Untelsciencia-Perú 2016

UNTELSCIENCIA-PERÚ

Revista Científica Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels) Av. Central y Av. Bolívar-Villa El Salvador. LIMA, PERÚ untelsciencia-peru@untecs.edu.pe Mg. Ing. Julio César Mariños Alfaro

Magíster en Banca y Finanzas por la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Perú) y Profesor Nombrado de la Carrera Profesional de Administración de Empresas de la Untels (Perú)

EDITOR

CONSEJO EDITOR Consejo Editorial Externo

Consejo Editorial Interno

Consejo Asesor

Dra. Matilde Fernández de Romero • Doctorado en Electroquímica Fundamental y Aplicada con mención honorífica por la Universidad de los Andes • Maestría en Ingeniería Química por la Universidad de Zulia (Venezuela) • Ingeniera Química por la Universidad de Zulia (Venezuela) Dr. Ramón Alberto León Donayre • Doctor Philosophiae con el calificativo de magna cum laude por la Julius-Maximilian-Universität, Würzburg, Alemania Federal (Especialidad principal: Psicología; especialidades secundarias: Sociología, Pedagogía Especial e Historia de la Ciencia) • Doctor en Ciencias en la Especialidad de Psicología por la Universidad Peruana Cayetano Heredia (Perú) • Licenciado en Psicología por la Universidad Inca Garcilaso de la Vega (Perú)

Dr. Pablo Ormeño Gonzales • Doctor en Física por la Universidad de São Paulo (Brasil) • Maestría en Física del Estado Sólido por la Universidad de São Paulo (Brasil) • Licenciado en Física por la Universidad Nacional Federico Villarreal (Perú) Mg. Fredy Campos Aguado • Maestría en Ciencias con mención en Ingeniería en Sistemas por la Universidad Nacional de Ingeniería (Perú) • Ingeniero Electrónico por la Universidad Nacional de Ingeniería (Perú) Mg. Julio César Bracho Pérez • Maestro en Gestión Ambiental por la Universidad Alas Peruanas (Perú)

Dr. Juan Carlos Oruna Lara • Doctor en Administración de la Educación por la Universidad César Vallejo (Perú) • Maestro en Ciencias con mención en Estadística e Informática por la Universidad Nacional de Trujillo (Perú) Mg. Abrahan Pablo Aslla Quispe • Maestría en Física con mención en Física del Estado Sólido por la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Perú) • Licenciado en Física Matemáticas por la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco (Perú) Mg. Jorge Esquerre Verástegui • Maestría en Docencia en Gestión Educativa por la Universidad César Vallejo (Perú) • Ingeniero Químico por la Universidad Nacional del Callao (Perú) Mg. Beatriz Salvador Gutiérrez • Maestría en Educación Ambiental y Desarrollo Sostenible por la Universidad Alas Peruanas (Perú) • Ingeniera en Mecánica de Fluidos por la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Perú)

La Revista Científica Untelsciencia-Perú tiene el objetivo de comunicar el resultado de las investigaciones realizadas por investigadores o grupos, que se dedican a las ciencias. Además, esta Revista Científica publica resultados de investigaciones originales e inéditas como una contribución al conocimiento, generando escenarios para la discusión en las diversas áreas de la ciencia de la ingeniería. Asimismo, los artículos científicos de la Revista se someten a un proceso de revisión ciega por pares conocido como arbitraje científico o revisión por expertos (peer review) para asegurar que se cumple con las normas de calidad y validez científica.

ISSN versión impresa: 2414-2751 Título clave: Untelsciencia-Perú Título clave abreviado: Untels.cie.-Per. Hecho en el depósito legal N.º 2016-01530 Diagramación: Lic. Marcos Enrique Rojas Robles Copyright© Editado por la Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur Prohibida la reproducción total o parcial.

El contenido de cada artículo es responsabilidad exclusiva del autor o autores.

Código postal: Lima 42-Perú www.untels.edu.pe

Frecuencia de la publicación: 1 volumen semestral Catálogo y Directorio: LATINDEX Arbitraje: Revisión por pares anónimos Información para la preparación de manuscritos y suscripciones.

Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Av. Central y Av. Bolívar, Villa El Salvador, Lima 42-Perú) Correspondencia: Código postal Lima 42-Perú Correo electrónico: cemaralfa@yahoo.es

PRESENTACIÓN La Comisión Organizadora de la Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels) a través de la Vicepresidencia de Investigación y Responsabilidad Social Universitaria y en cumplimiento de uno de los objetivos de la Ley Universitaria N.º 30220, encargó a la Oficina Central de Editorial e Informatización la publicación de una revista científica que busque indexarse y cumpla con la difusión del avance de la ciencia.

Porque solo cuando la investigación científica es divulgada, será reconocida por la comunidad académica, sus resultados serán debatidos y sus aportes formarán parte del conocimiento científico universal. Es por ello, que el objetivo principal de esta revista denominada Untelsciencia-Perú es difundir el resultado del trabajo mancomunado de los integrantes del equipo investigador.

En esta revista, de periodicidad semestral, se encuentran sistematizadas producciones científicas en líneas de especialidades que se desarrollan en la Untels como: Administración de Empresas, Ingeniería Ambiental, Ingeniería de Sistemas, Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, e Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Es importante precisar que los artículos vertidos son originales inéditos y cumplen con las normas de calidad y validez científica.

Untelsciencia-Perú cuenta con un distinguido consejo editorial, especialistas internacionales en múltiples disciplinas como parte de su consejo asesor y un sistema de selección de artículos basado en informes remitidos por evaluadores externos de reconocida trayectoria académica y profesional. Los criterios de selección, aceptación y edición cumplen con las directrices más exigentes de los principales indexadores y evaluadores de calidad de publicaciones científicas.

Por tanto, esta producción representa una de las evidencias del trabajo científico académico de esta casa de estudios por promover e incentivar la investigación científica, permitiendo que quienes tenemos el privilegio de ser parte de la Untels contribuyamos a engrandecer esta sociedad del conocimiento. A ellos nuestro agradecimiento por permitirnos materializar esta primera publicación.

Dra. Tarcila Amelia Cabrera Salazar de Morales Presidenta de la Comisión Organizadora Untels

EDITORIAL Teniendo en consideración que en la actualidad las universidades nacionales e internacionales realizan acciones de investigación en función de obtener una acreditación mediante evaluaciones realizadas por el Sineace (Sistema Nacional de Evaluación, Acreditación y Certificación de la Calidad Educativa), en tal virtud la Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels) –considerando la relevancia del conocimiento en el aprendizaje– se extiende en todos los niveles de los procesos académicos. La gestión del conocimiento, el tratamiento de las investigaciones y el hecho de mantenerse al corriente de los progresos científicos conseguidos en otras partes del orbe se están haciendo cada vez más importantes; en tal sentido los centros de investigación y un número creciente de universidades centrarán sus acciones a la investigación científica.

Es por ello, que la Revista Científica de la Untels es el documento escrito y publicado que describe resultados originales de investigaciones de las ciencias de la ingeniería en el ámbito de la Ingeniería Ambiental, Ingeniería Mecánica y Electrónica, Ingeniería de Sistemas e Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones a través de un artículo científico.

El artículo debe permitir evaluar las observaciones, repetir los experimentos, evaluar los procesos intelectuales, estar a la disposición de la comunidad, estar disponible en servicios secundarios y debe ser original y arbitrado.

En tal sentido, la Revista Científica Untelsciencia-Perú recepcionará artículos en el área de ingeniería emitidos por docentes de esta Casa Superior de estudios, también aquellos elaborados por los docentes de otros claustros e institutos de investigación; así como por profesionales investigadores y público en general a nivel nacional e internacional e indudablemente aquellos elaborados por los estudiantes de la Untels.

Como se podrá observar los retos son enormes, hay mucho por hacer y sobre todo en el campo de la investigación y la innovación científica.

Finalmente, para alcanzar la misión planteada es necesario que profesionales y docentes de la Untels se comprometan con responsabilidad y eficiencia en cada uno de los programas estipulados por la Oficina de Editorial e Informatización que ha seguido los lineamientos de nuestro Vicerrectorado de Investigación y Responsabilidad Social Universitaria representado por el Dr. Jorge Lescano Sandoval.

Mg. Ing. Julio César Mariños Alfaro Jefe Editor

UNTELSCIENCIA-PERÚ Revista Científica de la Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur Volumen 1, número 1

Enero 2016 Contenido/Contents Artículos originales

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José Rodríguez y Glen D. Rodríguez.

GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE CASOS DE PRUEBA PARA TEST DE UNA GUI USANDO COLONIA DE HORMIGAS Y METAHEURÍSTICA GOLOSA. Sebastian Huangal Scheineder y Tarcila Amelia Cabrera Salazar de Morales.

SELECCIÓN DE ELECTRODO Y AMPERAJE EN LA SEPARACIÓN DE UN ACEITE LUBRICANTE EMULSIONADO EN AGUA POR ELECTROFLOTACIÓN. Anwar J. Yarin y César R. Nunura.

LOS EFECTOS DE LA SOLIDIFICACIÓN UNI-DIRECCIONAL EN LA MICROESTRUCTURA DE UN ACERO DEL TIPO AUSTENÍTICO. THE EFFECTS OF UNI-DIRECTIONAL SOLIDIFICATION IN THE MICROSTRUCTURE OF A STEEL TYPE AUSTENITIC. Jorge Lescano Sandoval, Lucía E. Valdéz Sena y Luis A. Vílchez Lara.

MEJORA CONTINUA DEL SISTEMA METROPOLITANO DE GESTIÓN AMBIENTAL LIMA-PERÚ.

Gladys Cruz Y., Abrahan Aslla Q., Orlando Ortega G.y Néstor Tasayco M. ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE LA EXISTENCIA DE ONDAS SOLITARIAS COMO SOLUCIONES DE LA ECUACIÓN DE KORTEWEG DE VRIES (KDV).

Carlos Eduardo Armas Morales.

EL TELETRABAJO: COMO UNA FORMA DE INNOVACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS TELECOMUNICACIONES EN UNA ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL EMPRESARIAL (PERÚ).

THE TELEWORK : AS INNOVATION OF THE TECHNOLOGIES OF THE INFORMATION AND THE TELECOMMUNICATIONS IN AN INDUSTRIAL ORGANIZATION-MANAGERIAL (PERU).

I

Pág. 1-10

Pág. 11-19

Pág. 21-29

Pág. 31-41

Pág. 43-55

Pág. 57-67

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Jorge Eduardo Esquerre Verástegui.

REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE CALDERAS BAGACERAS. Myrna Manco Caycho.

MODELO PREDICTIVO PARA LA IDENTIFICACIÓN DE PATRONES DE LA DESERCIÓN ESTUDIANTIL EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR (UNTELS).

PREDICTIVE MODEL FOR IDENTIFICATION OF PATTERNS OF THE STUDENT DESERTION AT NATIONAL TECHNOLOGY UNIVERSITY OF LIMA SOUTH (UNTELS).

Jhan Oré D. y Ricardo J. Palomares.

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA FRESADORA CNC DE 3 GDL PARA FABRICACIÓN DE TARJETAS ELECTRÓNICAS USANDO ARDUINO Y UBUNTU LINUX. DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CNC MILLING 3 DOF TO MANUFACTURE OF ELECTRONIC CARDS USING ARDUINO AND UBUNTU LINUX.

II

Pág. 69-78 Pág. 79-90

Pág. 91-95

Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 16/10/2015 Aceptado: 22/12/2015

GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE CASOS DE PRUEBA PARA TEST DE UNA GUI USANDO COLONIA DE HORMIGAS Y METAHEURÍSTICA GOLOSA José Rodríguez1 y Glen D. Rodríguez2, 3 Resumen La creciente complejidad de las nuevas aplicaciones en una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI por sus siglas en inglés Graphical User Interface) es cada vez más compleja, donde la generación de casos de pruebas de forma manual se vuelve más difícil. La generación automática de casos de prueba de buena calidad, en una GUI, es una preocupación creciente en las pruebas de aplicaciones.

Acciones realizadas por el usuario en la GUI puede ser considerado como eventos que se pueden plasmar como secuencias, formando así un gráfico de secuencias de eventos, y por tanto múltiples rutas de ejecución o rutas, conocidos como casos de prueba. La calidad de un conjunto de casos de prueba se mide por los criterios de cobertura (todas las acciones o eventos deben realizarse al menos una vez), que depende de la longitud y la cobertura parcial de cada ruta de ejecución. Encontrar caminos factibles y el cumplimiento de los criterios de cobertura es un problema altamente combinatorio. Para este tipo de problemas, debido a la alta potencia de cálculo que se necesitaría para encontrar una solución exacta, es bien justificado utilizar heurísticas y algoritmos metaheurísticos, lo que nos permite encontrar soluciones aproximadas de buena calidad. Esos métodos se han utilizado con éxito en la química, la física, la biología, y recientemente en ingeniería de software.

En este trabajo se propone el uso de una metaheurística conocida como Optimización por Colonia de Hormigas (ACO por sus siglas en inglés Ant Colony Optimization) para la generación de casos de prueba. La metaheurística ACO se ha adaptado con el fin de encontrar rutas individuales que podrían dar lugar a un conjunto de casos de prueba de buena calidad. Una prueba individual, trayectoria o ruta es deseable si es largo (se pone a prueba una gran cantidad de eventos o acciones) y no comparten los eventos (o compartir algunos eventos) con otros caminos. Después se genera un número apropiado de casos de prueba candidatos, donde expresamos el problema de la generación de un conjunto de casos de prueba como un Problema de Cobertura, para luego aplicar un algoritmo goloso para resolverlo. El resultado es un conjunto de caminos (casos de prueba) con recubrimiento completo de eventos con pequeño número de casos de prueba.

Se presenta también un problema resuelto por nuestro método, la generación de casos de prueba para Windows WordPad, y discutir los resultados.

Palabras claves: Pruebas de GUI, Generación automática de casos de prueba, Optimización por colonia de hormigas, Modelo de flujo de eventos, Problema de cobertura, Algoritmo goloso (o voraz), Ruta más corta.

Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Perú. jrodriguezv1@unmsm.edu.pe, www home page: http://www.unmsm.edu.pe 2 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. grodriguez@uni.edu.pe, www home page: http://www.uni.edu.pe 3 Universidad Ricardo Palma, Lima, Perú. glen.rodriguez@gmail.com, www home page: http://www.urp.edu.pe 1

Generación automática de casos de prueba para test de una GUI usando colonia de hormigas y metaheurística golosa

Abstract The increasing complexity of new applications means GUIs are also getting more complex, and generating tests cases manually for them becomes harder. Generating automatic, good quality GUI test cases is a growing concern in application testing. Actions performed by the user on the GUI can be regarded as events, which can be performed in sequences, forming a graph of event sequences, and therefore multiple execution paths or routes, known as test cases, are possible. The quality of a set of test cases is measured by the coverage criteria (all actions or events must be performed at least one time in the set), which depend on the length and partial coverage of each execution path.

Finding feasible paths and complying with the coverage criteria is a highly combinatorial problem.

For such problems, due to high computing power that it would take to find an exact solution, it is well justified to use heuristics and metaheuristics algorithms, allowing us to find approximate solutions of good quality. Those methods have been successfully used in chemistry, physics, biology, and recently, in software engineering.

In this paper, the use of a metaheuristic known as Ant Colony Optimization Algorithm (ACO) for generating test cases is proposed. The ACO metaheuristic has been adapted in order to find individual routes that could lead to a set of test cases of good quality. A individual test, path or route is desirable if it is long (it tests a lot of events or actions) and do not share events (or share few events) with other paths. After a appropriate number of candidate test cases are generated, we express the problem of generating a set of test cases as a set covering problem and then we apply a greedy algorithm to solve it. The result is a set of paths (test cases) with full covering of events with small number of test cases.

We present also a problem solved by our method, generating test cases for Windows Wordpad, and discuss the results.

Keywords: GUI testing, automated test case generation, Ant Colony Optimization (ACO), eventflow model, set covering problems, greedy algorithm, shortest path.

Introducción Las aplicaciones de software están creciendo en complejidad año tras año. Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) crece tanto en relación con el número de objetos sujetos a la interacción del usuario (botones, opciones de menú, eventos de ratón activadas, etc.) y con respecto a las dependencias entre objetos GUI de estado. Tradicionalmente esto es cierto sólo para aplicaciones de escritorio; sin embargo, para la mayoría de tecnologías AJAX esto también es cierto para muchas aplicaciones basadas en web.

Pruebas de GUI es una tarea importante en la ingeniería de software [20]. Un estudio dice que en promedio el desarrollo de una GUI

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representa el 48% del código fuente y el 50% en la fase de ejecución [16]. Una GUI mal implementada puede también impactar en la fiabilidad del software. Esto ha sido estudiado en aplicaciones de teléfonos inteligentes [12]. Para GUI complejos, la generación manual de los casos de prueba y su mantenimiento, evaluación y la conformidad con los criterios de cobertura son muy lentos [13]. Según algunos estudios un promedio de 6% de todos los errores encontrados en un sistema se deben a errores de GUI [4].

La generación automática de casos de prueba de buena calidad, en una GUI, es una preocupación creciente en pruebas de aplicaciones, y su popularidad va en aumento [9]. Si se agrega

J. RODRÍGUEZ Y G. D. RODRÍGUEZ

el hecho de que la mayoría de los equipos de desarrollo tienen muy estrictas limitaciones de tiempo y de dinero, y en la práctica la calidad de las pruebas es una idea de último momento.

Para ayudar a los testers, en los últimos 15 años ha habido esfuerzos con el fin de automatizar la generación y ejecución de casos de prueba en una GUI; esos esfuerzos se orientan hacia propuestas en modelos de interacción en GUI, generando casos de prueba basados en alguno de esos modelos y algoritmos de búsqueda y herramientas de desarrollo para la tarea.

Este artículo está organizado de la siguiente forma: En la sección 2, se muestra una revisión de investigaciones recientes. En la sección 3, el modelado de la GUI en forma de gráfico, y cada caso de prueba se explica como una secuencia de eventos mapeadas en el gráfico. En la sección 4, un algoritmo basado en la Optimización por Colonia de Hormigas (ACO) y un algoritmo voraz es presentado. En la sección 5, un problema de prueba se presenta, y los resultados son mostrados y discutidos.

Revisión de la investigación relacionada Según [14], se propone un Modelo de Flujo de Eventos, el cual represente los eventos y sus interacciones. Al igual que los modelos de flujo de control representan todas las posibles rutas de ejecución de un programa, y que los modelos de flujo de datos representan todas las posibles definiciones y usos de una ubicación de memoria, los Modelos de Flujo de Eventos nos representan todas las posibles secuencias de eventos que se pueden ejecutar en una GUI. El estado de una GUI es el estado colectivo de cada uno de sus objetos (botones, menús, etc.), y contenedores (frames, ventanas, etc.) los cuales a su vez contienen otros objetos. Cada objeto de una GUI está representado por un conjunto de propiedades de esos objetos, tales como: el color de fondo, el tipo de letra, texto en barra de título, etc. El conjunto de objetos, con sus propiedades, son utilizados para crear el Modelo de Estado de las GUI. La interacción de los

eventos, representa todos los posibles eventos que interactúan en la GUI. Hay dos modelos de alto nivel para las pruebas de GUI. La más antigua es el modelo de estados finitos, propuesto por primera vez por Hu para cualquier tipo de software [5]. Más tarde, fue adaptado a las pruebas de interfase de usuario, por ejemplo en el modelo de estado finito (VFSM) [18], que utiliza el algoritmo Wp propuesto por Fujiwara [10] para generar casos de prueba. Las desventajas de estos modelos y el algoritmo son: no descarta las transiciones NULL (transiciones que son de nuevo al estado de origen) Una reciente investigación utiliza casos de prueba generados y archivos Logs producto de la ejecución de estas pruebas, y luego hace la minería GUI con el fin de encontrar nuevos errores (resultados con comportamiento similar a los errores conocidos). Se puede considerar un nuevo enfoque, basado para el modelo de máquina de estados finito [11].

El segundo modelo se basa en los gráficos y se llama modelo de flujo de eventos [13] [14].

El modelo se presenta en detalle en el apartado 3 de este artículo. Después de modelar el GUI deseado (como se supone debe ser) como un gráfico, se aplica una técnica de inteligencia artificial llamada Planning. El tester debe elegir un estado inicial y un objetivo estado, y la técnica Planning sugiere una o más secuencias de acontecimientos que van desde la inicial al estado final [13] La versión final del modelo de flujo de eventos comienza con codificación de cada evento en términos de condiciones previas y efectos, y luego representar todas las posibles secuencias de eventos del GUI [14]. Debido a que los GUIs son jerárquicos, el gráfico no está conectado totalmente (la mayoría de gráficos son escasos), y esta jerarquía puede ser modelada en forma aislada (por ejemplo: ventanas modales) Una investigación más reciente realizada por Bauersfeld [2] [3], utiliza el Modelo de Flujo Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 1-10

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de eventos de Memon pero genera una secuencia óptima de eventos por ACO. Aquí, el objetivo de la ACO es encontrar una secuencia de eventos que maximizan la cantidad de llamadas de métodos en el código fuente asociado con la navegación a través de la GUI correspondiente a la secuencia de los acontecimientos. El objetivo implícito está en ir probando tantos métodos como sea posible con una secuencia de eventos.

Actuales técnicas de pruebas sobre una GUI, usadas en la práctica, son incompletas y en gran medida manuales. Entre las herramientas utilizadas para este fin, tenemos el HP WinRunner, que proporciona muy poco de automatización, especialmente en la creación de los casos de prueba. Otras herramientas que requieren programación para cada caso de prueba, son las extensiones de JUnit como JFCUnit, Abbot, Pounder, entre otras.

Otra herramienta es jfcUnit, una extensión de la popular JUnit framework para probar aplicaciones Java Swing. Puede obtener manejo en ventanas o diálogos abiertos por el código de Java, localizar los componentes dentro de una jerarquía de componentes, aumentar eventos en los componentes que se encuentran (por ejemplo, al hacer clic en un botón, al escribir texto en un campo de texto componente) y comprobar si el resultado de estos eventos son como se esperaba o no. Los testers, también tienen que diseñar el ensayo con la mano, y es su responsabilidad de cumplir con los criterios de cobertura.

Abbot también fue creado para probar aplicaciones Java Swing. Está orientado a pruebas de regresión: mediante el registro de la interacción del usuario con la GUI y reproducir posteriormente, se puede detectar cambios no deseados en la máquina de estado GUI debido a modificaciones en el código fuente. También se inspira en JUnit, y es compatible con guiones con una función similar a jfcUnit. El diseño de casos de prueba es manual [19]. Pounder es otra herramienta similar a tojfcUnit y Abbot [17].

Ninguna de estas herramientas puede generar un conjunto de casos de prueba, como máximo 4

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pueden ejecutar los casos de prueba diseñados por los seres humanos.

Hay algunos estudios sobre la mejora de los casos de prueba o modificándolos después de un cambio de software, pero su relación con esta investigación es débil. La exploración del espacio de búsqueda de eventos debe ser amplia para la generación de casos de prueba, pero puede ser local para la mejora de caso de prueba o modificación.

La investigación que aquí se presenta puede considerarse tanto una modificación y una la extensión de la investigación mencionada previamente por Memon [13] [14] y Bauersfeld [2] [3]. Utilizamos modelo de flujo de eventos de Memon pero no su enfoque de planificación.

Usamos ACO como hizo Bauersfeld, pero en lugar de centrarse en una sola secuencia de eventos, se contempla un conjunto de secuencias con la meta de cobertura de la prueba completa de los componentes de la GUI, con la mínima cantidad de secuencias. La generación de una secuencia óptima sobre el enfoque de Bauersfeld es el objetivo único del algoritmo ACO, pero en la creación de un conjunto de secuencias, y la no repetición de los eventos también se considera en nuestro enfoque. Nuestro objetivo final es probar todos los componentes en una GUI, al menos una vez, utilizando un conjunto de casos de prueba de tamaño mínimo.

Modelo de Flujo de Eventos usado en esta investigación El Modelo de Flujo de Eventos puede representar todas las posibles secuencias de eventos en una GUI, como un gráfico. Los nodos representan un evento en la GUI. Un evento es una respuesta del sistema a una interacción con el usuario (un clic en un botón activa un evento onClick). Algunos eventos (al menos uno) se pueden ejecutar directamente después de la aplicación iniciada, y son llamados eventos iniciales. Un borde dirigido (e, e’) entre dos eventos e, e’, donde el evento e’ puede ejecutarse inmediatamente después del evento e. A

J. RODRÍGUEZ Y G. D. RODRÍGUEZ

la inversa, si no existe una arista dirigida entre eventos e, e’ luego evento e’ no se puede ejecutar inmediatamente después del evento e [1].

Un ejemplo de una interfaz gráfica de usuario y su correspondiente gráfico se muestra en la fig.1. En esa figura, puede ser apreciada que algunos nodos tienen dos forma de enlaces (por ejemplo, File y New), pero otros son una forma única (Send to → Routing R.). Algunos casos, como Edit y Copy, son dos vías como una ficción (después de Copy, la mayoría del software pasa automáticamente a File, o salir del menú).

Eventos que están disponibles en el arranque de la GUI, como File, Edit, etc., en la mayoría de los editores de texto.

En este trabajo se utiliza un modelo de flujo de eventos simplificado. La principal diferencia con el modelo completo [14] es que los diferentes estados no son considerados. Por tanto, el gráfico es siempre el mismo, y la capacidad de llegar a un evento depende sólo del evento actual, no en eventos pasados en la secuencia.

Figura 1: Una GUI y su correspondiente grafo de flujo de eventos.

Algoritmo El problema de generar un buen caso de prueba se puede definir como: Dado un grafo de flujo de eventos que representa una GUI, encontrar el más pequeño conjunto de caminos en el gráfico cuando se cumplen los criterios de cobertura, donde cada ruta representa una secuencia de eventos válido en el GUI. El criterio de cobertura es que cada evento aparece como parte del menor camino c, donde c=número entero predefinido. En este trabajo, c=1 como nuestro primer esfuerzo de investigación en este campo.

El problema se puede dividir en 2 sub-problemas. Mirando el resultado final, el último sub-problema se describe fácilmente como un problema de cobertura establecido. El problema de cobertura se define como: Dada una colección de conjuntos S sobre un universo U, encontrar la mínima cardinalidad de un conjunto de cobertura CTS, es una subcolección de los conjuntos cuya unión es U [21]. El conjunto de cobertura es un problema NP-completo, por lo que es muy difícil para encontrar la mejor solución; pero es posible encontrar rápidamente las mejores soluciones a través de heurísticas y meta-heurísticas. Una heurística voraz ha sido elegida por su simplicidad y velocidad, y porque se ha demostrado que un algoritmo codicioso que proporciona buenas aproximaciones a la solución óptima [6]. Heurística Greedy son una familia de heurísticas constructivas; es decir, construyen la solución paso a paso.

Por lo tanto, el sub-problema anterior es cómo generar buenas rutas (elementos de S) para el algoritmo voraz, ya que no es práctico para generar todos los caminos posibles en el grafo (lenta para generar y genera un gran S que ocupa mucha memoria y toma más tiempo para la heurística voraz). La lógica sería generar un no tan gran número de caminos, donde los nodos común a cualquiera de los dos caminos diferentes es pequeña en promedio (este último criterio debe conducir a una cubierta de U con el menor número de caminos). Con estas ideas en mente, una Optimización por Colonia de Hormigas Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 1-10

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modificada (ACO) se propone aquí. ACO es una meta-heurística nacido originalmente para encontrar camino óptimo en un grafo [7] y se ha aplicado a muchos tipos de problemas como viajar, vehículo enrutamiento, programación, etc. [8]. El objetivo aquí es obtener muchos caminos, no sólo un camino óptimo; porque ACO es muy bueno para las rutas de descubrimiento en problemas de grafos.

ACO es particularmente adecuado para ser aplicado a problemas que acepten una representación vía grafo, necesario para imitar la búsqueda de un camino. La representación del rastro de feromona puede ser realizado a través de una matriz de número reales (τ) de NxN, donde N=número de eventos-GUI. El aspecto más importante en este algoritmo es la probabilidad de transición Pij de una hormiga k, para moverse de i a j.

El bucle básico sobre ACO es: mientras que alguna condición de terminación no se cumplen (a) Construir soluciones Ant, (b) Aplicar la búsqueda local (opcional) y (c) Actualizar feromonas [8].

Antes de presentar el algoritmo, las variables, sus definiciones y fórmulas se explican en la Tabla 1.

Tabla 1: Variables

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Antes de continuar, una observación importante se debe hacer. El principal requisito para este método ACO+Greedy es tener el modelo de eventos de flujo deseado al principio; es decir, el ingeniero de software debe anotar el esperado comportamiento del GUI (transiciones entre eventos permitido y transiciones no permitidas) en forma de gráfico. No hay garantía para poner a prueba todo transiciones, pero si suponemos que cada evento (que representa un componente GUI o Widget) está asociado con una llamada de método, entonces todos los métodos asociados con GUI de entrada se ponen a prueba al menos una vez. Y la probabilidad de contraer un error de transición (transición permitido en el diseño GUI pero no implementada en el código fuente, ejemplo: un editor de texto se supone que ha desactivado la función Pegar deshabilitado en su inicio, pero después de hacer clic en la función de copiar, Pegar debe estar habilitado, pero el programador olvidó de codificarlo) es mayor si se corre a través de un conjunto de casos de prueba en lugar de sólo una prueba (que es el enfoque de la investigación anterior [13] [14] [2] [3]) Empezamos con el gráfico, los nodos iniciales o eventos y parámetros para la ACO. La lógica de este algoritmo es: en un primer momento muchos caminos (secuencias de eventos) se crean, a continuación se elimina cualquier camino repetido, y luego una cobertura para el conjunto de todos los eventos que se genera.

J. RODRÍGUEZ Y G. D. RODRÍGUEZ

Los elementos del conjunto de cobertura son los casos de prueba. (Ver Algoritmo 1 (ACO + Greedy)).

las hormigas en todas las iteraciones se guardan en la lista S (ver línea 28).

Figura 2: Algorithm 1: ACO+Greedy.

El Algoritmo 2 (ACO) es una modificación de la ACO para encontrar la ruta más corta ruta entre un nodo origen y un nodo de destino. La generación de casos de prueba no necesita el mejor camino, necesita muchos caminos que podría cubrir el conjunto U de todos eventos (nodos). Esto se logra por no tener un nodo de destino. El algoritmo comienza con la matriz D (que representa el gráfico de eventos de flujo) y una lista LI (lista de nodos inicial); que trata de generar una trayectoria a partir de un nodo aleatorio e X LI, y trata de crear un camino el mayor tiempo posible (ver bucle en líneas 1122) y sin revisitar cualquier evento ya visitado por ninguna hormiga en la iteración actual (hasta que es imposible llegar a un nuevo nodo directamente desde el nodo actual) utilizando un tabú Lista (LTk). Para mantenerse al tanto de los nodos ya visitados, y luego actualiza a la matriz pheromeone. El próximo evento se elige al azar, pero utilizando la probabilidad matriz P, que depende de la matriz de feromona y las distancias (ver Tabla 1). La siguiente hormiga hace lo mismo (ver bucle en líneas 3-25), hasta que se dejó ningún nodo no visitado o hasta que todas las rutas adicionales se bloqueen. En el primer caso, se salta a la siguiente iteración (ver líneas 7-8). En el último caso, se ignora la lista tabú y se inicia la creación de caminos entre un nodo inicial al azar y un nodo no cubierto al azar utilizando el algoritmo Dijkstra de la ruta más corta (ver líneas 18-20). Después se hacen todas las hormigas, se evapora alguna relación 1-ρ de las feromonas (véase la línea 27) y se va a la siguiente iteración. Todas las rutas de todas

Figura 3: Algorithm 2: ACO.

Figura 4: Algorithm 3: Greedy Algoritmo 3 (Greedy) se inicia mediante la conversión de S en matriz de adyacencia S1. La información acerca del orden en la secuencia de eventos se pierde, pero no es necesario para resolver el problema de conjunto que abarca.

Un ejemplo de la lista original S y su matriz se muestra en la figura 5.

En esa figura, S sólo tiene los cuatro caminos y la GUI sólo muestra los cinco eventos, Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 1-10

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la cobertura óptima sería el conjunto {path1, path2} o el conjunto {path3, pathw}, ambos con cardinalidad 2. La heurística golosa es un procedimiento paso a paso; cada paso toma el camino pi con la máxima cobertura sobre los eventos no cubiertos, a continuación establece aparte de esa ruta, y elimina las columnas de la matriz S1 los cuales están cubiertas por pi, eliminando así los eventos de la lista de eventos no cubiertos. Continúa hasta que no haya más eventos no cubiertos.

de dar cuenta de la naturaleza aleatoria de ACO. La calidad de la mejor solución para cada combinación se muestra en la tabla 2 y la calidad de la solución de la media se muestra en la Tabla 3. Como se puede notar, la mejor combinación es α=1 y β=0,4 con una solución promedio de tamaño 27 y un mejor solución de tamaño 26.

Ambos son los mejores resultados entre los resultados de las 66 combinaciones. Los tiempos de procesamiento fueron menos de 1 minuto en un PC de escritorio.

S={ {e1, eN-1}, {e3,eN,e2},{e2,e1,eN}, …, {e3,eN-1} } path1: e1→eN-1 path2: e3→ eN→ e2

Tabla 2: Mejor Solución (cardinalidad mínima de un conjunto de casos de prueba)

Path\Event (node) e1

e1

e1

... eN-1

eN

path1

1

0

0

1

0

path1

0

1

1

0

1

path1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

0

... pathw

α

β

Figura 5: Un conjunto de rutas S y su matriz correspondiente.

Resultados y análisis Se creó un conjunto de casos de prueba para la GUI de MS- WordPad. WordPad fue elegido porque, como se ha mencionado en la sección 4, el requisito principal de esto método consiste en diseñar el modelo esperado o correcto flujo de eventos (grafo), una tarea para el ingeniero de software y WordPad tiene una GUI de tamaño mediano que no es tan complejo. El número de eventos es 73, y el número de arcos dirigidos 154. El algoritmo se ha demostrado con diferentes combinaciones de valores de α (0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1) y β (0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1, 1,4, 1,8, 2,2, 2,6, 3), para un total de 66 combinaciones, y 35 hormigas por iteración.

Cada combinación se ensayó 5 veces con el fin

8

Untelsciencia-Perú. Enero 2016

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.4 1.8 2.2 2.6 3

0 28 28 28 27 27 27 27 27 28 27 28

0.2 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27

0.4 27 27 26 27 26 26 27 26 26 27 27

0.6 26 27 26 27 27 26 26 27 26 28 27

0.8 27 26 28 26 26 27 26 26 27 27 27

1.0 27 28 26 27 27 27 27 27 27 27 27

Tabla 3: Solución Promedio (cardinalidad promedio de un conjunto de casos de prueba) α

β

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.4 1.8 2.2 2.6 3

0 29 28.6 28.8 29 29 28 28.6 28.4 28.6 27.8 28.8

0.2 28 27.6 28.2 28.4 28.2 28.6 27.8 28.6 28.8 28 28

0.4 28.2 28 27.6 28.2 27.6 28.4 28 27.4 27.8 27.8 28.2

0.6 27.6 29.2 27.8 28.8 27.8 27.2 27.2 28 27.2 28.4 27.8

0.8 27.6 28 29 28 27.2 27.8 27.8 28 28.2 28 28.2

1.0 28.2 28.6 27 28.4 28.2 28.4 28.2 28.6 28.4 28 28

J. RODRÍGUEZ Y G. D. RODRÍGUEZ

Conclusiones ACO demuestra ser un poderoso enfoque para crear un conjunto de candidatos para la generación automática de casos de prueba para una GUI. En un conjunto manejable cubre el problema, porque los caminos candidatos son buenos caminos con menos visitas de los eventos. El número de hormigas deben ser por lo menos la mitad del número de eventos, y la mejor combinación de los parámetros α y β se encontró experimentalmente. La velocidad de este algoritmo es muy buena y es mucho más rápido que en el caso del humano para generar los casos de prueba. Un experimento más complejo debe hacerse en el futuro para una mejor validación de este enfoque. Otros trabajos sugieren que cada evento se debe cubrir por lo menos por 5 diferentes casos de prueba. Este algoritmo puede adaptarse a ese problema, y es una oportunidad de investigación. Por ahora, nuestra herramienta de software lee datos de un archivo de texto que representa la matriz de adyacencia.

En el futuro, de alguna manera gráfica se puede realizar el ingreso de los eventos- flujograma.

La dependencia de un evento en otros eventos (estados) no se ha estudiado aquí, y es otro de los retos de investigación por delante.

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Presentado: 23/10/2015 Aceptado: 22/12/2015

SELECCIÓN DE ELECTRODO Y AMPERAJE EN LA SEPARACIÓN DE UN ACEITE LUBRICANTE EMULSIONADO EN AGUA POR ELECTROFLOTACIÓN Sebastian Huangal Scheineder1 y Tarcila Amelia Cabrera Salazar de Morales2 Resumen En el presente trabajo de investigación se seleccionó el electrodo y el amperaje aplicado para obtener la mayor eficiencia en la separación de aceite por electroflotación a partir de emulsiones sintéticas de aceite lubricante en agua.

Los electrodos ensayados fueron hierro dulce, acero inoxidable 304 y aluminio. Los amperajes aplicados fueron 1, 2 y 3 amperios. Los electrodos fueron tipo peine con una área de 85 cm2 y 60 cm2. Se realizó una combinación factorial lo que dio como resultado 9 combinaciones.

Para realizar los ensayos en laboratorio se empleó una celda electrolítica de 2 litros de volumen efectivo. Las emulsiones sintéticas se formularon con 3000mg/L de aceite lubricante en agua empleando albumina como agente emulsionante. Antes de cada prueba se regulo la conductividad a 750 µS/cm empleando NaCl y se trabajó a temperatura ambiental. A la celda se adaptó purgas en el fondo para retirar la muestra para los análisis de aceite remanente. Cada ensayo duro 15 min. y se cambió la polaridad cada 3 min.

La eficiencia de separación del aceite de la emulsión fue medida por el porcentaje de recuperación de aceite. El método de análisis de aceite en agua fue el método gravimétrico, conocido como Método ASINEL AS-02.05.05.01 (Ruiz, 2008).

Como resultado del análisis de varianza se determinó que si existe influencia tanto individual como combinado de los electrodos y el amperaje aplicado. El factor que mayor influencia demostró, fue el tipo de electrodo seguido del amperaje aplicado.

El mejor resultado se obtuvo con la combinación de electrodo de aluminio y una intensidad de corriente de 3 amperios. La eficiencia de remoción de aceite fue 99,3% mayor que 84,66% para electrodo de hierro-3 amperios y mucho mayor que 77,53%, para electrodo de acero inoxidable-3 amperios.

Palabras clave: Electrodo, amperaje, emulsión, electroflotación.

Abstract In this paper the electrode and amperage applied to obtain greater efficiency in the separation of oil from electroflotation synthetic lubricating oil emulsions in water is selected.

The electrodes were soft iron, 304 stainless steel and aluminum. The amperage applied were

1 2

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo (UNPRG) Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Selección de electrodo y amperaje en la separación de un aceite lubricante emulsionado en agua por electroflotación

1, 2 and 3 amps. The electrodes were comb with an area of 85 cm2 and 60 cm2. A factorial combination that yielded 9 combinations was performed.

An electrolytic cell 2 liter effective volume was employed.

Emulsions were made with 3000 ppm of lubricating oil in water using albumin as emulsifier.

The conductivity to 750 mS / cm using NaCl at room temperature was regulated. Each hard assay 15 minutes and the polarity is changed every 3 minutes.

Both individual and combined influence of the electrodes and the applied amperage was determined. The type of electrode had the most influence followed amperage applied.

The aluminum electrode and a current of 3 amps gave an oil removal efficiency was greater than 99.3% 84.66% iron-electrode 3 amps and much greater than 77.53% of the electrode stainless steel-3 amps.

Key words: Electrodo, amperage, emulsion, electroflotation.

Introducción Uno de los retos más importantes que actualmente tiene la industria moderna es el de hacer compatible la producción con el tratamiento de los efluentes que ésta genera. Este hecho está obligando a implantar sistemas de tratamiento, lo cual está significando un aumento de los costos de inversión. Al problema económico de las propias instalaciones de depuración hay que añadir el de la propia agua como recurso.

Al encontrarnos en la zona costera donde el recurso es abastecida únicamente por el agua que fluye de los andes, está es considerada, hoy día, un bien escaso, de ahí la tendencia ascendente de su costo. Ambos factores, escasez y elevado costo, repercuten en la necesidad de tratar no sólo para cumplir con las regulaciones legales sino para recuperar y reutilizar la mayor parte de agua en los procesos productivos.

Algunas industrias metal-mecánicas utilizan emulsiones de aceite en agua como medio de enfriamiento para herramientas de corte. Así mismo, en la sala de máquinas de generación de energía con motores diesel se obtienen líquidos aceitosos emulsionados procedentes de pequeñas pérdidas en tuberías, juntas y bombas. La formación de emulsiones más o menos estables 12 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

es frecuente en la industria debido a la presencia de tenso-activos en los detergentes cuya acción se favorece con la agitación continua producida por el recorrido de los efluentes.

Es ampliamente conocido que los residuos oleosos que van a la corriente de vertidos, constituyen un grave problema para el tratamiento de aguas residuales. Lo recomendable es separar previamente el aceite o todo tipo de hidrocarburo pesados.

Existen técnicas para separar el aceite del agua de emulsiones estables(Rodríguez y Tejedor, 2006). Entre ellas se puede mencionar: ultrafiltración con membranas cerámicas, rompedores de emulsión por adición química y columnas de absorción con carbón activo y otros materiales oleofílicos. Ninguno de los métodos anteriores contempla el uso de corriente directa con electrodos para realizar la separación del aceite emulsionado por electroflotación.(Aguado J.A. 2010).

De ahí que se formula el problema: ¿En qué medida el tipo de electrodo y el amperaje aplicado en el proceso de electroflotación afectarán los rendimientos de la separación de aceite lubricante emulsionado en agua?

Por tal motivo se plantea la hipótesis: La

S. HUANGAL SCHEINEDER Y T. A. CABRERA SALAZAR DE MORALES

aplicación de electrodos diferentes (hierro, aluminio y acero inoxidable) y distintos amperajes (1, 2 y 3 amperios) afectarán positivamente y de manera distinta el rendimiento de separación del aceite lubricante emulsionado en agua durante el proceso de electroflotación.

En el tratamiento de aguas residuales la electroquímica está tomando una ubicación importante y se habla de temas como electrocoagulación, electroflotación, sonoelectroquímica, bioelectroquímica. Las aguas residuales contienen compuestos clorados, compuestos orgánicos volátiles (COVs), fenoles, tensioactivos, grasas e hidrocarburos que se pueden tratar con electroquímica para reducir su efecto contaminante. (Mollah et al, 2001).

Materiales y métodos Población y muestra La población estuvo constituida por 54 litros de emulsión sintética de aceite lubricante en agua para realizar 27 pruebas con 2 litros cada una. La emulsión se preparó con 3000 ppm de aceite en agua. Este último valor es el exigido por la Organización Marítima Internacional en la resolución MEPC 107(49) para probar la efectividad de cualquier método de separación de una emulsión de aceite en agua. El aceite lubricante empleado fue el Helix Super 20W/50 multigrado del fabricante Shell.

La muestra estuvo constituida por 2 litros de emulsión sintética de aceite lubricante en agua para el proceso de electroflotación del cual se tomó una muestra de 1 litro de agua remanente después del proceso para el análisis de aceite remanente.

Operacionalización de variables 1. Tipo de Electrodo: Se utilizó tres tipos de electrodos de hierro, aluminio y acero inoxidable, en forma de peine. El ánodo con un área de contacto de 85 cm2 y el cátodo con un área de contacto de 60 cm2. La condiciones de ánodo y cátodo fue modificada cada 3 minutos por el cambio de polaridad para lograr un desgaste uniforme. La celda tuvo

un volumen de dos litros efectivo. Las dimensiones de los electrodos se muestran en el esquema.

Figura 1: Arreglo de electrodos.

Desde el punto de vista de conducción de electricidad los materiales empleados tuvieron las siguientes resistividades: - Hierro: 8.9 x 10-8 Ω.m - Acero inoxidable 304: 7.2 x10-7 Ω.m - Aluminio: 2.65 x 10-8 Ω.m 2. Amperaje aplicado: Se aplicó tres niveles de intensidad de corriente expresado en amperios: 1 A, 2 A y 3 A. Se utilizó una fuente poder con amperaje y voltaje regulable, y con cambio de polaridad. La capacidad de amperaje máximo fue de 5 Amperios y voltajes regulable de 1 a 12 voltios.

3. Porcentaje de separación de aceite: Esto resultó de calcular el porcentaje de remoción del aceite en base al análisis del aceite residual obtenido después del proceso de electroflotación. % remoción aceite: [(aceite inicial-aceite remanente)/aceite inicial)]*100 Recolección de información El método utilizado para la recolección de datos fue la observación estructurada, realizándose el registro sistemático en cuadros de comportamiento de las variables estudiadas (tipo de electrodo, amperaje aplicado, eficiencia de separación de aceite). Los datos de recolectaron de acuerdo al siguiente esquema: Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 11-19 13

Selección de electrodo y amperaje en la separación de un aceite lubricante emulsionado en agua por electroflotación

Tabla 1: Tipo de electrodo y amperaje aplicado.

Tipo de electrodo

Amperaje aplicado (amperios) T1 T2 T3 1A 2A 3A N1T1 N1T2 N1T3 % remoción % remoción % remoción N2T1 N2T2 N2T3 % remoción % remoción % remoción

N1 hierro N2 aluminio N3 N3T1 N3T2 N3T3 Acero % remoción % remoción % remoción inoxidable

Procesamiento y análisis de la información 1. Procesamiento: Antes de empezar el proceso de electroflotación a cada muestra se regulo la conductividad a 750 µS/cm por adición de NaCl. La temperatura de trabajo fue la ambiental, de aproximadamente 25°C. El tiempo de aplicación de corriente fue de 15 minutos, con cambios de polaridad cada tres minutos. El pH se ajustó 6.5 con la adición de ácido muriático (26% de HCl).

Para cada prueba se utilizó dos litros. Terminado cada ensayo se separó por la parte del fondo un litro de muestra para el respectivo análisis de aceite remanente contenida en el agua. El método de análisis de aceite en agua empleado fue el método gravimétrico, conocido como Método ASI-

NEL AS-02.05.05.01 (Ruiz, 2008), utilizado cuando se tiene bajos contenidos de aceite en el agua.

2. Análisis de información: Para cada combinación se realizó tres repeticiones y por lo tanto se obtuvo 27 resultados que fueron analizados utilizando el programa estadístico SPSS versión 19. Inicialmente se aplicó un análisis factorial de varianza para determinar si el tipo de electrodo y el nivel de amperaje aplicado influyen en forma individual y combinada sobre el porcentaje de separación del aceite emulsionado en agua después del proceso de electroflotación. Luego se realizó un análisis comparaciones múltiples para establecer cual combinación de variables independientes produce el más alto porcentaje de separación de aceite emulsionado en agua.

Resultados y discusión Los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 2. Estos valores mostrados son el resultado de los cálculos realizados en el Anexo en base al contenido de aceite inicial (3000 ppm= 3000 mg/L) y al contenido de aceite remante en cada ensayo. Los resultados se expresan como % de remoción de aceite. Para cada combinación se muestran tres valores que corresponden a las tres repeticiones.

Tabla 2: Porcentajes de remoción de aceite a partir de una emulsión aceite en agua por electroflotación empleando diferentes electrodos y amperajes.

Tipo de electrodo

Amperaje aplicado (amperios)

N1 hierro N2 aluminio N3 Acero inoxidable

T1 1A 72.1 71.5 73.2 91.5 90.9 92.1 69.4 70.3 68.5

T2 2A 78.8 79.3 77.5 94.6 95.1 96.2 73.1 72.9 74.5

T3 3A 84.7 84.2 85.1 98.9 99.4 99.6 76.8 77.6 78.2

Con los datos de la Tabla 2 se elaboró la tabla de promedios para cada combinación. Estos resultados se muestran en la Tabla 3 y se elaboró con el programa IBM SPSS versión 19.

14 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

S. HUANGAL SCHEINEDER Y T. A. CABRERA SALAZAR DE MORALES

Tabla 3: Promedio de los porcentajes de remoción de aceite a partir de una emulsión aceite en agua por electroflotación empleando diferentes electrodos y amperajes.

Estadísticos descriptivos Variable dependiente: Eficiencia remoción de aceite Electrodo Hierro

Aluminio

Aceroinox

Amperaje 1AMP 2AMP 3AMP Total 1AMP 2AMP 3AMP Total 1AMP 2AMP 3AMP Total

Media 72,2667 78,5333 84,6667 78,4889 91,5000 95,3000 99,3000 95,3667 69,4000 73,5000 77,5333 73,4778

Desviación típica ,86217 ,92916 ,45092 5,41143 ,60000 ,81854 ,36056 3,42053 ,90000 ,87178 ,70238 3,59436

N 3 3 3 9 3 3 3 9 3 3 3 9

Los mayores promedios se obtuvieron con el aluminio, dando un valor más alto con la combinación aluminio-3 amperios de 99,30% de remoción de aceite emulsionado. Con el hierro-3 amperios se obtuvo un valor más alto de 84,67% y con el acero inoxidable- 3 amperios un valor de 77,53%.

Con el mismo programa estadístico se realizó un análisis factorial de varianza para determinar el efecto tanto individual como combinado de las variables independientes ensayadas. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4: Análisis factorial de varianza del proceso de electro-flotación de emulsiones aceite en agua con electrodos y voltajes diferentes.

Pruebas de los efectos inter-sujetos Variable dependiente: Eficiencia remoción aceite Origen Electrodo Amperaje Electrodo* Amperaje a. b.

Hipótesis Error Hipótesis Error Hipótesis Error

Suma de cuadrados tipo II 2367,282 19,769 401,389 19,769 19,769 10,067

gl

Media cuadrática

F

Sig.

2 4 2 4 4 18

1183,641 4,942a 200,694 4,942a 4,942 ,559b

239,496 6 40,608

,000

8,837

,000

,002

MS(Electrodo * Amperaje) MS(Error)

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Selección de electrodo y amperaje en la separación de un aceite lubricante emulsionado en agua por electroflotación

De los resultados de la Tabla 4, valores de significancia menores de 0,05, se puede asegurar con una confianza de 95% que las variables ensayadas, amperaje y tipo de electrodo afectan la eficiencia de remoción de aceite por electroflotación a partir de una emulsión aceite en agua. Con los valores de F obtenidos se concluye que el factor que más influencia tiene en forma individual es el tipo de electrodo si se compara con el amperaje que muestra un valor de F menor. Además el valor de F combinado es menor que los valores individuales, dando como conclusión que el efecto combinado de los dos factores ensayados es menor que los factores individuales.

Si el tipo de electrodo ejerce mayor efecto sobre el porcentaje de remoción, entonces de la tabla 3.2 se observa que con el electrodo de aluminio con una intensidad de corriente de 3 amperios se obtuvo una porcentaje de remoción de aceite de 99,3%. Este valor comparado con 84,67% para el hierro-3 amperios y con 77,53% para acero inoxidable-3 amperios demostró que el aluminio es un electrodo recomendable para este tipo de separación.

Considerando el aceite recuperado como producto principal, el mayor rendimiento espacio-tiempo del reactor batch empleado fue de 0,198 g de aceite/L.min.

En el medio empleado (emulsión sintética de aceite lubricante en agua) debido a las diferentes sales con lo que se aditiva un aceite lubricante, se considera que el tipo de electrodo tuvo una marcada influencia. Si tomamos en cuenta sus valores de conductividad eléctrica de los electrodos ensayados el aluminio tiene una conductividad 27 veces mayor que el acero inoxidable y 3.3 veces mayor que el hierro.

La presencia de NaCl, que se adicionó para aumentar la conductividad del medio, podría tener un efecto adverso debido a que los iones Cl-1 formados por electrolisis podrían reaccionar con el Ca, P y Zn presentes en el aceite sintético utilizado y formar cloruros de Ca y Zn que podrían precipitarse sobre los electrodos.

16 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

Sin embargo, debemos tener presente que la polaridad de los electrodos debe cambiarse cada tres minutos, lo cual en forma neta mantiene los electrodos libre de precipitados. El beneficio final es la presencia de iones de cloro que tienen un efecto desinfectante en el agua.

Respecto a la densidad de corriente, esta fue de aproximadamente 415 A/m2 para el mejor resultado encontrado con electrodos de aluminio. En el trabajo de investigación de Ketkar, Mallikarjunan & Venkatachalam (2001) a una densidad de corriente semejante encontraron tamaños de burbujas de 28,7 µm y 1,3 µm para el oxígeno e hidrogeno respectivamente, utilizando electrodos de grafito pulido. Ellos concluyen que las burbujas de gas dependen también de la densidad de corriente, encontrando experimentalmente que el tamaño de la burbuja disminuyo con el aumento de la densidad de corriente. La condición de la superficie también afecta el tamaño de la partícula. Por ejemplo, superficies con pulido espejo de placas de acero inoxidable produce burbujas más finas.

La disposición de los electrodos que se muestra en la Figura 3.1 es diferente que el arreglo convencional propuesto por Poon (2007).

En el arreglo convencional el ánodo se instala en el fondo y el catado se fija a 10-50 mm encima del ánodo. Poon, encontró que en el arreglo propuesto no se asegura una rápida dispersión de burbujas de oxigeno generadas en elánodo afectando la eficiencia de flotación. En cambio con la disposición ensayada se notó una producción excelente de burbujas durante los ensayos.

El cambio de polaridad en forma periódica aseguro que en los electrodos no se formen precipitados de sales que de otra forma influirían negativamente en la conducción de electricidad y por lo tanto en la formación de burbujas que hacen efectiva la electroflotación.

El desgaste de los electrodos también se realiza en forma uniforme gracias a este cambio de polaridad. No se evaluó la pérdida en peso de los electrodos con el tiempo de aplicación, sin embargo Chen, Chen & Yue (2002) encontraron la

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vida de servicio de un electrodo es fuertemente dependiendo de la densidad de corriente utilizada, hallando que el tiempo de vida es inversamente proporcional a la densidad de corriente elevado por un factor de 1.4 a 2.0.

Los resultados encontrados difieren de los hallados porArango & Garces (2007), quienes en la aplicación de celdas electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales de la industria láctea obtuvieron mejores resultados con electrodos de hierro que con electrodos de aluminio. Esto demuestra la influencia del tipo de medio líquido utilizado.

Definitivamente la electroflotación es un proceso más efectivo si se compara con el proceso clásico de flotación con ayuda de aire disuelto (Khosla N.K.; 2011). Esto se debería porque el proceso de electroflotación (EF) es un proceso simple por el cual los contaminantes flotan en la superficie del agua adsorbidos sobre las pequeñas burbujas de hidrógeno y oxígeno generadas respectivamente en el cátodo y en el ánodo en el proceso de descomposición electrolítica del agua , según las reacciones: Reacción en el cátodo: 2H2O − 4e → O2 + 4H+ Reacción en el ánodo: 2H2O + 2e → H2 + 2OH−

1.23 V 2.80 V

La eficiencia del proceso de flotación está fundamentalmente determinada por el tamaño de las burbujas generadas, son preferibles las burbujas pequeñas ya que proporcionan una mayor superficie de contacto para la adsorción de las partículas a eliminar. Esta una de las principales ventajas del proceso de EF respecto a otros procesos de flotación clásicos como DAF (dissolved air flotation).El 90 % de las burbujas generadas en EF tienen un tamaño entre 15 y 45 μm mientras que en el proceso DAF (Sainz Sastre, J.A. 2007) el tamaño oscila entre 50 y 70 μm(Aguado J.A., 2010).

El pH de trabajo fue de 6.5, lo cual aseguró tener un tamaño de burbuja adecua-

do. Esto coincide con los resultados encontrados por Llerena, Ho & Piron (2006), quienes concluyeron que la variación del tamaño de las burbujas depende del pH de agua así como del material utilizado como electrodos. Las burbujas de hidrogeno son más pequeñas a pH neutro.

Las burbujas de oxígeno, aumentan su tamaño con el pH. El porcentaje de remoción logrado (99,3%) fueligeramente menor que el que se debe lograr de acuerdo con el exigido por la Organización Marítima Internacional en su resolución MEPC 107(4) que exige un máximo de 15 ppm de aceite en agua y que en porcentaje represente 99,5%. Podemos considerar que con todos los errores experimentales se ha logrado un buen resultado.

Conclusiones 1. Se determinó la influencia del tipo de electrodo y de los diferentes niveles de amperaje en la eficiencia de separación de aceite lubricante emulsionado en agua durante el proceso de elctroflotación.

2. La mejor combinación para una separación óptima de aceite emulsionado en agua fue de electrodo de aluminio y 3 amperios.

3. La mayor eficiencia lograda fue de 99,3%, que el exigido por Organización Marítima Internacional en su resolución MEPC 107(4) que es de 99,5% a partir de una emulsión sintética de aceite en agua de 3000 mg/L. Bibliografía Aguado J.A. 2010. Tratamiento electroquímico de aguas residuales. Mi+d: Un lugar para la ciencia y la tecnología, El agua. Recuperado de la web: http://www.madrimasd.org/ blogs/remtavares/2010/09/17/131491.

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Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 29/09/2015 Aceptado: 09/12/2015

LOS EFECTOS DE LA SOLIDIFICACIÓN UNI-DIRECCIONAL EN LA MICROESTRUCTURA DE UN ACERO DEL TIPO AUSTENÍTICO THE EFFECTS OF UNI-DIRECTIONAL SOLIDIFICATION IN THE MICROSTRUCTURE OF A STEEL TYPE AUSTENITIC Anwar J. Yarin* y César R. Nunura**

Resumen El presente trabajo objetiva el estudio de la relación entre parámetros térmicos de solidificación y la estructura formada para la solidificación unidirecional del acero inoxidable AISI 316L. Un horno tubular vertical con calentamiento resistivo para operar hasta 1650oC y un sistema de enfriamiento a aire para la base del molde (crisol) fueron utilizados para promover solidificación unidirecional ascendente in situ. El acero AISI 316L fue fundido a 1450 ºC en crisoles de cuarzo y grafito bajo atmósfera protectora de argón. Los lingotes fueron seccionados longitudinal y transversalmente para retirada de muestras para observación metalográfica por microscopia óptica e microscopia electrónica (SEM), bien como ensayos de microdureza Vickers. Parámetros de solidificación, como las tasas de enfriamiento calculadas teóricamente fueron correlacionados con aspectos de la estructura bruta de solidificación, espacios interdendríticos secundarios, y microdureza.

Palabras clave: Acero inoxidable austenítico AISI 316L, solidificación unidirecional ascendente, espacios dendríticos, microestructura.

Abstract The main objective of this work is to investigate the correspondence between solidification parameters and the as-cast structures on the AISI 316L austenitic stainless steel obtained by unidirectional solidification at unsteady-state heat transfer conditions. A vertical furnace that contains a cooling system controlled by air flow which allows upwards unidirectional solidification was used for carrying out the experiments. The AISI 316L steel was melted at 1450 ºC in quartz and graphite crucibles using argon as a protective atmosphere. The ingots were cut in longitudinal and transversal sections in order to analyze their macro and microstructure and then the correlation between the as casting structure and solidification parameters was done. The resulting microstructures were investigated by hardness test also. The growth rates were calculated and correlated to as-cast structure characteristics, such as secondary dendrite arm spacing, and hardness.

Keywords: A ISI 316L austenitic stainless steel, upward unidirectional solidification, microstructure.

*

Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur-Ingeniería Mecánica y Eléctrica (Perú) CAPES-Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Brasil)

**

Los efectos de la solidificación unidireccional en la microestructura de un acero del tipo austenítico

Introducción destacando la composición química referente al Los aceros inoxidables austeníticos AISI AISI 316L y las temperaturas de inicio de soli316L presentan alta resistencia a la corrosión en dificación (TL-Liquidus) y de final de solidificatemperatura ambiente, buena ductilidad, buena ción (TS-Solidus). La Figura 2 presenta detalles tenacidad en bajas temperaturas, biocompatibi- del diagrama pseudobinário del sistema Fe-Crlidad, siendo considerados como superaleacio- Ni, destacando el camino de solidificación para nes(1,2,3). Son constituidos básicamente por Fe condiciones de equilibrio termodinámico. como matriz, Cr entre 16-18% (en peso), Ni entre 10-14%, Molibdeno entre 2-3%, Mn por debajo de 2%, y con tenor de C inferior de 0,03%, disminuyendo la formación de carburos.

Entre las principales aplicaciones de ese material, se pueden citar: • Tuberías y vasos de presión para la industria química y petroquímica(4); • Intercambiadores de calor de sangre de soluciones Figura 1. Diagramas de previsión de las temperaturas liquidus cardioplégicas(6); (TL) y solidus (TS) del sistema Fe-Cr-Ni(9).

• Fabricación de placas de células combustibles de membrana polimérica, substituyendo las actuales placas de grafito, buen material conductor, mas extremamente frágil, dificultando su proceso y manipulación(7).

Toda pieza o componente metálico fabricado presentará propiedades dependientes de su proceso, desde su solidificación hasta las etapas subsecuentes de conformación mecánica, tratamientos térmicos, mecanizado, etc. Siendo así, la solidificación se constituye en la primera etapa del proceso de fabricación, y ejercerá influencias directas en las etapas posteriores y en Figura 2. Diagrama pseudobinário de equilibrio para el sistema Fe-Cr-Ni, conservando el las propiedades del producto final(8).

(10) Los diagramas de fases brindan informa- tenor de Fe constante . ciones sobre las transformaciones de fases líquido-sólido y sólido-sólido en condiciones de Dependiendo de los tenores de cromo e equilibrio termodinámico, ayudando al estudio níquel do acero, se puede tener la fase primade la solidificación. Tratándose de una aleación ria oriunda del inicio de solidificación con escon tres o más elementos se torna necesario el tructura completamente austenítica o austenítiempleo de los diagramas ternarios. La Figura 1 ca-ferrítica, conforme se observa en el campo muestra estos diagramas del sistema Fe-Cr-Ni, en destaque da Figura 2. Segundo Ares et al 22 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

A. J. YARIN Y C. R. NUNURA

(10), análisis térmicas realizadas en muestras El objetivo del presente trabajo es el estude aceros inoxidables AISI 316L permitieron dio de la solidificación uni-direcional y la realideterminar las temperaturas liquidus y solidus, zación de experimentos en condiciones de flurespectivamente iguales a 1.434°C e 1.387ºC jo de calor transiente, para el acero inoxidable para tasas de enfriamiento próximas a 5ºC/min austenítico AISI 316L, estableciéndose correla(0,08ºC/s). El camino de la solidificación defi- ciones entre as condiciones de solidificación y nido para ese acero a partir del líquido es: líqui- la estructura resultante. do → (líquido+ γ sólido) → γ sólido. Dependiendo del grado de segregación de solutos, la Materiales y métodos composición del líquido puede ser modificada, El acero inoxidable AISI 316L estudiado originando la siguiente transformación: líquido en este trabajo presentó la composición quími→ (líquido + γ sólido) → (líquido + γ sólido + ca certificada por el fabricante según la Tabla 1. δ sólido) → (γ sólido + δ sólido). En ese último Tabla 1. Composición química nominal del AISI 316L. caso, ocurre la formación de ferrita en la re- Elementos C Cr Ni Mo Mn Si Otros gión interdendrítica. La % en peso 0,016 16,17 10,33 2,20 1,75 0,36 0,4318 solidificación direccional a bajas velocidades de crecimiento permite observar que la mayoría Para los experimentos fue utilizado un horde los elementos de aleación, incluyendo Cr, no vertical de fusión/solidificación, teniendo Ni, Mo, Mn, Si e P presentan coeficiente de dis- como principales características: potencia de 5 tribución menor que la unidad, siendo disueltos kW, sistema de calentamiento resistivo minimien solución sólida. Cuando existe la presencia zando turbulencia en el baño fundido, controde carbono, aun en bajos tenores, la segrega- ladores de calentamiento y rampas, sistema de ción de los solutos posibilita la formación de enfriamiento con aire en la base del molde (cricarburos de Cr y Mo con estructura eutéctica, sol), cámara de fusión encapsulada por tubo de lo que causa la degeneración del crecimiento cuarzo de 75 mm de diámetro y 500 mm de lonplano, llevando al crecimiento celular, seguido gitud, sistema de instrumentación por termopapor el dendrítico. La Figura 3 muestra ejemplos res y sistema de elevación del molde cargado de microestructuras encontradas en los aceros a la cámara de fusión/solidificación. Para los AISI 316L. experimentos fue utilizado un caudal de 20 l/ min de aire comprimido para enfriamiento de la base del crisol. La Figura 4 presenta el horno instalado, destacando la parte baja de la cámara de alta temperatura con el sistema de elevación y cámara de cuarzo. (a) (b) (c) Figura 3. Microestruturas del acero AISI 316L: (a) bruto de solidificación, 400x(11), (b) recocido, 400x(12), (c) junta soldada(13).

Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 21-29 23

Los efectos de la solidificación unidireccional en la microestructura de un acero del tipo austenítico

Figura 4. Fotografías: (a) horno y sistema de gases, (b) refractario porta-crisol, (c) cámara de cuarzo, (d) sistema de elevación y (e) parte inferior del horno.

Luego de la solidificación en crisoles de cuarzo y grafito (Figura 5a), muestras fueron retiradas de los lingotes obtenidos y sometidas a análisis metalográfica por microscopia óptica (sin y con ataque: 100 mL HCl, 5 g CuCl2, 100 mL etanol 95%)(14,15,16). La Figura 5b muestra un esquema de las regiones en donde fueron realizados los análisis.

Medidas de los espacios dendríticos secundarios fueron realizadas en diferentes posiciones, a partir de la base resfriada de los lingotes, y correlacionados con las tasas teóricas de enfriamiento empleando expresiones de la literatura(17). En seguida las amuestras fueron analizadas por medidas de microdureza Vickers(18).

Figura 5. En (a), fotos de los crisoles. En (b), esquema de las posiciones analizadas en los lingotes.

24 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

Resultados La Figura 6 presenta macrografías longitudinales de los lingotes obtenidos en crisol de cuarzo y crisol de grafito, mientras que la Figura 7 muestra micrografías transversales de regiones próximas a la superficie y al centro de los lingotes. Conforme se observa, la estructura se presenta predominantemente dendrítica, con ramificaciones de la matriz austenítica y una región interdendrítica irregular.

A. J. YARIN Y C. R. NUNURA

(a) (b) Figura 6. Macrografias longitudinales de los lingotes: (a) cuarzo, (b) grafito.

Análisis en microscopia electrónica (SEM) fueron realizadas en las muestras, con auxilio de EDS (espectrometría por energía dispersiva de rayos-x), detectores SE (electrones secundarios) y BSE (electrones retro dispersados).

Fueron realizadas análisis cualitativas en las regiones interdendríticas, conforme indicaciones em las imágenes de la Figura 8a (región clara) y Figura 8b (región escura), indicando la presencia de Cr, Ni y Mo, con picos de Cr mayores que los picos de Ni y los picos de Mo. Se observó también la presencia de una fase oscura y globular (Figura 8c-región gris oscura), en el interdendrítico y algunas veces presente en la matriz dendrítica, con la presencia de Mo (picos mayores) y Cr (picos menores), No fue constatada la presencia de Fe. Los espectros son presentados a la derecha.

Figura 8. Micrografias en microscopia electrónica (SEM) de regiones interdendríticas.

Figura 7. Micrografias transversales de los lingotes: (a) cuarzo, (b) grafito.

Micrografías de la sección longitudinal fueron utilizadas para las medidas de los espacios dendríticos secundarios para posiciones específicas a partir de la base refrigerada del lingote (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8 mm). Conforme puede ser visto en las imágenes de la Figura 9, la estructura del lingote de cuarzo se presenta más direccional, con dendritas mayores y menores regiones interdendríticas. En el caso de la estructura del crisol de grafito, esta se presenta con menor direccionalidad y mayor equiaxilidad, evidenciando la extración de calor en las laterales próximas a la base.

Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 21-29 25

Los efectos de la solidificación unidireccional en la microestructura de un acero del tipo austenítico

Figura 9. Micrografías de las estructuras dendríticas en diferentes posiciones de los lingotes: (a) crisol de cuarzo, (b) crisol de grafito.

(Cuadro: 1266 μm de lado).

La Tabla 1 presenta los valores medidos para los espacios dendríticos secundarios, destacando el valor mínimo encontrado, el valor máximo y el promedio de diez medidas por posición (región 26 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

medida comprendida en un cuadro de 1266 μm x 1266 μm). La Figura 10 muestra en forma gráfica el comportamiento de los espacios dendríticos secundarios a lo largo de la altura de los lingotes.

A. J. YARIN Y C. R. NUNURA

Tabla 1. Valores de los espacios dendríticos secundários.

Crisol de cuarzo

Crisol de grafito

Mínimo

Máximo

Média

Mínimo

Máximo

Média

Punto 1

51,7

64,5

58,14

27,1

39,6

32,26

Punto 2

50,8

81,1

64,36

31,8

62,6

47,01

Punto 3

50,4

68,4

59,38

47,3

67,4

53,43

Punto 4

39,3

58,3

48,70

33,4

67,0

45,65

Punto 5

58,0

66,3

62,36

30,5

71,2

49,59

Punto 6

92,1

105,9

100,72

28,7

50,5

38,42

Punto 7

-

-

-

32,8

70,4

50,66

Punto 8

-

-

-

45,1

69,8

59,7

Figura 10. Variación del espacio dendrítico secundario en función de la distancia a partir de la base de los lingotes.

La Figura 11 presenta los valores medidos para microdureza. Como se observa, la estructura más grosera obtenida en el crisol de cuarzo refleja en menores valores de dureza (aproximadamente la mitad de los valores observados para el crisol de grafito). Se nota también una mayor variación en los valores para el caso del

grafito en función de la mayor cantidad de porosidad observada visualmente.

La Tabla 2 presenta los valores medios para λ2 y los valores de las tasas de enfriamiento calculadas a partir de la Ecuación (1), recomendada para aceros inoxidables según (17).

Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 21-29 27

Los efectos de la solidificación unidireccional en la microestructura de un acero del tipo austenítico

Figura 11. Variación de la microdureza Vickers en función de la distancia a partir de la base de los lingotes (carga 1000 g).

Tabla 2. Media de los valores de λ2 y de las tasas de enfriamiento calculadas.

λ2 = 68.T

(1)

Conclusiones La solidificación en crisol de cuarzo generó una estructura más columnar, direcional y también más grosera, mientras que el lingote obtenido en crisol de grafito fue completamente equi-axial y con espacios dendríticos secundarios menores. Entre los factores que contribuyeron para tal comportamiento se mencionan las propiedades termofísicas de los diferentes materiales, las dimensiones de los crisoles y el volumen de los lingotes.

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28 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

λ2 [μm]

T [K/s]

24

10

33

5

50

2

68

1

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Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 21-29 29

Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 16/10/2015 Aceptado: 22/12/2015

MEJORA CONTINUA DEL SISTEMA METROPOLITANO DE GESTIÓN AMBIENTAL LIMA-PERÚ Jorge Lescano Sandoval1, Lucía E. Valdéz Sena2 y Luis A. Vílchez Lara2 Resumen Se estudia y analiza la situación actual del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental y la Política Metropolitana del Ambiente y sus 43 distritos que la conforman. Encontrándose desvinculación, descoordinación e incoherencias entre sus Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental, tales como: Política Ambiental, Sistemas de Gestión Ambiental, Unidad Orgánica en materia ambiental, Comisión Ambiental, Plan de Acción y Agendas Ambientales. Se presentan cerca de 35 recomendaciones para una Mejora Continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental, siendo la más importante la propuesta de Unidad Orgánica como la Gerencia de Gestión Ambiental y 5 Subgerencias tanto para el ámbito metropolitano como distrital.

Palabras clave: Mejora Continua, Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental.

Abstract It explores and analyzes the current situation of the Metropolitan system of environmental management and the metropolitan environmental policy and its 43 districts that make it up.

Decoupling, lack of coordination and inconsistencies between their instruments of planning and environmental management, such as: environmental policy, management systems, organic unity in environmental matters, environmental Commission, Action Plan and environmental Agendas.

About 35 recommendations are presented for a continuous improvement of the Metropolitan system of environmental management, the most important being the proposal of organic unity as the Department of environmental management and 5 Assistant for the Metropolitan as district level.

Key words: Continuous improvement, Metropolitan System of Environmental Management.

Introducción El 8 de junio de 2004, se publicó la Ley N° 28245: Ley Marco del Sistema Nacional de Gestión Ambiental. El Reglamento de la Ley Marco del Sistema Nacional de Gestión Ambiental (SNGA), fue aprobado mediante Decreto Supremo N° 008-2005-PCM, de fecha 24 de enero de 2005. En ambas normas se señalaba expresamente la forma como se estructuraría e implementaría el Sistema de Gestión Ambiental en el Perú y en sus diferentes niveles de gobier1 2

Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels) Universidad Nacional Federico Villarreal (UNFV)

no: nacional-sectorial, regional y local (provincias y distritos).

La metrópoli de Lima, capital de la República del Perú, tiene una superficie aproximada de 2819 km2 y está dividida política y administrativamente en 43 distritos que abarcan un territorio amplio, diverso y fragmentado en el marco de la gestión. La Ley Orgánica de Gobiernos Regionales N° 27867, concede un régimen especial a la capital de la República y en el artículo 65º señala que no integra ninguna re-

Mejora continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental Lima-Perú

gión. En la provincia de Lima las competencias y funciones reconocidas al gobierno regional son transferidas a la Municipalidad Metropolitana de Lima (MML), la cual posee autonomía política, económica y administrativa en los asuntos de su competencia regional y municipal. Toda mención contenida en la legislación nacional que haga referencia a los gobiernos regionales se entiende también hecha a la Municipalidad Metropolitana de Lima, en lo que resulte aplicable.

Por consiguiente, y siguiendo en esta línea, Lima Metropolitana funciona como municipio y a la vez como región.

La Ordenanza Nº 1016, del 27 de abril de 2007 y su Reglamento aprobado por Decreto de Alcaldía N° 085, de fecha 27 de noviembre 2007, sobre el Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental (SMGA), señala que el ámbito de aplicación de tal Ordenanza es la Provincia de Lima y se aplica a las actividades relativas a la Gestión Ambiental, cuyo cumplimiento es obligatorio para todas las personas naturales o jurídicas, de derecho público o privado (artículo 2º).

El Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental (SMGA), se establece como instrumento de gestión concordante con el Sistema Nacional de Gestión Ambiental (SNGA) y como parte de la Política Nacional Ambiental (PNA) y su finalidad es efectivizar la aplicación de las políticas, planes, programas y acciones para asegurar un ambiente saludable, equilibrado y adecuado para el pleno desarrollo de la vida de los habitantes de la Provincia de Lima (artículo 4º).

La Ordenanza Nº 1628, de fecha 18 de setiembre de 2012, aprueba la Política Metropolitana del Ambiente (PMA). Señala al Principio de Mejora Continua y el de Sostenibilidad Ambiental, objetivo de largo plazo que debe alcanzarse a través de esfuerzos progresivos, dinámicos y permanentes, que generen mejoras incrementales.

El Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental (SMGA) es un instrumento o herramienta que posibilita el desarrollo e implementación de la Política Metropolitana del Ambiente (PAM) y por ende asegura el desempeño de una excelente 32 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

Gobernanza y Gobernabilidad Ambiental en ese nivel de gobierno.

La problemática desde la perspectiva de la Gobernabilidad y Gobernanza Ambiental es notoria al observar lo siguiente: • El aparente desconocimiento de la normativa ambiental a nivel de los municipios que configuran la metrópoli.

• La débil gobernanza y gobernabilidad ambiental a nivel regional y distrital. La falta de continuidad entre una y otra gestión municipal.

• La falta de criterio unitario y geográfico de la ciudad como un todo.

• La desconexión y falta de articulación entre el Sistema de Gestión Ambiental Metropolitano y la Política del Ambiente.

• El débil o inexistente marco institucional ambiental a nivel distrital.

• La descoordinación interinstitucional ambiental entre todos los distritos que conforman la metrópoli.

• La falta de cooperación entre los distritos y la autoridad metropolitana o regional en materia ambiental.

• La falta de información y estadísticas confiables ambientales a nivel distrital y metropolitano.

• La escasa o nula participación de la población en cuestiones ambientales.

• La superposición de funciones, falta y clara definición de atribuciones y competencias en materia ambiental.

• La falta de educación, cultura y ciudadanía ambiental.

• La falta de credibilidad en la institucionalidad ambiental por parte de la población y los bajos niveles de concreción de las políticas, planes y agendas ambientales.

• La remoción permanente de funcionarios y la escasa competencia de los mismos. Escasa o nula capacitación de los funcionarios y personal en materia ambiental.

• La carencia de líneas de investigación a nivel regional y local.

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• La falta de recursos financieros y humanos.

Municipios sin recursos para financiar proyectos ambientales.

• Entre otros.

La investigación se propuso como: Objetivos generales: • Evaluar la actual situación de los gobiernos locales (43 distritos) y del Gobierno Regional Metropolitano, respecto a sus Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental, tales como: política, sistema de gestión ambiental y otros.

• Proponer el diseño de una Estructura Orgánica (Unidad Orgánica) de un Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental que contribuya a la actualización o modernización, mejora, fortalecimiento y consolidación del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental y por ende, el cumplimiento de la Política Metropolitana del Ambiente en el marco del Desarrollo Sostenible.

Objetivos específicos: • Analizar los ROF y Ordenanzas de los 43 distritos y de la metrópoli de Lima a fin de determinar la Unidad Orgánica en materia ambiental, así como las Políticas Ambientales y los Sistemas de Gestión Ambiental Metropolitana y Distritales.

• Analizar los principios establecidos en las Políticas Ambientales de algunos distritos a fin de demostrar las diferencias entre los mismos.

• Identificar la existencia de comisiones ambientales municipales y los miembros que la conforman para determinar las diferencias entre ellos y la de la Municipalidad Metropolitana.

• Diseñar y proponer una Estructura Orgánica (Unidad Orgánica) para la metrópoli de Lima y cada uno de sus 43 distritos que abarque los Ejes de la Política Metropolitana del Ambiente y otros aspectos de Gestión Ambiental, que por atribuciones y competencias les corresponderían.

• Recomendar acciones que permitan la Me-

jora Continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental.

Método La investigación es básica y teórica. Descriptiva y usa como criterio el análisis de documentación nacional e internacional, la comparación y proposición bajo el término de recomendaciones.

El estudio abarca los 43 distritos que componen la Metropolí de Lima (ver Figura 1) y a la vez constituye el universo de la investigación.

A continuación, se detalla cada uno de los distritos de análisis, los mismos, que constituyen el espacio o área geográfica de estudio (ver en anexo mapa).

• Distritos de zona norte: Ancón, Santa Rosa, Carabayllo, Puente Piedra, Comás, Los Olivos, Independencia, San Martín de Porres.

• Distritos de zona sur: San Juan de Miraflores, Villa María del Truinfo, Pachacámac, Villa El Salvador, Lurín, Punta Hermosa, Punta Negra, San Bartolo, Santa María del Mar, Pucusana.

• Distritos de zona Lima antigua: Rimac, Lima, Breña, San Miguel, Magdalena Vieja, Jesús María, Lince, San Isidro, Magdalena del Mar, San Borja, Surquillo, Miraflores, Barranco, Chorrillos, La Molina • Distritos de zona este: San Juan de Lurigancho, El Agustino, Santa Anita, San Luis, Ate, Chaclacayo, Lurigancho-Chosica, Cieneguilla.

Específicamente se centra en el tema vinculado al sector ambiental, es decir a la existencia de un Marco Institucional, Política Ambiental, Sistema de Gestión Ambiental y/o de cualquier otro Instrumento de Planificación y Gestión Ambiental. Como espacio temporal comprende todo el 2014, es decir de enero a diciembre de 2014.

Resultados a. De los resultados se puede evidenciar lo siguiente: -- Los municipios no tienen uniformidad en cuanto a la denominación de sus UnidaUntels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 31-41 33

Selección de electrodo y amperaje en la separación de un aceite lubricante emulsionado en agua por electroflotación

des Orgánicas, así como desde el punto de vista de sus funciones y competencias en materia ambiental: (9) Gerencias de Servicios a la Ciudad, (5) Gerencias de Gestión Ambiental/ Ambiente, (4) Gerencias de Servicios Públicos, (7) Gerencias de Servicios a la Ciudad y Medio Ambiente, (5) Gerencias de Gestión Ambiental/Ornato/Obras/Desarrollo Urbano/ Educación, Salud, (6) Subgerencias de Gestión Ambiental; (14) Subgerencias de Medio Ambiente/Parques y Jardines/Ornato/Salud; Gerencia de Desarrollo Social/Gerencia de Obras Públicas/ Gerencia de Desarrollo Urbano y (4) sin Dependencias.

-- Difieren notablemente en cuanto a fechas de creación y funcionamiento.

-- El término «medio ambiente» es usado indistintamente y predomina en la gran mayoría de los distritos, lo cual permite deducir que no hay un claro uso del término: ambiente.

-- El nivel de cada Unidad Orgánica de la Estructura Orgánica difieren en orden de jerarquía, se presentan a nivel de: Gerencia, Subgerencia, Dirección, División, Departamento, Programa y Unidad. b. Resultados de la información obtenida a través del análisis de ordenanzas municipales sobre: Política Ambiental, Sistema de Gestión Ambiental, Estructura Orgánica Ambiental, Comisión Ambiental Municipal, Agenda y/o Plan de Acción Ambiental.

Del análisis efectuado se puede señalar lo siguiente: distritos sin Política Ambiental; distritos sin Sistema de Gestión Ambiental; distritos sin Unidad Orgánica en Materia Ambiental; Distritos sin Comisión Ambiental Municipal; distritos sin Agenda y/o Plan de Acción Ambiental.

De la revisión de las Ordenanzas Municipales se obtuvo lo siguiente: Respecto a la Política Metropolitana del Ambiente 34 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

La Ordenanza N° 1628, de fecha 18 de setiembre 2012. Aprueba la Política Metropolitana del Ambiente. En la misma se señala lo siguiente: • En presentación, se señala: La Política Metropolitana del Ambiente responde de manera integral a la actual situación crítica de Lima. Esta política se enmarca en el enfoque y prioridades de la Política Nacional del Ambiente, aprobada por Decreto Supremo N° 012-2009-MINAM y armoniza la gestión de ambos niveles de gobierno.

• En el ítem 3.5, se señala: La formulación de una política pública de carácter provincial en materia ambiental, es una intervención deliberada, explícita, sistemática y sostenida que se pone en marcha desde el gobierno metropolitano de la ciudad de Lima, e involucra a todos sus gobiernos distritales y obliga a todos los individuos y a toda la sociedad; cuyo desarrollo debe ser coordinado con las entidades del sector público nacional, regional y local, según corresponda. Lamentablemente los 43 distritos de Lima Metropolitana no se han involucrado en ello.

Cada gobierno distrital debe elaborar políticas, normas, programas y proyectos de carácter local, de conformidad con esta política y con las normas generales y específicas que la instrumentalizan. Sin embargo, existe una irresponsabilidad política por parte de las autoridades ediles en materia ambiental.

Ello también obedece a que las autoridades distritales son de partidos, organizaciones o movimientos políticos diferentes y en algunos casos contrarios a la autoridad edil metropolitana lo cual interfiere y dificulta la coordinación y cooperación entre los municipios, no solo en el sector ambiental, sino en otros ámbitos del desarrollo.

• Conforme a lo que dispone el numeral 2 del artículo 157° de la Ley Orgánica de Municipalidades, Ordenanza N° 1628, tiene alcance, vigencia y preeminencia metropolitana.

Ninguna municipalidad distrital puede dictar

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disposiciones que la modifiquen, contraríen o conduzcan a su inaplicación. Al no adecuar, los distritos sus Políticas Ambientales a la Política Metropolitana del Ambiente se desprendería primacía de la Política Metropolitana del Ambiente, por lo tanto, la de los distritos serían inválidos. En consecuencia, tendrían que adecuarse y actuar en base a la metropolitana con carácter de urgente.

• En el punto VIII: Ejes de Política, se indica que la Política Metropolitana del Ambiente es de cumplimiento obligatorio en los niveles de gobierno regional y local en la provincia de Lima y de carácter orientador para el sector privado y la sociedad civil. En consecuencia los 43 distritos deben acatar esta disposición.

• Se presentan de manera diferente los principios de la Política Ambiental. Por ejemplo, los distritos de: Ate, Barranco y Lima Metropolitana, señalan de manera arbitraria, sin criterio de unicidad, sin coincidencia o correspondencia a cada uno de los principios de la Política Metropolitana del Ambiente. Ello genera confusión y puede conducir a interpretar y aplicar las normas de manera indistinta e incorrecta.

No existe normatividad específica para que los municipios distritales informen sobre el manejo y gestión que realizan en materia ambiental, realización de exámenes, controles, tomas de muestras, supervisión y cualquier otra actividad necesaria para el cumplimiento de su misión respecto a la Gestión Ambiental Metropolitana. Asimismo, las Comisiones Ambientales Distritales no se han adecuado a la Política Metropolitana del Ambiente y al Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental y su Reglamento, lo cual constituye en una irresponsabilidad, ineficiencia e ineficacia de Gobernabilidad y Gobernanza Ambiental a nivel metropolitano.

Respecto al Sistema de Gestión Ambiental Presentan diferentes definiciones de Sistema de Gestión Ambiental. Por lo tanto, no se tiene

definido y claro cuáles son los Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental a nivel Distrital.

Respecto a la Comisión Ambiental Municipal (CAM) Se definen de manera y constituyen en forma diferente a sus componentes.

Discusión Para efectos de la Mejora Continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental Lima-Perú (actualización o modernización, fortalecimiento, mejora y consolidación de la Gestión Ambiental), se establecen un conjunto de recomendaciones y acciones a llevar a cabo, las mismas que se señalan a continuación: Nota: La Gestión Ambiental involucra: el Uso Sostenible de los Recursos Naturales (conservación y aprovechamiento) y la calidad ambiental en el sentido más amplio. Su finalidad es la Protección Ambiental en el marco del Desarrollo Sostenible.

De carácter general: Nacional y regional Recomendación: • Se debe con urgencia modernizar el Sistema Nacional de Gestión Ambiental y adecuarse a la actual Política Nacional del Ambiente, la misma que merece revisión y actualización.

De carácter metropolitano-distrital 1. De la Estructura Orgánica-Unidad Orgánica en Materia Ambiental La Ordenanza N° 1751, Publicada en el Diario Oficial El Peruano el 14 de diciembre de 2013. Ordenanza que modifica el Reglamento de Organización y Funciones (ROF) de la Municipalidad Metropolitana de Lima, en su artículo 148º señala la existencia de la Gerencia Ambiental con la siguiente estructura orgánica: -- Subgerencia de Planeamiento, Gestión e Información Ambiental -- Subgerencia de Evaluación y Calidad Ambiental -- Sugerencia de Recursos Naturales y Cambio Climático Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 31-41 35

Mejora continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental Lima-Perú

-- Subgerencia de Operaciones Ambientales Recomendaciones: • Tomando como referencia a Lima Metropolitana y a nivel de cada uno de los 43 distritos que conforman la metrópoli se debiera considerar uniformizar la Unidad Orgánica en materia ambiental y estandarizar sus competencias y atribuciones en materia ambiental.

Es obvio que cada distrito debe considerar su realidad ambiental, la misma que en su conjunto o carácter unitario geográfico, corresponderá a Lima Metropolitana.

• Las funciones y responsabilidades de las autoridades locales ante las instancias superiores de gobierno se deben expresar con claridad en las disposiciones legislativas y los textos jurídicos, estipulando que sólo las funciones y responsabilidades que queden fuera de su ámbito y competencia se asignarán a otra autoridad. La Legislación Nacional y, de ser posible, la Constitución deben determinar la manera en que se han de constituir las autoridades locales, la naturaleza de sus poderes y el ámbito de su autoridad y sus responsabilidades, deberes y funciones.

• Tal Unidad Orgánica, tanto a nivel metropolitano y distrital podría ser la Gerencia de Gestión Ambiental y dentro de la misma considerar como Estructura Orgánica, Subgerencias tales como los que a continuación presentamos y abarcar los Ejes de la Política con sus Líneas de Acción correspondientes y que como propuesta se presentan a continuación: Nota: Los ejes están referidos a los de la Política Metropolitana del Ambiente y se han introducido en las mismas líneas de acción, nuevas que pueden o no ser consideradas como tales. b. Subgerencia de Políticas, Planificación, Gestión y Gobernanza y Gobernabilidad Ambiental Eje de Política 4: Gobernanza Ambiental -- Políticas, planes e instrumentos de Gestión Ambiental -- Institucionalidad ambiental (fortaleci36 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

miento de capacidades): Gobernabilidad y gobernanza -- Educación, gestión de cultura y ciudadanía ambiental -- Investigación, información, comunicación e indicadores ambientales -- Inclusión social en la gestión ambiental Eje de Política 5: Compromisos y oportunidades ambientales internacionales -- Compromisos internacionales -- Ambiente (biocomercio, bienes y servicios), comercio y competitividad -- Coordinación y cooperación ambiental -- Financiación y negociación ambiental -- Consumo y producción sostenible -- Seguridad ambiental -- Otros c. Subgerencia de Calidad Ambiental y Uso Sostenible de los Recursos Naturales Eje de Política 1: Conservación y aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y la diversidad biológica.

- Recursos hídricos y cuencas - Desertificación y sequía - Tierras y suelos-agricultura urbana - Océanos y mares -- Ecosistemas: Playas, acantilados, lomas, humedales, entornos marino continentales, otros.

- Áreas verdes: Parques, jardines y ornato - Biodiversidad: flora y fauna -- Energías renovables -- Ordenamiento ambiental del territorio.

Paisaje urbano -- Riesgo natural y antrópico - Otros Eje de Política 3: Gestión integral de la calidad ambiental - Calidad de agua - Calidad del suelo -- Calidad del aire, del control de ruido y las vibraciones, radiaciones ionizantes y no ionizantes -- Gestión de los residuos sólidos -- Sustancias químicas y materiales peli-

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grosos Inclusión de los recicladores en la gestión integral de los residuos sólidos -- Estándares, límites máximos permisibles y normalización ambiental -- Tecnologías ecológicamente racionales -- Otros d. Subgerencia de Mitigación y Adaptación al Cambio Climático Eje de Política 2: Mitigación y adaptación al cambio climático -- Adaptación -- Mitigación y ecoeficiencia -- Instrumentos y/o herramientas para establecer metodologías comunes para integrar el cambio climático en las estrategias de desarrollo de las ciudades y la elaboración de un protocolo nacional (metropolitano) sobre las emisiones de gases de efecto invernadero a escala distrital. d. Subgerencia de Higiene, Salud y Saneamiento Ambiental -- Higiene, salud ambiental (calidad del agua de consumo humano, inocuidad de los alimentos, peligros y alertas en salud ambiental, salud ambiental en emergencias y desastres, zoonosis, salud ocupacional, aire en interiores, epidemiología, otros) -- Saneamiento ambiental e. Subgerencia de Evaluación, Control, Fiscalización y Justicia Ambiental -- Evaluación y control de la calidad ambiental -- Incentivo y fiscalización -- Prevención de conflictos socioambientales -- Justicia ambiental -- Otros El término «medio ambiente» debe ser sustituido por el término: «ambiente» en todas las normas de todos los distritos en la que aparezca.

Esta propuesta implica contrastar las funciones y competencias que en materia ambien--

tal tienen el gobierno nacional, regional y local (provincias y distritos).

2. De la Política Metropolitana del Ambiente (PMA) Recomendación: • La Política Metropolitana del Ambiente debe diseñarse, implementarse, ejecutarse y evaluarse a nivel de los 43 distritos de Lima Metropolitana con carácter de urgente. Debe generarse una norma especial y específica sobre el particular.

3. Del Sistema de Gestión Ambiental Recomendación: • Se deben precisar y definir los Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental de una manera más clara, estos podrían concretarse desde el punto de vista regional y local.

4. De la Comisión Ambiental Municipal (CAM) Recomendaciones: • Las Comisiones Ambientales Municipales Distritales deberán adecuarse a lo que regula la Ley N° 28245: Ley Marco del Sistema Nacional de Gestión Ambiental, la Ordenanza N° 1016 Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental y su Reglamento.

De lo anterior se desprende que no existe normatividad específica para que los Municipios Distritales informen sobre el manejo y gestión que realizan en materia ambiental. Así mismo, las Comisiones Ambientales Distritales no se han adecuado a la Política Metropolitana del Ambiente y a la Comisión Ambiental Regional de Lima Metropolitana.

• Las Comisiones Ambientales Regional y Local requieren de un nuevo marco normativo (Ordenanza), de mejora y fortalecimiento de los mismos.

Deben incorporarse a los Consejos de Coordinación Regional y/o Local según corresponda, para ello debe modificarse el artículo 11º de la Ley Orgánica de Gobiernos Regionales N° 27867 y artículos 102º a 105º de la Ley Orgánica de Municipalidades N° 27972.

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Mejora continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental Lima-Perú

• Tanto la Municipalidad Metropolitana de Lima, como sus 43 distritos tienen responsabilidad respecto a la Comisión Ambiental Metropolitana, como Las Comisiones Ambientales Municipales, en cuanto a creación, ámbito, composición y funciones, respectivamente. Por lo tanto, urge una mejora continua desde esta perspectiva a cada una de las Comisiones de los 43 municipios distritales, incluida la de Lima Metropolitana.

• Los 43 distritos de Lima Metropolitana deben conformar la Comisión Ambiental Regional de la Metrópoli.

• Los Grupos Técnicos deben estandarizar o uniformizar sus funciones, además de ser coherentes con los Ejes de sus respectivas Políticas Ambientales.

5. De la Agenda y/o Plan de Acción Ambiental El Plan Nacional de Acción Ambiental es un instrumento de Planificación Ambiental Nacional de largo plazo, el cual se formula, en prospectiva y contiene las metas prioritarias, acciones estratégicas, responsables, así como los indicadores para evaluar su ejecución por parte de las entidades que conforman el Sistema Nacional de Gestión Ambiental.

Recomendación: • Adecuar las Agendas y/o Planes de Acción Ambiental de nivel distrital a la Política Metropolitana del Ambiente.

6. Otros aspectos Recomendaciones: • Se debería iniciar un gran debate nacional y regional, sobre las funciones y competencias ambientales a nivel nacional, sectorial, regional y local y sobre la base de los principios de la buena gobernanza urbana, subsidiariedad, sostenibilidad, eficiencia, equidad, transparencia, rendición de cuentas, participación civil, seguridad y descentralización, con el fin de ordenar la gestión ambiental en el país. La Gobernanza Ambiental es parte de la Gobernanza Urbana.

• La Ley Orgánica de Gobiernos Regionales 38 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

N° 27867, señala en el artículo 29º y 29-A ítem 4, la existencia de una Gerencia de Recursos Naturales y Gestión del Medio Ambiente.

• La Gerencia debe denominarse Gerencia de Gestión Ambiental y así uniformizar la denominación a nivel regional y local.

• La Comisión Ambiental Metropolitana debe ser parte constitutiva del Consejo de Coordinación Regional por Ley. Teniendo en cuenta el artículo 11º de la Ley Orgánica de Gobiernos Regionales N° 27867. Asimismo, sobre el régimen de sesiones que se reúne ordinariamente dos veces al año y en forma extraordinaria cuando lo convoque el presidente regional. Debe modificarse y las sesiones ordinarias ser cada 30 días (art. 11/A c).

• Las Comisiones Ambientales Municipales, deben ser parte constitutiva de los Consejos de Coordinación Local Distrital por Ley. Teniendo en cuenta los artículos 102º a 105º de la Ley Orgánica de Municipalidades N° 27972. Asimismo, sobre el régimen de sesiones que se reúne ordinariamente dos veces al año y en forma extraordinaria cuando lo convoque el presidente regional. Debe modificarse y las sesiones ordinarias ser cada 30 días (artículo 103º) y las extraordinarias cuando el presidente regional las convoque de preferencia cada dos meses.

Gestión Integral de la Calidad Ambiental • A nivel local en la Estructura Programática y Estructura Funcional de Proyectos Genéricos, Presupuesto de los Gobiernos Locales. Aparece la División Funcional sobre la Gestión Integral de la Calidad Ambiental y cuya orientación esta referida a: reforestación, arborización, relleno sanitario, limpieza pública, riego, represas, parques, alamedas, plazuelas, viveros, entre otros (Comunidad Andina, 2012).

• Como se observa existen incoherencias, descoordinaciones, y no vinculación entre las políticas ambientales locales y el

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gasto público establecido en el Presupuesto de la República. Este divorcio entre Políticas y Presupuesto permite la inacción, falta de implementación, la no ejecución de las Políticas y Ejes de Acción en materia ambiental en todos los niveles de gobierno.

Recomendaciones: • Articular las Políticas Ambientales Nacional-Sectorial, Regional y Local al Presupuesto General de la República, en forma coherente y articulada, que cubran los Ejes temáticos de las Políticas.

• El Clasificador Funcional Programático requiere ser mejorado, así como la Estructura Programática y Estructura Funcional de Proyectos Genéricos, del Presupuesto de los Gobiernos Locales en materia ambiental.

• El municipio más emblemático y que ha actualizado y articulado su Política Ambiental Local a la Política Nacional del Ambiente, ha reducido en los últimos tres años su inversión en materia ambiental específicamente en la actividad: Control, Aprovechamiento y Calidad Ambiental.

• La Municipalidad Metropolitana de Lima no toma en cuenta y no revisa los Planes Operativos Institucionales (POI) de cada uno de los 43 municipios distritales en cuanto a actividades y a financiamiento en materia ambiental.

• Los Planes de Desarrollo Municipal Concertados de los 43 distritos y el Plan de Desarrollo Urbano de la Metrópoli de Lima, deben integrar la: Gestión del Territorio, la Gestión del Riesgo y la Gestión Ambiental de manera holística, sistémica e interdependiente y con las demás políticas de desarrollo local.

• El Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA), debiera fiscalizar y realizar el control ambiental sobre la Metrópoli de Lima y sus 43 distritos en materia de eficiencia y eficacia de la aplicación de los Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental (Avellaneda, 2007).

• El Sistema Nacional de Evaluación y Fisca-

lización Ambiental (Sinefa), debe evaluar, supervisar, fiscalizar, controlar y sancionar en materia ambiental a la Municipalidad Metropolitana de Lima, sus 43 distritos por incumplimiento de la aplicación de la legislación ambiental.

• La Defensoría del Pueblo, la Contraloría General de la República y otras entidades del Estado Peruano, con facultades en materia ambiental deben ejercer un control gubernamental para prevenir y verificar, mediante la aplicación de principios, sistemas y procedimientos técnicos, la correcta, eficiente y transparente utilización y gestión de los recursos y bienes del Estado, del desarrollo honesto y probo de las funciones y actos de las autoridades, funcionarios y servidores públicos, así como, el cumplimiento de metas y resultados obtenidos por las instituciones sujetas a control, con la finalidad de contribuir y orientar el mejoramiento de sus actividades y servicios en beneficio a la Nación. Asimismo, proteger los derechos constitucionales y fundamentales de la persona y de la comunidad, además de supervisar el cumplimiento de los deberes de la administración pública y la prestación de los servicios públicos a la ciudadanía.

• El Instituto Nacional de Estadística e Información (INEI) debería establecer y actualizar la información a nivel nacional, sectorial, regional, provincial y distrital sobre los Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental, así como, el gasto público en materia ambiental.

• Profundizar a nivel local, regional y nacional el análisis y estudio sobre la Gestión Ambiental Pública, a través de los Instrumentos de Planificación y Gestión Ambiental, tales como: Política Ambiental, Sistemas de Gestión Ambiental, Planes de Acción Ambiental, Agendas Ambientales, Estructuras Orgánicas y Comisiones Ambientales, entre otros (Álvarez, 2011).

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Mejora continua del Sistema Metropolitano de Gestión Ambiental Lima-Perú

Figura 1: Provincias del Perú.

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Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 15/10/2015 Aceptado: 22/12/2015

ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE LA EXISTENCIA DE ONDAS SOLITARIAS COMO SOLUCIONES DE LA ECUACIÓN DE KORTEWEG DE VRIES (KDV) Gladys Cruz Y.1, Abrahan Aslla Q.1, Orlando Ortega G.1y Néstor Tasayco M.1 Resumen Consideramos el problema de valor inicial para la ecuación de Korteweg de Vries (KdV), que describe la propagación de ondas sobre la superficie de agua en un canal de longitud finita. Primero se hace un estudio analítico de la existencia y unicidad de las soluciones, así como la buena formulación local del problema en los Espacios de Sobolev Hs(R) para s>3/4. Luego se elabora un esquema de simulación numérica para estudiar las soluciones de tipo onda solitaria para un solitón, luego para dos solitones usando el método de diferencias finitas para los términos lineales y no lineales.

Además se usa comparativamente el método de la transformada rápida de Fourier para los términos lineales, analizando los efectos de conservación, dispersión y velocidad de las ondas solitarias generadas en campos continuos.

Palabras claves: Ecuación KdV, propagación de ondas, simulación numérica, dispersión.

Abstract We consider the initial-value problem for the equation of Korteweg-de Vries (KdV), this equation describes the propagation of waves on the surface of water in a channel of finite length. First, an analytical study was made of the existence and uniqueness of the solutions as well as the good local formulation of the problem in the Sobolev Spaces Hs(R) for s>3/4. Then it has developed a scheme of numerical simulation to study the solutions of wave type for a solitary soliton, then for two solitons using the method of finite differences for the terms linear and non-linear. It is also used comparatively the method of the fast Fourier Transform FFT for the linear terms, analyzing the effects of conservation, dispersion and speed of the solitary waves generated incontinuos fields.

Keywords: KdV equation, propagation of waves, numerical simulation, dispersion.

Introducción En el presente trabajo se considera la ecuación generalizada de Korteweg de Vries KdV

1

Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

donde la función u=u(x,t) mide la altura de la onda en la posición x en el tiempo t para α=1, β=1 y |γ|≥1, la ecuación describe la propagación unidireccional de ondas largas de dispersión débilmente nolineales, tal como sucede cuando un fluido homogéneo discurre en un canal. La

Análisis y simulación de la existencia de Ondas Solitarias como soluciones de la Ecuación de Korteweg de Vries (KdV)

ecuación (PVI) tiene soluciones de tipo onda solitaria que describen la propagación de ondas en la superficie de agua de un canal no rugoso.

El objetivo es analizar la existencia y unicidad de las soluciones locales de la ecuación KdV, luego simular numéricamente tales soluciones como ondas solitarias presentes en fluidos en un canal abierto, determinando su precisión, estabilidad y convergencia.

Para lograr este propósito, tomamos (Capella-Kort A., 2003) y (Cerpa Eduardo, 2012) quienes probaron matemáticamente la existencia y unicidad de soluciones de la ecuación KdV, usando la técnica de la regularización parabólica. (J. Colliander, 2003) utilizó el método de la fase estacionaria para estudiar el comportamiento asintótico de la solución de la KdV consiguiendo demostrar un decaimiento exponencial. (Edorgan M.B.,s.f.) probaron la existencia de soluciones en los espacios de Sobolev Hs(R) para s>2.

Sobre el estudio numérico en teoría solitónica, (T. y Topalov, 2006) exploran el comportamiento de solitones ópticos basado en el método de diferencias finitas para solucionar ecuaciones de onda no lineales, (C. Kenig, 1993) hacen un estudio numérico del control exacto de la KdV lineal; (Martel, 2005) y (Mendoza A., 2000) elaboran un método numérico para ondas dispersivas determinando la precisión, estabilidad y convergencia de tal modelo. Para los propósitos de nuestro trabajo, necesitamos para la parte analítica de la teoría distribucional y los espacios de Sobolev consultaremos (Munive L.,s.f.; F. y Gordon, 2006) así como otros relacionados.

1. Metodología En el presente trabajo de investigación, para analizar las soluciones de la ecuación de Korteweg de Vries KdV, se usa los trabajos de (C. Kenig, 1993; J. Colliander, 2003; Cerpa Eduardo, 2012; Zabusky, 1965; Martel, 2005; Tao, 2008; Munive L., s.f.) y otras publicacio-

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nes útiles en el estudio de la existencia y unicidad de la solución local del problema (KdV) planteado.

Mediante el método de la transformada de Fourier, las soluciones se acotan e interpolan en los espacios L2y de Sobolev HS, también se usa los C0-semigrupos de contracción así como los métodos del análisis funcional.

Finalmente, para obtener las soluciones numéricas se emplea el método de diferencias finitas.

1.1 Métodos numéricos Se desarrolla el Método de diferencias finitas que consiste en una aproximación de derivadas parciales por expresiones algebraicas incluyendo los valores de la variable dependiente en un limitado número de puntos seleccionados. Como resultado de la aproximación, la ecuación diferencial parcial que describe el problema, es reemplazada por un número finito de ecuaciones algebraicas, escritas en términos de los valores de la variable dependiente en puntos seleccionados. El valor de los puntos seleccionados se convierten en las incógnitas, en vez de la distribución espacial continua de la variable dependiente. El sistema de ecuaciones algebraicas debe ser resuelto y puede involucrar un número extenso de operaciones aritméticas que son ejecutadas por medio de un programa de cómputo, en este caso utilizaremos el MATLAB. 1.2 Método de las diferencias finitas Con fines de realizar la implementación de la simulación numérica de las soluciones de la Ecuación de Korteweg de Vries (KdV) analizamos dos métodos de solución numérica, el método de las diferencias finitas (Thomas, 1999; S. J. C., 1989; Capella-Kort A., 2003) y el método de la transformada de Fourier (V. L. C.,1992; N., 2000) de la ecuación KdV lineal.

Para obtener las expresiones en diferencias finitas de las derivadas de una función real f, utilizamos el desarrollo en serie de Taylor de f(x+δx), y f(x-δx), alrededor del punto x.

G. CRUZ, A. ASLLA, O. ORTEGA Y N. TASAYCO

considerando la aproximación al primer orden de las Ecs. (1.1) y (1.2), obtenemos que las primeras derivadas de f se pueden expresar como: f(x+δx)-f(x) , Diferencias progresivas: fx+(x)= δx diferencias regresivas: fx-(x)=

f(x)-f(x-δx) δx

y diferencias centradas: fx(x)=

f(x+δx)-f(x-δx) 2δx

La expresión en diferencias finitas de la segunda derivada de f se expresa como:

1.3 Método de la Transformada Rápida de Fourier y la transformada discreta de Fourier Con fines de implementar un programa computación que simule numéricamente la solución (2.18) utilizamos Matlab, debido a que contiene a la transformada rápida de Fourier (FFT) implementada de manera eficiente, que permite calcular numéricamente la transformada de Fourier para un conjunto discreto de puntos. En dicho sentido requerimos establecer en principio el dominio espacial para u(x,t) como el conjunto de puntos discretosdado por: xn=x0+n∆x, 0 ≤ n ≤ N-1 donde N es el número de puntos x en el dominio de u(x,t).

Asimismo, establecemos que la discretización en el dominio de la frecuencia k es dado por:

donde ∆k=2π/(N∆x).

Sean x0,…, xN-1 números complejos. La transformada discreta de Fourier (DFT) se define como:

La aproximación en diferencias regresivas de f_xxx se considera como:

Y la aproximación en diferencias centradas de f_xxx es dado por:

En general, dichos algoritmos dependen de la factorización de N. Dado que la transformada discreta de Fourier inversa es análoga a la transformada discreta de Fourier, con distinto signo en el exponente y un factor 1/N, cualquier algoritmo FFT puede ser fácilmente adaptado para el cálculo de la transformada inversa.

Un algoritmo que es mucho más eficiente en cuanto al tiempo de cómputo para grandes arreglos de entrada cuya longitud es una potencia entera de dos, recibe el nombre de Transformada de Fourier Rápida (FFT), y dicho algoritmo fue popularizado por Cooley y Tukey en 1965.

Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 43-55 45

Análisis y simulación de la existencia de Ondas Solitarias como soluciones de la Ecuación de Korteweg de Vries (KdV)

1.3.1. Algoritmo Se establece el dominio espacial y temporal, número de particiones espacial y temporal.

Luego las condiciones iniciales u0. En seguida la matriz A. Se construye desde n+1=1hasta n=N y F(u), luego se resuelve el sistema no lineal utilizando el método de Newton multivariable, finalmente se Almacenan las soluciones u y se presentan los resultados gráficos.

2. Resultados y discusiones 2.1. Existencia de Soluciones de la KdV La Ecuación de Korteweg de Vries (KdV) Un primer resultado usando el principio de contracción fue debido a (C. Kenig, 1993) quienes obtuvieron la buena formulación local en Hs para s > 3/4. (Bourgain, s.f.) extendió este resultado en L2 desarrollando el espacio Xs,b.

Luego, desarrollando estimados bilineales en el espacio Xs,b(C. Kenig, 1993) probaron la buena formulación local en el espacio Hs para s < -3/4 y (J. Colliander, 2003) probaron que la solución uniforme y continua de la (KdV) cae en los espacios Hs para s < -3/4 en los cuales también probaron Kenig, Ponce y Vega para un problema de valor complejo.

El problema de valor inicial (PVI) para la ecuación (KdV) tiene soluciones especiales de onda viajera, conocidas como Solitones en realidad tales soluciones nos proveen mucho ímpetu histórico para el estudio de tal ecuación.

Explícitamente, se genera una traslación espacial de estas soluciones que pueden ser escritas en la forma u=Ø(x-ct) para c > 0, la cual abordaremos en lasiguiente sección.

2.2. Primera Vista de la solución de la KdV: Solitón Se considera el problema de valor inicial (PVI) de la ecuación KdV para los parámetros α = 1, β = 0 y γ = 6 la ecuación (PVI) de la cual se obtiene una onda solitaria.

La ecuación KdV exhibe soluciones especiales de onda viajera, conocidas como solitones. Existen en la literatura muchos estudios, algunos de los cuales son (Zabusky, 1965; Martel, 2005; Tao, 2008; Munive L., s.f.).

46 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

Sea Ø una función positiva y c>0 una constante, luego consideremos una solución para la ecuación KdV (PVI) de la forma: u(x,t) = Ø(x-ct) tal que satisface la ecuación (PVI). Resolviendo la ecuación cØ'-cØ'''-6ØØ'=0, se obtiene una función potencial cúbica de la forma:

Figura 1: Potencia V(Ø) Si denotamos por y = Ø' entonces se tiene que y' = ∂V ∂Ø Ahora veamos el plano de fase del de las curvas solución del sistema (2.12) que consta de las curvas de nivel de la energía:

La conservación de energía nos dice que E(Ø,Ø')=D, si Ø es una solución de Ø''=-dV(Ø), luego cada solución de (2.12) cae en una única curva de nivel.

Despejando Ø' de (2.6) se tiene que:

Denotemos a x-ct por s de modo que resolviendo la ecuación (2.15) se tiene:

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Haciendo D=0 y buscamos soluciones que junto con sus derivadas se anulen en el infinito y z2=c-2Ø, entonces dØ=-zdz, luego la integral es:

donde K es una constante de integración. Si tomamos la condición inicial de esta órbita en s=0, Ø(0)=c/2, Ø' (0)=0, entonces K=0 y como Ø ≥ 0, la expresión del valor absoluto es negativo, a la vez multiplicando al numerador y denominador por se tiene que elevando al cuadrado y resolviendo la ecuación cuadrática en Ø, se obtiene:

Variando las condiciones en la ecuación (2.10) para c=1 y t=1, se obtiene las ondas de tipo Solitón, como se puede apreciar en las Figuras 3 y 4:

Figura 3: Onda solitaria.

La cual produce la solución:

Eligiendo c=1 y t=0, se observa en la Figura 2 la siguiente onda.

Figura 4: Onda solitaria.

2.3. El problema lineal de la KdV El problema lineal de la KdV con valor inicial Para el estudio del problema de valor inicial de la parte lineal de la KdV, seguimos la metodología de (Saut J.C., 1976; Mendoza A., 2000) y muchos otros.

Planteamos el problema lineal de la ecuación KdV (PVI):

Figura 2: Onda inicial.

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Análisis y simulación de la existencia de Ondas Solitarias como soluciones de la Ecuación de Korteweg de Vries (KdV)

Escribimos de la forma:

y tomando la transformada inversa de Fourier se obtiene que:

Donde A=-α∂x3u-β∂xu tiene una única solución continua en Hs (R).

La solución de la ecuación (2.11) es: u(t)=e-At φ Así S(t)=e-At es un semigrupo de contracción generado por –A Proposición 2.1. –A es el generador de un semigrupo de contracción en Hs(R).

Prueba 2.1. Por el teorema de Lummer-Phillips tenemos que –A es un generador de un semigrupo decontracción en Hs(R).

Teorema 2.1. Si φXHs(R) con s>1, el problema de valor inicial (2.11) tiene única solución u XC([0; T]; Hs) con ∂tuXC([0; T]; Hs) dada por:

u(t)=e-At φ

(2.13)

en donde W(t)={e-At}t≥0 es el semigrupo de contracción generado por el operador -A definido en (2.12), siendo:

En particular, también consideramos el siguiente modelo para la KdV lineal y resolvemos Q=1 y β=0 ∂tu+∂x3 u=0, -∞<x<∞ (2.16) sujeto a la condición inicial u(x,0)=φ(x) tomando la transforma de Fourier tal que: (2.17)

por tanto:

(2.18) Mediante los métodos de Kenig-Ponce-Vega sobre R se tiene los estimados ║W(t)φ║Hs =║φ║Hs y para αX[0,1/2] satisface ║DQW(t)║Hs ≤ |t| -(Q+1)/3 y para cualquier θX[0,1],QX[0,1/2] satisface ║DQθ/2 W(t)φ║Hs ≤ ║φ║

L2

(2.14) El problema (PVIL) para Q=β=1 toma la siguiente forma:

(2.15) luego la transformada de Fourier de la solución del problema de valor inicial (PVIL) toma la forma:

2.4. Modelo para la KdV lineal Resolvemos el problema: ut+uxxx+ux=0,(x, t)X[0, L]x[0, T] u(0,t)=u(L,t)=0, t X [0, T] ux (L,t)=0,tX[0,T] u(x,0)=φ(x),xX[0,L]

(2.19) (2.20) (2.21) (2.22)

Reescribimos la ecuación (2.19) utilizando las diferencias regresivas para ux y (1.4) para uxxx, (2.23)

48 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

G. CRUZ, A. ASLLA, O. ORTEGA Y N. TASAYCO

haciendo j → j+1 tenemos: (2.24) con i=1, N-1, de modo que L=Nδx, y las condiciones de frontera u0, j=uN, j=uN-1, j=0.

En la figura 8, se ha generado la onda solitaria para la parte lineal de la ecuación KdV con Q=β=1 con el término dispersivo, y se observa que cuando se propaga la onda, esta conserva su energía dejando colas que disminuyen gradualmente hacia el lado izquierdo.

XT={uXC([0,T]; Hs): u(0, x)=φ, sup║u(t)║_Hs≤2║φ║Hs}, tϵ[0, T] Usando la regularización parabólica, Bona y Erdogan probaron que la solución en el tiempo [0; T] queda acotada por: ║u(T)║Hs≤2║φ║Hs esta acotación se prueba usando un operador de contracción que involucra al término regularizante, de donde se prueba la existencia de la solución u. Por las leyes de conservación de energía vale la acotación: ║u(t)║Hs≤║φ║Hs

para s entero.

También la unicidad de la solución u se prueba mediante la desigualdad de Gronwal en el tiempo [0, T] en el espacio L2, suponiendo que v es otra solución de la KdV con su condición inicial φ0de la siguiente manera: Figura 5: Onda dispersiva lineal.

2.5. Existencia y Unicidad local de las soluciones de la KdV Ahora consideremos el problema (PVI), para Q=β=γ=1 . En este sentido, suponemos que el agua en el canal es un conjunto en movimiento por una onda generada en el extremo final del canal. Si la frecuencia y amplitud de las ondas hacen oscilaciones, éstas son apropiadamente restringidas, ellas generarán pequeñas amplitudes de ondas largas que se propagan en la parte baja del canal, y así se producirán movimientos que corresponden más o menos a la ecuación de Korteweg de Vries.

La buena formulación del problema ha sido estudiado por (Bona J. L., 2009; Edorgan M.B., s.f.) y muchos otros, obteniendo resultados para la condición inicial φ en la clase Hs para s>3/4.

Para probar la existencia y unicidad de las soluciones, consideremos el espacio:

║u-v║Ls ≤║φ0-φ0║Ls Para probar la buena formulación local, asumimos que u es una solución clásica para la ecuación KdV si uXC([-T, T]; H2)∩C1 ([-T, T]; Hs-3 y cualquier solución u satisface la ecuación KdV para cada x y t. Comencemos obteniendo los siguientes estimados de energía: Si u es una solución suave o lisa de la KdV, entonces existe T0 = T0(║φ║Hs) tal que sobre el intervalo de tiempo [0, T0], se obtienen los siguientes estimados de energía ║u║Hs≤║φ║Hs para s >3/2 se obtiene que:

integrando en el intervalo de tiempo se obtiene que:

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Análisis y simulación de la existencia de Ondas Solitarias como soluciones de la Ecuación de Korteweg de Vries (KdV)

Además en forma particular se obtienen las cotas:

Considerando [0,T0] se tiene que

T0=ínf║u║Hs≥2║φ║Hs

en

También este resultado se puede obtener mediante la desigualdad de Gronwall.

donde C es una constante absoluta. De acuerdo con (Edorgan M.B., s.f.) la ventaja de esta desigualdad es que el tiempo que es válido depende solo del índice (bajo) de la noma del espacio de Sobolev de la condición inicial (H2 es suficiente por la desigualdad de energía.

Ahora consideremos el semigrupo W(t) de operadores lineales generados por el operador lineal A obtenidos en el estudio de la parte lineal del problema.

Se estima un decaimiento dispersivo para θX[0,1] y QX[0,1/2] lo cual implica que:

Considerando la familia de operadores analíticos complejos:

donde z=Q+iβ con βXR se obtiene que y por el estimado de Strichartz

50 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

así como el estimado de Kato

esto nos indica que todos los términos de la ecuación KdV y sus derivadas interpoladas en los espacios LP quedan acotadas por la condición inicial φ cuyo cuadrado es finito integrable.

Luego para cualquier s > 3/4 se obtiene que:

También por la desigualdad de Holder se prueba que el término no lineal de la KdV queda acotado por:

La buena formulación local de la KdV se prueba en el espacio H2(R) para s > 3/4. Para esto consideramos un espacio de Banach X dotado de la norma del máximo de las acotaciones de los estimados para cada uno de los términos de la KdV y consideramos: y se prueba que:

Finalmente, se prueba que: De esta manera se prueba la buena formulación local de la KdV. En forma similar también se prueba la dependencia continua de las soluciones respecto de la condición inicial.

2.6. Solución numérica de la KdV no lineal De acuerdo al proyecto nuestro interés se centra en analizar la ecuación KdV paraQ=1 y β=1 ∂t u+∂xu+γu∂xu+∂x3u=0 (2.25)

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De manera similar al tratamiento de la ecuación KdV lineal, utilizamos las transformadas de Fourier definida por:

La Ec. (2.34) se resuelve numéricamente utilizando el método de Euler, conjuntamente con la ecuación lineal (2.29) considerando δt el tamaño de paso en el tiempo.

y la transformada inversa de Fourier es definida por:

En principio reescribimos la ecuación (2.25) como:

Aplicando la transformada de Fourier a la ecuación (2.28) se tiene:

La parte lineal de la ecuación (2.29) es:

2.7. Esquema del programa computacionalHPara la implementación numérica de la ecuación (2.34), se realiza en Matlab, utilizando la transformada rápida de Fourier (FFT), incluida en Matlab. Las partes principales que contiene el programa son: 1. Datos iniciales: condición inicial, dominio espacial, dominio temporal, número de particiones en el espacio y el tiempo.

2. Discretización del dominio espacial xX[0,L] y el dominio de la frecuencia k de acuerdo a: xn=nδx, 0 ≤ n ≤ N-1 y

la solución de (2.30) es:

Para resolver (2.29) multiplicamos por el factor integrante ei(k-k3 )t Si definimos: Con

tenemos

donde δk=2�/(Nδx) 3. Solución iterativa en el tiempo la ecuación (2.34) conjuntamente con la ecuación (2.29) utilizando el método de Euler.

4. Se realiza las representaciones gráficas de la evolución del solitón en el tiempo.

2.7.1. Esquema numérico de la propagación de un solitón.

Investigamos el efecto que causa la variación de los parámetros en la generación de un solitón dado por la condición inicial.

de la Ec. (2.32) obtenemos: reemplazando en la Ec. (2.33) obtenemos:

con A=14 y teniendo en cuenta que -L ≤ x ≤L, L=10, T=0, N=500 y M=400. se observa que en las figuras 5, 6 y 7 para α=1, β=1 y γ=6, la onda se propaga a una velocidad constante y sin pérdida de energía.

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con A=14, B=7y teniendo en cuenta que -L ≤ x≤ L, L=10, T=0, N=500 y M=400.

Veamos la variación de los resultados en las figuras 9, 10 y 11, la propagación de las ondas solitarias para α=1, β=1 y γ=6 se puede observar que el término disipativo no produce pérdida de energía, es decir mantienen su amplitud y velocidad. Estas se han generado con la condición inicial dada en la figura 9.

Figura 6: Solitón 1

Figura 9: Solitón 2 Figura 7: Solitón 1

Figura 10: Solitón 2 Figura 8: Solitón 1 2.7.2. Simulación numérica de la propagación de 02 solitones.

Se ha simulado la propagación de dos solitones de acuerdo a la ecuación no lineal (2.25) con γ=6. Los solitones se describen por la condición inicial.

Figura 11: Solitón 2 52 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

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Sin embargo, en las figuras 12 y 13 se observa que para α=1, β=1 y γ=5 el término disipativo producepequeñas pérdidas de energía disminuyendo su velocidad de propagación.

Figura 15: Solitón 4

Figura 12: Solitón 3

2.8. Usando diferencias finitas Considerando la expresión en diferencias finitas, la ecuación (2.25) tiene la forma semidiscreta.

donde si consideramos que

Figura 13: Solitón 3 Finalmente, para α=1, β=1 y γ=7 e representan en las figuras 14 y 15 un medio más denso que en los casos anteriores, en consecuencia la onda solitaria tiene una velocidad mayor que cuando γ=7.

es dado por (1.4), ahora tenemos:

usando las derivadas regresivas en el tiempo tenemos:

Haciendo j→j+1, tal que j=1,…, M-1

evaluando (Au)j,n+1, de acuerdo a (1.4) y las diferencias centradas tenemos:

Figura 14: Solitón 4

donde a0=-(1/(2δx)+1/(δx)3), a1=3/(δx)3, a2=1/ (2δx)-1/(δx)3 y a3=1/(δx)3. Utilizando ahora las condiciones de frontera u0=0 y uM=uM-1=0 escribimos matricialmente A(1) como: Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 43-55 53

Análisis y simulación de la existencia de Ondas Solitarias como soluciones de la Ecuación de Korteweg de Vries (KdV)

Expresando ahora (2.40) en forma matricial (I+δtA)un+1-un+δtF(u)n+1=0

(2.43)

La ecuación no lineal (2.43) se resuelve aproximadamente utilizando el método de Newton multidimensional o el método del punto fijo.

Figura 16: Solitón 5 En la Figura 16 se observa que las ondas solitarias presentan más disipación, por lo que la segunda onda no logra pasar a la primera.

Además se puede deducir que a mayor gamma γ>7 la velocidad de propagación de la onda es mayor, lo cual indica que el medio tiene mayor densidad.

3. Conclusiones La existencia y unicidad de la solución lineal y la buena formulación local del problema de valor inicial (PVI) y del problema con valor de frontera quedan acotadas en los espacios H2(R) y L2(R), concordando con (T. y Topalov, 2006), y (Guo, 2009) que además de la buena formulación realizaron estudios de estabilidad y regularidad de

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tales soluciones en los espacios H-1, así como (Buckmaster T., 2012) quienes prueban la existencia de soluciones débiles y la regularidad de tales soluciones en Hs para s ≥ -1.

Los experimentos numéricos se realizan con la ayuda del método de las diferencias finitas con un número finito de iteraciones, además el método se valida usando otro método como es el de la Transformada rápida de Fourier FFT, ambos dan como resultado la generación de ondas de tipo onda solitaria o solitones con un comportamiento similar dependiendo del medio en el cual se propagan.

Las propiedades de las ondas solitarias dependen del medio en el cual se propagan, que en nuestro caso están representadas en el término γ. La disipación depende de la viscosidad del medio.

En el caso electromagnético, la propiedad del medio que permite la propagación de ondas solitarias es el índice de refracción, el cual puede ser función del espacio y del campo electromagnético.

En las comunicaciones ópticas un solitón óptico es un pulso óptico que se propaga sin cambiar su forma, a través de una fibra óptica monomodo en la llamada región de dispersión anómala. Las características no lineales y dispersivas como es el índice de refracción de las fibras ópticas les permite transmitir solitones de manera eficiente.

Se observa que las ondas solitaria se generan de manera óptima para γ=6 que representa la propiedad del medio, se aprecia que a pesar de una colisión o choque de una onda solitaria con otra, ésta no se deforma, es decir, se mantiene conservando sus propiedades de energía las cuales se propagan por largas distancias preservando su forma (solitón fundamental) o siguen un patrón de evolución periódico y no se alteran en colisiones con otros solitones. Gracias a esto, es posible transmitir información a ultra-largas distancias con muy altas tasas de transmisión.

Se puede deducir que para γ ≥ 7 el índice de refracción es mayor en la parte más intensa

G. CRUZ, A. ASLLA, O. ORTEGA Y N. TASAYCO

del pulso que se propaga; esto provoca que las frecuencias más bajas viajen más rápidamente que las frecuencias más altas y se conoce como efecto SPM: (self-phase modulation).

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Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 15/10/2015 Aceptado: 08/12/2015

EL TELETRABAJO: COMO UNA FORMA DE INNOVACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS TELECOMUNICACIONES EN UNA ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL EMPRESARIAL (PERÚ) THE TELEWORK : AS INNOVATION OF THE TECHNOLOGIES OF THE INFORMATION AND THE TELECOMMUNICATIONS IN AN INDUSTRIAL ORGANIZATION-MANAGERIAL (PERU) Carlos Eduardo Armas Morales1 Resumen Para desarrollar el estudio concordante con nuestro objetivos, actuamos en dos niveles; a nivel internacional ubicamos dos países cercanos que lideran aplicaciones concretas: Colombia y Argentina, y a nivel nacional, se ubicó a la población de trabajadores que podríamos decir trabajan o han trabajado en la modalidad práctica de teletrabajo (sin adecuación legal), tarea nada fácil, dado que no hay mayores referencias estadísticas en el ámbito publico y privado, además de la escasa difusión al trabajador ciudadano de los que es el teletrabajo. Sin embargo, la investigación, dado estas circunstancias indicadas, y tratando de cumplir con los objetivos planteados, evalúo al recurso humano sobre el nivel de conocimiento de lo que es el teletrabajo, tanto de la academia (UNMSM), como a trabajadores de pymes y la Empresa Nutresa (Empresa Transnacional). De otro lado se visitó en forma física y virtual al Ministerio del sector, confirmándose como resultado su nula participación para el desarrollo del teletrabajo, el trabajo como inclusión social entre otras, lo cual detallamos en nuestras conclusiones finales en el afán de revertir esta situación.

Palabras clave: Teletrabajo, trabajo a distancia, inclusión social Abstract To develop the concordant study with our objectives, we act in two levels; at international level we locate two near countries that lead concrete applications: Colombia and Argentina, and at national level, it was located the population of workers that we could say they work or they have worked in the practical modality of telework (without legal adaptation), task anything easy, since there are not bigger statistical references in the environment I publish and private, besides the scarce diffusion to the civic worker of those that it is the telework . However the investigation, given these suitable circumstances, and trying to fulfill the outlined objectives, I evaluate to the human resource on the level of knowledge of what is the telework , so much of the academy (UNMSM), like to workers of pymes and the Company Nutresa (Transnational Company). Of another side he/ she visited one another in form physics and virtual to the Ministry of the sector, being confirmed their null participation as a result for the development of the telework, the work like social inclusion among other, that which we detail in our final conclusions in the desire of reverting this situation.

Keywords: Telework, work at distance, social inclusion

1

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

El teletrabajo: Como una forma de innovación de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones en una organización industrial empresarial (Perú)

Introducción El presente trabajo de investigación: tipo exploratorio, trata de evaluar (y por lo que se justifica) la situación de las aplicaciones del teletrabajo a partir de la promulgación de la ley de teletrabajo en el Perú: Ley 30036 (no existiendo a la fecha la publicación de su reglamento); asumimos de otro lado, para mejor entender, una definición simple de teletrabajo, como “el trabajo a distancia” (Barrero, 2000, p.7) realizado por medio de las tecnologías de información y telecomunicaciones; en tal sentido la investigación buscó, a partir del conocimiento del trabajador de lo que es el teletrabajo, indagar si se está aplicando el trabajo a distancia en las empresas, encontrándose, de acuerdo a nuestro criterio, y al amparo de los resultados, un conocimiento restringido del trabajador de lo que es el teletrabajo y al mismo tiempo una despreocupación del Ministerio del sector para desarrollar el teletrabajo. Otro de los aspectos que plateamos en los objetivos, está ligado a que si el teletrabajo es un medio de inclusión social para el sector de discapacitados, llegando a confirmar que es un complemento para la inclusión social de este grupo y asimismo coligamos en general, que la aplicación del teletrabajo en un país, beneficia tanto al ámbito privado como al público y aun a la sociedad en su conjunto. Esta investigación, por supuesto, alzaprimó la aplicación del teletrabajo en el sector privado, dado que así lo hemos establecido en los objetivos de esta investigación, sin embargo fue complementario indagar igualmente, aunque no es materia de los objetivos, si el sector publico tiene planes para tener trabajadores públicos en la modalidad de teletrabajo, ya que el sentido del teletrabajo es optimizar los sistemas económicos empresariales, y por extensión, igualmente los de la Administración Pública.

Metodología y técnicas de investigación utilizadas Es una investigación no experimental EXPLORATORIA de aplicación práctica dado que 58 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

está dirigido concretamente “…a indagar, examinar…” (Hernández, 2014, p. 59), para luego fundamentar, la aplicación o concreción del teletrabajo en el Perú a partir de la publicación de la primera Ley de teletrabajo en el Perú No. 30036 (publicado en junio del 2013, actualmente no se ha reglamentado). A propósito de conocer como es la aplicación del teletrabajo, describimos los diversos formatos que se pueden presentar, según los especialistas, a saber: 1.-El realizado en centros especiales de trabajo a distancia organizados por el trabajador que puede ser su domicilio o telecentros de administración privada. 2.-El realizado en forma móvil o itinerante. Es un trabajador a distancia dinámico itinerante con el centro laboral físico. 2.-El trabajo a distancia off shore o transnacional. En la que la prestación laboral se desarrolla en país diferente al país sede o del centro de centro del trabajo que pertenece. (El trabajo de operadores telefónicos de la India localizados en la India para empresas americanas para atender al mercado Americano u otro mercado fuera de USA las 24 horas del día. (Armas, 2013, 54) Ahora bien, refiriéndonos al método, expresamos que usa el método general de la investigación científica, por lo que se tuvo en cuenta información documental nacional e internacional (impresa y virtual), en relación a este último, sobre la implantación del teletrabajo en Colombia y Argentina. Se usaron además, técnicas de encuestas y entrevistas a trabajadores de pequeñas y microempresas, así como a personas de la academia relacionadas en diverso aspectos del trabajo a distancia y discapacitados. E igualmente se observó el modelo (se entrevisto a una ejecutiva) que usa la empresa transnacional: Nutresa (filial Perú), en relación a la aplicación del teletrabajo en el país.

Resultado de investigación Experiencia en Colombia y Argentina sobre teletrabajo

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a. En Colombia existe desde el año 2008 una Ley de Teletrabajo y además se ha publicado el reglamento respectivo, de tal manera que sobre este marco jurídico se está realizando diversas actividades entre el sector Publico: Ministerio de Trabajo de Colombia (MinTrabajo)y Ministerio de la Tecnología de Información y las Comunicaciones (MinTIC) y los privado, suscribiendo acuerdos y pactos para aplicar el teletrabajo en las empresas.

El Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (MinTIC) iniciará programas de formación con certificación en habilidades para el teletrabajo.

“Esta política permitirá generar empleo y autoempleo y disminuir las tasa de desocupación de estas regiones, a través de la utilización de herramientas TIC y procesos de formación para el teletrabajo”.

Con el teletrabajo, en las compañías se está implementando un nuevo modelo de responsabilidad social (RSE) llamado ‘empresas familiarmente responsables’.

Una cultura laboral centrada en cultivar la integridad de las personas, cuya finalidad es generar la confianza, vinculo necesario para que un trabajador de mejores resultados a la empresa consiguientemente incremente su productividad.

En Colombia ya hay 39.000 teletrabajadores. Para el 2018 la meta es de 129 mil teletrabajadores y 700 organizaciones hallan pasado por el pacto del teletrabajo (contrato empresa-ministerio u organismo público) La consolidación de un sistema de información de registro de teletrabajadores es otra de las cartas del Gobierno para el próximo año. El método permitirá identificar cuáles son los sectores con mayor número de teletrabajadores y quiénes tienen la capacidad de hacerlo. El mismo servirá para la vigilancia y control de las normas de este modelo.

b. En Argentina el Ministro del sector y el Jefe de Gabinete junto a Autoridades de la empresa Telecom, suscribieron el Convenio del Programa Piloto de Seguimiento y Promoción del Teletrabajo en Empresas Privadas (PROPET), que luego fue regularizado como un programa efectivo.

El objetivo del PROPET es promover el teletrabajo en el sector privado. Desde la coordinación se acompaña a las empresas participantes del PROPET en el desarrollo de las prácticas de Teletrabajo, aportando conocimientos, herramientas y experiencia.

Es importante destacar que los empleados incluidos en el programa, compuesto por distintos géneros y unidades de negocios, gozarán de los mismos derechos y beneficios garantizados por la legislación vigente y los convenios colectivos de trabajo de aquellos que prestan las mismas tareas en los establecimientos de la empresa, sin perjuicio de aquellos derechos o beneficios que pacten en forma individual o colectiva teniendo en cuenta las peculiaridades del teletrabajo.

Asimismo, la Resolución Nº 959/2013 PROPET refiere al Programa de implementación del teletrabajo en el sector publico.

Se destaca además el teletrabajo para personas con discapacidad, Jóvenes y la TIC y el teletrabajo a partir de los 45 años.

Este último nos lleva a pensar en otra arista de la actividad laboral tal como los jóvenes y adultos mayores en función del teletrabajo, sobre todo a los primeros como una forma de inclusión social juvenil complementaria a otra de mayor cobertura. (No la ley “Pulpín”).

Ello nos demuestra como la necesidad y el interés han sido protagónicos para el desarrollo del teletrabajo en Argentina, el cual si una ley nacional (Aun sin ley especial, en la Argentina existen buenas prácticas) se ha permitido implementar esta modalidad sin que se dañen derechos preexistentes de los Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 57-67 59

El teletrabajo: Como una forma de innovación de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones en una organización industrial empresarial (Perú)

trabajadores, lo que podría poner en duda a la industria y el comercio; y de Ingeniería Elecloque manifiesta la autora española García trónica y o Telecomunicaciones por su relación Romero que con una ley del teletrabajo se con el uso de las TITs. Habiendo encuestado a eliminarían los escollos para su desarrollo cincuenta personas con los resultados que con(García 2012), en realidad lo que quería de- signamos: cir esta autora, de acuerdo a nuestra manera Con la pregunta: ¿Ha escuchado hablar del de ver las cosas, es que con un sistema legal teletrabajo? adecuado, que puede ser solo un reglamenEl 62 % si ha escuchado, pero piensa que to o una directiva administrativa, se podría no está bien establecido la base legal que gaordenar y desarrollar el teletrabajo. rantice una correcta remuneración, otros dijeResultado de investigación en Lima ron que le falta profundización en el tema entre Metropolitana otras respuestas.

Se presentan los resultados más relevantes El 38% de los encuestados respondió que y en función de los objetivos de investigación, no ha escuchado pero no estaría de acuerdo ya que se han realizados otras preguntas que debido que para ellos un trabajo supervisado van más allá de ello, que amerita otros objetivos brindaría mejores resultados que uno a distano estudios de investigación. cia, sin embargo otros resaltan la comodidad y Asimismo, son encuestas realizadas en la facilidad que brinda esta modalidad como por academia (UNMSM), la industria y el comercio ejemplo ahorro de transporte y almuerzo o sea en pequeñas y microempresa, dado que las cor- alimentos en áreas de ventas, informes estadísporaciones que seleccionamos para verificar la ticos etc. (Figura 1). aplicación de teletrabajo, a saber: Nutresa, Repsol y Telefónica; la primera es la única que tiene aplicaciones de teletrabajo arreglado con objetividad y concordante con la legalidad (Su sede es Colombia, por ello tiene una cultura del empleo del teletrabajo).

Asimismo se tuvo dos muestras del sector de discapacitados en relación a las posibilidades del teletrabajo y como mecanismo de inclusión Figura 1. Conocimiento del teletrabajo (Academia-UNMSM). socioeconómica.

Como podemos coligar casi dos tercios a. Para la academia (resultados de encuestas) de los encuestados conoce algo del teletrabaRealizamos en primer lugar encuestas so- jo pero piensan que el teletrabajo se realizaría bre con la intención de saber el grado de cono- en algunas áreas especificas y en otras no secimiento del teletrabajo en nuestra Universidad ría posible, porque se necesita necesariamente específicamente en la Facultad de Ingeniería In- supervisión directa. Sin embargo creemos que dustrial por ser inherente a temas de trabajo en en algunos sectores y puestos de trabaja pue60 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

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de haber formas de supervisión a través de las TITs. Tal como es el envió de fotografías diarias de algunas actividades claves, tal como lo hace Nutresa. También al referirnos a los encuestados que indican le falta profundidad en el tema, es porque no hay difusión pública para que la sociedad o los ciudadanos trabajadores puedan saber lo que es el teletrabajo como alternativa laboral especial.

Con la pregunta: ¿Usted cree que está bien difundido el teletrabajo en el Perú?

Se aplicó a los que tenían conocimiento del teletrabajo, el 82% de los encuestados respondió que no está difundido el teletrabajo en el Perú porque no todos tienen el acceso a internet.

El 14% de los encuestados respondió que sí porque ellos lo conocían por periódicos donde ofrecían trabajos a distancia (área ventas) y por el internet.

El 4% de los encuestados no sabía porque no tenían una experiencia que lo fundamentara.

(Figura 2).

En general tal como ya lo estábamos percibiendo por las preguntas anteriores, podría pensarse que esta pregunta sale sobrando, sin embargo para reconfirmar lo que acontece en

nuestro país en relación al teletrabajo, esta pegunta responde a una situación que es una constante de desinformación del sector público. Se promulgó y público la ley y nada de difusión, y el desinterés se agrava, cuando no hay el reglamento que posibilite la operatividad y eficacia del teletrabajo en el Perú. El grupo que da una respuesta de “sí” (14%); aparentemente en contradicción con nuestra apreciación general, en el sentido que no hay una difusión efectiva, ello no enerva nuestra apreciación porque se basan en difusiones periodísticas privadas que no es el tema en cuestión. Como si lo es la escasa y casi nula difusión pública del teletrabajo por parte del Ministerio de Trabajo del Perú y otras instituciones coligadas.

Con la pregunta: ¿Cree usted que el teletrabajo beneficiaría a los discapacitados?

La respuesta fue positiva (83%) en el sentido que sí beneficiaría a los discapacitados, pero dependiendo del grado o tipo de discapacidad (Figura 3). Agregando que en nuestra Universidad Mayor de San Marcos, estudian y han concluido sus estudios universitarios varios discapacitados. Lo que no permitió deducir, sin preguntarles sobre la inclusión social, que este

Figura 2. Difusión del teletrabajo en el Perú (Academia-UNMSM).

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grupo estarían de acuerdo con la inclusión social de los discapacitados.

mente eran los más voluntariosos, sin embargo se consiguió encuestar algunos mandos directrices: seis de estos. (Figura 4 ).

Los resultados fueron lo siguiente: Precisamos que es mayor el número de personas que expresaron que no conocen o no han escuchado sobre el teletrabajo (11), lo que avala nuestros resultados con los grupos de la academia (encuestas en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos). No se les pregunto sobre los discapacitados. c. Discapacitados (resultados de personas que no traFigura 3. Beneficio del teletrabajo a discapacitados (Academia- bajan pero tienen potencial de UNMSM). teletrabajar) A ellos se les explico que es teletrabajo y se tuvo los sib. Para el comercio y la industria (resultados guientes resultados y comentarios de una muesde las encuestas a trabajadores del comer- tra de 15 personas con discapacidad que no tracio e industria-microempresas y pymes) bajan y que conocen lo que es el teletrabajo. La Se realizó encuesta a algunos trabajadores pregunta es saber si el teletrabajo contribuye la de la Pymes (Parque Industrial de Villa El Sal- inclusión social del discapacitado. vador y Gamarra), se validaron 18 encuestas dado que las demás presentaban algunas deficiencias y falto de veracidad, lo cual excluimos para darle mayor validez a nuestra investigación. Asimismo, se consideraron 7 hombres y 11 mujeres, ligeramente existe un predominio de las mujeres porque eran más asequibles para las encuestas. En relación Figura 4. Conocimiento del Teletrabajo (Pymes-Comercio e industria) a los puestos de trabajo Respuesta a la pregunta Sí No se tuvo en su mayoría a Cantidad-(%) 7-38 11-62 vendedores, lo que igual62 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

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El 40% de este grupo de personas, creen que el teletrabajo es una forma de inclusión socioeconómica. El 13%. no cree que sea una forma de inclusión social y el 47% de las personas no responden o no dieron respuesta. (Figura 5).

Apuntamos que es menor el porcentaje que no cree que sea una forma de inclusión socioeconómica, pero que sumado al grupo que no dio respuesta, agrupan un sector mayoritario, que por supuesto no esta demás decir, que tendrán razones de desconfianza y desánimo de acuerdo a las actuaciones de los gobiernos de turno; pero nosotros creemos que esto se puede revertir con la difusión del teletrabajo por parte del sector publico según corresponda.

Figura 6. Teletrabajo e inclusión social (discapacitados que trabajan.

Figura 5. Teletrabajo como inclusión social (discapacitados que no trabajan). d. Discapacitados (resultados de discapacitados que trabajan) Se tuvo en cuenta otro grupo de12 personas con discapacidad que trabajan para explorar del mismo modo si el teletrabajo es una forma de inclusión social de estos sectores de ciudadanos.

El resultado muestra lo siguiente (Figura 6):

Observamos que el 67% de los encuestados cree que el teletrabajo sí es una forma de inclusión socioeconómica del discapacitado, en cambio el otro 33% prefiere no responder. En este grupo no hubo encuestados que se opusieran, de tal manera que ello abona para coligar la preferencia de una gran mayoría de discapacitados que trabajan y que creen que el teletrabajo es un forma de inclusión social. e. Empresa corporativa (resultados de investigación documental, observacional en Nutresa) Grupo Nutresa continúa consolidándose como una organización atractiva para trabajar y con capacidad para desarrollar talento comprometido con el logro de los objetivos estratégicos. En el 2013 consideran consolidar prácticas que promuevan la conciliación entre la vida personal, familiar y laboral de los colaboradores, logrando en tres de nuestras compañías la certificación como Empresa Familiarmente Responsable. El reto es obtener la certificación para todas las compañías al 2020. Las prácticas Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 57-67 63

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de conciliación que más se resaltan en nuestra gestión están orientadas al teletrabajo, horario flexible, tiempo libre, informalidad en los espacios de trabajo, calidez en el trato, auxilios y beneficios. En cuanto a la productividad y desempeño se ha consolidado un tablero de indicadores de talento humano de alto valor que permiten alinear la contribución de las personas al logro de los objetivos de la Organización, entre ellos se encuentran indicadores cuyo propósito es la identificación de los costos de la mano de obra y el impacto en la productividad del Negocio, la inversión en formación y el retorno de la misma, clima organizacional, accidentalidad y ausentismo entre otros. La Gestión del Desempeño ha sido una herramienta muy valiosa para promover la conversación y alineación de las metas de los equipos de trabajo. Para el 2014 se espera, a través de la metodología Nine Boxes, contar con la curva de desempeño de todos los colaboradores. En 2013, 7.935 colaboradores participaron de este proceso.

El teletrabajo se ha convertido en una de las modalidades que consolidan la productividad, cerramos el año con 245 teletrabajadores de las distintas compañías de grupo, esperamos contar en el 2014 con aproximadamente 100 personas más.

En forma complementaria se presenta una entrevista que nos dio la representante comercial de Nutresa en el Perú y asimismo resumimos como resuelven la dirección y control en los puestos del teletrabajo: -Una reunión al mes entre el apoderado comercial de Perú y Chile vía skype. Los temas que se tratan son tendencia, análisis de precio proyección de ventas.

-Dos reuniones al mes con las promotoras de provincia vía skype con la jefa comercial en las cuales identificación de bajas en las ventas y tomar decisiones rápidas que no afecten a la productividad de la empresa.

-Todos los viernes informe semanal de sus ventas y lugares que visitaron todos estos documentos son enviados por hotmail o al correo 64 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

institucional además de agregar fotografías para garantizar su desempeño Discusión 1. Condiciones para difundir el teletrabajo en las empresas (y en la administración pública) Como observamos en nuestro trabajo de campo relacionados con las encuestas (Figuras 1, 2 y 4) nos muestran el desconocimiento del trabajador de lo que es el teletrabajo, nosotros inferimos por la poca difusión y el escaso interés del sector público para impulsar el teletrabajo a la ciudadanía.

En la actualidad, pese a que hemos observado un solo caso (Nutresa), el sector privado empresarial extranjero está utilizando esta formas de trabajo en el país, porque en su país (Colombia) donde está la sede principal, tienen leyes desde mucho más antes que el Perú; y tiene políticas, estrategias y programas de teletrabajo. De otro lado si revisamos el Portal del Ministerio de Trabajo no se tiene mención del teletrabajo, pareciera que la ley es un “snobismo” para estar en forma ficticia a la altura de otros países, pero en la realidad no se hace nada por desarrollarlo.

El teletrabajo para que se difunda en el Perú debe ser impuesto por una política laboral multisectorial y que tenga en cuenta diversos Ministerios, teniendo como director al Ministerio de Trabajo y Promoción social, ya que es un accionar transversal, dado que es una forma especial de trabajar con ciertas condiciones especificas, siendo perentorio la utilización de las tecnologías informáticas y de telecomunicaciones; y por tanto concordante con el Plan de Banda Ancha que tiene el país (Ministerio de Transporte y Comunicaciones).

2. El teletrabajo como inclusión sociolaboral y el teletrabajo para discapacitados La referencia a las encuestas (Figuras 3,5 y 6) nos indican que el teletrabajo si es una forma de inclusión social al grupo de discapacitados, ya que en un país con carencias laborales donde el PEA bordea el 10%, dentro de ese grupo

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tenemos a personas que han sufrido una discapacidad y muchas veces están olvidados sin que las políticas laborales tomen las mejores medidas para que sean útiles a ellos mismos, a su familia; y aun para el país. Si bien hay discapacitados que han destacado superando su discapacidad, esto no es común en todos, para descuidarlos.

En el Perú hay experiencias realizadas en Inictel–UNI en relación al teletrabajo, discapacidad y productividad e inclusive con controles de medición, fue el caso de una traductora profesional y un periodista o similar, discapacitados, “En el caso de la traductora profesional, el indicador fue el número de páginas traducidas. En el caso del otro trabajador, el indicador fue el número de artículos o reportajes remitidos sobre los temas indicados para los boletines electrónicos” (Bolarov, 2009, p.72); y si bien tuvieron un coordinador y un profesional especialista en recursos humanos, el proyecto experimental tuvo resultados muy limitados, ya que para proyectos de mayor envergadura de este tipo, requeriría financiamiento cooperación nacional e internacional Destacamos, pese a que la ley no existía todavía en ese tiempo (2008), que se tenía un erróneo conceptual del teletrabajo, el que como sabemos debe obedecer estrictamente una relación laboral y no una locación de servicios, conforme lo refiere el informe de esta experiencia en la UNI, ya que este expresaba al teletrabajador sujeto a una relación de prestación de servicios, y además había un pago de honorarios, comparándolos con los demás locadores de servicios que concurren presencialmente, lo que nos lleva a inferir que desde el punto de vista estrictamente de la relación laboral, lo que hacían aquellos “teletrabajadores” no era teletrabajo, sino una locación de servicios a distancia de un discapacitado que se rige por el código civil, ya que un teletrabajador, de acuerdo con la ley actual tiene que estará en planilla y tener sus beneficios sociales.

Salvado aquello, la experiencia es valedera porque resalta la problemática del discapacitado e

igualmente busca soluciones para una política de inclusión social.

3. El teletrabajo en una sociedad y economía global digital Se expresa que la aparición de los avances tecnológicos “…el desarrollo de la técnica tiene repercusiones directas en el incremento del bienestar individual…” agregando además la dinamicidad de los fenómenos económicas (Silva, 2011, p.13), que impactan cambios en la sociedad pueden ser negativos así como positivos, en ese sentido para la sociedad: el teletrabajo, en cierta medida, no siendo por supuesto la única forma, trata en cierta medida de contribuir a aminorar el cambio climático acelerado, al ahorrar el transporte que deberían usar los trabajadores, para desplazarse al centro laboral, si fueran presenciales, reduciendo los niveles de contaminación producidos por los gases que despiden los vehículos; asimismo dependiendo de la estrategia de la comunidad empresarial, se tendría una disminución de la energía eléctrica comercial e industrial, entre otros aspectos macroambientales. Además esta modalidad de trabajo ayudaría a elevar las ofertas de trabajo, al incorporar al mercado laboral a profesionales discapacitados: teletrabajadores, de tal manera que disminuiría el desempleo y propiciaría desde luego la inclusión social a estos sectores que no han sido tenidos en cuenta por los gobiernos anteriores. Y desde luego, habiendo un mercado internacional de teletrabajo, ello deberá generar el incremento de divisas para el país constituyendo una forma ingreso no tradicional.

De otro lado, el trabajo a distancia concurre cada vez con mayor sofisticación debido a las innovaciones humanas, de tal manera que en una primera instancia se tuvo la telepresencia auditiva y visual temporal con terminales independientes: teléfono, fax etc., que luego evolucionó a la telepresencia bidimensional auditiva, visual, fija o portátil y sobre terminales diversos como las computadoras, laptop, teléfonos personales de tecnología celular o inalámbrica etc.,. En la actualidad ya estamos asumiendo Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 57-67 65

El teletrabajo: Como una forma de innovación de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones en una organización industrial empresarial (Perú)

la denominado telepresencia tridimensional interactiva auditiva, visual e incluso sensorial, donde el trabajador todo el tiempo estará relacionado virtualmente con su jefatura y sus compañeros de trabajo, acercándose cada vez más a un trabajo “realmente” real por la interacción visual constante. En tal sentido la empresa actual (el futuro es hoy), gozará de muchas formas de comunicaciones, coordinación, control y supervisión, sin mayor diferencias entre el trato presencial o carnal; e inclusive los impactos negativos del teletrabajo bidimensional, tal como el aislamiento o falta de contacto físico y afectivo para compartir metas y objetivos laborales, ya no serán un obstáculo por las características mencionadas de la tridimensionalidad laboral, entre otras situaciones que nos deparara el futuro del trabajo en una sociedad y economía global donde se tiende a fundamentar la economía del conocimiento.

Conclusiones 1. La aparición de las TITs.y su desarrollo incesante, están dando lugar a una nueva forma de realizar el trabajo, cuya implantación permitiría optimizar los procesos productivos comerciales o de servicios, cuando el análisis de costo beneficia le sea permisible.

Este nuevo formato denominado teletrabajo es una alternativa que se basa en el uso de tecnologías de información y/o telecomunicaciones lo cual puede repercutir positivamente en los aspectos socioeconómicos de las sociedades.

2. La implantación del teletrabajo implica un acucioso análisis del empresario para replantear una nueva reorganización empresarial, inherente a la gestión, funciones de coordinación, comunicación y control; muy importantes en el desarrollo empresarial.

Igualmente un análisis sustentaría la conveniencia parcial o total de los puestos de teletrabajo o localizaciones estratégicas para el teletrabajo, tal como es el caso de Nutresa, que por conveniencia analizada, tiene tele66 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

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trabajadores en diferentes áreas de su planta y sus filiales, ya que ahorra en destaques de personal directivo, de control y supervisión.

En el Perú desde el 2013 existe la ley No. 30036, que no es suficiente para regular el teletrabajo en el mercado laboral peruano, e inclusive se tiene trabajadores que prestan servicios utilizando las TITs, pero que de una manera práctica, podríamos decir que es teletrabajo, empero desde la óptica estrictamente legal: no es teletrabajo; porque el trabajador está regido por contratos de locación de servicios o contrato de obra.

El mayor impedimento en el Perú para desarrollar el teletrabajo es el poco interés de la autoridad pública para difundirlo y desde luego posteriormente aplicarlo habiendo una ley. Esta situación creemos da lugar a que el empresariado peruano deje de pagar los beneficios sociales a sus “teletrabajadores”. Sin aplicación real de la ley y sin reglamento; estos grupos empresariales están gozando de mayores ingresos a costa del sacrificio de los teletrabajdores.

Las Pymes en el Perú presentan dificultades para la aplicación de esta modalidad porque no hay reglamentación general ni específica para ello, teniendo en cuenta de acuerdo a nuestro trabajo de campo que las Pymes tendrían mayores ingresos si algunas de sus operaciones lo realizaría por internet, lo cual permitiría la promoción de sus productos y reduciría los gastos de infraestructura, energía y equipamiento. Además que para incrementar la productividad y competitividad podría planificar que un porcentaje de empleados laboren en esta modalidad, por ejemplo de 15% a 20%.

El teletrabajo es una posibilidad de inclusión social, ya que permitiría el acceso a esta modalidad laboral a los discapacitados que pueden encontrar un medio para su realización personal. Ello también traería beneficio e inclusión socioeconómica a jóvenes y adultos, desempleados que pueden

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tener una alternativa de trabajo, siempre y cuando sean capacitados para el teletrabajo.

Referencias bibliográficas Armas, C.(2013). Prospectiva de la Ciencia y Tecnología. Lima: Fondo Editorial de San Marcos Bolarov, S. (2009). El trabajo de discapacitados. E-libros El Cid editor Argentina-Estados Unidos

Hernández, R. (2014). Metodología de la Investigación. Mc Graw-Hill Interamericana de México S.A: de C.V. Naucalpna de Juárez Edo. México-Quinta Edición Silva J. (2011). La expansión del derecho penal. Aspectos de la Política Criminal en las sociedades post industriales. Edisofer Buenos Aires

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Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 23/10/2015 Aceptado: 22/12/2015

REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE CALDERAS BAGACERAS Jorge Eduardo Esquerre Verástegui1 Resumen El material particulado es uno de los mayores problemas en cuanto a contaminación atmosférica se refiere, y aunque el uso de calderas bagaceras representa un impacto Positivo sobre la contaminación global por producir energía con un biocombustible, las cenizas provenientes de la combustión de bagazo pueden provocar una gran contaminación que puede ser incluso más dañina que la contaminación producida por la quema de combustibles fósiles.

Por ejemplo, durante las moliendas en los años 2008, 2009, 2010 y 2011, que se hicieron en Tucumán, R. Argentina, realizaron mediciones de las concentraciones de material particulado total (MPT) en las emisiones de chimeneas de calderas de la industria azucarera, en Tucumán, R. Argentina. El objetivo de este trabajo fue monitorear la evolución de la concentración y emisión de MPT y observar la influencia de los sistemas de filtrado instalados en las chimeneas de las mencionadas unidades. Se ilustran los datos de las emisiones de MPT obtenidas en los años indicados, con valores promedio por caldera de 58,5 kg/h, 33,6 kg/h, 47,6 kg/h y 33,9 kg/h, respectivamente.

Es por lo anterior que,en primer lugar, la forma de reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras es mediante una buena operación de la caldera y un buen sistema de remoción de partículas en los gases de combustión, que se torna importante en la medida que se pueda relacionar la contaminación de los alrededores de la caldera y las variables de operación de la misma.

Con respecto a las variables de porcentaje de ceniza del bagazo y el poder calorífico del bagazo se observa que cuando las emisiones se incrementan, también lo hacen las concentraciones de los receptores, a diferencia de lo que sucede con las variables de operación de la caldera. Esto se debe a que para el porcentaje de ceniza, su cambio no afecta de forma significativamente al flujo de gases de chimenea; con el poder calorífico del bagazo se obtuvo que cuando se producen menos emisiones, también se reduce el flujo de gases por lo en ambos casos, la tendencia a crecer o decrecer que llevan las emisiones, también lo llevan las concentraciones en el mismo sentido.

Una segunda forma de reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras es mediante el secado de bagazo lo que reducirá el material particulado que se emite por la chimenea. Este secado se realizará con los gases efluentes de la chimenea de la caldera para reducir la humedad del bagazo con la consecuencia de disminuir el uso de combustibles adicionales y de esta forma tener un ahorro considerable de dinero y de mejora ambiental.

Es por ello, que presento este trabajo de investigación, el cual está dirigido a la industria azucarera en general y basado en: • Monografía «impacto ambiental de la actividad Azucarera y estrategias de mitigación» Presentada por Morales Trujillo Javier.

• Revista Industrial y Agrícola de Tucumán Tomo 82 (1-2): 17-25; 2005 «Inyección de aire secundario caliente en calderas de vapor bagaceras y su influencia en el rendimiento térmico» Presentado por Marcos A. Golato, Gustavo Aso, Dora Paz y Gerónimo J. Cárdenas.

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Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras

• Evaluación exergética de propuestas de disminución de consumo de vapor en usinas azucareras.

Presentado por Dora Paz y Gerónimo J. Cárdenas (2005).

• «Las calderas de los ingenios azucareros y la austeridad Económica» Presentado por Ing. William A. Manso Hernández.

• «Aplicación del método energético para determinar pérdidas separadas e irreversibilidades en calderas bagaceras» Presentado por: Marín Hernández J.J., González Petit-Jean M.L., Mestizo Cerón J.R. • Rev. Ind. y Agríc. de Tucumán Tomo 88 (2): 41-49; 2011 «Rendimiento térmico de calderas bagaceras modernas en Tucumán, R. Argentina « Presentado por Federico J. Franck Colombres, Marcos A. Golato, Walter D. Morales, Carolina Cruz y Dora Paz. • Monitoreo de emisiones de material particulado de chimeneas de generadores de vapor de la industria azucarera en Tucumán, R. Argentina. Presentado por: Marcos A. Golato, Walter D. Morales, Horacio S. Méndez, Enrique A. Feijóo y Dora Paz. Palabras clave: Limpieza, energía, exergética,material particulado, caldera bagacera.

Abstract The particulate material is one of the biggest problems regarding atmospheric pollution is concerned, and while the use of bagasse boilers represents a positive impact on overall contamination produce energy with a biofuel, the ashes from the combustion of bagasse can cause high pollution may be even more harmful than the pollution caused by burning fossil fuels.

For example, during the grinding in the years 2008, 2009, 2010 and 2011, which were made in Tucuman, Argentina R., performed measurements of the concentrations of total particulate matter (TPM) in the boiler stack emissions of the sugar industry, in Tucuman, R. Argentina. The aim of this study was to monitor the evolution of the concentration and emission of MPT and observe the influence of filtering systems installed in the chimneys of said units. Emissions data obtained MPT indicated years, with average values boiler 58.5 kg / hr, 33.6 kg / hr, 47.6 kg / h 33.9 kg / h, respectively are illustrated. It is for this that, first, how to reduce the environmental impact of bagasse boilers is through good operation of the boiler and a good system of removal of particles in the flue gas, which becomes important as that It can be related pollution around the boiler and operating variables thereof.

Regarding variables percentage of bagasse ash and calorific value of bagasse shows that when emissions increase, so do the levels of receptors, unlike what happens with the variables of operation of the boiler. This is because for ash percentage, the shape change does not affect significantly the flow of flue gases; with the calorific value of bagasse it was obtained that at least emissions are produced, also the gas flow is reduced so in both cases, the tendency to increase or decrease that lead emissions, also lead concentrations in the same direction.

A second way to reduce the environmental impact of bagasse boilers is by drying the bagasse which will reduce particulate matter emitted by the fireplace. This drying is carried out with the effluent gases from the chimney of the boiler to reduce moisture bagasse with the consequence of reducing the use of additional fuel and thus have a considerable cost savings and environmental improvement.

That is why I present this research, which is intended for the sugar industry in general and based on: • Monograph "environmental impact of the sugar industry and mitigation strategies" Presented

by Javier Morales Trujillo.

70 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

J. E. ESQUERRE VERÁSTEGUI

• Industrial and Agricultural Tucuman Magazine Vol 82 (1-2): 17-25; 2005 "hot secondary air injection of bagasse in steam boilers and its influence on the thermal efficiency" Presented by Mark A. Golato, Gustavo Aso, Dora Peace and Jerome J. Cardenas.

• Exergy evaluation of proposals for reduction of steam consumption in sugar mills. Presented by Dora Paz and Geronimo J. Cárdenas (2005).

• "The boilers of the sugar mills and the Economic austerity" Offered by Mr. William A. Manso Hernández.

• "Implementation of energy method for determining separate losses and irreversibilities bagasse boilers" Presented by: J.J. Hernández Marin González Petit-Jean ML, Mixed J.R. Cerón.

• Rev. Ind and Agric. Tucuman Vol. 88 (2): 41-49; 2011 "Thermal performance of modern bagasse boilers in Tucuman, Argentina R." Presented by Federico J. Franck Colombres, Mark A. Golato, Walter D. Morales, Carolina Cruz and Dora Paz. • Monitoring of particulate emissions from chimneys of steam generators of the sugar industry in Tucumán, R. Argentina. Presented by: Mark A. Golato, Walter D. Morales, Horacio S. Mendez, Enrique A. Feijóo and Dora Paz. Keywords: Clean, energy, exergy, particulate matter, bagasse boiler.

Introducción En la Industria Azucarera en general, así como en todas nuestras actividades, ocurren procesos que irremediablemente generan sustancias y elementos que constituyen fuentes potenciales de contaminación del medio ambiente.

En ese sentido y con un criterio amplio, pueden considerarse, como ejemplo, las diversas máquinas térmicas entre ellas las calderas generadores de vapor que queman biomasa de distinto origen para el desarrollo de procesos productivos y, en particular, las calderas bagaceras, que a través de la combustión de un residuo celulósico, producen la energía necesaria para la industrialización de la Caña de azúcar. Como producto de esa combustión se generan emisiones de particulados, cuya calidad y magnitud depende, entre otros factores, del tipo de combustión y de las condiciones de operación del sistema empleado.

El impacto ambiental en nuestros días es sinónimo de contaminación al suelo, agua y aire,de maneras exorbitantes, afectando de esta manera a los seres humanos y demásbiosfera que habita alrededor delas industrias que lo provocan. Este trabajo está dirigidoal impacto ofrecido por los ingenios azucareros del norte del Perú en general; se les recomienda evaluar cada una de las

afectaciones que los mismos provocan al medio ambiente y propongan vías alternas a las ya existentes para mitigar el problema que propicia lamortandad de seres vivos por sus diversas emisiones de contaminantes.

Así, estudios realizados en Tucumán, R. Argentina han podido detectar principalmente la presencia de cenizas volátiles, partículas de carbono (hollín), partículas de bagazo parcialmente quemado y material inorgánico (arena, arcilla, etc.), en una proporción muy aleatoria. Sin embargo, las emisiones de gases contaminantes son menores cuando se queman residuos agroindustriales que cuando se hace uso de combustibles de origen fósil (Castells, 2005).

Una afirmación trascendental de la OMS ha sido de que «el goce del grado máximo de salud que se pueda lograr es uno de los derechos fundamentales de todo ser humano sin distinción de raza, religión, ideología, política o condición económica y social». Para la OMS la salud es un «estado de completo bienestar físico, mental y social», quedando fijadoel nivel de salud por el grado de armonía que exista entre el hombre y el medio que sirve de escenario o de recurso a su vida.

Hay consenso que las calderas son el coUntels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 69-78 71

Reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras

razón de cualquier ingenio. Suministran el vapor necesario para mover los motores primarios cuyo escape sirve a su vez como vapor para el proceso. Como las calderas se diseñan y fabrican con factores de seguridad apropiados a losparámetros tan intensos que impone su operación, poseen una robustez considerable quecontribuye a su prolongada vida útil tanto de diseño como de realidad práctica. Esa robustez y la consideración –más o menos real– de que las calderas no influyen en laextracción y rendimiento de sacarosa, precisamente permiten que a la hora de reducirpresupuestos en mantenimiento o mejoras sean, muchas veces, las calderas las «dejadas para el año que viene».

Si bien es cierto que esto es posible, los gastos eliminados en calderas pueden contribuir aelevar los costos a la larga cuando el deterioro puede implicar grandes reparaciones, perdida de eficiencia que aumente el consumo de combustible o la sustitución de la caldera.

En la agroindustria azucarera Peruana, muchas de sus maquinarias son mayormente obsoletas, incluso equipos de más de 50 y 70 años, con calderas adaptadas que utilizan a discreciónel mismo combustóleo, bagazo lleno de humedad que provoca una pesada contaminación del aire, como claro ejemplo se estima que laproducción de azúcar de los ingenios del país utilizan más de un 60% el bagazo como combustible, también se sigue quemando en campos la Cañasin invertir en tecnologías que disminuya el daño ecológico.

En general, durante la operación de las calderas y las diversas máquinas térmicas y generadoras de vapor que queman biomasa que utilizan bagazo, residuos de la cosecha de Caña u otro combustible de origen vegetal, el control de las emisiones se limita a la instalación de dispositivos separadores de partículas sólidas. Bajo este concepto, diversos autores señalaron la importancia de considerar las restricciones ecológicas asociadas al uso energético de la biomasa, haciendo uso de las diferentes alternativas tecnológicas que existen para la preservación de la calidad ambiental (Silva Lora, 2001).

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Fundamento teórico En general los generadores de vapor que utilizan como combustible productos o residuos vegetales, tienen tendencia a arrojar junto con los gases de combustión partículas sólidas sin quemar o parcialmente quemadas, producto del diferente tamaño de las mismas y de los elevados niveles de humedad que suelen presentar dichos combustibles. Las calderas bagaceras de nuestro país no escapan a este tipo de problema, agravado por que en su mayoría son antiguas y carecen de un buen sistema de mantenimiento y limpieza de los gases de chimenea.

En diversos países azucareros del mundo existen normas que regulan la cantidad de partículas que se permite puedan arrastrar los gases de combustión de calderas bagaceras.

El presente trabajo pretende presentar algunos resultados obtenidos al respecto, aprovechando una tecnología estudiada en los últimos años, como es el secado del bagazo, para reducir el impacto ambiental de las emisiones gaseosas de calderas.

Se plantea usar los gases de combustión de la chimenea para reducir la humedad del bagazo, en vez de usar algún combustible adicional, con lo cual se incrementa la eficiencia de calderos antiguos y se logra un ahorro con el gas producido, así mismo como los gases de combustión no son enviados directamente a la atmosfera, se reduce mucho las partículas emitidas a la atmosfera, desde alrededor de 4500 mg/m3 a menos de 300 mg/m3 (Silva Lora et al.

2000).

Materiales y métodos A) Dora Paz; Mario Octaviano; Gerónimo Cárdenas; Marcos Golato y Gustavo Aso efectuaron un análisis sobre una caldera bagacera Acuotubular que produce 80 t/h de vapor a 21 ata y 320°C, equipada con un calentador de aire con área total de intercambio de 2715 m2, del tipo de caldera que existe en la industria local.

La caldera opera con un factor de dilución de 1.8 y la temperatura de los gases de chimenea

J. E. ESQUERRE VERÁSTEGUI

de 180°C, el aire ingresa al calentador a 30°C y sale entre 190 y 200 °C, los gases de chimenea se enfrían desde 290°C hasta 180°C. Evaluaron el secado del bagazo empleando todos los gases de chimenea, analizaron técnica y económicamente diferentes opciones, comparando esta nueva aplicación del secado de baga-

zo frente a los lavadores de gases tradicionales, obteniendo los siguientes resultados.

Por otro lado, es conveniente también hablar sobre la calidad (capacidad para producir cambios) de formas desordenadas de energía, caracterizadas por la entropía, que se conoce como exergía y depende tanto de la forma de la energía (química, Tabla 1. Resumen de resultados más importantes del balance de térmica, etc.) como de los parámetros del que masa y energía. transporta la energía y Consumo Humedad Temp.

Temp.

Rend.

Rend.

Aire Gases Bag. Bag. Al Aire Gases del ambiente (Baloh y Caldera Sistema necesario finales Húmedo horno caliente finales % % (kg/h) (kg/h) Wittwer, 1995). Por otro (kg/h) (%) (°C) (°C) Opción 0 73.7 73.7 42841 53.00 208764 194 251605 180.0 lado, las formas ordenaOpción 1 73.7 73.7 42841 53.00 208764 194 251605 180.0 das de energía, como la Opción 2 77.1 82.8 38151 40.88 175580 179 213731 112.3 energía eléctrica o meOpción 3 79.5 83.7 37717 44.78 153163 249 190880 100.00 cánica, presentan calidad invariable y pueden, a través de la interacción Tabla 2. Resumen de Bienes a adquirir en cada opción analizada. del trabajo, convertirse Opción 1 totalmente en otras forCaldera original con lavador de gases de chimenea+pileta mas de energía.

Para tratamiento de efluente líquido Bienes a adquirir Cantidad Costo Unit. $ Costo Total $ La exergía indica el Secador de bagazo 0 83458 0 trabajo aprovechable que Repontenciado de ventiladores 2 18125 36250 un sistema puede entreLavador de gases 2 65190 130380 gar: es aquella parte de Piletas para trat. Efluentes líquidos 2 11450 22900 la energía que es posible Inversión total 189530 transformar en trabajo útil y que tiene un valor Opción 2 económico. El resto de Derivar gases a 320°C a secador y el resto despues del ICQ Enviar a lavador para retener partículas contaminantes la energía del sistema, a Bienes a adquirir Cantidad Costo Unit. $ Costo Total $ la que se denomina anerSecador de bagazo (3 ciclones) 1 83458 83458 gía, no es recuperable.

Repontenciado de ventiladores 1 18125 18125 Cada proceso técnico Lavador de gases 1 65190 65190 que ocurre a una cierta Piletas para trat. Efluentes líquidos 1 11450 11450 velocidad tiene pérdidas Inversión total 178223 de exergía, mientras que en los procesos ideales Opción 3 Usar todos los gases a 180°C para secar y el retener las partículas o reversibles, la velociContaminantes con ciclones del mismo secador dad es igual a cero y las Bienes a adquirir Cantidad Costo Unit. $ Costo Total $ pérdidas son nulas. Se Secador de bagazo (5 ciclones) 1 99501 99501 puede interpretar la pérRepontenciado de ventiladores 2 18125 36250 dida de exergía como la Lavador de gases 0 65190 0 energía que es necesario Piletas para trat. Efluentes líquidos 0 11450 0 consumir para obtener la Inversión total 135751 Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 69-78 73

Reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras

velocidad correspondiente del proceso (Baloh y Wittwer, 1995).

Basados en estos conceptos Dora Paz y Gerónimo J. Cárdenas (2005), en su trabajo «Evaluación exergética de propuestas de disminución de consumo de vapor en usinas azucareras» tuvieron el objetivo de evaluar propuestas tendientes a disminuir las pérdidas de exergía en un ingenio azucarero de Caña en Tucumán, considerando: aumento de efectos de evaporación, mayor aprovechamiento de vapores vege-

Figura 1: Distribución de vapor producido. tales, aumento en la concentración de melado, empleo de vapor vegetal para la cristalización y reemplazo de turbinas de vapor ineficientes por motores oleo hidráulicos y eléctricos.Ellos tomaron como caso de estudio, un ingenio situado en Tucumán, cuya capacidad de procesamiento es de 6800 toneladas de Caña por día.

Este ingenio cuenta para la molienda de Caña con dos trapiches: 1) Dedini, con capacidad para moler 5300 t de Caña/día, con turbinas de 74 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

vapor de accionamiento de alta eficiencia y bajo consumo específico de vapor y 2) Krupp con capacidad para moler 1500 t de Caña/día, con turbinas de accionamiento de baja eficiencia y alto consumo específico de vapor.

En un ingenio azucarero de Caña, las operaciones de mayor consumo de energía térmica son los Calentamientos de jugo, la Evaporación y el sector de Cristalización, los que constituyen el sistema conocido como CEC. La planta dispone de un sistema de evaporación, calentado con vapor escape (de 2,18 bares de presión y 122 ° C), con dos tandems que operan en cuádruple efecto en paralelo. Las extracciones de vapor vegetal para calentamiento de jugo encalado se efectúan del 1°, 2° y 3° efecto de evaporación.

Se emplea vapor escape para la calefacción de los tachos de cocción (Cristalización). Este sistema se tomó como caso de referencia al analizar las propuestas mejoradoras.

Empleando la hoja Excel se calculó la distribución de vapor en fábrica (Figura 1). El vapor escape total requerido para las operaciones CEC alcanza las 161,3 t/h (56,9% Caña). El vapor escape de las máquinas motrices (trapiche Krupp, ventiladores de calderas, cuchillas del Krupp, usina, trapiche Dedini) asciende a 140 t/h, siendo el vapor de laminación de 25,78 t/h

J. E. ESQUERRE VERÁSTEGUI

(9% Caña). El vapor necesario a generar en las calderas asciende a 173,5 t/h (61,3% Caña).

Se presentaron las Propuestas A y B, que son mejoras del sistema CEC, empleando calderas modernas, que contemplan: incrementos en el área de intercambiadores de calor, aumento del número de efectos de evaporación, reemplazo o eliminación de un equipo ineficiente o

hasta 70°Bx, lo que implica además un menor consumo de vapor en esa operación. Las demás condiciones serían idénticas a la propuesta A. Para evitar el venteo de vapor al ambiente, se proponen dos modificaciones en el sistema: B.1) Eliminar las turbinas de vapor de accionamiento del trapiche Krupp, y sustituirlas por motores oleo hidráulicos.

Tabla 3. Resultados comparativos para el caso base y las propuestas A y B.* Caso base Evaporación. N° de efectos Brix melado (%) Agua evaporada (t/h) Vapor escape consumido (t/h) Vapor al condensador (t/h) Agua al condensador barom. (t/h) Cocimientos Agua evaporada (t/h) Agua al condensador barom. (t/h) CEC Vapor de calefacción consumido (t/h) Variación de vapor a CEC (%) Calderas Vapor vivo necesario (t/h) Variación de vapor vivo (%) Vapor laminación (t/h) Consumo adicional de GN (% Caña) Ahorro de agua (t/h) *

Valor 4 62.00 217.07 79.53 26.00 676.30

% Caña

Propuesta A % Caña

238.70

Valor 5 62.00 217.07 56.53 19.70 510.00

48.18 1245.70

0.17 439.70

161.30 0.00 173.50 0.00 25.80 2323.30

Propuesta B % Caña

180.00

Valor 5 70.00 224.64 103.47 9.40 243.60

48.18 1245.68

17.00 439.70

37.42 967.40

13.00 341.40

56.90

136.45 -15.40

48.40

113.50 -29.60

40.10

56.30

147.20 -15.20 0.80 -2872.20 192.60

52.00

123.10 -29.10 4.00 -5206.00 761.40

43.40

76.60 28.10

9.10 0.82

76.60 20.00

0.30 -1.00

79.30 36.50 86.00

1.40 -1.80

A un mayor número de efectos en evaporación y mejor aprovechamiento de vapores vegetales de menor exergía, menores serán las pérdidas exergéticas en el sistema CEC, y por lo tanto, menores los requerimientos de vapor.

anticuado, etc. Se analizaron las dos propuestas: A) Operar el sistema en quíntuple efecto, con extracciones de vapor vegetal de todos los efectos para calentamiento de jugo encalado.

Considerar el colector de escape a 2,05 bares (121 ° C). Las demás condiciones del sistema CEC se mantienen sin variantes.

B) Redimensionar el esquema de evaporación para alimentar con vapor vegetal (VG1) al sector de cristalización, concentrando el melado

B.2) Reemplazar los accionamientos con turbinas de vapor de los ventiladores de tiro inducido (VTI) y turbo bombas de calderas por motores eléctricos.

Las propuestas apuntan a disminuir las pérdidas exergéticas en los sectores estudiados (Calentamiento-Evaporación-Cristalización), logrando de esta forma la optimización en el empleo de la energía, tal como se aprecia en los resultados comparativos de la Tabla 3.

Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 69-78 75

Reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras

Los resultados de los balances de masa y energía para el caso base, que se muestran en la tabla 3, fueron determinados empleando el software SIMCE 2.0 (López et al., 2000), donde con líneas de trazos se han indicado las cajas de evaporación que operan en paralelo como un efecto. El vapor escape total requerido para las operaciones CEC alcanza las 161,3 t/h (56,9% Caña); el vapor al condensador es de 9,18% Caña y el agua requerida para el mismo asciende a 238,7% Caña.

Las disminuciones de exergía perdida en el sistema CEC se traducen en un menor requerimiento de vapor de calefacción para esas operaciones, tal como se observa en la Tabla 4. La

caldera permite mejorar la combustión en la misma, ya que se obtiene un mejor equilibrio térmico del hogar al ingresar el aire con una cierta energía. Esta energía es aprovechada para mantener una alta temperatura, de manera de asegurar las reacciones y la no formación de hollín.Esto contribuye a la combustión completa de dichas partículas, disminuyendo los inquemados y obteniendo menores emisiones por la chimenea, lo que reduce el impacto ambiental.

3. Para el caso analizado, precalentar todo el aire secundario que ingresa al hogar de la caldera, redundó en múltiples beneficios respecto a la caldera original: aumento de

Tabla 4. Pérdidas de exergía y consumo de vapor en los sistemas CEC del caso base y las propuestas A y B. Caso base

Propuesta A

Propuesta B

Pérdidas de exergía en CEC (KW) Disminución de pérdidas (%) Consumo vapor de escape en CEC (% Caña) Disminución del consumo de vapor (%) Consumo vapor vivo (% Caña) Disminución del consumo de vapor (%)

24569.00

20292.00 17.40 48.20 15.40 52.00 15.20

16742.00 31.90 40.10 29.60 43.40 29.20

reducción porcentual de irreversibilidades en el sistema CEC de la propuesta A, 17,4% respecto al caso base, produce una disminución en el consumo de vapor de 15,4%; mientras que en la propuesta B, la reducción de pérdidas exergéticas alcanza al 31,9% respecto al caso base, y el vapor consumido disminuye en un 29,6%.

La leve discrepancia entre estos porcentajes se debe a no haber considerado la pérdida de exergía por radiación al aumentar las superficies de intercambio de calor en las propuestas A y B.

1,62 puntos en el rendimiento térmico de la caldera, mejora del índice de generación de vapor en un 2,27% y reducción en el consumo de bagazo (2,45%) y del aire primario para la combustión (3,55%).

4. Pudo observarse una relativamente elevada eficiencia energética de los generadores modernos respecto a la de calderas convencionales. Esta puede atribuirse principalmente a una buena eficiencia de la combustión, que se ve reflejada en la composición de los gases.

5. Con la inyección de aire caliente disminuyó el consumo de bagazo en 426,53 kg/h, aproximadamente un 2,45% del bagazo total, equivalente a 71,3 Nm3/h de gas natural.

6. La determinación de las pérdidas de exer-

Conclusiones 1. La metodología de cálculo propuesta resultó apropiada para abordar este tipo de problemas.

2. El calentamiento del aire secundario de la 76 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

56.90 61.30

J. E. ESQUERRE VERÁSTEGUI

gía en los diferentes sectores que componen el sistema CEC, permitió descubrir en qué etapas se producían las mayores pérdidas y proponer acciones tendientes a su disminución. Este hecho no puede ser deducido a partir de la 1° Ley de la Termodinámica.

7. Las menores eficiencias exergéticas se producen en el condensador barométrico de cristalización, seguido por el condensador barométrico de evaporación y por el sector de cristalización.

8. Se observan altas pérdidas de exergía en el sector de cristalización (cocimientos), en el sistema de evaporación en conjunto, en el calentamiento global de jugo encalado y en los condensadores barométricos.

9. El calentamiento del aire de turbulencia es recomendable para los casos en que la cantidad de aire insuflado por las toberas, en relación con el aire total que ingresa a la caldera, es superior al 15%. Para valores inferiores, el efecto del enfriamiento del horno no resultaría tan significativo debido a las altas temperaturas que reinan en el hogar de la caldera.

10. Es importante mencionar que el efecto favorable de la inyección de aire secundario caliente se manifiesta significativamente cuando se aplica en calderas bagaceras de mayor envergadura a la considerada en el presente trabajo.

11. Para lograr reducciones en las pérdidas de exergía de sistemas CEC, es necesario efectuar inversiones de capital que, en los casos analizados, consisten en aumentar las superficies de intercambio de calor y reemplazar equipos ineficientes, hechos que no aumentan la capacidad de la instalación, pues se seguirá realizando el mismo trabajo, sino que solamente ahorran exergía y por consiguiente energía valiosa.

12. El sistema CEC en operación en este ingenio en la zafra 2001-2002 puede ser mejorado exergéticamente mediante: aumento del número de efectos de evaporación, empleo

de vapores vegetales de todos los cuerpos de evaporación para calentamiento de jugo, aumento en la concentración de melado y calefacción del sector de cocimientos con vapores vegetales del 1° efecto.

13. Empleando calderas modernas para producir vapor en cantidades y condiciones similares a las de las calderas convencionales, se pudo ahorrar aproximadamente un 27,6% de bagazo o de combustible adicional equivalente, en comparación con la caldera convencional.

14. La sustitución de turbinas de vapor por motores oleo hidráulicos para el accionamiento de molinos es una alternativa novedosa, de reciente empleo en la industria azucarera de Caña y aún sin aplicaciones concretas en los ingenios de Tucumán.

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Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 19/10/2015 Aceptado: 22/12/2015

MODELO PREDICTIVO PARA LA IDENTIFICACIÓN DE PATRONES DE LA DESERCIÓN ESTUDIANTIL EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR (UNTELS) PREDICTIVE MODEL FOR IDENTIFICATION OF PATTERNS OF THE STUDENT DESERTION AT NATIONAL TECHNOLOGY UNIVERSITY OF LIMA SOUTH (UNTELS) Myrna Manco Caycho1 Resumen Con el objetivo de determinar los patrones del entorno que impactan en la deserción de los estudiantes de la Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels), se elabora una base de datos socioeconómica y académica de los estudiantes de la cohorte 2007-I a 2011-I, que incluye los casos de deserción como variable dependiente. Se elaboran seis modelos utilizando el operador Decision Tree de RapidMiner, con y sin validación cruzada, y con parámetros modificados y la implementación de la herramienta Weka, W-J48. Los modelos desarrollados se comparan por su precisión y por la medida F-score. La implementación W-J48 con parámetros modificados y análisis de sensibilidad mediante proporción de ganancia de información y sistema de validación cruzada de 10 particiones, ofreció la precisión más alta, así como un árbol simple de uso y de interpretación.

El modelo final detectó las siguientes características o patrones del entorno que impactan en la deserción de los estudiantes de la Untels: Número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso, Promedio en su segunda matrícula, Edad de ingreso, Promedio en su cuarta matrícula, Año de ingreso, Número de personas dependientes, Semestre de ingreso y Número de cursos aprobados en su primera matrícula. Se logró un 90.10% de clasificación correcta, con una desviación estándar de 2.08%. El principal patrón detectado para los desertores, es que el número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso sea menor o igual que 3, con una precisión de 88%.

Palabras claves: Deserción universitaria. Integración académica. Integración social. Minería de datos. Modelo predictivo. Árboles de decisión.

Abstract In order to determine the environment that impact the students desertion at Untels, a socio-economic and academic database is elaborated students in the cohort 2007-I to 2011-I, which the includes cases of desertion as dependent variable. Six models are developed using the Decision Tree of RapidMiner operator, with and without cross-validation, and modified parameters and implementation of Weka, W-J48 tool. The developed models are compared through their accuracy and F-score measure. The W-J48 implementation with modified parameters and sensitivity analysis using information of gain ratio and cross-validation of 10 partitions, offered the highest accuracy as well a simple tree use and interpretation.

1

Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Modelo predictivo para la identificación de patrones de la deserción estudiantil en la Untels

The final model detected the following characteristics or environment patterns that impact the students desertion at Untels: Number of enrolled students in the four consecutive semesters since their income, average enrollment in its second, Age of entry, in its fourth Average tuition Year of income, number of dependents, income and Semester Number of approved courses in their first enrollment. So 90.10% correct classification was achieved, with a standard deviation of 2.08%.

The main pattern detected for deserters, is that the number of enrollments in the four consecutive semesters of your income is less than or equal to 3, with an accuracy of 88%.

Key words: University desertion. Academic integration. Social integration. Data mining. Predictive model. Decision trees.

Introducción La deserción estudiantil universitaria es un problema que se manifiesta a nivel nacional como internacional tanto en instituciones privadas como nacionales, su estudio es enfocado con diversos indicadores (Tasas de abandono, Tasa de término, Tasa anual de deserción, deserción por cohorte de ingreso, etc) con porcentajes muy oscilantes que van desde 7% hasta 50% como lo revela [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]. En Perú, en promedio el 43.7% de estudiantes que ingresan a las universidades concluyen con sus estudios [16]. No se dispone de datos de la Tasa de deserción de estudiantes a nivel de Instituciones de Educación Superior Universitaria [17] y tampoco contamos con mecanismos oficiales que permitan hacer seguimientos continuos de las características del Sistema de Educación Superior Universitario, por tanto no se cuenta con indicadores oficiales que nos alerten de esta problemática y que más adelante podría agravarse de no tomar las medidas oportunas. Ante esta realidad, abordamos la problemática de la deserción estudiantil desde un ámbito social y académico a fin de que contribuya en la calidad de educación y se fomente una cultura de aprovechamiento de datos para la toma preventiva de decisiones.

Al semestre 2011-II, la Untels acumuló un total de 428 estudiantes no matriculados lo que representa un 16.7% del total de ingresantes 80 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

hasta esa fecha; al semestre 2011-II, la cohorte que ingresó en el semestre 2007-I, registró un porcentaje de no matrícula del 34.5%, seguida por la cohorte del semestre 2008-I con un porcentaje respectivo de 27.0%. La primera promoción de egresados contó con 19 estudiantes de 235 que ingresaron en el semestre 2007-I, lo que significa que sólo un 8% de estudiantes logró terminar en el tiempo previsto (Oficina de Informática y Estadística-Untels).

Sobre las causas de la deserción estudiantil se han hecho muchas investigaciones obteniendo conclusiones bastante diferenciadas según países, carreras, género, periodo en el que se produce, rendimiento académico, vocación, puntaje obtenido en el examen de selección, entre otras como se aprecia en [2], [5], [8], [13], [14], [22], [23], [25], [26], [27], [28], [30], [31], [35].

Díaz [27] propone un modelo conceptual que explica la deserción/permanencia como resultado de la motivación (positiva o negativa), a su vez ésta es afectada por la integración académica y social. Dicho modelo, resultado de un análisis cualitativo, permite ilustrar cómo el estudiante debe adaptarse a los cambios en las tensiones que se producen entre los distintos factores académicos, sociales, individuales e institucionales que lo afectan; éste será el punto de partida para nuestro modelo.

Dada esta literatura, se desprende que se han utilizando diferentes métodos para abordar

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el estudio de esta problemática, sin embargo en los últimos años se viene utilizando la minería de datos orientada a la educación superior [3], [24], [29], [32]. La minería de datos tiene muchas ventajas frente a los demás métodos cuando se trata de trabajar con volúmenes de datos, por lo que decidimos abordar el tema de la deserción estudiantil mediante estas técnicas.

Hipótesis El modelo predictivo, que utiliza técnicas de minería de datos, determina las características o patrones del entorno que impactan en la deserción de los estudiantes de la Untels.

Metodología Considerando las limitaciones propias del proceso de descubrimiento de conocimiento en bases de datos se consiguió una vista minable de 1213 registros. Se utilizó fuentes de información secundarias provenientes de la Oficina de Bienestar Universitario y Registros Académicos de la Untels.

Desertor Es aquél estudiante que habiendo realizado una primera matrícula en la Untels, no registra matrícula durante dos o más semestres consecutivos.

Integración con el entorno Describe como el estudiante se adapta (integra) al entorno universitario, el sentido de pertenencia a la institución y en consecuencia, de alcanzar y concretar las metas académicas.

Comprende el nivel de integración académica y social que alcance en la institución. a) Integración académica: La integración académica se mide por el grado de congruencia entre el desarrollo intelectual del individuo y el clima intelectual de la institución. Está conformada por las características preuniversitarias (antecedentes personales, intenciones, expectativas, una formación académica previa sobre la cual no es posible incidir directamente, un bagaje cultural y actitudinal) y características institucionales.

b) Integración social: La integración social se manifiesta como la compatibilidad y buen entendimiento con la comunidad universitaria y en su entorno familiar. Se incluyen las características familiares (una dimensión efectiva, material, de disponibilidad de recursos que la familia brinda al estudiante y una dimensión afectiva de soporte emocional) y características individuales (experiencias del estudiante fuera de la institución educativa).

El presente estudio utiliza el método inductivo, mediante el proceso de descubrimiento de conocimiento en bases de datos (KDD Knowledge Discovery in Databases), el cual consta de 5 fases (Hernández Orallo [47]): (1) Integración y recopilación de datos, (2) Selección, limpieza y transformación, (3) Minería de datos, (4) Evaluación e interpretación y (5) Difusión y uso.

Como método para la construcción del modelo se usó el árbol de decisión.

Se elaboró una base de datos socioeconómicos y académicos de los estudiantes de la Untels, en una hoja de cálculo de Microsoft Office EXCEL 2007, para el procesamiento de datos se usó el minero RapidMiner (ver 5.3), en el cual se instaló el complemento Weka, que también es un software libre.

La hipótesis se evaluó con la precisión de la clasificación, tal como lo señalan Krzsytof [46], Bing Liu [49] y Witten [39]. Adicionalmente Witten [39] y Bing Liu [50] proponen al F-score como una medida de uso frecuente para comparar diferentes modelos.

Resultados Fase 1 y 2: Integración y recopilación de datos, Selección, limpieza y transformación Entre los resultados descriptivos tenemos que la edad de los estudiantes oscila de 15 a 48 años con una edad promedio de 19,46 años, el tiempo medio de preparación para ingresar a la universidad es de 12,65 meses, la composición familiar de los estudiantes varía de 1 a 11 miembros, con un tamaño promedio de aproxiUntels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 79-90 81

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madamente 5 miembros, el ingreso de los estudiantes va desde 0 (no trabaja) hasta S/. 4500.00 La mayoría de los estudiantes (71%) pertenecen al sexo masculino, el 97% de los estudiantes es soltero, el 53% de los estudiantes vive en el distrito de Villa El Salvador, el 79% de los estudiantes proviene de un colegio nacional, el 64% de los estudiantes ingresó por la modalidad de Examen Ordinario, el 56% de los estudiantes se preparó en el Centro Preuniversitario de la Untels, el 35% de los estudiantes proviene de una familia nuclear, el 89% de los estudiantes proviene de una familia funcional, el 30% de los papás de los estudiantes son trabajadores no calificados de los servicios, peones, vendedores ambulantes y otros afines (chofer, taxista, zapatero, seguridad, entre otros), el 47% de las madres de los estudiantes se dedican a las labores de ama de casa, no exceptuándose que muchas de ellas realizan alguna actividad en dicho ambiente como bodega, venta de productos de belleza, entre otros. En caso de enfermedad, el 50% de los estudiantes se atiende en un área de salud/posta médica, el 72% de los estudiantes no cuenta con seguro de salud, el 81% de los estudiantes se alimenta principalmente en su hogar. Respecto a las variables de salud, todas ellas tienen como moda el «No presenta dicha enfermedad», tanto para el estudiante como para el familiar siendo el porcentaje más bajo 81% y llegando en varios casos al 100%. El 98% de los estudiantes no ha realizado traslado interno.

Realizando un análisis exploratorio se encontró que en la segunda matrícula un 6% ya no se matriculó, el porcentaje es de 9% en la tercera matrícula y de 12% en la cuarta matrícula. En general, podemos decir que desde los primeros ciclos se va percibiendo el fenómeno de la deserción estudiantil con una posible tendencia creciente.

Se encontró deserción en todos los estudiantes que en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso registraron solamente una matrícula; la mayoría de aquellos que en el mismo periodo 82 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

registraron dos matrículas, también desertaron, para aquellos que registraron sus cuatro matrículas consecutivas no observamos información relevante, por lo que sospechamos que el número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso si es determinante. Si comparamos el comportamiento según carrera profesional, no se observan diferencias importantes.

Aquellos alumnos que hasta su cuarta matrícula aprobaron aproximadamente más de 30 créditos, no desertaron. Se observan similares comportamientos en las cuatro carreras. El atributo Número de créditos aprobados hasta su cuarta matrícula podría ser un atributo importante sobre la deserción. Cabe explicar que los jóvenes que pertenecen a la carrera de Ingeniería Ambiental son aquellos que han hecho traslado interno.

La mayoría de desertores son aquellos que ingresaron en el año 2007 y 2008, cabe precisar que la mayoría de estudiantes de las últimas promociones (2009, 2010, 2011) todavía no han concluido su periodo de estudios. Se sospecha que el atributo año de ingreso podría ser una variable importante sobre la deserción.

Muchos de los estudiantes que ingresaron a temprana edad no han desertado. La Edad de ingreso podría ser un atributo a tener en cuenta.

El grupo de jóvenes que ingresaron en el año 2008 y pertenecen a la carrera profesional de Ingeniería Ambiental, han hecho cambio de carrera. Esta cambio podría ser el factor que hizo que no deserten, sin embargo los casos registrados a la fecha son pocos por lo que se sugiere hacer el seguimiento.

El tipo de colegio no parece ser un factor relevante para la deserción puesto que se observan comportamientos similares según tipo de colegio de procedencia. Al parecer los estudiantes que ingresaron por la modalidad de Centro Preuniversitario presentan menos deserción que aquellos que ingresaron por otras modalidades, asimismo, aquellos jóvenes que no saben cuál es el grado de instrucción de sus papás tienden a

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no desertar. Se observa que los estudiantes que la poda (C) fue de 0.25 y el mínimo número de tienen menos de siete cursos aprobados hasta instancias permitido en cada hoja (M) fue de 2, su cuarta matrícula, son candidatos a desertar. como resultado se obtuvo un árbol muy grande; No se observan diferencias según semestre de con la finalidad de reducirlo se construyó el moingreso. delo Nº 6 con C=0.20 y M=12. Otros parámeNo se puede decir que algún género en par- tros de configuración fueron: U: Use un árbol ticular tenga mayor predisposición a desertar sin podar: Falso, R: Utilice error de poda reduque otro, ni que algún Tipo de familia en par- cido: Falso, N: Número de particiones: 10, B: ticular genere mayor predisposición a desertar Cortes para las ramas binarios: Falso y Q: Seque otro. No se observan diferencias según si- milla para tomar los datos al azar: 1. Una vista tuación laboral del estudiante. rápida (gráfica) del modelo Nº 6 se muestra en Fase 3: Fase de minería de datos la Figura 1 y en la Figura 2 se muestra la vista En esta fase se generaron los modelos. La del árbol en forma de texto, de donde con muclasificación se realizó mediante un árbol de decisión con el operador Decision Tree y la implementación W-J48. Se crearon varios árboles de prueba, presentando un resumen de seis de ellos en la Tabla 1.

El modelo Nº 5 se construyó con los parámetros por defecto, entre los cuales el umbral de confianza para Figura 1. Vista gráfica del Modelo Nº 6.

Tabla 1. Resumen de seis modelos trabajados Descripción Modelo

Cadena de operadores lineales

Operador

Validación cruzada nominal

Decision Tree

Modelo 1

X

X

Modelo 2

X

X

Parámetros

W-J48

Por defecto

Modificados

X X

Modelo 3

X

X

X

Modelo 4

X

X

Modelo 5

X

X

Modelo 6

X

X

X X X

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Modelo predictivo para la identificación de patrones de la deserción estudiantil en la Untels

Figura 2. Texto del árbol W-J48-Modelo Nº 6.

cha facilidad se pueden extraer las reglas que formarán los patrones buscados. En la Tabla 2 se presenta un resumen de las 9 hojas que abar-

ca el árbol de decisiones. En este sexto modelo, el algoritmo sólo ha seleccionado a ocho atributos independientes.

Fase 4: Evaluación e interpretación a) Usando la precisión: La precisión para los modelos Nº 1, 2, 3, 4, 5 y 6 fue de 91.01%, 90.60%, 89.45%+1.52%, 89.20% + 1.60%, 89.53%+2.26%, 90.10%+2.08% respectivamente. El algoritmo Decision Tree, sin validación cruzada, nos da un valor de la precisión anormalmente alto porque presenta sobreajuste, por eso lo descartamos.

El modelo con mayor precisión y por ende el que tiene la menor tasa de error (9.9%) es el modelo Nº 6, por lo que viene a constituir la hipótesis más consistente. b) Usando la medida F_Score: Las tasas F-score correspondientes al Modelo Nº 1, 2, 3, 4, 5 y 6 son 0.7029972, 0.6902173, 0.6613756, 0.6597402, 0.7196468 y 0.7333333 respectivamente. Encontramos que el modelo Nº 6 es el que tiene el mayor valor para F-score, por lo que según este criterio es el mejor modelo.

Tabla 2. Resumen de instancias que cubre cada hoja del Modelo Nº 6 Hoja 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Total

Clase Deserción SÍ NO SÍ NO SÍ NO SÍ NO NO

N

E

148 17.05 31.14 21.75 35.31 21.61 12.31 65.02 860.83 1213.02

18 6.05 8.05 2.75 10 4.45 5 0 36.04 90.34

N-E (Correctos) 130 11 23.09 19 25.31 17.16 7.31 65.02 824.79 1122.68

Donde: N: Suma de casos que llegan hasta la hoja.

E: Número de casos mal clasificados.

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E/N

(N-E)/N

12% 35% 26% 13% 28% 21% 41% 0% 4%

88% 65% 74% 87% 72% 79% 59% 100% 96%

Según los dos criterios anteriores, encontramos que de entre los seis modelos propuestos, el que tiene mejor rendimiento es el modelo Nº 6, éste es el modelo predictivo, que utilizando técnicas de minería de datos determina las características o patrones del entorno que impactan en la deserción de los es-

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tudiantes de la Untels. En orden de importancia se encontraron ocho atributos asociados a la deserción estudiantil en la Untels: Número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso, Promedio en su segunda matrícula, Edad de ingreso, Promedio en su cuarta matrícula, Año de ingreso, Número de personas dependientes, Semestre de ingreso y Número de cursos aprobados en su primera matrícula. El modelo conceptual obtenido a partir del modelo Nº 6, se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Modelo Conceptual Final

Discusión Margarita Latiesa de la Universidad de Granada-España [22] incide en que la diferencia de deserción existente entre carreras es enorme, sobre todo es en el primer año donde se da la mayor tasa de abandono, éste segundo resultado se observa también en nuestro estudio, Sanabria (Perú) [23] concluye que el factor vocacional, económico y académico son los factores de mayor peso sobre la deserción, respecto a ello coincidimos con el factor académico, mas no con el económico, en Colombia, Castaño [25]

encontró que los cuatro factores (socioeconómicos, institucionales, individuales, académicos) en conjunto inciden sobre la deserción; coincidimos en la importancia de la integración académica, con respecto al estudio de la ANUIES (México) se comparte el hecho de la deserción en los primeros años [2], uno de los elementos explicativos de la deserción enunciada por Romo y Fresán [2] es «la falta de personalidad y madurez intelectual del estudiante» que de alguna manera equivale a la edad del ingresante, por lo que coincidimos en ese aspecto, los resultados de Lopera [28] (Colombia) muestran que los estudiantes de sexo masculino, la vinculación de los estudiantes al mercado laboral, la edad y los estudiantes provenientes de otras regiones, tienen mayor riesgo de deserción. Sólo coincidimos con la edad.

Con respecto a la investigación titulada «Aplicación de técnicas de minería de datos para predecir deserción» [3], encontró que los alumnos desertan por tres casusas principales: la edad, los ingresos familiares para aquellos cuya edad sea menor o igual a 18 años y el nivel de inglés, para aquellos alumnos cuya edad sea mayor de 18 años. Coincidimos con el factor edad.

Uno de los resultados más relevantes del estudio de López, Gonzáles y otros (República Dominicana) es que existen diferencias en la deserción según sexo y carreras. Ninguno de los resultados es similar al nuestro [14].

En Colombia [30] la deserción se da sobre todo en el primer semestre, teniendo como Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 79-90 85

Modelo predictivo para la identificación de patrones de la deserción estudiantil en la Untels

principales causas, según SPADIES, la carencia de recursos económicos, el nivel académico de los padres, los aspectos relacionados con el sostenimiento durante los estudios y el sexo, desertando más los hombres que las mujeres, nuestros resultados no coinciden con ninguno de estos aspectos, coincidimos con las estadísticas chilenas [8] en que al término del primer año de estudios, un alto porcentaje de estudiantes deserta y el bajo rendimiento académico son causas importantes de la deserción, sin embargo a diferencia de estos resultados no observamos prevalencia en los estudiantes de género masculino ni problemas económicos, nuestros resultados coinciden con Pinzón [31] en que la ciudad de residencia, el estado civil no son motivos relevantes en la decisión de desertar, pero sí es sensible al bajo nivel académico.

Fase 5: Difusión y uso Una vez obtenido el modelo predictivo mediante los árboles de decisión, es posible interactuar con el modelo construido, se requerirá un archivo en MS EXCEL conteniendo los datos de los estudiantes correspondientes a las ocho variables seleccionadas. Éste archivo será el repositorio que se carga en el RapidMiner.

Se tendrán las predicciones luego de ejecutar el modelo.

Conclusiones 1. El algoritmo de árboles de decisión (W-J48) permitió encontrar un modelo que detecta las características o patrones del entorno que impactan en la deserción de los estudiantes de la Untels. Los patrones contienen los siguientes atributos: • Académicos: Edad de ingreso (CARACTERÍSTICA PREUNIVERSITARIA) y el Número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso, Promedio en su segunda matrícula, promedio en su cuarta matrícula, año de ingreso, semestre de ingreso, cursos aprobados en su primera matrícula (CARACTERÍSTICAS INSTITUCIONALES).

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• Social: Número de personas dependientes (CARACTERÍSTICA FAMILIAR).

2. El modelo predictivo que utiliza el algoritmo de árboles de decisión (W-J48) discrimina con gran precisión si el estudiante es vulnerable a desertar. Se obtuvo un 70,21% de clasificación correcta para los desertores y un 94.892% de clasificación correcta para los no desertores. En general se logró un 90.10% de clasificación correcta, con una desviación estándar de 2.08%. El modelo consta de nueve nodos terminales (hojas) y su tamaño es de diecisiete.

3. El modelo predictivo que utiliza el algoritmo de árboles de decisión (W-J48) permitió detectar patrones diferentes para los desertores y los no desertores. Para los desertores el principal patrón detectado es que el número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso sea menor o igual que 3. Este patrón representa una precisión de 88% en la predicción de que un estudiante deserte. Para los no desertores el modelo detectó dos patrones principales, el primero es que el número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso sea mayor que 3 y el promedio en su segunda matrícula sea mayor que 7.94 y el promedio en su cuarta matrícula sea menor o igual que 7.96 y el año de ingreso sea posterior a 2009. Este patrón representa una precisión de 100% en la predicción de que un estudiante no deserte. El segundo patrón es que si el número de matrículas en los cuatro semestres consecutivos a su ingreso es mayor que 3 y el promedio en su segunda matrícula es mayor que 7.94 y el promedio en su cuarta matrícula es mayor que 7.96. Este patrón representa una precisión de 96% en la predicción de que un estudiante no deserte.

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Untelsciencia-Perú,1(1),2016, Lima ISSN 2414-2751 Depósito legal 0000-0000 © Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Presentado: 16/10/2015 Aceptado: 17/12/2015

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA FRESADORA CNC DE 3 GDL PARA FABRICACIÓN DE TARJETAS ELECTRÓNICAS USANDO ARDUINO Y UBUNTU LINUX DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CNC MILLING 3 DOF TO MANUFACTURE OF ELECTRONIC CARDS USING ARDUINO AND UBUNTU LINUX Jhan Oré D1. y Ricardo J. Palomares 1 Resumen La presentación investigación tuvo como objetivo el diseño e implementación de una fresadora CNC de 3 GDL con la capacidad de maquinar en una placa de cobre el diagrama de pistas de un circuito impreso utilizando el software Inkscape. El diseño e implementación de la fresadora contemplo cinco áreas: estructura mecánica, alimentación eléctrica, electrónica de potencia, adquisición de datos, control y monitoreo HMI. La fresadora fabricó circuitos impresos de 1 x 1 hasta 10 x 10 cm de forma automática, acortando el tiempo de fabricación y obteniendo una mejora en la calidad del producto frente a otros métodos tradicionales.

Palabras clave: Arduino, Fresadora, Linux, circuito impreso.

Abstract Research presentation aimed at the design and implementation of a CNC milling machine 3 DOF with the ability to machine at a copper plate diagram of a printed circuit tracks using the software Inkscape. The design and implementation of the milling contemplate five areas: mechanical structure, power supply, power electronics, data acquisition, monitoring HMI and control. The milling printed circuits manufactured 1 x 1 up 10 x 10 cm automatically, shortening the manufacturing time and obtaining an improvement in product quality over other traditional methods.

Keywords: Arduino, Milling Machine, Linux, Printed Circuit Board.

Introducción El diseño y la fabricación de tarjetas electrónicas PCB es un proceso muy importante para las industrias ya que influyen en su competitividad, al brindar dispositivos electrónicos de alta calidad. Asimismo, son de gran importancia para la investigación y otros fines académicos.

Si bien existen métodos tradicionales y equipos modernos para el diseño de las tarjetas PCB la Universidad Nacional Tecnológica

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Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

de Lima Sur (Untels) no cuenta con este equipamiento en sus laboratorios. Por lo tanto, con la finalidad de dar una solución se formula el siguiente problema, ¿Cómo se podrá fabricar tarjetas electrónicas PCB de buena calidad, en un menor tiempo y costo, con la finalidad de brindar una herramienta para los estudiantes de la Untels?

Se busca brindar una solución para la fabricación de placas de circuito impreso, además de

Diseño e implementación de una fresadora CNC de 3 GDL para fabricación de tarjetas electrónicas usando Arduino y Ubuntu Linux

buscar reducir los tiempos de fabricación de las mismas, así como, brindar una solución económica, que puede ser implementada en la Untels.

Metodología Etapas dela investigación La investigación contiene 05 áreas, las cuales se muestran en la Figura 1.

• Etapa de alimentación La fuente de alimentación seleccionada es del tipo ATX, con la que se alimenta desde los circuitos integrados hasta los motores y la fresadora. Una fuente ATX, la cual se muestra en la Figura 3, es la más económica y de fácil adquisición.

Figura 1. Áreas de interés de la investigación.

Figura 3. Fuente de alimentación tipo ATX.

• Etapa mecánica Se consideró un sistema robótico cartesiano de 3GDL [1]. La implementación se realizó bajo el diseño de Mantis-CNC [2], fresadora de madera, la cual se muestra en la Figura 2.

• Etapa de potencia Para el control de motores paso a paso bipolar se utiliza un driver L298N, que permite controlar motores de más potencia que el driver L293D, pero con la desventaja de que no tiene integrados diodos de protección en la salida, [3] tal como se muestra en la Figura 4.

Figura 2. Diseño mecánico de la fresadora de 3GDL.

Figura 4. Circuito de control de motor paso a paso bipolar.

92 Untelsciencia-Perú. Enero 2016

J. ORÉ Y R. J. PALOMARES

• Etapa de adquisición y envío de datos Se consideró para la adquisición de datos, finales de carrera para cada eje X, Y, Z, por lo cual, se utilizó un total de 6 unidades, cuya distribución se muestra en la Figura 5.

Resultados La prueba de funcionamiento de la fresadora CNC, se inicia con el diseño de un circuito eléctrico en el software ISIS de Proteus 8 Professional, el cual se muestra en la Figura 7.

Figura 5. Circuito de control para finales de carrera.

Figura 7.Circuito eléctrico para pruebas en software ISIS PROTEUS.

• Control y monitoreo HMI El control y monitoreo (HMI) es realizada por una plataforma Atmel consistente de un módulo Arduino Uno R3, el cual se muestra en la Figura 6. El control y monitoreo de la fresadora se realiza por medio de un programa realizado en Gambas 3.5.3 bajo el sistema operativo Ubuntu Linux.

Se traslada el diseño con un software de diseño de placas como el Ares Proteus 8 professional, tal como se muestra en la Figura 8.

Figura 6. Tarjeta de control Arduino Uno R3.

Figura 8. Circuito eléctrico para pruebas en software ISIS PROTEUS. Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 91-95 93

Diseño e implementación de una fresadora CNC de 3 GDL para fabricación de tarjetas electrónicas usando Arduino y Ubuntu Linux

Ya con la tarjeta electrónica diseñada y en formato PDF se tiene que importar al programa Inkscape para poder generar el archivo de mecanizado en formato SVG. Finalmente, se abre el archivo en el programa de la fresadora, tal como se muestra en la Figura 9.

Finalmente, se completa la tarjeta electrónica colocando sus componentes electrónicos para verificar el correcto proceso de fabricación de las pistas y el funcionamiento del circuito propuesto, tal como se muestra en la Figura 11.

Figura 9. Archivo de mecanizado en software de fresadora.

Figura 11. Pruebas de funcionamiento de tarjeta electrónica.

Para el trazado de pistas se ubica la herramienta de fresado en el punto de inicio y se verifica que funcione así como los finales de carrera, tal como se muestra en la Figura 10.

Discusión de los resultados Después de haber realizado todo el proceso de fabricación de la placa con el prototipo de fresadora se observa que el circuito propuesto funciona correctamente por lo que se puede afirmar que el diseño y la fabricación del mecanizado funcionan correctamente.

El proceso de fabricación de las placas puede tomar menos tiempo, acortando el tiempo de fabricación y obteniendo una mejora en la calidad frente a otros métodos tradicionales.

Figura 10. Fabricación de las pistas en placa de cobre.

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Conclusiones 1. Se diseñó e implementó una fresadora CNC de 3 GDL para la fabricación de tarjetas electrónicas usando Arduino y Ubuntu Linux.

2. Se diseñó e implementó de manera exitosa la estructura mecánica, alimentación, etapa de potencia, adquisición de datos, control

J. ORÉ Y R. J. PALOMARES

y monitoreo HMI para una fresadora de 3GDL. 3. Se fabricó tarjetas electrónicas PCB de buena calidad, reduciendo el tiempo y costos.

4. La fresadora CNC de 3 GDL para fabricación de tarjetas electrónicas puede ser utilizada por los estudiantes de la Untels.

Referencias bibliográficas [1] Barrientos, A. (2007). Fundamentos de Robótica. McGraw-Hill. 2da Edición. España.

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Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 91-95 95

Se terminó de imprimir en los talleres gráficos de TAREA ASOCIACIÓN GRÁFICA EDUCATIVA Pasaje María Auxiliadora 156-Breña Correo electrónico.: tareagrafica@tareagrafica.com Página web: www.tareagrafica.com Teléfono: 332-3229 Fax: 424-1582 Enero 2016, Lima-Perú