Comerciales Tratamiento

146

Número (millares/ha)

Peso Promedio (g)

Figura 4: Efecto de los diferentes métodos de control de Alternaria solani

Testigo

105,5 b

147,5 a

momordicae en la producción de frutos comerciales de tomate

Benomyl (0,5 g/l)

180,5 a

150,0 a

110,0 b

142,5 a

140,0 b

152,5 a

Bicarbonato de Sodio (5 g/l) Bicarbonato de Sodio (10 g/l) Bicarbonato de

119,0 b

152,5 a

D.M.S. (5%)

1,64

0,19

C.V.

6,41

5,62

Sodio (15 g/l)

Frutos Comerciales Tratamiento

Número (millares/ha)

Peso Promedio (g)

Testigo

496,0 a

100 a

Iprodione (0,75g/l)

667,0 a

110 a

662,0 a

110 a

553,0 a

100 a

505,0 a

100 a

605,8 a

110 a

684,0 a

100 a

Bicarbonato de Sodio (10 g/l) Aceite vegetal (10 ml/l)

Tabla 6: Efecto de los diferentes métodos de control de Leandria mo-

Bicarbonato de So-

mordicae en el número y peso medio de frutos comerciales de pepinillo

dio (10 g/l) + Aceite vegetal (10ml/l)

Tomate

Bicarbonato de

La producción de frutos comerciales de tomate no fue signi-

Sodio (10 g/l) +

ficativamente afectada por los métodos de control de Alter-

Iprodione (0,75 g/l)

naria solani (Figura 4). Los tratamientos que mostraron la ma-

Aceite Vegetal

yor eficiencia en el control del desarrollo de la enfermedad

(10ml/l) + Iprodio-

(bicarbonato de sodio, iprodione, aceite vegetal + iprodione,

ne (0,75g/l)

bicarbonato de sodio + iprodione), fueron los mismos que

D.M.S. (5%)

241,61

10,00

generaron los mayores rendimientos. El bicarbonato de sodio

C.V.

17,36

5,71

aumentó 36% la producción, al ser comparado con el testigo. Este resultado sugiere que esta sustancia es promisoria para

Tabla 7: Efecto de los diferentes métodos de control de Alternaria solani

el control de la enfermedad, de modo que se sugiere realizar

en el número y peso medio de frutos comerciales de tomate

nuevos estudios.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 146

11/26/09 11:24:56 AM

RAMíREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”

CONClUsIONEs

[6]

REIFSCHNEIDER FJB, LOPES CA, COBBE RV. (1989). Manejo integrado das doencas. Circular Técnica de CNPHortalicas, (7), 1-15.

Los dos ensayos permitieron concluir lo siguiente: • La determinación de la severidad de la enfermedad en la

[7]

University of California. Statewide Integrated Pest Mana-

cuarta hoja de la planta de pepinillo fue mas adecuada

gement Project. (1998). Integrated Pest Management for

para el estudio epidemiológico de Leandria momordicae.

Tomatoes (4a. ed.) Oakland: University of California Publication Services.

• La determinación de la severidad de la enfermedad en la quinta hoja de la planta de tomate fue mas adecuada para el estudio epidemiológico de Alternaria solani.

[8]

Ziv O, Zitter TA (1992). “Effects of bicarbonates and films forming polymers on cucurbit foliar diseases”. Plant Disease, (76) (5), 513-517

• El Benomyl fue el producto más eficiente para el control de Leandria momordicae, mientras que el bicarbonato de

ACERCA DEl AUTOR

sodio no afectó significativamente el desarrollo de dicho patógeno.

Roberto Ramírez Otárola Sarmiento es Ingeniero Agrónomo, con maestría en

• No se encontraron diferencias estadísticas significativas

Producción Vegetal por la Universida-

entre bicarbonato de sodio e iprodione en el control de

de Estadual Paulista, Sao Paulo, Brasil.

Alternaria solani en tomate.

Varios años de su vida profesional se han desarrollado en actividades de

• Benomyl y bicarbonato de sodio (10 g/l) presentaron

producción agrícola en condiciones

producción y número de frutos comerciales en pepinillo

desérticas vinculado a empresas de

significativamente superiores al testigo.

agroexportación.

• Bicarbonato de sodio, iprodione y aceite vegetal + iprodione proporcionaron los mejores rendimientos y núme-

Actualmente se desempeña como Director de Tecsup Trujillo.

147

ro de frutos en tomate.

REFERENCIAs [1]

HAN, JS (1990). “Use of antitranspirants epidermal coatings for plant protection in China”. Plant Disease, (74) (4), 263-266

[2]

HORST RK, KAWAMOTO SO, Potter LL. (1992). “Effect of sodium bicarbonate and oils on the control of powdery mildew and black spots in roses”. Plant Disease, (76) (3), 247-251

[3]

JONES JB, JONES JP, STALL RE, ZITTER TA. (2001). Plagas y Enfermedades del Tomate (2a. ed.) Madrid: Mundiprensa.

[4]

JONES JP (1991). Early blight. En JB Jones, JP Jones (Ed). Compedium of tomato diseases. Saint Paul: The American Phytopathological Society.

[5]

KONNO YT. (1990). Efetividade de fungicidas in vitro a através de técnicas de aplicacao em cultivares de tomateiro no controle de Alternaria solani. Jaboticabal Sao Paulo: Faculdade de Ciencias Agrarias e Veterinarias.

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 147

11/26/09 11:24:56 AM

Lima: Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú Publicación Semestral Tecsup se reserva todos los derechos legales de reproducción del contenido, sin embargo autoriza la reproducción total o parcial para fines didácticos, siempre y cuando se cite la fuente.

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 148

11/26/09 11:24:56 AM

VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”

Investigación aplicada e innovación Volumen 3, N.o 2 Segundo semestre, 2009 Lima, Perú

ISSN 1996-7551

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

Control difuso de una planta de nivel ..............................Raúl Medrano/Ernesto Godinez

An analysis of MPLS performance in layered & hierarchical network architectures .................................................................................... Dave Hedge/Raymond A. Hansen

Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación....... Giancarlo Obando

Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control, utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto ...............................Henry Gómez

103

110

Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico .... ....Julio Monjarás

120

Modelo de gestión del conocimiento.......................................................................... Rafael Vera

127

140

www.tecsup.edu.pe

Invest Apl Innov 3(2), 2009

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 150

11/26/09 11:24:56 AM

CompendioT3_sem2_2009_articulo2.indd 73

Tecsup / OT 10044 / Revista TECSUP 2009 / Lomo 4 mm. confirmar / medida 42,4 x 29,7 cm. TIRA

11/26/09 11:24:27 AM

Celeste Tecsup

Azul Tecsup

Negro