Revista de la Facultad de Ciencias Químicas Nº12 by Universidad de Cuenca

Número: 12

ISSN: 1390-1869

Septiembre 2015

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas

Universidad de Cuenca

REVISTA DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS ISSN: 1390-1869 Septiembre 2015 Número: 12 Publicación dedicada a estudios relacionados con las Ciencias de la Ingeniería Química, Ingeniería Ambiental, Ingeniería Industrial, Bioquímica y Farmacia, Formación en Ingeniería y las relacionas con las Ciencias de la Vida y Producción.

Rector Fabián Carrasco C Vicerrectora Silvana Larriva G Decana Silvana Donoso Moscoso Subdecana Ruth Cecilia Alvarez P Consejo Editorial de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca Silvana Donoso Moscoso Decana de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca

Carola Jerves Docente de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca

María Fernanda Uguña Docente de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca

René Vinicio Sánchez Loja Editor responsable. Docente de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca

Consejo Editorial Externo Dr. Jaime Soler Herrero Universidad de Zaragoza, España

Dr. Fausto Posso Universidad de los Andes, Venezuela

Dr. Carlos Bouza Universidad de la Habana, Cuba

PhD. Pablo Arévalo Universidad Politécnica Salesiana, Ecuador

PhD. Grover Zurita Universidad Privada Boliviana, Bolivia

Diagramación M.Sc. Fannia Pacheco

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Para someter artículos en la Revista de la Facultad de Ciencias Químicas se deben enviar los trabajos a revista.ccquimicas@ucuenca.edu.ec La revista se publica tres veces al año, en los meses de abril, septiembre y diciembre.

Tiraje: 300 ejemplares Contacto: Silvana Donoso Moscoso Decana de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca

Teléfono: 593 - 7 - 4051000, ext: 2401 silvana.donosom@ucuenca.edu.ec

La revista es editada por la Facultad de Ciencias Químicas de la Unversidad de Cuenca. Ciudad: Cuenca, País: Ecuador, Provincia: Azuay, Dirección: Avenida 12 de Abril y Agustín Cueva Forma de distribución: canje, donación Las ideas, opiniones y conceptos expresados en los artículos competen a las autoras y autores. La Revista de la Facultad de Ciencias Químicas está ingresada en el directorio Latindex, Sistema de información sobre las revistas de investigación científica, técnico-profesionales y de divulgación científica y cultural que se editan en los países de América Latina, el Caribe, España y Portugal.

Se permite la reproducción parcial o total de los artículos siempre que se cite la fuente.

iii

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Editorial La revista N° 12 de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca, presenta en esta edición artículos con temas de interés para la comunidad científica, en las áreas de química, energía, ingeniería industrial, ingeniería química, bioquímica y farmacia. En la actualidad los estudios e investigación de la química y áreas relacionadas, constituye de mucha importancia para la sociedad, a pesar de la complejidad que implica, el interés que lleva a los investigadores es el desarrollo y generación de conocimiento. La colaboración de muchos profesionales de universidades de Latinoamérica ha sido determinante para la culminación de esta revista, lo cual agradecemos y esperamos continuar trabajando en la difusión de los trabajos que se llevan a cabo en nuestra facultad y en diferentes instituciones. Es alentador que la comunicación haga accesibles los resultados de valiosas investigaciones y trabajos de autores en lugares distantes a nuestro entorno y permita visualizar lo que están haciendo. Dejamos a consideración de nuestros lectores la información de este documento, esperando que la información sea de mucha utilidad.

Silvana Donoso Moscoso DECANA DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS UNIVERSIDAD DE CUENCA

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Índice

Análisis de ciclos fusión-solidificación de ceras de parafina.……………………

Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas con cenizas volantes de Carbón mineral……………………………………………………….

Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación del gas natural con Aspen Hysys y Aspen Plus………………….……………………………..…..

Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación…….…….

Validación de la simulación numérica del flujo bifásico hidrodinámico en sistemas de lecho fFluido………………………………………………………….

Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica del calentador eléctrico en una secadora doméstica de ropa………………………………………………

Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en PYMES……………………………………………………………………………..

Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control vehicular – Cuenca: estudio exploratorio …………………………………………………….

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Análisis de ciclos fusión-solidificación de ceras de parafina Alejandro Reyes1, José Vásquez2, Francisco Sepúlveda3 1

Departamento de Ingeniería Química Universidad de Santiago de Chile, alejandro.reyes@usach.cl 2 Departamento de Ingeniería Química Universidad de Santiago de Chile, jose.vasquezf@usach.cl 3 Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Santiago de Chile, francisco.sepulveda.p@usach.cl Recibido: 15-08-2015. Aceptado después de revisión: 30-08-2015

Resumen: El déficit mundial de energías renovables ha motivado la búsqueda de alternativas que permitan acumular energías renovables, entre ellas la energía solar. La cera de parafina es un material con cambio de fase (PCM) que permite acumular energía aprovechando que su temperatura de fusión se encuentra entre 40 y 65 ºC, dependiendo de su composición. Sin embargo, no existe suficiente información del comportamiento de la cera después de un elevado número de ciclos fusión/solidificación. En el presente trabajo se diseñó e implementó un sistema fusión- solidificación de cera de parafina, junto con un sistema de adquisición de datos para analizar ciclos de fusión y solidificación y perfiles de temperatura en función del tiempo.La cera se calentó y enfrió en una celda Peltier, diseñada para producir cambios de fase sólidolíquido. Se analizaron 2 tipos de cera, durante 1000 ciclos. Los resultados permitieron analizar los periodos y amplitudes de cada ciclo. El tiempo de ciclo para la cera PT 58 y PT Ch fueron 340 y 160 segundos respectivamente. Las ceras estudiadas no mostraron diferencias significativas en sus perfiles de temperatura, durante los ciclos estudiados, por lo que las ceras no sufren cambios químico-estructurales después de los ciclos analizados. Palabras claves: cera de parafina, ciclos fusión-solidificación, energía solar, material de cambio de fase. Abstract: The global energy shortage has prompted for research of accumulate renewable energy alternatives, i.e., solar energy. Paraffin wax has a Phase Change Material (PCM) which allows to accumulate energy. Depending on their physical composition the melting temperature could be between 40° and 65° C, respectively. However, there is lack of information regarding the wax´s material chractersitcis after high number of cycles. Therefore, in the present work, a paraffin wax fusion/solidification system was designed and it further implemented. It was also used a data recording system to analyze melting, solidification cycles, and temperature profiles in the time domain. . The wax was heated and cooled in a Peltier cell. Two types of wax were analyzed for about 1000 cycles. It was analyzed periods and amplitudes of each cycle. The time cycle for PT 58 and PT Ch wax were 340 and 160 seconds, respectively. Finally, the results showed that the temperature profiles have no significant differentes, this means that the waxes do not undergo chemical or structural changes. Keywords: melting-solidification cycles, paraffin wax, phase change material, solar energy.

1. Introducción Almacenamiento de energía térmica (TES) es el almacenamiento temporal de energía para su posterior utilización, con lo cual se cierra la brecha de tiempo entre las necesidades de energía y el uso de la energía. Sistemas TES contribuyen al uso eficaz de la energía: intensidad máxima de demanda eléctrica, recuperación de calor, utilización de la energía solar y el almacenamiento estacional. El almacenamiento térmio se clasifica como almacenamiento de calor sensible, latente (el cual acumula la energía durante la fusión) y como una combinación de éstos. Las ventajas del sistema de almacenamiento de calor latente son: alta densidad de calor de almacenamiento, un reducido tamaño de sistema y un mínimo cambio de temperatura durante la carga y descarga de los procesos [1].

Reyes, Vásquez, Sepúlved: Análisis de ciclos fusión-solidificación de ceras de parafina.

Los PCM absorben o liberan el calor latente durante el proceso de fusión/solidificación [2]. Estos han recibido una alta atención en los últimos años para diversas aplicaciones tales como: recuperación de calor de desecho, sistema de calefacción solar y conservación de energía en edificios. Los PCM se agrupan en dos categorías: orgánicos e inorgánicos. Las ventajas de un material orgánico son: se puede fundir y solidificar numerosas veces sin segregación de fases y sin alterar su calor latente de fusión [3]. En los últimos años, diversas publicaciones informan el empleo de PCM en sistemas que utilizan la energía solar para el secado de productos agrícolas [4]. Las ventajas de estos sistemas en comparación con el almacenamiento de calor sensible es que poseen una mayor densidad de energía almacenada y una menor diferencia de temperatura operativa [5], [6]. La elección del PCM más apropiado debería considerar: costo, conductividad térmica, tanto en la fase líquida como sólida, capacidad de almacenamiento y temperatura de cambio de fase [7]. Hasta ahora, un gran número de PCM tales como sales hidratadas, parafinas, ácidos grasos y sus mezclas han sido ampliamente investigados [8], [9]. Para el secado solar de agro-productos, las parafinas son comúnmente utilizados como PCM [10], debido a su temperatura de fusión, alta capacidad de calor latente, buena estabilidad química y térmica, no es tóxica ni corrosiva [11]. Para aumentar la conductividad térmica de la cera de parafina, se ha estudiado la encapsulación del PCM en geometrías cilíndricas con o sin aletas, placas, o cápsulas esféricas. La geometría esférica parece ofrecer una serie de ventajas que lo ubica entre los métodos más efectivos de encapsulación [12], [13]. 2. Materiales, fuentes y métodos La Figura 1 muestra el montaje experimental para evaluar los ciclos de la cera de parafina. Se utilizaron 2,3g de cera de parafina, que fue introducida en un recipiente cilíndrico de aluminio, sobre una lámina de cobre, la que aumenta la conductividad térmica entre el recipiente y la celda peltier. La celda se ubica sobre un bloque de aluminio refrigerado con agua, el cual se encuentra dentro de un recipiente de acero inoxidable con dos disipadores de calor, el agua es impulsada por una bomba sumergible. Este sistema de refrigeración tiene por finalidad mantener una de las caras de la celda peltier a una temperatura uniforme durante todo el proceso de la medición, además el recipiente de aluminio fue cubierto con un aislante térmico de lana de vidrio para impedir la influencia del cambio de la temperatura ambiente a lo largo del proceso. La Figura 2 representa el algoritmo para realizar los ciclos de calentamiento y enfriamiento programado a través del software computacional MATLAB con Arduino, el cual registra la temperatura a través de una termocupla, y actúa sobre los relé, los cuales están conectados a una fuente de alimentación eléctrica. Cuando el peltier calienta la cera, al llegar a los 58ºC el relé invierte la polaridad de la fuente de alimentación enfriando la cera hasta alcanzar los 40ºC, donde se vuelve a cambiar la polaridad, para calentar nuevamente la cera y así realizar un nuevo ciclo.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Figura 1. Montaje experimental.

Figura 2. Diagrama algoritmo de programación.

Reyes, Vásquez, Sepúlved: Análisis de ciclos fusión-solidificación de ceras de parafina.

Figura 3. Diagrama de conecciones.

El esquema de la Figura 3 muestra las conexiones de los dispositivos utilizados, los cuales son: fuente de poder, relé, termocupla, celda peltier y tarjeta Arduino Uno. La Figura 4(a) muestra la termocupla Max31855 tipo K utilizada para la medición de la temperatura de la cera, la cual trabaja con 3,3V. La Figura 4(b) muestra la fuente de alimentación utilizada, modelo HY3003 cuyo voltaje de salida se ajusta entre 0 y 30V. Esta fuente de poder alimenta la celda peltier. La Figura 4(c) muestra la celda peltier utilizada, la cual enfría o calienta el recipiente con la cera de parafina. Se utilizó un relé de 2 canales (Figura 4(d)) modelo SRD-05VDC SL-C, el cual tiene como función invertir la polaridad del flujo de corriente y así la dirección del flujo de calor, permitiendo que la celda peltier caliente o enfrie la cera. .

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4. (a) Termocupla Max31855; (b) Fuente de alimentación modelo HY3003; (c) Celda Peltier; (d) Relé modular 2 canales.

3. Resultados y discusiones Considerando que anualmente los equipos de almacenamiento de energía solar son utilizados por un periodo entre 150-200 días por año, se establecio arbitrariamente el análisis de 1000 ciclos de fusión-solidificación para cada cera, estimando una vida útil del equipo de almacenamiento de al menos 5 años. La adquisición de datos para el análisis de las ceras PT Ch y PT 58, se realizó en forma discreta a través del programa computacional MATLAB. Para ambas muestras de cera se utilizaron 2,3g de material y la celda peltier fue alimentada a 9V. La Figura 5(a) a modo de ejemplo, muestra algunos ciclos de trabajo observándose el comportamiento característico del fenómeno fusión-solidificación de la cera de parafina PT Ch, distinguiéndose en la mayoría de los ciclos 3 temperaturas importantes de analizar (temperatura pic, temperatura valle, temperatura de cambio de fase). La temperatura pic alcanzada es de 64,5ºC, mientras que las temperaturas valle es 38ºC. En el periodo de solidificación se aprecia el cambio de fase líquido-sólido en un rango de temperatura de 58ºC a 56ºC. También se puede observar, que en estado sólido, el aumento de temperatura es más lento que en estado líquido. Para calcular los tiempos de fusión y solidificación, se tomaron los puntos pic y valle de cada ciclo. La Figura 5(b) muestra el comportamiento característico del fenómeno fusiónsolidificación de la cera de parafina PT 58 para la mayoría de los ciclos que se realizaron,

Reyes, Vásquez, Sepúlved: Análisis de ciclos fusión-solidificación de ceras de parafina.

para éste, la temperatura pic es de 63ºC, mientras que la temperatura valle es aproximadamente 39ºC y para el periodo de solidificación se aprecia el cambio de fase liquido-sólido a diferencia de la cera PT Ch éste ocurre a una temperatura constante de 56ºC, la cual se mantuvo constante durante todo el proceso. Esta diferencia se debe a que la cera PT 58 es más pura que la cera PT Ch, teniendo solo un punto de fusión.

(a)

(b)

Figura 5. Ciclo fusión-solidificación de la cera de parafina. (a) Cera PT Ch; (b) Cera PT 58.

(a)

(b)

Figura 6. Amplitud de ciclos de la cera de parafina. (a) Cera PT Ch; (b) Cera PT 58.

La Figura 6 muestra la amplitud (temperaturas pic y valle) de los 1000 ciclos para cada cera. Para la cera PT 58 la amplitud permanece constante para la mayoría de los ciclos, mientras que para la cera PT Ch la amplitud se incrementa a medida que transcurren los ciclos. La Figura 7 muestra los tiempos de los 1000 ciclos para cada cera. El tiempo para la cera PT Ch se incrementa a medida que pasan los ciclos debido al aumento en la amplitud de los ciclos. El tiempo de ciclo de la cera PT 58 se estabiliza aproximadamente a los 300 ciclos, promediando un tiempo de ciclo de 150 segundos. La Figura 8(a) muestra los tiempos de fusión y solidificación para los 1000 ciclos de la cera PT Ch, donde los tiempos de fusión son mayores que los tiempos de solidificación, al igual que para la cera PT 58 (Figura 8(b)). Los tiempos de fusión y solidificación de la cera PT Ch aumentan a medida que transcurren los ciclos, de igual manera como lo hace el tiempo de ciclo expuesto en la Figura 7.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Figura 7. Tiempos de ciclos cera de parafina PT Ch y PT 58.

150

280 fusión solidificación

260

130

220

120

200

110 Tiempo[s]

Tiempo[s]

240

180

100

160

140

120

100

fusión solidificación

140

100

200

300

400 500 600 Número de ciclos

700

800

900

1000

100

200

300

400 500 600 Número de ciclos

(a)

700

800

900

1000

(b)

Figura 8. Tiempo fusión- solidificación. (a) Cera PT Ch; (b) Cera PT 58.

0.9

1.8

0.8 1.6

Solidificación / Fusión

0.7 1.4

1.2

0.6 0.5 0.4 0.3

0.8

0.2 0.6

0.1 0.4

100

200

300

400

500 600 Número de ciclos

700

800

900

1000

(a)

100

200

300

400

500 600 Número de ciclos

700

800

900

1000

(b)

Figura 9. Cociente Solidificación/fusión. (a) Cera PT Ch; (b) Cera PT 58.

La Figura 8 muestra los tiempos de fusión y solidificación para los 1000 ciclos, para ambas ceras los tiempos de fusión son mayores que los tiempos de solidificación. Para la cera PT 58 el tiempo de fusión y solidificación se estabiliza alrededor de los 300 ciclos, con tiempos de 90 y 60 segundos respectivamente.

Reyes, Vásquez, Sepúlved: Análisis de ciclos fusión-solidificación de ceras de parafina.

La Figura 9 muestra el cociente solidificación/fusión para cada ciclo de la cera PT58 y PT Ch. Para la cera PT 58 el cociente solidificación/fusión permanece constante para los 1000 ciclos, el cual tiene una valor aproximado de 0,7. En tanto para la cera PT Ch este valor permanece constante durante los primeros 300 ciclos, en este periodo tiene un valor aproximadamente de 0,8. Tabla 1. Resumen de resultados.

Tipo de cera Temperatura de fusión

Unidad °C

PT58 56

China 58-56

Tiempo de ciclo Tiempo fusión Tiempo solidificación

s s s

162,1±26,9 96,2±16,7 66,0±10,4

342,2±71,1 179,3±36,2 163,2±48,6

Cociente solidificación/fusión

s/s

0,688±0,025 0,914±0,233

La Tabla 1 muestra en resumen los resultados obtenidos para los 1000 ciclos de cada cera, en la cual se muestra el promedio de los tiempos de ciclo, fusión y solidificación y el cociente entre el tiempo de solidificación y fusión. 4. Conclusiones La cera PT58 es más pura que la cera PTCh, teniendo solo un punto de fusión a 56ºC, la que se mantuvo constante durante todos los ciclos. El tiempo de ciclo promedio de la cera PT58 y PT Ch es 160 y 340 segundos respectivamente. El cociente entre el tiempo de solidificación y fusión promedio es de 0,7 y 0,9 para las ceras PT 58 y PT Ch respectivamente. Con éste trabajo es posible medir la vida útil de diferentes tipos de cera u otros materiales de cambio de fase, medir sus tiempos de ciclos fusión y solidificación. En resumen, ninguna de las ceras analizadas mostró variaciones en los 1000 ciclos analizados Agradecimientos Los autores agradecen el financiamiento de CONICYT a través de Proyecto Fondecyt 1110101. Referencias [1] W.Shuangmao, «Dynamic discharging characteristics simulation on solar heat storage system with spherical capsules using paraffin as heat storage material», Renewable Energy, vol. 36, pp.1190-1195, 2011. [2] Y. Dutil, D. Rousse, N. Salah, S. Lassue y L. Zalewski, «A review on phase-change materials: Mathematical modeling and simulations», Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 15, pp.112130, 2011 [3] A. Trp, «An experimental and numerical investigation of heat transfer during technical grade paraffin melting and solidification in a shell-and-tube latent thermal energy storage unit», Solar Energy, vol. 79, pp. 648-660, 2005. [4] E. Halawa, F. Bruno y W. Saman, «Numerical analysis of a PCM thermal storage system with varying wall temperature», Energy Conversion and Management, vol. 46, pp. 2592-2604, 2005. [5] B. Zalba, J. Marı́n, L. Cabeza y H. Mehling, «Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications», Applied Thermal Engineering, vol. 23, pp. 251-283, 2003.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

[6] M. Farid, A. Khudhair, S. Razack y S. Al-Hallaj, «A review on phase change energy storage: materials and applications», Energy Conversion and Management, vol. 45, pp.1597-1615, 2004. [7] R. Ehid y A.Fleischer, «Development and characterization of paraffin-based shape stabilized energy storage materials», Energy Conversion and Management, vol. 53, pp. 84-91, 2012. [8] C. Zhao, W. Lu, y Y. Tian, «Heat transfer enhancement for thermal energy storage using metal foams embedded within phase change materials (PCMs) », Solar Energy, vol. 84, pp.1402-1412, 2010. [9] J. Wang, H. Xie, Z. Xin, Y Li, y L. Chen, «Enhancing thermal conductivity of palmitic acid based phase change materials with carbon nanotubes as fillers», Solar Energy, vol 84, pp. 339-344, 2010. [10] S. Niggol, «Evaluation of the Agro-Ecological Zone methods for the study of climate change with micro farming decisions in sub-Saharan Africa», European Journal of Agronomy, vol. 52, pp.157-165, 2014. [11] A. Trigui, M. Karkri, y I. Krupa, «Thermal conductivity and latent heat thermal energy storage properties of LDPE/wax as a shape-stabilized composite phase change material», Energy Conversion and Management, vol. 77, pp.586-596, 2014. [12] T. Kousksou, J. Bédécarrats, J. Dumas y A. Mimet, «Dynamic modelling of the storage of an encapsulated ice tank», Applied Thermal Engineering, vol. 25, pp.1534-1548, 2005. [13] S. Thapa, S. Chukwu, A. Khaliq, y L. Weiss, «Fabrication and analysis of small-scale thermal energy storage with conductivity enhancement», Energy Conversion and Management, vol. 79, pp.161-170, 2014.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas con cenizas volantes de Carbón mineral María Luisa Saavedra Q1, Daniela Cuevas A1, Marcela Saldivia M1, Rosa Santoro G1.

Universidad de Santiago de Chile, marialuisa.saavedra@usach.cl, marcela.saldivia@usach.cl , daniela.cuevas@usach.cl, rosa.santoro@usach.cl 1

Recibido: 15-08-2015. Aceptado después de revisión: 28-08-2015. Resumen: Este trabajo evaluó cenizas volantes, provenientes de una planta termoeléctrica, como material adsorbente de iones cromo y cobre en soluciones acuosas, para evaluar su uso en el tratamiento de RILES mineros. El análisis FRX y DRX realizado a las cenizas, mostró que se constituyen principalmente por Si, Al, Fe y O, los que conforman la mayor proporción de los óxidos. Estos componentes son los principales responsables de las características superficiales, con un pH de 10,66 y punto de carga cero 3,7. Por ello, la adsorción de Cr (VI) en forma de HCrO4- (carácter aniónico) se favorece a pH 2, con una remoción de 67,98% que aumenta mientras menor es la concentración de metal, alcanzando un 79,30% a 10 [mg/L] de cromo. En el caso del Cobre (carácter catiónico), se obtiene una adsorción de 100% a pH 4, independiente del tiempo de contacto, que a 1 hora de exposición ya alcanza el máximo de remoción. Se concluye que las cenizas volantes de carbón mineral, consideradas actualmente como un material de desecho, pueden ser utilizadas como material adsorbente no convencional de iones metálicos, a pH ácidos, bajo 4, atribuído principalmente a las características superficiales que proporcionan a la ceniza volante a la presencia de SiO2, Al2O3, Fe2O3, bajo condiciones ácidas. Palabras claves: adsorción, cenizas, carbón mineral, metales pesados.

Abstract: This study analyzes the use of fly ash, from an electrical power plant, to be used as adsorbent material in an aqueous solutions o chromium and copper ions, to use in treatment of waste water from mining operations. The fly ash analyses of FRX and DRX, mainly showed Si, Al, Fe and O. The above components are primarily responsible for the surface patterns, with a pH of 10.66 for the full sample and 3.7 point of zero charge. Therefore, adsorption of Cr (VI) as HCrO4-(anionic) is favored at pH2 with a removal of 67.98%. This removal increases as the concentration of the metal is reduced, reaching a 79.30% at 10 [mg /L] chromium. In the case of copper (cationic character), an adsorption of 100% is obtained at pH 4, independent of the contact time, 1 hour of exposure peaks removal. It is concluded that the fly ash of coal, currently, considered a waste material. It can be used as unconventional adsorbent material of metal ions under acid pH 4, attributed mainly to the presence of SiO2, Al2O3 and Fe2O3. Keywords: adsorptions, coal, fly ash, heavy metals.

1. Introducción Chile ha registrado un incremento de la demanda energética del 122% entre los años 1991 y 2011, esperándose que esta cifra siga acrecentándose entre un 5,5% y 6,5% anualmente hasta el año 2020 [1]. Para poder hacer frente a esta situación con un suministro seguro y confiable, se cuenta principalmente con hidroelectricidad en el sur del país y termoelectricidad a base de carbón, en el norte, donde el clima es desértico. El carbón mineral es una gran alternativa para solucionar los problemas energéticos existentes, en el país donde la industria minera se centra en la zona norte, que hace poco factible el uso de otro tipo de fuentes energéticas principales, si bien existen proyectos solares en desarrollo, estos apuntan a disminuir el consumo de carbón, pero no a sustituirlo. El aumento del uso de carbón en la zona norte conlleva a un aumento paralelo de emisiones de residuos sólidos, como escorias de caldera, material de

Saavedra, Cuevas, Saldivia, Santoro: Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas…

desulfuración, cenizas de fondo y cenizas volantes, en donde este último representa más de 60% de los residuos [2]. La elevada producción de cenizas volantes ha provocado que su disposición se torne un problema, por la ocupación de importantes superficies, implicando costos asociados principalmente al control y mantenimiento de los vertederos. Por ésto, en los últimos años ha habido un gran interés por encontrar posibles aplicaciones industriales de este residuo. Entre los usos que más destacan actualmente, se encuentra como aditivo de cemento, concreto, ingrediente en la estabilización y/o solidificación de residuos, ingrediente en la modificación del suelo, en la construcción de carreteras y pavimentos, entre otros. El problema que se presenta en Chile, es el traslado de estas cenizas hasta los centros de utilización, por lo tanto se debe priorizar la valorización de estos residuos que permita su uso en la misma zona donde se producen. A partir de recientes estudios se puede concluir que las características físicas, químicas y superficiales que presentan las cenizas volantes la convierten en un potencial adsorbente de metales pesados presentes en aguas residuales industriales, que podrían ser utilizados en la industria minera. Este estudio analiza la capacidad de adsorción de metales como cobre y cromo presentes en RILES mineros, actividad industrial principal de Chile. 2.- Materiales y métodos 2.1 Caracterización física Distribución de tamaño de partícula por tamizado según Norma ASTM C136 (2011) Standard test method for sieve analysis of fine and coarse aggregates. Contenido de humedad. Según la Norma ASTM C566 (2004) Standard test method for total evaporable moisture content of aggregate by drying. Densidad real. Por picnometría líquida según Norma ASTM C128 (2012) Standard test method for density, relative density (specific gravity), and absorption of fine aggregate. Densidad aparente y porosidad. Se evaluó de forma indirecta a través de la relación entre la densidad real y la densidad aparente de la ceniza volante, según Norma ASTM C29 (2009) Standard test method for bulk density (“Unit weight”) and voids in aggregate. 2.2 Caracterización química de las cenizas volantes Contenido de cenizas. El contenido de carbono se obtuvo por calcinación, según Norma ASTM D3174 (2012) Standard test method for ash in the analysis sample of coal and coke from coal. Análisis elemental y mineral. Fue realizada mediante análisis de Fluorescencia de Rayos X y Difracción de Rayos X con equipo Sequential X-Ray Spectrometer Siemens (1994), Modelo SRS3000. 2.3 Caracterización superficial de las cenizas volantes pH. Se obtuvo por medio del método potenciométrico. Punto de carga cero, por método de Drift (Newcombe, 1993) con solución de 100 [mL] de KCl a concentraciones de 0,001 [M], 0,01 [M] y 0,1 [M], ajustando pH entre 2 y 12, por medio de soluciones de NaOH 0,1 [M] y HCl 0,1 [M]. Se agregó 1,0 [g] de cenizas volantes, se agitó mecánicamente por 24 [hrs] y se midió el pH final. El punto de carga cero es el valor correspondiente al cumplirse que PHfinal=pHinicial. 2.4. Pruebas de adsorción de cromo Los estudios de adsorción discontinua se realizaron a una concentración inicial de cromo (K2Cr2O7) de 50 [mg/L] y 1%p/v de cenizas volantes, modificándoles el pH en un rango de 2-13 y sometidos a agitación magnética por 24 [hrs]. La determinación de la influencia

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

de la concentración de cromo (10-180 [mg/L]) se efectuó al pH que mostró el mejor resultado de remoción en las pruebas previas, a una concentración del 1% p/v de cenizas volantes, la concentración de cromo se determinó mediante Espectroscopia de Absorción Atómica. Se estudió el efecto de especiación del cromo, para determinar la capacidad de remoción de cromo se estudió el efecto de la precipitación de dicho metal a distintos valores de pH y la especiación a diferentes concentraciones de metal y pH. La concentración de cromo se determinó por espectrofotometría de absorción atómica. 2.5 . Pruebas de adsorción de cobre. Los estudios de adsorción discontinua se realizaron pruebas para medir el efecto de pH, tiempo de contacto y concentración del metal. Se realizaron pruebas de tiempo de contacto de 1, 2, 4 y 24 horas según Cho, 2005 [3]. La concentración del metal varió entre 10 a 150 [mg/L] con 10 y 20 [g/L] de ceniza volante. La concentración de cobre (II) se determinó mediante Espectroscopia de Absorción Atómica 3. Resultados y discusiones 3.1. Análisis de las cenizas volantes El color gris oscuro que se observa en las C.V. se debe al contenido de carbón, mientras que los colores más claros se asocian a la presencia de cal. El 96% de las cenizas volantes presentan diámetro inferior a las 125 [µm], con un diámetro de partícula promedio (Dprom) de 0,0649 [mm] y con un diámetro de Sauter o superficie/volumen (Dps) de 0,0483 [mm]. La distribución de tamaño de partícula se ajusta al modelo de RosinRammler-Bennett (Ec. (1) y Figura 2). La muestra completa de las C.V. presenta una pérdida por calcinación del 5,07% en base seca. Como el carbón mineral no quemado se concentra principalmente en la fracciones de mayor tamaño, mientras que en fracciones de menor tamaño, el material está conformado mayoritariamente de ceniza, se seleccionó para el estudio de adsorción, cenizas con tamaño menor a 0,053 [mm]. 40 35

% FRACCION RETENIDA

30 25

93%

20 15 10 5 0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

TAMIZADO 1 TAMIZADO 2

CORTE DE TAMIZ

ACUMULADO

Figura 1. Distribución de tamaño de partículas de cenizas volantes.

Saavedra, Cuevas, Saldivia, Santoro: Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas…

Figura 2. Modelo de distribución de Rosin-Rammler-Bennett para cenizas volantes.

En la Tabla 1, se presentan los resultados de densidad y porosidad obtenidos, para valores de densidad menores a 2,5 [g/cm3], se observa una mayor presencia de fases vítreas con inclusiones de mullita y cuarzo que provoca que la densidad real de las cenizas volante sea ligeramente menor. El hecho de que la porosidad de la muestra de cenizas volantes completa sea mayor a las fracciones tamizadas se debe al mayor tamaño de las partículas y a la presencia de carbón no combustionado que posee alta porosidad. Las cenizas volantes tienen una alta capacidad de compactación, que se observa al comparar la densidad aparente compacta con la densidad aparente suelta, siendo esta habilidad principalmente la que faculta su uso como relleno estructural en la industria de la construcción [4].

La muestra de ceniza volante completa presenta 0,23% contenido de humedad que es mayor respecto a la muestra tamizada 0,17 %. Los principales constituyentes de las C.V. son el silicio, aluminio, hierro y oxígeno, con exp

0,0843

Ecuación (1)

Donde, dpi diámetro de partícula promedio (mm) yi fracción acumulada retenida cantidades más pequeñas de calcio, magnesio, sodio y en menor cantidad elementos traza, como Zn, Cr, Cu, entre otros (Tabla 2). Los elementos mayoritarios son los que forman la mayor proporción de óxidos (Tabla 3.). Las cenizas volantes en estudio, corresponden a la Clase F (Norma ASTM C618) donde la suma de SiO2, Al2O3, Fe2O3 comprenden al 88,01% y 87,95% de la composición total, respectivamente (Figura 3 (a)-(c))

Tabla 1. Densidad real, densidad aparente y porosidad de las cenizas volantes.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Muestra ceniza volante Completa Tamaño>0,053 [mm]

Densidad real [g/mL] 2,08 2,12

Densidad aparente [g/mL] Compacta Suelta 1,21 0,83 1,27 0,88

Porosidad Compacta 0,42 0,40

Suelta 0,61 0,58

Figura 3. Análisis morfológico de cenizas volantes completas; (a) Magnificación 500 (b) Magnificación 5000 (c) Magnificación 2000.

Las características superficiales de las cenizas volantes se estudiaron por medio del pH y punto de carga cero, para pH se obtuvo 10,86 para la ceniza volante y 10,85 para la fracción con tamaño <0,053 [mm Ø]. El punto de carga cero se presentó a pH 3,7 para fracción tamizada. Tabla 2. Análisis elemental de las cenizas volantes. Elemento

%p/p

Ceniza completa 47,6

Ceniza <0,053 [mm] 47,6

26,5

13,2

4,48

4,37

2,76

2,83

1,66

1,47

1,50

1,32

0,517

0,504

0,268

0,233

0,103

0,104

0,1326

0,1548

Trazas : P,Cr,Zn, V,Sr,Ni,Cu,Zr,M n

Saavedra, Cuevas, Saldivia, Santoro: Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas…

Tabla 3. Análisis de composición de las cenizas volantes. Compuesto

%p/p Ceniza completa

SiO2

56,7

Ceniza <0,053 [mm] 56,7

Al2O3

24,9

25,0

Fe2O3

6,41

6,25

Na2O

3,72

3,81

MgO

2,76

2,75

CaO

1,85

1,84

K 2O

1,78

1,81

TiO2

0,862

0,841

SO3

0,668

0,581

BaO

0,115

0,116

P 2O 5

0,103

0,0887

Trazas

0,121

0,1674

3.2. Especiación del cromo hexavelente Para determinar las especies del cromo hexavalente en solución a distintos valores de pH, se analizó el espectro de absorción desde una longitud de onda desde 200 [nm] hasta 800 [nm] a una concentración de 26 [mg/L] de K2Cr2O7 (Figura 4). El dicromato en solución acuosa puede transformarse parcialmente en cromato, como consecuencia del equilibrio dímero-monómero (Ec. (2)). Bajo estas condiciones, la longitud de onda donde se obtiene la máxima absorbancia para el dicromato es cercana a los 350 [nm], pudiendo también absorber a los 450 [nm]; mientras la máxima absorbancia del cromato ocurre a 372 [nm] [5],[6]. .

,- ./ 0 1 2 . ↔ 2 ,-.6 0 1 2 7

Ecuación (2)

Figura 4. Espectro de absorción de dicromato de potasio a distintos valores de pH.

Se observa que a pH ácidos este metal se encuentra en forma de dicromato, percibiendo una máxima absorbancia a una longitud de onda de 349 [nm]; mientras que al aumentar la concentración de [OH-], el equilibrio se desplaza hacia la derecha, propiciando la forma

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

de cromato, con λmáx de 371 [nm]. Esto concuerda con el diagrama de especiación de la Figura 5 en donde la hidrólisis produce únicamente especies neutras y aniónicas, predominantemente como Cr2O72-, HCrO4- y CrO42- . A bajo pH y altas concentraciones se presenta como dicromato, a bajo pH y bajas concentraciones como HCrO4- , mientras que a valores de pH mayores a 6,5 se encuentra como cromato. Debido a que el presente análisis y los estudios de adsorción que se muestran más adelante, se realizaron a concentraciones bajo 1 [g/L] se espera que la especie en solución acuosa corresponda a HCrO4- , de acuerdo a la Ec. (3). .

,- ./ 0 1 2 . ↔ 2 2,-.60 ↔ 2 ,-.6 0 1 2 7

Ecuación (3)

Figura 5. Diagrama de especiación de Cr (VI). Fuente: Mohan y Pittman [9].

3.3. Pruebas de adsorción de Cromo Se evaluó el efecto del pH de la solución entre 2-13 y la concentración de metal sobre el grado de remoción de metal, para una concentración de C.V. de 1%p/v. El estudio del efecto del pH se realizó a una concentración de 50 [mg/L], debido a que las concentraciones de metal que son tratadas con esta tecnología son relativamente bajas [7], mientras que el efecto de concentración de metal se realizó entre 10 y 180 [mg/L], encontrándose dentro del rango que registran distintos efluentes industriales, comprendiendo desde 0,5 hasta 270 [mg/L] [8] Como se puede observar en la Figura 6 la remoción de cromo hexavalente disminuye a medida que el pH aumenta, produciéndose la protonación de las cargas superficiales negativas a pH bajo por la abundante presencia de iones hidrógeno en el medio. Mientras que el exceso de iones hidroxilo a pH más básico produce el efecto contrario, dificultando el proceso de adsorción, y reduciendo el grado de remoción, resultados que concuerdan con otros [10].

Figura 6. Efecto del pH sobre la adsorción de Cr (VI) en cenizas volantes.

Las especies presentes en solución bajo las condiciones trabajadas, son los aniones HCrO4- en medio ácido y CrO42- a pH mayores a 6,5. Al ser compuestos cargados negativamente, la adsorción se favorece a pH ácidos, en donde la carga superficial del 16

Saavedra, Cuevas, Saldivia, Santoro: Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas…

adsorbente es positiva. Los compuestos SiO2, Al2O3, Fe2O3 cumplen un papel fundamental en la adsorción de este metal, al cargarse negativa o positivamente dependiendo del pH, con un punto de carga cero entre 2,2-3,3 para el SiO2; 8,0-9,7 para el Al2O3 y 6,8-8,0 para el Fe2O3. Esperando que sean los responsables de la adsorción de cromo, especialmente el óxido de hierro y la alúmina, que tendrán una superficie altamente positiva. Se midió tanto el pH original de la solución de dicromato de potasio como el pH tras su modificación, y el valor de pH final tras terminar las pruebas de adsorción y no se apreció un gran cambio en el pH final respecto del pH inicial para los valores de pH cercanos a 2, 10 y 13, en este sentido no influye con algún cambio en especiación del metal o la carga superficial. En contraposición, de los valores de pH inicial de 4,86 y 7,98 que aumentaron a 8,32 y 9,12, respectivamente. Esto repercute en la carga superficial de las cenizas volantes, pues será más positiva, produciendo con mayor medida la repulsión de los iones cromo. Por otro lado, el aumento del pH inicial 4,86 que contiene predominantemente HCrO4-, produce un cambio en la especie de cromo a CrO42-, que se encuentra presente a valores de pH mayores a 6,5. 3.4. Efecto de la concentración inicial de cromo Fue realizado a pH 2, al que se obtuvo el más alto porcentaje de remoción de cromo (Figura 6). La concentración del metal también ejerce influencia sobre la adsorción, obteniéndose un mejor porcentaje de remoción a la concentración más baja, con un 79,30% a 10 [mg/L] de cromo, disminuyendo a 65,78% a una concentración de 180 [mg/L]. (Figura 7). Pese a que la remoción fue mayor a una concentración menor del metal, la capacidad de adsorción, expresada en miligramos de cromo adsorbidos por gramo de ceniza volante, aumenta proporcionalmente a mayores concentraciones de cromo, mientras que para una concentración inicial de 10 [mg/L], se absorben 0.81 [mg/g] de C.V. esto aumenta a 11,92 [mg/g] para una concentración inicial de 180 [mg/L], lo que lleva a suponer que la capacidad adsorción de las cenizas volantes puede ser aún mayor. Bhattacharya obtuvo una capacidad de adsorción de 23,86 [mg/g] con cenizas volantes de carbón de características comparables a las de este estudio [8].

Figura 7. Efecto de la concentración inicial de metal sobre la adsorción de Cr (VI) en cenizas volantes.

3.5. Pruebas de adsorción de cobre Se estudiaron de manera paralela los efectos del pH y el tiempo de contacto en los procesos de adsorción de iones cobre. En la Figura 8 se puede observar, que la adsorción es independiente del tiempo, a 1 hora de contacto se logra remover el 100% del metal. Referente a la variación de pH, el porcentaje de remoción a pH 4 alcanza el 100%, mientras que a pH 2 se produce la precipitación del metal.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Figura 8. Efecto del pH y Tiempo de Contacto en las Pruebas de Adsorción de Cobre (II) con Ceniza Volante.

3.6. Efecto Concentración de Cobre(II) y Ceniza Volante Para un pH de solución igual a cuatro y tiempo de contacto de una hora, se probó el efecto de la concentración cobre, para concentraciones de ceniza volantes de 10[g/L] y 20[g/L], el porcentaje de remoción fue total hasta los 120 [ppm], disminuyendo a un 98,7% a una concentración de metal de 150 [ppm], para 10 [g/L] de C.V (Figura 9). Los valores seleccionados de concentración de cobre (II, se basaron en el contenido de cobre presente en los residuos líquidos de la industria minera, los cuales fluctúan entre 10-30 [ppm].

Figura 9. Efecto de la Concentración de Cu(II) y Concentración de Ceniza Volante (10-20 g/l) en Pruebas de Adsorción.

4. Conclusiones El punto de carga cero de las cenizas volantes es 3.7, debido principalmente al alto contenido de SiO2 (56,70%, con punto de carga cero entre 2.2-3.3). Esto indica que a valores de pH menores la carga superficial de la ceniza volante es positiva favoreciendo la adsorción de aniones como HCrO4- y a pH mayores se favorece la adsorción de cationes, Cu (II). El análisis de las posibles especies del cromo hexavalente a distintos valores de pH, mostró que el cromo se presenta como Cr2O72- a valores de pH ácidos y a una alta concentración (mayor a 1 [g/L]), en su forma de HCrO4- a pH ácido y a una baja concentración, y principalmente como CrO42- a pH sobre 6,5. Los estudios de adsorción concluyen que existe una gran dependencia con el pH, siendo máxima a pH 2, que al ser menor que el punto de carga cero de las C.V. presenta una superficie cargada positivamente, favoreciendo la atracción del compuesto aniónico HCrO4- presente en solución debido a la baja concentración en la que se encuentra. Si

Saavedra, Cuevas, Saldivia, Santoro: Remoción de iones Cromo y Cobre desde soluciones acuosas…

bien, se obtiene una mejor remoción de cromo hexavalente a una concentración menor de dicho metal (79,30% a 10 [mg/L]), la capacidad de adsorción aumenta proporcionalmente con la concentración de cromo alcanzando a 11,92 [mg/g]. Las cenizas volantes de carbón mineral, pueden ser utilizadas como material adsorbente no convencional de iones cromo hexavalente y Cobre (II), atribuido principalmente a la presencia de SiO2, Al2O3 y Fe2O3 y las características superficiales que proporcionan a la ceniza volante bajo condiciones ácidas. La precipitación del los iones cobre (II) presentes en solución es muy elevada, superando el 50% en un rango de pH entre 2-6. Al superar el pH 8, la precipitación del metal logra un porcentaje de remoción del 100%. Esto se debe principalmente a que el cobre tiene la capacidad de formar variados complejos tanto de carácter orgánicos como inorgánicos, muchas veces insolubles en agua. El porcentaje de remoción de iones cobre en solución fue 100%, a un pH de solución igual a 4, con una concentración de metal entre 10-120[ppm] y con una presencia de ceniza volante de [10g/L] en contacto por una hora, confirmando la capacidad que tiene este tipo de partícula de adsorber iones cobre (II) presentes en solución. Agradecimientos Las autoras de este trabajo agradecen el apoyo financiero de DICYT –USACH, para el desarrollo de este trabajo. Referencias [1] Ministerio de Energía, Chile, Documentos, <<Plan de acción de eficiencia energética 2020>>, [Consultado el día 22 de Mayo de 2013] Disponible en: http://www.minenergia.cl/documentos/otrosdocumentos/plan-de-accion-de-eficiencia.html, 2013. [2] Fly ash direct, United States <<The ash industry>> [Consultado el día 15 de Enero de 2013] Disponible en: http://www.flyashdirect.com/ash_industry.asp., 2013. [3] H. Cho, D.Oh, K. Kim, <<A study on removal characteristics of heavy metals from aqueous solution by fly ash>>, Journal of Hazardous Materials, No. 127, pp. 187-195, 2005. [4] M. Ahmaruzzaman, <<A review on the utilization of fly ash>>, Progress in energy and combustion science, vol. 36, No. 3, pp. 327-363, 2010. [5] L. Hernández, C. González, Introducción al análisis instrumental, Primera edición, Editorial Ariel, pp. 52, España, 2002. [6] E. Olsen, Métodos ópticos de análisis, Primera edición, Editorial Reverté, pp. 73, España 1990. [7] A. Papandreou, C. Stournaras, D. Panias, I. Paspaliaris, <<Adsorption of Pb(II), Zn(II) and Cr(III) on coal fly ash porous pellets>> Minerals Engineering, vol. 24, No. 13, pp. 1495-1501, 2011. [8] A. Bhattacharya, T. Naiya, S. Mandal, S. Das, << Adsorption, kinetics and equilibrium studies on removal of Cr(VI) from aqueous solutions using different low-cost adsorbents>> Chemical engineering journal, vol. 137, No. 3, pp. 529-541, 2008. [9] D. Mohan, U. Pittman, <<Activated carbons and low cost adsorbents for remediation of tri- and hexavalent chromium from water>> Journal of hazardous materials, vol. 137, pp. 762-811, 2006. [10] B. Bayat, <<Comparative study of adsorption properties of Turkish fly ashes II: The case of chromium (VI) and cadmium (II)>>, Journal of hazardous materials, vol. 95, No. 3, pp. 275-290, 2005.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación del gas natural con Aspen Hysys y Aspen Plus Leonel Alberto Benitez1, Juan Pablo Gutierrez1, Liliana Ale Ruiz2, Eleonora Erdmann3 y Enrique Tarifa4 1

INIQUI - CCT Salta - CONICET, Facultad de Ingeniería, CIUNSa, Universidad Nacional de Salta, labbenitez@unsa.edu.ar - gutierrezjp@unsa.edu.ar 2 Facultad de Ingeniería, CIUNSa, Universidad Nacional de Salta, laleruiz@unsa.edu.ar 3 Instituto Tecnológico Buenos Aires (ITBA), INIQUI - CCT Salta - CONICET, Universidad Nacional de Salta, erdmann@itba.edu.ar 4 CONICET, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Jujuy, eetarifa@fi.unju.edu.ar Recibido: 12-08-2015. Aceptado después de revisión: 28-08-2015. Resumen: El gas natural ha tomado un rol estratégico importante en el suministro de energía a nivel mundial como consecuencia de la creciente demanda global de energía. El agua es probablemente el componente indeseable más común en el gas natural no tratado ya que su presencia puede ocasionar la formación de hidratos y problemas de corrosión. Debido a las potenciales consecuencias costosas, el gas debe ser sometido a procesos de acondicionamiento a fin de alcanzar las especificaciones requeridas para su venta, transporte hacia los centros de distribución y consumo final. En los últimos años, la simulación de procesos está jugando un papel muy importante en la industria del gas y petróleo como una herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. En el presente trabajo se describe el desarrollo de dos simulaciones estacionarias del proceso de deshidratación de gas natural por absorción con trietilenglicol (TEG), empleando los simuladores comerciales de procesos Aspen HYSYS V8.3 y Aspen PLUS V8.2. La composición del gas natural, la configuración del proceso y las condiciones de operación empleadas en los cálculos y la simulación son típicas de los yacimientos y plantas de acondicionamiento de la provincia de Salta (Argentina). Palabras claves: Aspen HYSYS, Aspen PLUS, deshidratación, gas natural, simulación estacionaria, trietilenglicol (TEG). Abstract: Natural gas has taken an important strategic role in world energy supply as a result of the growing global energy demand. Water is probably the most undesirable component found in raw natural gas because its presence can produce hydrate formation, and it can also lead to corrosion or erosion problems. Due to these often expensive consequences natural gas should be subjected to conditioning processes in order to achieve strict specifications for sales, transportation and final uses. In recent years, process simulation is playing an important role in the oil and gas industry as an appropriate and powerful tool for the design, characterization, optimization, and monitoring of industrial processes performance. In this paper the development of two steady state simulations of natural gas dehydration by absorption with triethylene glycol (TEG) is described, using commercial process simulators such as Aspen HYSYS V8.3 and Aspen PLUS V8.2. Natural gas composition, plant configuration and operating conditions adopted for designs and simulation are those generally used in the area in conditioning plants of natural gas in the province of Salta (Argentina). Keywords: Aspen HYSYS, Aspen PLUS, dehydration, natural gas, steady state simulation, triethylene glycol (TEG).

1. Introducción

Benitez, Gutierrez, Ruiz, Erdmann, Tarifa: Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación…

En los últimos siglos, los combustibles fósiles han sido esenciales para el crecimiento económico global, como fuentes primarias de energía. Las tendencias en el uso de cierto tipo de energéticos son determinadas por los avances tecnológicos para obtener nuevas fuentes de energía o para mejorar aquellas ya disponibles, en función de parámetros de abundancia, eficiencia, costos y factores recientes, como los aspectos medio ambientales [1]. El siglo XX fue llamado el siglo del petróleo, ya que desde entonces y aún en la actualidad es la principal fuente de energía que permite el desarrollo y la expansión de la economía global. Sin embargo, las continuas fluctuaciones e incertidumbres en el precio del petróleo junto con la significativa disminución en sus reservas, así como la nueva actitud medio ambiental adoptada por parte de muchos gobiernos de distintos países, ha inducido a intensificar la exploración de un combustible más limpio y económico como el gas natural. El gas natural el combustible fósil que ha tomado un rol estratégico valioso en el suministro de energía a nivel mundial debido a la creciente demanda global de energía [2] [3]. El gas natural es una mezcla gaseosa de hidrocarburos, formada principalmente de metano, etano, propano y butano; pero comúnmente incluye algunas impurezas tales como agua, dióxido de carbono, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y trazas de hidrocarburos condensables más pesados. Para asegurar una operación eficiente y evitar inconvenientes en el transporte y procesamiento del gas natural, las impurezas deben ser eliminadas [3]. El gas natural por lo general contiene agua, en forma líquida y/o vapor, desde pozo y/o como resultado del proceso de endulzamiento con una solución acuosa. La experiencia operativa y la ingeniería han demostrado que es necesario reducir y controlar el contenido de agua de gas para asegurar un procesamiento y transporte seguro. El agua es probablemente el componente indeseable más común que se encuentra en el gas natural no tratado. Su presencia puede ocasionar obstrucciones y dificultades de importancia en los gasoductos, válvulas o equipos, entorpeciendo o incluso deteniendo el flujo de gas por las líneas de transmisión debido a la formación de hidratos. Por otra parte, la presencia simultánea de H2O, CO2 y H2S en el gas puede originar problemas de corrosión o erosión en las tuberías y equipos [4]. La corrosión y formación de hidratos representan un grave problema en las instalaciones de procesamiento y transporte de gas natural, de hecho son aspectos imprescindibles de diseño y operación que deben manejarse adecuadamente, tanto en el diseño como en la operación, para evitar paradas no programadas, pérdidas costosas de producción, riesgos graves de seguridad e incluso la destrucción de equipos valiosos [3]-[5]. Debido a estas consecuencias costosas, el gas natural debe ser sometido a procesos de acondicionamiento. Éstos permiten cumplir con estrictas especificaciones establecidas y reguladas por entidades privadas o estatales, como el ENARGAS (Ente Nacional de Regulación del Gas en Argentina), para la venta, el transporte, distribución y uso final de gas natural. Los contratos de venta y/o especificaciones de los gasoductos de transporte deben cumplir con el contenido máximo de agua de 65 mgH2O por Sm3 de gas. El acondicionamiento del gas natural generalmente requiere de un proceso de endulzamiento, que tiene por objeto eliminar los gases ácidos, como el H2S y CO2, un proceso de deshidratación, el cual controla el punto de rocío de agua, y un proceso de refrigeración, que es utilizado para el control del punto de rocío de hidrocarburos. La deshidratación del gas natural representa una operación de suma importancia en la industria del gas, básicamente consiste en la remoción del vapor de agua que se encuentra asociada con el gas. Este proceso es necesario para asegurar una operación eficiente en las líneas de transporte de gas [3]. En la actualidad, la técnica más común y exitosa empleada para la deshidratación del gas natural es la absorción entre el gas y un líquido higroscópico. Los absorbentes líquidos más utilizados son las soluciones acuosas de

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

glicoles. Los glicoles son dioles, cuyos grupos hidroxilo le brinda una alta afinidad por el agua. Particularmente el etilenglicol (EG), dietilenglicol (DEG), trietilenglicol (TEG) y tetraetilenglicol (T4EG) permiten alcanzar diferentes niveles de deshidratación. El Proceso de absorción con TEG es uno de los métodos más reconocidos y ampliamente utilizados para la deshidratación gas natural [6]-[8]. La posición actual del gas natural como fuente de energía primaria no renovable (segunda en importancia después del petróleo) y la disminución de sus reservas, conduce realizar un análisis para mejorar, optimizar el diseño, el proceso de acondicionamiento y tratamiento del gas natural. Estas mejoras ofrecen una serie de desafíos para la comunidad científica. En este campo, la solidez ofrecida por investigación y la posibilidad de interrelacionar diversos campos de estudio, como la simulación de procesos y la optimización, son esenciales para hacer frente con eficacia a muchas de las dificultades asociadas con el gas natural, desde la extracción hasta la entrega a los consumidores finales, dando un importante énfasis en las etapas de procesamiento del gas natural. En los últimos años, tanto en la investigación como en la industria, la simulación de procesos está jugando un papel muy importante en la industria del gas natural y petróleo, como una poderosa herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. El modelado y la simulación por computadora han llegado a ser herramientas ingenieriles extremadamente exitosas para el diseño y optimización de procesos [1]-[4]. En este trabajo se describe el desarrollo de dos simulaciones estacionarias del proceso de deshidratación de gas natural mediante absorción con TEG, empleando los simuladores comerciales Aspen HYSYS V8.3 y Aspen PLUS V8.2. Se presentan los parámetros operativos más importantes que son considerados para realizar el estudio del proceso. Además, se realiza el análisis detallado de las estrategias de simulación empleadas a fin de observar ventajas y desventajas de cada software simuladores de procesos. Por último, se evalúan y analizan los resultados obtenidos por ambos programas. El gas considerado en las simulaciones es un gas típico proveniente de yacimientos de la provincia de Salta (Argentina). La configuración de la planta y las condiciones de operación adoptadas son las generalmente empleadas en la zona para el tratamiento de gas natural. 2. Descripción del proceso de deshidratación con TEG Un proceso típico de deshidratación por absorción con TEG puede dividirse en dos partes: la deshidratación del gas y la regeneración del solvente [7]-[9]. En la etapa de deshidratación, el agua se extrae del gas natural por absorción con TEG; mientras que en la etapa de regeneración, el agua absorbida es removida del solvente, y la solución de glicol regenerada se encuentra en especificación para ser empleada nuevamente en la columna de absorción (Contactor). La etapa de regeneración de solventes es una operación que se realiza para reducir consumos excesivos y pérdidas indeseables de solvente. Un diagrama típico del proceso de deshidratación se muestra en la Figura 1 [7]-[10]. Una corriente de una solución acuosa de TEG denominada TEG pobre en agua (Lean Glycol) es alimentada por la cabeza de la columna contactora, mientras que la corriente de gas natural húmedo (Clean Wet Natural Gas) ingresa por la parte inferior de la columna. Como resultado de estas alimentaciones, se genera un contacto en contracorriente entre la corriente de gas y la solución de TEG pobre.

Benitez, Gutierrez, Ruiz, Erdmann, Tarifa: Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación…

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de deshidratación por absorción con TEG.

La columna contactora es una columna de absorción que permite la transferencia de masa a elevadas presiones y bajas temperaturas. En consecuencia, la corriente de fondo que abandona la columna contactora, denominada TEG rica en agua (Rich Glycol), es una solución con una elevada concentración de agua y algunos hidrocarburos en su composición. Esta corriente es despresurizada mediante una válvula reductora de presión y luego ingresa a la etapa de regeneración, donde es forzada a pasar por un tanque separador flash con el fin de despojar aquellos hidrocarburos gaseosos livianos y condensados que puedan ser arrastrados con el glicol. El glicol rico se pre-calienta en el intercambiador de calor glicol pobre- glicol rico. Luego se filtra antes de ser alimentada al regenerador. El regenerador de glicol consiste en un recalentador (Reboiler), columna despojadora (Still), y el tanque acumulador (Surge Drum). En la columna del regenerador, el glicol se separa del agua absorbida. El proceso se produce aproximadamente a presión atmosférica. La corriente que sale del fondo de la unidad regeneradora es la corriente de TEG regenerada, pobre en agua, que posteriormente, es empleada para precalentar la alimentación del regenerador en el intercambiador de calor glicol pobre- glicol rico. Finalmente, la solución regenerada es bombeada a través de aereoenfriadores antes de ingresar nuevamente al equipo contactor [9] [10]. 3. Simulación del Proceso La simulación de procesos es una herramienta potente y moderna que se ha hecho indispensable para la solución adecuada de distintos y diversos problemas de procesos en la industria del gas y petróleo. Puede definirse como una técnica para evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo, mediante distintos modelos matemáticos. La solución de éstos se lleva a cabo por medio de software específicos que

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

permiten tener un mejor conocimiento del comportamiento de dicho proceso y las operaciones unitarias que lo conforman [11]. Existe una gran variedad de simuladores de procesos comerciales, algunos de las cuales son poderosas herramientas de cálculo, con inmensos bancos de datos que contienen las propiedades físicas de miles de compuestos y sustancias químicas, selección de modelos termodinámicos, cálculos de equipos (teórico y real), análisis de costo, estado de agregación y condiciones de operación, que le dan al simulador la ventaja de una gran versatilidad [11] [12]. Aspen HYSYS y Aspen PLUS son potentes simuladores de procesos empleados en la industria del gas y petróleo, para simular diagramas de flujos complejos, estimar propiedades fisicoquímicas, termodinámicas y de transporte de distintos compuestos, permite realizar análisis de sensibilidad de variables de procesos específicas de interés, obtener especificaciones de diseño de proceso, y, realizar la síntesis y análisis de procesos, entre otras tareas del diseño y análisis de procesos y equipos [13] [14]. 3.1 Metodología Para la realización de este trabajo se ejecutaron las siguientes etapas: I. Recolección de información. Se obtuvo información acerca del dimensionamiento de los equipos de la planta, datos históricos de operación, especificaciones de equipos, composición de flujos, variables actuales, recomendaciones de operación. También, se consultaron revistas y libros especializados, sitios en Internet, datos de operadores de planta y de expertos. II. Simulación Estacionaria. Se analizó y evaluó detalladamente las fortalezas y limitaciones de los simuladores de procesos utilizados: Aspen HYSYS y Aspen PLUS. Estos simuladores cuentan con los modelos termodinámicos y los modelos de equipos necesarios para simular el proceso en estudio. Esta simulación en estado estacionario, produjo resultados similares a los reales observados en planta. Aspen HYSYS y Aspen PLUS son software de simulación de procesos y no de diseño de equipos, por lo que las variables relacionadas al dimensionamiento y características constructivas de los distintos equipos involucrados deben ser introducidas como datos. 3.2 Hipótesis y restricciones Durante la simulación estacionaria, se realizaron las siguientes consideraciones: Los separadores no presentan arrastre de líquidos en las corrientes gaseosas de salida. No hay presencia de sólidos en las corrientes de gas y glicol. La temperatura de la unidad de regeneración es inferior a la temperatura de degradación del glicol. Las normas del ENARGAS aceptan un gas de venta de hasta 65 mg de agua/Std.m3 de gas. En consecuencia, se adoptó dicho valor como el máximo permisible en el gas de venta salida de la proceso. La corriente del gas de entrada no presenta rastros de BTX (benceno, tolueno y xileno), por lo que se considera que no debe tener equipos auxiliares para el acondicionamiento del vapor de agua que sale del regenerador. Las tuberías y equipos no tienen pérdidas de calor. 3.3 Gas natural a tratar El gas dulce procedente de la unidad de acondicionamiento con aminas de la Planta de Endulzamiento es enviado a la Planta de Deshidratación por absorción con TEG, a una

Benitez, Gutierrez, Ruiz, Erdmann, Tarifa: Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación…

presión de 75 kg/cm2 y una temperatura de 38 ºC. Al proceso ingresan 3 MMSCFD (Million standard cubic feet per day) de gas natural, su composición corresponde a datos cromatográficos mostrados en la Tabla 1. Tabla 1. Composición del gas natural que ingresa a la planta de deshidratación. Componente Metano Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano n-Heptano Nitrógeno CO2 H 2O

Fracción Molar 0,7897 0,0610 0,0294 0,0070 0,0126 0,0156 0,0135 0,0254 0,0300 0,0100 0,0004 0,0054

3.4 Estrategia para la simulación estacionaria en Aspen HYSYS Se desarrolló una simulación estacionaria del sistema de deshidratación del gas natural mediante el simulador de procesos Aspen HYSYS (Figura 2), teniendo en cuenta las consideraciones teóricas y técnicas del diseño conceptual presentado en bibliografía técnica [3][4] [9] [10] que permite determinar los parámetros básicos de diseño de las unidades del proceso. Aspen HYSYS tiene la capacidad de simular rigurosamente sistemas de TEG-agua, para ello se utiliza una combinación de los paquetes de fluido Peng-Robinson y Glycol Package [6] [15]. En la etapa de deshidratación, el absorbente líquido empleado es una solución acuosa de TEG al 98,7 % en peso (%wt.) a 44ºC. El contactor es simulado mediante el equipo denominado Absorber Column. En la etapa de Regeneración, el Glicol Rico desciende a través columna despojadora (Still) hacia el reconcentrador, donde el glicol concentrado se calienta a una temperatura entre 177 ºC y 204 ºC [9] [10]. Es de suma importancia que la temperatura esté por debajo del punto de descomposición de TEG. La columna y el reconcentrador son simulados dentro del ambiente Distillation Column Sub-Flowsheet mediante tres equipos: Separador, Reboiler y Condensador. La corriente de glicol Regeneradado ingresa nuevamente al contactor, para ello se utiliza el operador lógico Recycle. Este operador no transforma la corriente que pasa a través de él, sino que permite resolver sistemas de lazo iterativo. Es necesario verificar si la cantidad de agua en el gas de venta obtenido cumple con las especificaciones para el transporte de gas natural en Argentina, de hasta 65 mg de agua /Sm3 de gas. Para ello se calcula el mismo en una planilla u hoja de cálculo (Spreadsheet) del simulador, denominada Cantidad de agua salida [13] [16] [17].

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Figura 2. Simulación estacionaria del proceso de deshidratación con TEG en Aspen HYSYS V8.3.

Uno de los criterios utilizados para determinar la eficiencia de la deshidratación es la determinación del punto de rocío de agua en la corriente de gas de salida. Para determinarla se busca la temperatura a la cual el agua, aun contenida en el gas, comenzará a condensar. El primer paso en la determinación del punto de rocío es remover todas las trazas de TEG debido a que la presencia del mismo afecta el punto de rocío del agua. Para ello se utiliza la operación “Component Splitter” (X-100), este equipo es un separador de componentes en el cual se imponen las fracciones molares de salida para asegurar que la corriente Free Water no contenga trazas de TEG. Se utiliza el operador lógico Adjust (ADJ-1) el cual ajusta la temperatura de la corriente Dew Point para que el flujo másico de agua en la corriente Free Water sea casi nulo. El valor de temperatura alcanzado será el punto de rocío del agua en la corriente de gas [15]-[17]. 3.5 Estrategia para la simulación estacionaria en Aspen PLUS Simultáneamente, se desarrolló la simulación estacionaria en Aspen PLUS (Figura 3) del mismo esquema de proceso, teniendo en cuenta las mismas consideraciones que en la simulación con Aspen HYSYS. Aspen PLUS simula rigurosamente sistemas de TEGagua, para ello se empleó una combinación de los paquetes de fluido SR-POLAR (como método base) y Peng-Robinson [14] [18]. La columna absorbedora es representada y simulada como una columna rigurosa siguiendo el modelo del equipo denominado RadFrac. Esto es debido a que este equipo permite evaluar, diseñar y analizar el desempeño de distintas columnas simples. Para ello en las especificaciones se define que el mismo va a funcionar como columna absorbedora. La etapa de regeneración es simulada mediantes dos equipos: Stripper, que simula la columna regeneradora y el reconcentrador y a la salida de éste un separador simulado por el equipo denominado Regen.

Benitez, Gutierrez, Ruiz, Erdmann, Tarifa: Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación…

Figura 3. Simulación estacionaria del proceso de deshidratación con TEG en Aspen PLUS V8.2.

Se implementan manipuladores de corrientes en la simulación a fin determinar ciertas variables de operación de la simulación siguiendo algún criterio determinado. Los mismos son utilizados en forma similar a los operadores lógicos en Aspen HYSYS. En Aspen PLUS se ha utilizado el operador Transference Block (bloque de transferencia), a fin de emular el operador Recycle. En un bloque de transferencia, solo pueden transferirse las variables que han sido especificadas asumiendo valores iniciales para las mismas. Los bloques de transferencia no crean instancias como bloques separados, pero se convierten en conexiones que vinculan corrientes y sus respectivas variables. 4. Resultados y discusión Se analizó la respuesta de tres de las variables representativas de la eficiencia del proceso [17] [19] [20], contenido de agua (Figura 4), punto de rocío de agua (Figura 5) y temperatura del gas de venta (Figura 6), frente a la variación de la fracción másica de glicol alimentado al contactor. Se observa que el contenido de agua disminuye, alcanzando la especificación del contenido de agua cuando la fracción másica de TEG supera el valor de 98% wt. Es importante analizar como varía la concentración de agua en la solución de glicol regenerada que se recicla, en función de la temperatura del recalentador desde 93ºC a 204 ºC (Figura 7). Se observa que el contenido de agua disminuye mientras aumenta la temperatura del recalentador. Este análisis solo fue posible realizarlo en Aspen HYSYS debido a que la simulación en Aspen PLUS no presenta la flexibilidad suficiente para ello. Los resultados obtenidos por ambos simuladores son muy similares y próximos a los esperados conceptualmente. Esto implica una buena performance del esquema de procesamiento simulado. El tiempo empleado para realizar la simulación y posteriores modificaciones es sustancialmente menor que realizar los cálculos tradicionales, aun empleando herramientas informáticas como el MS Excel. Esto presenta una gran ventaja ya que en una planta de procesos los cambios a realizar deben ser validados antes de realizarlos y en el menor tiempo posible.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

1200

Water Dew Point (ºC)

1000

mg H2O / Std m3 Gas

Aspen HYSYS Aspen PLUS

800 600 400 200

20 10 0 70% -10

75%

80%

-20 0 70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

-30

100%

Figura 5. Variación del punto de rocío de agua en el gas de venta en función de la concentración de TEG. 13%

Apen HYSYS Aspen PLUS

11%

45,0 9%

44,5

H2O Wt%

Temperatura de Salida (ºC)

95%

TEG %wt

Figura 4. Variación del contenido de agua en el gas de venta en función de la concentración de TEG.

45,5

90%

Aspen HYSYS Aspen PLUS

TEG %wt

46,0

85%

44,0 43,5

7% 5%

43,0 3%

42,5 42,0 70%

1% 75%

80%

85%

90%

95%

100%

TEG %wt

Figura 6. Variación de la temperatura de salida del gas de venta en función de la concentración de TEG.

110

130

150

170

190

210

Temperatura Recalentador (ºC)

Figura 7. Variación del contenido de agua en el TEG regenerado en función de la temperatura del recalentador.

5. Conclusiones Se realizaron satisfactoriamente las simulaciones completas de una planta de deshidratación por absorción con TEG para un gas característico de la región norte de Argentina, empleando condiciones operativas características de este tipo de plantas. La simulación realizada permite visualizar el proceso y analizar su comportamiento en función de las variables operativas críticas. Aspen HYSYS y Aspen PLUS tienen la capacidad de simular rigurosamente sistemas de TEG, para ello se utiliza una combinación de los paquetes termodinámicos más adecuados y recomendados por cada simulador. Los manipuladores de corrientes en Aspen PLUS y las operaciones lógicas en Aspen HYSYS modifican o cambia variables operativas de las corrientes siguiendo algún criterio a fin de ayudar al usuario a cumplir con ciertas especificaciones deseadas. Ellos no representan operaciones unitarias reales. En trabajos posteriores podría mejorarse la simulación de los equipos destinados a la regeneración del glicol, por ejemplo el Stripper en la etapa de regeneración del TEG para ambas simulaciones. Las simulaciones estacionarias realizadas pueden emplearse para la posterior simulación dinámica y optimizar el proceso mediante la reducción de los costos de capital y equipo, como así también para aumentar al máximo la producción.

Benitez, Gutierrez, Ruiz, Erdmann, Tarifa: Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación…

Referencias [1] M. Economides y D. Wood, «The state of natural gas », Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol 1, pp. 1-13, July 2009. [2] A. Ríos, Rol del gas natural en el desarrollo económico y social de américa latina y elcaribe. Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) y Agencia Canadiense para la Cooperación Internacional (CIDA), 2012. [3] S. Mokhatab, W. Poe y J. Mak, Handbook of Natural Gas Transmission and Processing: Principles and Practices, Third Edition. Oxford, UK: Elsevier Inc, 2015. [4] M. Kelkar, Natural Gas Production Engineering. PennWell Corporation. Tulsa, Oklahoma, 2008. [5] C. Koh, R. Westacott, W. Zhang, K. Hirachand, J. Creek y A. Soper, «Mechanisms of gas hydrate formation and inhibition », Fluid Phase Equilibria, vol. 194–197, pp. 143–151, March 2002. [6] C. Twu, V. Tassone, W. Sim y S. Watanasiri, «Advanced equation of state method for modeling TEG– water for glycol gas dehydration », Fluid Phase Equilibria, vol. 228-229, pp. 213-221, February 2005. [7] K. Atiqueuzzaman y M. ASM, « Optimizing Effective Absorption during Wet Natural Gas Dehydration by Triethylene Glycol », IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSRJAC), vol. 2, No. 2, pp. 01-06, September. 2012. [8] A. Bahadori, Y. Hajizadeh, H.B. Vuthaluru, M.O. Tade y S. Mokhatabd, « Novel approaches for the prediction of density of glycol solutions», Journal of Natural Gas Chemistry, vol. 17, No. 3, pp. 298-302, September 2008. [9] Gas Processors & Suppliers Association (GPSA), Gas Processors and Suppliers Association Engineering Data Book, Twelfth ed. Tulsa, Oklahoma, USA, 2004. [10] M. Martínez, Ingeniería de Gas, Principios y Aplicaciones. Deshidratación del Gas Natural, Ed. Ingenieros Consultores S.R.L., Venezuela, 2000. [11] Víctor Hugo Martínez Sifuentes, Simulación de procesos en Ingeniería Química, Plaza y Valdés Editores, S.A. de C.V., D.F., México, 2000. [12] Susana Luque Rodríguez y Aurelio B. Vega Granda, Simulación y optimización avanzadas en la industria química y de procesos: HYSYS, España, Universidad de Oviedo, Oviedo, 2005. [13] ASPENTECH, Aspen HYSYS Teaching Modules, Aspen Technology Inc. Burlington, MA 018035501, USA, 2014. [14] ASPENTECH, Aspen PLUS Teaching Modules, Aspen Technology Inc. Burlington, MA 01803-5501, USA, 2014. [15] ASPENTECH, Aspen HYSYS Thermodynamics COM Interface - Reference Guide, Aspen Technology Inc. Burlington, MA 01803-5501, USA, 2014. [16] E. Erdmann, L. Ale Ruiz, L. Benitez y E. Tarifa, «Análisis de Sensibilidad por Simulación del Proceso de Deshidratación de una Planta de Acondicionamiento de Gas Natural», Av. Cien. Ing., vol. 3, No.3, p. 119-130, 2012. [17] A. Ruiz, L. Mercado, L. Tarifa y E. Erdmann, «Natural Gas Dew Point Adjustment. Parametric Sensitivity Analysis», Eighth World Congress of Chemical Engineering. Montreal, Quebec, Canada, 2009. [18] ASPENTECH, Aspen PLUS Getting Started Building and Running a Process Model, Aspen Technology Inc. Burlington, MA 01803-5501, USA, 2014. [19] P. Gandhidasan, «Parametric Analysis of Natural Gas Dehydration by a Triethylene Glycol Solution», Energy Sources, vol. 25, pp. 189-201, 2003. [20] P. Kazemi y R. HamidI, «Sensitivity analysis of a natural gas triethylene glycol dehydration plant in Persian Gulf Region», Petroleum & Coal, vol. 53, No. 1, pp. 71-77, 2011.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación Macarena Vega1, Liliana Ale Ruiz1, Julieta Martinez1, Eleonora Erdmann2 1

Instituto de Investigaciones para la Industria Química - INIQUI-CONICET, Consejo de Investigaciones- CIUNSa, Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Salta, maju.iq@gmail.com, laleruiz@unsa.edu.ar, julemartinez@unsa.edu.ar 2 Instituto de Investigaciones para la Industria Química – INIQUI (UNSa-CONICET) Instituto Tecnológico de Buenos Aires- ITBA, eleonora@itba.edu.ar Recibido: 05-08-2015. Aceptado después de revisión: 29-08-2015.

Resumen. Los hidrocarburos pesados son el mayor recurso del petróleo en el mundo, sin embargo en el pasado se habían dejado de lado como recurso energético debido a las dificultades y costos asociados de su producción [1]. La industria financia estas investigaciones por la importancia del tema en producción y caracterización. Al trabajar con una torre de vacio los datos necesarios para los cálculos son las temperaturas ASTM (10mmHg) y la densidad del crudo con la cual se obtiene la curva TBP760 (True Boiling Point), también se necesita las especificaciones de los productos y los rendimientos respecto de la alimentación. Para poder correlacionar los distintos puntos de ebullición con los porcentajes de vaporizado para cada cambio de presión de los distintos productos, se construye un diagrama de fases con las temperaturas EFV760 (Equilibrium Flash Vaporization) y EFV10. El simulador a través de cálculos internos resuelve automáticamente el diagrama de fases, en comparación con la dificultad que representan los cálculos manuales del mismo, tal como son explicitados precedentemente. En este trabajo se desarrolla la simulación de una torre de vacío mediante el simulador Aspen HYSYS V8.3, empleando como alimentación un crudo pesado. Lo antes expuesto constituye una importante ventaja el uso del simulador frente al cálculo convencional, considerando los tiempos de resolución de los diseños de procesos. Palabras claves: Aspen Hysys V8.3, destilación al vacío, petróleo pesado, simulación. Abstract. Heavy hydrocarbons are the greatest oil resource in the world, however in the past had been put aside as an energy resource due to the difficulties and costs associated with production, [1]. Nowdays, the industry is financing this research because of the importance of production and the characterization. To analyse the vacuum tower, we need ASTMD1160 temperature at 10 mmHg and oil density, thereafter it can be obtained the curve of TBP760 (True Boiling Point). To correlate different boiling points with vaporized percentages for each change of pressure on the products, is necesary to build up a phase diagram with the EFV760 (Equilibrium Flash Vaporization) and EFV10 temperature. The simulator through internal calculations resolves the phase diagram, compared with the difficulty posed by manual calculations. In this paper a vacuum tower simulator is developed by Aspen HYSYS V8.3, and using the heavy oil as input data. The major advantage of the theoretical designed simulation process is the time resolution Keywords: Aspen Hysys V8.3, vacuum distillation, heavy oil, simulation.

1. Introducción En los últimos años el consumo desmedido y los altos precios de la energía, están provocando que las compañías petroleras inviertan en yacimientos de petróleo pesado y realicen un mejor aprovechamiento de los residuos de la destilación atmosférica (Topping) en las refinerías. Los petróleos pesados presentan desafíos y obstáculos para la recuperación, que están siendo superados con las nuevas tecnologías y las modificaciones a los métodos desarrollados para los petróleos convencionales [2]. Un grupo de estudio formado durante el 11th World Petroleum Congress en 1983, definieron al petróleo pesado como un aceite que tiene una viscosidad de petróleo muerto 30

Vega, Ruiz, Martinez, Erdmann: Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación.

(dead oil viscosity), a la temperatura original del yacimiento, mayor a 100 centipoise (cP), o (a falta de datos de viscosidad) una gravedad API entre los 10 – 22,3°. Las características del producto de fondo de una torre de topping son similares a las caracteríaticas de un curdo pesado, y como tales no se lo pueden destilar a presión atmosférica por problemas de craqueo. Tanto el petróleo pesado como el producto de fondo de una torre de Topping deben ser sometidos a una destilación al vacío para poder fraccionarlo y comercializar sus productos en el mercado. En las grandes destiladoras, es común encontrar dos tipos de torres de vacio, la torre de vacío combustible y la torre de vacío lubricante. Los principios de operación de ambas es similar, pero su gran diferencia se encuentra en los detalles de construcción y funciones que estarán relacionadas al uso que se va a dar a los productos que se obtienen por destilación. La torre de vacío lubricante es para obtener lubricantes de diferentes características a su vez, en este caso se debe disponer de una cantidad de platos superior a la torre de vacío combustibles, pues las especificaciones son más severas para los lubricantes. Para la torre de vacío combustible la cantidad de platos no es tan grande, dado que las especificaciones de los productos no son tan severas debido a que son usados como carga para otras plantas, por ejemplo el gasoil liviano de vacíoGOLV- que va a hidrotratamiento, o mezclado con el gasoil pesado de vacío –GOPV que va a craqueo catalítico [3]. El diseño de una columna de vacío comprende el diseño del proceso y en base a el, el diseño del equipo. El diseño del proceso comprende el cálculo de las condiciones de operación: presión en cabeza, fondo y zona flash; temperaturas en cabeza, zona flash, fondo y extracciones laterales; calor a extraer con los reflujos circulantes; caudales másicos y volumétricos de líquido y vapor internos; caudales másicos y volumétricos de los productos que ingresan y egresan a/y de la torre; caudal de vapor de agua. El diseño del equipo involucra la determinación de: diámetro de la columna en las distintas secciones; altura de relleno en las zonas de lavado y reflujo circulante; diseño de internos en zonas de fondo; diseño de intercambiadores de calor, bombas, líneas, eyectores, instrumentación, etc. El objetivo de este trabajo es, mediante una torre de vacío combustible comparar un método de cálculo manual, con las complicaciones y el tiempo que implica, para un crudo específico con la versatilidad que presenta el simulador de procesos químicos Aspen HYSYS V 8.3. 2. Metodología de Cálculo Si bien estos procedimientos fueron desarrollados para el residuo de una destilación atmosférica de petróleo (Topping), son aplicables a crudos pesados, debido a la gran similitud que ambos presentan. 2.1 Cálculos Manuales El procedimiento que se siguió para realizar los cálculos manuales fue el propuesto por Ojeda y Watkins [3], [4]. Para especificar la operación necesitamos los siguientes datos: Temperatura máxima de la zona flash = 700 ºF (380 ºC) Presión= 35 mm Hg

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Temperaturas máximas de los productos: Gasoil liviano de vacio (GOLV), TBP100% = 870 ºF; Gasoil pesado de vacio (GOPV), TBP 100% = 1010 ºF. Caudal de carga= 10500 m3/d Curva de destilación ASTM 1160 a una presión de 10 mmHg El grado de separación de los productos que es el solapamiento de las curvas de destilación de los productos (OVERLAP), indicador de la imperfección del fraccionamiento, Tabla 1. Tabla 1. Solapamientos u overlap de los productos. 100% / 0% 150°F 160°F

GOLV / GOPV GOPV / OF

Solapamiento TBP

2.1.1 Obtención de la curva TBP760 del crudo reducido Para realizar los cálculos del proceso de destilación al vacio es necesario obtener la curva de destilación TBP a presión atmosférica (TBP760), para lo cual se parte de la curva de destilación ASTM 1160 a una presión de 10 mmHg. En la Tabla 2 se detallan los valores obtenidos por el método de Maxwell [5] para el cálculo de la curva de destilación TBP 760. Tabla 2. Curvas de destilación. %ρ 0 10 20 30 40 50 60 70

ASTM1160(10mmHg) 323 443 483 518 545 580 642 770

TBP10 295 428

TBP760 550 710

510

810

580

895

770

1130

A partir de la curva de destilación TBP 760 se encuentran las temperaturas de corte y por lo tanto los rendimientos de los productos, teniendo en cuenta el overlap. Los rendimientos de los productos se observan en la Tabla 3. Tabla 3. Puntos de corte y solapamientos. Productos Rend. s/crudo Rend. Acum.

GOLV 27 27

GOPV 28,5 55,5

OF 5 60,5

Fondo 60,5 100

Para realizar el diseño de la torre es necesario contar con datos que relacionen el equilibrio líquido – vapor, este requerimiento lo proporciona la curva de destilación EFV (Equilibrium Flash Vaporitation) a la presión de operación. Para esto es necesario transformar la curva TBP a presión atmosférica a curva EFV a presión atmosférica y finamente a la curva EFV a la presión de 10 mmHg abs, estas transformaciones se realizan utilizando el método de Maxwell, los resultados se indican en la Tabla 4. Tabla 4. Cálculo de EFV760 y EFV10. %D 0

TBP760 550

DRL 640

∆t -90

R 0,2

∆t -18

FRL 749

EFV760 731

EFV10 445

Vega, Ruiz, Martinez, Erdmann: Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación.

710 810 895 1130

10 30 50 70

710 850 990 1130

-40 -95

0,34 0,34

-14 -32

789 870 951 1032

789 856 919 1032

493 545 600 690

2.1.2 Construcción del Diagrama de Fases Una sustancia a medida que cambia la presión cambia su punto de ebullición. Podemos caracterizar a las mezclas a través del punto de ebullición medio, pero para que una mezcla quede definida totalmente hay que especificar su composición. Con las curvas EFV760 y EFV10 construimos el diagrama de fase para el crudo reducido, la construcción del mismo se efectúa por medio de cada temperatura y presión de trabajo de las curvas EFV correspondientes con su porcentaje de destilado constante, para lo cual se hace necesario representar el log p vs. 1/T, pero como la escala de temperatura no es lineal se deben calcular las mismas en función de la longitud definida por la Ec. (1) donde T1 es la temperatura inicial de la EFV10 y T2 es la temperatura final de la EFV760. 8 %99 :-;<=>& = ?:><. @:@A?

B B 0 & CB C B B % 0 & CB CD

Ecuación (1)

Desarrollando la Ec. (1) para invertir la recta no lineal de 1/T, sacamos logaritmos de las presiones entre temperatura y temperatura, y se obtiene la Ec. (2), que nos facilita el cálculo de cada recta, donde p1 y p2 son las presiones 760 y 10 mmHg y p es el intervalo de presión que es fijado según la cantidad de puntos que uno necesite para poder calcular las temperaturas para cada porcentaje de destilado. Esta ecuación es utilizada para obtener cada punto de cada recta del diagrama de fases, para realizar estas gráficas se utiliza el software utilitario Excel. EHIJ

F 0FG

M ∗ logGP − EHIJ

BK L 0HIJBK LG

F 0FG

M ∗ logGP 1 1 Q1 Ecuación (2)

BK L 0HIJBK LG

En la Tabla 5 podemos observar el cálculo realizado para obtener el diagrama de fases de la Figura 1. De esta manera se construye el diagrama de fases para cada sección de la torre obteniendo las temperaturas y presiones internas de la misma. Al trabajar con distintos productos a distintas presiones, se necesita saber a qué temperatura se puede obtener el mismo porcentaje de destilado de algunos de los productos a esas distintas presiones. Por ejemplo: si queremos saber cuál es la temperatura que necesito para vaporizar GOLV a 760 mmHg nos fijamos en la curva entrando con el porcentaje y sacando la temperatura; pero si queremos saber esa temperatura pero a otras presiones, necesitamos conocer una relación entre la presión de trabajo y la temperatura de vaporización a distintos porcentajes de vaporizado, eso se obtiene del diagrama de fases.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Tabla 5. Cálculo del diagrama de fases. p 10 60 110 160 210 260 310 360 410 460 510 560 610 660 710 760

T0% 445 563 603 628 646 660 672 682 690 698 705 711 716 722 727 731

T10% 493 615 657 683 701 716 728 738 747 755 762 768 774 779 784 789

445

545

645

T0%

T10%

T30% 545 674 717 744 764 779 792 802 812 820 827 834 840 846 851 856

T50% 600 732 777 804 824 840 853 864 874 882 890 897 903 909 914 919

T70% 690 831 879 909 930 947 961 973 983 992 1000 1008 1015 1021 1027 1032

p mmHg

100

10 745

845

T30%

T50%

945

T °F

T70%

Figura 1. Diagrama de fases.

2.2 Cálculos con el simulador de procesos Los programas de simulación de procesos contienen modelos para la mayoría de las unidades de operación, así como los modelos de propiedades termodinámicas y físicas. Todos los programas comerciales ofrecen cierto nivel de capacidad de modelado personalizado que permite que el diseñador agregue modelos para las operaciones no estándar. Muchas compañías desarrollaron programas de simulación de procesos desde la década del 60´ y podríamos decir que hoy en día cada industria hace uso de ellos [6] . En primera medida se crea un nuevo caso de estudio, para un residuo atmosférico venezolano [3], al no disponerse de datos detallados de alimentación ingresamos los hidrocarburos desde C1 hasta C5 y agua, ver Tabla 6. La carga de los pseudocomponentes debe hacerse en rangos de temperaturas como se muestra en la Tabla 7 [7], y en la Tabla 8 se muestra la carga de las propiedades bulk.

Vega, Ruiz, Martinez, Erdmann: Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación.

Tabla 6. Lista de componentes puros, hipotéticos. Component Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane Water

Type Pure Component Pure Component Pure Component Pure Component Pure Component Pure Component Pure Component Pure Component

Tabla 7. Rangos de temperatura para los pseudocomponentes.

Amplitud de cada Cantidad de pseudocomp. pseudocomponente cada 100ºF IBP a 800ºF (425ºC) 25ºF 4 800ºF a 1200ºF (650ºC) 50ºF 2 1200ºF a 1650ºF (900ºC) 100ºF 1 Rango de temperaturas

Tabla 8. Propiedades Bulk. Molecular Weight Standard Density Watson UOPK

460 0.94 11.67

Una vez que se han ingresando los datos la curva ASTM1160, se escoge el paquete de propiedades de Peng Robinson, ya que es el más adecuado para la industria del gas y petróleo. El procedimiento de carga para la torre por medio del simulador es similar al de Topping [8], ingresando la cantidad de 8 platos con sus correspondientes tipos de platos dado por [4], Tabla 9. Tabla 9. Tipos de platos. Tipo de plato Anillos Chimenea Anillos Chimenea Grilla Chimenea

Corte GOLV GOPV OF

Una vez cargados estos datos la torre queda definida obteniéndose el siguiente diagrama de flujo, Figura 2.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Figura 2. Esquema de la torre de vacío.

Al utilizar un software tan potente como lo es Aspen HYSYS V8.3, sucede lo contrario cuando trabajamos de manera manual, ya que por medio de métodos matemáticos internos del software se obtienen directamente los resultados de las corrientes, sin necesidad de ingresar los datos obtenidos por un diagrama de fases. 3. Resultados En la Tabla 10 podemos observar los valores de la temperatura de salida obtenidos para cada corte lateral de la torre, donde Tm es el valor de la temperatura obtenida por los cálculos manuales y Th el valor de la temperatura obtenida por medio del simulador. Tabla 10. Valores de temperatura. Corte LVGO HVGO VacRes

Tm(ºF) 344 355 440

Th(ºF) 351 360 444.2

4. Conclusiones En la actualidad la industria del petróleo utiliza los simuladores de procesos debido a la gran versatilidad que ellos poseen. Comparando el uso de los métodos tradicionales de cálculo con aquellos en donde se usa simulación podemos observar que, si bien los tradicionales permiten tener idea de todo el desarrollo que hay implícito en cada metodología, en la actualidad casi quedaron en desuso, ya que llevan largas horas de trabajo y se comenten errores considerables. En este trabajo se desarrolló el diseño de una torre de destilación al vacío, construyendo los diagramas de fases para cada sección de la torre obteniendo así las temperaturas (y/o presiones) de extracción de las mismas, donde podemos observar la gran similitud entre ambas temperaturas, con un error menor del 2%. Esta construcción sirve para visualizar lo que sucede internamente en la torre y es fundamental a los fines didácticos, a su vez se resuelve el problema desarrollando una simulación y planteando las bondades de la misma respecto al método tradicional. La simulación hace posible estudiar y experimentar en diferentes escenarios, permitiéndonos tener una mejor comprensión del proceso no solo cuando cambian las especificaciones de

Vega, Ruiz, Martinez, Erdmann: Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación.

los productos sino también cuando cambia la composición de los crudos de petróleo que alimentan al equipo de vacío. Referencias [1] C. Curtis, Yacimientos de petroleo pesado. Oilfield Review, II, 23, 2003. [2] P. Pitts, La atracción del petróleo no convencional de América Latina. Oil and Gas, 2012. [3] A. Ojeda, Destilación Aplicada a Sistemas de Hidrocarburos, YPF-PGM, Tomos I y II, 1978. [4] R. Watkins, Petroleum Refinery Distillation, Second Ed., Gulf Publishing, 1981. [5] J. Maxwell, Data Book on Hydrocarbons, London, D. van Nostrand Company, 1950. [6] S. Godoy, P. Rodríguez, N. Scenna, Introducción al diseño de columnas de destilación mediante el uso del simulador, Universidad Tecnológica Nacional: Facultad Regional Rosario, 2008. [7] A. Chang, K. Liu, Refinery Engineering - Integrated Process Modeling and Optimization, 2012. [8] J. Martínez , A. Ruiz , M. Vega , M. Carrera, E. Erdmann , E. Tarifa , <<Topping Process Using Different Methodologies>>, IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN), vol. 4, pp. 30, 2014. [9] L. Cohen, Diseño y Simulación de Procesos Químicos, Segunda Ed., Algeciras-España, Editor León Cohen Mesonero, 2003. [10] J. Wauquier, El Refino del Petroleo, vol. 1, Ediciones Díaz de Santos, Francia 2004. [11] E. Tarifa, E. Erdmann, D. Humana, J. Martínez, <<A New Method for Estimating the EFV Distillation Curve>>, Petroleum Science & Technology, Ed.Taylor& Francis, ISSN 1091-6466, vol. 27, No. 3, pp. 331344, 2009. [12] ASPEN HYSYS, Aspen Technology, Tutorial and Application-Version Number 8.3. Inc. Cambridge, MA 02141-2201- USA.2014.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Validación de la simulación numérica del flujo bifásico hidrodinámico en sistemas de lecho fluido Irla Mantilla N1, Salome Gonzáles Ch2 1

Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, irlamn@uni.edu.pe Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Ingeniería, salome@uni.edu.pe Recibido: 28-12-2014. Aceptado después de revisión: 23-08-2015.

Resumen. Este trabajo tiene como objetivo la mejora en la validación de la simulación numérica del flujo bifásico característico del transporte de lecho fluido, mediante la formulación y desarrollo de un modelo numérico combinado Volúmenes Finitos - Elementos Finitos. Para ello se simula numéricamente el flujo de mezcla sólido-gas en una Cámara de Lecho Fluido, bajo implementación en código COMSOL, cuyos resultados son mejores comparativamente a un modelo basado en el método de Elementos Discretos implementado en código abierto MFIX. El problema fundamental de la modelización matemática del fenómeno de lecho fluido es la irregularidad del dominio, el acoplamiento de las variables en espacio y tiempo y, la no linealidad. En esta investigación se reformula apropiadamente las ecuaciones conservativas del fenómeno, tales que permitan obtener un problema variacional equivalente y solucionable numéricamente. Entonces; se define una ecuación de estado en función de la presión hidrodinámica y la fracción volumétrica de sólidos, quedando desacoplado el sistema en tres sub-problemas, garantizando así la existencia de solución del problema general. Una vez aproximados numéricamente ambos modelos, se comparan los resultados de donde se observa que el modelo materia del presente artículo, verifica de forma más eficaz las condiciones de mezcla óptima, reflejada en la calidad del burbujeo y velocidad de mezcla. Palabras claves: Cámara de lecho fluido, leyes de conservación, método de elementos finitos, método de volúmenes finitos. Abstract. This rresearch work aims to improve the validation process of two-phase flow numerical simulations, of the fluid bed characteristic transport, through the formulation and development of a combined numerical model Finite Volumes and Finite Element methods. The simulation process, inicially, was performed by COMSOL software and the obtained results showed higher accuracy compare with Discrete Element Method implemented by MFIX. The fundamental problem of bed fluid mathematical modeling phenomenon is the domain irregularity, the coupling variables in space and nonlinearity. In this research conservative equations are formulated, such as, to produce a variational equivalent and numerically solvable problem. A state equation based on the hydrodynamic pressure and the volume fraction of solids is defined. The system was decoupled into three sub-problems, ensuring the solution existence of general problem. A comparison of obtained results showed that the model developed in this article, check more effectively optimal mixing conditions, based on the quality of bubbling and mixing speed. Keywords: Fluid bed chamber, conservation laws, finite element method, finite volume method.

1. Introducción 1.1 Fundamentación y justificación En una Cámara de Combustión de Lecho Fluido utilizada en generación de potencia eléctrica con combustibles sólidos (ver Figura 1), así como en otros procesos de transporte fluidodinámico bifásico sólido-gas, es importante analizar la distribución puntual de la mezcla en todo el dominio; ello con la finalidad de optimizar el rendimiento, la confiabilidad y la economía de funcionamiento. Este fenómeno tiene como problema crítico la complejidad del flujo mixto sólido - gas y el tamaño de partícula. En las cámaras de combustión de Lecho Fluido el combustible sólido pulverizado se mantiene en 38

Mantilla, Gonzáles: Validación de la Simulación Numérica del Flujo Bifásico Hidrodinámico en…

suspensión por efecto del aire que se inyecta a velocidad controlada; sin embargo su distribución instantánea es inestable y no uniforme, lo cual complica el proceso físico. En la práctica industrial este problema también se presenta en los procesos de secado y transporte hidroneumático de sólidos (ver Figura 2).

Figura 1. Planta piloto de 10 kW con sistema de lecho fluido burbujeante para combustión de residuos sólidos de carbón mineral.

Figura 2. Secador de Lecho Fluidizado.

Este tipo de fenómenos de transporte puede ser analizado por las leyes conservativas de la dinámica de un fluido, pero su complejidad física conduce a un problema abierto en cuanto a su modelización y solución numérica en dos y tres dimensiones, ello debido a la no existencia de una teoría completa capaz de describir con exactitud la dinámica de un flujo con mezcla bifásica. Un indicador de la eficiencia de la combustión en lecho fluido es el tamaño de la burbuja en la columna de fluidización sólido-gas, la misma que depende de la homogeneidad y velocidad de la mezcla. Es ésta la razón que impulsa a incidir en la modelización del fenómeno, desde un interés numérico para la simulación en un prototipo virtual de sistema de lecho fluido. 1.2 Simbología

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

n = ρgφ: masa específica de la fase gas m = ρp(1-φ): masa especifica de fase partículas φ∈[φ*,1]: porosidad (fracción volumétrica ocupada por gas), φ*∈(0,1) ρ = 1-φ: Concentración de partículas (fracción volumétrica ocupada por partículas sólidas. u y v velocidades de la fase gas y de partículas ph y pc: Presión hidrodinámica para la fase gaseosa y presión colisional para la fase partículas. q=q(ρ): función de rozamiento entre fases νg y νp: viscosidades cinemáticas de la fase gas y de la fase partículas, consideradas constantes en este modelo ρg y ρp : densidades de la fase gas y de la fase partículas

DpSv/s = 1/ ∑ mi/di .: Diámetro promedio de las partículas, siendo mi la

i =1

fracción de peso del corte y di el diámetro promedio del corte en meshmicrones. 1.3 Revisión de la literatura Asumiendo el flujo de mezcla que reúne las siguientes características: •

• •

Macroscópico: Se asume que el tamaño de partícula según [1], [2], es muy inferior al dominio espacial lo que permite formular un modelo homogeneizado basado en las ecuaciones que expresan las leyes de conservación de los medios continuos. Hidrodinámico: Existe solamente interacción mecánica entre las dos fases, según [1], [2], por tanto no se considera reacciones químicas ni gasificación de la fase sólida. Isotermo: De las ecuaciones de estado elegidas en [1] - [3], la temperatura permanece constante.

1.4 Formulación de objetivos y establecimiento de hipótesis • Para la fase gas

∂t n+div(nu) = 0 ; ∂t(nu)+div(nu⊗u+pgI)= div(2νgnD(u))+ng-qm(u-v) •

Ecuación (1)

Para la fase partículas

∂t m+div(mu) = 0 ; ∂t(mv)+div(mv⊗v+ppI)= div(2νpmD(v))+mg+qm(u-v)

Ecuación (2)

A partir de las ecuaciones que expresan las leyes de conservación (cantidad de masa y cantidad de movimiento), ecuaciones de variables acopladas según [4], [5] para las fases sólida y gaseosa, es posible expresar la fluidización bifásica mediante un sistema de Ecuaciones en Derivadas Parciales –EDP- del tipo Navier-Stokes de apariencia compresible. A éste último sistema, mediante un tratamiento y propuesta de una ecuación de estado para la presión basado en [6], es posible desacoplar las variables y expresar como un sistema Navier-Stokes de flujo incompresible y así de este modo encontrar una solución. 40

Mantilla, Gonzáles: Validación de la Simulación Numérica del Flujo Bifásico Hidrodinámico en…

2. Materiales, fuentes y métodos Asumiendo un comportamiento Newtoniano del flujo de mezcla bifásica (válido para bajas concentraciones volumétricas de partículas sólidas con diámetro de partícula del orden de 10-4), cuyas fuerzas de arrastre analizadas en [1], [4], [7], dependen de la forma del operador diferencial vectorial que se puede expresar: D(w) = ½[grad(w)+(grad(w))T

Ecuación (3)

Entonces, considerando las siguientes relaciones:

ε = ρg/ρp, ρ =ρpα , n = n(ε), m = m(ε), u = u(ε), v = v(ε)

Ecuación (4)

Donde 0<ε<<1, R ≥ 0 es el coeficiente de la presión colisional. El comportamiento de este parámetro es muy importante puesto que cuando R > 0, indica que la viscosidad cinemática del flujo de mezcla crece por efecto de la concentración de los sólidos, y cuando R = 0 indica que la viscosidad cinemática es constante. Cuando ε→0, el flujo de mezcla en el sistema de lecho fluido resulta de una apariencia compresible y este comportamiento queda expresado por las ecuaciones:

∂tρ+div(ρv) = 0

Ecuación (5)

∂t(ρv)+div(ρv⊗v) + ∇P = div(ρD(v))+ ρg

Ecuación (6)

∇ph = -ρq(ρ)(u-v)

Ecuación (7)

div((1-ρ)u+ρv) = 0

Ecuación (8)

Donde P es la presión total que representa la suma de la Presión Colisional pc y la Presión Hidrodinámica, ph; es decir: P = pc+ph Ecuaciones de cierre del sistema. Lo conforman: •

Ecuación de estado pc(ρ) = ργoexp[kρ/(ρ*-ρ), γo≥1 , 0≤ ρ≤ρ*<1

•

Ecuación (9)

Ecuación de la fuerza de arrastre entre fases q(ρ) = Cq/(1-ρ)m, m>0,

Ecuación (10)

2.1 Recopilación de datos Se considera que:

ρ ∈ C1(Ωt )∩C0( Ω t), v ∈C2,1(Ωt )∩[C1,0( Ω t)] n, u ∈ [C1,0(Ωt )]n∩[C1,0( Ω t)]n, ph ∈C1,0(Ωt )∩C0( Ω t),

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Donde Ωt es el dominio evolutivo, el cual es un conjunto de elementos independientes (x, t) que definen una región espacial que varía en un intervalo de tiempo [0,T), T>0, tales que las variables en estudio son ρ, v, u, ph satisfacen el sistema de ecuaciones (5) - (10) y verifican las siguientes condiciones de contorno y de valor inicial: •

Condiciones de contorno: [(1-ρ)u+ρv)]. n = M; M∈ C0( Γ0 x [0,∞>) [ρv]. n = m0; m0∈ C0( Γ0 x [0,∞>) [ρv⊗v + PI - ρD(v)]. n = 0

•

Condiciones iniciales:

ρ(x,0) = ρ0(x) ∈ C0(R3+ ) v(x,0) = v0(x) ∈[C0(R3+ )]2

En el sentido clásico se trata de un problema de Cauchy cuyas condiciones de contorno, están definidas en el conjunto: Ck,k2( Ωt ) = {f ∈ C(Ωt): ∂t k ∂1β1∂2β2 ∂3β3 (f) ∈C(Ωt), k=1, β1+β2+β3≤ k2}, donde k, k1, k2, β1, β2, β3 son parámetros enteros. Cuando las partículas sólidas se encuentran en reposo, velocidad v = 0, se obtiene una solución tipo nube estacionaria, entonces el problema queda expresado por:

∇pc = ρg ∇ph = -ρq(ρ)u div((1-ρ)u) = 0 M = ((1-ρ)u). n Sea Ωt0 = {x∈R3+: ρ(x)>0} la ecuación de estado pc depende solamente de ρ, teniendo en cuenta que ∇pc es paralelo al vector ge3, entonces el problema de interés resulta unidimensional; es decir las funciones en estudio solamente varían respecto a la altura puesto que ρ, P y u dependen solo de x3. Denotando x3 = x e introduciendo el vector de estado:

 u1 ( x, t )   ;  u 2 ( x, t ) 

U(x,t) = 

Haciendo u1 = ρ, u2 = ρv y v la velocidad de la fase partículas, el sistema de ecuaciones puede ser desacoplado y expresado en dos subproblemas: P1)

Hallar U: Ut = F(U)x+G(U)x = S(U)

Ecuación (11) 42

Mantilla, Gonzáles: Validación de la Simulación Numérica del Flujo Bifásico Hidrodinámico en…

 u2   2  F(U) =  u 2 , + p ( u1 )    u1 

Ecuación (12)

0    G(U) =  u2  ,  µ( u ) x   1  0    u1q(u1 ) u2  S(U) =   − u1 g + 1 − u (M 0 (t ) − u )   1 1  P2)

Ecuación (13)

Ecuación (14)

Hallar u: u=

1 u (M 0 (t ) − 2 ) 1 − u1 u1

Ecuación (15)

Dónde: µ: es la viscosidad dinámica (considerada constante)

M 0 (t) : representa la inyección de aire en t=t0 por la frontera inferior Γ0, siendo dato conocido del problema en particular, ver [1]. U: es la solución del problema (P1) u : es la velocidad de la fase gas. En particular las condiciones de contorno e iniciales para el problema de prueba se eligen de la forma siguiente:

0 .4, u 1 ( x ,0 ) =  0 ,

x ≤ L/4 x > L/4

u2 (x,0) = 0 M t (0, t ) = 1 u 2 ( L, t ) = 0 2.2 Tratamiento de las variables Consideraremos una formulación débil del problema tal que permita obtener soluciones con menor regularidad de la exigida. T

∫ ∫ 0

L 0 L 0

φ tU + ( F (U ) + G (U ))φ x d xd t = S (U )φ d xd t −

∫

L 0

Ecuación (16)

φ ( x , 0) U ( x , 0) d x

Para el análisis de validación utilizando la combinación Elementos Finitos - Volúmenes Finitos, tomamos

φ ∈C01 (< 0, L > x < 0,T >) , tal que:

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

 1 φ ( x, t ) =   0

  ( x , t ) ∈  x 1 , x 1  x  t j , t j +1   i− 2 i+ 2  , en otro caso , si

Ecuación (17)

Siendo xi-1/2 , xi+1/2 ∈ <0,L> los nodos extremos espaciales y tj , tj+1 ∈ <0,T> para T<∞, y m∈[1.4, 3.6], los nodos extremos temporales. La integración respecto a la variable temporal se realiza mediante el método de Euler explícito, mientras que la integración espacial se realiza mediante el método del punto medio. Entonces el problema (P1) queda expresado como: x

2 1 m+1 m m m m (U − U )dx + (F 1 − F 1 ) + Gi = ∫ S(U m )dx ∫ i+ i− ∆t x 1 x 1 2 2 i−

i−

Ecuación (18)

m≥0, ∆t>0, tm = m∆t, Um=U(tm) y Fm(tm)

∆t≤ H/max{v+c, v-c }. La aproximación espacial del flujo conectivo representado por la función F, se realiza mediante el método de volúmenes finitos; el término fuente representado por la función S y el término difusivo representado por la función G se discretizan con el método de elementos finitos, ello sobre un dominio computacional definido por el intervalo [0, L], donde L es un parámetro constante y representa la altura del lecho. La solución aproximada representada por el vector de estados, para M elementos, denotaremos por Um, considerada una función continua por trozos y expresada en su forma discreta por:  ∆x ∆x  U m ( x) = U im para x∈Ti =  xi − , xi +  2 2   U im +1 = U im −

 ∆t  m  ( F 1 − F m1 ) + Gim  + ∆tS im   i− ∆x  i + 2 2 

∆x = hi = xi+1-xi,

Ecuación (19)

Ecuación (20)

i=1,...,M

Para la aproximación unidimensional basada en [3], [4], la homogeneidad y la linealidad en el flujo convectivo se obtiene a partir de la siguiente relación de igualdad: 0  ∂F Q% (U ) = =  2 2 ∂U c − v

1 ,  2v 

c 2 = p' (u1 ), v =

u2 u1

Ecuación (21)

Entonces, siempre que exista una matriz R invertible, será válida la discretización de los flujos conectivos mediante una regularización con las funciones de Harten-Van Leer. La matriz R existirá y estará conformada por los vectores propios correspondientes a los

Mantilla, Gonzáles: Validación de la Simulación Numérica del Flujo Bifásico Hidrodinámico en…

valores propios λ1 , λ2 de la matriz Jacobiana Q~ , semejante a la matriz diagonal ~ −1  λ1 0   , tal que Q = R Λ R Λ =    0 λ2  El flujo convectivo inicialmente es no lineal e hiperbólico, entonces para la cuasilinealización del sistema de ecuaciones no lineales se requiere de una regularización; de este modo se puede salvar la degeneración de las líneas de corriente del flujo de mezcla (para t>0), por lo que pueden generar soluciones erróneas. Por tanto, luego de esta regularización quedan expresadas las ecuaciones discretas para el flujo convectivo por las siguientes expresiones:

1 i+ 2

i−

1 2

= =

1 ( F (Ui ) + F (Ui+1)) − Fi+c 1 2 2

1 ( F (U i ) + F (U i −1 ) ) − Fi −c 1 2 2

Ecuación (22)

Ecuación (23)

3. Resultados Entre las ventajas obtenidas por el método propuesto de simulación numérica del flujo bifásico hidrodinámico, como es el caso de las Cámaras de Combustión de Lecho Fluido, comparativamente a otros estudios es el no requerimiento de la propiedad de homogeneidad para la función de flujo convectivo existente. Los resultados para el caso unidimensional se pueden ver en [1]. La formulación variacional para el caso bidimensional se puede ver en las referencias [1] - [4]. Los resultados del caso bidimensional fueron obtenidos en su totalidad con el Método de Elementos Finitos Evolutivos basados en la técnica de Galerkin Estabilizado, tanto para el flujo convectivo, flujo difusivo como para el término fuente, ver [4], [5]. Este proceso de aproximación se realizó con el objetivo de capturar las singularidades en las líneas de corriente difusivas sobre un medio poroso, originado por la entrada del gas (aire) en un conjunto rectangular bidimensional que representa el dominio computacional del lecho fluido. Para la simulación del fenómeno los algoritmos fueron implementados en la plataforma COMSOL, cuya ilustración de estructura y resultados se muestran en las figuras 3, 4, 6 y 7. En la simulación comparativa realizada con el método de elementos discretos, ver [6], [7], tal como se muestra en la Figura 5, no se observa el fenómeno de burbujeo en la columna sólido-gas; mientras que en la presente propuesta se visualiza el tamaño óptimo de la burbuja, lo cual indica que se ha logrado la homogeneidad de la mezcla sólido-gas. 3.1 Simulación Numérica Bidimensional Para la aproximación evolutiva bidimensional del problema, consideramos la variable espacial-temporal: x=(x, y, t)∈ ΩT ⊂R2xR+; donde: ΩT = ((0, 1)x(0,2))x[0,T), mediante un método variacional de Galerkin Estabilizado y elementos finitos conformes, la ecuación vectorial queda expresada por:

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

∫ ∫ ∫ 0

∫

(∫

−∫

[(φtU + F (U ) + G (U ))φ x dx + ∫

)

∫

∫ ∫ 0

(φtU + F (U ) + G (U ))φ y dy ]dt =

Ecuación (24)

S (U )φ dydx dt −

(∫

∫

)

φ ( x , 0) U ( x , 0) dydx dt

Esta ecuación es discretizada en espacio con el método de Elementos Finitos, en tiempo con el método de Diferencias Regresivas, e implementada en la plataforma del código privado COMSOL. Para obtener los resultados se genera un modelo numérico adimensional, donde se puede visualizar el comportamiento bajo ciertas condiciones de convergencia de las variables en estudio como son: Velocidad de flujo de la mezcla, Fracción Volumétrica e Isolíneas de Presión en t>0 y en un espacio bidimensional cuya geometría del dominio se muestra en las figuras 3 y 4.

Figura 3. Dominio de estudio del prototipo virtual de Camara de combustión LF.

Mantilla, Gonzáles: Validación de la Simulación Numérica del Flujo Bifásico Hidrodinámico en…

Figura 4. Malla con elementos de 6 nodos cada uno y número de elementos en el contorno 47, internos 325, grados de libertad 1770 y matriz no simétrica.

Figura 5. Lecho de sólidos y mínima fluidización, método elementos discretos.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Figura 6. Velocidad de mezcla (aire-sólidos) paso de tiempo ∆t de 0.001 a 0.1 y 1027 pasos para T=5s.

Figura 7. Velocidad de mezcla (aire-sólidos) con paso de tiempo ∆t variable e inyección de aire por Nboquillas en T= 3.8s.

4. Conclusiones Se ha construido un algoritmo del proceso de solución de un modelo matemático no estacionario, sobre un dominio regular evolutivo en espacios de una y dos dimensiones del flujo sólido-gas en un sistema de lecho fluido. La solución es continua en la discretización espacial pero es discontinua en la evolución temporal, por lo que se realiza una regularización para la estabilidad. 48

Mantilla, Gonzáles: Validación de la Simulación Numérica del Flujo Bifásico Hidrodinámico en…

La convergencia del esquema volúmenes finitos-elementos finitos, depende de las fuerzas difusivas y convectivas, las mismas que se relacionan con el Número de Reynolds y el Número de Froude Se ha utilizado para el primer modelo los números de Reynolds (≈400) y de Froude (≈1) respectivamente, así como el diámetro de la partícula en el orden de 10-4 micras. Con este esquema de discretización se consigue simular la formación de las burbujas con el tamaño óptimo, tal como se puede observar en las figuras 6 y 7. El método de elementos discretos es más apropiado para el arrastre de partículas granulares y no pulverizadas. Agradecimiento Al Instituto General de Investigación, a la Facultad de Ciencias, y a la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería por el apoyo brindado en el financiamiento del proyecto de investigación realizado. Referencias [1] I. Mantilla, Mathematical Contribution to Simulate the Numeric Behavior of the Mixture Flow Gas – Solid, Tesis Doctoral, National University of Engineering UNI-Perú, 2012. [2] J. Grace, G. Sun, <<Influence of particle size distribution on the performance of fluidized bed reactors>>, Chem. Eng. J., vol. 69, No. 5, pp. 1126-1134, 1991. [3] B. Van Leer, Numerical Approximation of Hyperbolic Systems of Conservation Laws: Progress in Multidimensional Upwind Differencing, NASA Langley Research. Center Hampton. ISBN 0-38794529-6, 1992. [4] I. Mantilla, S. De Vicente, <<SD Numerical Simulation Technique for Hydrodynamic Flow Gas-Solids Mixing>>, COMSOL Multiphysics Conference, Boston 2013. Disponible en: http://www.comsol.com/2013-user-presentations/multiphysics. [5] O. Pironneau, Méthodes des élements finis pour les fluides. Masson, Paris, 1990. [6] Sistemas de secado de Lecho Fluidizado, Características de diseño y construcción, Asia centrifuge, China, 2011. [7] T. Li y R. Garg, <<Investigación numérica de la mezcla de gas en lechos fluidizados gas-sólido>>, AICHE, vol.56, No. 9, pp. 2280–2296, 2010.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica del calentador eléctrico en una secadora doméstica de ropa Luis Alberto Ruiz1, Álvaro Sánchez1, Martín Caudillo1, Víctor Miranda4, Luis Ballesteros5 1

Departamento de Ingeniería Mecánica Instituto Tecnológico de Celaya, ruiz_alberto@live.com.mx, alvaro.sanchez@itcelaya.edu.mx, martin.caudillo@itcelaya.edu.mx 4 Equipo de Física Aplicada Mabe TyP, victor.miranda@mabe.com.mx 5 Líder de Subsistema de Física Aplicada Mabe TyP, luis.ballesteros@mabe.com.mx Recibido: 06-01-2015. Aceptado después de revisión: 23-08-2015. Resumen. En este trabajo de difusión se presenta la mejora de la generación y transferencia de calor en el calentador eléctrico de una secadora doméstica de ropa, con el desarrollo de un modelo teórico para estimar la eficiencia térmica, basado en el flujo másico y la potencia eléctrica del calentador como variables de entrada, y la eficiencia térmica del calentador como variable de salida, con el calentador analizado como un componente aislado. Se realizaron pruebas al calentador para determinar la función matemática de su eficiencia térmica. Del análisis de resultados se observó la tendencia exponencial típica de un sistema sobreamortiguado, base del modelo matemático cuyo coeficiente de predicción es 0.96.El modelo matemático se comprobó con flujo másico alto obteniendo un error relativo máximo de 0.66 %, y provee de información suficiente para elevar la eficiencia en 7.7%. El rango de potencia en el que fue probado el modelo matemático desarrollado para el calentador es de 1 KW hasta 5 KW, el cual es el rango recomendado para su uso. Palabras claves: Modelo teórico, transferencia de calor, secadora de ropa, eficiencia energética. Abstract. In this research paper, enhancement of generation and transfer heat on a tumbler dryer electric heater is achieved by a developed theoretical model, through the thermal efficiency estimation on the electric heater. Air mass flow and electric power interaction in the heater were used as inputs, and thermal efficiency was defined as the output of the model. It was considered the electric heater as an isolated component. Heater efficiency tests were performed in order to obtain the theoretical-physical correlation. From the obtained results, a typical over-damped system behavior was identified and a mathematical model that follow this trend was proposed. The R square prediction coefficient wass 0.96. Finally, the model was evaluated with high air mass flow getting a maximum relative error about 0.66 %, and provides enough information to rise heater thermal efficiency up to 7.7%. The power range for the model to predict efficiency is from 1 KW to 5 KW, the same as the recommended power range for use. Keywords: Theoretical model, heat transfer, fabric dryer, energy efficiency.

1. Introducción En este documento se aborda el problema de mejorar las condiciones de generación, transferencia y transporte de calor en el calentador eléctrico de las secadoras domésticas de ropa, con la intención de reducir el consumo de energía en la secadora. Esta investigación se realiza en un calentador eléctrico de tipo remoto, en una secadora de ropa como la que se muestra en la Figura 1.

Ruiz, Sánchez, Caudillo, Miranda, Ballesteros: Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica…

Tambor

Ducto de transición

Ventilador de succión

Calentador remoto Figura 1. Secadora de ropa con calentador remoto.

En general, la mejora en la eficiencia de la secadora doméstica de ropa puede ser fruto de la mejora del sistema completo o de la mejora de un sistema local considerando todas las variables globales. Por otra parte, el enfoque de este trabajo se dirige a la mejora de un solo componente: la fuente de calor, que es la encargada del consumo de más del 80% de la energía en la secadora, de ahí la importancia para seleccionarlo como componente para ser analizado. Para lograr la caracterización del calentador se propuso un modelo teórico-experimental, de tal manera que se pueda obtener la eficiencia térmica del calentador a cualquier potencia y flujo másico sin necesidad de evaluar experimentalmente el calentador. La experimentación y modelo consideran el calentador de la secadora como un componente aislado, de tal manera que pudiera ser examinado sin la influencia de las variables de ruido asociadas al proceso de secado, tales como el incremento en la humedad del aire, el incremento de la temperatura ambiente, y cambios en la resistencia del calentador [1]-[4]. 1.1 Fundamentación y justificación Una secadora eléctrica doméstica de ropa de entre 7 y 7.5 ft3, tiene un consumo anual de energía de por lo menos 967 KWh, que representa el 8.6 % de la energía promedio consumida en un hogar de los Estados Unidos, reducir esta cantidad de energía tiene un aporte directo en la reducción de la creación de nuevas plantas generadoras de energía [1]. Obteniendo un ahorro del 5 % de la energía total consumida por la secadora (lo necesario para cubrir la regulación del departamento de energía que entrará en vigor en 2015 [2]), se ahorran más de 48 KWh por año que equivale a casi 0.5 % del consumo energético en un hogar promedio en los Estados Unidos. 1.2 Revisión de la literatura Se han realizado ya modelos de la secadora eléctrica doméstica de ropa, el mismo tipo de secadora de la que se modela el calentador en este trabajo de investigación, sin embargo, estos modelos son de la secadora completa, sin tomar el del calentador como componente 51

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

aislado. El modelo realizado por Deans [3], es usado para demostrar los efectos de la acumulación de pelusa en la trampa, sobre el desempeño energético de la secadora, y también cuantifica el cambio de rendimiento energético debido al tipo de tela a secar, así enfoca su trabajo en fenómenos alejados de la fuente de calor. Bansal et. al. con el objetivo de mejorar la eficiencia energética en la secadora de ropa, estudiaron 4 diferentes tipos de secadora de ropa de donde se concluyó la importancia de recuperar el calor del aire caliente y húmedo de la descarga de la secadora, asi mismo, determinaron la influencia de algunas variables manipulables en el proceso de secado tales como la humedad relativa y flujo del aire, sin embargo, estos resultados son para la mejora de los procesos físicos sin ser el calentador eléctrico el objeto de estudio principal [4]. 1.3 Objetivo Desarrollar un modelo matemático que mediante su uso permita incrementar la eficiencia térmica del calentador eléctrico de la secadora doméstica de ropa, a través de la mejora en la generación y transferencia de calor. 1.4 Formulación de Hipótesis Con base en el balance de energía del calentador eléctrico, véase la Ec. (1), se puede suponer y estimar que existe una zona de saturación en la transferencia de calor por convección al aire tal que la transferencia de calor por radiación y conducción incremente a partir de ese punto. Dicho punto de saturación ocurre a cierta distancia desde la entrada del calentador eléctrico en dirección del flujo, véase la Figura 2, de tal manera que a diferencia de las primeras espiras, las últimas espiras del calentador aportan menos calor al aire. UV

,L 9V(QG

Ecuación (1)

Donde: UV ,A?:- @-A>WX=-; : A? A;-=. ,L ,A?:- =W =YíX;Y: A -=W;ó> Y:>W@A>@= =? A;-=. 9V Z?[\: 9áW;Y: =? A;-=. QG Q=9 =-A@[-A A9];=>@=. Q Q=9 =-A@[-A =? A;-= A? WA?;- =? YA?=>@A :-.

Figura 2. Diagrama de hipótesis del calentador eléctrico actual.

Ruiz, Sánchez, Caudillo, Miranda, Ballesteros: Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica…

El modelo teórico es la mejor opción para estimar la eficiencia a lo largo del calentador de forma continua, con el fin de realizar una evaluación cuantitativa de la zona de saturación del aire. 2. Materiales, fuentes y métodos Dado que dentro de la secadora en funcionamiento existen diferentes perturbaciones para el calentador eléctrico, tales como la humedad relativa del aire fuera y dentro del tambor, la temperatura ambiente, la temperatura del aire en el tambor, las infiltraciones de aire y la presencia de pelusa, se ha propuesto cuantificar la eficiencia del calentador remoto, bajo una unidad lineal que minimice las perturbaciones (variables de ruido), al mantener la operación de los calentadores dentro de un rango de prueba, donde se minimiza la influencia de factores externos en su rendimiento. 2.1 Unidad experimental La unidad experimental consiste en una secadora en la que se removió el tambor y se conectó la salida del ducto de transición de la secadora con el ventilador de succión usando un tubo flexible y sellando todas las conexiones véase Figura 3. Esta configuración garantiza que el calentador se somete al mismo flujo al que se sometería en operación normal, pero sin la presencia de entradas de aire que alteren en determinado momento el flujo que circula por el calentador. Las pruebas realizadas con esta unidad experimental ocurrieron en un ambiente con humedad y temperatura controlada. Ducto de transición

Tubo flexible

Calentador remoto

Ventilador de succión

Figura 3. Unidad Experimental.

Las experimentaciones se realizaron con un flujo volumétrico constante de 6.277 x 100 m s 0G , sin embargo, es de notarse que el flujo másico de aire cambiará dependiendo de la temperatura del aire calentado.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

2.2 Consideraciones en la experimentación. Para evitar la influencia de la radiación sobre los termopares, se utilizó una configuración equivalente para la medición de la temperatura, véase la Tabla 1, en donde solo se muestran dos configuraciones equivalentes (para 8 y 6 pares de espiras) de las cuatro que fueron usadas (8, 6, 4 y 2 pares de espiras) [5], [6]. Tabla 1. Configuraciones equivalentes de medición de temperatura (puntos rojos indican termopares). Pares calentando

Configuración ideal

Configuración propuesta equivalente

Para lograr las configuraciones equivalentes de la Tabla 1, se modificó el calentador eléctrico retirándole pares de espiras y a la vez también disminuyendo su resistencia, véase la Figura 4. a

Figura 4. Calentador eléctrico con a) 2 pares de espiras, b) 4 pares de espiras, c) 6 pares de espiras y d) 8 pares de espiras.

Como la resistencia eléctrica del calentador se reduce, se tiene que reducir también el voltaje de alimentación para controlar la potencia que disipan los pares de espiras, que aún quedan en funcionamiento. En la Tabla 2 se muestra la referencia de valores de voltaje, corriente y potencia para las pruebas aplicadas al calentador con 8, 6, 4 y 2 pares resistivos en operación. Las pruebas en rojo, son irrealizables debido a que la corriente que circula por el alambre resistivo excede la corriente máxima permisible, abcd 35 A. Las pruebas en verde y magenta se realizan para obtener el modelo matemático, capaz de estimar la zona de saturación con el flujo volumétrico actual del calentador.

Ruiz, Sánchez, Caudillo, Miranda, Ballesteros: Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica…

Tabla 2. Parámetros eléctricos del calentador en cada prueba. Pares activos

100% [5000 W]

75% [3750 W]

50% [2500 W]

25% [1250 W]

V=240 V I=20.83 A

V=208 V I=18.04 A

V=170 V I=14.73 A

V=120 V I=10.42

V=208 V I=24.06 A

V=180 V I=20.83 A

V=147 V I=17.01 A

V=104 V I=12.03 A

V=170 V I=29.46 A

V=147 V I=25.52 A

V=120 V I=20.83 A

V=85 V I=14.73 A

V=120 V I=41.67 A

V=104 V I=36.08 A

V=85 V I=29.46 A

V=60 V I=20.83 A

Las pruebas en azul y magenta son para obtener un modelo general del calentador, que permita conocer la mejor condición de operación en términos de la potencia y el flujo másico, como variables independientes. 3. Resultados Los dos modelos obtenidos se diferencian principalmente en la aplicación y la operación del calentador en cada uno, mientras que el modelo que corresponde a la Figura 5 (pruebas en verde y magenta en Tabla 2) se usa para determinar las pérdidas de calor por cada par de espiras y la caída en la eficiencia a lo largo del calentador, para así estimar la zona de saturación de calor del aire, el modelo de la Figura 6 se usa como guía de diseño para los futuros calentadores, pudiendo determinar la mejor eficiencia a partir de un valor de flujo másico de aire y de potencia eléctrica del calentador. Eficiencia - Potencia

Eficiencia

93%

91%

89% 87%

85% 83% 0

0.914 − 0.002= P.PPP/i

- = 0.9634 1000

2000

3000 4000 Potencia [W]

5000

6000

Figura 5. Modelo de calentador a flujo volumétrico constante.

En la gráfica de la Figura 5 se identifica con un número la cantidad de pares en operación por prueba, correspondiente a cada cúmulo de puntos. Del modelo de la Figura 5 se obtiene que la mayor caída de la eficiencia se da a partir del sexto par de espiras, por lo que ahí es donde se define el inicio de la zona de saturación de calor en el aire. Para obtener el modelo de la Figura 6 y Figura 7 se calculó un rango de flujo másico teórico a partir del rango de potencia en las pruebas realizadas con el calentador de 8 pares de espiras funcionando. La gráfica de la Figura 6, es una representación de la curva de nivel para P = 4500 W de este modelo del calentador, y en la Figura 7 se observa la superficie que describe.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Eficiencia - Flujo másico (8 pares)

Eficiencia

100% 95% 90% 85%

g = 0.963 − 0.963= 0

80% 75% 0,00

bV r j

- = 0.9606 0,05

0,10 0,15 Flujo másico de aire [Kg s-1]

0,20

0,25

Figura 6. Curva de nivel de modelo del calentador (P = 4500 W).

Del modelo se puede observar que existen infinitas combinaciones entre potencia y flujo másico de aire para alcanzar una alta eficiencia en el calentador (mayor al 91%), desde la zona amarilla y por toda la zona azul, sin embargo todas las opciones involucran un incremento en el tiempo de secado debido a que se tiene que disminuir la potencia del calentador y/o incrementar el flujo másico del calentador. [3], [7]. En términos generales, el modelo del calentador eléctrico para la eficiencia obtenido a partir del análisis de resultados de las pruebas y la revisión de la teoría relacionada es el de la Ec. (2). g

A = 0ck m

Ecuación (2)

Donde: g gX;X;Y;=>Y;A =>=-<é@;YA =? YA?=>@A :-. AG = ,:=X;Y;=>@= = 9áo;9A =X;Y;=>Y;A =? YA?=>@A :-. A = ,:=X;Y;=>@= =o =-;9=>@A? = =X;Y;=>Y;A. A = ,:=X;Y;=>@= =o =-;9=>@A? = =X;Y;=>Y;A. La constante aG está definida por la máxima eficiencia del calentador, a tiene un valor máximo igual a aG , pero al igual que a , disminuye conforme aumenta la densidad de potencia. Solo las constantes aG y a son adimensionales, la constante a tiene unidades [J Kg 0G ]. Para el calentador aquí caracterizado las constantes son las que definen el modelo de la Figura 6. Adicionalmente a las pruebas realizadas para obtener el modelo matemático, se realizaron pruebas de comprobación con flujo másico alto igual a 0.05108 Kg s-1, con las que se determinó un error relativo máximo de 0.66 %, que corresponde con la prueba de potencia 4726 W y eficiencia de 87.8 %.

Ruiz, Sánchez, Caudillo, Miranda, Ballesteros: Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica…

Figura 7. Gráfica del modelo desarrollado para el calentador actual.

4. Conclusiones El calentador eléctrico que actualmente opera al 83.3% de eficiencia, puede funcionar con un mayor aprovechamiento de la energía, disminuyendo su potencia de operación o incrementado el flujo másico de aire que circula a través de él. Del modelo obtenido se puede concluir que si se quiere operar en las mejores condiciones se debe de considerar el 91 % de eficiencia que es a partir de donde la eficiencia empieza a disminuir sustancialmente. Según los resultados de este estudio, una eficiencia del 91 % se alcanza de tres formas: La primera es incrementando el flujo volumétrico de aire hasta los 7.780x100 m s 0G y manteniendo la potencia eléctrica actual del calentador, que es 4408.3 W, La segunda forma es manteniendo el flujo volumétrico actual de 6.367x100 m s 0G y disminuyendo la potencia del calentador a 3575 W, la tercera forma es variando ambas magnitudes, en el intervalo cerrado de potencias igual a [3575 W, 4408.3 W] y de flujos másicos [6.367x100 m s 0G , 7.780x100 m s 0G ]. El camino del modelado de la eficiencia de cada subproceso involucrado en el secado de ropa, es un camino seguro para encontrar la eficiencia global de todo el secado, desde que se puede encontrar el punto de intersección de todas las funciones que modelen los subprocesos y así tener la certeza de que se ha encontrado la mejor condición posible de operación de todas las partes involucradas. Este trabajo de investigación fue pensado para obtener solo la mejor condición de operación del calentador eléctrico, y con el modelo desarrollado se alcanzó el objetivo. Y, si bien es útil para el propósito que fue desarrollado, puede ser mejorado con la obtención de expresiones que expliquen el valor de los coeficientes en términos de parámetros que eliminen la necesidad del sistema en operación para ser determinadas. Referencias [1] Department Of Energy, «Test procedures For Residential Clothes Dryers: Final Rule», Disponible en:www1.eere.energy.gov/buildings/appliance_standards/pdfs/clothes_dryer_tp_final_rule.pdf. , [Online], Marzo 2013. [2] Department Of Energy, «ENERGY STAR Market & Industry Scoping Report Residential Clothes Dryers», Disponible en: http://www.energystar.gov/ia/products/downloads/ENERGY_STAR_Scoping_Report_Residential_Cloth es_Dryers.pdf. , [Online], Noviembre 2011. [3] J. Deans, «The modeling of a domestic tumbler dryer», Applied Thermal Engineering, vol. 21, pp. 977-990, 2001. [4] P. Bansal, J. Braun y E. Groll, «Improving the energy efficiency of conventional tumbler clothes drying systems», International Journal of Energy Research, vol. 25, pp. 1315-1332, 2001.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

[5] R. Bird, Fenómenos de transporte. Limusa Wiley, 2006. [6] Y. Cengel, Transferencia de Calor. McGraw-Hill, 2005. [7] L. Rojas, L. Ruiz, L. Alcaraz, F. Sosa y L. Ballesteros, «Identificación de variables que impactan en la Eficiencia Energética de Secadoras de ropa», Pistas Educativas, vol. 103, pp. 259-277, 2013.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en PYMES William Eduardo Mosquera Laverde1, Luisa Alejandra Rojas Melo1, Camilo Mauricio Grillo Torres2 1

Docente Facultad de Administracion de empresas, Universidad Cooperativa de Colombia, williame.mosquera@campusucc.edu.co, azulandra@gamil.com 2 Docente Facultad de Administracion de empresas, Universidad de la Salle, grilloteam@gmail.com Recibido: 01-08-2015. Aceptado después de revisión: 23-08-2015. Resumen: El artículo se basa en los resultados del estudio exploratorio sobre Tecnologias de la Información de Comunicación (TIC) y las decisiones gerenciales en Pequeñas Y Medianas Empresas (PYMES), debido a los bajos factores de permanencia de estas empresas en el mercado como son: la aplicación ineficiente de modelos de comunicación interna y externa, el poco empleo de las TIC implementadas en las mismas, el uso inadecuado de paquetes informáticos y la subutilización de los servicios adicionales que prestan los operadores de internet; Además se logro determinar que al tener poca preparación administrativa el manejo del comportamiento organizacional es inoperante, todo lo anterior repercute en las decisiones gerenciales. Por lo cual, se desarrollo un análisis sobre aspectos gerenciales débiles, especialmente el flujo de la información y el empleo de las TIC, a través de una investigación cualitativa exploratoria que presenta como resultados una serie de posibles gestiones correctas a implementar y estrategias a diseñar para afrontar los Tratados de Libre Comercio (TLC) vigentes en Colombia. Por último, se presentan las ventajas de una eficiente comunicación por medio de medidas operativas e informáticas, mostrando algunas herramientas de gestión que se deben adoptar para mejorar productividad. Palabras claves: Comunicación formal, eficiencia, productividad, PYMES, TIC. Abstract: The article is based on the results of an exploratory study on Information Technologies Communication (ICT) and managerial decisions in small and medium enterprises (SMEs). The idea is to find out the reason to the company’s low permanence factors in the market. They have: inefficient models application of internal and external communication, reduced use of ICT implemented inside the company, inappropriate use of computer packages and underutilization of additional services provided by Internet operators. It was found also out the administrative organization have small organizational behavior management which is inoperative. All the above factors affects management decisions. Therefore, an analysis of weak managerial aspects, especially the information flow of the use of ICT through an exploratory qualitative research presented as a series of possible correct steps and strategies to implement design was developed to face the Free Trade Agreement (FTA) in Colombia. Finally, the advantages of efficient communication presented through operational and IT measures, showing some management tools to be taken to improve productivity. Keywords: Formal communication, efficiency, productivity, SMEs, ICT.

1. Introducción La importancia de las PYMES es una realidad aceptada en Colombia, varias investigaciones se enfocaron en la caracterización de estas entidades económicas y a la búsqueda de alternativas ante los altos índices de fracaso. Entre las causas más recurrentes de la poca permanencia en el mercado encontraron: el difícil acceso a la financiación, la baja formación administrativa de los empresarios, la falta de planificación estratégica, el

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

flujo deficiente o mal manejo de la información y la comunicación, la poca competitividad en los mercados internacionales y la insuficiente adopción de tecnologías. Lo anterior desembocó en políticas (Ley 1116/2008 y los documentos CONPES) y programas (estatales, gremiales o de entidades privadas) que pretendían solucionar las necesidades; sin embargo, a pesar del esfuerzo, los índices de fracaso son constantes, constituyendo una problemática que afecta el desarrollo económico y social del país. En principio, gran parte de las iniciativas se enfocaron a suplir las deficiencias relacionadas con el flujo de capitales. Así, el gobierno y las entidades privadas, en asocio con la banca comercial, crearon entidades de apoyo como Bancoldex, el Fondo Nacional de Garantías (FNG), el Fondo Colombiano para la Modernización y Desarrollo para las Micro, Pequeñas y Medianas Empresas (FOMIPYME), entre otras. Estas buscaron fomentar el acceso al crédito con tasas de interés preferencial que les permitían ser viables financieramente [1]. De igual forma, entidades gremiales como la Asociación Colombiana de Medianas y Pequeñas industrias (ACOPI) y las organizaciones sociales no gubernamentales como la Fundación Corona, la Fundación Santo Domingo y la Cámara de Comercio incentivaron la creación de nuevas Pymes, con la asesoría especializada y el apoyo financiero, técnico y tecnológico. Pero estos impulsos sólo llegan hasta el primer año de operación y luego de este tiempo se deja a las Pymes para que estas implementen y continúen con los ajustes y desarrollos del caso, lo cual no sucede, y se vuelven a las viejas prácticas. Lo expuesto anteriormente, permite pensar que en el bajo nivel de competitividad y la poca permanencia en el mercado de las Pymes influyen aspectos relacionados con la gestión, lo cual puede estar encadenado con la comunicación interna, el manejo de la información y la toma de decisiones [2]. De acuerdo con las investigaciones realizadas en por [3] y [4] una de las causas de fracaso de la Pymes es la falta de estrategias a largo plazo orientadas hacia un mercado global. Según la Universidad del Rosario, esto se refleja en procesos discontinuos, en los cuales se adoptan medidas, se contratan asesores y se realiza una inversión, sin mantenerlos hasta que den resultado [5]. Así, al poco tiempo, la PYMES cambia de nuevo de plan estratégico sin que el anterior haya concluido. Ademas, se suma el bajo acceso a sistemas de información que permitan agilizar la comunicación y, por lo tanto, la implementación de dichos modelos. La situación descrita anteriormente, genera una mezcla de datos que al ser manejados por una sola persona o por varias, pero de manera parcial, produce una toma de decisión cortoplacista y sesgada por la percepción, la emotividad y la confusión de la información. Por lo cual, una buena comunicación es un aspecto esencial dentro de la empresa, pues “el proceso de comunicación es una herramienta clave para determinar el avance del cambio, la evaluación de los resultados y suministrar la retroalimentación necesaria a cada colaborador de la empresa” [6]. Por lo cual, el eje principal del proyecto es: analizar el flujo de la información como una forma de apoyar la toma de decisiones. Analizando aspectos como: a) entender el funcionamiento de los procesos y del flujo de información y b) evaluar la adopción de tecnologías para el manejo de información. Es claro que existen diferentes factores que intervienen el proceso de toma de decisiones, lo mismo que una gran variedad de aplicaciones tecnológicas para los procesos administrativos; sin embargo, esta investigación se limitó al manejo de la información y la aplicación de las TIC en la comunicación interna, así como la apreciación de la comunicación no violenta la cual fue desarrollada por Marshall B. Rosenbeerg. La Comunicación No Violenta (CNV) cambia diariamente las relaciones de las personas que la aplican. La CNV nos ayuda a: - Adentrarnos en nuestro interior y descubrir lo que está vivo, lo vital que hay dentro de nosotros.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

- Discriminar las necesidades básicas y humanas que nos mueven a actuar para satisfacer las necesidades descubiertas, en intentos que pueden resultar más o menos satisfactorios. - Aprender a desarrollar un lenguaje comunicativo de sentimientos y necesidades. - Expresar y escuchar más claramente lo que sucede en nuestro interior en cualquier momento dado. En la CNV, expresar y escuchar son un binomio de relevancia cualitativa: 1. Expresar con “claridad” y 2. Escuchar empáticamente [7]. El hecho de tener acceso a las TIC no garantiza el éxito, pues de la dirección y de los procesos de gestión depende que la implementación sea acertada y por lo tanto exista la mejora. Esto permitió pensar en la necesidad de analizar los dos aspectos de manera coordinada de forma que permita mejorar la toma de decisiones. Por lo anterior, la pregunta de la investigación fue: ¿cuáles son las necesidades relacionadas con el manejo de la información y la aplicación de las TIC en la comunicación interna que tienen quienes toman las decisiones en las pequeñas empresas ubicadas en Bogotá, para que la información sea un soporte efectivo a la hora de tomar una decisión? 1.1. Fundamentación y Justificacion Según [8] bogotá generó el 26% de la producción nacional, en ella se localiza el 27% de las empresas existentes en el país, además tiene el PIB per cápita más alto de Colombia (US$ 5.473) y representa el 23% de las exportaciones no tradicionales. Ahora bien, de acuerdo con la entidad, en la estructura empresarial bogotana predominan las microempresas con un 87%, le siguen las pequeñas y medianas empresas pymes con un 11% y con un 1% las grandes empresas, es decir, la mayor parte del universo empresarial corresponde a mipymes. A pesar de la evidente importancia del sector, las condiciones en que las mipymes se desenvuelven en la región “no le son particularmente favorables, lo cual en buena parte tiene que ver con sus competencias endógenas (bajo grado de adopción tecnológica, la poca calificación de sus trabajadores y/o del propio empresario, fragilidad administrativa, baja productividad, etc) [2], en otras palabras, existe poca capacidad administrativa y empresarial. Las deficiencias administrativas en las pymes se reflejan en una toma de decisiones cortoplacista que impide la proyección de la empresa y desvirtúa la planeación estratégica. Ahora bien, gran parte de la problemática está relacionada con dificultades para el acceso y la visualización de la información en el momento de tomar decisiones. Por ello, se pretende aportar a la solución de la situación a partir del análisis de los procesos de comunicación y el manejo de información como soporte en la toma de decisiones. En las PYMES, el afán de resolver los problemas inmediatos genera un desorden en el registro de la información y en la planeación de actividades que, a su vez, afecta la toma de decisiones. Para romper el ciclo es necesario no sólo la revisión de los procesos de sino la adopción de instrumentos flexibles y ágiles para el manejo de los datos y los procesos de comunicación, estos podrían ser herramientas informáticas adecuadas y contextualizadas con la situación de las pequeñas empresas. Por ello, la indagación sobre el cómo se están aplicando las TIC puede generar un camino a la solución de los problemas en el manejo de la información y la toma de decisiones en las pequeñas empresas. Las experiencias internacionales muestran que la mejora administrativa enlazada con la adopción de las TIC tiene un fuerte impacto en toda la organización [9], ya que permite agilizar el acceso a la información y desarrollar una estandarización de los procesos, lo cual redunda en el aumento de la competitividad. De acuerdo con [4] “para una empresa siempre resulta costoso evaluar qué datos son importantes, cuándo son necesarios, qué tipo de acceso se tiene a ellos (de igual forma) el exceso de datos, la falta de coherencia entre uno y otro archivo, la incapacidad para 61

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

prescindir de los datos innecesarios pueden ser igualmente costosos”. Este costo puede ser analizado desde el punto de vista económico o de oportunidad de desarrollo. De ahí que este proyecto pretende fortalecer la capacidad de las pequeñas empresas ayudando, mediante una exploración sobre el manejo de la información y la aplicación de las TIC en el flujo de la misma, a la toma de decisiones acertadas. Adicionalmente, muchas de las pequeñas empresas, por su tamaño, no tienen una estructura organizacional, ni el personal adecuado o el que hay es insuficiente para llevar a cabo un manejo efectivo de la información. El uso de aplicativos informáticos puede ayudar a la solución de este problema, pues contribuyen a la comprensión de los procesos y a la segmentación de la información de tal manera que facilite el encontrar los puntos críticos y los cuellos de botella en la organización, lo cual, a su vez, posibilita el diseño de planes y correctivos efectivos. Además, la implementación de un direccionamiento estratégico sólo es posible cuando toda la entidad trabaja hacia un mismo fin, de ahí la necesidad de manejar la información de tal manera que permita el trabajo en equipo y la obtención de logros comunes. En esto, las TIC pueden ser de gran ayuda, ya que fortalecen la comunicación entre los empleados y de esta forma consolidan relaciones de confianza, construyen una actitud de colaboración en las personas de los diferentes niveles de la estructura que les permite identificar y solucionar oportunamente problemas que afectan a la empresa. Por ello, el acceso es sólo uno de los pasos que se deben dar al interior de las pymes, los otros deben ir encaminados a la generación de la cultura organizacional y a los procesos de dirección y gestión para la toma de decisiones, pues es desde la dirección se deben generar la cultura empresarial adecuada para que las TIC sean un soporte real para el direccionamiento de la organización. De lo anterior se pueden deducir dos premisas: (uno) los sistemas de información deben estar íntimamente ligados a los procesos administrativos, pues de lo contrario así se adopten las TIC estas no constituirán un soporte real a la toma de decisiones, y (dos) que la implementación de las tecnologías de la información sólo es realmente efectiva si se generan los cambios culturales y comunicacionales adecuados para que estas sean un soporte válido para la gestión y dirección. La relación entre la comunicación, el manejo de la información y la adopción de las TIC con la mejora administrativa y la toma de decisiones radica en la facilidad de visualizar los datos y las relaciones entre ellos, de tal forma que aumente la probabilidad de tomar decisiones acertadas; sin embargo, lo anterior está condicionado a una correcta utilización de las mismas. Por ello, parte del trabajo de investigación es identificar cuáles son los requerimientos del sector y si las tecnologías adoptadas son asimiladas de tal forma que permitan el direccionamiento de la entidad, así el desarrollo de esta propuesta constituye un aporte a la administración de empresas y al desarrollo de las pequeñas empresas, por ende contribuye al fortalecimiento social y económico del país. De esta forma, a partir del estudio del manejo de la información soporte de la toma de decisiones, se pueden abordar dos de las causas recurrentes del fracaso de las pymes: la fragilidad administrativa y la baja adopción tecnológica, las cuales a su vez afectan la productividad. De tal manera que si solucionamos el problema del manejo de la información es posible generar un impacto positivo sobre los procesos administrativos y de ahí en cascada a todos los departamentos de la organización. Actualmente, una organización se considera inteligente en la medida en que puede utilizar su información para crear innovaciones y conocimientos que le ayuden a aumentar su rentabilidad y a tomar decisiones en pro de su fortalecimiento. Por ello la implantación de sistemas administrativos y de comunicación o información influyen directamente en

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

la competitividad, ya que el uso de tecnologías de información permite agilizar los procesos y la toma de decisiones. 1.2. Formulación de objetivos El estudio del manejo de la información base para la toma de decisiones y de la adopción de herramientas informáticas para la comunicación interna puede generar un conocimiento contextualizado sobre el proceso de toma de decisiones, el cual es de vital importancia para cualquier empresa. Por ello, este articulo busca tener un fuerte impacto en las pequeñas empresas, ya que permite identificar las necesidades puntuales y las fallas en la comunicación que ameriten procesos de mejora en busca del fortalecimiento de un sector que aporta a la generación de empleo, el desarrollo económico, el aumento de PIB, el incremento del comercio interno y el crecimiento de la capacidad productiva del país. Por lo anterior, se plantea el siguiente objetivo general “Determinar las necesidades relacionadas con el manejo de la información y la aplicación de las TIC en la comunicación interna que tienen quienes toman las decisiones en las pequeñas empresas ubicadas en Bogotá, para que la información sea un soporte efectivo a la hora de tomar una decisión”; para lograrlo se deben desarrollar los siguientes objetivos específicos: • • • •

Establecer las dificultades de acceso a la información que tiene la persona que decide a la hora de tomar de decisiones. Describir el flujo de la información y las aplicaciones informáticas que se utilizan en el mismo, de tal manera que permita visualizar las causas de las dificultades encontradas. Flujos Evaluar la forma en que son utilizadas las TIC en el manejo de la comunicación interna y el flujo de la información como soporte de la toma de decisiones de las pequeñas. Flujos TIC Identificar los factores relacionados con el manejo de la información y la aplicación de las TIC en la comunicación interna que dificultan la toma de decisiones en las pequeñas empresas ubicadas en Bogotá.[10]

2. Materiales, Fuentes y Metodos 2.1. Recopilación de datos De acuerdo con los objetivos específicos, la toma de datos se realizó en tres momentos y a partir de tres técnicas: 1. Para establecer las dificultades de acceso a la información que tienen las personas que deciden a la hora de tomar decisiones se realizaron diez entrevistas semiestructuradas; 2. Para describir el flujo de la información y las aplicaciones informáticas, lo mismo que para la evaluación del uso de las TIC, se desarrolló una observación directa no participante; al final para contrastar los resultados e identificar los factores relacionados con el manejo de la información y la aplicación de las TIC en la comunicación interna que dificulta la toma de decisiones, 3. se hizo una entrevista grupal con los diez gerentes de las empresas estudiadas. La observación directa no participante sobre los procesos permitió establecer los problemas operativos y del flujo de información que dificultan la toma de decisiones. En ella se recolectaron los datos a partir de una serie de protocolos y guías. Esta técnica permitió observar atentamente el fenómeno, tomar la información y registrarla para su posterior análisis; en este caso, lo referente con el manejo de la información [11]. Para

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

llevar un registro sistemático, válido y confiable de los comportamientos y de los procesos relacionados con el manejo de la información, se realizaron dos acciones: 1. levantamiento tanto del flujo de la información como de las TIC utilizadas en el mismo mediante diagramas, y 2. Se estableció una lista de los aspectos, eventos o conductas que influyen en el manejo de la información y de las TIC, base para la toma de decisiones. Una vez establecidas claramente las categorías, se procedió a la codificación y con ella se elaboraron los protocolos de observación, los cuales sirvieron para dar confiabilidad y validez a la observación. 2.2 Tratamiento de Variables Para la aplicación de los instrumentos de medición (observación directa no participativa y entrevistas) se diseñó un cuadro de categorías que permitió identificar las preguntas que se les realizó a los gerentes. Dicho cuadro tomo tres categorías iniciales: comunicación organizacional, toma de decisiones y TIC. Dichas categorías se desglosaron en subcategorías y posteriormente en preguntas. Como se muestra en la Tabla 1. Tabla 1. Cuadro de variables cualitativas. Catego rías

Características

Dimensión

Definición dimensión

Comunicación interna

Estructura Es el conjunto de Comunicativa actividades efectuadas por las diferentes áreas, para integrar, conocer y obtener los objetivos propuestos de la Medios organización. Comunicativos

COMUNICACIÓN ORGANIZACIONAL

Es el proceso de emisión y recepción de mensajes Reuniones dentro de una organización.

Comunicación gerencial

Sub-dimensión

Es la manera de Convocatoria transmitir, coordinar y realimentar la información tanto interna como externa a los diferentes entes o áreas de la Asistentes organización.

Es la forma en que la gerencia recibe la información para iniciar el proceso de decisión

Definición de la subdimensión Hace referencia a la forma de transmitir la información en la organización

Se refiere al cómo se entrega la información en cada una de las unidades productivas de la organización Trata de la manera de citar a las unidades con responsabilidad administrativa para tomar decisiones Se refiere a personas habitualmente conforman unidades responsabilidad administrativa

las que las con

Temáticas

Trata de los puntos frecuentes a manejar en las reuniones de las unidades

Periodicidad

Trata de los tiempos entre cada una de las reuniones

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Personas intervienen

Información soporte de toma decisiones

Son todas aquellas personas que tienen Responsabilidad autonomía y libertad para tomar una que decisión en las diferentes situaciones que se puedan presentar en una organización. Jerarquía

Documentación

Confiabilidad

Se puede definir como la probabilidad en que la información realizará su función prevista sin incidentes por un período de tiempo especificado y bajo condiciones indicadas.

Planeación

Se refiere a como la organización está preparada para los desarrollos futuros

Contingencia

Es la forma en que la organización puede sortear los imprevistos sin cometer errores vitales para la organización

Son todas las la evidencias que se tiene de de los procesos dentro de la organización

TIC

TOMA DE DECISIONES

Secuencia de pasos necesarios para que las Proceso de la decisiones de la toma de decisión organización sean acertadas

Oportunidad Es la falta de accesibilidad a Dificultades en aplicativos, bases de toma de datos e información, decisiones como soporte a la toma relacionadas con de decisiones. (agregar la información confiabilidad, tiempo y Veracidad calidad)

Es el conjunto de los Disponibilidad programas de cómputo, procedimientos, reglas, documentación, datos asociados que forman parte de las operaciones de un sistema de Ofimática computación.

Niveles de responsabilidad en la toma de decisiones

Forma en que se encuentra organizada y estructurada la información de la organización

Es el proceso mediante el cual, se realiza una elección entre las opciones o formas para resolver diferentes situaciones.

Es el conjunto de recursos, herramientas, equipos programas informáticos, aplicaciones, redes Aplicativos medios que permitan la Software compilación, procesamiento transmisión de información.

se refiere al nivel de compromiso y obligaciones con la dirección de la organización

Se refiere a las posibilidades que tiene la organización para contar con su información en el tiempo adecuado

Se relaciona con la calidad de la información que maneja la organización

Relaciona como la organización hace un empleo efectivo de las TIC en su interior. Son las diferentes herramientas disponibles para cumplir con el proceso comunicativo de la organización

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

Aplicabilidad

Utilización

Conocimiento

Se refiere al uso de todos los dispositivos digitales y físicos necesarios para lograr una transferencia de Operatividad información efectiva dentro de las organizaciones

Se relaciona la facilidad de manejo de las herramientas los procesos de decisión y operación de la organización

Se refiere a las personas capacitas para dar un buen uso de las herramientas digitales de comunicación

Accesibilidad

Es la forma en que toda la organización puede disponer de las TIC en su labores cotidianas

Se trata de la posesión de múltiples datos interrelacionados que, Conocimiento al ser tomados por sí solos, poseen un menor valor cualitativo.

¿Cómo es el manejo de las TIC o de los sistemas de información que tienen los empleados de la empresa?

Los instrumenetos se aplicaron a los gerentes de las 10 pequeñas empresas que participaron en la muestra. En algunos casos las empresas tenían más de una persona que tomaba las decisiones, bien sea el gerente comercial y el administrativo o como el caso de una industria química que tenía un gerente comercial, uno administrativo y uno de producción. En total se realizaron 14 entrevistas de 40 minutos aproximadamente cada una. Una vez trascritas se procedió a realizar un análisis de tipo hermenéutico por empresa y posteriormente se elaboraron cuadros comparativos para el cruce entre ellas. Las conclusiones se presentan a continuación1. 2.3. Metodo para el análisis cualitativo Se buscó la observación de los procesos de manejo de la información y de las TIC, tal y como se dieron naturalmente, para después ser analizados [12]. Por lo tanto, no se construyó una situación, sino que se observó e indagó sobre los procedimientos utilizados en condiciones en las que no puede interferir, pero que sirven para encontrar las respuestas al planteamiento del problema. También es importante aclarar que la toma de datos se hizo en un momento determinado y a una única muestra, por lo que su diseño es no experimental, transversal. Para la recolección de la información, se realizaron entrevistas semiestructuradas a los encargados de la toma de decisiones y observaciones directas sobre los procesos relacionados con el manejo de la información y el uso de las TIC. Según los datos reportados por [13], el universo empresarial en Bogotá se distribuye en la Tabla 2.

Por razones de confidencialidad, se omiten los nombres de las empresas y de los gerentes y se les asigno un número por cada una de ellas.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Tabla 2. Empresas por sector en Bogotá. Sede

GRANDES

Sede Cazuca Sede Cedritos Sede Centro Sede Chapinero Sede Fusagasugá Sede kennedy Sede Norte Sede Paloquemao Sede Restrepo Sede Salitre Sede Zipaquirá Total general

49 236 158 237

MEDIANAS

MICROS

PEQUEÑAS

SIN

Total general

CLASIFICACIÓN

93 986 199 8 361 146 2.473

109 1.037 376 743 8 327 2.537 744 85 1.090 313 7.369

21.615 52.622 18.841 35.356 5.738 47.429 30.091 22.297 27.334 43.882 17.119 322.324

366 4.658 1.531 3.625 71 2.186 8.040 3.038 716 3.967 976 29.174

153 699 412 560 80 432 865 366 223 771 228 4.789

22.292 59.252 21.318 40.521 5.897 50.467 42.519 26.644 28.366 50.071 18.782 366.129

Como se puede observar, las PYMES en la economía bogotana son muy importantes, y dentro de ellas las de mayor movilidad son las pequeñas. Adicionalmente, por su tamaño, sirven como referencia de los procesos administrativos que se pueden implementar en las micros y medianas empresas. Este proyecto se trabajó sobre una muestra por conveniencia, de tal manera que es no probabilística. Para ello se seleccionaron diez pequeñas empresas. Para la selección de la muestra se siguieron los siguientes parámetros: que esté ubicadas en las localidades Barrios Unidos, Suba y Kennedy, por ser sectores que tienen una mayor concentración empresarial; que tengan entre tres y diez años de funcionamiento y que se encuentren en los sectores de servicio y en el sector productivo, teniendo en cuenta el equilibrio entre los grupos [10]. 3. Resultados 3.1. Manejo de TICs Según los resultados de los instrumentos aplicados seis de las empresas de la muestra consideran que el manejo de las TIC que tienen sus empleados es insuficiente o muy bajo. Tres de ellas que tienen un nivel medio y sólo una un buen manejo de las TIC. En varias de ellas esta falencia es suplida por medio de un agente externo o de un empleado que es quien se encarga de todo. En palabras de uno de los gerentes "en este momento dependemos de [la asistente de gerencia] casi que en un 100%, del manejo de ella". Ella es quien maneja el Word office” (empresa 1). Adicionalmente, se detecta un problema de desconocimiento de los gerentes en el manejo de aplicativos, "yo soy muy poco amigo de la tecnología por ignorancia básicamente, soy bastantemente ignorante en el tema" (empresa 1). Con respecto a la tercera categoría, empleo de las TIC en las pymes, se evidencia un campo de mayor resistencia, ya que obliga a toda la organización a una capacitación permanente y mayor compromiso con la organización por parte de todos los elementos de la organización, lo cual, ante la globalización que nos lleva los TLC provocara en la pymes pérdida de competitividad y a una diversificación no planeada o al cierre del negocio. Para evaluar la forma de empleo de las TIC en el manejo de la comunicación interna y el flujo de información como soporte en la toma de decisiones de las PYMES se agruparon los resultados de la investigación obtenidos a través de los tres instrumentos. Por medio de estos se elaboraron los diagramas de flujos de TIC, luego se valoró el uso de las TIC en

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

una escala cuantitativa en la que 5 es el valor de mayor empleo óptimo de la TIC y 0 es el valor de la TIC que no se emplea en ningún proceso. Luego de la revisión de los diagramas desarrollados para cada una de las empresas estudiadas, se puede tener la siguiente estructura para cada una de ellas. Empresa 1: En esta compañía los tipos de herramientas de comunicación más utilizadas son el correo electrónico y la página web, las cuales son un canal de comunicación con el cliente externo y el mercadeo de los productos; el teléfono fijo y el celular, para la comunicación interna y externa; el fax, para la recepción y envió de facturas recepción de cartas, pedidos, entre otros. A nivel interno, el correo electrónico institucional facilita y genera que los tiempos de respuesta a las solicitudes sean cortos y oportunos. También se evidencia que en el área de producción son limitadas como se observa en la Figura 1. 6 5 4 3 2 1 0

nivel de empleo

telefono fijo

fax

celular

internet

office

Figura 1. TIC empresa 1.

Empresa 2: En esta empresa están definidas tres principales áreas como son el departamento comercial, administrativo o recepción y producción; donde se identifican los recursos tecnológicos como son el Office de Microsoft, que se usa para el desarrollo de las labores diarias de cada empleado (Word, Excel). El aplicativo informático contable influye un manejo adecuado, la confidencialidad de la información y la oportuna comunicación de los resultados, que permita posteriormente tener evidencia de las decisiones que se toman en la empresa. Estas decisiones se apoyan en la información obtenida por estas aplicaciones, aunque estas no sean especializadas, como en la Figura 2. El proceso de comunicación interna efectiva se debilita porque no existe especialización en las necesidades del área, esto se debe a tener que cumplir también con la entrega de la información financiera y por lo tanto no tiene el tiempo que se requiere para un adecuado manejo y divulgación de los requerimientos y necesidades de los empleados.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

4,5 4

4 3,5 3

3 2,5 2,5 2 1,5 1 0,5 0

telefono fijo

fax

celular

internet

office

2,5

nivel de empleo

Figura 2. TIC empresa 2

Empresa 3: En las tres áreas de la compañía como la administración, la producción y el comercial, el flujo de empleo de las TIC no son tan claras, pero se logra determinar el nivel de empleo en la Figura 3. 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

nivel de empleo

telefono fijo

fax

celular

internet

office

helissa

otros sotf

Figura 3. TIC empresa 3

Empresa 4: En esta PYME se encuentran tres áreas como son el departamento comercial, administrativo y contable. En la Figura 4 los medios de comunicación empleados son muy básicos como el computador, teléfono fijo, teléfono celular y chat; permiten que el flujo de la información se facilite entre los empleados de oficina y el resto de los miembros de la empresa que permanecen en los campos de trabajo cumpliendo con los contratos firmados, lo anterior permite que cualquier empleado independiente del área de trabajo esté en la capacidad de suministrar información a un cliente activo o potencial, por lo cual el teléfono que se maneja es un PBX, y cualquier empleado puede contestar y brindar información.

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

6 5 4 3 2 1 0

telefono fijo

fax

celular

internet

office

helissa

3,5

nivel de empleo

Figura 4. TIC empresa 4

Empresa 5: En esta compañía se tienen cuatro áreas como logística, contable, calidad y recursos humanos, en donde se observa el flujo de manejo de TIC en la Figura 5. 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

telefono fijo

fax

celular

internet

office

siigo

2,5

nivel de empleo

Figura 5. TIC empresa 5.

1. TIC empleadas en un 45% 2. Sólo el 60% conoce la definición de TIC 3. Únicamente el 40% emplea bien las TIC 4. Inversión en TIC baja 5. Se corta la comunicación mandos medios

3.2. Flujo de información Los diagramas de flujo son una representación gráfica de los acontecimientos que se producen durante una serie de acciones u operaciones y de la información concerniente al mismo. Este tipo de diagrama o esquema también pueden referirse, solamente a las operaciones e inspecciones en cuyo caso sería un diagrama de operaciones. Estos constituyen una buena herramienta para visualizar los pasos, los contratiempos y los aciertos de un proceso, en este caso del manejo de la información interna de una empresa. Luego de tener los diagramas por cada uno de los aspectos mencionados, se procedió a analizar la información. Para esto, se elaboró un diagrama general por cada pequeña empresa teniendo en cuenta como la base teórica para una buena sistematización de la información la ingeniería de métodos y movimientos [14] , ya que permite organizar de manera sistemática un conjunto de procedimientos con el fin de reducir o eliminar los 70

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

movimientos ineficientes y facilitar la labor. En este sentido el estudio de movimientos puede mostrar la manera en la que fluye la información en la empresa y ayuda a determinar las dificultades, los puntos críticos y los movimientos innecesarios de la información. Una vez establecido el flujo completo, es importante determinar los tiempos estándar requeridos para trasmitir la información, esto se debe encontrar dentro del alcance de los empleados. También se debe tener en cuenta el seguimiento para asegurar que: (a) se cumplan los tiempos predeterminados; (b) los trabajadores tengan: una adecuada capacitación para trasmitir la información a tiempo, las habilidades comunicativas necesarias, las responsabilidades de confidencialidad y las experiencia en la trasmisión de la misma, y (c) que los trabajadores reciban la información pertinente y necesaria para desarrollar a satisfacción sus labores. El estudio de movimientos, en su acepción más amplia, tiene dos niveles de análisis con extensas aplicaciones industriales. Tales son: el estudio visual de movimientos y el estudio de micro movimientos. En esta investigación, dichos niveles se utilizaron para describir el manejo de la información en las compañías y proponer alternativas para mejorar su flujo y aprovechar las TIC para la toma de decisiones. Aunque en los diagramas se puede apreciar algunos problemas del manejo del tiempo y algunas de las causas de retraso para que la información llegue a la gerencia, este trabajo se limita a señalar dichos aspectos y no hace un estudio a profundidad de ellos. 4. Discusión y conclusiones La situación descrita en las pequeñas empresas genera una mezcla de datos que al ser manejados por una sola persona o por varias, pero de manera parcial, produce una toma de decisión cortoplacista y sesgada por la percepción, la emotividad y la confusión de la información. 4.1. Percepción de los gerentes De acuerdo con las respuestas dadas por los gerentes, se concluye que aunque en todas las empresas se dan procesos de comunicación formal e informal, en las Pymes de la muestra predominan los procesos de comunicaciones informales y verbales. El manejo verbal de la comunicación hace que en estas organizaciones la información esté dispersa, centralizada en una sola persona que, en muchos casos, no es el gerente, y que no pueda recuperarse fácilmente. Varios de los gerentes afirman que la primacía de la comunicación verbal se debe al tamaño de la organización, ya que al no tener un gran número de empleados, la oralidad agiliza la toma de decisiones; sin embargo, la oralidad y la falta de formalización permite que varios de los aspectos tratados de esta forma no sean llevados a la práctica, cosa que afecta la productividad de la organización [9]. La comunicación interna en las empresas de la muestra privilegia el uso de canales informales. Sin embargo, en varias se están realizando cambios para estructurar y formalizar los procesos; para ello usan el correo electrónico, formatos y carteleras. En las entrevistas también se evidencia que la mayoría de las comunicaciones escritas se limitan al uso del correo electrónico y, en varios casos, se afirma que este se usa únicamente para las relaciones con los clientes externos. En este sentido, se puede pensar que la formalización está pensada para la comunicación externa y comercial, y no como una forma de organizar y mejorar la gestión interna de la organización. En varias de las empresas existe una separación entre lo comercial y lo administrativo. Cada uno de estos aspectos se trabaja en reuniones separadas, siendo más frecuente los

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

encuentros de la parte comercial. Así, en cada uno de los encuentros se manejan sin temas separados y la información no se cruza fácilmente. 4.2. Toma de decisiones En la mayoría (6) de las Pymes de la muestra, las decisiones las toma el gerente general, es decir que las decisiones están centralizadas en una sola persona. En dos PYMES la toma de decisiones está descentralizada. En ambos casos las decisiones estratégicas dependen de los dueños o de la junta directiva, mientras que las operativas y de contingencia las toman los jefes de cada sección. Otras dos tienen la toma de decisión divida en la gerencia comercial y la gerencia administrativa, ambas con el mismo poder de decisión pero cada una en ámbitos diferentes. En ambos casos las decisiones son tomadas por separado y pocas veces se consulta un área con la otra. Las Pymes que tienen un poder dividido en dos gerencias y en las que cada una de ellas toma decisiones por separado presentan una situación difícil para consolidar un direccionamiento a largo plazo, pues aparentemente discuten las decisiones, pero las respuestas de las entrevistas demuestran que hay una división en la que con frecuencia las dos se contradicen y muestran un desconocimiento de lo que hace el otro. Según las entrevistas, en la mayoría de las empresas no se utilizan fuentes de información externa para la toma de decisiones. En estos casos las empresas realizan consultas, pero no estudios de mercado. Esta es una debilidad que puede llevar a errores que afectan la proyección de la empresa. Ninguna de las Pymes trabajadas tiene una planeación a largo plazo que les ayude a orientar la gestión y proyectar su crecimiento. La mitad del grupo presenta una planeación a un período inferior al año y que se limita a las ventas y al manejo de los clientes. Una de ellas afirma tener metas a tres y cuatro meses, lo cual puede ser considerado como coyuntural [15]. Varios de los gerentes afirman que el desarrollo de la planeación se ha ido dando en la misma medida que el crecimiento de la empresa. Así, cuando comenzaron no se podía pensar sino en los problemas diarios y, poco a poco, se han ido alargando los periodos hasta llegar al año. Las decisiones en estas empresas se basan sólo en la experiencia del socio o dueño de mayor edad y tiempo en la compañía, lo cual no permite un crecimiento a la par de los cambios del país y del negocio, lo cual lleva a su extinción en los pocos años de haber sido creadas y no logran pasar del décimo año de creación [16]. La situación se mantiene, en parte, bajo el sentido común instalado de que “la empresa ha funcionado bien hasta el momento con sólo la experiencia”. Desde el punto de vista de la teoría de la toma de decisiones, la mayoría de las empresas realizan una toma de decisiones con alto riesgo, en las que no se conoce nada del futuro, o de gran incertidumbre —no se tiene información confiable del entorno—. Son muy pocas la decisiones que se toman con certeza —cuando se conoce a la perfección la información del entorno—, las cuales son lo ideal de una compañía. La situación descrita obliga al gerente a tomar decisiones sin los soportes del caso, haciendo que el origen de su poder en la compañía sea del tipo referente y no legítimo [17] 4.3. Categoría TIC En las entrevistas se evidencia que las PYMES en general tienen un manejo básico de las La mayoría se limita al manejo de correo electrónico, celulares, teléfono, fax y manejo del Office. En menor proporción se utilizan los sitios web, intranet o software especializados, los cuales son: CMR, Novasoft, Asenda y Elisa. TIC.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

La mayor parte del uso de las TIC está relacionada con el manejo comercial o financiero y no con las otras áreas. Además, existen deficiencias a la hora de utilizarlas como herramientas en la comunicación interna. En general, las pequeñas empresas tienen una persona encargada para el manejo de los sistemas de información. En cuatro casos, esta persona es un agente externo a la organización que es contratado únicamente para esta función. En otras cuatro, el encargado de manejar las TIC y actualizar la información es el asistente de gerencia. Seis de las empresas de la muestra consideran que el manejo de las TIC que tienen sus empleados es insuficiente o muy bajo; tres de ellas, que tienen un nivel medio y sólo una un buen manejo de las TIC. Esto muestra que en ellas no sólo existe un gran desconocimiento de TIC. Por lo anterior, se evidencia que existe una fuerte resistencia a la adopción de TIC, ya que obliga a toda la organización a una capacitación permanente y mayor compromiso con la organización por parte de todos los integrantes de la organización [18], lo cual, ante la globalización que nos lleva los TLC, provocará en las PYMES pérdidas de competitividad y a una diversificación no planeada o al cierre del negocio. Se encontraron además las siguientes recomendaciones: 1. Desarrollar el estudio descriptivo sobre la implementación real de las TIC en las PYMES 2. Desarrollo de estudio y talleres relacionados con la comunicación no violenta. 3. Aplicación de metodologías de tiempos y movimientos de la información que llega a las compañías. 4. Alianzas estratégicas con las IES para la capacitación permanente en gestión. Agradecimientos En esta sección se agradece de manera cortés por la ayuda: científica, de redacción y técnica (equipo y otros materiales especiales) recibida de los estudiantes de pregrado del programa de administración de empresas de la Universidad Cooperativa de Colombia (UCC) Seccional Bogotá, Así, como a los gerentes de la PYMES en estudio por el tiempo y la colaboración prestada. Además, en esta sección se expresa también un reconocimiento por la ayuda financiera interna de la UCC a través del CONADI. Referencias [1] T. Bermúdez y P. González, <<Una aproximación al modelo de toma de decisiones usado por los gerentes de las micro, pequeñas y medianas empresas ubicadas en Cali, Colombia desde un enfoque de modelos de decisión e indicadores financieros y no financieros>>, Revista de Contaduría Universidad de Antioquía, No. 52, pp. 131-154, 2008. [2] E. Zevallos, <<Panorama de las micro, pequeñas y medianas empresas (mipyme) en varios países de América Latina>>, Recuperado de http://www.fundes.org/Paginas/PublicacionesFundes.aspx, 2010. [3] Fundes, <<Dinámica de la empresa Familiar Pyme>>, Estudio Exploratorio en Colombia. Fundes, Bogotá 2008. [4] Grupo Gpymes EAN. Modelo de modernización empresarial para pymes. Escuela de Administración de Negocios. 3ª Ed. Editorial EAN. Bogotá. 2011. [5] C. Méndez, <<Tecnologías y herramientas de gestión. Caso Grandes, medianas y pequeñas empresas en Bogotá>>, Editorial Universidad del Rosario, Bogotá 2009. [6] R. Pérez, <<Modelo de modernización para la gestión de organizaciones. Casos>>, Bogotá 2009. [7] B. Marshall, <<Comunicación no violenta, un lenguaje de vida>>, 2ª Ed. Editorial Gran Aldea, Madrid 2012. [8] Camara de Comercio, <<Balance de la economía bogotana, 2011 y 2012, y primer semestre del 2013>>, Pág 11 recuperado de http://camara.ccb.org.co/documentos/4737_Balance_de_la_economia_bogotana_Parte_1.pdf. 2014. [9] G. Prado y M. Zambrana, Mejoramiento de la gestión estratégica y productividad de las pymes a través de las TICs. Fundes. Bolivia. 2010.

Mosquera, Rojas, Grillo: Relación entre el uso efectivo de las TIC y las decisiones gerenciales en…

[10] A. Rojas, C. Grillo y W. Mosquera, Estudio exploratorio sobre el manejo de la información y la aplicación de las TICS para la toma de decisiones en las pequeñas empresas de Bogotá. Universidad Cooperativa de Colombia. Bogotá. 2013. [11] W. Moreno, Aspectos metodológicos y avances en desarrollo del proyecto Modelo de gerencia sostenible para micro empresas en Bogotá. Cooperativismo y Desarrollo. No 95, Julio a diciembre de 2009. Teoría del Color, Medellín 2009. [12] B. Gómez y R. López (2009). Estudio exploratorio sobre la influencia de la visión familiar y la visión patrimonial en el crecimiento en ventas de la empresa familiar en Colombia. Cuadernos de Administración, No 39, Bogotá. [13] Cámara de Comercio de Bogotá. <<Balance de la economía bogotana 2007-2008 y primer semestre del 2009>>, Bogotá. 2010. [14] B. Niebel y A. Freivalds, Ingeniería Industrial, Métodos estándares y diseño del trabajo, Ed. Alfaomega, Ed. 11ª, México 2004 [15] A. Beltrán, E. Torres y E. Pymes. Un reto a la competitividad. Universidad Externado. Bogotá.2004. [16] R. Velasco, Caracterización de la pymes de Bogotá mediante el uso de información secundaria, Universidad Santo Tomas, Bogotá 2008. [17] J. French, B. Raven, Las bases del poder social, Group dynamics: Research and teory, 8rd edition, Harper & Row, New York 2000. [18] A. Cala, << Situación y necesidades de la pequeña y mediana empresa>>, Civilizar Revista electrónica de difusión científica, Universidad Sergio Arboleda Bogotá, Recuperado de http://www.usergioarboleda.edu.co/civilizar. 2011.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control vehicular-Cuenca: estudio exploratorio Ruth Rosas 1 Angélica Ochoa 1,2 Diana Morillo 2 Nancy García1 y Susana Andrade 2 1

Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Cuenca, ruth.rosas@ucuenca.edu.ec 2 Departamento de Biociencias, Universidad de Cuenca Recibido: 01-07-2015. Aceptado después de revisión: 23-08-2015.

Resumen: El presente estudio exploratorio evalúa la exposición al monóxido de carbono (CO), expresado en porcentaje de carboxihemoglobina (%COHb), entre los trabajadores de los centros de control vehicular (CRV) DANTON-Cuenca. Todos los trabajadores (n=55) de los CRVs de Capulispamba y Mayancela participaron en este estudio. El %COHb se determinó a partir de muestras de sangre tomadas al inicio y final de un día laboral de febrero, abril y julio de 2013. Los resultados muestran que el %COHb se incrementó del inicio al final de la jornada laboral en ambos CRVs tanto en el grupo de trabajadores que fuman y no fumadores (P<0.001). Entre los no fumadores (N=42), el %COHb al final de la jornada sobrepasó el valor límite biológico (VLB) para COHb (3.5%) únicamente en el CRV de Mayancela (4.12%, P<0.05). Entre los fumadores (N=13), los promedios de %COHb al final de la jornada sobrepasaron los VLB en ambos CRVs. Se concluye, que los trabajadores de los CRVs de Mayancela y aquellos que fuman presentan %COHb mayores al VLB. Palabras claves: Monóxido de Carbono, Carboxihemoglobina, monitoreo, Microdifusión. Abstract: This exploratory study aims to evaluate the carbon monoxide exposure expressed as percentage of carboxyhemoglobin (%COHb) among the vehicle-examiners of the vehicle control centers (VCC) “DANTON”-Cuenca. All the employees (N=55) in both VCCs in Cuenca (Capulispamba and Mayancela) were included. Blood samples taken at the beginning and at the end of the journey of one day at early February, April and July 2013 were used to estimate %COHb. The results show that the %COHb increased from the beginning to the end of the journey among employees in both VCCs and among smokers and nonsmokers (P<0.001). Among non-smokers (N=42), the %COHb at the end of the journey was higher than the biological limit value (BLV) of 3.5% only for Mayancela employees (4.12%, P<0.05). Among smokers, the mean %COHb at the end of the journey was higher than the BLV in both VCCs. In general, Mayancela employees and those who smoke showed higher exposition to CO measured as a %COHb. Keywords: Carbone Monoxide, Carboxinhemoglobin, monitoring, microdiffusion.

1. Introducción Los escapes de vehículos motorizados que usan diésel o gasolina como medios de combustible emiten compuestos potencialmente tóxicos que incluyen: (i) componentes gaseosos (CO, óxidos de nitrógeno, compuestos volátiles orgánicos), (ii) partículas (carbón orgánico y elemental, sulfatos y metales), (iii) nitroarenos e hidrocarburos aromáticos policíclicos distribuidos entre los gases y las partículas [1, 2]. Estudios epidemiológicos han demostrado que la exposición a estos compuestos puede causar enfermedades que van desde reacciones alérgicas y asma hasta enfermedades cardiovasculares y cáncer de pulmón [1, 3]. Desde una perspectiva de salud pública, el CO emitido por los vehículos [4] es de importancia debido a que está entre los principales contaminantes ambientales alcanzando cifras superiores al 80% en algunos países [5, 6]. Una vez inhalado, el CO se une a la hemoglobina generando COHb [7], la afinidad del CO por la hemoglobina es 210 veces superior que la afinidad del oxígeno y la COHb neoformada libera el CO muy lentamente causando una importante disminución en la

Rosas, Ochoa, Morillo, García, Andrade: Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control...

oxigenación tisular [4]. Esto podría explicar porque el CO es el agente causal de más del 50% de todas las intoxicaciones reportadas en la población general [8]. La exposición a CO puede ser aguda y crónica. Tras una exposición aguda que incremente los valores de COHb por encima del 20% [8], una persona sana experimenta síntomas como cefalea, disnea, confusión y nausea, si cesa la fuente de CO y aumenta la oxigenación del ambiente estos síntomas son reversibles [6, 9]. Sin embargo, cuando la COHb alcanza concentraciones superiores al 40% puede desencadenar convulsiones y coma; la muerte ocurre cuando las concentraciones son superiores al 60% [8]. Si bien el CO no se acumula en el organismo tras una exposición crónica, la anoxia persistente puede causar daños en sistema nervioso central (insomnio, alteraciones del comportamiento, síndrome de Párkinson) y en el miocardio, incrementando potencialmente el riesgo de padecer una enfermedad isquémica del corazón, arritmias ventriculares secundarias al ejercicio y angina inducida por el ejercicio [8, 10]. Se ha demostrado que ciertos trabajadores como los inspectores de motores, los mecánicos, los conductores de buses, camiones y taxis, los operadores de garajes y de estaciones de gasolina [11, 12] se encuentran en contacto continuo con las emisiones vehiculares provocando una alta exposición a CO [12]. Además es sabido que cuando los trabajos se realizan en lugares cerrados, es posible alcanzar la concentración letal de CO a los 10 minutos de estar expuesto a un vehículo encendido, esto explicaría por qué más de la mitad de las muertes secundarias a CO se atribuyen a la exposición a vehículos encendidos en garajes cerrados [8, 11, 13]. Concentraciones de COHb inferiores al VLB de 3.5% tras 8 horas de jornada laboral se consideran adecuadas entre este tipo de trabajadores [14, 15]. El riesgo de que estos trabajadores padezcan las afecciones crónicas anteriormente descritas luego de una exposición continua a CO varía en función del tiempo y la intensidad de la exposición [2, 16, 17], y probablemente su estado de salud y hábitos de fumar. Es así, que un estudio revela apenas un débil incremento en el riesgo de muertes secundarias a enfermedades cardiovasculares entre los inspectores de vehículos motorizados durante los 10 primeros años de exposición continua, sin embargo, el riesgo se incrementa notablemente luego de transcurridos los 10 años [18]. Asi mismo las concentraciones de COHb necesarias para producir alteraciones cardiacas como arritmias ventriculares secundarias al ejercicio son menores entre pacientes con enfermedades coronarias pre-existentes [8], y es sabido que las concentraciones de COHb son menores en los no fumadores comparados con los fumadores [19], Es así, que las concentraciones de COHb al laborar en alguno de los oficios altamente expuestos, podría ser mayor para los trabajadores que fuman y/o padecen alguna enfermedad cardiaca preexistente [16]. En la ciudad de Cuenca-Ecuador se dispone de dos CRVs, encargados de monitorear las emisiones vehiculares. En estos centros, los trabajadores laboran en lugares cerrados durante ocho horas diarias y el motor de los vehículos permanece encendido al momento de realizar la inspección [20]. Por lo tanto, estos trabajadores estarían potencialmente expuestos a concentraciones elevadas de CO. Al momento, existen escasos datos al respecto en nuestro país y no se ha realizado ningún estudio en los CRVs de Cuenca, conocer los niveles de exposición permitirá identificar puntos críticos con la finalidad de garantizar una menor exposición a CO y evitar complicaciones agudas y crónicas. Los objetivos de este estudio son comparar (i) las concentraciones de COHb al inicio y al final de la jornada laboral entre los trabajadores fumadores y no fumadores de los CRVs de Cuenca (Mayancela y Capulispamba), y, (ii) los %COHb con el VLB de 3.5% al final de la jornada laboral.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

2. Materiales y métodos En el presente estudio, de tipo no experimental, transeccional y exploratorio, participaron todos los trabajadores (n=55) de los CRVs Mayancela (n=30) y Capulispamba (n=25) de la Empresa de control vehicular DANTON. El estudio se llevó a cabo durante los meses de Febrero, Abril y Julio del año 2013. Los directivos de la empresa DANTON revisaron y aprobaron el estudio, y los trabajadores firmaron un consentimiento informado. 2.1.Características generales Las características generales de los trabajadores fueron recolectadas mediante una encuesta aplicada al inicio de la investigación (febrero de 2013). Se recolectó información respecto a: edad en años, género, lugar de residencia actual (urbano/rural), cargo que ocupan en la empresa (administrativos/inspectores de línea/conductores), años de antigüedad en la misma, hábitos de fumar (fumadores/no fumadores) y frecuencia de uso de equipo de protección respiratoria (siempre/a veces/nunca). Esta última variable se recolectó únicamente para el personal directamente expuesto a los vehículos (inspectores de línea y conductores). 2.2.Estimación del %COHb El %COHb se determinó a partir de muestras de sangre venosa (3.5mL), extraídas de los participantes en sus puestos de trabajo y almacenadas al vacío. Las muestras fueron tomadas al inicio (7h00) y al final de la jornada laboral (17h00) durante un día en la primera semana de los meses de febrero abril y julio de 2013. Inmediatamente después de su extracción, las muestras de sangre fueron analizadas en el laboratorio de Toxicología de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca por personal capacitado con amplia experiencia en análisis toxicológicos. El %COHb se estimó mediante las técnica de Microdifusión de Feldstein Klendshoj y de espectrofotometría [9, 21]. Los %COHb fueron comparados con los VLB para entornos laborales expuestos sugeridos por el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Porcentajes de COHb inferiores a 3.5% al final de la jornada laboral fueron considerados adecuados [15]. 2.3.Análisis Estadístico Los datos de los cuestionarios y los registros de %COHb de laboratorio fueron ingresados en Microsoft Excel 2010, el análisis estadístico se llevó a cabo mediante el programa Stata versión 12.0 (College Station, TX, USA). Las variables continuas y categóricas se reportaron como media aritmética (desviación estándar) y porcentajes respectivamente. Las diferencias en características generales como edad y años de antigüedad de los trabajadores entre los CRVs de Capulispamba y Mayancela y entre fumadores y no fumadores fueron evaluadas con la Prueba T para dos muestras. Diferencias en la proporción de hombres, uso de equipo de protección respiratoria, cargo de los trabajadores, lugar de residencia y proporción de fumadores (aplica solo para diferencias entre CRVs) se evaluaron con el test del Chi-cuadrado.

Rosas, Ochoa, Morillo, García, Andrade: Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control...

Tabla 3. Características generales de los trabajadores de los centros de revisión vehicular (CRV) del cantón Cuenca, ubicados en Capulispamba y Mayancela. Azuay - Ecuador 2013. Total (n=55)

CRV Capulispamba (n=25)

CRV Mayancela (n=30) 28.8 (6.5) 31.1 (6.9)

Valo rP

No fumadores (n=42) 29.7 (6.6)

Fumadores (n=13)

Valor P

Edad 30.0 0.22 b 30.8 (7.5) 0.62 b (media(DS)) (6.8) Años de 2.7 (1.9) 2.7 (1.8) 2.7 (1.9) 0.97 b 2.6 (1.7) 2.9 (2.3) 0.59 b servicio (media (DS)) Proporción de 85.5 92.0 80.0 0.21 c 81.0 100.0 0.09 c hombres (%) Fumadores 23.6 20.0 26.7 0.56 c (%) Protección 0.18 c 0.75 c a respiratoria Nunca (%) 4.7 5.0 4.6 3.5 7.7 A veces 66.7 80.0 54.6 65.5 69.2 (%) Siempre 28.6 15.0 40.9 31.0 23.1 (%) Puestos de 0.85 c 0.31 c trabajo Administra 34.6 28.0 40.0 40.5 15.4 tivos (%) 23.3 26.2 30.8 Inspectore 27.3 32.0 s de línea (%) Conductor 38.2 40.0 36.7 33.3 53.9 es (%) Lugar de 0.46 c 0.49 c residencia Urbano 54.6 40.0 50.0 42.9 53.9 (%) Rural (%) 45.5 60.0 50.0 57.1 46.2 n: número de datos, DS: desviación estándar, aUso de equipo de protección respiratoria: se excluyen los administrativos (N=42, NCapulispamba=20 NMayancela=22, Nno fuma=29, Nfuma=13), bvalores P calculados aplicando la Prueba T para dos muestras, cValores P calculados aplicando la Prueba del Chi-cuadrado.

Con el fin de reportar la exposición al CO relacionada únicamente con el ambiente de trabajo, los %COHb se analizaron por separado para fumadores y no fumadores. Para cada uno de estos grupos, los %COHb al inicio y al final de la jornada laboral se presentan de tres formas: (i) por separado por cada mes y para cada CRV (ii) como el promedio de las tres mediciones (Febrero, Abril y Julio) para cada CRV, y, (iii) como el promedio de los dos CRVs para cada mes de medición. Las diferencias entre el %COHb al inicio y final de la jornada laboral se evaluaron mediante la Prueba T para datos pareados. Las diferencias en el %COHb entre el CRV de Capulispamba y Mayancela se evaluaron mediante modelos de regresión lineal ajustados por la edad de los participantes, sus años de antigüedad, su cargo en la empresa, la proporción de hombres, el uso de equipo de protección respiratoria y el lugar de residencia con el fin de controlar los posibles factores de confusión. Finalmente, se usó la Prueba T de una cola para comparar los %COHb inicial y final de los CRVs con el VLB de 3.5% al final de la jornada laboral. Todos los análisis fueron realizados con un nivel de significancia del 5%. Los datos cumplieron los supuestos requeridos para todos los test estadísticos.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

3. Resultados Todos los trabajadores (n=55) participaron en el estudio. La Tabla 1 muestra sus características generales. No existieron diferencias estadísticamente significativas entre los trabajadores de Mayancela con los de Capulispamba o entre fumadores y no fumadores. La edad promedio de los trabajadores fue de 30±6.8 años. La mayoría de los trabajadores fueron hombres (85%), únicamente el 24% reportaron fumar y el 55% residían en el área urbana de la ciudad. En cuanto a las características laborales, la antigüedad de los trabajadores en la empresa fue de 2.8±1.9 años, la mayoría laboraban como conductores o inspectores de línea (65%), de los cuales únicamente el 23% reportaron el uso continuo de equipo de protección respiratoria. Carboxihemoglobina en no fumadores Resultados generales (promedio de las tres mediciones) El promedio de las tres mediciones de %COHb al final de la jornada laboral superó el promedio al inicio de la jornada tanto en el CRV de Capulispamba (P<0.001) como en el CRV de Mayancela (P<0.001) tal como se muestra en la Tabla 2. El %COHb al final de la jornada laboral superó estadísticamente el VLB únicamente en el CRV de Mayancela (4.12%, P<0.05). Sin embargo, al analizar en conjunto los datos de ambos CRVs las concentraciones al final de la jornada laboral (3.93%, P<0.05) sobrepasaron el VLB demostrando con esto la fuerte influencia de las concentraciones más elevadas entre los trabajadores de Mayancela en el resultado general (Tabla 2). Resultados por mes Durante los meses de febrero y julio no existieron diferencias en el %COHb entre los trabajadores de Capulispamba y Mayancela ni al inicio ni al final de la jornada laboral (Valor P para todas las comparaciones >0.05). Sin embargo, en el mes de abril el %COHb fue mayor entre los trabajadores de Mayancela tanto al inicio (P=0.004), como al final de la jornada laboral (P=0.008), como se muestra en la Tabla 2. Al comparar los valores de %COHb con el VLB al final de la jornada laboral, el %COHb superó estadísticamente los límites recomendados en el CRV de Capulispamba únicamente durante el mes de febrero (4.19%, P<0.05), mientras que en el CRV de Mayancela, el %COHb supero el VLB en el mes de abril (4.68% P<0.05). Al analizar en conjunto los datos de los dos CRVs, los %COHb superaron el VLB al final de la jornada laboral en los meses de febrero (4.06%, <0.05) y abril (4.17%, P<0.05), como se observa en la Tabla 2. Tabla 2. Concentraciones de Carboxihemoglobina en los trabajadores de los centros de revisión vehicular del cantón Cuenca ubicados en Capulispamba y Mayancela. Azuay - Ecuador 2013 (no fumadores).

Jornada Laboral Febrero 2010 Abril 2010 Julio 2010 Promedio de los 3 meses a

Inicio Final Inicio Final Inicio Final Inicio Final

CRV Capulispamba (n=20) %COHb Valor P b media (DS) 1.86 (0.77) <0.001 4.19 (1.40)* 1.77 (0.42) <0.001 3.61 (1.06) 1.74 (0.23) <0.001 3.40 (0.72) 1.78 (0.39) <0.001 3.73 (1.02)

CRV Mayancela (n=22) %COHb Valor P b media (DS) 1.83 (1.00) <0.001 3.93 (1.42) 2.42 (0.78) <0.001 4.68 (1.73)* 2.10 (0.67) <0.001 3.75 (1.29) 2.12 (0.76) <0.001 4.12 (1.38)*

Valor Pc

%COHb de los dos CRV d media (DS)

0.780 0.970 0.004 0.008 0.050 0.110 0.150 0.120

1.84 (0.89) 4.06 (1.40) * 2.10 (0.72) 4.17 (1.50) * 1.90 (0.54) 3.58 (1.06) 1.95 (0.63) 3.93 (1.22) *

Rosas, Ochoa, Morillo, García, Andrade: Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control...

DS: desviación estándar, %COHb: porcentaje de Carboxihemoglobina, CRV: centros de revisión vehicular, a Promedio de % COHb inicial y final considerando los tres puntos de monitoreo (Febrero, Abril y Julio 2013), b Valores P obtenidos a partir de Prueba T para datos pareados para comparar el %COHb al inicio de la jornada con el %COHb al final de la jornada, c Valores P obtenidos por modelos de regresión lineal para comparar los %COHb entre los CRVs ajustado por años de servicio, genero, uso de equipo de protección respiratoria y lugar de residencia, d Promedio de % COHb considerando los datos de los dos centros de revisión vehicular, * %COHb significativamente mayor (P <0.05) que el valor límite biológico (3.5%) dado por Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, valor P obtenido a partir de la prueba T de una cola. Tabla 3. Concentraciones de Carboxihemoglobina en los trabajadores de los centros de revisión vehicular del cantón Cuenca ubicados en Capulispamba y Mayancela. Azuay - Ecuador 2013 (solo fumadores).

Febrero 2010 Abril 2010

Inicio Final Inicio Final

CRV Capulispamba (n=5) %COHb Valor media (DS) Pb 2.31 (1.25) 0.0021 4.90 (0.82)* 1.95 (0.62) <0.001 4.02 (0.45)*

Julio 2010

Inicio Final Inicio Final

2.03 (0.49) 3.69 (0.76) 2.10 (0.71) 4.20 (0.66)*

Jornada laboral

Promedio de los 3 meses a

<0.001 <0.001

CRV Mayancela (n=8) %COHb media (DS) 3.27 (0.72) 5.61 (0.97)** 3.84 (0.61) 6.58 (1.09)**

Valor Pb <0.001

2.92 (0.67) 4.81 (1.17)* 3.35 (0.61) 5.67 (0.82)**

<0.001

Valor Pc 0.15 0.13 0.003 <0.00 1 0.06 0.13 0.02 0.01

%COHb de los dos CRV d media (DS) 2.90 (1.03) 5.34 (0.95)** 3.11 (01.24) 5.60 (1.57)** 2.60 (0.74) 4.38 (1.15)* 2.86 (0.88) 5.10 (1.04)**

DS: desviación estándar, %COHb: porcentaje de Carboxihemoglobina, CRV: centros de revisión vehicular, a Promedio de % COHb inicial y final considerando los tres puntos de monitoreo (Febrero, Abril y Julio 2013), b Valores P obtenidos a partir de Prueba T para datos pareados para comparar el %COHb al inicio de la jornada con el %COHb al final de la jornada, c Valores P obtenidos por modelos de regresión lineal para comparar los %COHb entre los CRVs ajustado por años de servicio, genero, uso de equipo de protección respiratoria y lugar de residencia, d Promedio de % COHb considerando los datos de los dos centros de revisión vehicular, ** % COHb significativamente mayor (P <0.001) que el valor límite biológico (3.5%) dado por Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, valor P obtenido a partir de la prueba T de una cola, * %COHb significativamente mayor (P <0.05) que el valor límite biológico (3.5%) dado por Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, valor P obtenido a partir de la prueba T de una cola.

Carboxihemoglobina fumadores Resultados generales (promedio de las tres mediciones) El promedio de las tres mediciones de %COHb al final de la jornada laboral superó el promedio al inicio de la jornada tanto en el CRV de Capulispamba (P<0.001) como en el CRV de Mayancela (P<0.001) tal como se muestra en la Tabla 3. El promedio de %COHb al inicio (P=0.02) y final (P=0.01) de jornada en Mayancela fue mayor al de Capulispamba. El %COHb al final de la jornada laboral supero estadísticamente el VLB en ambos CRVs (Capulispamba: 4.2%, P<0.05, Mayancela: 5.7% P<0.001, promedio de ambos CRV: 5.1% P<0.001) (Tabla 3). Resultados por mes Durante los meses de febrero y julio no existieron diferencias en el %COHb entre los trabajadores de Capulispamba y Mayancela ni al inicio ni al final de la jornada laboral (Valor P para todas las comparaciones >0.05). Sin embargo, en el mes de abril el %COHb fue mayor entre los trabajadores de Mayancela tanto al inicio (3.8% vs 1.95%, P=0.003),

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

como al final de la jornada laboral (6.6% vs 4.0%, P<0.001), como se muestra en la Tabla 3. Al comparar los resultados con el VLB, se observa que, exceptuando el %COHb de febrero en Capulispamba, los %COHb al final de la jornada de todos los meses en ambos CRV superaron los límites recomendados (3.5%). De igual manera, al analizar en conjunto los datos de los dos CRVs, los promedios de %COHb al final de la jornada laboral superaron el VLB en todos los meses (Tabla 2). 4. Discusión El presente estudio muestra que las concentraciones de %COHb aumentaron del inicio al final de la jornada laboral en los trabajadores de ambos CRVs. Adicionalmente, se reporta que los %COHb en sangre superaron el VLB de 3.5% al final de la jornada laboral, sobre todo en Mayancela. Finalmente, se evidenció que el grupo de fumadores superó fuertemente el VLB, y que el promedio de %COHb tanto al inicio como al final de la jornada de los trabajadores que tienen el hábito de fumar fue mucho mayor que los porcentajes reportados para el grupo de no fumadores El aumento del %COHb del inicio al final de la jornada laboral es un hecho esperable, debido a la constante exposición al CO en el ambiente de trabajo [11, 12]. Este hallazgo ha sido reportado anteriormente entre trabajadores en entornos similares a los CRVs, por ejemplo, el %COHb aumentó del inicio al final de la jornada laboral entre los trabajadores en lavadoras de vehículos ubicadas en entornos cerrados [11] y entre operadores de gasolineras [22]. No hemos encontrado estudios entre inspectores de los motores de los vehículos que reporten mediciones de %COHb al inicio y al final de la jornada laboral. Sin embargo, encontramos un estudio realizado en un CRV en Quito que realizó mediciones únicamente al inicio de la jornada laboral; podemos apreciar que mientras las concentraciones de %COHb no superaron el VLB al inicio de la jornada laboral entre los trabajadores de Cuenca (2%), si lo hicieron entre los trabajadores de Quito (3.8%) [23]. Estas diferencias podrían deberse a la mayor contaminación por emisiones vehiculares de partículas que existe en la capital (Quito: 19mg/m3 vs Cuenca: 8mg/m3) [20, 23] o a variaciones en la dispersión del CO secundarias a las condiciones meteorológicas de cada ciudad [24] que pueden producir cambios en el tiempo de exposición al CO. En términos generales los CRVs de Cuenca sobrepasan el VLB de 3.5% al final de la jornada en los no fumadores, sin embargo un análisis más detallado muestra que únicamente el CRV de Mayancela sobrepasa el VLB. La mayor exposición en el centro de Mayancela podría deberse a diferencias estructurales de los centros y a diferencias en el tipo de vehículos que se revisan. EL CRV de Mayancela está edificado sobre un terreno con pendiente ubicado en una zona poblada con tráfico vehicular considerable, mientras que el CRV de Capulispamba se encuentra en un terreno plano, despoblado, junto a un río [20]. Además, en Mayancela, se atienden vehículos livianos y pesados, mientras que en Capulispamba se revisan únicamente vehículos livianos. Es sabido que los vehículos pesados utilizan con mayor frecuencia el diésel como combustible incrementando la densidad del aire y enlenteciendo su dispersión por lo que el CO- aire ambiente podría permanecer más tiempo en la zona de trabajo [17, 25]. Esto sumado a las diferencias estructurales, podría explicar las mayores concentraciones del %COHb entre los trabajadores de Mayancela. El riesgo de que estos trabajadores padezcan las afecciones crónicas secundarias a la exposición continua a CO varía en función del tiempo de exposición [2, 16, 17]. El

Rosas, Ochoa, Morillo, García, Andrade: Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control...

promedio de antigüedad de los trabajadores en la empresa fue inferior a los tres años y los trabajadores con mayor antigüedad ocupan cargos administrativos. Esta información sugiere que los trabajadores de la empresa tienen pocas probabilidades de incrementar considerablemente el riesgo de muerte relacionado con enfermedades cardiovasculares que aparece luego de 10 años consecutivos de exposición [18]. Sin embargo, el CO, no es el único componente tóxico de las emisiones vehiculares, estudios han encontrado una asociación consistente entre las concentraciones de partículas como carbón elemental y cáncer de pulmón, tal como sucede con el CO, el riesgo también aumenta con el tiempo de exposición [17]. Existe además evidencia de que el riesgo de desarrollar cáncer de pulmón es mayor para emisiones de diésel que para emisiones de gasolina (aumento de riego de entre 15%-70%) [25]. Por lo tanto, es recomendable modificar los sistemas de ventilación e intensificar los controles para asegurar el uso de equipos de protección respiratoria de acuerdo a los normas de seguridad industrial entre los trabajadores con mayor énfasis en el CRV de Mayancela [20]. El hábito de fumar y enfermedades preexistentes pueden también estar asociadas con la aparición de complicaciones crónicas. Es sabido que los fumadores están expuestos a CO proveniente del cigarrillo [19] y presentan niveles más altos de hemoglobina que por lo tanto se une a mayores cantidades de CO en comparación con los no fumadores [26], es así, que en nuestro estudio, el CO del humo de cigarrillo es responsable de mayores niveles de COHb en el grupo de fumadores tanto al inicio y final de la jornada en comparación con los no fumadores. Esto conjuntamente con los efectos nocivos de otros compuestos del cigarrillo como la nicotina incrementa el riesgo de sufrir alteraciones en el sistema cardiorrespiratorio [27]. En este contexto y con el fin de disminuir el riesgo de mortalidad a causa de cáncer, enfermedades cardiovasculares y respiratorias [28] es importante aplicar programas que desincentiven el hábito de fumar en los trabajadores de los CRVs de Cuenca. Igualmente importante es la aplicación de protocolos específicos de seguridad industrial entre todos los trabajadores que incluyan la realización de exámenes clínicos (semestrales) con orientación cardiológica y neurológica, así como medidas y criterios para la vigilancia médica [20]. Estudios similares podrían realizarse en otros CRVs del país así como en otros puestos laborales altamente expuestos a los gases de combustión de diésel o gasolina, por ejemplo en algunos sectores industriales (minería, construcción, fábricas), en termoeléctrica, en talleres mecánicos (pequeños y grandes), gasolineras, terminales terrestres e incluso en vendedores ambulantes. Futuros estudios también debería analizar la exposición a otras sustancias de naturaleza genotóxica presentes en las emisiones de diésel y gasolina, como carbón elemental y nitroarenos [25]. Las principales fortalezas de este estudio son: primero, se consideró el universo de los trabajadores de los dos CRVs, segundo, se utilizó el biomarcador %COHb para evaluar objetivamente la exposición al CO al inicio y al final de la jornada laboral [17], y finalmente, la investigación se llevó a cabo bajo la aprobación de la empresa DANTON que en todo momento ha demostrado su interés en determinar el riesgo laboral de sus empleados para mejorar sus condiciones de trabajo. Esta apertura de la empresa DANTON permitió realizar una evaluación completa de exposición al CO en los trabajadores y facilitó que la empresa intensificara sus controles del uso de equipo de protección respiratoria (únicamente el 30% de los trabajadores reportaron el uso continuo del equipo de protección respiratoria) y mejorar sus sistemas de ventilación. La principal limitación de este estudio es que éste no permite establecer causalidad de los resultados, este solo se limita a evaluar asociaciones debido a la naturaleza descriptiva del mismo. Una segunda limitación es que debido a los costos económicos de los análisis de laboratorio, las muestras de sangre se aplicaron solamente

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

una vez al mes lo que impide evaluar variaciones del %COHb de a acuerdo a los niveles de CO-aire ambiente. Finalmente, los resultados presentados no se pudieron ajustar por la presencia o no de factores de riesgo cardiovasculares, enfermedades respiratorias y características de la exposición al humo de cigarrillo (fumador activo, pasivo, años de exposición, etc.) debido a que no se realizó una recolección de la historia clínica de los participantes y no se midieron otros biomarcadores de importancia en emisiones vehiculares. 5. Conclusiones El %COHb al final de la jornada laboral fue mayor que el %COHb al inicio del día de trabajo. Los trabajadores del CRV de Mayancela y aquellos que fuman en los dos CRVs Mayancela y Capulispamba presentan %COHb mayores al VLB. Es recomendable que se realicen nuevas evaluaciones de la exposición al CO en los CRVs de Cuenca debido a que la empresa DANTON ha intensificado sus controles para optimizar sus sistemas de ventilación y asegurar el uso de equipo de protección respiratoria. Se recalca que es un estudio exploratorio con fines académicos. Agradecimiento A la empresa DANTON por su predisposición no solo en el desempeño de esta investigación sino también por su interés en conocer los resultados y adoptar las recomendaciones sugeridas. A los trabajadores de la empresa por su participación. Referencias [1] D. Rengaraj, W. Kwon y M. Pang, <<Effects of motor vehicle exhaust on male reproductive function and associated proteins>>, Journal of proteome research, vol. 14, pp. 22-37, Enero 2014. [2] L. Benbrahim-Tallaa, R. Baan, Y. Grosse, B. Lauby-Secretan, F. El Ghissassi, V. Bouvard, et al., <<Carcinogenicity of diesel-engine and gasoline-engine exhausts and some nitroarenes>>, The Lancet Oncology, vol. 13, pp. 663-664, Junio 2012. [3] F. Laden, D. Loomis, G. Hamra, M. Brauer, O. Raaschou-Nielsen y A. Cohen, <<Lung cancer and exposure to nitrogen dioxide and traffic: a systematic review and meta-analysis>>, Environmental Health Perspectives, Apr 2015. [4] L. Prockop and R. Chichkova, <<Carbon monoxide intoxication: an updated review>>, Journal of the neurological sciences, vol. 262, pp. 122-130, Nov 2007. [5] J. Téllez, A. Rodríguez y Á. Fajardo, <<Contaminación por monóxido de carbono: un Problema de Salud Ambiental>>, Revista de salud pública, vol. 8, pp. 108-117, Apr 2006. [6] M. Peña, C. Arroyave, J. Aristizábal y U. Gómez, <<Toxicología clínica>>, Arroyave CL Intoxicación por inhibidores de colinesterasa, 1ª edición Medellín, Colombia: Corporación para investigaciones biológicas, pp. 115-123, 2010. [7] C. Venditti, R. Casselman y G. Smith, <<Effects of chronic carbon monoxide exposure on fetal growth and development in mice>>, BMC Pregnancy Childbirth, vol. 11, p. 101, Diciembre 2011. [8] S. Omaye, <<Metabolic modulation of carbon monoxide toxicity>>, Toxicology, vol. 180, pp. 139-150, Nov 2002. [9] G. Oliu, S. Nogué y Ò. Miró, <<Intoxicación por monóxido de carbono: claves fisiopatológicas para un buen tratamiento>>, Emergencias, vol. 22, Mar 2010. [10] L. Kao y K. Nanagas, <<Toxicity associated with carbon monoxide>>, Clinics in laboratory medicine, vol. 26, pp. 99-125, Mar 2006. [11] H. Topacoglu, S. Katsakoglou y A. Ipekci, <<Effect of exhaust emissions on carbon monoxide levels in employees working at indoor car wash facilities>>, Hippokratia, vol. 18, p. 37, Jan 2014. [12] M. Lewné, N. Plato y P. Gustavsson, <<Exposure to particles, elemental carbon and nitrogen dioxide in workers exposed to motor exhaust>>, Annals of occupational hygiene, vol. 51, pp. 693-701, Nov 2007.

Rosas, Ochoa, Morillo, García, Andrade: Exposición a Monóxido de Carbono en trabajadores de control...

[13] G. Kocasoy and H. Yalin, <<Determination of carboxyhemoglobin levels and health effects on officers working at the Istanbul Bosphorus Bridge>>, Journal of Environmental Science and Health, Part A, vol. 39, pp. 1129-1139, Dec 2004. [14] ACGIH. (2005, 26/09/2015). Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices. Available: http://www.acgih.org/ [15] Ministerio de Empleo y Seguridad Social e Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT), Límites de Exposición Profesional para Agentes Químicos en España 2013. España: INSHT, 2013. [16] A. Ilar, M. Lewné, N. Plato, J. Hallqvist, M. Alderling, C. Bigert, et al., <<Myocardial infarction and occupational exposure to motor exhaust: a population-based case–control study in Sweden>>, European journal of epidemiology, vol. 29, pp. 517-525, Jul 2014. [17] IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. (2012). Diesel and gasoline engine exhausts and some nitroarenes [online]. Available: http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol105/mono105.pdf [18] F. Stern, R. Lemen y R. Curtis, <<Exposure of motor vehicle examiners to carbon monoxide: a historical prospective mortality study>>, Archives of Environmental Health: An International Journal, vol. 36, pp. 59-66, Mar-Apr 1981. [19] A. Buha, A. Vaseashta, Z. Bulat y V. Matović, <<Carboxyhemoglobin in Blood of Smokers and Nonsmokers Determined by Gas Chromatography with Thermal Conductivity Detector>>, Advanced Sensors for Safety and Security, ed. Springer, pp. 163-171, 2013. [20] R. Rosas, <<Riesgo toxicológico del monóxido de carbono en el ambiente laboral de la Empresa Consorcio revisión vehicular Danton-Cuenca>>, Universidad de Cuenca, Cuenca-Ecuador, 2014. [21] J. Romero and J. Espinoza, <<Determinación sanguínea de monóxido de carbono en residentes del centro histórico de la ciudad de Cuenca y comparación con la concentración de CO en el aire ambiente>>, Universidad de Cuenca, Cuenca-Ecuador, 2011. [22] V. Durán Castro, <<Determinación de carboxihemoglobina al inicio y final de jornada laboral en trabajadores de estaciones de servicio-gasolineras de la zona sur-oeste de la ciudad de Cuenca>>, Universidad de Cuenca, Cuenca-Ecuador, 2015. [23] E. Muñoz, <<Gestión de riesgos presentes en el proceso de revisión técnica vehicular en el distrito metropolitano de Quito y determinación de acciones preventivas correctivas>>, Escuela Politécnica del Norte, Quito-Ecuador, 2011. [24] C. Villón Zambrano, S. Ullauri y P. Padilla, Plan Nacional de Calidad del Aire, 2010. Disponible en: http://www.ambiente.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2012/10/libro-calidad-aire-1-final.pdf [25] L. Benbrahim-Tallaa, R. Baan, Y. Grosse, B. Lauby-Secretan, F. El Ghissassi, V. Bouvard, et al., <<Carcinogenicity of diesel-engine and gasoline-engine exhausts and some nitroarenes>>, Lancet Oncol, vol. 13, pp. 663-4, Jul 2012. [26] A. Goel, D. Deepak y N. Gaur, <<Study of relationship of tobacco smoking with haemoglobin concentration in healthy adults>>, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Sciences©(JPBMS), vol. 1, Dec 2010. [27] N. Layoun, N. Saleh, B. Barbour, S. Awada, S. Rachidi, A. Al-Hajje, et al., <<Waterpipe effects on pulmonary function and cardiovascular indices: a comparison to cigarette smoking in real life situation>>, Inhal Toxicol, vol. 26, pp. 620-7, Aug 2014. [28] A. Alberg, D. Shopland y K. Cummings, <<The 2014 Surgeon General's report: commemorating the 50th Anniversary of the 1964 Report of the Advisory Committee to the US Surgeon General and updating the evidence on the health consequences of cigarette smoking>>, Am J Epidemiol, vol. 179, pp. 403-12, Feb 2014.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

NORMAS PARA PUBLICAR EN LA REVISTA DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS DE LA UNIVERSIDAD DE CUENCA - ECUADOR 1. Podrán ser publicados todos los trabajos realizados por investigadores nacionales o extranjeros, para esto los trabajos deben cumplir con los criterios de calidad científica y las normas editoriales requeridas por la revista. 2. La revista de la Facultad de Ciencias Químicas (RFCQ) de la universidad de Cuenca, publica estudios relacionados con las Ciencias de la Ingeniería Química, Ingeniería Ambiental, Ingeniería Industrial, Bioquímica y Farmacia, Formación en Ingeniería y las relacionas con las Ciencias de la Vida y Producción. 3. Tipos de Trabajos: 3.1. Artículo de investigación científica o desarrollo tecnológico inédito con un máximo de veinte (20) páginas. Documento que presenta, de manera detallada, los resultados originales de proyectos terminados de investigación. La estructura global del artículo puede tener los siguientes partes: título, resumen, introducción, métodos y materiales, resultados, discusión, conclusiones y referencias. 3.2. Artículo de revisión o estado del arte con un máximo de veinte y cinco (25) páginas. Documento resultado de una investigación documental donde se analizan, sistematizan e integran los resultados de investigaciones publicadas o no publicadas, sobre un campo en ciencia o tecnología, con el fin de dar cuenta de los avances y las tendencias de desarrollo. Para poder presentar el trabajo uno de los autores debe demostrar ser un experto en el área, además el número de referencias deben ser representativas con un mínimo de 75% publicables en los últimos 5 años, el trabajo debe tener mínimo 60 referencias bibliográficas. 3.3. Artículo de avance o actualización con un máximo de diez (10) páginas. Documento breve que presenta resultados originales preliminares o parciales de una investigación científica o tecnológica, que por lo general requieren de una pronta difusión. 3.4. Reporte de caso y/o nota técnica con un máximo de ocho (8) páginas. Documento que presenta los resultados de un estudio sobre una situación particular con el fin de dar a conocer las experiencias técnicas y metodológicas consideradas en un caso específico. Incluye una revisión sistemática comentada de la literatura sobre casos análogos. 3.5. Artículos invitados y comunicaciones al editor con un máximo de ocho (8) páginas. Importante: Los artículos de: revisión, avance, actualización, reporte de caso y notas técnicas podrán tener la siguiente estructura: título, introducción, desarrollo, discusión, conclusiones y referencias. 4. La RFCQ publica trabajos originales e inéditos en español e inglés; o trabajos extendidos de congresos de relevancia científica y académica. 5. Todo artículo será sometido a un proceso de arbitraje; la evaluación del artículo se hará conforme a criterios de originalidad, pertinencia, actualidad, aportes, rigurosidad científica y cumplimiento de las normas editoriales establecidas.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

6. Por tratarse de una publicación arbitrada por “doble ciego”, el Consejo Editorial aprueba su publicación en base al concepto de pares especializados externos a la Universidad de Cuenca. La recepción de un trabajo no implica compromiso de publicación. 7. Es indispensable presentar una carta dirigida al Consejo Editorial autorizando a la RFCQ la publicación de la investigación, dando fe de la originalidad y de ser autor de la misma. Además, debe consignar constancia o credencial de la adscripción a la Universidad o centro de investigación, tal como lo indica en el trabajo. 8. Como reconocimiento a su aporte, a cada autor se le remiten dos ejemplares de la edición en caso de estar dentro de Ecuador, para los autores que están fuera de Ecuador se les enviará su trabajo escaneado y se les emitirá una carta que su trabajo fue publicado en la RFCQ. 9. Para someter el trabajo a las RFCQ se debe remitir a: <revista.ccquimicas@ucuenca.edu.ec> o <silvana.donosom@ucuenca.edu.ec > como confirmación de la recepción se asignará un código al trabajo, mismo que servirá para el seguimiento y futuras comunicaciones. 10. El autor o autores del trabajo deben adjuntar una lista de cinco posibles revisores indicando el nombre y el correo electrónico de cada uno. 11. El tiempo de respuesta del comité editorial sobre el trabajo presentado es en promedio de 16 semanas. 12. El sitio de consulta de ediciones anteriores de la revista es: http://www.ucuenca.edu.ec/ojs/index.php/quimica/issue/archive 13. El envío de cualquier original ha de ser perfectamente legible en Microsoft Word. 14. El orden a general a seguir para la redacción del trabajo es el siguiente: título, resumen (en español e inglés), introducción, métodos y materiales, parte experimental, resultados, discusión de resultados y conclusiones, agradecimiento y referencias bibliográficas. 15. En las RFCQ a partir de la revista número once se usará la guía de estilo o formato IEEE (norma del Institute of Electrical and Electronics Engineers). 16. Para la presentación de trabajos se deben seguir el formato y orden establecido en la plantilla para presentar los trabajos en la Revista de la Facultad de Ciencias Químicas.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Plantilla para presentar los trabajos en la Revista de la Facultad de Ciencias Químicas Nombre 1 Apellido 11, Nombre 2 Apellido 21, Nombre 3 Apellido 32 1

Afiliación institucional Universidad de Cuenca, correodelprofesor@ucuenca.edu.ec 2 Afiliación institucional Universidad dos, correodelprofesor@udos.edu.dos Recibido: dd-mm-aa. Aceptado después de revisión: xx-xx-xxxx Resumen: En este documento se detallan las instrucciones para que los autores presenten los trabajos en formato de artículo de revista científica. Se presenta el formato de publicación, tamaños y tipos de fuente, las indicaciones para presentar ecuaciones, figuras, tablas, citas, referencias y anexos. Los autores deben seguir las indicaciones para mantener el esquema de publicación. La presente sección es para indicar en un resumen el contenido del trabajo haciendo énfasis en los objetivos, el alcance y los resultados, para que los lectores puedan determinar si el trabajo completo es de su interés. El resumen debe escribirse de tal forma que se entienda de lo que trata el documento completo y los aportes del trabajo. Debe contener de 150 a 200 palabras y no debe incluir ecuaciones, referencias o acrónimos poco usuales. Para el texto usar alineación justificada con fuente Times New Roman en tamaño 10. Use este documento de instrucciones como plantilla en Microsoft Word. No borre la línea que se encuentra inmediatamente antes del resumen; esto define el salto de sección. Palabras claves: Incluya aquí las palabras claves que tienen relación con el contenido o enfoque del trabajo. Las palabras claves serán mínimo tres y máximo seis, se citarán en orden alfabético, separadas por comas y en la palabra clave final un punto. Abstract: El resumen en inglés, con el mismo formato del resumen en español. Keywords: las palabras claves en inglés con el mismo formato de español.

1. Introducción Este documento es una plantilla en Microsoft Word para la preparación de trabajos en formato de artículo. Incluye una descripción de las fuentes y espaciados. Si es necesario puede consultar guía de estilo o formato IEEE (norma del Institute of Electrical and Electronics Engineers) para citar y referenciar la bibliografía. Lea detenidamente las indicaciones y en caso de alguna duda puede escribir a la dirección de correo revista.ccquimicas@ucuenca.edu.ec

1.1 Indicaciones para preparar el trabajo El trabajo deber tratar de respetar el número de páginas establecidas en las “Normas para publicar en la revista de la facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Cuenca Ecuador” Encabezado • Título • Autores y su afiliación institucional con referencia al final de la primera hoja • Resumen en español • Palabras clave en español Cuerpo del trabajo • Introducción o Fundamentación y justificación

Apellido 1, Apellido 2, Apellido 3: Título del trabajo

•

• • • • • • • •

o Definiciones o Revisión de la literatura o Formulación de objetivos y establecimiento de hipótesis Materiales, fuentes y métodos o Recopilación de datos o Tratamiento de las variables o Método para el análisis estadístico Resultados Discusión Conclusiones Agradecimientos Referencias bibliográficas Material adicional Elementos gráficos Tablas

2. Materiales y métodos Las secciones de introducción, materiales y métodos, resultados, discusión y conclusiones son las secciones recomendadas pero puede estructurarse de otra manera según el tipo de trabajo. En esta sección es importante que se tenga en cuenta las siguientes pautas. - ¿Cómo se realizó la recopilación de datos? Esto incluye una descripción de la población de estudio, del método de selección de la muestra, de los procedimientos, de los equipos, de los reactivos, de los programas de computación y de todo el material utilizado en la recolección de datos de tal forma que se pueda replicar el estudio. Tratamiento de las variables: describir las variables que serán utilizadas como los resultados. Las variables descritas deben estar en función de los objetivos del estudio. ¿Qué tipo de método de análisis estadístico utilizo? los métodos cuantitativos deberán ser seleccionados en función de los objetivos del estudio y del tipo de variables. Los análisis estadísticos deben ser descritos de forma clara, concisa y colocar las referencias bibliografías en las que se basa. Se debe señalar el programa utilizado. De aquí en adelante en la sección materiales y métodos de esta plantilla se explica cada una de las partes del manuscrito y como elaborarlo. 2.1 Configuración de la página El contenido del trabajo debe ser redactado en un tamaño de página ISO A4 (210 x 297 mm). Los márgenes deben ser: superior e inferior de 25 mm, izquierdo y derecho 30 mm, el texto debe estar justificado totalmente.

2.2 Título principal El título principal del trabajo de la primera página debe estar centrado y con fuente Times New Roman tamaño 18 y con formato de negrita, la primera letra del título en mayúscula igual las letras principales del título.

2.3 Nombre de autores y afiliaciones Los nombres de los o el autor(a) deben estar centrados debajo del título y con fuente Times New Roman tamaño 10, como se indica en al inicio de este documento.

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Se escribirá primero el nombre y luego el apellido. En el caso de que el artículo tenga más de un autor, los nombres estarán separados por comas de manera que en lo posible todos los nombres de los autores estén en una sola línea. En la línea de los autores no debe constar ningún título profesional como: Ing, MSc, Mgtr, PhD, Dr. En la línea siguiente de autores se indicarán los datos de: Facultad, universidad y correo de contacto. Utilizar fuente Times New Roman 12. 2.3 Títulos de primer nivel El primer nivel corresponde al del título de cada sección, debe estar alineado a la izquierda, con numeración arábiga y la primera letra del título con mayúscula y el resto minúsculas. Debe presentarse con fuente Times New Roman tamaño 12 y con formato de negrita. Use un punto "." después del número del título. Dejar un salto de línea entre el título y el texto. 2.4 Títulos de segundo nivel Un título de segundo nivel corresponde al subtítulo y es como el que está leyendo. Estos títulos deben estar con Times New Roman en tamaño 12 y con formato cursiva. La primera letra debe estar en mayúscula, con alineación a la izquierda como en este párrafo. Dejar un salto de línea entre el título y el texto. 2.4.1 Títulos de tercer nivel Un título de tercer nivel corresponde a un subtema de un título de un segundo nivel. Para estos títulos deben estar con Times New Roman en tamaño 12 y con formato cursiva. La primera letra debe estar en mayúscula, con alineación a la izquierda como en este párrafo. El texto abajo del título de tercer nivel debe estar inmediatamente después del encabezado sin saltos de línea entre el título y el texto. 2.5 Texto principal Escriba el texto principal con la fuente Times New Roman tamaño 12, espaciado sencillo. No se debe adicionar ninguna línea en blanco entre los párrafos. El texto deberá estar totalmente justificado. 2.6 Figuras, tablas, ecuaciones, unidades, abreviaturas, otras consideraciones y recomendación antes de entregar. 1) Figuras: todas las figuras deben estar centradas en la página. En la Figura 1 se muestra un ejemplo del cómo se debe presentar las figuras en el artículo. El título de la figura se coloca en la parte inferior de la misma y debe ser con fuente Times New Roman tamaño 10 y con formato de cursiva. El título de la figura debe tener mayúscula en la primera palabra. Para identificar a la figura se escribe “Figura” y un número de secuencia Figura 1., Figura 2… después del número de secuencia de la figura terminar en punto “.” Saltar dos espacios y seguir con el nombre de la figura centrado, si la descripción se extiende más de una línea el texto se debe mostrar de forma centrada y al final del nombre un punto “.”. La figura debe tratar de colocarse en la parte inferior o superior de cada página.

Apellido 1, Apellido 2, Apellido 3: Título del trabajo

Ejemplo de figura Figura 8. Ejemplo de figura.

Una figura grande puede colocarse en la parte superior o inferior de la página pero no debe sobrepasar los márgenes. Si la figura posee dos partes incluya los indicativos “(a)” y “(b)” en la parte inferior de cada gráfico como el ejemplo de la Figura 2. Debe verificar que las figuras que se encuentren en el trabajo se citen en el texto principal, de preferencia llamar en el texto primero a la figura luego indicarla.

Figura 29. (a) Ejemplo primera figura; (b) segunda figura.

Las figuras o ilustraciones de preferencia se deben utilizar a blanco y negro con una resolución adecuada de manera que la figura se pueda apreciar con claridad en el documento. No utilice figuras de baja resolución porque empobrece la calidad del artículo, en caso de ser necesario para la interpretación puede ocupar figuras a color, las figuras no deben tener bordes externos. Dejar un salto de línea en la parte inferior y superior entre el texto y la figura. 2) Tablas: coloque las tablas al inicio o al final de la hoja. El título de la tabla se coloca en la parte superior de la misma y debe ser con fuente Times New Roman, tamaño 10 y con formato de cursiva. El título de la tabla debe tener mayúscula solamente en la primera palabra. El título de la tabla se utiliza centrado en la página. Para identificar se escribe “Tabla” y un número de secuencia Tabla 1. , Tabla 2. … después del número debe terminar en punto “.” y seguir dos espacios para colocar el nombre. En caso de necesitar realizar alguna explicación o aclaración en la tabla se puede utilizar superíndices y debajo de la tabla con notas de pie indicados los superíndices ordenados alfabéticamente con letras minúsculas la explicación, para esto utilizar Times New Roman, tamaño 10. Tabla 1. Tamaños de fuente y usos.

Tamaño de letra

USO a

Datos del autor, título de texto de tablas, figuras y texto del resumen y referencias.

10 12

Resumen, palabras clave Texto del artículo b Títulos de segundo y tercer orden Títulos de primer nivel

12 12

Título principal a

Para aclaración uno, b Para aclaración dos

La tabla debe tratar de colocarse en la parte inferior de cada página. Una tabla grande puede colocarse en la parte superior o inferior de la página pero no debe sobrepasar los márgenes. Al momento de realizar la tabla seguir el modelo de bordes de la Tabla 1. Deje un salto de línea en la parte inferior y superior entre la tabla y el texto. 90

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

3) Ecuaciones: para generar las ecuaciones utilice el editor de ecuaciones de Microsoft Word u otro editor. Enumere las ecuaciones consecutivamente colocando la numeración entre paréntesis con los números de la ecuación en paréntesis contra el margen derecho. La ecuación debe estar alineada a la izquierda. Tratar de hacer las ecuaciones compactas, para esto utilizar las consideraciones matemáticas apropiadas. Use los paréntesis para evitar las ambigüedades en los denominadores. Para la multiplicación no emplear el símbolo “x” o “*”, se sugiere utilizar paréntesis “(a)(b)”, cuando se refiera a la ecuación en el texto hágalo indicando el texto ecuación y el número “ecuación (1)” y no a “(1),” o “Ec. (1)”. Asegúrese de que los símbolos en las ecuación estén definidos antes de aparecer la ecuación o inmediatamente después. Ponga en cursiva los símbolos (T podría referirse a la temperatura, pero T es la unidad Tesla). Dejar un salto de línea en la parte inferior y superior entre el texto y ecuación, similar condición entre ecuaciones. El tipo de letra para los símbolos y números que se sustituya en las ecuaciones es Cambria Math tamaño 12 y formato cursiva, es el formato que se obtiene con el editor de ecuaciones de Microsoft Word, el número en paréntesis que indica la enumeración de la ecuación es en Times New Roman tamaño 12. Para facilitar la edición de la ecuaciones se recomienda generar una tabla y dentro de ella escribir la ecuación y la numeración, luego ocultar los bordes de la tabla. y

Ecuación (1)

Donde r es el radio del círculo en mm y A el área en mm2. { > %o + A&{ = | E M o ~ A{0~ }

Ecuación (2)

~•P

Ecuación (3)

%A o + ] & = AG A o Otra opción cuando son varios símbolos es: 1 y = ]ℎ 2

Ecuación (4)

Donde: A = área de un triángulo en mm2 b = base del triángulo en mm h = altura del triángulo en mm Unidades: las unidades recomendadas son las del Sistema Internacional de Unidades (SI). Las unidades del sistema inglés pueden emplearse como unidades secundarias pero indicando en paréntesis. 5) Abreviaturas: las abreviaturas y acrónimos que no sean comunes se deben definir la primera vez que aparecen en el texto, incluso si ya se han definido en el resumen. No utilizar abreviaturas en el título a menos que sea inevitable. 6) Otras consideraciones: Use un cero antes de los decimales: “0.25” no “.25” Use “cm3,” La abreviación para “segundos” es “s,” no “seg.”

Apellido 1, Apellido 2, Apellido 3: Título del trabajo

No mezcle los nombres completos y abreviaciones de unidades. Al expresar un rango de valores, escriba “7 a 9” o “7-9,” no “7~9.” Para una mejor guía de las unidades, respetar la simbología ISO. 7) Recomendación antes de entregar: Es importante verificar la ortografía, sería adecuado que un(a) colega lea el trabajo para que le presente recomendaciones antes de entregarlo. 3. Resultados y/o Discusión Estos dos apartados pueden aparecer juntos, según el tipo de trabajo puede no existir discusión. No se debe confundir esta discusión o análisis con la obtención de conclusiones. Al igual que cada parte del artículo los resultados y la discusión deben estar en línea con los objetivos planteados al inicio. 3.1 Resultados Se basan exclusivamente es los datos recolectados y en los análisis estadísticos realizados. Deben ser presentados de forma objetiva, concisa y en secuencia lógica. 3.2 Discusión En esta sección los resultados deben ser comparados con otros estudios similares y hacer énfasis en el nuevo conocimiento que aporta el estudio realizado y cuál es su importancia. A la par se debe interpretar los resultados y las implicaciones (relación entre el efecto y la causa, consecuencia) que tienen estos en el campo de estudio. 4. Conclusiones Las conclusiones pueden repasar los puntos principales del trabajo, no reproduzca lo del resumen como conclusión. Una conclusión consta de dos partes primero escriba la principal interpretación de los resultados y a continuación extienda la importancia del trabajo. En otras palabras la extensión de la importancia se consigue cuando se lleva al lector a pensar en las aplicaciones futuras, en extensiones y nuevos estudios relacionados. Las conclusiones deben obtenerse a partir de algo más que de los simples datos registrados. Efectivamente, unos datos o resultados pueden tener un sentido u otro y pueden llevar a unas conclusiones y otras. Dependiendo del marco conceptual que justifica la investigación, de la metodología empleada y/o de los objetivos propuestos se debe buscar apoyar las conclusiones

Agradecimientos En esta sección va el agradecimiento de los autores a las personas o instituciones que apoyaron su trabajo con recursos económicos o con asesoría. Referencias El último apartado del trabajo debe contener las referencias que se citen en el documento y recibirá el título de "Referencias".

Revista de la Facultad de Ciencias Químicas ● ISSN: 1390-1869 ● N° 12 ● mayo – septiembre, 2015

Las referencias deben estar numeradas en el orden que se cita la fuente al leer el documento. Una vez que se asigne un número a una fuente citada, el mismo número debe ser utilizado en todas las citaciones a dicha fuente que se hagan en el trabajo. Cada cita debe estar entre corchetes [ ] Por ejemplo, ". . . el fin de la investigación [14]." No es necesario mencionar al autor(es) en la referencia, a menos que sea relevante en el texto mismo. No se debe mencionar la fecha de publicación en el cuerpo del documento. No es necesario decir, por ejmplo "en la referencia [25]. . . " Basta con decir "en [27] . . . " Para citar más de una fuente a la vez es preferible que cada una vaya con sus propios corchetes. Por ejemplo "Como indican diversos trabajos [1], [3], [5]..." en lugar de "Como indican diversos estudios [1, 5, 7]..." en caso de citas consecutivas se separa con un guion los índices de los extremos [7]-[9]. Se debe verificar con cuidado que todas las citas directas y/o indirectas (parafraseadas) colocadas en el texto aparezcan en la lista de referencias. Existen distintas normas y estilos para citar y de redactar las referencias bibliográficas. En las RFCQ a partir de la revista número once se usará la guía de estilo o formato IEEE (norma del Institute of Electrical and Electronics Engineers). Ejemplos de referencias de libros [1] A. Alvarez y M. A. Polti, Bioremediation in Latin America: Current Research and Perspectives. Springer, 2014. [2] S. G. Garrido, Calidad. Auditorías de gestion en las centrales de ciclo combindo: Operación y mantenimiento de centrales de ciclo combinado. Ediciones Díaz de Santos, 2012. [3] M. D. Durruthy, L. E. G. Lez, L. E. G. Tamayo, R. M. R. perz, y L. Gonzalez, Técnicas de producción limpia y aseguramiento de la calidad: Aplicación de método para producción limpia. EAE, 2012.

Ejemplo de artículos de revistas [4] K. Li, H. Zhang, Y. He, T. Tang, D. Ying, Y. Wang, T. Sun, y J. Jia, «Novel wedge structured rotating disk photocatalytic reactor for post-treatment of actual textile wastewater», Chem. Eng. J., vol. 268, pp. 10-20, may 2015. [5] S. M. Zamir, S. Babatabar, y S. A. Shojaosadati, «Styrene vapor biodegradation in single- and two-liquid phase biotrickling filters using Ralstonia eutropha», Chem. Eng. J., vol. 268, pp. 21-27, may 2015.

Ejemplo de congresos [6] S. Khanam, N. Tandon, y J. K. Dutt, «Fault identification of rolling element bearings from vibration signals: an application of Kalman and H∞ Filters», en 10th International Conference on Vibrations in Rotating Machinery, Elsevier, 2012, pp. 703-713. [7] R. Cipollone, G. Valenti, G. Bianchi, S. Murgia, G. Contaldi, y T. Calvi, «Energy saving in sliding vane rotary compressors», en 8th International Conference on Compressors and their Systems, Elsevier, 2013, pp. 173-181.

Apellido 1, Apellido 2, Apellido 3: TĂtulo del trabajo