Memoria de artículos - Dominio 8 by Centro de Investigaciones

ISBN 978-9942-21-149-1

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA

M E M O R I A D E A R T Í CU LO S D O M IN IO 8

NUEVAS TECNOLOGÍAS APLICADAS AL TERRITORIO

Dominio 8 - Nuevas Tecnologías Aplicadas al Territorio

VICERRECTORADO ACADÉMICO DIRECCIÓN DEL CENTRO DE INVESTIGACIONES

I Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

Misión La Universidad Técnica de Machala es una Institución de Educación Superior orientada a la docencia, a la investigación y a la vinculación con la sociedad, que forma y perfecciona profesionales en diversas áreas del conocimiento, competentes, emprendedores y comprometidos con el desarrollo en sus dimensiones económico, humano, sustentable y científico-tecnológico para mejorar la producción, competitividad y calidad de vida de la población en su área de influencia.

Visión Ser líder del desarrollo educativo, cultural, territorial, socio-económico, en la región y el país.

Autoridades Ing. César Javier Quezada Abad MBA. RECTOR Ing. Com. Laura Amarilis Borja Herrera Mg. VICERRECTORA ACADÉMICA Soc. Jorge Ramiro Ordóñez Morejón Mg.sc. VICERRECTOR ADMINISTRATIVO Dra. Elmina Rivadeneira, PhD. Directora del Centro de Investigaciones UTMACH

Coordinación EDITOR Dra. Elmina Rivadeneira, PhD. CORRECCIÓN DE ESTILO Ing. Sandra Cabello, PhD Lcda. Fernanda Tusa Jumbo, Msg. Lic. Birmania Jimenez, Mg.Sc. Ing. Cyndi Aguilar Nagua DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN Ing. Jorge L. Maza Córdova, Ms.D.M. IMPRESO EN Unidad de Publicaciones UTMACH

Presentación de dominio La Universidad Técnica de Machala siempre ha estado presente y comprometida desde su creación con el desarrollo de la provincia de El Oro en todos sus ámbitos. Siempre reconocida por la formación de varias generaciones de profesionales en diferentes ramas de la ciencia y la técnica. Esta Universidad consciente de la necesidad de la producción científica como motor de impulso al desarrollo económico, social y productivo de la región sur, ha creado un polo científico dividido en diferentes dominios del conocimiento, siendo estos dominios de carácter integrador, aunando esfuerzos y logros científicos de diferentes áreas para resolver juntos problemas concretos. El Dominio 8, denominado: Nuevas Tecnologías Aplicadas al Territorio, está enfocado precisamente en el desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías en esta era, donde el internet, la automatización y la interconexión de miles de equipos electrónicos resuelven de manera autónoma procesos cada vez más complejos. A través de este dominio la Universidad impulsa el desarrollo científico en la creación de nuevos software, hardware, equipos electrónicos, protocolos de comunicaciones, metodologías, fórmulas, etc., así como la aplicación de nuevas tecnologías de terceros en áreas que permitan elevar la producción, mejorar los procesos existentes y cambio de la matriz productiva acorde con los momentos actuales. Este dominio con un fuerte avance en el desarrollo de las Nuevas Tecnologías de la Información y las Comunicaciones aplicadas a todo nivel de la vida moderna, enfoca su quehacer primero en la solución de los problemas locales para en un futuro extenderlo a beneficio de toda la nación. Es obligación de todo científico e investigador publicar sus logros y resultados para el bien común, es por esto que nuestra Universidad a través de las memorias de sus congresos divulga la producción científica alcanzada. Este dominio 8, los invita a revisar los resultados asociados al desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías al territorio de investigadores locales y externos que se dieron cita en el marco del “I Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología UTMach 2015”.

Dixys Hernández Rojas, MSc. Docente UAIC-UTMach

DOMINIO 8

NUEVAS TECNOLOGÍAS APLICADAS AL TERRITORIO Tabla de contenidos Página

ANÁLISIS DE PROYECTO DE ENERGÍA RENOVABLE PARA LA PARROQUIA SAN AGUSTÍN DEL CANTÓN SANTA ROSA, PROVINCIA DE EL ORO PARA POTENCIAR EL DESARROLLO INTEGRAL DEL SECTOR. / Por: Henry Manuel Correa Guaicha, Raquel Magali Jaramillo Simbaña

ESTUDIO TÉRMICO DE MEZCLAS DE POLI (VINIL ALCOHOL) ALMIDÓN DE ACHIRA POR CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO. / Por: Katherine Stephanie Encalada Flores; Lauro Vladimir Valle Alvarez; José Iván Chango Villacís

REVISIÓN DE LITERATURA Y ANÁLISIS DE MODELOS DE INNOVACIÓN./ Por: Nancy Loja Mora

USO DE SENSORES DE EFECTO HALL PARA REGISTRAR LA CINÉTICA DE EMISIÓN DE LECHE: CASO DE ESTUDIO AUTOMATIZACIÓN DEL WB MINI-TEST EN GANADO CAPRINO. / Por: Fernando-Juan García-Diego, Ángel Sánchez-Quinche, Paloma Merello, Pedro Beltrán, y Cristófol Peris

CONCRETO POROSO: CONSTITUCIÓN, VARIABLES INFLUYENTES Y PROTOCOLOS PARA SU CARACTERIZACIÓN. / Por: Paola Zapata, Andrei Pardo, Andrea Romo, Luisana Campuzano, Jesús Espinoza, Carlos Sánchez, Sandra Cabello

ELABORACIÓN DE PLANCHAS CELU-PLASTICAS A TRAVÉS DEL RECICLAJE DE CELULOSA RESIDUAL Y TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET)./ Por: Albiño Velasco Fernando Gustavo, Mora Zurita Diego Bladimir, Mosguidt Ramos Diana Marilú, Sobenis Hinojosa Gladys María, Velasco Sánchez Carlos Vinicio, Lenin Arellano Barragán

CLOUD COMPUTING PARA EL INTERNET DE LAS COSAS. CASO DE ESTUDIO ORIENTADO A LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN./ Por: Dixys Leonardo Hernández Rojas, Bertha Eugenia Mazón Olivo, Ariel Mauricio Campoverde Marca

Índice

Tema / autor:

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I CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UTMACH 2015 Memoria de Artículos centro_de_investigaciones@utmachala.edu.ec

ANÁLISIS DE PROYECTO DE ENERGÍA RENOVABLE PARA LA PARROQUIA SAN AGUSTÍN DEL CANTÓN SANTA ROSA, PROVINCIA DE EL ORO PARA POTENCIAR EL DESARROLLO INTEGRAL DEL SECTOR

RESUMEN El estudio se centró en el análisis de los MDL (modelos de desarrollo limpio) (energía solar/paneles solares) para obtener energía limpia (energía eléctrica) en la parroquia San Agustín perteneciente al Cantón Santa Rosa, para potenciar el desarrollo integral del sector. Este estudio demuestra la importancia de dotar de energía eléctrica renovable a la parroquia y en el que se incluye la información básica recolectada, antecedentes del proyecto, alternativa escogida que servirá para el abastecimiento y los parámetros propuestos para el diseño de las diferentes partes de que estará constituido el sistema. Entre las principales actividades que realiza el Gobierno Nacional, está la de atender las necesidades básicas de los cantones y poblaciones rurales de las provincias, destacándose prioritariamente aquellas que se refieren a la elaboración de estudios y diseños de sistemas para la dotación de infraestructura eléctrica renovable adecuada que salvaguarde las necesidades insatisfechas de los pobladores.

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Henry Manuel Correa Guaicha 1, Raquel Magali Jaramillo Simbaña 1 Universidad Técnica de Machala 1 henry.m.correa@gmail.com qjara@hotmail.com

Palabras clave: Paneles Solares, MDL (modelos de desarrollo limpio), energía eléctrica. ABSTRACT The study focused on the analysis of CDM (clean development models) (solar energy / solar panels) for clean energy (electric power) in the parish of St. on the parroquia ‘San Agustin’ to Santa Rosa Canton, to enhance the development of the sector. This study demonstrates the importance of providing renewable electricity the parroquia and in which the basic information gathered, project background, chosen alternative that will serve the supply and the proposed design of the different parts of which shall consist system parameters is included. Among the main activities of the Government, is that of meeting the basic needs of the cantons and rural populations of the provinces, primarily emphasizing those relating to the preparation of studies and designs systems for the provision of suitable renewable power infrastructure safeguarding the unmet needs of the residents. Keywords: Solar panels, CDM (clean development models), electric power.

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INTRODUCCIÓN Entre las principales actividades que realiza el Gobierno Nacional, está la de atender las necesidades básicas de los cantones y poblaciones rurales de las provincias, destacándose prioritariamente aquellas que se refieren a la elaboración de estudios y diseños de sistemas para la dotación de infraestructura eléctrica renovable adecuada que salvaguarde las necesidades insatisfechas de los pobladores.

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Con el antecedente expuesto, en vista de la carencia de este tipo de obras en las comunidades rurales de la provincia, particularmente se ha emprendido entre otros, la ejecución del estudio y diseño de un sistema de electrificación renovable para la Parroquia San Antonio, cantón Santa Rosa, provincia de El Oro. Para el efecto se ha preparado la realización de estos estudios, con apego a los cuales y a las observaciones previstas en la realidad actual. El presente estudio se lo desarrollará con el fin de dotar de energía eléctrica renovable al recinto y en el que se incluye la información básica recolectada, antecedentes del proyecto, alternativa escogida que servirá para el abastecimiento y los parámetros propuestos para el diseño de las diferentes partes de que estará constituido el sistema. Objetivo Dotar de energía eléctrica renovable al recinto y en el que se incluye la información básica recolectada, antecedentes del proyecto, alternativa escogida que servirá para el abastecimiento y los parámetros propuestos para el diseño de las diferentes partes de que estará constituido el sistema. Área de estudio El estudio de electrificación renovable para Parroquia San Antonio, procurará que sirva para todos los habitantes de la comuna, basándose en datos recopilados por el ingeniero, para tener un abastecimiento con un período de diseño y alcance en cantidad adecuada a la mayoría de los pobladores, y, su calidad se ajuste a las normas mínimas y consumo humano. La realización de este estudio para el abastecimiento de energía renovable se hará, en lo posible, con atención a lo sugerido por las normas técnicas de diseño para el área rural con poblaciones menores a 5000 habitantes. Sus límites, al norte por la Parroquia Bellavista, al oeste por el cantón Arenillas, al este por la Parroquia La Avanzada, al sur por el cantón Arenillas. La altitud promedio de la Parroquia San Antonio es de 73 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.), aproximadamente. Vías de comunicación 8

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A la Parroquia San Antonio se accede a través de la vía Santa Rosa – Jumón – San Jacinto – San Agustín – San Antonio - El Jobo; de segundo orden. Topografía La topografía general del sector de Parroquia San Antonio es ondulada. La variación altimétrica en el sector donde se asienta la población se la considera asentamiento de costa, con un desnivel máximo de 15 m.s.n.m. aproximadamente. Clima El clima general de Parroquia San Antonio es cálido - húmedo, por estar en un sector tropical. La temperatura varía de 18º centígrados como mínima a 38º centígrados como máxima, con una humedad relativa del 90%. Las estaciones climatológicas son bien definidas. Entre diciembre y abril se presenta el invierno. Esta época es medianamente lluviosa con la presencia de calor intenso y temperaturas de hasta 38º centígrados como máximas. El resto del año es verano en el cual se tiene temperaturas variables que oscilan entre 20º y 35º. Actividades económicas La siguiente información está basada en datos recopilados por funcionarios del GAD municipal del cantón Santa Rosa y también proporcionado por la dirigencia de la parroquia: Sus pobladores basan su economía en la agricultura-ganadería, dado que, en el sector es eminentemente agrícola se cultiva durante la época de lluvia, siendo uno de sus productos principales, el banano, maíz, plátano, cacao, yuca, y en las vegas o ciénagas, se siembran diversos productos agrícolas con óptimos resultados; además se cría ganado de calidad, especialmente vacuno y caprino. Su población es de 1624 habitantes y 375 viviendas. Cuentan con aproximadamente 500 familias. Con respecto al tipo de vivienda, la mayoría son de hormigón, y en un pequeño porcentaje de caña y madera. El recinto tiene el servicio de energía eléctrica (interconectado provisto por CENEL) y con telefonía móvil, poseen un centro de salud, cuentan con el servicio de agua potable. Además cuentan con un sistema de recolección de basura, brindado por el GAD municipal de Santa Rosa. METODOLOGÍA La metodología que se emplea en este proyecto es cuantitativa, en donde se cuantificará los datos resultantes de la muestra representativa del universo estudiado, mediante la medición, procediendo para su análisis patrones constantes, utilizando el método

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Cálculo para la instalación de la planta generadora de energía renovable y cálculo económico para la instalación de la planta de 2 MW de potencia

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deductivo para el razonamiento respectivo. (Bardi, la manera mas habitual de uso dentro de la viviCostos iniciales Millones USD Costos recurrentes Millones USD 2005), (Cutler, 2005). usan todos al mismo tiempo) Estudio del proyectoenda (no se0,2 Personal de planta 0,138 Costo de la planta 1,0 Transporte 0,4 - 600Kw resulta de la suma de las potencias de los RESULTADOS Reparaciones mayores Operación y 1,8 0,025 y repuestos gastos de energía por parte mantenimiento del alumbrado públiEl suministro de energía eléctrica es muy deficiente, Infraestructura 1 Administración 0,05 co, un UPC, dos parquesEventualidades y una Escuela. no no existe caudal de agua (vertiente natural con alturaLicencias 0,3 0,5 calculando previstas un crecimiento de la pronunciada) en este sector. Por lo que se diagnosti- Permisos- 1,18MW valor 0,1 Gastos Consumo básico 0,01 0,5 15% por el tiempo que duración de ca la realización de proyecto energía alternativa en Seguros demanda del Costos locales la Planta (15 0,3 años). cuanto a paneles solares y se respalda con generado- total 5,2 Total 1,123 Demanda requerida.la potencia de la planta que Elaborado por: Correa y col., (2014) res a base de combustible fósil. Calculamos nuestro costo anual equivalente una tasa de interés del 10%del y un período se debe construir parapara suplir la demanda total Bases de diseño.- para la cuantificación de los pará15 años: proyecto es de 2 MW. metros a determinarse dentro de las bases de diseño, Millones USD Costos totales equivalentes del consumo factoranual de energía reque5,2 Definición se ha tomado como población total, la correspondienAnualizando los costos 0,13147 0,68 rido te al obtenido en el levantamiento de información Costo anual equivalente 1,81 Elaborado por: Correa y col., (2014) realizado por el ingeniero. De conformidad con los Cálculo del consumo anual de energía.- la energía términos de referencia, las opciones técnicas y niveles generada resulta de multiplicar la potencia de 2Mw unitario de energía.- para calcular el costo unitario equivalente dividim de servicio se fundamentan en lo siguiente: Cálculo del costo por las 8760 h/año y por el factor de planta; el costo anual equivalente para la generación eléctrica anual: CUE=1,81/14,89=0,121. Luego de encuestas realizadas anteriormente por el Factor de 1. EG=14.892 Mwh/año. Mw Hora/año Mwh/año MKwh/año USȻ/Kw planta GAD municipal (archivo), se pudo determinar Generación que: Multiplicamos 2 8.760 14.892*3600/1000000=53,61. 0,85 14.892 14,89 Para eléctrica anual Requerimientos.- la comunidad de la Parroquia San Costo Unitario de el consumo anual dividimos este valor para la efi0,121 Antonio está compuesta por 500 familias, cadaenergía faciencia: 53,611/0.25=214,44. Elaborado por: Correa y col., (2014) milia tiene: Cálculo de anualidades.- calculamos nuestro valor - 1 TV que consume 60 W. de 18h00 a Cálculo 23h00.de anualidades.nuestro presente para una tasaperíode interés del 10 presente calculamos para una tasa devalor interés del 10% y un y un período de 20 años como horizonte del proyecto. do de 20 años como horizonte del proyecto. - 4 focos que consume 20 W. de 18h00 a 23h00.

- 1 Radio-Grabadora que consume 20 W. de 18h00 a 23h00. - 1 Nevera que consume 150 W. todo el día. Se realizan otros gastos de energía por parte del Elaborado por: Correa y col., (2014) alumbrado público, un UPC, dos parques y una EsAplicando la fórmula, tenemos el valor presente, tocuela que generan un gasto de 600KW/día. ElAplicando factor la fórmula, tenemos el valor presente, tomando en cuenta un valor de salvataje mando en cuenta un valor de salvataje del 12% del de planta estimado está en el orden del 85%. 12% La prodel Valor inicial y considerando los coeficientes de la tabla anterior: Valor inicial y considerando los coeficientes de la VP= -5`200.000-387.454,91(0,6209)-149.380,64(0,3855)-149.380,64 (0,2394)+ 624.000 (0,1486 ducción por galón de diésel considerada es 12KW/h., tabla anterior: VP=-5`441.192,31 el valor de cada galón es $2,00 puesto en sitio. VP=-5`200.000-387.454,91(0,6209)Donde: 149.380,64(0,3855)-149.380,64 (0,2394)+ 624.000 - 155Kw es el total de la suma de las potencias de (0,1486) VP=-5`441.192,31 los electrodomesticos para 500 familias considerando su uso conjunto. (se obtiene sumando la potencia utilizada por los equipos de uso familia r=310w/1000=0.31Kw*500=155Kw). - 145Kw es el valor resultante de la suma de las potencias de los electrodomesticos considerando Elaborado por: Correa y col., (2014)

Cálculo de la anualidad.este en valor multiplicamos el valor presente por el coeficie Tabla 1. Consumo eléctrico.demanda anual depara energía Mwh indicado en la tabla para cálculo de anualidad. Consumo total en Total de Mwh/año un Potencia Uso Consumo A= P (A/P, i=10%,cont=20) Electrodomésticos Familias o margen de (W) (Horas/día) Kwh/día fabricas A=5`441.192,31 * (0,11746) seguridad del 15% 1 Tv Plasma 32" 500 60 5 150 A=639.122,45 USD 4 Focos de 20W 1 Grabadora 20W 1 Nevera 150W Otros Gastos Demanda Total Consumo

Donde:

500 500 500 1

80 20

5 5

200 50

Cálculo del consumo de energía anual.- para este valor usamos el consumo diario 150 24 1800 energía600 y lo multiplicamos por los 7 días de la semana y las 52 semanas que tiene el año. 600 2800 1.18* (52 semanas) CE=2800 KW * (7 días) 1´022.000 KW/año 1022 Mwh CE= 1´019.200 KW/año Elaborado por: Correa y col., (2014) Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

de uso familiar=310w/1000=0.31Kw*500=155Kw). 145Kw es el valor resultante de la suma de las potencias de los electrodomesticos considerando la manera mas habitual de uso dentro de la vivienda (no se usan todos al ISBN 978-9942-21-149-1 mismo tiempo) - 600Kw resulta de la suma de las potencias de los gastos de energía por parte del alumbrado público, un UPC, eléctrico.dos parquesdemanda y una Escuela. Tabla 1. Consumo anual de energía en Mwh totalque en - 1,18MW valor calculando un crecimiento de la demanda del 15% por Consumo el tiempo Total de Mwh/año con un Potencia Uso Consumo duración de la Planta Familias (15 años). Electrodomésticos o margen de (W) (Horas/día) Kwh/día Demanda requerida.- la fabricas potencia de la planta que se debe construir para suplir la demanda seguridad del 15% 32" es de 2 MW. 500 60 5 150 total1 Tv delPlasma proyecto 4 Focos de 20W 500 200 Definición del consumo anual de energía80requerido 5 1 Grabadora 20W 500 20 5 50 Cálculo del150W consumo anual resulta de multiplicar la 1 Nevera 500 de energía.150 la energía 24 generada1800 Otrosde Gastos 1 h/año y por600 600 potencia 2Mw por las 8760 el factor de planta; Demanda Total 2800 1.18 1. EG=14.892 Mwh/año. Consumo 1´022.000 KW/año 1022 Mwh Multiplicamos 14.892*3600/1000000=53,61. Para el consumo Elaborado por: Correa y col., (2014) anual dividimos este valor para la eficiencia: 53,611/0.25=214,44. Tabla 2. Consumo anual de energía Donde: Potencia de - 155Kw es el total de lamedia suma deTiempo las potencias deFactor los electrodomesticos familias h/año Mwh/año para 500 M MJ/Año MW planta considerando su uso conjunto. (se obtiene sumando la potencia utilizada por los equipos Energía Generada 2 8.760 0,85 14.892 53,61 de usoAnual familiar=310w/1000=0.31Kw*500=155Kw). Consumo 214,44 Elaborado Correadey col., - 145Kw es el valor resultante de lapor: suma las (2014) potencias de los electrodomesticos considerando la manera mas habitual de uso dentro de la vivienda (no se usan todos al Cálculo para la instalación de la planta generadora de energía renovable y cálculo mismo tiempo) la instalación planta de 2 MW -económico 600Kw para resulta de la sumadedela las potencias de de los potencia gastos de energía por parte del Costos iniciales Millones USD recurrentes Millones USD alumbrado público, un UPC, dos parques y unaCostos Escuela. Estudio del proyecto 0,2 Personal de planta 0,138 - 1,18MW crecimiento de la Transporte demanda del 15% por el Costo de valor la plantacalculando un 1,0 0,4tiempo que duración de la Planta (15 años). Reparaciones mayores Operación y 1,8 0,025 y repuestos Demanda requerida.- la potencia de la planta que mantenimiento se debe construir para suplir la demanda Infraestructura 1 Administración 0,05 total del proyecto es de 2 MW. Eventualidades no Licencias 0,5 Definición del consumo anual de 0,3 energía requerido previstas Permisos 0,1 Gastos Consumo básico 0,01 Cálculo del consumo anual de energía.- la energía generada resulta de multiplicar la Seguros 0,5 potenciaCostos de 2Mw por las 8760 h/año locales 0,3y por el factor de planta; 1. total 5,2 EG=14.892 Mwh/año. Total 1,123 Elaborado por: Correa y col., (2014) anual dividimos este valor para Multiplicamos 14.892*3600/1000000=53,61. Para el consumo Calculamos costo anualElaborado equivalente tasa de interés del 10% y un período de por: para Correauna y col., (2014) la eficiencia:nuestro 53,611/0.25=214,44. 15 años: Tabla 2. Consumo anual de energía Millones Cálculo de la anualidad.para este valor multiplicamos porUSD el coeficiente Potencia media Factor deel valor presente Tiempo h/año Mwh/año 5,2 M MJ/Año Costos totales equivalentes factor MW planta indicadoAnualizando en la tablalospara cálculo de anualidad. costos 0,13147 0,68 Energía Generada 2 14.892 53,61 A= P8.760 (A/P, i=10%, 0,85 t=20) Costo anual equivalente 1,81 Consumo Anual 214,44 Elaborado por: Correa y col., (2014) A=5`441.192,31 Elaborado por: Correa*y(0,11746) col., (2014) A=639.122,45 USD Cálculo del costo unitario de energía.- para calcular el costo unitario equivalente dividimos el costo anual equivalente la generación Cálculo del consumo depara energía anual.- eléctrica para esteanual: valorCUE=1,81/14,89=0,121. usamos el consumo diario de

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energía y lo multiplicamos por los 7 díasFactor de la de semanaMwh/año y las 52 semanas que tiene elUSȻ/Kwh año. Mw Hora/año MKwh/año planta CE=2800 KW * (7 días) * (52 semanas) Generación 2 8.760 0,85 14.892 14,89 eléctrica anual CE= 1´019.200 KW/año

Costo Unitario de energía

0,121 Elaborado por: Correa y col., (2014)

Tabla 3. Cálculo del costo unitario energía. Gastos anuales Cálculo de anualidades.calculamos nuestro valorde presente para una tasa de interés del 10% CONSUMO 123.985,37 y un período de 20 años como horizonte del proyecto. M/O TECNICO COMBUSTIBLE ADMINISTRATIVO TOTAL Elaborado por: Correa y col., (2014)

6.000 2.000 5.000 2.000 138.985,37

CorreaCálculo y col., (2014)del consumo de energía anual.- para este Cálculo de la anualidad.para este valor multipliCosto unitario de energía.delElaborado total depor: gastos anuales dividido para 100 y dividido para la energía total en el año,indicado obtenemos el CUE. valor usamos el consumo diario de energía y lo mulcamos el valor presente porconsumida el coeficiente Aplicando la fórmula, tenemos el valor presente, tomando en cuenta un valor de salvataje del CUE= 1.389,85tiplicamos / 4448 por los 7 días de la semana y las 52 semaen la tabla para cálculo de anualidad. 12% del Valor inicial y considerando los coeficientes de la tabla anterior: CUE=0,312 $/KW nas que tiene el año. 624.000 (0,1486) -5`200.000-387.454,91(0,6209)-149.380,64(0,3855)-149.380,64 (0,2394)+ A= P (A/P, i=10%, VP= t=20)

VP=-5`441.192,31 CE=2800 KWel* respaldo (7 días)de* (52 semanas) provisión de energía con generador a diesel.la planta fotovoltaica es con un generador a diésel de 500Kw de potencia teniendo CE= 1´019.200 KW/añolas siguientes A=639.122,45 USD consideraciones. El valor del generador tiene un costo 1M USD/Mw puesto en Ecuador el rendimiento es de 12 Kwh/galón, el costo de las reparaciones mayores es el equivalente al Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 15% del valor de la planta generadora, el costo del fuel-diésel es de 2 USD/galón como dato adicional el factor de planta lo consideramos por los 30 días de reparación de la unidad.

de A=5`441.192,31 Alternativa * (0,11746)

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Costo unitario de energía.- del total de gastos anuales dividido para 100 y dividido para la energía total consumida en el año, obtenemos el CUE.

con un generador a diésel de 500Kw de potencia teniendo las siguientes consideraciones. El valor del generador tiene un costo 1M USD/Mw puesto en Ecuador el rendimiento es de 12 Kwh/galón, el costo de las reparaciones mayores es el equivalente al 15% del valor de la planta generadora, el costo del fuel-diésel es de 2 USD/galón como dato adicional el factor de planta lo consideramos por los 30 días de reparación de la unidad.

CUE= 1.389,85 / 4448 CUE=0,312 $/KW Alternativa de provisión de energía con generador a diesel.- el respaldo de la planta fotovoltaica es

potencia Kw

Factor de planta 30 días de mantenimiento

Rendimiento Kwh / galón

costo planta puesto en Ecuador USD / Mw

500

30 x 100 / 365

1 MW

costo del combustible puesto en planta 2 USD/GL.

1.000 USD/KW Elaborado por: Correa y col., (2014)

500

0,8

Tabla 5. Cálculo del costo del combustible potencia Kw

H/año

500

8.760

Factor de planta

Kwh/año

Galón/Kwh

USD/Galón

USD/año

58.400

0,08 350.400 12 Elaborado por: Correa y col., (2014)

Tabla 6. Cálculos económicos de la implementación a base de generador diésel USD

costos iniciales costos de planta Reparaciones mayores Instalación TOTAL

5.000 4.000 1.000 10.000

costos recurrentes

USD

combustible Operación y mantenimiento Mantenimientos TOTAL

58.400 500 1.200 60.100

Elaborado por: Correa y col., (2014)

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Tabla 4. Datos de potencia

Tabla 7. Costos totales equivalentes factor de anualización Costos iniciales $

10.000

Costos recurrentes anuales Ingresos anules por salvataje

Costos anualizados totales 1.467,6

0,14676

60.100

61.520,84

60.100

1.000

0,0467

46,76

Elaborado por: Correa y col., (2014)

Análisis económico del proyecto Valor presente (VPI)Pagos VPI=FNE*(1-((1+i)^-15)/i) Personal 5`200.000=FNE*(1-((1+i)^-15)/i) Transporte y costo de t=15 años: i=10%materia prima Gastos Administrativos Licencias y Seguros Operación y Mantenimiento

Combustible Eventual Otros TOTAL

Flujo neto anual FNE= recaudación- anualidad FNE=1,512-1,33

Tabla 8. Flujo anual Dólares 0,08 M 0,6 M

RECAUDACION VALOR DE ELECTRICIDAD EN ECUADOR=96 USD/MW Factor de Planta =0,90

0,08 M

Ea=P x h/y x fp

0,07 M

Ea=2 x 8750 x 0,9

0,15 M

Ea=15.750 MWh / y

0,05 M

Ingreso anual = 15750 x 96 = 1`512.000 USD

1,20 M 1,33 M Ingreso anual = 1,512 M USD Elaborado por: Correa y col., (2014) Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

Gastos Administrativos Licencias y Seguros Operación y Mantenimiento

ISBN 978-9942-21-149-1

Combustible Eventual Análisis económico del proyecto

Valor presente (VPI) VPI=FNE*(1-((1+i)^-15)/i)

Flujo neto anual

0,08 M

Ea=P x h/y x fp

0,07 M

Ea=2 x 8750 x 0,9

0,15 M

Ea=15.750 MWh / y

0,05 M

Ingreso anual = 15750 x 96 = 1`512.000 USD Flujo neto anual

1,20 M FNE= recaudación- anualidad 1,33 M Ingreso anual = 1,512 M USD Elaborado por: Correa y col., (2014) FNE=1,512-1,33

Otros TOTAL

5`200.000=FNE*(1-((1+i)^-15)/i) FNE= recaudación- anualidad t=15 años: i=10%

FNE=0,182 M usd

FNE=1,512-1,33 Cálculo de la tasa interna de retorno (TIR) FNE=0,182 M usd Cálculo de la tasa interna de retorno (TIR) VPN=0=-5,2 + 0,182 (1-(1+i)^-15)/i) VPN=0=-5,2 + 0,182 (1-(1+i)^-15)/i) Siendo: 1-((1+i)^-15)-5,338 i = Q Siendo: 1-((1+i)^-15)-5,338 i = Q Tabla 9. Tasa interna de retorno (TIR)= > 15% i (%) 0,05

(1+i)^-15 0,481

5,338 i 0,2669

0,10

0,239

0,5338

0.15

0,123

Q 0.2521 0.2268

0,807

0.0764

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Elaborado por: Correa y col., (2014)

Período de diseño.- se define como período de diseño al lapso de tiempo durante el cual una estructura puedeperíodo funcionar de sin diampliaciones, y en el de un sistema éste que haya que Período de diseño.-obra seodefine como escaso muy baja, las fotovoltaico, obras civiles sea capaz de suministrar un buen servicio a la comunidad durante un tiempo suficientemente seño al lapso de tiempo durante el cual una obra o realizar y existiendo el financiamiento para largo en condiciones adecuadas de confiabilidad y economía. estructura puede funcionar sin ampliaciones, y en el su construcción, se ha considerado construirEn este caso, para definir el período de diseño, se tomará en cuenta la vida útil de los diferentes caso de un sistema fotovoltaico, éste sea capaz de lo de en implementación una etapa pordedicado la necesidad componentes de los sistemas y se incluirá un período a la urgente de la suministrar un buenplanificación, servicio a contratación la comunidad duranpoblación porsumará lo anteriormente y construcción del abastecimiento, al que se un período de expuesto. te un tiempo suficientemente largo en condiciones servicio efectivo. (Bruntland, 1987). - Con lo señalado se considera adecuado, un adecuadas de confiabilidad economía. Los valoresy de tiempo que demanden las actividades previas a la implementación período de diseño ydeconstrucción 20 años, para el sisteen sí de los suministros, hasta la puesta en servicio de los mismos, estarán implícitos en el valor En este caso, para definir el período de diseño,población se ma, período queconpermitirá fácilmente con el abastecimiento de esta, lo que se vacubrir a demandar mayores servicios del período de diseño final al que se ha llegado,ena sí, finserá de no dilatar excesivamente este no muy amplio. afectarán al sistema necesario un período de diseño tomará en cuenta laabsoluto vida útil de los diferentes comlos gastos de financiamiento que demande la parámetro, ni sea subvalorado. - Por la magnitud del proyecto, la disponibilidad de energía desde el interconectado qu ponentes de los sistemas y se incluirá un período de larealizar obra, además, ajusta De acuerdo con las experiencias nacionales latinoamericanas, se sugiere, para este tipo de muy baja,y las obras construcción civiles que hayade que yy existiendo elsefinanciamiento par implementación dedicado a la planificación, contraal tiempo de vida útil de las partes constitupoblaciones un período de 20 años. construcción, se ha considerado construirlo en una etapa por la necesidad urgente d tación y construcción al quepoblación se la Parroquia por lo anteriormente expuesto. yentes del sistema, entre otrosla aspectos (Bill, - del Para abastecimiento, el caso de la población de San Antonio, tomando en cuenta Con lo señalado se considera adecuado, un período de diseño de 20 años, para el sist sumará un período de servicio efectivo. (Bruntland, disponibilidad de energía eléctrica que se obtenga y2003). el desarrollo que puede alcanzar la período que permitirá cubrir fácilmente los gastos de financiamiento que demand 1987). construcciónCon de lalo obra, y además, se ajusta al tiempo de vida útil de las partes constituy anterior: del sistema, entre otros aspectos (Bill, 2003). Los valores de tiempo que demanden las actividades

Período de diseño = 20 años previas a la implementación y construcción enCon sí lodeanterior: Estudio poblacional: los suministros, hasta la puesta en servicio Período de los de diseño = 20 años Estudio mismos, estarán implícitos en el valor absoluto del poblacional: De acuerdo a los datos proporcionado por los diriDe acuerdo datos proporcionado por los dirigentes del recinto se tiene que: período de diseño final al que se ha llegado, a fin a losgentes del recinto se tiene que: de no dilatar excesivamente este parámetro, ni sea Tabla 10. Población de la Parroquia San Antonio subvalorado. De acuerdo con las experiencias nacionales y latinoamericanas, se sugiere, para este tipo de poblaciones un período de 20 años.

POBLACION ACTUAL # de Casas

POBLACIÓN (hab) 375

# de Habitantes

1624

Hab./Casas

4.33

Elaborado por: Correa y col., (2014) - Para el caso de la población de la Parroquia Determinación del índice de crecimiento.- Por cuanto no se tiene datos de censos reale San Antonio, tomando en cuenta la disponiesta comunidadDeterminación realizadas por el INEC, adoptará de un índice de crecimientoPor anual del 1% delseíndice crecimiento.bilidad de energía eléctrica que se obtenga y acuerdo a las normas del Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda para poblaciones men cuanto no se tiene datos de censos reales de esta el desarrollo que puede alcanzar la población a 5000 habitantes. comunidad realizadas por el INEC, se adoptará un con el abastecimiento de esta, con lo que sede crecimiento.Índice El índice de crecimiento para la Parroquia San Antonio, del ca índice de crecimiento anualy del a las va a demandar mayores servicios, queSanta afec-Rosa, a falta de información cuantitativa dado1% que de paraacuerdo un sistema combinado normas del Ministerio de Desarrollo Urbano y Vifotovoltaico y fósil, constituya un factor de desarrollo para una población, ya que repre tarán al sistema en sí, será necesario un pevienda para poblaciones menores a 5000 habitantes. inclusive una forma de medicina preventiva es el que hemos determinado para el sector, es ríodo de diseño no muy amplio. de crecimiento.- El índice de crecimiento para del 1 %, el cualÍndice adoptamos. - Por la magnitud del proyecto, la disponibilila Parroquia San Antonio, i adoptado =del 1 %cantón Santa Rosa, a dad de energía desde el interconectado que falta de información cuantitativa y dado que para un

Población de diseño: Población Actual: (Pa).- La determinación de la población actual, se establecido basándose en datos proporcionado por los dirigentes.

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esta comunidad realizadas por el INEC, se adoptará un índice de crecimiento anual del 1% de acuerdo a las normas del Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda para poblaciones menores a 5000 habitantes. ISBN 978-9942-21-149-1 Índice de crecimiento.- El índice de crecimiento para la Parroquia San Antonio, del cantón Santa Rosa,fotovoltaico a falta de información que=para sistema combinado entre y fósil, cuantitativa cons- y dado i adoptado 1 %un sistema combinado entre y fósil, un factorya de desarrollo para una población, ya que representa tituya un factor defotovoltaico desarrollo paraconstituya una población, Población de diseño: 1) P total actual =P actual P adicional preventiva + P flotante inclusive una de+de medicina hemos determinado para elPoblación sector, esto esActual: (Pa).- La que representa inclusive unaforma forma medicina pre-es el que determinación de la población actual, se la ha estaLA PARROQUIA SAN ANTONIO 1 %, eldeterminado cual adoptamos.para el sector, ventiva es el que del hemos basándose en datos proporcionado por los dii adoptado = 1blecido % Población Actual 1624 habitantes

esto es del 1 %, el cual adoptamos.

Población adicional (15% de # de estudiantes)

rigentes.

Población de diseño: Población Actual: (Pa).- La determinación de la población actual, se la ha de estudiantes 282 1) P total actual =P#actual + Pdatos + P flotante por los dirigentes. adicional establecido basándose en proporcionado Población adicional

42.3 LA PARROQUIA SAN ANTONIO LA PARROQUIA SAN ANTONIO

Población flotante 0 Población 1624 PoblaciónActual Actual 1624habitantes habitantes Número de Viviendas 375 viviendas Población actual 1667 habitantes Población adicional (15% de #total de estudiantes) Densidad / vivienda 4.33 hab. / vivienda Población total actual estimada 1670 habitantes # de estudiantes 282 Elaborado por: Correa y col., (2014) Elaborado por: Correa y col., (2014) Población 42.3 dada por: Población Total adicional Actual: La Población Total Actual (P total actual) está

Población futura: Pf:- Para el caso de la determinación de la población futura, uno de los

Población actual total de crecimiento y período de 1667 habitantes cuantitativamente los parámetros diseño acordes a la realidad encontrada,Población se está asegurando el diseño del suministro. total actual estimada 1670 habitantes 1) P total actual =P actual + P adicional + P flotante De acuerdo a la disponibilidad deElaborado información, empleamos el método geométrico, que es el más por: Correa y col., (2014) LA PARROQUIA SAN ANTONIO generalizado y con P los ya determinados la población para nuestra en Población futura: Para el caso de la determinación de lafutura población futura,población uno de los f:-parámetros n Población Actual 1624 habitantes estudio P f = Paa(1puntualizar, + i) aspectosserá: importantes es el movimiento migratorio de la zona, por lo que al asumir Donde: Población adicional de # de estudiantes) cuantitativamente los(15% parámetros de crecimiento y período de diseño acordes a la realidad = Población futura, P f encontrada, se está asegurando # de estudiantes el diseño del suministro. 282 = Población actual, P a acuerdo De a laPoblación disponibilidad de información, empleamos el método geométrico, que es el más adicional 42.3 i = Índice delos crecimiento, generalizado y con parámetros ya determinados la población futura para nuestra población en Población flotante 0 n años n = período estudio será: P f = de Padiseño (1 + i) en Población actual total 1667 habitantes Donde: Reemplazando se tiene: LA PARROQUIA SAN ANTONIO = Población futura, Pf Población total actual estimada 1670 habitantes = Población actual, Pa (2014) Población total actualElaborado por: Correa yPcol., 1670 a Índice I % Población futura: :- crecimiento Para el caso de la determinación de la población1 futura, uno de los i = Índice dePcrecimiento, fde de diseño añoslo que al asumir aspectos puntualizar, n =importantes períodoPeríodo de adiseño en añoses el movimientoNmigratorio de la zona,20por futura 1670 * ( 1+ 0.01) 20 f cuantitativamentePoblación los parámetros de crecimiento yP período de diseño acordes a la realidad Reemplazando sePoblación tiene: futura Pf 1670 * 1.22019004 LA PARROQUIA SAN ANTONIO encontrada, se está asegurando el diseño del suministro. Población futura Pf 2037.72 habitantes De acuerdo a Población laPoblación disponibilidad de información, empleamos el método geométrico, que es el más totaladoptada actual P futura P af 2040 1670 habitantes generalizado y con losdeparámetros ya determinados la población futura para nuestra población en Índice crecimientoElaborado I 1 % por: Correa y col., (2014) N 20 años estudio será: P f =Período Pa (1de+ diseño i) n Población futura P 1670 * ( 1+ 0.01) 20 Donde: Por este método se ha determinado la población futuraf para el cantón, ajustándolas a sus propias Población futura Pf 1670 * 1.22019004 = Población futura, P f características socio - económicas y de desarrollo.P Los parámetros asumidos de índice de Población futura 2037.72 habitantes f P = Población actual, a crecimiento yPoblación período de diseño corresponden a la realidad propia dehabitantes estas poblaciones, futura adoptada Pf 2040 iajustándose = Índice de crecimiento, además a las recomendaciones de las normas del Ministerio de Desarrollo y Elaborado por: Correa y col., (2014) n = período de diseño en años Vivienda. La población de diseño queda:

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Población flotante 0 por lo que al asumir aspectos La importantes a puntualizar, es el movimiento migratorioestá de ladada zona, Población Total Actual: Población Total Actual (P total actual) por:

Por este método ha determinado la población futura el cantón, sus propias Dotaciones.Se define como dotación el suministro de para energía eléctricaajustándolas consumido adiariamente, Reemplazando sese tiene: LA PARROQUIA SAN ANTONIO LA PARROQUIA SAN ANTONIO características socio económicas y nuestro de desarrollo. parámetros asumidos de índice de en promedio, por cada- habitante, y, en caso de Los destinará prioritariamente para satisfacer total actual 1670 a crecimiento y Población período de doméstica, diseño corresponden a P la realidad propia depara, estas poblaciones, Población Pen 2040 habitantes las necesidades de diseño índole incluye la necesaria preparación de d las que se Índice de 1 % en ajustándoseaseo además a crecimiento lasy recomendaciones de lasyIcol., normas delcomestibles Ministerio de refrigeración, Desarrollo y alimentos, personal lavado de ropa, mantenimiento Elaborado por: Correa (2014)de Período de diseño N 20 años Vivienda. La población de diseño queda: iluminación, básicamente. Para establecer los suministros de energía, tomando en cuenta lo Población futura Pf 1670 * ( 1+ 0.01) 20 sugerido por las Normas de Diseño, tendremos: Población futura Pf 1670 * 1.22019004 SAN habitantes ANTONIO Tabla 11. Dotaciones Población futura P f LA PARROQUIA 2037.72 Población de diseño Pd 2040 habitantes Población futura adoptada Pf 2040 habitantes Clima Frío Clima Cálido Nivel de Servicio (habitantes) ( W / hab / día ) ( W / hab / día ) Elaborado por: Correa y col., (2014) Elaborado por: Correa y col., (2014) Ia 75 100 100 a sus propias Por este método seIb ha determinado la población 75 futura para el cantón, ajustándolas IIa 75 100 características socio - económicas y de desarrollo. Los parámetros asumidos de índice de IIb 75 100 crecimiento y período de diseño corresponden a lay col., realidad - Elaborado por: Correa (2014) propia de estas poblaciones,

ajustándose además adelas recomendaciones de considerar las normasfactores del Ministerio de uso Desarrollo - Para la selección la dotación es necesario tales como: del agua,y Vivienda. diseñodequeda: costo La delpoblación servicio, de hábitos consumo y disponibilidad de la energía en la fuente de abastecimiento. - Dado que el sistema se ubica en el Nivel de Servicio II b(Clima cálido), tomamos como LA PARROQUIA SAN ANTONIO dotación media futura: Población de diseño

2040 habitantes

Dotación media futura = 100 W/h/d.a lasy col., actividades ElaboradoDebido por: Correa (2014) que desarrollan los pobladores de la Parroquia San Antonio que se deducen del levantamiento de información técnica realizada Memoria de Artículos Primer Congreso de Ciencia por el ingeniero durante el trabajo de campo, el mayor porcentaje de del la población se dedica a lay Tecnología UTMACH 2015 agricultura, lo que hace presumir que las costumbres son similares para la mayoría, por tanto, el

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Población futura: Pf:- Para el caso de la determinación de la población futura, uno de los aspectos importantes a puntualizar, es el movimiento migratorio de la zona, por lo que al asumir cuantitativamente los parámetros de crecimiento y período de diseño acordes a la realidad encontrada, se está asegurando el diseño del suministro. De acuerdo a la disponibilidad de información, empleamos el método geométrico, que es el más generalizado y con los parámetros ya determinados la población futura para nuestra población en estudio será: P f = Pa (1 + i) n

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Donde: P f

= Población futura,

P a

= Población actual,

= Índice de crecimiento,

= período de diseño en años

Definición de sistema proyectado- descripción general del proyecto Sistema eléctrico renovable para la Parroquia San Antonio, cantón Santa Rosa Sistema Existente: sistema nacional interconectado. Sistema combinado de energía eléctrica Propuesto: El sistema constará de las siguientes unidades: Planta generadora de energías renovables - Conexiones domiciliarias

Por este método se ha determinado la población futura para el cantón, ajustándolas a sus propias características socio - económicas y de desarrollo. Los parámetros asumidos de índice de crecimiento y período de diseño corresponden a la realidad propia de estas poblaciones, ajustándose además a las recomendaciones de las normas del Ministerio de Desarrollo y Vivienda. La población de diseño queda:

De acuerdo al número de viviendas, en la Parroquia San Antonio se instalarán conexiones domiciliarias en un total de 375 unidades, provistas de medidor de gasto para cada una de las viviendas encuestadas, para ejercer un control del consumo en la población y determinar los sectores que más consumen y los menos pobres para determinar si se subsidia el servicio a la población que menos tienen.

Dotaciones.- Se define como dotación el suministro de energía eléctrica consumido diariamente, en promedio, por cada habitante, y, en nuestro caso de destinará prioritariamente para satisfacer las necesidades de índole doméstica, en las que se incluye la necesaria para, preparación de alimentos, aseo personal y lavado de ropa, mantenimiento de comestibles en refrigeración, iluminación, básicamente. Para establecer los suministros de energía, tomando en cuenta lo sugerido por las Normas de Diseño, tendremos:

Costos de operación y mantenimiento

- Para la selección de la dotación es necesario considerar factores tales como: uso del agua, costo del servicio, hábitos de consumo y disponibilidad de la energía en la fuente de abastecimiento. - Dado que el sistema se ubica en el Nivel de Servicio II b(Clima cálido), tomamos como dotación media futura: Dotación media futura = 100 W/h/d.- Debido a las actividades que desarrollan los pobladores de la Parroquia San Antonio que se deducen del levantamiento de información técnica realizada por el ingeniero durante el trabajo de campo, el mayor porcentaje de la población se dedica a la agricultura, lo que 14

hace presumir que las costumbres son similares para la mayoría, por tanto, el consumo máximo horario tendrá un factor de simultaneidad significativamente alto, que representa un consumo máximo simultáneo elevado, considerándose adecuado adoptar lo sugerido por las Normas, los cuales servirán a la vez, para atender los consumos debido al crecimiento de la comunidad y al lógico aumento de los consumos futuros, en función del desarrollo previsto.

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- Detalle de las actividades.- anualmente se procederá con la operación y mantenimiento del sistema propuesto. El operador y la recaudadora recibirán como bonificación mensual la suma de $. 80,00 cada uno - Datos Financieros.- el análisis financiero se lo realizará de ser posible de todo el año anterior para la actualización de tarifas pero en este caso partimos del hecho elemental de que los gastos se realizaron y se reflejan en el cuadro #1 serán la partida para fijar las tarifas mensuales que aportarán los abonados en el primer año por consiguiente tenemos el siguiente: - Cálculo tarifario básico promedio - Tarifa básica = Costo mensual / # de usuario = $. 1320 / 375 = S/. 3.52 - Se asume que la tarifa básica será de $. 3,52 por consumo mínimo. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. Por ser un sistema renovable se aplicará el criterio expuesto en el estudio ya que se ajus-

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Energy, Volume 30. • Greenpeace (2001). Clean Energy Now! Campus Guide: How to Stop Global Warming by Making Your Campus a Leader in Clean Energy Greenpeace U.S.A. Disponible en internet: http://www.greenpeace.org/ usa

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ta a la realidad y a más de que el sistema continuará bajo la administración de una Junta Parroquial, se deberá efectuar un estudio de factibilidad económica para determinar los sectores que podrían ser subsidiados por parte de éste a los futuros usuarios más pobres. La Junta Parroquial realizará el cobro por el consumo energético a los usuarios. Debe entenderse las limitaciones del sistema ya que las condiciones varían o tienen desfases con respecto a las condiciones de diseño. La no provisión oportuna de los combustibles fósiles puede provocar el racionamiento del suministro eléctrico. Se debe tener cuidado con los costos imprevistos, como corta vida de equipos, reemplazos, etc. es necesaria prevenir sobre-entusiasmos de los usuarios para el efecto de requerir demandas no calculadas. Para evitar los inconvenientes en el desarrollo del proyecto se debe tener en cuenta desde el inicio los factores de riesgo y minimizarlos al 100%, dado que por la ubicación del recinto se debe escatimar todos los detalles constructivos para obtener mejores resultados en el menor tiempo posible debido a su costo de instalación. Compartir la información sobre los beneficios del proyecto con la comunidad, el recinto garantizará una mejor bienvenida posterior a proyectos de uso renovable. Importante es recalcar que la justificación del principal de la realización de este proyecto no es el redito económico sino la inversión social al sector desprotegido como lo es la Parroquia San Antonio.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Bardi, U. (2005). «Il conto in banca dell’energia: il ritorno energetico sull’investimento energetico (EROEI)», aspoitalia. Disponible en internet: http://www.aspoitalia.it/documenti/bardi/eroei/eroei.html#_ftn1 • Bruntland, G. (1987). Our Common Future: The World Commission on Environment and Development. Oxford University Press, Oxford. • Bill, B. (2003). A Short History of Nearly Everything. Broadway Books, New York. • Cutler, C. (2005). «Net energy from the extraction of oil and gas in the United States», Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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I CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UTMACH 2015 Memoria de Artículos centro_de_investigaciones@utmachala.edu.ec

ESTUDIO TÉRMICO DE MEZCLAS DE POLI (VINIL ALCOHOL) ALMIDÓN DE ACHIRA POR CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO

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Katherine Stephanie Encalada Flores1, Lauro Vladimir Valle Alvarez1, José Iván Chango Villacís1 Escuela Politécnica Nacional 1 katherine.encalada@epn.edu.ec vladimir.valle@epn.edu.ec

RESUMEN En el afán de buscar una posible solución a la problemática ambiental de los plásticos tradicionales se plantó la elaboración de un material termoplástico biodegradable a partir de mezcla de poli (vinil alcohol), almidón de achira y etilenglicol. La investigación evaluó la influencia del etilenglicol en proporciones PVA: almidón de: 50:50, 60:40 y 70:30.

El procedimiento metodológico implicó una fase de integración de componentes con la cual se consiguió una mezcla homogénea que posteriormente fue sometida a moldeo por compresión con el objetivo de obtener láminas del material termoplástico. A partir de dichas láminas se realizó el estudio térmico por Calorimetría Diferencial de Barrido.

Los resultados evidenciaron que el aumento de etilenglicol dentro de la mezcla contribuye a la disminución de la temperatura de transición vítrea. Finalmente, en esta etapa de la investigación, aún no se ha encontrado tendencias concluyentes de la relación PVA: almidón sobre el comportamiento térmico del material final. Palabras clave: Material termoplástico, almidón, poli (vinil alcohol), Calorimetría Diferencial de Barrido.

ABSTRACT In order to find a possible solution to the environmental problems of traditional plastics, it has been proposed a biodegradable thermoplastic material from a blend of polyvinyl alcohol, achira starch and ethylene glycol. The investigation evaluated the influence of ethylene glycol in the PVA: starch ratios: 50:50, 60:40 and 70:30. The methodological approach involved an integration phase to obtain a homogeneous mixture followed by a compression molding to get thermoplastic films on which thermal studies by Differential Scanning Calorimetry were conducted. The results showed that increasing of ethylene glycol in the mixture contributes to the decrease in glass transition temperature. Finally, it was not possible to find a conclusive trend of PVA: starch ratio on the thermal behavior of the final material. Keywords: Thermoplastic material, starch, poly (vinyl alcohol), Differential Scanning Calorimetry

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Los materiales poliméricos desempeñan un rol fundamental en la industria debido a que brindan propiedades de resistencia, ligereza y flexibilidad que los metales y cerámicos no siempre pueden ofrecer (Kutz, 2012). Sin embargo, el impacto ambiental causado por los plásticos tradicionales ha promovido el desarrollo de materiales sostenibles como es el caso de los biopolímeros y biocomposites (Soroudi y col., 2013). Dichos materiales se encuentran a la puerta de una extensa difusión en el mercado mundial debido a que su ámbito de aplicabilidad es cada vez más extenso. Proyecciones internacionales estiman que la producción mundial de bioplásticos será superior a 6 millones de toneladas para el 2017 (European Bioplastics, 2013). Dentro de la investigación y desarrollo de esta temática destaca la formulación de biopolímeros a partir de materias primas biodegradables de bajo costo y de amplia disponibilidad. En este sentido, los materiales con base en almidón constituyen un enfoque viable para obtener productos amigables con el medio ambiente y sobretodo de potencial uso masivo (Gironès y col., 2012). Tomando en cuenta esta perspectiva, uno de los componentes de innovación más importante constituye el uso de recursos naturales autóctonos de la región andina, como es el caso del almidón de achira (Canna edulis), el cual proviene de una planta de cultivo potencialmente extensible a grandes espacios de producción con reducido desgaste de los suelos (Barrera y col., 2004). En el Ecuador la producción de almidón de achira es de alrededor de 2,27 toneladas por hectárea, el mismo que presenta contenido de amilosa similar al de otros tubérculos como papa, mashua, melloco y superior al almidón de camote y yuca (Barrera y col., 2004) . Bibliografía especializada muestra un progresivo desarrollo de biopolímeros que incorporan almidones modificados, almidones termoplásticos (Yoon y col., 2012) (Wang y col., 2003), así como también mezclas de almidón con diferentes polímeros sintéticos tales como: poli(ácido láctico)/almidón, polibutilen succinato/almidón, poli(3-hidroxibutirato)/ almidón y poli(vinil alcohol)/almidón (Yoon y col., 2012) (Chai y col., 2009). Específicamente, se ha reportado que la naturaleza hidrofílica del poli (vinil alcohol) (PVA) favorece la compatibilidad con otros materiales biodegradables, proporcionando de esta manera un medio de soporte estable para la formulación de materiales termoplásticos (Rescignano y col., 2013). Adicionalmente, el PVA es un material biodegradable ampliamente utilizado en aplicaciones de empaques, biotecnología

y biomédica debido a su amplia versatilidad, buenas propiedades de barrera, flexibilidad, facilidad de procesabilidad y baja toxicidad (Yoon y col., 2012) (Jayasekara y col., 2004). En el caso particular de las mezclas PVA/almidón de maíz, se ha reportado que la presencia de PVA mejora el comportamiento mecánico y la resistencia a la intemperie. No obstante, exhibe deficiencias en su estabilidad dimensional debido a su alta susceptibilidad de absorción de humedad (Priya y col., 2014). Es así que el almidón pueden ser plastificado para convertirse en un material termoplástico, mediante la participación de un plastificante que usualmente es etilenglicol (Zhou y col., 2009). Bajo este contexto, la presente investigación tiene como objetivo evaluar el comportamiento térmico de mezclas de PVA y almidón de achira formuladas con diferentes contenidos de etilenglicol por medio de la técnica de Calorimetría Diferencial de Barrido. MATERIALES Y MÉTODOS Materiales Los materiales empleados en la presente investigación constituyeron: PVA con 88,04% de grado de hidrólisis, almidón de achira (AA), etilenglicol (GL), estearato de zinc (EZ), aceite vegetal (AV) y cloruro de sodio (NaCl). Preparación de las mezclas Previo a la mezcla de los componentes, se preparó una solución de PVA al 25% de concentración en peso en un contenedor cerrado con agitación mecánica continua y calentamiento a 90 °C durante tres horas. Una vez preparada la solución de PVA, se procedió a realizar las formulaciones mezclando los componentes. En este análisis se consideró constantes los porcentajes en peso de EZ (0.45%), AV (1.35%) y NaCl (2.67%) constituyendo consecuentemente una base de mezcla del 95.51%, valor a partir del cual se estudió la influencia del etilenglicol en el rango de 15% a 35% en peso. Para cada valor de etilenglicol se evaluó la influencia de las relaciones en peso PVA: AA: 50:50, 60:40 y 70:30. La Tabla 1 presenta el detalle de los ensayados realizados.

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INTRODUCCIÓN

Mezclado y prensado Para lograr la incorporación de cada uno de los componentes de la formulación, se realizó la mezcla empleando un molino de rodillos marca Collin modelo W100T, con velocidad de giro de 8 rpm y temperatura de procesamiento de 60 ⁰C. La mezcla obtenida del molino se sometió a prensado en caliente durante 10 minutos a 100 °C y presión relativa de 4500 psi por medio de una prensa hidráulica calefactada Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

consecuentemente una base de mezcla del 95.51%, valor a partir del cual se estudió la influencia del etilenglicol en el rango de 15% a 35% en peso. Para cada valor de etilenglicol se evaluó la influencia de las relaciones en peso PVA: AA: 50:50, 60:40 y 70:30. La Tabla 1 presenta el ISBN 978-9942-21-149-1detalle mantuvo rango de realizados. 15 – 30 mg. La Figura 1 muestra el proceso de preparación de muestras deen loselensayados para la caracterización por Calorimetría Diferencial de Barrido. Tabla 1. Parámetros de formulación de mezclas ensayadas a diferentes contenidos de etilenglicol

Figura 1. Acondicionamiento para ensayosPVA:AA de Calorimetría Diferencial de Barrido

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GL (%)

50:50 60:40 70:30 PVA* AA PVA* AA PVA* AA (g) (g) (g) (g) (g) (g) 15 96,61 24,15 115,93 19,32 135,26 14,49 20 90,61 22,65 108,73 18,12 126,86 13,59 25 84,61 21,15 101,53 16,92 118,46 12,69 30 78,61 Elaboración 19,65propia:94,33 15,72 11,79 Encalada y col., (2014) 110,06 35 72,61 18,15 87,13 14,52 101,66 10,89 *Valores referidos en peso de solución de PVA al 25%. RESULTADOS Y DISCUSIÓN mantuvo en el rango de 15 – 30 mg. La Figura 1 muestra el proceso Elaboración propia: Encalada y col., (2014) de preparación de muestras Formulación de mezclas para la caracterización por Calorimetría Diferencial de Barrido. Mezclado y prensado El mezclado de los componentes durante la formulación es un factor determinante en las Para lograr la incorporación de cada de los componentes la formulación, se realizó la características finales del material poruno lo que debe alcanzar el de mayor grado de homogeneidad Figura 1. Acondicionamiento para ensayos de Calorimetría Diferencial de Barrido mezcla empleando un molino de rodillos marca Collin modelo W100T, con velocidad de giro posible. La Figura 2(a) presenta el material obtenido luego del proceso de homogenización en de el 8molino rpm ydetemperatura de procesamiento de 60 ⁰C. La mezcla obtenida del molino se sometió rodillos. En esta etapa no se ha modificado los espacios intermoleculares presentes, aa prensado en caliente durante 10 minutos °C y presiónenrelativa de 4500 psi por medio físicos, de una pesar de que se puede presentar un tipo ade100 modificación el almidón debido a medios prensa hidráulica calefactada marca Carver modelo 2112-2. para este caso particular: la cizalladura a la que está sometida durante el mezclado. Según Xie, et Caracterización térmica al. (Xie y col., 2014), los esfuerzos mecánicos pueden destruir los gránulos de almidón, lo que Las láminas obtenidas de agua moldeo por compresión, seensometieron evaluación permite una transferenciadel másproceso rápida de e incluso de etilenglicol el almidón.aPor lo tanto, térmica por medio de un Calorímetro Diferencial de Barrido marca Netzsch modelo la pérdida de cristalinidad del almidón es causada no sólo por la penetración de 204 aguaF1y Phoenix con velocidad de calentamiento de 10 °C/min. Se empleó una atmósfera de nitrógeno etilenglicol, sino también por la ruptura mecánica de los enlaces moleculares debido a las fuerzas 3Elaboración propia: Encalada y col., (2014) Las mediciones realizaron rango de 20 - 300 °C. Las con flujo controlado de 20 cm de cizallamiento producidas al /min. momento de procesar se el material enen el el molino. muestras fueron preparadas en contenedores de aluminio, para lo cual la masa de la muestra se RESULTADOS Y DISCUSIÓN Figura 2. Aspecto final de materiales obtenidos del proceso de formulación de mezclas Formulación de mezclas Láminas obtenidas a partir de (a) molino y (b) moldeo por compresión El mezclado de los componentes durante de la rodillos formulación es un factor determinante en las características finales del material por lo que debe alcanzar el mayor grado de homogeneidad posible. La Figura 2(a) presenta el material obtenido luego del proceso de homogenización en el molino de rodillos. En esta etapa no se ha modificado los espacios intermoleculares presentes, a pesar de que se puede presentar un tipo de modificación en el almidón debido a medios físicos, para este caso particular: la cizalladura a la que está sometida durante el mezclado. Según Xie, et al. (Xie y col., 2014), los esfuerzos mecánicos pueden destruir los gránulos de almidón, lo que permite una transferencia más rápida de agua e incluso de etilenglicol en el almidón. Por lo tanto, la pérdida de cristalinidad del almidón es causada no sólo por la penetración de agua y etilenglicol, sino también por la ruptura mecánica de los enlaces moleculares debido a las fuerzas de cizallamiento producidas al momento de procesar el material en el molino. (a) materiales obtenidos del proceso de (b) formulación de mezclas Figura 2. Aspecto final de Láminas obtenidas a partir de (a) molino de rodillos y (b) moldeo por compresión

marca Carver modelo 2112-2. Caracterización térmica Las láminas obtenidas del proceso de moldeo por compresión, se sometieron a evaluación térmica por medio de un Calorímetro Diferencial de Barrido marca Netzsch modelo 204 F1 Phoenix con velocidad de calentamiento de 10 °C/min. Se empleó una atmósfera de nitrógeno con flujo controlado de 20 (a) en el rango cm3/min. Las mediciones se realizaron de 20 - 300 °C. Las muestras fueron preparadas en contenedores de aluminio, para lo cual la masa de la muestra se mantuvo en el rango de 15 – 30 mg. La Figura 1 muestra el proceso de preparación de muestras para la caracterización por Calorimetría Diferencial de Barrido. Figura N° 1 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 18

Formulación de mezclas Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

El mezclado de los componentes durante la formulación es un factor determinante en las características finales del material por lo que debe alcanzar el mayor grado de homogeneidad posible. La Figura 2(a) presenta el material obtenido luego del proceso de homogenización en el molino de rodillos. En esta etapa no se ha modificado los espacios intermoleculares presentes, a pesar de que se puede presentar un tipo de modificación en el almidón debido a medios físicos, para(b)este caso particular: la cizalladura a la que está sometida durante el mezclado. Según Xie, et al. (Xie y col., 2014), los esfuerzos mecánicos pueden destruir los gránulos de almidón, lo que permite una transferencia más rápida de agua e incluso de etilenglicol en el almidón. Por lo tanto, la pérdida de cristalinidad del almidón es causada no sólo por la penetración de agua y etilenglicol, sino también por la ruptura mecánica de los enlaces moleculares

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debido a las fuerzas de cizallamiento producidas al momento de procesar el material en el molino.

mezcla. El estudio del efecto del etilenglicol en las propiedades térmicas de las formulaciones propuestas en esta investigación implica cierto grado de complejidad debido a que la acción plastificante del etilenglicol se ve fuertemente influenciada por la presencia de agua.

Figura N° 2. Aspecto final de materiales obtenidos del proceso de formulación de mezclas Láminas obtenidas a partir de (a) molino de rodillos y (b) moldeo por compresión

Debido al incremento en la inestabilidad de las mediciones observado a temperaturas superiores a 240 °C, se puede inferir que para la mayoría de los casos a partir de dicha temperatura se da inicio a un proceso degradativo de las mezclas ensayadas.

Adicionalmente, es necesario tomar en cuenta los fenómenos de reordenamiento que se producen en la estructura misma del material. Durante el procesamiento se originan fuerzas de atracción intermoleculares, las cuales son el producto de una fuerte interacción dipolo-dipolo entre el átomo de hidrógeno del enlace polar de O-H de las cadenas de PVA con el átomo de oxígeno de la glucosa correspondiente a las cadenas de amilosa y/o amilopectina.

Temperatura de transición vítrea La compatibilidad de una mezcla de polímeros puede ser evaluada a partir de el o los valores de la temperatura de transición vítrea (Tg), mezclas miscibles presentan una sola Tg con un valor intermedio a los valores de transición vítrea de los dos homopolímeros, en tanto que mezclas inmiscibles exhiben normalmente las Tg de cada componente. Para el caso de almidones termoplásticos, el etilenglicol es uno de los componentes que influyen en la determinación de la Tg, es así que los resultados observados en la Figura 3 muestran el decremento de la misma conforme se incrementa la cantidad de etilenglicol; lo cual es un resultado totalmente esperado ya que la integración de plastificantes tiene una influencia directa sobre el comportamiento térmico del material. Es importante destacar que en este caso no solo el etilenglicol está actuando como plastificante, sino también el agua proveniente de la solución de PVA. No obstante, el nivel de plastificación que aporta el etilenglicol y el agua aún no pueden ser determina-

(Zhou y col., 2009) considera que los grupos hidroxilo que se encuentran presentes en el etilenglicol, forman puentes de hidrógeno con el PVA, el agua y/o con el almidón. Este comportamiento impide garantizar una selección específica de moléculas entre cuales se darán éstas fuerzas intermoleculares. Caracterización térmica Los resultados de la evaluación térmica manifiestan la presencia de procesos endotérmicos; sin embargo, en varios casos los termogramas exhiben superposición de bandas en la región de análisis. Este comportamiento se debe probablemente a la interacción existente entre cada uno de los componentes de la

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La Tabla 2 resume los resultados obtenidos en términos de temperatura de inicio (To) y temperatura media (Tm) del proceso endotérmico. Con excepción de la muestra con 25% de etilenglicol y relación PVA: AA 60:40, las temperaturas de inicio de los procesos endotérmicos están en el rango de los 100 a 200 °C. Con base en estos resultados se observa que la diferencia entre Tm y To no supera los 30 °C.

Por otro lado en la Figura 2(b) se observa el material obtenido del proceso de moldeo por compresión. Como es apreciable dicho material sufre un cambio drástico en sus propiedades ópticas. Así, la lámina de la Figura 2(a) es opaca en tanto que la de la Figura 2(b) exhibe mayor transparencia, producto de haber sido sometido a un proceso de presión y calentamiento. Es importante tomar en cuenta que dichos procesos conllevan a la destrucción de la estructura cristalina de sus gránulos permitiendo obtener una estructura más amorfa.

Tabla 2. Entalpía y temperaturas de procesos endotérmicos a diferentes concentraciones de etilenglicol GL 15

PVA:AA

To (°C)

Tm (°C)

-ΔH (J/g)

50:50 60:40 70:30 50:50 60:40 70:30 50:50 60:40 70:30 50:50 60:40 70:30 50:50 60:40 70:30

195,0 102,6 106,9 192,8 196,1 178,2 183,7 48,5 100,7 155,5 176,5 190,0 189,4 166,9 112,9

213,4 127,3 126,6 198,0 202,6 183,0 189,2 114,7 127,1 164,0 183,9 196,0 194,2 182,0 128,4

265,6 347,4 229,6 264,6 235,7 206,6 392,9 343,6 225,0 390,2 415,1 582,7 391,9 253,8 313,6

Elaboración propia: Encalada y col., (2014)

Temperatura de transición vítrea Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 La compatibilidad de una mezcla de polímeros puede ser evaluada a partir de el o los valores de la temperatura de transición vítrea (Tg), mezclas miscibles presentan una sola Tg con un valor

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dos en esta etapa de la investigación. Por otro lado, conforme se ha encontrado en literatura especializada (Ramaraj, 2006), cualquier cambio a nivel estructural que reduzca la movilidad segmentaria o volumen libre, genera un aumento de la Tg y Tm. Es así que, la presencia del PVA en la formulación introduce restricciones a la movilidad segmentaria produciendo cambios en el comportamiento térmico de la formulación. De igual forma, la proporción de PVA: AA presente en las mezclas influye también en la Tg, ya que el almidón en elevadas cantidades puede confinarse entre las cadenas de PVA, generando un aumento del volumen libre, y consecuentemente reducción de la Tg (Ramaraj, 2006).

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Comportamiento térmico de mezclas PVA: AA 50:50 En la Figura 4 es destacable el hecho de que todas las curvas presentan una tendencia de comportamiento térmico similar, lo que puede asociarse a una apropiada integración de los componentes de la mezcla. Al estar en igual proporción el PVA y el almidón,

la cantidad de puentes de hidrógeno que se forman también podrá ser proporcional, dando como resultado que las temperaturas de fusión de las mezclas PVA: AA 50:50 presenten bandas endotérmicas dentro en un rango más estrecho en comparación con las demás formulaciones. Comportamiento térmico de mezclas PVA: AA 60:40 Los termogramas correspondientes a las composiciones con 15% y 30% de etilenglicol observados en la Figura 5, presentan más de una banda endotérmica, a diferencia de las curvas de las formulaciones con 25%, 20% y 35% lo cual permite suponer que no se llevó a cabo un adecuado proceso de integración de los componentes de la mezcla, tal como explican (Sudhamani y col., 2003). Comportamiento térmico de mezclas PVA: AA 70:30 En la Figura 6 se observa que algunas de la curvas presentan una banda entre los 100 °C y 150 °C la cual puede estar asociada a la evaporación del agua debido a que en estas formulaciones el porcentaje de

Figura 3. Influencia del etilenglicol en la temperatura de transición vítrea. Curvas obtenidas a partir de mezclas PVA: AA 60:40

Elaboración propia: Encalada y col., (2014)

Por otro lado, conforme se ha encontrado en literatura especializada (Ramaraj, 2006), cualquier Figura Comportamiento térmico la amovilidad diferentes concentraciones etilenglicol. cambio 4. a nivel estructural que reduzca segmentaria o volumendelibre, genera un Termogramas obtenidos a partir de mezclas PVA: AA 50:50 aumento de la Tg y Tm. Es así que, la presencia del PVA en la formulación introduce restricciones a la movilidad segmentaria produciendo cambios en el comportamiento térmico de la formulación. De igual forma, la proporción de PVA: AA presente en las mezclas influye también en la Tg, ya que el almidón en elevadas cantidades puede confinarse entre las cadenas de PVA, generando un aumento del volumen libre, y consecuentemente reducción de la Tg (Ramaraj, 2006). Comportamiento térmico de mezclas PVA: AA 50:50 En la Figura 4 es destacable el hecho de que todas las curvas presentan una tendencia de comportamiento térmico similar, lo que puede asociarse a una apropiada integración de los componentes de la mezcla. Al estar en igual proporción el PVA y el almidón, la cantidad de puentes de hidrógeno que se forman también podrá ser proporcional, dando como resultado que las temperaturas de fusión de las mezclas PVA: AA 50:50 presenten bandas endotérmicas dentro en un rango más estrecho en comparación con las demás formulaciones. Elaboración propia: Encalada y col., (2014)

Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 AA 60:40 Comportamiento térmico de mezclas PVA:

Los termogramas correspondientes a las composiciones con 15% y 30% de etilenglicol

PVA es elevado lo que se a su vez se relaciona directamente con un porcentaje mayor de agua presente en el proceso. Adicionalmente, se aprecia que la curva correspondiente a la formulación con 30% de etilenglicol exhibe la mayor entalpía respecto de las demás composiciones. (Zhou y col., 2009), propone que en mezclas con puentes de hidrógeno formados entre el agua y el plastificante, la movilidad molecular del agua se verá limitada, lo que se reflejará en una evaporación a una mayor temperatura a la que presentaría el compuesto puro. CONCLUSIONES 1. El aspecto final de las placas del material termoplástico obtenido en la presente investigación exhibe características macroscópicas deseables, alta flexibilidad y apariencia visual homogénea. A nivel molecular, se propone que la pérdida de la estructura cristalina de los gránulos de almidón de achira es producto: tanto de los esfuerzos mecánicos en el molino de rodillos, como de la presión y temperatura en el moldeo por compresión. Adicionalmente, se presume la formación de

puentes de hidrógeno entre el almidón y el PVA, agua o etilenglicol. 2. Por otro lado, los resultados de la evaluación térmica evidencian que el incremento de etilenglicol dentro de la mezcla contribuye a la disminución de la Tg. De igual manera, se manifiesta la presencia de procesos endotérmicos para todos los casos de estudio con un inicio de proceso degradativo sobre los 240 °C; sin embargo, en varias de las formulaciones los termogramas exhiben superposición de bandas en la región de análisis, lo que a su vez implica la presencia de más de un proceso endotérmico para dichas formulaciones. Este comportamiento se debe probablemente a un inadecuado proceso de integración de los componentes de la mezcla resultante en una formación de enlaces a nivel molecular no determinado, lo que impide en esta fase de la investigación proponer una tendencia clara de comportamiento térmico del material termoplástico en función de la relación PVA:AA.

Figura 5. Comportamiento térmico a diferentes concentraciones de etilenglicol Termogramas obtenidos a partir de mezclas PVA: AA 60:40

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Elaboración propia: Encalada y col., (2014)

Figura 6. Comportamiento térmico a AA diferentes concentraciones de etilenglicol Comportamiento térmico de mezclas PVA: 70:30 Termogramas obtenidos partir de mezclas PVA: AA 70:30 En la Figura 6 se observa aque algunas de la curvas presentan una banda entre los 100 °C y 150 °C la cual puede estar asociada a la evaporación del agua debido a que en estas formulaciones el porcentaje de PVA es elevado lo que se a su vez se relaciona directamente con un porcentaje mayor de agua presente en el proceso. Adicionalmente, se aprecia que la curva correspondiente a la formulación con 30% de etilenglicol exhibe la mayor entalpía respecto de las demás composiciones. (Zhou y col., 2009), propone que en mezclas con puentes de hidrógeno formados entre el agua y el plastificante, la movilidad molecular del agua se verá limitada, lo que se reflejará en una evaporación a una mayor temperatura a la que presentaría el compuesto puro.

Elaboración propia: Encalada y col., (2014)

CONCLUSIONES Memoria de Artículos del Primer Congreso Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 1. El aspecto final de las placas del material termoplástico obtenido en la depresente investigación exhibe características macroscópicas deseables, alta flexibilidad y

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I CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UTMACH 2015 Memoria de Artículos centro_de_investigaciones@utmachala.edu.ec

REVISIÓN DE LITERATURA Y ANÁLISIS DE MODELOS DE INNOVACIÓN Nancy Loja Mora Universidad Técnica de Machala nmloja@utmachala.edu.ec

Este artículo presenta una investigación, relacionada con la “Revisión de literatura y Análisis de Modelos de Innovación”; la Innovación actualmente ha cobrado mucha importancia por las repercusiones positivas que ha tenido a través del tiempo en varios países y regiones, sobre todo en la mejora del aspecto económico. Luego se realiza el análisis de tres modelos de innovación del que se obtuvo que el Modelo de Innovación Abierta basado en la Triple Hélice| es el más completo ya que tiene evidencia de haber sido validado y se basa en un Framework Teórico. Además se concluyó que: Gestionar un portafolio de proyectos de innovación es muy diferente a gestionar un portafolio tradicional dado que los proyectos de innovación tienen un nivel más alto de incertidumbre. Palabras clave: Modelos, innovación, triple hélice, gestión. ABSTRACT This paper presents an investigation related to the “Literature Review and Analysis of Models of Innovation”; Innovation has now become very important for the positive impact it has had over time in various countries and regions, especially in improving the economic aspect. Is the most complete because it has evidence of having been validated and is based on a Theoretical Framework | analysis of three models of innovation that won the open innovation model based on the Triple Helix is then performed. It was also concluded that: Manage a portfolio of innovation projects is very different from managing a traditional portfolio since innovation projects have a higher level of uncertainty.

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RESUMEN

Keywords: Models, innovation, triple helix, management.

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INTRODUCCIÓN

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La innovación es considerada la base del desarrollo económico de muchos países; por ese motivo algunos gobiernos y también empresas se han visto en la necesidad de buscar vías para innovar y también comercializar esa innovación. Cuando hablamos de innovación no sólo nos referimos a tecnología; de hecho se puede considerar dentro de éste proceso también a las innovaciones económicas, sociales, organizativas, estratégicas, etc. que se originan y desarrollan en distintos departamentos de una empresa. Existen varias iniciativas de los gobiernos para apoyar la apoyar la innovación; así tenemos que en Ecuador de acuerdo con se creará un fondo público de capital de riesgo destinado a financiar emprendimientos ligados a la innovación tecnológica, con un monto inicial de 12 millones de dólares, que de acuerdo con el gobierno ecuatoriano, se está tomando la experiencia de Israel en donde en un inicio el gobierno tomó la iniciativa financiar esas innovaciones y actualmente las mismas son 100% privadas. Cuando de innovación hablamos es importante saber priorizar y tener una cartera o un “Portafolio de Proyectos Innovadores” que según con entre otras cosas presenta beneficios como: definición de prioridades y asignación de recursos a proyectos. Luego de estas apreciaciones surgen las siguientes preguntas de investigación: P1: ¿Bajo qué criterios se puede comparar los modelos de Innovación? P2 ¿Cuál es el resultado de comparar los modelos de Innovación? El objetivo de ésta revisión de literatura es Caracterizar a la innovación y hacer un breve análisis de tres modelos de Innovación. Este trabajo es importante, ya que con el mismo se sientan las bases para temas de investigaciones relacionadas y para fortalecer los conocimientos previos vinculados con éste tema de investigación. (Dávila y col., 2006), (Ortiz y col., 2006), (Lin y col., 2014). MÉTODO: REVISIÓN DE LITERATURA Innovación El término innovación según es el “proceso de transformación e invención en algo que es comercialmente útil y valioso”, también se manifiesta que la innovación es un proceso de dirección que necesita herramientas específicas, reglas y disciplina; su ejecución puede llegar a ser simple una vez que se tiene claro cómo se ajustan las piezas que la conforman entre sí. (López y col., 2007), (Arboníes, 2009). La innovación también requiere medidas e incentivos 24

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para alcanzar un rendimiento alto y continuo. También se puede decir que la innovación de acuerdo con hace uso del conocimiento para ofrecer un nuevo producto o servicio que los clientes necesitan, la innovación consiste no sólo en nuevos productos y procesos, sino también en nuevas formas de organización, nuevos mercados y nuevas fuentes de materias primas”, también se define a la innovación como “un proceso que incluye la técnica, el diseño, la fabricación y las actividades comerciales y de gestión implicadas en la venta de un nuevo producto o el uso de un nuevo proceso de fabricación o equipamiento”. (Qingrui y col., 2000), (Chunsheng, 2009). Como podemos apreciar no existe una única definición para la innovación, sin embargo casi todas se enfocan en la creación de nuevos productos para un público o para unos clientes, como consecuencia lógica de ésta innovación al satisfacer la necesidad de esos clientes, lo que se obtiene es un beneficio económico para propulsores de esa innovación, que pueden ser los gobiernos o también empresarios (Villarreal, 2014). Tipos de innovación: de acuerdo a la literatura, la innovación se clasifica en varios tipos como son: - Innovación de producto: Consiste en ofrecer al mercado, un producto nuevo o mejorado. Generalmente, busca mejorar la calidad y la imagen de marca de la empresa - Innovación de proceso: Consiste en mejorar el proceso productivo de la empresa, se realiza mediante la implantación de nueva maquinaria, nueva organización en el proceso productivo o una variación del mismo. - Innovación en métodos de Gestión: Innovaciones realizadas en el ámbito comercial, financiero y organizativo que acompañan, apoyan y potencian la corriente innovadora de la empresa. - Innovación Incremental: Consiste según en pequeños cambios dirigidos a incrementar la funcionalidad y las prestaciones de los productos o de la empresa; por ejemplo el chip Pentium IV representa una innovación incremental con respecto a su precedesor el Pentium III. - Innovación Radical: Consiste en nuevos productos o procesos que no pueden entenderse como una evolución natural de los ya existentes; es decir es algo nuevo para el mundo y un progreso con respecto a una tecnología o metodología ya existente.

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Propósito de la Búsqueda Área: gestión de la Tecnología. Propósito: analizar los principales aspectos relacionados con el Portafolio de Innovación. Método de Búsqueda Fuentes de información: las fuentes de información consideradas para ésta revisión de literatura son: Journals, Technical Report y Libros. Entre las bases de datos que se utilizaron, se incluyen las siguientes: Scient Direct, IEEE y Springer. Motores de búsqueda: se utilizó el motor de búsqueda Google Scholar.

nivel de Portafolio de Proyectos de Innovación, se expresa un balance de riesgo, incertidumbre y esfuerzo; aquí hay acciones deliberadas para tener siempre activo el portafolio y entran en juego métricas para medir las entradas y salidas de los mismos. El portafolio de proyectos de innovación, incluye proyectos estratégicos de ciencia y tecnología que se proponen encontrar alternativas de solución a problemáticas que tienen que ver con los nuevos conocimientos y tecnologías. El portafolio de proyectos según es el lugar donde se embalsan las iniciativas innovadoras, donde se compara entre ellas y se determinan las prioridades, las asignaciones de recursos y se prepara el programa de desarrollo. Lo que busca el Portafolio de Proyectos es que exista una priorización de proyectos en base a que los proyectos compitan por los recursos disponibles, entre si El portafolio de proyectos es importante por muchas razones entre ellas están:

RESULTADOS

- Permite una mayor selección de proyectos, basándose en las capacidades de la empresa y en sus competencias. - Permite una correcta asignación de recursos. - Definición de métricas para evaluar resultados El portafolio de proyectos saca a desarrollo los proyectos más convenientes, entendemos por convenientes a los más oportunos, los que ofrecen un balance entre esfuerzo y resultado.

Portafolio de innovación

Gestión de los portafolios de innovación

Las innovaciones tecnológicas, de acuerdo con y las nuevas prácticas comerciales, así como el mercado de montaje la competencia en todo el mundo, han obligado a muchas empresas, como Google, Apple, Alexion Productos farmacéuticos, y Tesla Motors, a innovar y a una nueva selección del portafolio de productos para el éxito de la innovación; para acelerar el desarrollo de nuevos productos (NPD) para mantener el crecimiento a largo plazo y para la sostenibilidad. Desde el punto de vista estratégico de una innovación, de acuerdo con el portafolio se considera un proceso sistemático, de una serie de actividades innovadoras, bajo la dirección de estrategias del desarrollo de la empresa. Esto, incluye al menos tres dimensiones que subyacen a la naturaleza y al proceso de rendimiento de la empresa: Portafolio de innovación y procesos de innovación, portafolio de innovación incremental y radical; y portafolio de innovación tecnológica. La aparición del paradigma del portafolio de innovación, ha cambiado en gran medida la forma de pensar tradicional de la gestión de la innovación tecnológica. De acuerdo con en el

La gestión, de acuerdo con es “...una orientación más agresiva, orientada a la acción y a la solución creativa de los problemas de la administración dentro de un contexto de innovación.” La gestión podría verse orientada a la acción en redes de participantes donde éstos requieren, en medio de condiciones heterodoxas, ser estimulados para la creatividad conjunta, tal vez con medidas que podrían agredir los cánones propios de la administración superando ciertos paradigmas de la acción.

Criterios de búsqueda: para la búsqueda de la información se utilizó las siguientes palabras clave: “Portafolio”, “Innovation” y “Types” Criterios de exclusión: se excluyen los documentos repetidos, también se excluyen los documentos cuyas palabras clave no se encuentren en el cuerpo del documento.

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- Innovación Tecnológica: Consiste en cambios profundos basados en avances cientificos y tecnológicos, tomando en consideración que la tecnología es un conjunto de técnicas industriales susceptibles de ser aplicadas a un proceso productivo. METODOLOGÍA

Dada la importancia de la innovación y los portafolios; también es importante entender su Gestión, según la Gestión de los portafolios de proyectos en relación con la innovación ha ganado cada vez más la atención de los profesionales y académicos durante la última década. También se ha avanzado en la búsqueda de un enfoque basado en procesos para lograr una gestión de portafolio de proyectos eficaz. Para ayudar a los administradores en la nueva selección del portafolio de productos, numerosas herramientas de decisiones, tales como: la programación Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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matemática, los modelos económicos, la teoría de valoración de opciones, los modelos de puntuación, y los enfoques analíticos de jerarquía, se han desarrollado. Sin embargo, la mayoría de estas técnicas tienen limitaciones prácticas y teóricas; estos enfoques no son capaces de tomar puntos de vista holísticos y proporcionan información limitada sobre los resultados financieros. Según un número creciente de investigadores destacan la importancia de vincular la capacidad tecnológica de una empresa con sus clientes; la tasa de obsolescencia de los productos se está acelerando en muchas industrias porque los clientes están dispuestos a pagar por productos innovadores, y las empresas que no pueden suministrar productos innovadores más rápido que sus competidores, pierden competitividad

titucionales de la innovación (político, legislativo, industrial, académico). Este modelo se lo desarrolló sobre la base de un caso de estudio en República Dominicana, y de acuerdo a sus autores necesita algunos ajuste futuros como son: la identificación más profunda del perfil funcional y jurisdiccional de los profesionales de las estructuras de interfaz, así como sistemas de suministro de la innovación y de adaptación de la demanda tecnológica con la capacidad de crear cruces entre las organizaciones de investigación de un país y las demandas del otro. Este modelo al estar basado en la Triple Hélice, involucra a los tres entes principales que son: El gobierno, la universidad y la empresa; éste modelo según puede ser transferida a otros países, y abre nuevas posibilidades conceptuales en el contexto de la transferencia de la innovación Universidad / Industria.

De acuerdo con una efectiva gestión de portafolios de nuevos productos y la gestión de la I + D sigue siendo un objetivo difícil de alcanzar. El portafolio Este modelo trabajo con un caso de estudio y ellos es de los proyectos de innovación es muy importante una limitación importante por la falta de evidencias para la eficacia de la gestión de innovación de una de la aplicación definitiva de la estrategia de I + D empresa. Se han entregado varias ideas sobre el padesde 2007 hacia adelante. pel de la formalidad de la Administración de Proyectos de Innovación y argumentan que las empresas Figura 1. Modelo de innovación abierta basada triple hélice con buen desempeño tienen un enfoque de portafolio formalizado. Según Gestionar un portafolio de proyectos de innovación es muy diferente a gestionar un portafolio tradicional. Los proyectos de innovación tienen más incertidumbre. Por lo general en estos proyectos es difícil, pero no imposible, proporcionar una buena estimación y un plan detallado del proyecto. Y si bien la mayoría de las organizaciones Elaboracion propia: Loja (2014) se preocupan por la gestión del desarrollo de nuevas ideas comerciales, pocos saben realmenteModelo cómode innovación tecnológica open source De acuerdo con Modelo se encuentra modelo denominado: Modelo de la Innovación deelinnovación tecnológica open sourcede código abi fomentarlas para obtener buenos resultados empre(OSTIM); en éste modelo se identifican tres actores principales del modelo que son: El equ sariales. El primer paso para gestionar un portafolio De hardware acuerdoo con se encuentra el Su modelo humano, el recurso tecnológico y la gestión. equipo denomihumano que debe e es determinar el rol de la innovación en un entorno nado: Modelo la noInnovación dedeben código abiertoen tecnolo compuesto por miembros motivadosdeque necesariamente ser expertos empresarial. La innovación, en esencia, tiene que en éste modelo se identifican tressoporte actores sino que pueden(OSTIM); tener otras habilidades como: capacidad de gestión, al usuario, e dar resultados tangibles y una ventaja competitiva otras. principales del modelo que son: El equipo humaa la organización mediante la generación de El nuevos estilo de gestión organiza todas sus y mantieneylalafuncionalidad no,deelOSTIM recurso hardware o partes tecnológico gestión. del mod éstedeelemento crucial, es una ventaja del modelo. ingresos, la reducción de los costos, la mejora la Su equipo humano que debe estar compuesto por Modelo de iceberg para mejorar la capacidad de innovación de I + D en el personal de empres gestión de activos y el aumento de su reputación. miembros motivados que no necesariamente deben De acuerdo con la capacidad del personal de I + D es la clave para la innovación tecnológic ser expertos en tecnología; sino que pueden tener Modelos de innovación las empresas; por ello sobre la base del modelo de la competencia del Iceberg se ha construid otraspara habilidades capacidad de gestión, la Capacidadcomo: de Innovación del personal de I +soD. Este mo Modelo de innovación abierta basado en lamodelo tripledel Iceberg porte al usuario, otras. Habilidades de Innovación, Espíritu involucra, las siguientes partes másentre importantes: hélice Innovación, Calidad de innovación y Motivación para innovar. El estilo de gestión de OSTIM organiza todas sus Innovación: se refieren a las habilidades operativas prácticas que pueden refl De acuerdo se tiene un modelo de innovaciónHabilidades basa- de partes y mantiene la funcionalidad del modelo, éste técnicas de los propietarios y pueden estar bajo la guía de la intelige do en la Triple Hélice en el que se incorpora la insti-de comportamiento elemento crucial, es ventaja modelo.de la tecnología. innovadora, incluyendo las capacidades de una información y ladel acumulación tución legislativa, y se incluye el papel de la coopeEspíritu de Innovación: en iceberg un individuo la tendencia psicológicadepositiva a Modelo de paraexiste mejorar la capacidad ración internacional como un acelerador del proceso actividades de innovación, incluyendo un cuestionamiento razonable, desafiante y espíritu innovación de I + D en el personal de empresas. de transferencia de conocimientos científicoslucha. y tecnológicos de los cuerpos que la generan a laCalidad indus- de innovación: De acuerdo la capacidad del personal de I + D del objeto es unacon calidad estable resultante de la internalización tria. Este modelo propuesto plantea la existencia de conocimiento innovador, y laspara nuevas innovadoras obtenidos partir de la factore es la clave lacualidades innovación tecnológica dealas emun mecanismo de enlace entre las cuatro esferas ins-además presas; afuera, es base innata del sujeto, incluyendo sistema de valores, la personalidad, por ello sobre la base del modelo de la compasatiempos y el modelo mental, etc.

Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 Motivación para innovar: son los deseos y aspiraciones de innovación enfocados por

necesidades sociales e individuales, incluyendo necesidades de innovación, voluntad y

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Habilidades de Innovación: se refieren a las habilidades operativas prácticas que pueden reflejar técnicas de comportamiento de los propietarios y pueden estar bajo la guía de la inteligencia innovadora, incluyendo las capacidades de información y la acumulación de la tecnología. Espíritu de Innovación: en un individuo existe la tendencia psicológica positiva a las actividades de innovación, incluyendo un cuestionamiento razonable, desafiante y espíritu de lucha.

del personal de la empresas de I + D. - Mejorar la contratación y mejorar la identifricación de la capacidad de innovación. - Fortalecimiento de la capacitación sobre la capacidad de innovadar en I + D. - Evaluación de la capacidad de innovación en I+D - Implementar una estrategia integral de compensación y fomentar la pasión del personal de I + D para la innovación. - Haga enfázis en el crecimiento individual del personal de I + D. - Fortalecimiento de la construcción de la cultura corporativa, y el apoyo a los deseos de innovación de personal de I + D. Comparación de los Modelos de Innovación. Comparación de los Modelos de Innovación

Calidad de innovación: es una calidad estable resultante de la internalización del objeto de conocimiento innovador, y las nuevas cualidades innoPara la comparación de los modelos de innovación, vadoras obtenidos a partir de la factores de afuera, empresas tienen que prestar especial atención a se estos para laalgunos construcción de la de comparación ha aspectos establecido criterios además es base innata del sujeto, incluyendo sistecapacidad de innovación del personal de I + D. en base a una investigación previa relacionada con ma de valores, la Elpersonalidad, pasatiempos el considera que ayudan a mejorar la capacidad de autor mencionalos algun as estrategiasyque un análisis de modelos y también en base a caractemodelo mental, etc. innovación del personal de la empresas de I + D. rísticas comunes de todos los modelos. A continua- Mejorar la contratación y mejorar la identifricación de la capacidad de innovación. Motivación para innovar: son los deseos y aspiración se de indica los en criterios - Fortalecimiento de la capacitación sobre la capacidad innovadar I + D. establecidos: ciones de innovación- enfocados por las necesidades Evaluación de la capacidad de innovación en I + D - Actores del modelo - Implementar una estrategia integralde de compensación y fomentar la pasión del personal de sociales e individuales, incluyendo necesidades + Dsucesivamente. para la innovación. - Sector innovación, voluntad yIasí - Haga enfázis en el crecimiento individual del personal de I + D. Posibilidad de transferir a de otros países Fortalecimientoinnovadores de la construcción y el apoyo a los deseos Los conocimientos -y habilidades pue-de la cultura - corporativa, innovación de personal de I + D. Comparación delos Limitaciones Modelos de Innovación. de ser fácilmenteComparación identificables, pero el espíritu inde los Modelos de Innovación novador, la calidad y la motivación Validación modelo Para la comparación deson los difíciles modelos dedeinnovación, - se ha establecido del algunos criterios de identificar y cultivar, por lo que las empresas tienen comparación en base a una investigación previa Luego relacionada con un análisis de modelosde y comparación se de tener algunos criterios que prestar especial atención estos aspectos parade todosprocede también en base aa características comunes los modelos. A continuación se indica los a hacer el análisis de los modelos: criterios establecidos:de innovación del la construcción de la capacidad Luego de analizar los tres modelos de innovación; personal de I + D. - Actores del modelo - Sector se puede apreciar que todos tienen sus limitaciones - Posibilidad de transferir otros países El autor menciona algun as estrategias queaconsidera y enfoques diferentes; no se podría decir cuál de los - Limitaciones que ayudan a mejorar la capacidad de innovación tres es el mejor debido a que aunque el fin último - Validación del modelo

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petencia del Iceberg se ha construido el modelo del Iceberg para la Capacidad de Innovación del personal de I + D. Este modelo involucra, las siguientes partes más importantes: Habilidades de Innovación, Espíritu de Innovación, Calidad de innovación y Motivación para innovar.

Luego de tener algunos criterios de comparación se procede a hacer el análisis de los modelos: Tabla 1. Comparación de modelos Criterios

Comparación de modelos M2

Actores

-Académico -Industria -Político -Legislativo

-Equipo del Proyecto. -Equipos tecnológicos. -Gestión

Sector

Investigación, Desarrollo en Innovación.

Desarrollo de software de código abierto

Posibilidad de transferir el modelo a otros países. Limitaciones

Validación del modelo

Ajustes en los sistemas de El modelo no se muestra suministro de la como comercializar la innovación y de innovación. adaptación de la demanda tecnológica Mediante un caso de Estudio en República No hay evidencia Dominicana Elaboracion propia: Loja (2014)

M3 - Habilidades de Innovación -Espíritu de Innovación -Calidad de innovación Motivación para innovar Investigación y Desarrollo NO El modelo se enfoca en su mayoría en el personal y no en otros aspectos de la evaluación. Se dice que en un futuro el modelo ayudará a las empresas Chinas.

Luego de analizar los tres modelos de innovación; se puede apreciar que todos tienen sus Memoria deles Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 limitaciones y enfoques diferentes; no se podría decir cuáldedeArtículos los tres el mejor debido a que

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es la innovación; todos lo enfocan de manera distinta. Sin embargo a mi criterio el primer modelo es el más completo, debido a que se basa en un framework teórico como es el de la Triple Hélice, además involucra a un actor tan importante para todos los gobiernos como es la Universidad, además éste modelo ha sido validado mediante un Caso de estudio y ofrece la posibilidad de transferirse a otros países, en cuanto al segundo modelo considero que es más especializado, ya que se enfoca sólo en el sector de la innovación mediante Software Libre y no hay evidencia de que haya sido validado y no involucra a las Universidades; finalmente el último modelo es un modelo que se basa en otro, y en la innovación pero solo desde el punto de vista del personal que labora en una empresa. Por lo tanto el Modelo de Innovación Abierta basado en la Triple Hélice es el más completo, tiene evidencia de haber sido validado y se basa en un Framework. CONCLUSIONES 1. La innovación es considerada la base del desarrollo económico de muchos países; por ese motivo algunos gobiernos y también empresas se han visto en la necesidad de buscar vías para innovar y también comercializar esa innovación. 2. Cuando hablamos de innovación no sólo nos referimos a tecnología; de hecho se puede considerar dentro de éste proceso también a las innovaciones económicas, sociales, organizativas, estratégicas, etc. que se originan y desarrollan en distintos departamentos de una empresa. 3. No existe una única definición para la innovación, sin embargo casi todas se enfocan en la creación de nuevos productos para un público o para unos clientes, como consecuencia lógica de ésta innovación al satisfacer la necesidad de esos clientes, lo que se obtiene es un beneficio económico para propulsores de esa innovación, que pueden ser los gobiernos o también empresarios. 4. El portafolio de proyectos es el lugar donde se embalsan las iniciativas innovadoras, donde se comparan entre ellas y se determinan las prioridades, las asignaciones de recursos y se prepara el programa de desarrollo. El portafolio de proyectos es importante por muchas razones entre ellas están: Permite una mayor selección de proyectos, basándose en las capacidades de la empresa y en sus competencias, permite una correcta asignación de Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

recursos y ayuda a la definición de métricas para evaluar resultados de los proyectos. 5. Una efectiva gestión de portafolios de nuevos productos y la gestión de la I + D sigue siendo un objetivo difícil de alcanzar. Gestionar un portafolio de proyectos de innovación es muy diferente a gestionar un portafolio tradicional. Los proyectos de innovación tienen un nivel más alto de incertidumbre; por ello se deberían continuar las investigaciones para trabajar en ésta gestión de Portafolios de Proyectos de Innovación. 6. El Modelo de Innovación Abierta basado en la Triple Hélice es el más completo de los tres analizados, debido a que tiene evidencia de haber sido validado y se basa en un Framework. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Arboníes, A. (2009). La disciplina de la Innovación, Madrid: Díaz. • Chunsheng, W. (2009). Open Source Tech-Innovation Model: A Novel Independent Technological Innovation Model Based on Open Source Software IEEE. • Dávila, T., Epstein, M. & Shelton, R. (2006). La innovación sí funciona. Cómo gestionarla medirla y obtener beneficio real de ella, Madrid, Pearson. • Lin, C., & Yang, Y. (2014). A Linguistic Approach to Measuring the Attractiveness of New Products in Portfolio Selection, Group Decis Negot. • López, N., Montes, J., y Vázquez, C. (2007). Cómo gestionar la innovación en las Pymes, Madrid: Netbiblo. • Ortiz S. y Pedroza, A., (2006). ¿Qué es la Gestión de la Innovación y la Tecnología?, Journal Of Technlogy, Vol. 1, Nº 2. • Qingrui, X., Xiaoqing, Z., Shaohua, W. & Jin, C. (2000). Competence-based Innovation Portfolio, IEEE. • Villarreal, O. (2014). From the Triple Helix model to the Global Open Innovation model: A case study based on international cooperation for innovation in Dominican Republic, Journal of Engineering and Technology Management.

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I CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UTMACH 2015 Memoria de Artículos centro_de_investigaciones@utmachala.edu.ec

Fernando Juan García Diego 1, Ángel Sánchez Quinche3, Paloma Merello 1,2, Pedro Beltrán 1, y Cristófol Peris 2 Universitat Politécnica de Valencia 1 Instituto Valenciano de Conservación y Restauración de Bienes Culturales (IVC+R) 2 Universidad Técnica de Machala 3 arsanchez@utmachala.edu.ec

RESUMEN Se ha diseñado un equipo con sensores de efecto Hall que, instalado en los medidores proporcionales WB Mini-Test, nos permite registrar automáticamente la cinética de emisión y la producción total de leche ordeñada en ganado caprino. El sistema electrónico es de bajo costo (alrededor de 80 euros de material) y ha superado las dificultades que existen en este tipo de medidas (efecto de la composición de la leche, presencia de espuma, transportable, temperatura, lavado etc.). Con la normalización de los datos y, una de las dos calibraciones creadas, se logró una muy buena estimación (R2= 0,9992; error estándar de estimación= 29,8 ml). El hecho de que el error de estimación no variara según el día y el juego de ordeño, y presentara diferencias de pequeño orden según el volumen de la leche ordeñada, sugiere que podría ser utilizado en el control lechero de las explotaciones de ganado caprino.

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USO DE SENSORES DE EFECTO HALL PARA REGISTRAR LA CINÉTICA DE EMISIÓN DE LECHE: CASO DE ESTUDIO AUTOMATIZACIÓN DEL WB MINITEST EN GANADO CAPRINO

Palabras clave: Sensores de efecto Hall, cinética de emisión de leche, regresión múltiple, la posición del imán lineal. ABSTRACT We have designed a team with Hall effect sensors, meters installed in proportional WB Mini-Test allows us to automatically record the emission kinetics and the total milk production in goats milked. The electronic system is inexpensive (about 80 euros of material) and has overcome the difficulties that exist in this type of measures (effect of the composition of milk, the presence of foam, transportable, temperature, washing etc.). With the standardization of data, one of the two calibrations created a very good estimate (standard error of estimate = 29.8 ml R2 = 0.9992) was achieved. The fact that the estimation error does not vary depending on the day and the game of milking small differences and present order of the volume of milk obtained, suggesting it could be used in dairy farms control goats. Keywords: Hall sensors, milk emission kinetics, multiple regression, the linear position of the magnet effect.

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INTRODUCCIÓN

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El sector caprino en España tiene una fuerte implantación en el sur de la península y Canarias, es el segundo país en importancia dentro de la UE, ya que se producen anualmente más de 420 millones de kilogramos de este tipo de leche y existe un censo de más de dos millones de cabras reproductoras (www. marm.es, 2010). Además, podemos destacar que este censo corresponde casi exclusivamente a razas autóctonas, entre las cuales destaca la raza Murciano-Granadina (MG), ya que es, cuantitativamente, la raza caprina de aptitud láctea más importante de España. En los programas de mejora también suelen estudiarse otros caracteres, algunos de estos son: la fertilidad de las cabras, la susceptibilidad a la mamitis, la morfología mamaria y, finalmente, la cinética de emisión de leche o velocidad de ordeño. Aunque no es deseable que los animales tengan un bajo flujo de leche, nuestro objetivo tampoco ha de ser buscar flujos demasiado elevados ya que podrían estar asociados a una mayor susceptibilidad frente a infecciones intramamarias (vacuno: Grindal y col., 1991), (ovino: Barillet, 2001). Cinética de emisión de leche En general, el ganado caprino presenta una elevada variabilidad individual con respecto a la aptitud al ordeño y, en particular, en la cinética de emisión de la leche. Esta variabilidad hace del ganado caprino un excelente modelo para llevar a cabo estudios zootécnicos, genéticos y fisiológicos en torno a la glándula mamaria (Marnet y col., 2001). Los resultados publicados en la raza Murciano-Granadina (Peris y col., 1996), (Peris y col., 1999), (Garcés y col., 2000), (Martí y col., 2008), (Vidal y col., 2008) también coinciden en encontrar una amplia variabilidad individual en la cinética del ordeño. El comité internacional para el registro de datos animales (ICAR) El ICAR es un organismo internacional no lucrativo que pretende promover el desarrollo y la mejora del registro de datos de producción animal. Desde este organismo se establecen definiciones y normas que deberían cumplir los medidores que se utilizan comercialmente. En concreto, ICAR establece que la media y la desviación estándar del error de medida (referencia- medidor) debe ser inferior al 3% y al 5%, respectivamente (ICAR, 2013). Los medidores de leche En la actualidad se comercializan los siguientes tipos de medidores: 30

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- Medidores porcentuales o proporcionales, como el WB Mini-Test, Waikato MK V (QCS, 2013). - Medidores electrónicos, como el Lactocorder®, MM25SG, Afifree, Afifree 155, Afifree 155i (QCS, 2013). - Medidores volumétricos, como ejemplo el Esneder 900001 para ovejas (Esneder ®, Industrias Berango S.L., Bizcaia-Spain). - Por peso, montaje rígido JARS y escalas (QCS, 2013). JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS En la actualidad, existe un gran interés en automatizar las mediciones de caudal y de producción total de leche en el ordeño del ganado caprino. Con el registro de flujo de leche es posible caracterizar la cinética de emisión de leche, aspecto de interés fisiológico (Billon y col., 1999), que tradicionalmente ha sido realizado de forma manual (Ricordeau y col., 1963). Además, el control de la producción total de leche por animal, variable fundamental en los planes de mejora genética (Barillet, 2007), se lleva a cabo por los organismos oficiales de control lechero utilizando medidores volumétricos, proporcionales o equipos electrónicos. La automatización del registro de la producción de leche en pequeños rumiantes puede ser una manera de reducir los costos y errores humanos (Ilahi y col., 1999), ocasionados por el gran número de animales ordeñados y la rapidez con que se realiza el control. Aunque existen varios medidores automáticos aprobados por ICAR para el ganado caprino, que registran el flujo y la producción de leche, en numerosos países (como España) apenas se utilizan por los organismos oficiales de control lechero, ya sea porque son fijos y no se pueden transportar rutinariamente a las granjas (Afifree, MM25SG), o debido a su alto coste (Lactocorder = unos 2000 euros). El objetivo de este trabajo fue el diseño de un medidor de nivel, de bajo coste, para ser utilizado en combinación con el medidor proporcional WB Mini-Test, que permita el registro del caudal y la producción total de leche en el ordeño de las cabras. MATERIALES Y MÉTODOS Descripción del automatismo Matriz de sensores El sensor de efecto Hall elegido fue el A1301 (Allegro, 2013), estos dispositivos tienen una tensión de salida de reposo (2,5 V en nuestro caso), que es la mitad de la tensión aplicada (5V). El sensor posee

ISBN 978-9942-21-149-1 flujo y la producción de leche, en numerosos países (como España) apenas se utilizan por los organismos oficiales de control lechero, ya sea porque son fijos y no se pueden transportar una sensibilidad de salida de 2,5 mV/G. cadores operacionales (LM324) que se conectan en rutinariamente a las granjas (Afifree, MM25SG), o debido a su alto coste (Lactocorder = unos el siguiente orden: el primero como un seguidor de 2000 euros). Se construyó una matriz de 24 sensores (A1301), el segundo 2,2V a la El objetivolineal de estedetrabajo el diseño devoltaje, un medidor de nivel, resta de bajo coste, paraseñal ser de entrada, colocados con una separación 8 mmfue Figura el tercero multiplica esta segunda señal utilizado en combinación con el 1. La longitud total de la matriz de sensores fuemedidor de proporcional WB Mini-Test, que permita el registro por 4 y el eslas uncabras. seguidor de voltaje. La señal analógica del caudal la producción total leche en elúltimo ordeño de 194 mm. Debido a razones dey construcción, eldesen-

es leída por un ADC de 10-bit (Convertidor Analógico a Digital), de un microcontrolador ATMEGA168 (Atmel, San José, California). Se utilizan cinco piMatrizun de sensores En la Figura 3 se muestra esquema de los comnes digitales del microcontrolador para gestionar los sensor de efecto elegido (Allegro, 2013), estos dispositivos tienen una ponentes electrónicosElutilizados. LasHall señales defue losel A1301multiplexores. tensión de salida de reposo (2,5 V en nuestro caso), que es la mitad de la tensión aplicada sensores se multiplexan con cuatro multiplexores Imán y mV/G. flotador (5V). El sensor posee una sensibilidad de salida de 2,5 de 8 canales analógicos (4051N) con la intención Se construyó una matriz de 24 sensores (A1301), colocados con una separación lineal de 8 de obtener una única señal. A continuación, esta Para crear el campo magnético se utilizó un imán de mm Figura 1. La longitud total de la matriz de sensores fue de 194 mm. Debido a razones de última es acondicionada utilizando cuatro amplifiNeodimio, en forma de cilindro (5 mm de diámetro construcción, el sensor superior se colocó cerca del borde del dispositivo de medición sor superior se colocó cerca del borde del dispositiMATERIALES Y MÉTODOS vo de medición proporcional. Figura 2. Descripción del automatismo

proporcional. Figura 2.

Elaboración propia: Sánchez y col., (2014)

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Figura Matriz de sensores. a) Parte de la matriz que está en contacto con la cara externa del medidor proporcional. b) Parte posterior de la matriz

En la Figura 3 se muestra un esquema de los componentes electrónicos utilizados. Las Figura de 2. Fotografías electrónico y de su ubicación endeel8medidor señales los sensoresdel se sistema multiplexan con cuatro multiplexores canales analógicos proporcional, a) una vista de frente, b) vista posterior, mostrando parte de la matriz de (4051N) con la intención de obtener una única señal. A continuación, esta última es sensores efecto Hall, c)operacionales vista lateral (LM324) que se conectan en el acondicionada utilizando cuatrodeamplificadores siguiente orden: el primero como un seguidor de voltaje, el segundo resta 2,2V a la señal de entrada, el tercero multiplica esta segunda señal por 4 y el último es un seguidor de voltaje. La señal analógica es leída por un ADC de 10-bit (Convertidor Analógico a Digital), de un microcontrolador ATMEGA168 (Atmel, San José, California). Se utilizan cinco pines digitales del microcontrolador para gestionar los multiplexores.

Elaboración propia: Sánchez y col., (2014)

Figura 3. Esquema electrónico de la matriz de sensores, multiplexación y acondicionamiento de la señal

Elaboración propia: Sánchez y col., (2014)

Imán y flotador Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 Para crear el campo magnético se utilizó un imán de Neodimio, en forma de cilindro (5 mm de diámetro y 8,47 mm de altura) y 1,3 g en peso. Dos de estos imanes se incrustaron dentro

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Figura 4. Ejemplo de lecturas del sensor (voltios) según la posición (mm) del flotador

Elaboración propia: Sánchez y col., (2014)

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Medidor proporcional WB Mini-Test (Tru Test)

Este medidor una proporción de la leche ordeñada (sobre 1/18,3) un animal en un estadístico Tratamiento de losdedatos y análisis y 8,47 mm de altura) y 1,3 grecoge en peso. Dos de estos recipiente cilíndrico (52,8 mm x 167 mm), con una capacidad aproximada de 300 ml. El imanes se incrustaron dentro de un dispositivo floDespués de roja la para digitalización realizada por el mioperario realiza una lectura visual en una escala graduada (escala cabras, negra para tante cilíndrico de PVC (50 mm de diámetro y 21 croprocesador, la señal de los sensores (0 a 5 V) se vacas) para obtener una estimación de la producción de la leche total ordeñada. La escala roja mm de alto) de 23,1 g de peso (peso total -flotador+ transforma en un valorunproporcional del medidor proporcional posee una longitud de 140 mm y permite registrar volumen de entre 0 y 1023 2 imanes- de 25,7 g). El campo magnético creado (10-bit= 210), de modo que el 0 corresponde a una leche ordeñada desde 0,1 a 5,5 litros. por un imán ha Características sido descritodepor (Ravaud y col., la máquina de ordeño y de loslectura animales deutilizados 0 voltios y el 1023 a 5 V. A continuación 2008), (Lemarquand y col., 2009). En nuestrosecaso, La validación (tercer experimento) llevó a cabo estos en la granja de lase Universtitat datosexperimental digitalizados sometieron a una normasólo estamos interesados la componente Politécnica en de Valencia. Se utilizó radial una sala de lización ordeño (2x12) con 6 juegos de ordeño por filas (los registros obtenidos por todos del campo magnético, al flujo (Almaticel™cual grupoafectará G50, Delaval Agri, del Tumba, Suecia) y una tubería de leche a 1,0 m porPara ello, al valor los sensores en un instante dado). campo magnéticoencima que atraviesa a un sensor. Un re-Los parámetros de la plataforma (línea media). ordeño fueron: frecuencia o de cada desensor se le resta la media de la fila y se velocidad de pulsación = 90 por minuto, nivel de vacío de 40 kPa, y relación de pulsación del sultado del sensor superior a 2,5 V se obtiene cuandivide por la desviación estándar de la fila. De este Las cabras de raza Murciano-Granadina, el número de lactación variaba do el imán supera60%. el sensor, y unutilizadas voltajeeran de menos de modo se obtiene una nueva variable aleatoria con de 1 a 4, todas se encontraban entre el 6º y 8º mes de lactación y se ordeñaban una sola vez al 2,5 V se obtiene cuando el imán está por debajo del una distribución Normal (0.1). Este tipo de pre tratadía. Su nivel de leche. sensor, como se muestra enproductivo la Figuravariaba 4. entre 1 y 2,5 litrosmiento de los datos también ayuda a reducir algunos Tratamiento de los datos y análisis estadístico

tipos de multicolinealidad (Kutman Medidor proporcional WB Mini-Test (Tru Test) Después de la digitalización realizada por el microprocesador, la señal de los sensores (0 a 5 y col., 2005) y 10 los trabajos de análisis multivautilizarse V) se transforma en un valor proporcional entre suele 0 y 1023 (10-bit= 2en ), de modo que el 0 Este medidor recoge una proporción de la leche orcorresponde a una lectura de 0 voltios y el 1023 a 5para V. el A control continuación estos datos químicos (Gariante de los procesos deñada (sobre 1/18,3) de un animal en un recipiente digitalizados se sometieron a una normalización por filas (los registros obtenidos porytodos llagher y col., 1996), (García col., 2010). cilíndrico (52,8 mm x 167 mm), con una capacidad los sensores en un instante dado). Para ello, al valor de cada sensor se le resta la media de la

aproximada de 300 operario realiza una lec- de la RESULTADOS fila ml. y se El divide por la desviación estándar fila. De este modo Y se DISCUSIÓN obtiene una nueva tura visual en unavariable escalaaleatoria graduada (escala roja para con una distribución Normal (0.1). Este tipo de pre tratamiento de los datos Efecto del tratamiento térmico del imán cabras, negra para vacas) para obtener una estimatambién ayuda a reducir algunos tipos de multicolinealidad (Kutman y col., 2005) y suele Elpara análisis estadístico de losquímicos datos, tras su normalición de la producción de en la los leche totaldeordeñada. La utilizarse trabajos análisis multivariante el control de los procesos zación, mostró que el efecto del tratamiento térmi(Gallagher y col., 1996), (García col.,lon2010). escala roja del medidor proporcional posee yuna co del imán (variable dummy) no fue significativo gitud de 140 mm y permite registrar un volumen de RESULTADOS Y DISCUSIÓN (p>0.05). En la Figura 5 se han representado las lecleche ordeñada desde 0,1 a 5,5 litros. Efecto del tratamiento térmico del imán turas del imán con y sin tratamiento térmico a partir Características de la máquina dedeordeño de su losnormalización, El análisis estadístico los datos,ytras el efectoobtenidos del tratamiento de losmostró datosque “crudos” de los sensores (Fianimales utilizados térmico del imán (variable dummy) no fue significativo la Figura 5 se de hanhaber sido normagura 5a)(p>0.05). y de losEn datos después lizados (Figura 5b). La validación (tercer experimento) se llevó a cabo en la granja experimental de la Universtitat PoliFigura Nº 5. a) Potencial en voltios (eje vertical) técnica de Valencia. Se utilizó una sala de ordeño como función de la posición (mm) del imán con (2x12) con 6 juegos de ordeño (Almatic ™ grupo respecto a un sensor en el centro de la matriz (eje G50, Delaval Agri, Tumba, Suecia) y una tubería de horizontal). Gráfico en azul corresponde al imán sin leche a 1,0 m por encima de la plataforma (línea metratamiento térmico, el rojo corresponde al imán con dia). Los parámetros de ordeño fueron: frecuencia tratamiento térmico. b) Valor normalizado del poo velocidad de pulsación = 90 por minuto, nivel de tencial para el imán sin tratamiento térmico (azul) y vacío de 40 kPa, y relación de pulsación del 60%. tratado (rojo). Un valor de cero en el eje horizontal Las cabras utilizadas eran de raza Murciano-Granaindica la coincidencia de posiciones (posición del dina, el número de lactación variaba de 1 a 4, todas sensor igual a la posición del imán). Hemos hecho se encontraban entre el 6º y 8º mes de lactación y se un zoom para ver la diferencia entre ambos puntos ordeñaban una sola vez al día. Su nivel productivo Obtención de las calibraciones A y B variaba entre 1 y 2,5 litros de leche. 32

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representado las lecturas del imán con y sin tratamiento térmico a partir de los datos “crudos” obtenidos de los sensores (Figura 5a) y de los datos después de haber sido normalizados ISBN 978-9942-21-149-1 (Figura 5b). Figura 5. a) Potencial en voltios (eje vertical) como función de la posición (mm) del imán con respecto a un sensor en el centro de la matriz (eje horizontal). Gráfico en azul corresponde al imán sin tratamiento térmico, el rojo corresponde al imán con tratamiento térmico. b) Valor normalizado del potencial para el imán sin tratamiento térmico (azul) y tratado (rojo). Un valor de cero en el eje horizontal indica la coincidencia de posiciones (posición del sensor igual a la posición del imán). Hemos hecho un zoom para ver la diferencia entre ambos puntos

Obtención de las calibraciones A y B

Los resultados de calibración basadaA,en unaen unateriores se calcularon respecto este 0; por ejemplo Loslaresultados de la A, calibración basada única ecuación de regresión múltiple apara única ecuación de múltipleen para el simultáneas 130 mmdesetodos recalculó comoEl6 modelo mm de Altura0). Obtetodoregresión el ordeño, teniendo cuentatodo las lecturas los sensores. y un error un coeficiente de niéndose determinación (R 2) de 99,86% ordeño, teniendofue ensignificativo cuenta las(P<0,001), lecturas con simultáneas la siguiente ecuación: estándar El de lamodelo estimación 1,43 mm. de todos los sensores. fuede significativo Altura0= 5,47 + 2,17*Lectura Sensor Para poder concretar el algoritmo la calibración B, previamente se representaron las (P<0,001), con un coeficiente de determinaciónde(R2) normalizadas los sensores largo del proceso de calibración Figura 6 modelo fue significativo (P<0,001), con un coede 99,86% y unlecturas error estándar de de la todos estimación de a lo El observándose que: ficiente de determinación (R2) de 97,4%, y un error 1,43 mm. estándar de la estimación de 0,77 mm. Para poder concretar el algoritmo de la calibración A continuación la altura estimada, en valor real, se B, previamente se representaron las lecturas normacalculó como: lizadas de todos los sensores a lo largo del proceso de calibración Figura 6 observándose que: Altura estimada= Altura0 + 8*(Nº sensor -1) Figura Nº 6. Ejemplo de lecturas normalizadas de los sensores (cada línea) según la posición (mm) del flotador. Estos datos representan sólo una de las 5 calibraciones realizadas En cada sensor i la fase rectilínea se podía detectar automáticamente cuando se cumplían simultáneamente tres condiciones: - La lectura del sensor i debía estar entre -3 y +2 - La lectura del sensor i-1 debía ser superior a +0,5 - La lectura del sensor i+1 debía ser inferior a -0,5 La fase rectilínea de todos los sensores era paralela. Por este motivo se calculó una pendiente media para todos los sensores. Para ello, en cada lectura del sensor se recalculó la altura del flotador (Altura0), referenciándolo a la altura que tenía el flotador cuando se inició la fase rectilínea (ej. si en un sensor i, la altura en la primera lectura de la fase rectilínea fue de 124 mm, esta se trasformó en 0, y las alturas pos-

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Elaboración propia: Sánchez y col., (2014)

Es decir, se aumentaron 8 mm en cada sensor (estaban situados cada 8 mm). La regresión entre las alturas de referencia y las alturas estimadas fue significativo (p<0,001) y presentó un R2 de 0.9998 y un error estándar de estimación de 0,53 mm. Validación en granja de las calibraciones A y B En la Tabla 1 se presentan los valores medios del ERROR de estimación (referencia-estimado) del volumen de leche con las calibraciones A y B. Se aprecia que la calibración B presentó mejores resultados, ya que tuvo un error medio de tan solo 25 ml y una desviación estándar de 31,86 ml; los errores máximos fueron de -136 y +169 ml. Respecto a la calibración A, el ERROR obtenido fue excesivo, especialmente por la gran variabilidad observada (elevada desviación estándar: 79 a 236 ml). En este caso no cumpliría los criterios del ICAR respecto a la DS Tabla 1, ya que en casi todos los tramos de volumen la DS fue > 5% de la producción media. D.EST.= desviación estándar; VOL.= volumen; Mín.= valor mínimo ; Máx.= valor máximo Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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Figura 6. Ejemplo de lecturas normalizadas de los sensores (cada línea) según la posición (mm) del flotador. Estos datos representan sólo una de las 5 calibraciones realizadas

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Elaboración propia: Sánchez y col., (2014)

NIV. SIG. = si vamente de 0. MEDIA/VOL.

En cada sensor i la fase rectilínea se podía detectar automáticamente cuando se cumplían Tabla 1. Errores de medida del volumen de leche (Referencia-estimada) obtenidos en la simultáneamente tres condiciones: validación de las calibraciones A y B, separados por tramos del volumen medido.  La lectura del sensor i debía estar entre -3 y +2 a) Calibración A  La lectura del sensor i-1 debía ser superior a +0,5  La lectura del sensor i+1 debía ser inferior a -0,5 Volumen MEDIA MEDIA/VOL. D.EST. D.EST. Mín. Máx. NIV. N La fase rectilínea de todos los sensores era paralela. Por este motivo se calculó una pendiente (ml) (ml) (%) (ml) /VOL. (%) (ml) (ml) SIG. media los sensores. Para ello, en 136,33 cada lectura del sensor se20recalculó <500 para todos 101 269 107,60 54,53 500 la altura *** del flotador (Altura0), referenciándolo a la altura que tenía el flotador cuando se inició la fase 500-1000 107 361 48,13 79,14 10,55 128 550 *** rectilínea (ej. si en un sensor i, la altura en la primera lectura de la fase rectilínea fue de 124 1000mm, esta se trasformó en 0, y las alturas posteriores se calcularon respecto a este 0; por 2000 291 -24 -1,60 192,53 12,84 -473 342 * ejemplo 2000- 130 mm se recalculó como 6 mm de Altura0). Obteniéndose la siguiente ecuación: 3000 176 -15 -0,60 4,61 Sensor -283 315 NS Altura0= 5,47 +115,24 2,17*Lectura 2 >3000 132 -86 -2,46 267,19 7,63 de determinación -593 (R 650 *** ) de 97,4%, y El modelo fue significativo (P<0,001), con un coeficiente TOTAL 807 de 55la estimación 236,06 ‐ -593 650 *** ‐ un error estándar de 0,77 mm. Elaboración propia: Sánchez y col., (2014) A continuación la altura estimada, en valor real, se calculó como: Altura estimada= Altura0 + 8*(Nº sensor -1) Calibración Es decir, se aumentaron 8 mm en cadab)sensor (estaban Bsituados cada 8 mm). La regresión entre las alturas deMEDIA referenciaMEDIA/VOL. y las alturas estimadas significativo (p<0,001) y presentó Volumen D.EST.fue D.EST./VOL. Mín. Máx. NIV. un N 2 (ml) estándar (%) de estimación(ml) (ml) (ml) SIG. R(ml) de 0.9998 y un error de 0,53(%) mm. <500 101 5 2,0 49,38 19,75 -136 94 NS 500-1000 en 107granja 27 de las3,6 4,15 -50 149 *** Validación calibraciones A31,12 yB 1000En la Tabla 1 se presentan los valores medios del ERROR de estimación (referencia2000 16 de leche 1,1 con las calibraciones 22,98 1,53 -38que 169 *** B estimado) del291 volumen A y B. Se aprecia la calibración 2000presentó mejores resultados, ya que tuvo un error medio de tan solo 25 ml y una desviación 3000 176 35 1,4 24,17 0,97 -83 127 *** estándar de 31,86 ml; los errores máximos fueron de -136 y +169 ml. Respecto a la >3000 132 48 1,4 22,60 0,65 -6 133 *** calibración A, el ERROR obtenido fue excesivo, especialmente por la gran variabilidad TOTAL 807 25 31,86 ‐ -136 169 *** ‐ observada (elevada desviaciónElaboración estándar: propia: 79 a 236 ml).yEn caso no cumpliría los criterios Sánchez col.,este (2014) del ICAR respecto a la DS Tabla 1, ya que en casi todos los tramos de volumen la DS fue > 5% de la producción D.EST.= desviaciónmedia. estándar; VOL.= volumen; Mín.= valor mínimo ; Máx.= valor máximo la NIV. media difiere significatiWB Mini-Test, nos permite SIG.del = sierror la media del error difiere significativamenteproporcionales de 0. * p<0.05 *** p<0.001 : sip<0.001 es < 3% cumple criterio ICAR * MEDIA/VOL. p<0.05 *** registrar automáticamente la cinética de emiD.EST/VOL. : si es <5% cumple criterio ICAR sión de leche y la producción total de leche : siLosesfactores < 3% Día cumple criterio ICAR y Juego de ordeño no afectaron significativamente a los errores de medida de ordeñada en ganado caprino. El sistema elecambas calibraciones Tabla 2.

D.EST/VOL. : si es <5% cumple criterio ICAR

Los factores Día y Juego de ordeño no afectaron significativamente a los errores de medida de ambas calibraciones Tabla 2. Tabla Nº 2. Efecto del Día, Juego de ordeño y Volumen de leche sobre el error medio cometido en cada una de las calibraciones ensayadas en el proceso de validación en granja experimental CONCLUSIONES 1. Se ha diseñado un equipo con sensores de efecto Hall que, instalado en los medidores 34

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trónico es de bajo coste (alrededor de 80 euros de material) y ha superado las dificultades que existen en este tipo de medidas (efecto de la composición de la leche, presencia de espuma, transportable, temperatura, lavado etc.). Con el tratamiento que se ha realizado de los datos (normalización por filas) y la calibración B creada, se han logrado una muy buena estimación de la producción de leche que se obtiene a lo largo del ordeño (R2= 0,9992; error estándar de estimación= 29,8 ml). El hecho de que el error de estimación no variara según el día y el juego de ordeño,

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Tabla 2. Efecto del Día, Juego de ordeño y Volumen de leche sobre el error medio cometido en cada una de las calibraciones ensayadas en el proceso de validación en granja experimental FACTOR DÍA

JUEGO

VOLUMEN

1 2 3 Niv. Signif. 1 2 Niv. Signif. <500 500-1000 1000-2000 2000-3000 >3000 Niv. Signif.

CALIBRACION A CALIBRACION B 30 ± 8 147 ± 52 83 ± 52 21 ± 8 100 ± 52 30 ± 8 NS NS 164 ± 42 34 ± 6 56 ± 42 20 ± 6 NS NS 275 ± 33 a 6±5 a 373 ± 32 b 29 ± 5 b 4 ± 31 c 18 ± 5 c 4±32 c 37 ± 5 d ¯104 ± 32 d 46 ± 5 e *** ***

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las dificultades que existen en este tipo de medidas (efecto de la composición de la Grindal, R., Walton, & Hillerton, J. (1991). leche, presencia de espuma, transportable, • temperatura, lavado etc.). A. Con el Influence of milk flow rate and streak canal tratamiento que se ha realizado de los datos (normalización por filas) y la calibración REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA B creada, se han logrado una muy buena estimaciónlength de la producción de leche que se infection in dairy on new intramamary • Allegro, (2013).obtiene Continuous-Time Ratiome29,8 a lo largo del ordeño (R2= 0,9992; error estándar cows.deJ.estimación= Dairy Res, 58.ml). El tric Linear Hall Effect Sensor ICs. Disponible hecho de que el error de estimación no variara según el día y el juego de ordeño, y International en internet: www.allegromicro.com/~/media/ presentara diferencias de pequeño orden según• elICAR. volumen(2013). de la leche ordeñada, Committee for Animal Recording. Files/Datasheets/A1301-2-Datasheet.ashx sugiere que podría ser utilizado en el control lechero de las explotaciones deLimits ganado of error for milk yield and milk composition. Section 11.3.7. caprino.

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CONCLUSIONES

1. Se ha diseñado un equipoorden con sensores que, instalado en los medidores y presentara diferencias de pequeño sede efecto• Hall García, D. & Zarzo, M. (2010). Microclimate proporcionales WB Mini-Test, nos permite registrar automáticamente la cinética gún el volumen de la leche ordeñada, sugiere monitoring by multivariatedestatistical control: emisión deenleche y la producción ordeñada en ganadofrescoes caprino. of El the Cathedral of que podría ser utilizado el control lechero total de leche The renaissance sistema electrónico es de bajo coste (alrededor de 80 euros de material) y ha superado de las explotaciones de ganado caprino. Valencia (Spain). J Cult Herit.

of mastitis resistance and somatic cell score in French Lacaune dairy sheep. Genet.

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I CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UTMACH 2015 Memoria de Artículos centro_de_investigaciones@utmachala.edu.ec

CONCRETO POROSO: CONSTITUCIÓN, VARIABLES INFLUYENTES Y PROTOCOLOS PARA SU CARACTERIZACIÓN Sandra Cabello2, Paola Zapata1, Andrei Pardo1, Andrea Romo1, Luisana Campuzano1, Jesús Espinoza1 y Carlos Sánchez1. Universidad Técnica de Machala 1 Becario Prometeo de la Secretaría de Educación, Ciencia, Tecnología e Innovación 2 scabellouc@gmail.com 2

RESUMEN El trabajo presentado abarca una exposición del estado del arte del concreto poroso, como preámbulo de un proyecto de investigación que se desarrolla en la Unidad Académica de Ingeniería Civil de la Universidad Técnica de Machala, y cuyo propósito es la evaluación del uso potencial del concreto poroso en construcciones del Cantón Machala, donde el nivel de escorrentía superficial lo justifique. Para ello, se ha hecho necesaria una revisión de la literatura, aquí expuesta, donde se han definido parámetros de especial consideración en la dosificación de mezclas permeables. La revisión comprende la definición del concreto poroso en términos de sus componentes principales: cemento, agregado grueso, agua, aditivos y arena, en poca o ninguna cantidad, para provocar la generación de un importante contenido de vacíos interconectados que posibiliten el rápido drenaje pluvial. Dados los reportes de variables de alta incidencia en el comportamiento mecánico del concreto poroso (relación resistencia/permeabilidad) se justifica una indagación, para sintetizar los efectos de las variables en la preparación de la mezcla: proporción agua/cemento, granulometría y morfología de los agregados, presión de compactación, técnicas de curado, entre otros. Asimismo, se exponen los protocolos para la caracterización del concreto poroso y aspectos adicionales que se consideran relevantes para sustentar la fase experimental, que constituirá una referencia o punto de anclaje para el desarrollo de tecnologías asociadas con la fabricación de este material y las posibilidades de implementación en construcciones del Cantón Machala de la Provincia de El Oro, Ecuador.

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Palabras clave: Concreto poroso, concreto permeable, drenaje pluvial, infiltración. ABSTRACT The presented work covers a state of the art exhibition of porous concrete, as a preamble of a research project that develops the Academic Unit of Civil Engineering at the Technical University of Machala, whose purpose is to evaluate the potential use of porous concrete in construction of Canton Machala, where the level of surface runoff justified. For this, the paper shows a review of the literature which has been defined parameters for special consideration in the dosage of permeable mixtures has become necessary. The literature review includes the definition of cellular concrete in terms of its main components: cement, coarse aggregate, water, additives and sand, in little or cero quantity, to cause the generation of a significant content of interconnected voids that allow the rapid storm drains. Front of the variable’s reports of high incidence in the mechanical behavior of porous concrete (strength / permeability relationship) is warranted an inquiry to synthesize the effects of variables in the preparation of the mixture: water / cement ratio, particle size and morphology added, compaction pressure, curing techniques, among others. Furthermore, the paper exposes the protocols to the characterization of porous concrete and additional aspects considered relevant to support the pilot phase, which will be a reference or anchor point for the development of diseases associaMemoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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ted with the manufacture of this material technologies and its possibilities of implementation in constructions inside ‘Machala’ canton in ‘El Oro’ province, Ecuador. Keywords: Concrete porous, permeable concrete, storm drainage, infiltration. INTRODUCCIÓN

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A lo largo de los últimos años, se ha registrado a nivel mundial un elevado impacto ambiental como consecuencia de los cambios climáticos. El aumento progresivo de la población, aunado a la consecuente urbanización de espacios, ha contribuido a acrecentar la problemática (Subramanian, 2008). La provincia de El Oro, en Ecuador no escapa a esta realidad. Periódicamente, se ve afectada por fenómenos climáticos naturales (Fenómeno de El Niño, Fenómeno de la Niña), provocando inundaciones y graves daños, principalmente en la zona baja de la misma. En la principal cabecera cantonal de la provincia de El Oro, además de las precipitaciones, se suma el problema de un sistema de captación de aguas lluvia deficiente, que no abastece la evacuación de las aguas lluvias, generando malestar e incomodidad entre sus pobladores; ya que impide la movilización de los mismos dentro de la ciudad. Por otra parte, la escasez del agua también complica la situación. Lo anterior se agrava por la pavimentación en ocasiones, sin planificación, de caminos, plataformas y áreas que rodean las edificaciones con concreto impermeable, que ocasiona fugas e inundaciones con agua de lluvia. Es ampliamente conocido (Castro y col., 2009) que el extenso uso de pavimentos impermeables trae consigo, especialmente en áreas de un importante desarrollo urbano, considerables problemas en la evacuación de las aguas de lluvia y las condiciones de escurrimiento aguas abajo. El uso inapropiado de este tipo de estructuras en áreas urbanas, disminuye notoriamente la capacidad de recarga natural de agua en los terrenos e incrementa de forma considerable tanto el volumen como el caudal del escurrimiento superficial, aumentando el riesgo de provocar inundaciones en los sectores más bajos de las urbanizaciones. Adicionalmente, cuando el agua de lluvia escurre, arrastra consigo materiales sólidos y varios contaminantes depositados en las calles y estacionamientos, contaminándola. Para atenuar estos efectos, en los últimos años se ha desarrollado a nivel mundial un modelo alternativo de diseñar los pavimentos de estacionamientos y calles de bajo tránsito, construyendo estructuras que permiten el paso del agua a 38

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través de la capa superficial hacia su interior, donde se almacena para ser infiltrada si el terreno lo permite, o para ser reconducida a un sistema de recolección de forma controlada (Solminihac y col., 2007). De tal forma que los pavimentos de concreto poroso ofrecen una solución alternativa a la problemática de inundaciones y a los problemas vinculados con la contaminación de agua. El hormigón poroso es una mezcla de cemento, agua y árido grueso de un solo tamaño que, al combinarlos, producen un material estructural poroso. La principal característica es su elevada permeabilidad, dada por el elevado contenido de vacíos, lo que resulta en su naturaleza ligera y de menor resistencia, si se le compara con el hormigón tradicional o impermeable (Aire y col., 2013). Entre otras ventajas de las texturas superficiales porosas está el hecho de que absorben las emisiones de ruido de los vehículos y minimizan la película de agua que se forma durante las lluvias, dando así como resultado unas condiciones de conducción más seguras. El elevado contenido de poros en la superficie ayuda a reducir la generación de salpicaduras de agua y la reflexión de brillos (Vorobieff y col., 2009). El concreto poroso aplicado como pavimento permeable ha adquirido especial atención en la última década debido a que el calentamiento global está provocando sequías en muchos países a nivel mundial, obligando a impulsar en los países, medidas de conservación del agua, donde los pavimentos permeables constituyen una atractiva alternativa, porque proporcionan una forma de construcción de ciudades sostenibles, al permitir el tratamiento de las aguas superficiales de lluvia, infiltrando esta agua al subsuelo, recargando los mantos acuíferos o permitiendo el almacenamiento de estas aguas en tanques para luego reutilizarlas para el sistema de riego en parques, inodoros de zonas residenciales, agua para uso industrial, entre otros (Aire, 2008), (Calderón y col., 2013). La aplicación del concreto poroso en diversos países es diversa. Los pisos y pavimentos permeables han sido utilizados con éxito en México desde el año 1996 y en los Estados Unidos desde 1999, bajo todo tipo de climas y condiciones climáticas. Actualmente, se encuentran bajo análisis en otros 24 países, para aplicaciones en aceras, vías residenciales y/o

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Se ha llegado a iniciar estudios relacionados con la predicción de la permeabilidad (Neithalath y col., 2012), específicamente la conectividad de la estructura de poros y su efecto en la circulación del agua en el interior de una mezcla de concreto. (Vélez, 2010) ha realizado estudios de permeabilidad y porosidad en concreto y entre sus hallazgos más relevantes están que la permeabilidad es controlada principalmente por la porosidad de la pasta de cemento. Sin embargo, refiere que la permeabilidad no es una función simple de la porosidad ya que es necesario que los poros se encuentren interconectados, es decir, que para los mismos niveles de porosidad, el concreto poroso puede tener diferentes valores de permeabilidad si sus poros se interconectan en forma ininterrumpida o no. El proyecto que se encuentra en desarrollo en la Unidad Académica de Ingeniería Civil de la Universidad Técnica de Machala, pretende hacer una caracterización del concreto poroso en función de parámetros que de acuerdo a la literatura consultada se han considerado más influyentes en la obtención de una adecuada relación permeabilidad/resistencia. Entre estos parámetros se han identificado los siguientes: proporción agua/cemento, morfología y granulometría del agregado. En consecuencia, podrá evaluarse la utilización del concreto poroso como una alternativa para la construcción de obras civiles en la Provincia de El Oro, Ecuador, basado en la investigación científica, en la caracterización previa del material para su consecuente evaluación como potencial material sustituto en obras que así lo justifiquen. A continuación se exponen parámetros de especial consideración en la dosificación de mezclas permeables. La revisión comprende la definición del concreto poroso en términos de sus componentes principales, efectos de las variables en la preparación de la mezcla: proporción agua/cemento, granulometría y morfología de los agregados, presión de compactación, técnicas de curado, entre otros. Asimismo, se exponen los protocolos para la caracterización del concreto poroso y aspectos adicionales que se consideran relevantes para sustentar la fase experimental, que constituirá una referencia o punto de anclaje para el desarrollo de tecnologías asociadas con la fabricación de este material y las posibilidades de implementación en construcciones del Cantón Machala de la Provincia de El Oro, Ecuador.

Concreto poroso Definición y generalidades El concreto poroso o permeable es un concreto de desempeño fabricado a partir de cantidades controladas de cemento, agregado grueso, aditivos, agua y poca o nada de finos (arena). La combinación de estos ingredientes produce un material endurecido con poros interconectados, cuyo tamaño varía de 2 a 8 mm, lo que permite el paso del agua. El contenido de vacíos puede variar de un 18 a un 35 por ciento, con resistencias a compresión típicas de 2,8 a 28 MPa. Esta mezcla constituye estructura de célula abierta, permitiendo al agua de lluvia infiltrarse al suelo subyacente. De modo que simulando la superficie de tierra natural, el hormigón permeable es excelente para la evacuación de agua de lluvia. Al concreto permeable también se le conoce como concreto poroso, concreto sin agregados finos, concreto discontinuo y concreto de porosidad incrementada. Los concretos sin finos transmiten las cargas en forma heterogénea a diferencia de los concretos convencionales que lo hacen en forma homogénea. En los concretos sin finos la transmisión de cargas se realiza por puntos de contacto, originando que las cargas sean repartidas en forma aleatoria, dando como resultado que éstas sean distribuidas en una superficie mucho mayor. La transmisión heterogénea de las cargas provoca que la superficie sobre la cual éstas se reparten, sea varias veces mayor al producto de la repartición de cargas en un piso hecho con un concreto convencional o con asfalto. Aunado a esto, las bases diseñadas para pisos permeables son más económicas, más eficientes y no generan baches. Adicionalmente, dada la repartición heterogénea de las cargas, casi nunca hace falta mejorar el terreno natural.

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de bajo tráfico (estacionamientos), y tomado como medida ecológica ayuda a la recuperación de los mantos acuíferos.

Lo último en control de fugas de agua de lluvias es el concreto permeable, aunque su aplicación data de 1852 (Subramanian, 2008). El concreto permeable tiene 15-25% de estructura vacío, lo que permite el paso de 120-130 litros de agua a través de cada metro cuadrado, con una tasa de flujo típica de 3,4 mm/s (200 l/m2/min) o más. Esta tasa de flujo es mayor que el generado durante cualquier evento de lluvia, lo que permite al agua fluir a través de este. Por lo tanto, cuando se usan pavimentos de concreto permeable, el agua de lluvia se filtra debajo del suelo, recargando la capa freática natural en lugar de fugarse y causar erosión. En el caso del concreto permeable, cuando el agua filtra hacia el suelo, una bacteria orgánica encontrada Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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en los suelos descompone los contaminantes orgánicos. Los hidrocarburos (por ejemplo aceite de motor y gasolina) se adhieren a la gran superficie del concreto permeable o al agregado bajo la base y se reducen por atenuación natural, ya sea por evaporación o degradación biológica. También, mecánicamente filtra grandes pedazos de metal o material biológico para recolección posterior durante mantenimiento de rutina. Por lo tanto, la mayoría de los contaminantes del primer raudal es retirado mediante el sistema de concreto permeable. La Agencia Estadounidense de Protección al Medio Ambiente (EPA, 1999) ha designado al concreto permeable como la mejor práctica de administración para la fuga de agua de lluvia. El pavimento permeable puede usarse tanto para tráfico vehicular como peatonal. También se le puede utilizar para pavimentar algunas calles, para cavidades de árboles e incluso estructuras cercanas al mar. También se usan para recolectar y redirigir agua pluvial a tanques de retención para su posterior uso en irrigación. Dada la naturaleza abierta de la matriz, la resistencia a la compresión de los pavimentos de concreto permeable adecuadamente colocados puede estar en el intervalo de 3,5 a 28 MPa, y las resistencias a la flexión en el intervalo de 1 a 3,8 MPa, lo cual es adecuado para la mayoría de las aplicaciones de pavimentos de bajo volumen, incluyendo las cargas de eje largo. Típicamente, el concreto permeable de 150 mm de grosor proporciona resistencia adecuada para estacionamientos de playa y caminos de entrada residenciales; los pavimentos con un grosor de 200 a 250 mm son apropiados para calles de bajo volumen y caminos de entrada comerciales. Los pavimentos permeables no deberían usarse para calles de alto volumen o pavimentos que esperan tráfico pesado de camiones. El grosor máximo de pavimento que puede colocarse y compactarse adecuadamente se encuentra en el orden de los 250-300 mm. En áreas donde las capas freáticas subterráneas se elevan a menos de 1 m de la superficie, o donde existe substancial flujo de humedad de las áreas circundantes más altas, no se recomienda el concreto permeable (Subramanian, 2008). En el caso de los pavimentos porosos, está contraindicado en zonas o terrenos con suelos impermeables, regiones climáticas con permanentes ciclos hielo-deshielo, regiones áridas o con un alto tráfico, o donde exista alta posibilidad de colmatación (EPA, 1999). Materiales del concreto poroso El cemento Portland ordinario es uno de los mate40

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riales para la construcción más empleado en la producción de concreto, debido fundamentalmente, a las excelentes propiedades mecánicas que presenta en estado endurecido. La hidratación del cemento es la reacción de uno de sus componentes con el agua, formando lo que se conoce como pasta, la relación agua/cemento oscila en el intervalo 0,3-0,6 afectando la plasticidad, hidratación y propiedad del material hidratado. La pasta del cemento fresco, fragua y gana resistencia posteriormente al endurecimiento. El fraguado significa la pérdida repentina de plasticidad de la pasta original y una conversión a material en estado sólido con escasa resistencia, y el endurecimiento como el desarrollo de la resistencia que siguen al fraguado de la pasta (Vélez, 2008). Los áridos se consideran como un material inerte disperso en la pasta de cemento, y utilizados como refuerzo en un material compuesto, se utiliza con la función de brindarle al concreto estabilidad volumétrica y mejorar la durabilidad. Generalmente, son materiales pétreos con una condición saturada y superficialmente seca, y su masa tiene gravedad específica aparente para que el agua contenida en todos los poros del agregado no incida en la reacción química del cemento, y pueda considerarse en el diseño de la mezcla como parte del agregado. El agua, desempeña un papel importante, hidratar al cemento Portland, por medio de reacciones químicas y por tanto, las impurezas del agua pueden interferir con el fraguado del cemento, afectar adversamente la resistencia del concreto o causar muchas en su superficie, y también pueden conducir a la corrosión del refuerzo, inestabilidad del volumen y reducción de la durabilidad. Por estas razones, debería tomarse en cuenta la conveniencia del agua para mezclado y los propósitos del curado. El agua de mezclado no deberá contener cantidades indeseables de sustancias orgánicas ni constituyentes inorgánicos en proporciones excesivas, ni impurezas como álcalis, ácidos, materia vegetal, aceites, aguas residuales, cantidades excesivas de limo. El agua constituye del 14-18% del volumen de la mezcla. Variables influyentes en las propiedades del concreto poroso La resistencia y permeabilidad obtenidas con un concreto poroso están determinadas por la mezcla que se va a utilizar. Las variables que afectan el comportamiento del hormigón poroso son: granulometría, dosis de cemento, relación agua/cemento y contenido de vacíos. Sin embargo, el diseño exitoso de mezcla debe probarse en lotes de ensayo para establecer las propiedades requeridas (tiempo de asentamiento, tasa de desarrollo de resistencia, po-

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A continuación de citan algunos factores reportados en la literatura: - Granulometría: resulta fundamental en las propiedades que tendrá el hormigón poroso. Se debe utilizar árido chancado con ausencia casi total de finos, pues impermeabilizarían la mezcla; tener un tamaño de grano bastante uniforme para obtener un porcentaje elevado de vacíos (del orden del 40%) y un tamaño máximo de árido de 10 mm para permitir una adecuada terminación superficial. - Dosis de cemento: una mayor dosis de cemento generará un hormigón más resistente, pero demasiado cemento disminuirá el porcentaje de vacíos interconectados en el hormigón, perdiendo su capacidad de infiltración. Se ha reportado como recomendable una dosis que fluctúe en el intervalo 350-400 kg/m3, según requisitos de resistencia y permeabilidad. - Dosis de agua: tiene una gran repercusión en las propiedades de la mezcla. Una cantidad insuficiente de agua, resultará una mezcla sin consistencia y con una baja resistencia. Una cantidad excesiva de agua, generará una pasta que sellará los vacíos de la mezcla y que, además, lavará el cemento desde la superficie del agregado, produciendo una baja resistencia al desgaste superficial. - Relación agua/cemento: se ha reportado que la relación agua/cemento es una covariable, determinada por la cantidad y tipo de cemento y por la granulometría empleada. Se suele utilizar como criterio para determinar este valor, el encontrar la cantidad de agua con la cual la pasta adquiere un brillo metálico. Generalmente este valor está en el intervalo de 0,3 a 0,6. - Contenido de vacíos: con un elevado contenido de vacíos, aumenta la permeabilidad y disminuye la resistencia. Este porcentaje de vacíos está determinado por la energía de compactación entregada, junto con las variables ya mencionadas. Para que una mezcla sea considerada porosa, debe tener como mínimo un 15% de huecos. Se recomienda además que este contenido no supere el 25% por la

poca estabilidad de la mezcla. El porcentaje de espacio vacío es parcialmente dependiente del tamaño de agregado utilizado: agregado de 10 mm produce 15 a 25 por ciento de contenido de vacío; roca de 12 mm produce 30 a 40 por ciento de contenido de vacío y una superficie notoriamente más áspera. En el caso de pavimento permeable el máximo tamaño del agregado está restringido a un tercio del grosor especificado del pavimento. Se puede utilizar agregado más grande, pero la textura es tan áspera que no es adecuado para muchas aplicaciones de pavimentación. Protocolos para la caracterización del concreto poroso En la fase de caracterización del concreto poroso; y haciendo referencia a los protocolos correspondientes al producto final (concreto), se encuentran los ensayos siguientes: - Ensayo de compresión: a los 7, 14, 21 y 28 días: Se realiza uno por cada dosificación y tiempo de fraguado. - Ensayo de flexotracción a los 28 días: corresponde a la aplicación de la carga en los tercios, ensayando 3 prismas por cada dosificación. - Ensayo de Arquímedes: es utilizado para cuantificar el porcentaje de huecos en el hormigón, a partir del principio de Arquímedes del peso sumergido, desarrollando un ensayo por cada prisma. - Ensayo de Permeabilidad: permite conocer el coeficiente de permeabilidad, que caracteriza al concreto de poroso. Para ello, se utiliza un permeámetro de carga variable, donde se ensayan muestras de 10 cm de diámetro por 15 cm de alto y finalmente, se determina el coeficiente mediante la Ley de Darcy. Estos ensayos, que corresponden al producto ya formulado (concreto) así como aquellos realizados a los componentes del concreto, deben ser realizados según las Normas ACI y/o ASTM.

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rosidad y permeabilidad). A diferencia del concreto convencional, la relación entre resistencia y agua a materiales cementosos no está clara para el concreto permeable.

CONCLUSIONES 1. El concreto permeable representa una alternativa de construcción frente al problema de inundaciones, agotamiento de los mantos acuíferos y escasez de agua, que a su vez brinda ventajas adicionales como absorción de la emisión de ruido de vehículos y al disminuir la película de agua de lluvias, propiMemoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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cia condiciones de conducción más seguras, entre otras. 2. Los componentes del concreto poroso son: agua, cemento, agregado grueso, aditivos (opcional) y poco o nada de agregados finos; que combinados en las proporciones adecuadas de agua/cemento y seleccionando la morfología y granulometría apropiada de los agregados, puede brindar una adecuada relación permeabilidad/resistencia, dependiendo de la aplicación. 3. La caracterización del concreto poroso implica la realización de ensayos de compresión, flexotracción, permeabilidad y porcentaje de vacíos de acuerdo a las normas ACI y ASTM, aunado a la caracterización preliminar (de rutina) que corresponde a cada uno de sus componentes. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Aire, C. (2008). El hormigón permeable como alternativa sostenible. Cemento Hormigón. Nº 920. • Aire C., Calderón Y., Charca J. y Yanqui C. (2013). Hormigón poroso. Estudio experimental usando áridos naturales y reciclados. Cemento Hormigón, Nº 956. • Calderón, C., Charca, J. y Yanqui, M. (2013). Investigación en concreto poroso. Boletín Informativo Asocem. • Castro J., Solminihac H., Videla C. y Fernández B. (2009). Estudio de dosificaciones en laboratorio para pavimentos porosos de hormigón. Revista Ingeniería de Construcción. Vol 24. • EPA (1999). Storm Water Technology Fact Sheet, Porous Pavement, EPA 832-F-99-023. Washington, D.C., Estados Unidos. • Neithalath, N., Bentz, D., P. & Sumanasooriya (2012). Predicción de la permeabilidad en el concreto permeable. Construcción y tecnología en concreto. 20-23. Consultado en www.imcyc.com • Solminihac, H., Videla, C, Fernández, B. y Castro, J. (2007). Desarrollo de mezclas de hormigón poroso para pavimentos urbanos permeables. Materiales de Construcción. Vol. 57. • Subramanian, N. (2008). Concreto permea-

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ble-un material ecológico que contribuye al ahorro de los recursos hídricos frente a la escasez del agua. Disponible en internet: http://www.asocem.org.pe/web/-infor_esp/ informe%20especial-julio09.pdf • Vélez, L. (2008). Materiales Industriales, Teoría y Aplicaciones. ISBN: 978-958-835160-5. Medellín: Fondo Editorial ITM. • Vélez L. (2010). Permeabilidad y porosidad en concreto. Revistas Tecnológicas. Nº 25. • Vorobieff, G. & Donald, G. (2009). Superficies seguras de rodadura para carreteras de hormigón poroso. Carreteras. Número 165.

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Lenin Arellano Barragán 1, Albiño Velasco Fernando Gustavo 1, Mora Zurita Diego Bladimir 1, Mosguidt Ramos Diana Marilú 1, Sobenis Hinojosa Gladys María 1, Velasco Sánchez Carlos Vinicio 1 Universidad Estatal de Bolívar 1 fernando-velasco19@hotmail.com diegoblad199@hotmail.es

RESUMEN En búsqueda de presentar un producto sustituto con mejores cualidades que la madera natural se decidió producir madera plástica por medio de la combinación de celulosa y polietileno de tereftalato (PET). Dentro de la Provincia Bolívar, Cantón San Miguel la principal fuente de ingreso es la agricultura la cual genera grandes cantidades de desechos vegetales los que no se han expuesto a un adecuado proceso de eliminación, considerando también que dentro del medio existe grandes cantidades de desechos generados por productos de consumo masivo aumentando el nivel de contaminación. Generar un nuevo producto y bajar los niveles de contaminación en el medio son el propósito fundamental, es por esto que se ha combinado estos dos tipos de desechos: celulosa residual y polietileno de tereftalato a través del método de exposición al calor con la cual se origina una plancha celu-plástica mucho más resistente a inclemencias ambientales, pudiendo industrializarse.

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ELABORACIÓN DE PLANCHAS CELU-PLASTICAS A TRAVÉS DEL RECICLAJE DE CELULOSA RESIDUAL Y TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET)

Palabras clave: Planchas celu-plásticas, celulosa, polietileno de tereftalato (PET). ABSTRACT In San Miguel, located in the Bolivar Province, Ecuador, the principal source of incomes comes from agricultural activities causing a great deal of vegetables wastes which are not adequately eliminated, considering as well, other great quantity of plastic wastes derived from the mass produced consumer products which elevate the levels of contaminations. With the purpose of presenting a new commodity with better qualities which may substitute the timber, and can diminish the levels of pollution, the authors of this paper manufactured a kind of plastic timber using the mixture of cellulose and polyethylene terephthalate (PET) which are exposed to intensive heat generating, as a result, a cellulose plastic plate more flexible and weather resistant able to be used in the construction industry. Keywords: Cellulose plastic plate, cellulose, polyethylene terephthalate (PET).

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INTRODUCCIÓN

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La principal causa de contaminación ambiental en el Cantón San Miguel de la Provincia Bolívar es producida por los propios habitantes, no tienen conciencia de que la combustión de desechos agrícolas, así como el arrojar residuos plásticos afecta el ambiente natural que los rodea- dañando su salud y vida. Procesar residuos de celulosa y polietileno como solución alternativa a la contaminación existente en el medio es por lo que se desarrolla este proyecto. San Miguel de Bolívar es uno de los mayores productores de trigo, cebada, maíz, y en donde se encuentra un sin número de productos vegetales, que originan una significativa variedad de desechos, el aprovechar estos como materia prima para nuestros propósitos, sería ideal, por lo que se convierten en materia prima esencial para nuestro objetivo, es decir, utilizamos estos desechos constituidos de celulosa, hemos considerado, además, el uso de los desechos plásticos que se emplean para la conservación de los alimentos los cuales son incinerados como práctica tradicional a campo abierto. La mayor parte de los habitantes no tienen conocimiento que estos productos emiten gases tales como el Metano (CH4), Monóxido de carbono (CO), bióxido de nitrógeno (NO2), Hidrocarburos (CnH2n +2) y partículas menores a 10 micras (PM10)², alguna de las cuales forman parte de los gases que producen el efecto invernadero (calentamiento global). La emisión de humo producido por estos procesos genera problemas respiratorios e irritaciones en los ojos a toda la población que esté expuesta, además de emitir dioxinas y furanos compuestos que son muy dañinos para la salud humana, animal y vegetal, considerados como uno de los causantes del cáncer, es por ello que nos hemos visto en la necesidad de darle a estos desechos un uso adecuado, y bajo un tratamiento de reciclaje convertirlos o reutilizarlos en un producto nuevo, o sea, mediante métodos innovadores transformarlo en un material alternativo con cualidades de resistencia e impermeabilidad, como es la madera plástica o- como la denominaremos en esta investigación por las características de su composición- planchas celu-plásticas para la construcción de las cuales se utilizaremos por sus magníficas propiedades físicas los compuestos como el polietileno de tereftalato y celulosa residual de los desechos del maíz, la cebada, trigo y productos vegetales que contienen celulosa- un tipo de polímero al igual que el PET por lo cual estos materiales se pueden combinar sin complicación. 44

Se persigue crear planchas celu-plásticas las cuales reemplazarán a la madera natural evitando la tala de Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

bosques del sector y disminuyendo la contaminación por el acumulamiento y eliminación inadecuada. MATERIALES Y MÉTODOS Se consideró emplear residuos agrícolas tales como la calcha de maíz, la paja de trigo y cebada ya que se encuentran en el medio abundantemente y los costos para la adquisición de estos materiales no sería nada elevado, se pensó en la utilización de estos por tener un alto contenido de celulosa y por encontrarse en el medio en gran proporción secos. También se consideró emplear el PET de botellas plásticas de agua, yogurt y gaseosas las cuales son clasificadas por color y textura identificando el grosor de las mismas. Para (García y col., 2013) “un material compuesto es aquel que se forma al mezclar dos o más materiales distintos, sin que haya reacción química. El material compuesto presenta dos elementos principales: un refuerzo y una matriz.” (p.29) En este caso de los materiales elegidos la matriz actúa como elemento que articula y da consistencia (el polietileno de tereftalato (PET) y uniformidad, mientras que el refuerzo otorga la resistencia- la celulosa residual. Para poder procesar los dos materiales anteriormente expuesto se identificó los componentes que forman cada uno de estos, es decir el nivel de celulosa que contienen los desechos agrícolas y el nivel de PET que contienen cada uno de los envases y así poder determinar las cantidades necesarias para su combinación. Se realizaron pruebas de picado, secado y exposición a calor para identificar el proceso idóneo para la combinación de estos dos componentes, dentro de los cuales estuvieron la clasificación tanto de celulosa como de polietileno de mayor y menor densidad al igual que el picado de los mismos, luego se procedió a exponer el polietileno a diversas temperaturas desde 120 °C hasta 300 °C, pudiendo determinar que la temperatura para lograr el punto de fusión es de 260 a 265 °C en exposición continua combinado con movimiento, punto en el cual se agrega la celulosa. Los desechos agrícolas fueron secados completamente dentro de una máquina de secado de vegetales, ya que estos a pesar de estar secos conservan algo de humedad en su interior una vez secos se procedió a triturarlos, en las pruebas que realizamos esta trituración se la hizo con molinos normales de grano pero no dio resultado ya que debía haber mucha más fuerza por lo cual se decidió diseñar una maquina picadora la cual además de picar estos desechos los hace prácticamente polvo y así con esto

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Una vez triturada la paja se procedió a la clasificación del PET es decir por color y dejando de lado la parte superior y las tapas ya que en esta parte de la tapa tiene mayor dureza por lo que impide que el punto de fusión se obtenga al mismo tiempo que lo demás, se consideró separar por colores el PET para así poder tener una buena imagen en el producto, una vez clasificados se ingresan a la misma picadora para agilizar el proceso de volver liquido al PET. El PET picado se expuso al calor continuo de 260 a 265°C para que el PET se vuelva líquido y mantenerlo así, se lo mantuvo en movimiento donde se va agregando la celulosa picada, se traspasa al molde rectangular para así poder dar una forma de planchas por lo menos de 20 centímetros por 15 centímetros, este molde está expuesto al calor combinado con presión para que tome esta forma. El proceso de enfriado se realizó introduciendo este molde que contiene el producto prensado en agua fría produciéndose así un choque térmico con lo cual se garantiza que nuestro producto asuma la forma deseada mucho más rápido pero se dio origen a un producto algo quebradizo. Por lo cual se consideró que al estar prensado se lo deje a temperatura ambiente enfriar. RESULTADOS Mediante la utilización de celulosa residual y PET reciclado se obtuvo un nuevo material muy resistente como son planchas celu-plásticas, con la combinación de componentes que son físicamente compatibles, se dio un producto nuevo con materiales reciclados reutilizados, innovadores y prácticamente amigables con el medio ambiente. Se determina que al conseguir un mesclado idóneo entre el PET y la celulosa se pudo obtener un producto muy resistente a la humedad, presión; siendo este un producto altamente competitivo por sus cualidades y por sus versatilidad en sus usos. Con la industrialización se podrá dar un mayor realce al entorno social, ya que esto ayudara a su desarrollo mediante la creación de nuevas fuentes de trabajo, por lo que representa una gran contribución con la sociedad. Se logra también la disminución de la contaminación al reutilizar este tipo de materiales contribuiremos a que se utilicen nuevos productos alternativos y de esta forma disminuir la tala indiscriminada de nuestros recursos naturales, y la no incineración de productos plásticos que son los mayores causantes

de contaminación de nuestro aire. Prácticamente este producto se asegura su gran aceptación dentro del mercado logrando así obtener recursos económicos propios, para el continuo desarrollo de nuestra industria, con estos recursos lograremos mejorar e innovar las aplicaciones que se podrán dar a este producto al igual que se implementarán nuevas técnicas para la transformación de este material. Generar nuevas fuentes de trabajo, disminuir la contaminación, bajar el nivel de destrucción de nuestros bosques son los principales fines de este proyecto de mucha importancia. DISCUSIÓN Se comprobó que existen otros estudios e investigaciones sobre el tema, pero no encontramos en las consultadas ninguna que utilizaran exactamente las mismas materias primas, ya que ellas dependen en gran medida de optimizar los recursos del contexto y en nuestro caso además, evitar la tala indiscriminada de nuestros recursos forestales reutilizando desechos agrícolas abundantes en nuestro contexto natural. (García y col., 2013), (París y col., 2009), (Solís y col., 2002). Por consiguiente, la generación de este nuevo producto alternativo se enfoca a sustituir las necesidades en la utilización de productos a base de la madera natural que se ha utilizado por mucho tiempo afectando nuestro medio natural reemplazándola por las planchas celu-plásticas, ya que ofrece mucha más resistencia, durabilidad e incluso impermeabilidad, por lo que tendrá una mejor acogida en cualesquier ámbito que utilicen las planchas celu-plásticas.

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se garantiza que se compacte de una mejor forma el PET con la celulosa.

CONCLUSIONES 1. Con la creación de nuevas fuentes de trabajo se podrá combatir uno de los principales factores que influyen mucho en la sociedad como es el desempleo y de esta forma contribuir que en el medio se cumpla con los nuevos lineamientos del “Buen Vivir”, el cual se enfoca en que todos y cada uno de los integrantes de nuestra sociedad cuenten con los recursos y medios necesarios para poder satisfacer sus necesidades. 2. Uno de los principales factores que influyen en la contaminación es la incineración tanto de residuos agrícolas como de materiales plásticos, por lo que con la reutilización de estos materiales estaremos contribuyendo con la disminución de contaminación medio ambiental, por lo que es muy viable realizar Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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la combinación de estos materiales para darles un nuevo uso, mediante la transformación y la obtención de un producto alternativo. 3. Con los recursos económicos obtenidos no solo se podrá poner en marcha una nueva adecuación de esta micro industria, sino que igualmente se apoyara al desarrollo social y económico del poblado de San Miguel, contribuyendo potencialmente con las comunidades aledañas, manteniéndose la colaboración mutuo entre las partes involucradas en este acontecimiento industrial y comercial. 4. La difusión de este nuevo método de reciclaje para transformarlo en tablas celu-plásticas es el propósito y resultado de nuestro trabajo, y con ello poder impulsar una campaña de reciclaje que viabilice la disminución de la contaminación, creando esta nueva alternativa posibilitamos la obtención de recursos reciclados del propio medio que son más perdurables, por tanto más económicos para las familias que habitan en el entorno, mejorando así su calidad de vida. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • García, A., et al. (2013). Madera Plástica con paja de trigo y matriz polimérica. Rev. Tecnología en Marcha, Vol. 26, No. 3. Disponible en: www.dialnet.unirioja.es/servlet/ articulo?codigo=4835722 • Solís, M., y Lisperguer, J. (2002). Compuestos mixtos a base de plásticos y madera. Rev. Theoria, Vol. 11. Disponible en: www.ubiobio.cl/theoria/v/v11/5.pdf • París, L. y González, S. (2002). Caracterización de los materiales plásticos reciclados provenientes de la industria bananera empleados para la elaboración de madera plástica. Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales. Disponible en internet: www.rlmm.org/archives.php?f=/ archivos/S01/N4/RLMMArt...p1453

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CLOUD COMPUTING PARA EL INTERNET DE LAS COSAS. CASO DE ESTUDIO ORIENTADO A LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN

RESUMEN La agricultura de precisión mediante el uso de las TIC permite incrementar la eficiencia y productividad de los cultivos. El uso de redes de sensores inalámbricos (WSN) para medir variables asociadas al suelo, planta y frutos de los cultivos ayudan a definir estrategias para el control de riego en pro de la productividad y optimización de recursos naturales. El caso de estudio de este proyecto es aplicado al control de riego de una plantación experimental de cacao. El objetivo propuesto es definir la arquitectura y componentes de una Cloud Computing para el Internet de las Cosas, actuando como Centro de Control y Monitoreo de un Sistema de telemetría, que gestiona los procesos y los datos medidos de humedad a distintos niveles del suelo, grosor del tronco de la planta y tamaño del fruto; medidas ambientales como humedad relativa, temperatura, velocidad y dirección del aire, y cantidad de precipitaciones. Palabras clave: Internet de las cosas, agricultura de precisión, WSN, Red de sensores inalámbricos, Cloud computing.

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Dixys Leonardo Hernández Rojas 1, Bertha Eugenia Mazón Olivo 1, Ariel Mauricio Campoverde Marca 1 Universidad Técnica de Machala 1 dhernandez@utmachala.edu.ec bmazon@utmachala.edu.ec

ABSTRACT Precision agriculture is today one of the most advanced technologies to increase the efficiency and productivity of crops through the use of ICT solutions. One of the applied technologies is the wireless sensor network (WSN) to measure variables associated with soil, plant and fruit crops that allow among others; define strategies for irrigation control towards productivity and optimization of vital natural resources such as the water. The case study of this project is applied to control risk of an experimental cocoa plantation. The proposed objective is to define the architecture and components of a Cloud computing to the Internet of Things, acting as Monitoring and Control Center of Telemetry system. This system manages and processes data related variables measures moisture soil at different levels, thickness of the trunk of the plant and size of fruit; environmental measures such as relative humidity, temperature, speed and wind direction, and rainfall. Keywords: Internet of things, precision agriculture, WSN, Wireless sensor network, Cloud computing.

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INTRODUCCIÓN El avance de la electrónica, las comunicaciones y el desarrollo científico y tecnológico ha permitido a lo largo de los años que el hombre sea capaz de comunicarse remotamente con otras personas y con equipos, maquinarias, etc., presentes en todas las ramas de la economía y la sociedad. El internet como consecuencia de ello ha evolucionado gradualmente, con mayor velocidad, capacidad, recursos y servicios disponibles en la nube. El internet actual permite interacciones tipo: hombre – hombre, hombre – máquina y máquina – máquina (M2M), lo cual ha abierto un abanico inmenso de aplicaciones reales, permitiendo el monitoreo y control de prácticamente todo lo que tenga capacidad de conectarse a internet. Uno de los conceptos modernos del Internet, denominado Internet de las cosas (IoT), (Ackermann, 2015), hace posible este hecho. El término Internet de las Cosas, en inglés Internet of Things (IoT), fue acuñado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts o Massachusetts Institute of Technology (MIT), el cual en el año 1999 comenzó a diseñar infraestructuras RFID (Radio Frequency Identification). En el 2002, su cofundador, Kevin Ashton, citaba en la revista Forbes: “Necesitamos un Internet de las Cosas, una forma estandarizada para que los ordenadores puedan entender el mundo real”, (Ackermann, 2015), (Christin, 2009). El Internet de las Cosas (IoT) constituye un avance con gran impacto en la sociedad y los negocios. Millones de usuarios a nivel mundial, utilizan Internet, tanto en su vida laboral como en la social y gracias a la tecnología inalámbrica, han ampliado las posibilidades de interacción con la red a cualquier lugar y en cualquier momento. A medida que la información y las personas están cada vez más conectadas, la tecnología sirve como herramienta de colaboración y toma de decisiones en un mundo en el que converge lo físico con lo digital, (Accenture, 2011). En el aspecto técnico, el Internet de las Cosas describe un escenario en el que los objetos se encuentran identificados y conectados a Internet; en este escenario se posibilita el control remoto de situaciones críticas o relevantes para un dominio, a través de sensores y actuadores distribuidos geográficamente. Sin embargo, para poder detectar dichas situaciones es necesario comunicar, almacenar, analizar y procesar eficientemente la gran cantidad de información generada cada día por estos dispositivos inteligentes, (Boubeta, 2013).

El Internet de las Cosas (IoT) es una tecnología que hace posible la conectividad de varios objetos inteligentes (smart things/objects) a Internet. TécMemoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

nicamente, consiste en la integración de sensores y dispositivos a objetos comunes o cotidianos, los cuales a su vez, están conectados a Internet a través de redes fijas e inalámbricas. El campo de aplicación de IoT es diverso, el hecho de que Internet esté presente al mismo tiempo en todas partes permite que la adopción masiva de esta tecnología sea más factible. Dado su tamaño y coste, los sensores son fácilmente integrables en hogares, entornos de trabajo, lugares públicos, en el sector industrial, agrícola, de transporte, entre otros. De esta manera, cualquier objeto es susceptible de ser conectado y manifestarse en la red, convirtiéndose en una fuente inagotable de datos, (Mattern, 2010). El IoT permite interactuar con el mundo real a través de dispositivos electrónicos con sensores y actuadores incorporados, capaces de obtener información en tiempo real de los procesos, como el estado del tiempo, humedad del suelo, crecimiento de un fruto o una planta, información de equipos médicos conectados a un paciente, parqueaderos disponibles, etc. Algunas de las aplicaciones más comunes del IoT son las ciudades inteligentes (Smart Cities), Agricultura de precisión y salud (eHealth). Muchas veces estos sensores-actuadores son inalámbricos y agrupados en redes específicas denominadas Redes de Sensores Inalámbricos, utilizados en el argot técnico en el idioma inglés, como Wireless Sensor Network (WSN), (Christin, 2009). Las tecnologías de redes inalámbricas se han desarrollado rápidamente en los últimos años como un componente fundamental de IoT. Comenzando por el infrarrojo (Irda) para comunicaciones punto apunto a las WPAN de corto alcance y multipuntos como BlueTooth (IEEE 802.15.1) o las redes de alcance medio multisaltos como ZigBee (IEEE 802.15.4), la tecnología WIFI (IEEE 802.11g) para redes locales WLAN, la tecnología WIMAX (IEEE 802.16) para redes WMAN, la telefonía celular de largo alcance (GPRS) o el desarrollo de las comunicaciones M2M (Máquina a Máquina) con tecnología inalámbrica, (Jurado, 2014). La Red de Sensores Inalámbricos (WSN) forma parte de la Inteligencia Ambiental (pervasive computing, ambient intelligence y computación ubicua), (Fernández, 2015), (Vasseur, 2010), el estándar actual es ZigBee (IEEE 802.15.4), (Faludi, 2011). Una WSN se basa en dispositivos de bajo coste y consumo (nodos) que son capaces de obtener información de su entorno mediante sensores, procesarla localmente y comunicarla a través de enlaces inalámbricos hasta un nodo central de coordinación. Los nodos actúan como elementos de la infraestructura de comuni-

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La arquitectura de IoT según (Michael, 2014) está conformada por los siguientes componentes: Productos inteligentes que disponen de hardware (sensores, procesadores, elementos de conectividad) y software (Sistema operativo embebido, aplicaciones embebidas de comunicación y control); Conectividad (protocolos de comunicación); Producto Cloud o Cloud Computing que involucra: base de datos, aplicaciones de plataforma Smart, motor de reglas y análisis, software de monitoreo, control, optimización y operación autónoma de dispositivos Smart; Identificación y seguridad. Fuentes de información externa; y, Integración a otros sistemas de negocio (ERP, CRM, BI, etc.). Algunos retos de la IoT, por una parte, están relacionados con en el manejo de millones de cosas conectadas a la internet, requiriendo el uso de redes IPV6 que garantizan una mayor capacidad de direccionamiento; por otro lado, el uso de las redes WSN con motes o hardware de sensores de reducido tamaño, bajo procesamiento, baja capacidad de memoria y sobre todo necesidad de tiempo de vida largo, por tanto es necesario el uso de redes de telemetría eficientes para IOT, siendo necesario utilizar protocolos adecuados como el 6LowPAN, (Shelby, 2009). Las aplicaciones de monitoreo y control del IoT (PA), (Mohamed, 2014) actualmente son de propósito específico y resultan poco escalables a nivel industrial. Aún les falta redefinir sus procesos para crear eficiencia y valor perdurable en los datos para convertirlos en información y la información en conocimiento útil para la toma de decisiones. Por otra parte, la agricultura de precisión constituye hoy en día una de las soluciones más avanzadas para aumentar la eficiencia y productividad de los cultivos, la cual hace uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones. Una de las tecnologías aplicadas es el uso de sensores electrónicos para medir las principales variables asociadas al suelo, planta y frutos de los cultivos que posibilitan entre otros definir estrategias para el control de riego, el cual influye directamente en la productividad, optimización de recursos naturales vitales como es el agua. La agricultura de precisión se ha convertido en una tecnología efectiva para la modernización de la producción agrícola, siendo uno de sus propósitos la adquisición e integración de la información digital

del proceso productivo para garantizar su calidad, (Li, 2013). Este trabajo está enfocado solamente en el diseño de una parte del Sistema IoT necesario para el control de riego de una plantación de cacao (Caso de estudio), específicamente en el diseño de la Cloud Computing, que forma parte de toda una arquitectura IoT, la cual se define en, (Michael, 2014). El término Cloud Computing (Computación en la Nube) fue definido por NIST (National Institute of Standard and Technology), (Mell, 2011) como un modelo para permitir, el acceso ubicuo a la red bajo demanda a un conjunto de recursos informáticos compartidos y configurables (por ejemplo, redes, servidores, almacenamiento, aplicaciones y servicios) que pueden ser distribuidos y liberados rápidamente con mínimo esfuerzo de administración o interacción del proveedor de servicios. Este modelo de nube se compone de cinco características esenciales, tres modelos de servicio, y cuatro de despliegue modelos. En este artículo primeramente se exponen los requerimientos del caso de estudio y los criterios empleados por la comunidad científica para la selección de tecnologías y herramientas. Luego se define la arquitectura del Sistema de Monitoreo Multipropósito para el IoT y los componentes seleccionados para la Cloud Computing. MATERIALES Y MÉTODOS

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caciones al reenviar los mensajes transmitidos por nodos más lejanos hacia al centro de coordinación (Fernández, 2015). Los costos de implementar este tipo de red cada vez disminuye y la fiabilidad de las aplicaciones software van en aumento.

Para el diseño de una Cloud Computing del Internet de las Cosas (IoT), se procedió a revisar el estado del arte, posteriormente se identificaron los componentes y las tecnologías existentes con el objetivo de determinar las herramientas idóneas según los requerimientos planteados en el caso de estudio de la Agricultura de Precisión y en concordancia con la comunidad científica. Para la construcción de un sistema de telemetría aplicado a la agricultura de precisión para el monitoreo del cultivo de Cacao, se requiere de un sistema que cuente con: sensores (para el monitoreo de variables como: humedad del suelo a diferentes niveles de profundidad, grosor del tallo y del fruto, así como variables ambientales: radiación sola, humedad relativa, temperatura, precipitación, dirección y velocidad del viento, entre otras); actuadores (Dispositivos cuya acción se ve reflejada en el medio ambiente, por ejemplo: interruptor de luz, control del riego); y, la Cloud Computing, toda la información recogida de los sensores debe ser almacenada y gestionada por la aplicación informática de telemetría y estar disponible al usuario final desde cualquier lugar donde Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

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la necesite para la generación de reportes, análisis y toma de decisiones, monitoreo y control de eventos. Criterios de selección: El diseño de una Cloud Computing para el IoT enfocado a la agricultura de precisión se sustenta en los parámetros definidos por NIST. A continuación se explica cada uno:

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Características Esenciales:

- Autoservicios bajo demanda: el consumidor podrá aprovisionar recursos computacionales en forma unilateral, según lo requiera, y sin requerimiento de interacción humana con el proveedor del servicio. - Permitir el acceso desde la red (pública, privada, híbrida, comunitaria): todos los recursos que ofrece la nube están disponibles en la red, y el consumidor no sólo puede acceder a ellos a través de mecanismos estándar, sino que también mediante plataformas heterogéneas como teléfonos móviles, laptops, PDAs, etc. - Grupos de recurso según características de servicios: los recursos del proveedor estarán agrupados para servir a múltiples consumidores, utilizando un modelo de separación segura una vez asignados. Estos recursos pueden ser físicos o virtuales y deben tener todos componentes necesarios para brindar un SERVICIO COMPLETO, entendiéndose que éste podrá incluir recursos de almacenamiento, conectividad, procesamiento, elementos de software, políticas, métricas, entre otros. - Capacidad de rápido crecimiento (Flexibilidad): las unidades de capacidad pueden ser rápidas y fácilmente aprovisionadas (en algunos casos en forma automática), escaladas (crecimiento) o liberadas. Para el consumidor, estos recursos suelen parecer ilimitados, y pueden ser adquiridos en cualquier cantidad y momento. - Servicio medido: los sistemas de la nube controlan de forma automática y optimizada la utilización de los recursos. Este uso de los recursos puede ser monitoreado y controlado, además, es posible realizar reportes para ambas partes, a fin de establecer la facturación del servicio. Modelos de Servicios: - Software como Servicio, en inglés Software Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

as a Service (SaaS). Modelo de distribución de software donde una empresa sirve el mantenimiento, soporte y operación que usará el cliente durante el tiempo que haya contratado el servicio. - Plataforma como Servicio, en inglés Platform as a Service (PaaS). modelo en el que se ofrece todo lo necesario para soportar el ciclo de vida completo de construcción y puesta en marcha de aplicaciones y servicios web completamente disponibles en la Internet. - Infraestructura como Servicio, en inglés Infrastructure as a Service (IaaS). Modelo de distribución de infraestructura de computación como un servicio, normalmente mediante una plataforma de virtualización. En vez de adquirir servidores, espacio en un centro de datos o equipamiento de redes, los clientes compran todos estos recursos a un proveedor de servicios externo. Modelos de desarrollo: - Cloud Privada. Solamente una organización de forma exclusiva, utilizando tecnologías como la virtualización, tiene acceso a los recursos que se utilizan para implementar la nube. - Cloud Pública. Se caracteriza por ofrecer recursos TIC sobre infraestructuras compartidas entre múltiples clientes. A estos recursos el cliente accede a través de internet o mediante conexiones de Redes Virtuales Privadas (VPN). - Cloud Híbrida. Servicio cloud integrado que utiliza tanto cloud privada como pública de distintos proveedores, para realizar diferentes funciones dentro de una misma organización. En el diseño de nuestra Cloud Computing, también se ha tenido en cuenta los siguientes criterios para la selección de la tecnología y herramientas a usar: - Estandarización: Consiste en la aplicación de normas y metodologías aplicadas a la gestión de tecnologías y sistemas de información. - Escalabilidad: Adaptabilidad y/o crecimiento de las tecnologías, servicios y aplicaciones sin perder su calidad. - Accesibilidad: Acceso a la información en cualquier momento, lugar y por distintos medios. - Tiempo Real: Capacidad de capturar, alma-

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otro protocolo de comunicación; además, requieren de un Gateway para poder acceder a la Cloud vía redes IPV4 o IPV6. En la parte superior de la figura se encuentra la Cloud Computing propuesta, la cual está formada por uno o varios servidores físicos o lógicos, que implementan varios servicios que proporcionan el soporte para la aplicación informática de telemetría que se encarga del monitoreo, control, generación de eventos, análisis y presentación de la información a los consumidores finales (otras aplicaciones, personas) de manera flexible en diferentes formatos (pdf, html, xls, cvs) e interfaces (web, escritorio, móvil). Componentes necesarios para el Cloud Computing.

Para diseñar el Cloud Computing para el Internet de las Cosas (IoT) hemos definido primeramente los siguientes componentes: Servidor Web, PlataforRendimiento: Garantiza disponibilidad de los recursos, servicios y datos. mas de desarrollo Web, Base de datos, Protocolos Para dar solución a nuestro caso de estudio hemos Seguridad: Garantiza la seguridad de los datos y accesos a la información. de comunicación, Sistema Operativo y Plataforma Bajo Coste: Uso deen tecnologías Open lo Source definido este trabajo siguiente: física. Luego se procedió a revisar el estado del arte de cada componente con el objetivo de identificar Arquitectura IoT para Agricultura de PreciULTADOS Y - DISUSIÓN las herramientas idóneas en cada caso tanto Open sión, dar solución a - nuestro caso de estudionecesarios hemos definido enel este trabajoComlo siguiente: Source como Privativas teniendo en cuenta la meComponentes para Cloud todología antes explicada. Dichos componentes se Arquitectura IoTputing. para Agricultura de Precisión, encuentra detallados en la Tabla 1, donde además se Componentes necesarios para el Cloud Computing. Arquitectura IoT para Agricultura de Precisión: definen las características deseables para cada uno itectura IoT Agricultura de Precisión: de los componentes del Cloud Computing. En para la Figura 1 se muestra la arquitectura del sistema Figura 1 se muestra la arquitectura del sistema de telemetría propuesto. de telemetría propuesto. CONCLUSIONES

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cenar, procesar y presentar los datos de forma casi inmediata hacia los clientes. - Flexibilidad: Uso de tecnologías Open Source. - Soporte para protocolo de comunicación con ahorro de recursos: Importante para dispositivos móviles con restricción de recursos tales como memoria, ancho de banda, batería. - Amplia comunidad. Disponibilidad de documentación útil en caso de afrontar algún inconveniente. - Rendimiento: Garantiza disponibilidad de los recursos, servicios y datos. - Seguridad: Garantiza la seguridad de los datos y accesos a la información. - Bajo Coste: Uso de tecnologías Open Source RESULTADOS Y DISUSIÓN

Figura 1. Arquitectura propuesta

1. Para diseñar una Cloud Computing para el Internet de las Cosas (IoT), se deben considerar componentes que gestionen la captura de datos provenientes de la red inalámbrica de sensores en tiempo real, luego, dichos datos se almacenen de forma distribuida e integrada a otras fuentes de datos propias de la empresa logrando un equilibrio de carga y procesamiento, para su posterior análisis, monitoreo, gestión de eventos y control de actuadores. Los componentes a tener en cuenta son: Plataforma Física, Sistema Operativo, Protocolos de comunicación, Plataforma de desarrollo, Control de eventos, Base de datos: SQL, NoSql y/o Data Warehouse, Software de servidores: web, sistema de arElaboración propia: Hernández y col., (2014) chivos distribuidos, gestión de logs, mensamisma podemos apreciar en la parte inferior a la red de sensores y actuadores inalámbricos En la misma podemos apreciar en la parte inferior a jería en tiempo real y seguridad. N), encargada de tomar las mediciones del cultivoinalámbricos de cacao mediante sensores y por medio la red de sensores y actuadores (WSN), 2. Se define una arquitectura para un sistema actuadores, controlar los riego. Las redes típicamente encargada de elementos tomar lasdemediciones delWSN cultivo de ca-usan Zigbee o de telemetría multipropósito para el Internet ooth Low Energy u otro protocolo de comunicación; además, requieren de un Gateway cao mediante sensores y por medio de los actuadopoder acceder a la Cloud vía redes IPV4 o IPV6. En la parte superior de la figura se de las Cosas en base al caso de estudio de res, controlar los elementos de riego. Las redes WSN ntra la Cloud Computing propuesta, la cual está formada por uno o varios servidores la Agricultura de Precisión, sin embargo es típicamente usan Zigbee o Bluetooth Low Energy u s o lógicos, que implementan varios servicios que proporcionan el soporte para la aplicable esta arquitectura a cualquier caso.

ción informática de telemetría que se encarga del monitoreo, control, generación de Memoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015 os, análisis y presentación de la información a los consumidores finales (otras aplicaciones, nas) de manera flexible en diferentes formatos (pdf, html, xls, cvs) e interfaces (web,

metodología antes explicada. Dichos componentes se encuentra detallados en la Tabla 1, donde además se definen las características deseables para cada uno de los componentes del Cloud Computing. ISBN 978-9942-21-149-1 Tabla 1. Componentes de un Cloud Computing para Agricultura de Precisión Componentes del Cloud Servidor Web

Plataforma de desarrollo Web

Base de datos SQL, Nosql o Datawarehouse

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Protocolo de comunicación

Sistema Operativo

Herramientas Open Source Apache, (Bowen, 2007) Nginx, (Nedelcu, 2013) Lighttpd, (Lighttpd, 2015)

Tornado, (Cantelon, 2014) Node.js, (Adam, 2012), Play Framework, (Petrella,

2013)

MongoDB, (Chodorow,

CouchDB, (Anderson,

2013)

2010)

Couchbase (Brown, 2013) MySQL, PosgreSQL, etc. COAP (Karagiannis, 2015) MQTT, MQTT (2014) WAMP, WAMP (2015) XMPP, (Saint-Andre, 2009) AMQP, AMQP (2012) SOAP, SOAP (2007) REST, (Webber, 2010).

Linux Centos Ubuntu server.

Plataforma Física

- IBM - HP - Dell - Lenovo. Elaboración propia: Hernández y col., (2014)

Características deseadas -

Arquitectura orientada a eventos Capacidad para atender decenas de miles de peticiones concurrentes Bajo consumo de memoria Peticiones procesadas en un solo hilo de ejecución Sencillo de configurar y Alto rendimiento y disponibilidad Programación orientada a objetos o eventos Soporte eficiente para WebSockets y/o web services. Amplia comunidad para obtener soporte técnico Bajo consumo de recursos (memoria, CPU, almacenamiento en disco) y Alta escalabilidad Notificaciones en tiempo real ante algún cambio en los datos Arquitectura tolerante a fallos Replicación, Capacidad de baja latencia y Control de Concurrencia Basado en estándares. Diseñado para dispositivos con restricciones de memoria, batería, etc. Transmisión de mensajes en formato binario. Comunicación bajo el modelo Publicador/Suscriptor. Soporte de conexiones concurrentes. Calidad del servicio. Sistema de autenticación. Bajo costo, Flexibilidad. Facilidad de personalización. Comunidades activas y Actualización permanente. Paralelismo, Latencia y Concurrencia (Procesador y RAM) Fiabilidad (Discos duros RAID)

CONCLUSIONES 1. Para diseñar una Cloud Computing para el Internet de las Cosas (IoT), se deben definen los considerar componentes que debe un ambiente componentes que tener gestionen la captura sonas de datosenprovenientes de laeficiente, red

3. Se una Cloud Computing que sirva como Centro de Datos, Control y Monitoreo en un sistema de telemetría para IoT, considerando procesos de comunicación, captura de datos en tiempo real, almacenamiento temporal, integración con otras fuentes de datos, almacenamiento permanente, gestión de eventos, monitoreo y emisión de alertas, control de actuadores, análisis, reportes, búsqueda de datos y los debidos procesos de seguridad. 4. Luego de un análisis exhaustivo del estado del arte, de tecnologías y herramientas de cada uno de los componentes descritos se definen las características para cumplir con los requerimientos establecidos y reconocidos por la comunidad científica de IoT. 5. La selección de herramientas para cada componente de Cloud Computing depende de las características definidas en el proyecto de telemetría; el caso de estudio nuestro está enfocado a un sistema de agricultura de precisión que permita la interacción de máquinas y perMemoria de Artículos del Primer Congreso de Ciencia y Tecnología UTMACH 2015

seguro e independiente.

compartido,

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