Revista de
Tecnología Journal of Technology Bogotá D.C., Colombia
Volumen 12 • Número 2 • Julio – Diciembre de 2013 • ISSN 1692-1399 revistatecnologia@unbosque.edu.co
FACULTAD DE INGENIERÍA
Transportes sustentables
El Tranvía
El Metro Ligero
El Metro Pesado
El Bus Eléctrico
AIMS AND SCOPE
Bogotá D.C., Colombia
Volumen 12 • Número 2 • Julio – Diciembre de 2013 • ISSN 1692-1399 revistatecnologia@unbosque.edu.co
Revista de Tecnología – Journal of Technology of the college of engineering at Universidad El Bosque, Bogotá D.C., founded in 2.002 as an academic journal published on a semester-basis, is the technical and scientific forum to share advances in several knowledge fields of the disciplines of engineering. Its aim is to disseminate and spread knowledge produced by national and international researchers and results acquainted from research processes, theoretical design, analysis and thinking on problems and needs of society, tackling them from an engineering point of view by applying scientific knowledge to develop solutions translated into technological and managerial innovation, promoting a culture for life, its quality and meaning, expressed in terms of impact analysis of these solutions on people well-being, environment, organizations and society viability in search for new civilization contexts focusing on respect for human beings and nature. Revista de Tecnología – Journal of Technolgy is directed to the scientific and academic community, to industries and any organization that, by means of research projects find several ways to evolve and bring its contribution to attend needs of communities in society portrayed by the role of university as a social space of collective revenues. e-mail: revistatecnologia@unbosque.edu.co
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OBJETIVOS Y ALCANCES La Revista de Tecnología – Journal of Technology ISSN 1692-1399 de la Facultad de Ingeniería de la Universidad El Bosque de Bogotá D.C., Colombia, fundada como publicación académica semestral, propone convertirse en un espacio científico y tecnológico para socializar los avances en las diversas áreas del conocimiento que ocupan a las disciplinas de ingeniería. Pretende dar a conocer y difundir la producción intelectual de investigadores de la comunidad científica en el orden nacional e internacional, los resultados obtenidos de procesos de investigación académica, diseño, análisis y reflexión de orden teórico sobre problemáticas y necesidades de la sociedad, presentes en el contexto de la actuación misma, que son abordadas desde la ingeniería mediante la aplicación del conocimiento científico al desarrollo de soluciones traducidas en innovación tecnológica y de gestión, que promueven la cultura por la vida, su calidad y su sentido, se manifiesta en el análisis del impacto que éstas soluciones tendrán sobre el bienestar de las personas, el medio ambiente y la viabilidad de las organizaciones y la sociedad en su conjunto en búsqueda de nuevos contextos civilizatorios de respeto por el ser humano y la naturaleza. La Revista de Tecnología – Journal of Technology va dirigida a la comunidad científica, académica, al sector productivo y a las organizaciones en general, que mediante los proyectos de investigación encuentran diversas formas de evolucionar y a su vez contribuyen a suplir las necesidades de la comunidad en sociedad dentro del marco del papel que corresponde a las universidad como espacio social de utilidad colectiva. Correo electrónico: revistatecnologia@unbosque.edu.co
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©Revista de Tecnología – Journal of Technology ISSN 1692-1399 Abreviatura para notas a pie de página, listas y referencias bibliográficas: Rev. Tecnol. Volumen 12 Número 2 Diciembre de 2013 Periodicidad semestral Indexada en IBN Publindex (categoría C) Índice Nacional de Publicaciones Seriadas, Científicas y Tecnológicas. Admitida en Latindex Sistema Regional de Información en Línea para Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal. Julio – Diciembre de 2013
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Transportes sustentables
Revisión de Estilo en Inglés Felipe Forero Rodríguez Concepto, diseño y cubierta Centro de Diseño y Comunicación Facultad de Diseño, Imagen y Comunicación Universidad El Bosque Alexander Castañeda Impresión Javegraf
Contenido Editorial
La función biótica de los sistemas productivos humanos Ing. Jaime Alberto Romero ........................................................................................................................................................................................... 4
Rincón del profesor / Teacher corner
Anécdotas de vida de un Ingeniero de sistemas-Docente Hernando Camargo Mila............................................................................................................................................................................................. 8
Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
Methods and standars: Essentials tools in the application of proyect managment Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva................................................................................................. 11
Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.)
Un sistema de agricultura integral para la región del piedemonte llanero colombiano - Sistema Ariporo (A.S.) Forero Buitrago Gonzalo Alberto............................................................................................................................................................................... 24
Electro-myographic patterns of sub-vocal Speech: Records and classification Patrones Electromiográficos del Habla Subvocal: Registros y Clasificación
Luis Enrique Mendoza, Jesús Peña Rodríguez, Jairo Lenin Ramón Valencia........................................................................................................ 35
Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías Differential Calculus: learning with new technologies
Guiovanna Sabogal, Nidya Monroy, José Luis Landero Pinzón, Yeison Ramiro Molina Vega.............................................................................. 42
Movilidad sostenible en Bogotá D.C. – caso metro Bogotá Sustainable mobility in Bogotá DC – Bogotá rail transit case
Rafael Andrés Moré Jaramillo, Matthieu Giret......................................................................................................................................................... 52
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo* Biological Quality of the Running Waters of the Low Basin of the Bogotá River: Sub Basin of the Apulo River *
Arturo Liévano-León.................................................................................................................................................................................................... 60
Cuantificación de azúcares reductores en las cáscaras de naranja y banano Quantification of reducing sugars from orange and banana Shell
William Giovanni Cortes Ortiz, José Francisco Ibla Gordillo, Lina María Calderón Velásquez, Andrés Felipe Herrera Bueno et Altri........... 72
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico Design of a driver system for a trifasic induction motor
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz........................................................................................................................................................ 77
Evaluación del clasificador Naïve Bayes como herramienta de diagnóstico en Unidades de Cuidado Intensivo
Evaluation of the Naïve Bayes clasificator as a tool of diagnosisin the intensive care units Javier A. Chaparro, Beatriz Giraldo, Susana Rodón............................................................................................................................................... 87
Diseño de una estrategia de control que involucre los actores de la cadena productiva de medicamentos a partir de la identificación y análisis de riesgos generados por el manejo inadecuado de los desechos en la localidad de Usaquén Design of a control strategy involving actors of medicine production chain by analysis and identification of risks caused by inappropriate waste material management in Usaquén
Pilar Bejarano Bejarano, Paola Andrea Medina Chaux......................................................................................................................................... 94
State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems
Estado del Arte de los sistemas de Compresión de Audio Perceptual Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios.................................................................................................................................... 102
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual Agile methodologies in the development of applications for mobile devices. present state
Yohn Daniel Amaya Balaguera................................................................................................................................................................................ 111
Editorial La función biótica de los sistemas productivos humanos Biotic funtion of human productive systems
Ing. Jaime Alberto Romero
Planteamiento del problema ste artículo sobre el humanismo científico de la gerencia de proyectos me parece de particular interés para el desarrollo de las facultades de Ingeniería de la Universidad El Bosque y en especial para entender mejor las interrelaciones sistémicas de las células productivas de la sociedad y las ciencias fácticas en su adecuado desarrollo y operación.
E
Entendemos las células productivas de una sociedad como las pequeñas y medianas empresas que se constituyen en aparatos productivos reales a través de mecanismos grupales como las organizaciones o asociaciones o microempresas comunitarias. Dado que Colombia tiene unos ecosistemas tropicales únicos y frágiles que son los que generan la gran competitividad global de nuestra biodiversidad (la cual está seriamente amenazada por la densificación de nuestros centros poblados), la presente pretende ser una propuesta pedagógica para la implantación de microempresas asociativas comunitarias agroindustriales en ecosistemas vulnerables. Esos sistemas productivos desarrollan varios procesos agroindustriales que tienen implicaciones ecosistémicas importantes.
Realidades de los sistemas productivos humanos instaurados en los ecosistemas Para contextualizar la propuesta veamos algunos de los conceptos sobre los que se basa.
Los biomas son realidades o especies de ecosistemas que se identifican particularmente de acuerdo a clima, ubicación global y especies bióticas que cumplen su función o nicho en el respectivo bioma de tal forma que su desaparición constituye un desequilibrio de la cadena trófica o alimenticia. Odum et altri1 plantean una excelente manera de entender que es un bioma: “Donde quiera que haya condiciones similares, se desenvuelven ecosistemas similares. Un arrecife de coral en el Océano Indico es semejante a uno en el Océano Pacífico, se pueden encontrar los mismos tipos de plantas y animales aunque no exactamente las mismas especies. El desierto de la Argentina es parecido a desiertos en regiones de la misma zona climática en los Estados Unidos. Un tipo de ecosistema encontrado en climas similares por todo mundo se llama bioma”. Las comunidades se deben entender en este artículo como aquellos grupos de individuos que juntos desarrollan una actividad específica y a quienes une características compartidas. La comunidades humanas que habitan nuestros ecosistemas son en este caso las mas traídas a cuento. La organización productiva es aquella estructura grupal que escogen las comunidades para obtener unos 1 H.T. Odum, E.C. Odum, M.T. Brown, D. LaHart, C. Bersok, J. Sendzimir, SISTEMAS AMBIENTALES Y POLíTICAS PÚBLICAS, Programa de Economía Ecológica, Universidad de Florida, Gainesville, 1988, parte II, capítulo 10, http://www.unicamp.br/fea/ortega/ eco/esp/index.htm
La función biótica de los sistemas productivos humanos
productos que les producen beneficios económicos, sociales y ambientales. Los ecosistemas son los ambientes en los cuales viven estas comunidades. Producción es el proceso por el cual dos o más insumos son combinados para formar un nuevo producto. Por ejemplo, nutrientes del suelo, agua, dióxido de carbono y luz solar son combinados para formar materia orgánica durante la fotosíntesis. Generalmente, producción industrial envuelve el uso de energía, trabajo, capital y materia prima para formar productos industrializados2. La competitividad se debe entender en este artículo como el conjunto de consideraciones o parámetros que hay que tener en cuenta para ser efectivos al ofrecer el producto de esa comunidad en otras comunidades inclusive y sobretodo en el ámbito internacional. La administración es el gusto y la pasión por ser eficiente en el manejo de los recursos de esa comunidad. La retro alimentación del sistema es el instrumento de la sostenibilidad y consiste en la actitud renovadora ante las experiencias que debe adquirir un sistema productivo y que en el aparato administrativo de la comunidad viene a desempeñar la junta de vigilancia o control social.
La epistemología del proceso productivo agroindustrial en términos de nicho ecológico En cuanto a la manera como esa comunidad investiga y aprende de sus propias experiencias es importante detenerse porque es la base de una adecuada implantación científica de la propuesta.
organismos salvajes esparcen constantemente semillas e invaden el territorio de los agro-ecosistemas. Si los granjeros no controlasen los agro-ecosistemas limpiando la tierra, arando y otros métodos, el ecosistema salvaje se restablecería por si mismo. Las granjas pueden prosperar debido al valor de trabajo realizado previamente por el ecosistema salvaje en el desarrollo del suelo pero también prosperan por las experiencias que van acumulando los granjeros durante su trabajo. La mayoría de los granjeros gradualmente agotan el suelo aunque este sea fertilizado. La rotación del suelo para volver a la sucesión natural se llama usualmente ciclo sin cultivo y es un método para reestructurar el suelo. Las granjas van haciendo uso de la ciencia y la tecnología a través de la investigación lo cual se constituye en el verdadero desarrollo sostenible de la comunidad. El lograr que estos conceptos sean realmente asumidos y empoderados por todos lo integrantes de la comunidad (así no todos se dediquen a investigar), es lo que garantiza la sostenibilidad de la comunidad. Sin embargo, no basta usar y desarrollar conocimientos, en los sistemas productivos agroindustriales es necesario adquirir un método para ejecutar las labores. Para terminar, tal vez como una parte del sistema ecológico al que pertenece la comunidad productiva, se debe considerar la cadena de valor que implica ese sistema productivo y cómo ello genera la posibilidad de introducir su producto en un mercado de manera competitiva.
Función biótica de la microempresa en su ecosistema
Me refiero a cómo se construye el conocimiento en una agroindustria de forma tal que aporte y sea consciente de su función ecosistémica.
Las microempresas asociativas pueden ser vistas como aquella parte del ecosistema que genera los recursos necesarios para garantizar la subsistencia de las personas que viven en ese ecosistema.
Según Odum et altri, un agro-ecosistema es un sistema en el que el ser humano actúa como administrador y consumidor. En un ecosistema salvaje los animales actúan como consumidores y administradores. Los
También pueden ser ellas mismas sistemas de procesamiento de algunos productos de los mismos ecosistemas como son las frutas, las plantas y los animales.
2 H.T. Odum, E.C. Odum, M.T. Brown, D. LaHart, C. Bersok, J. Sendzimir, SISTEMAS AMBIENTALES Y POLíTICAS PÚBLICAS, Programa de Economía Ecológica, Universidad de Florida, Gainesville, 1988, capítulos 5, 6 y 27.
Su producción también provee los recursos necesarios para garantizar que ese aparato productivo disminuya los impactos de su actividad en el ecosistema en que vive a través de medidas de mitigación del impacto, programas o proyectos específicos.
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 4-10 ¦ 5
Ing. Jaime Alberto Romero
Para entender mejor este planteamiento asimilemos una pequeña agroindustria a la función de una rana en un ecosistema.
Si las personas cogen los troncos que eventualmente sobran y quedan para descomponerse o los escarabajos consiguen otra fuente de alimento o se mueren de hambre.
La rana se alimenta de los insectos que viven en su territorio, luego para alimentarse la rana controla el crecimiento de los insectos evitando así que se conviertan en una plaga.
Por lo tanto, cuando las personas cogen la madera para obtener energía deben tener en cuenta su función biótica y actuar de forma tal que no generen desequilibrios con los escarabajos.
A su vez la rana produce un estiércol que ayuda a fertilizar las plantas de su territorio pero las ranas tienen la función de, al nadar en los estanques, airear el agua de los mismos para proveer oxigeno disuelto en el agua el cual sirve como alimento de algunas bacterias e individuos que viven en esa agua. La rana también es controlada en su crecimiento por otros animales como las serpientes, quienes para alimentarse se las comen. Pero la ranita se defiende de sus depredadores adquiriendo unas zancas grandes que le permiten “volar” cuando está en peligro y algunas de ellas desarrollan un veneno que botan a su enemigo cuando este se las quiere comer. Otro recurso que en su proceso de retro alimentación adquiere la rana es el color de su piel, el cual se pinta de manchas amarillas o rojas (y que le sirve para atraer los insectos que se va a comer), pero también a veces adquiere el color de la vegetación o del territorio en que vive (como café, verde claro o marrón) para que sus enemigos no la vean o también para que su alimento no la vea y ella lo pueda cazar. Tomemos otros casos de modelos planteados por Odum et al. en la referencia 2. Algunos sistemas dependen de recursos provenientes de fuentes no renovables; por ejemplo una población de escarabajos creciendo con la energía disponible de un tronco en descomposición. Cuando la población de escarabajos es pequeña, hay una energía amplia y el crecimiento es exponencial. Más tarde, como el tronco empieza a disminuir de tamaño, el crecimiento de la población de escarabajos disminuye hasta que no queda más tronco y ningún escarabajo. En este caso, la función de los escarabajos es la de transformar el tronco en descomposición y una vez que han terminado o se van a comer otro tronco o mueren de hambre y son comidos por otros individuos.
El último ejemplo. Pensemos en una población de conejos en crecimiento, con abastecimiento de alimento que no considera la rapidez con que ellos comen. Si seguimos un diagrama para ver como la población de conejos aumenta, esta se alimenta para traer mas energía (a través de más alimentación con hierba) y para procrear mas conejos. Si el sistema comienza con un conejo macho y una hembra, y ellos producen cuatro conejitos que a su vez producen ocho; y así, se sigue con la misma tasa de aumento, la próxima generación producirá 16, la próxima 32, la próxima 64 y así sucesivamente. Como el número de conejos aumenta, ellos usan más de la fuente de energía y el número aumenta rápidamente. De cualquier manera, durante las primeras etapas del crecimiento de la población, cuando la demanda de alimento es pequeña (comparada con la cantidad disponible) la energía puede estar disponible a presión constante y el crecimiento puede ser exponencial. Pero eventualmente, el alimento podría volverse limitante y entonces o los conejos se venden para el consumo de otras especies ( como los hombres) o lo conejos se comienzan a morir de hambre. Es allí donde la función biótica de los sistemas productivos humanos se vuelve importante. Las agroindustrias deben tener ese mismo papel y esa misma interrelación sistémica con el entorno en el que se construyen. Su aspecto físico (el de la planta física de las agroindustrias) debe ser tal que conserve la armonía y en lo posible se mimetice con el paisaje, de lo contrario puede ser blanco de sus depredadores. El alimento o fuente de energía de la agroindustria debe observar que su consumo sea en una intensidad tal que se garantice que podrá seguir obteniéndolo durante toda su vida útil; esto es la materia prima renovable.
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La función biótica de los sistemas productivos humanos
Desde el punto de vista energético, debe buscar sus fuentes en sistemas que no generen residuos contaminantes que no puedan o alcancen a ser absorbidos por otros individuos del ecosistema o cuyo consumo produzca desequilibrios ecosistémicos. Sus desechos deben tener una función en el ecosistema, o sea que alguien debe necesitarlos y poderlos utilizar ya sea como materia prima de otros procesos humanos o como alimento de otras especies o individuos en el ecosistema. Su producción económica debe servir para dar a la comunidad beneficiada el sustento en términos de alimento, de salud, de educación y de descanso. Tendrá ese sistema productivo la función también de ser el espacio para que las personas que lo integran se sientan parte de la solución a todos los problemas económicos que tiene esa comunidad, la función de generar el espacio para aportar opiniones y labores en beneficio de todos los miembros de la organización y la función de permitirle a la persona la opción de decidir qué hacer con su tiempo libre, con sus hijos y con su familia al disponer de un margen de maniobra económico. Pero al final, tendrá ese sistema productivo que afrontar la responsabilidad de atesorar y acelerar la generación de conocimiento, de depurar métodos de ejecución de la producción y métodos para resolver los problemas que se le presenten.
Si las personas que integran esa comunidad y en particular ese sistema productivo, se dan cuenta que participando de ese proceso aprenden a vivir mejor, ese será el mejor motivante para hacer perdurar el sistema productivo al cual pertenecen.
Conclusión Las ciencias fácticas (como es el caso de la ecología, los sistemas ambientales, la economía ecológica y la agroecología) que aplican el conocimiento y que generan soluciones prácticas continuamente retro alimentándose de manera consiente con su entorno y los efectos que su actuación causa sobre él, son las que pueden aportar a disminuir la depredación que están ocasionando nuestros sistemas productivos en los ecosistemas que constituyen nuestra biodiversidad competitiva a escala global. Esta visión holística, sistémica y positiva puede ayudar a determinar una respuesta basada en nuestra singularidad (que a la vez se traduce en nuestra diversidad), para alcanzar modelos de bienestar generalizados de nuestras comunidades de forma tal que se disminuya la pobreza y haga de nuestra sociedad colombiana una sociedad viable en el largo plazo. Hoy pienso que es la única opción que tenemos: productividad con humanismo.
El Autor Dott. Ing. Jaime Alberto Romero-Infante Investigador del grupo Choc Izone de la Universidad El Bosque. Profesor Titular del programa de Ingeniería Ambiental, Ingeniería Industrial y Administración de Empresas Universidad El Bosque y Editor en Jefe de la Revista de Tecnología – Journal of Technology de la facultad de Ingeniería y miembro principal del Consejo Administrativo de la misma Universidad. Profesor de Postgrados de la Universidad EAN.
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 4-10 ¦ 7
Rincón del profesor / Teacher corner Anécdotas de vida de un Ingeniero de sistemas-Docente Anecdotes of life of a teacher engeneer
Hernando Camargo Mila
ací el 9 de diciembre de 1961 en esta hermosa y maestra ciudad llamada Bogotá D.C., en una familia muy humilde del barrio Kennedy, siendo el noveno de diez hermanos. Desde mis primeros años como estudiante y debido al gran gusto que tenía por el estudio, siempre tuve diplomas y reconocimientos por mi aplicación, constancia y aprovechamiento.
N
Tuve la inmensa fortuna, en un país donde desafortunadamente no todos podemos estudiar, de ser educado por el estado. La primaria en la Concentración San Pedro Claver sin pagar un peso, el bachillerato en el INEM Francisco de Paula Santander pagando 25 pesos mensuales y el pregrado en la Universidad Nacional de Colombia pagando 605 pesos semestrales, disfrutando también allí mientras existió el servicio de cafetería, de precios muy bajos: desayuno 3 pesos, almuerzo y comida 6 pesos c/u. Como siguiendo un plan de vida no se por quién diseñado, una vez terminado el bachillerato académico fui con mi padre a la ciudad de Acacias Meta, donde él trabajaba como guardián en la Colonia Penal y Agrícola de Oriente. Por estar allá no pude presentar el examen del ICFES (a la postre nunca no presenté) y por esta razón la única alternativa viable que tenía para ser profesional era la Universidad Nacional, que en esa época no lo pedía. Mi gran anhelo era ser ingeniero industrial, pero allí no había esta ingeniería. Entonces mirando las otras decidí que quería ser ingeniero de sistemas y en el año 1988 recibí mi diploma, desafortunadamente quien me había inculcado ese espíritu de superación y quien había dado todo mientras pudo para que yo lo lograra, no estaba conmigo, mi padre había fallecido en 1983 víctima de un edema pulmonar. Luego de su muerte, mi madre (quien
a sus 92 años aún está conmigo), mis hermanos (de los cuales ya perdí a mi hermano mayor) y cuñados lo reemplazaron en ese anhelo y en ese esfuerzo, tener un profesional en la familia. Gracias a DIOS no los defraude. Durante toda mi vida tuve la posibilidad de jugar futbol, otra de mis grandes pasiones, y tuve el inmenso honor, en la época universitaria, de pertenecer a la selección de futbol de la Universidad Nacional, siendo campeones del torneo interuniversitario durante los años 1983, 1984, 1985 y 1986. Por esa época también tuve el privilegio de jugar en el estadio el Campin, en el Olaya, el Tabora, el Timiza y en el campincito. Recuerdo con mucho cariño el torneo octagonal la Amistad del barrio Carvajal, el cual ganamos varias veces con el glorioso equipo Bayern Munich, con el que también fuimos campeones de la liga Bogotana en primera división. Luego jugé en la Dimenor por varios años en la categoría veteranos, mayores de 35 años y master mayores de 45. Mi vida docente inició antes de ser profesional, en el año 1986 con el grupo de monitoria de la Universidad Nacional, en el Centro de Difusión Informática de Ciudad Kennedy en donde desarrollábamos cursos de Introducción a la informática y de programación en Pascal y Basic. Como parte de nuestro trabajo también participamos en el desarrollo del “Plan Estratégico en Informática Educativa” para el INEM Francisco de Paula Santander. En 1988 aún sin graduarme, trabajé como docente en los cursos de programación Basic, Pascal y Cobol en la Escuela Nacional de Sistemas, y en junio de ese año, ya graduado, en la Universidad Antonio Nariño en los cursos de contabilidad sistematizada, investigación operativa, teoría general de sistemas y Cobol.
Anécdotas de vida de un Ingeniero de sistemas-Docente
En septiembre de 1988 ingresé como ingeniero de soporte al departamento de capacitación de la empresa Sistemas de Tecnología Avanzada STA, donde tuve la grata labor de capacitar a los usuarios en la instalación, operación y afinación del sistema operativo VAX VMS. Como anécdota de esa época recuerdo que tuve que realizar una capacitación del sistema operativo en el Incora (hoy desaparecido) y el primer día de clase una señora mayor me dijo que no asistiría porque si aprendía le ponían más trabajo. Otros asistentes no lo manifestaron pero por su actitud se intuía la misma razón. Realmente fue un reto muy grande para mí, pero haciendo uso de una gran dosis de paciencia y persuasión, al final logre que aprendieran y que se dieran cuenta que eso era algo bueno para ellos. En la evaluación final del curso diligenciada por los asistentes recibí las mejores notas y los mejores comentarios, uno en particular marcó un hito especial en mi vida, decía “con profesores así este país cambiaría”. Mi jefe lo puso en la cartelera y durante algún tiempo fui tema de conversación en la empresa. Pero lo que quiero resaltar de este hecho, es que en ese momento comprendí y dimensioné lo constructivo o destructivo que puede ser un docente, en sus manos está el cambiar para bien o para mal el rumbo de vida de sus estudiantes, había que buscar la manera de seducirlos, atraerlos y convencerlos. Imagínense cambiar un país!. Gracias a mis conocimientos en el sistema operativo VAX VMS, en 1989 ingresé a la división de investigación del ITEC, y comencé un corto pero gratificante período de aprendizaje investigativo que culminó con la realización del proyecto Gentex, que enrutaba automáticamente los telegramas recibidos a las oficinas más cercanas según la dirección de destino. De nuevo siguiendo ese plan al cual ya me referí, pues el ITEC tuvo problemas presupuestales y me vi obligado a buscar otro trabajo, en 1990 ingresé como jefe del Departamento de Sistemas a la empresa Petróleos Colombianos Limited, Petrocol. Allí tuve que planear, organizar, dirigir y controlar el Departamento, establecer políticas y procedimientos, y diseñar e implementar un plan estratégico de sistemas. Por supuesto que esto implicó muchos cambios positivos en mi vida personal y profesional, y se convirtió en un inmenso reto que pude sobrellevar durante 8 años.
En 1999 ingresé a la empresa Gestiontek S.A., como gerente de Outsourcing de Carbocol y Texas petroleum, donde desarrollé una labor muy gerencial trabajando de la mano con los directores de tecnología de cada empresa. Fue una experiencia formidable y valiosa que me permitió ver las cosas desde otra perspectiva. Ingresé como profesor de cátedra a la Fundación Universitaria Konrad Lorenz en el año 2000, y en el 2004 fui nombrado Coordinador Académico de la Facultad de Matemáticas e Ingenierías, participe en las reformas curriculares de los programas de Ingeniería de Sistemas y Matemáticas, en los procesos de registro calificado y en el rediseño y actualización de la especialización en Informática y Ciencias de la Computación, conjuntamente con la Universidad Central de las Villas de Cuba, de la cual me gradué en el año 2006. Trabajando allí pude realizar también, los diplomados en Diseño y Reestructuración Curricular y en Educación Virtual. En el año 2002 tuve la fortuna y el gran honor de ingresar como instructor asistente a la Universidad el Bosque y desde esa fecha hasta hoy, realmente siento que he crecido a la par de esta institución. He tenido a mi cargo los cursos de sistemas operativos, sistemas distribuidos, compiladores, arquitectura del computador y redes 1. He participado en proyectos de consultoría del programa con el Ministerio de Hacienda y actualmente soy el representante del programa de Ingeniería de Sistemas en el Comité de Egresados. En el año 2010 fui llamado por el Director de la Dirección Nacional de Informática de la Universidad Nacional, para desempeñar el cargo de Jefe del Centro de Cómputo Sede Bogotá. Me correspondió la supervisión sobre los Coordinadores de área (Redes, Servidores y Servicios, Cableado, Telefonía, Seguridad y Sistemas de Información), mantener operativa y en funcionamiento la plataforma tecnológica de la Universidad y supervisar y controlar los contratos de outsourcing y de mantenimiento. Tener sobre mis hombros la plataforma tecnológica de la Universidad fue un honor y a la vez una responsabilidad muy grande, que gracias a DIOS pude cumplir durante casi un año. Reflexionando sobre todos estos recuerdos quiero precisar algunos aspectos de mi experiencia como ingeniero-docente que considero importante compartir:
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 4-10 ¦ 9
Hernando Camargo Mila
• Tanto en la profesión de Ingeniero como de
Docente, tendremos que enfrentar muchos tipos de problemas, en nosotros está el que los abordemos como oportunidades de crecimiento, eso nos permitirá atacarlos mejor. • En el desempeño profesional el trabajo conjunto
interdisciplinario es un elemento que cada vez toma más relevancia, dado que la solución de problemas complejos involucra profesionales de distintas áreas, que deben comunicarse y conformar equipos de trabajo altamente competitivos. • Ninguna Universidad preparará totalmente a sus
egresados para el ejercicio profesional, es responsabilidad de cada uno el complementar su formación en aquello donde se sienta débil. • Cada profesional debe tener un plan para apropiar
la investigación, el autoaprendizaje y la actualización permanente como elementos normales de su proyecto de vida, la Universidad brinda las bases pero la dinámica del conocimiento nos obliga a mantener una actualización continua. • Los seres humanos tenemos varias dimensiones,
por lo que es obligación de cada uno de nosotros buscar el equilibrio adecuado en cada una de ellas. No descuidemos ningún aspecto de ese equilibrio. • Nunca dejemos de soñar, es una forma maravillosa
de potenciarnos al futuro y además es gratis. Por último, quiero referirme a mi otra gran pasión que siempre he tenido desde joven, la música, especialmente la música salsa. Durante 1995 y gracias a que tuve la gran
fortuna de conocer unos años antes al maestro Santiago Agamez Iriarte (mi suegro), músico profesional quien por más de 20 años estuvo con la Orquesta del maestro Lucho Bermúdez, pude llevar a cabo un sueño aplazado, aprender a tocar bongó y campana. Jamás me imaginé que este hecho me llevaría años más tarde a compartir en tarima con él, tocando con la Orquesta de Lucho Bermúdez, Tropicana y Cartagena de Indias. Esta última fue creada por él y sus hijos para honrar la memoria y cumplir el sueño de su nieto, hijo y sobrino, mi ahijado Camilo Andrés Hernández Agamez, quien a sus 22 añitos tuvo que partir muy prematuramente de este mundo, dejándonos un inmenso vacío pero también un legado perenne de voluntad, fortaleza, amor y unión familiar. Para mi la música siempre ha sido un bálsamo curativo para todo, una forma muy creativa de expresar y potenciar los estados de ánimo, tanto de quien la hace como de quien la escucha. Es un refugio temporal tanto para los momentos malos como para los momentos buenos, es un regalo divino sin el que no podría vivir. De nuevo debo recordar que gracias a ese plan no se de quien, la vida me ha permitido cumplir mis sueños y anhelos más profundos, en los tiempos y en los momentos que ella ha querido. He sido bendecido de muchas formas y sólo me resta darle gracias a DIOS por permitirme vivir mi vida de esta forma y por todas las bendiciones recibidas, en las cuales la Universidad el Bosque, mi carrera profesional y docente, mi experiencia futbolística y musical, mis sentimientos como hijo, hermano y padre, mis familiares y amigos, mis ahijadas (Marcela, Angélica y Manuelita), y mis hijas (Sonia Natalia, María Fernanda y Alejandra) son parte de ellas.
El Autor Hernando Camargo Mila Docente del programa Ingeniería de Sistemas de la Universidad El Bosque desde 2002 a la fecha, Distinción de la Universidad El Bosque a la “Excelencia en la Docencia” en el año 2004. Especialista en informática y Ciencias de la Computación, Fundación Universitaria Konrad Lorenz, Bogotá 2006. Ingeniero de Sistemas, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá 1988, Docente del Programa en la Ingeniería de Sistemas de la Fundación Universitaria Konrad Lorenz desde 2001 a la fecha y desde el 2003 Coordinador Académico de las Facultades de Ingeniería y Matemáticas. Jefe del Departamento de Sistemas de Petróleos Colombianos Limited, Bogotá, desde 1990 a 1998. Gerencia de Proyectos informáticos en Comcel durante 1998. Gerencia de Proyectos de Outsourcing informático en Gestiontek S.A.,desde 1999 a 2001. Grupo de Investigación OSIRIS. hercamil@gmail.com 10 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 4-10
Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos Methods and standars: Essentials tools in the application of proyect managment
Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva
Resumen
ste artículo pretende ilustrar la importancia de la dirección de proyectos como disciplina, cuyo cuerpo de conocimiento es difundido a nivel internacional a través de estándares o directrices de instituciones que impulsan su profesionalización, además de la adaptación de estos a través de metodologías.
E
A través de un trabajo exploratorio se han identificado las directrices más reconocidas, así como su orientación principal. Se exponen algunas limitaciones y la forma de acercar esta brecha general a la realidad de los proyectos, a través del desarrollo de metodologías particulares para su gestión. Con las consideraciones sobre estándares, se establece una discusión sobre las metodologías en dirección de proyectos, utilizando una descripción de las propuestas actuales, y de la comparación de un grupo de metodologías diseñadas a partir del estándar del Project Management Institute (PMI). Se pretende ilustrar la estructura de una metodología para la disciplina.
Abstract
his article aims to illustrate the importance of project management as a discipline, whose body of knowledge is diffused internationally through standards or guidelines that drive your professionalism as well as the adaptation of methodologies or work methods.
T
Through an exploratory study have been identified most recognized guidelines and their main focus. We presented some limitations and how to bring this overall gap to reality of projects developed through particular methods for management. With standard considerations, it provides a discussion of project management methodologies, using a description of the current proposals, and the comparison of a set of methodologies designed from standard Project Management Institute (PMI). It aims to illustrate the structure of a methodology in the area and the relationship of these professional standards. Keywords: Project Management Body of Knowledge, standards, methodologies.
Palabras clave: Cuerpo de conocimiento de la dirección de proyectos, estándares metodologías.
Recibido: Noviembre 13 de 2013 Aprobado: Noviembre 29 de 2013 Tipo de artículo: Investigación Científica y Tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Universidad Antonio Nariño y Universidad EAN, Colombia; Universidad Pública de Navarra, España. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva
Introducción La dirección de proyectos es una disciplina que actualmente ha cobrado mucho interés en las organizaciones de todos los sectores, tanto público como privado. Actualmente es considerada como una competencia básica en la industria y los servicios, por lo tanto, es un campo dinámico y en crecimiento. Así mismo, su desarrollo y expansión se debe a un gran número de asociaciones y organizaciones que han apoyado su profesionalización desde hace casi cinco décadas. En ese sentido, a nivel profesional las competencias y métodos a utilizar en este campo se consideran una base muy importante a la hora de enfrentarse a la realización de un proyecto, y estos pueden ser establecidos a partir de las orientaciones de un estándar y de la aplicación de una metodología reconocida o una particular. Con respecto a lo antes mencionado, las asociaciones profesionales dedicadas al estudio de la gestión de proyectos, han elaborado, publicado y difundido cuerpos de conocimiento (BOKs), que resumen los principales y más importante avances en el ámbito de la disciplina (Shai. Rozenes, Vitner, & Stuart., 2006). Estos incluyen métodos, herramientas, técnicas, y habilidades ( White & Fortune, 2002), para la práctica del Project Management. Del mismo modo, en lo relacionado con el cuerpo de conocimiento de la dirección de proyectos se puede decir que la Association for Project Management Body of Knowledge (APMBoK), junto con la Guía Project Management Body of Knowledge (PMBoK) y el Project and program management for enterprise innovation (P2M) son unas de las publicaciones más influyentes de lo que constituye la base de conocimientos de la profesión (Peter W. G. Morris et al., 2006). Según (Morris, Crawford, Hodgson, Shepherd, & Thomas, 2006), para afianzar el conocimiento en esta área se han desarrollado institutos, normas y guías. Crawford (2004) ha realizado una interesante clasificación de estándares de dirección de proyectos de acuerdo con los fines de la profesión: los proyectos individuales, la gestión de proyectos en la empresa, y la evaluación y certificación de personas (ver figura 1), que se pueden categorizar de la siguiente forma: • Proyectos:
Conocimientos y prácticas para la dirección de proyectos individuales (Project Management Body
of Knowledge, Association Project Management Bo dy of Knowledge, British Standard, International Organization for Standardization, International Competence Baseline, Project and program management for enterprise innovation). • Organizaciones:
Conocimientos y prácticas para dirección de proyectos de empresa (Organizational Project Management Maturity Model, Project Management Maturity Model, Projects in Controlled Environments) • Personas:
Desarrollo, asesoramiento, registro y certificación de personas (National Competency Standards for Project Management, Project Manager Competency Development Framework, South African Qualifications Authority, Engineering Construction Industry Training Board). Figura 1. Estándares en dirección de proyectos de acuerdo a su orientación
PMBOK APMBoK BS 6079 ISO10006 ICB
Proyecto
Personas
P2M
Organizaciones
NCSPM
OPM3
PMI PMCDF
OGCC PMMM
SAQA
PRINCE2
ECITB Fuente: Adaptación Crawford 2004
Se considera que la diversidad de propuestas y directrices permiten que en términos de aplicaciones prácticas se cuenten con posibilidades de gestión y múltiples modelos de trabajo. Sin embargo, vale la pena aclarar que el estándar no es el único elemento que interviene en la implementación de prácticas de gestión de proyectos en las organizaciones, puesto que la metodología se convierte en ese instrumento finalizador que permite que la conceptualización del estándar pueda ser llevado a la práctica.
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Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
de la de los demás, que se estructuran a partir de áreas de conocimiento y grupos de procesos.
Estándares En este apartado se ha realizado una exploración preliminar de los estándares más mencionados en la literatura, que aunque no son los únicos, representan la estructura principal del cuerpo de conocimiento. Las directrices estudiadas son: PMBoK, APMBoK, BS 6079, ISO 21500 (orientados a proyectos), el ICB (orientado a personas), P2M y PRINCE2 (enfocado en las organizaciones). Al respecto, Ahlemann, Teuteberg y Vogelsang (2009), afirman que se pueden encontrar un amplio número de estándares para la gestión de proyectos, publicados por organizaciones, empresas de estandarización y asociaciones en todo el mundo, y debido a esa diversidad, la selección y aplicación de normas puede ser un problema complejo para las organizaciones. Desde esa perspectiva, la inexistencia de un cuerpo de conocimiento con carácter global puede dificultar la elección y aplicación de un único estándar, por parte de profesionales sin experiencia en esta temática. De hecho, varios investigadores en la década del 90 y luego en la década del 2000 han hecho esfuerzos por la unificación de un único documento, pero no se ha podido lograr un acuerdo generalizado (Lynn Crawford, 2004; Wirth & Tryloff, 1995). En tal sentido, la implementación de un estándar debe ser producto de un profundo análisis sobre el tipo, forma de proyecto, contexto geográfico-cultural, y la madurez de la organización en cuanto a conocimiento de la gestión de proyectos, entre otros. Se podría decir que todos los estándares han sido elaborados bajo la premisa de ser guías útiles para cualquier tipo de proyecto. Éstos son siempre aplicables en cualquier contexto y todos ellos reúnen información similar estructurada de diferentes formas y con interesantes variaciones. En referencia a las herramientas propuestas en los estándares, se observa como el PMBOK es el que más técnicas distintas propone, siendo una de las virtudes que lo diferencian de los demás. Además de lo anterior, este es el más utilizado a la hora de desarrollar metodologías, aspecto importante que será desarrollado en el siguiente apartado. En cuanto a la estructura, merece la pena destacar el estándar ICB, que está desarrollado a partir de un modelo de competencias, una visión muy diferente
El PMBOK es el estándar más extendido a nivel teórico, y su gran difusión le hace ser la base más utilizada para la elaboración de metodologías y certificación. Por otra parte, se considera que el método propuesto en PRINCE2 resulta también bastante útil a nivel práctico, incluso se puede usar como metodología si necesidad de grandes modificaciones. En la tabla 1 se puede apreciar una ilustración de cada propuesta, la organización responsable de su publicación y el país de origen. Tabla 1. Estándares en dirección de proyectos, organizaciones y países responsables
Estándar
Organización
País
1. PMBOK
PMI
Estados Unidos
2. APMBOK
APM
Reino Unido
3. BS 6079
BSI
Reino Unido
4. ISO 21500
ISO
Suiza
5. ICB
IPMA
Suiza
6. P2M
PMAJ
Japón
7. NCSPM
AIPM
Australia
8. PM CDF
PMI
Estados Unidos
9. SAQA
SAQA
Sudáfrica
10. ECITB
ECITB
Reino Unido
11. PRINCE2
OGC
Reino Unido
Fuente: Elaboración propia
Durante el desarrollo de esta investigación preliminar, se ha encontrado un número importante de publicaciones sobre normas y estándares, que a su vez relacionan técnicas y herramientas para quienes ejercen en este campo. Lo anterior ha permitido corroborar algunas evidencias de la literatura que exponen las múltiples normas en uso en este campo (Lynn. Crawford et al., 2008). Sin embargo, no está muy documentado el diseño, aplicación y uso de metodologías a partir de cada uno de los
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Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva
estándares, pese a que este elemento es el que permite implementar las mejores prácticas de dirección de proyectos en organizaciones y personas. Por lo tanto, a partir de esta primer exploración, se plantea en el siguiente apartado un análisis de la conceptualización de las metodologías en dirección de proyectos, de la evidencia en la literatura y de la estructura para su aplicación.
Metodologías En este apartado, y utilizando los hallazgos sobre la generalidad de las normas y estándares mencionados anteriormente, se presenta un análisis de metodologías en dirección de proyectos, intuyendo su carácter más específico y particular. Se pretende presentar una visión práctica de la aplicabilidad del estándar, y del uso de la metodologías como el elemento finalizador de la implementación de la dirección de proyectos. En consecuencia, el carácter general de las normas y estándares, ha permitido la inclusión de metodologías como fuentes de conocimiento en la disciplina de dirección de proyectos. Particularmente, estás permiten la implantación de un sistema para la ejecución de proyectos de manera mas cercana a las necesidades particulares de cada intervención. En general se puede apreciar que la puesta en práctica de la dirección de proyectos, se ha hecho habitualmente, con la orientación de algún cuerpo de conocimiento (BOK) o estándar, la implementación de una metodología, y el uso de técnicas y herramientas (Shenhar y Dvir, 2007; White y Fortune, 2002). En ese sentido se puede apreciar que la aplicación y difusión de estándares, o prácticas de dirección de proyectos, ha sido estudiada en diversos países, sectores y organizaciones (Abbasi y Al-Mharmah, 2000; Ahlemann et al., 2009; David James Bryde, 2003; Díez-Silva et al., 2011; Fortune et al., 2011; Ika et al., 2010; Muriithi y Crawford, 2003; Murphy y Ledwith, 2007; Montes-Guerra et al., 2011; P. W. G. Morris et al., 2006; White y Fortune, 2002; Wirth y Tryloff, 1995). Con respecto a lo antes mencionado, para el Project Management Institute (PMI) una metodología es un sistema de prácticas, técnicas, procedimientos, y normas, utilizado por quienes trabajan en una disciplina (Project Management Institute PMBOKR, 2008). Se entiende que una metodología está conformada por diversos elementos
que estructuran un sistema de gestión, para que sea implementado y aplicado por un equipo de proyecto. Según Charvat (2003), una metodología en entornos de proyectos, es el conjunto de directrices o principios, adaptados como una relación de cosas por hacer, o un enfoque con plantillas, formularios, e incluso listas de verificación, que son utilizados durante todo el ciclo de vida. Por su parte Pharro y Bentley (2007), establece que este tipo de metodologías son estructuras que permiten conseguir los objetivos en los proyectos, habitualmente dispuestas como un conjunto de procesos, recursos y actividades claramente definidos. Kerzner (2009), clasifica las características que debe tener una buena metodología en este campo, en las que incluye: nivel de detalle, uso de plantillas, estandarización de procesos de planificación, programación y técnicas de control de costes, estandarización de formatos de reportes para la organización y los clientes, flexibilidad de aplicación en todos los proyectos y para mejorar rápidamente. En este trabajo se procura ilustrar la estructura global del cuerpo de conocimiento de la dirección de proyectos, cuyo contenido se debe modelar a través de dos componentes muy importantes e interrelacionados: los estándares de las asociaciones profesionales y la aplicación de metodologías. Se pretende que las interpretaciones hechas sean útiles para los procesos de formación y certificación de profesionales en el área de dirección de proyectos.
Diseño metodológico Esta investigación es de carácter exploratorio y descriptivo. Se ha realizado una revisión de la literatura de los estándares en dirección de proyectos y las actuales tendencias, de acuerdo a las aportaciones de investigadores reconocidos en el área. Se han identificado las publicaciones más representativas de la disciplina. Se han analizado siete propuestas de organizaciones que impulsan la profesionalización. Así mismo la realidad muestra que cada vez mas se desarrollan metodologías en dirección de proyectos, unas a partir de los estándares y otras partiendo de las necesidades particulares de las organización.
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Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
Por tanto, se ha comparado tres metodologías que han sido diseñadas a partir del estándar PMBoK, analizando su estructura y fases de gestión.
Estudio de metodologías para dirección de proyectos Debido a las dificultades para la aplicación de un estándar, por ser una guía general diseñada para orientar cualquier tipo de proyecto, se han venido desarrollando metodologías, las cuales, son más concretas y específicas. El director del proyecto será el encargado de seleccionar la metodología que mejor se adapte a la naturaleza del mismo. La importancia de las metodologías es ampliamente reconocida (Cicmil & Hodgson, 2006), sin embargo, a pesar de ello la evidencia en escasa, y no existe un consenso sobre la estructura más adecuada para una implementación exitosa. En ese contexto, la adopción de metodologías de dirección de proyectos no ha tenido un tratamiento exhaustivo, pese a que son conocidas la ventajas que su implementación tiene al momento de incrementar el nivel de madurez para dirigir proyectos en organizaciones (Kerzner, 2009).
Con respecto a lo antes planteado, las metodologías son estructuras que permiten conseguir los objetivos en los proyectos, se conciben como un conjunto de procesos, recursos y actividades claramente definidos (Pharro & Bentley, 2007). Existen numerosas metodologías en este campo, y las organizaciones utilizan modelos propios o adaptados. Algunas de ellas son de dominio público, y otras, pertenecen a empresas públicas o privadas, desarrolladas sobre los requerimientos particulares de cada organización. En la tabla 2 se registran algunas de las metodologías actuales de dirección de proyectos. Para la elaboración de la síntesis, se ha examinado la literatura, los servicios de empresas de consultoría, publicaciones de internet, entre otros. Se han identificado las metodologías reconocidas y se han agrupado, analizando rasgos característicos como el tipo de ciclo de vida, su facilidad de uso, el tipo de proyecto sobre el que se enfocan y su orientación principal. Con relación al análisis se puede considerar que existe un número bastante diversificado de metodologías, que son enfocadas sobre muchos sectores, tipos de proyecto, y adaptadas en su mayoría a partir de estándares del PMI o PRINCE2. Estas en su mayoría se estructuran por fases para la organización del ciclo de vida, sin importar el tipo de proyecto.
Tabla 2. Metodologías en dirección de proyectos
Descripción
Tipo
Ágil / Rígido
Implementación
Tipo de Proyecto
Orientación
PRINCE2
Cubre la gestion, control y organización del proyecto
Fases
Rígido
Fácil
M, L
Todo tipo de proyecto (publico y privado)
Method 123 Proyect Management Methodology (Proyect Management Methodology Manager [MPMM]
Basada en PMBOK and PRINCE2, Contiene todas las plantillas, formatos y listas de chequeo.
Fases
Rígido
Fácil
S, M, L
Todo tipo de proyecto
Ten Step Project Management Process
Usada para la gestión del trabajo en un proyecto y diseñada par aser tan flexible como se necesite
Iteractiva
Rígido / Ágil
Fácil
S, M
Todo tipo de proyecto
Nombre
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 11-23 ¦ 15
Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva
Tipo
Ágil / Rígido
Implementación
Tipo de Proyecto
Unified Project Mana- Basa en paquete de conogement Methodology cimiento de herramientas (UPMM) de gestión
Fases
Rígido
Fácil
S, M, L
Contiene mejores pácticas AdPM- a best parctide gestión. Una metoces Project Methododología par amejorar los logy (4PM) resultados del proyecto
Fases
Ágil
Fácil
S, M
IT, Construcción y negocios
MBP- Managing by project from X- Pert Group
Metodogía de gestión de programas y proyectos
Fases
Ágil
Fácil
S, M
IT
MITP- Managing Information Technology Project
Establecida para la gestión de entregas de IPBM
Fases
Ágil
Fácil
S, M
IT
PACE
Orientada al cliente. Gerente de proyectos en el diseño y contrucción de servicios
Fases
Rígido
Fácil
S, M
Negocios y construcción
Solutions- based ProjectMethodology
Forma estructurada para ejecutar proyecto sy trabajar con los clientes
Fases
Rígido
Promedio
S, M
Compañias de consultorías (Todo tipo de proyecto)
Scrum
Marco para gestionar y desarrollar sofware
Iteractiva
Ágil
High
S, M
IT
Rapid Applications Development (RAD)
Metodología que utiliza iteraciones y prototipado par adesarrollar proyectos
Fases
Ágil
Fácil
M, L
IT
V- Methodoly
Enfoque de pruebas, gestión de calidad
Fases
Rígido
Fácil
M, L
Todo tipo de proyecto
Synchronize and Stabilize
Los miembros del equipo sincronizan las tareas, paraluego desarrollarlas, el proyecto en pequeños incrementos
Fases
Rígido
Dificultad
M, L
Todo tipo de proyecto
PSA Project’s Methodology
Metodología amistosa de usuario para guiar la aplicación de la gestión de proyectos. Centrada en las personas
Fases
Rígido
Promedio
S, M, L
Todo tipo de proyecto
Fases
Rígido
Dificultad
S, M, L
Todo tipo de proyecto
Nombre
Descripción
The Comell Poject Management Desarrollo de proyectos Methodology (CPMM)
16 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 11-23
Orientación
Todo tipo de proyecto
Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
Nombre
Grenn Project Management
Descripción
Tipo
Modelo verde durante todo el proyecto teniendo Interacen cuenta el impacto tiva sobre el medio ambiente
Ágil / Rígido
Implementación
Tipo de Proyecto
Rígido
Fácil
S, M, L
Todo tipo de proyecto
Orientación
Conjunto de herramientas University of Western y plantillas, diseñado para Sydney Proyect Maayudar al director del nagement Methodoproyecto y garantizar la logy (UWS PMM) coherencia del proceso
Fases
Ágil
Fácil
S, M
Todo tipo de proyecto
17 California Project Management Methodology (CaPMM)
Flujo de trabajo personalizado para la gestión de proyectos, derivado de los grupos de procesos del PMI
Fases
Ágil
Dificultad
S, M,L
IT
Enterprise Content Soluciones de servicios de Management (ECM) alta calidad, con enfoque ECM Project Delivery del cliente Methodology
Fases
Rígido/ Ágil
Dificultad
S, M,L
Todo tipo de proyecto
INDRA Project Management Method (MIGP en castellano)
Basado en el estándar internacional del PMI
Fases
Rígido
Dificultad
S, M,L
Todo tipo de proyecto
Queensland Goverment Project Management Methodology
Sobre la base de PRINCE2, está dirigido a la entrega en calidad, tiempo y presupuesto. Se ofrece un enfoque flexible y escalable
Fases
Rígido
Dificultad
S, M,L
Todo tipo de proyecto
West Virginia Office of Technology Project Management Methodology (WVOT PMM)
Sobre la base de PMBOK, Está dirigido a simplificar y facilitar el acceso de los gestores de proyectos y promueve lasmejores prácticas
Fases
Rígido
Dificultad
S, M,L
Todo tipo de proyecto
New York State Project Management Guidebook
Base PMBOK. Metodología para la gestión de proyectos en las organizaciones gubernamentales. Proporcionar orientación y asesoramiento a los gestores de proyectos a lo largo de la vida de un proyecto.
Fases
Rígido
Dificultad
S, M,L
Todo tipo de proyecto
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 11-23 ¦ 17
Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva
Descripción
Tipo
Ágil / Rígido
Implementación
Tipo de Proyecto
North Dakota State Project Management Methodology
Base PMBOK, se utiliza para gestionar proyectos dentro del gobierno estatal. Mejora la capacidad del Estado para llevar a cabo proyectos de éxito que guían los directores de proyectos
Fases
Rígido
Dificultad
S, M,L
Todo tipo de proyecto
Project Management Methodology for Post Disaster Recontruction
Base PMBOK, se decriben las tareas más básicas, ténicas y procedimeintos que deben ser aceptados despues de un gran desastre o una
Fases
Rígido
Dificultad
S, M,L
Post Disaster Recontruction
Risk Management Methodology for Project Risk Dependencies
Metodología para la gestión de riesgos en proyectos
Fases
Rígido
Promedio
S, M,L
IT
Fases
Rígido
Promedio
S, M,L
IT
Nombre
Project Management Metodología par amedir Methodoly for Measuy contolar sistemad de rement and Control gestión Systems
Orientación
Fuente: Elaboración propia
Por otra parte, en términos de implementación se pueden apreciar las mayores dificultades de las metodologías de dirección de proyectos, debido a la ausencia de guías que orienten al respecto, y de la declaración de las particularidades de los agentes que intervienen directamente (involucrados) en el proceso de gestión. Se puede encontrar que muchas instituciones han desarrollado su propia metodología dependiendo del tipo de proyecto que habitualmente ejecutan. En consecuencia, se considera que al analizar y comparar la estructura de algunas metodologías actuales se puede ilustrar una visión mucho más elaborada de la forma en que un estándar de dirección de proyectos se adopta a través de una metodología. Igualmente se considera que como el PMBoK es el estándar de mayor difusión internacional, merece la pena que esas metodologías estén elaboradas a partir de este mismo estándar. Por tanto en
adelante se presentará la comparación y las consideraciones más importantes del dicho análisis.
Comparación de metodologías diseñadas a partir del estándar PMBOK El PMBOK es uno de los entandares mas divulgados a nivel internacional, y su propuesta de procesos de gestión y áreas de conocimiento es ampliamente conocida. Debido a estas condiciones es posible que se encuentren muchas metodologías que han basado su diseño bajo el marco de este estándar. Para el Project Management Institute (PMI) una metodología en dirección de proyectos es un sistema de prácticas, técnicas, procedimientos, y normas, utilizado por quienes trabajan en una disciplina. Por lo tanto una
18 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 11-23
Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
metodología es el compendio de diversos elementos, que configuran un sistema de gestión para que sea implementado y aplicado.
posterior a una crisis o desastre natural. Propone treinta y un (31) plantillas.
Las metodologías adaptadas a partir del estándar del PMI son mayoría, debido a esta condición se hace la evaluación de tres que son carácter público lo cual permite el acceso a información.
La comparación de las metodologías permite identificar las debilidades y fortalezas de cada una, y detectar las oportunidades, así mismo se puede validar la aplicabilidad de estándar PMBOK a la hora de elaborar metodologías. Con la finalidad de facilitar el proceso de comparación se utiliza las siglas (M1) para la New York state Project Management guidebook, M2 North Dakota State Project Management guidebook y M3 Project Management methodology for post disaster reconstruction
• New York state Project Management guidebook
Ha sido elaborado por New York State Office for Technology. Desarrollada para proporcionar una metodología de dirección de proyectos para las organizaciones gubernamentales en el Estado de Nueva York y como apoyo para los directores de proyecto a lo largo de todo el ciclo de vida del mismo. La metodología es válida para todo tipo de proyectos sin diferenciar entre las distintas áreas de negocio y busca marcar una pauta para que las herramientas y técnicas usadas sean siempre similares. Se pretende ayudar a los directores de proyectos a tomar las decisiones de qué hacer y cómo hacerlo. El número de plantillas que incluye es de treinta y dos (32). • North Dakota State Project Management
guidebook Elaborada por ND Enterprise Project Management Advisory Group. Esta guía ha sido desarrollada para asistir a los directores de proyectos del Estado de Dakota del Norte durante el desarrollo de su trabajo. Válida para todo tipo de proyectos (sin diferenciar entre las distintas áreas de negocio) y para todo tipo de directores (tanto principiantes como expertos). Se pretende establecer una pauta para que las herramientas y técnicas usadas sean siempre similares y ayudar a los directores de proyectos a tomar decisiones. Esta propuesta cuenta con catorce (14) plantillas. • Project Management methodolog y for pos
disaster reconstruction Elaborada por el Project Management Institute. Esta metodología tiene como objetivo la mejora en la gestión de situaciones post crisis o post desastre. Se pretende aumentar la calidad y la cantidad de las acciones de colaboración en este contexto. La guía aporta de la manera más sencilla posible, un procedimiento para obtener resultados. Enmarcados en un contexto inmediatamente
• Comparación
Las primeras similitudes se aprecian al observar el índice y la estructura de cada una de ellas, así como la forma de presentación. Todas las guías empiezan con un prólogo introductorio que da paso a los capítulos centrales, en los cuales se desarrolla el estándar base y se desglosan los grupos de procesos. La forma de agrupar las plantillas es distinta en cada caso. La principal diferencia la encontramos en la metodología del Estado de Nueva York la cual incluye en su estructura dos secciones adicionales que hablan de los temas del proyecto y de la gestión del ciclo de vida del sistema. Al finalizar, las tres metodologías incluyen uno o más apéndices con las plantillas y glosarios. En relación con la forma de presentación de las guías, cabe destacar que la guía del Estado de Nueva York aparece como la suma de varios documentos. Cada plantilla y cada sección de la metodología representan un documento. Por el contrario, en la metodología del Estado de Dakota del Norte y la de gestión post-desastre, todo el contenido se recoge en un único documento. La guía de gestión post-desastre mantiene los grupos de procesos propuestos por el PMBOK (inicio, planificación, ejecución, seguimiento y control, y cierre). Por el contrario, las otras dos metodologías añaden un grupo de origen, que aparece en primer lugar, y juntan los grupos de ejecución y de control. Con esto se desarrolla un nuevo proceso en el que se engloban todas las plantillas destinadas a recoger datos durante el proceso de ejecución para su posterior evaluación en la fase de control. Las tres metodologías presentan puntos en común, a pesar de estar pensadas para proporcionar ayuda en un ámbito concreto. La comparación de metodologías
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parte de la premisa de que deben ser distintas y apropiadas al contexto en que pretenden ser desarrolladas. En el estudio que se ha realizado, las metodologías de los Estados de Nueva York y Dakota del Norte son muy similares entre sí, pero se diferencian de manera notable de la guía elaborada por el PMI para la gestión post - desastre. Las dos primeras han sido elaboradas por instituciones públicas para ayudar a los gestores y crear una pauta común a la hora de dirigir proyectos en sus respectivos territorios. La tercera metodología, por el contrario, ha sido desarrollada por una institución privada y pensada para colaborar en un entorno especial y concreto (postcrisis o post-desastre natural). Un elemento distintivo es la inclusión por parte de la metodología del Estado de Dakota del Norte, de explicaciones sobre la información que debe aparecer en cada apartado de las plantillas. M3 también aporta estos comentarios y hace que su seguimiento sea más asequible, lo cual se considera muy importante de cara a los procesos de formación, implementación y uso por equipos de proyecto. M3 está estructurada a partir de los mismos grupos de procesos del PMBOK y propone plantillas que se adaptan muy bien a lo que sugiere el estándar. Propone un elevado número de plantillas sobre la planificación de los riesgos, algo muy útil para dirigir un proyecto en un entorno post-crisis. • Origen
El grupo de procesos, no figura en la propuesta del PMBOK, ni en la metodología diseñada por esta institución. Las metodologías diseñadas por el estada de New York y Dakota del Norte en esta fase, describen el caso de negocio y proponen una solución para cubrir las oportunidades detectadas. Éste proceso cobra importancia en el ajuste del proyecto con la misión de la organización. La implementación se hace con la plantilla caso de negocio, en la cual el director reflexiona si la oportunidad detectada esta direccionada con los propósitos de la organización. Es importante resaltar la similitud existente entre el grupo de proceso de origen de las metodologías, y el de puesta en marcha propuesto por el estándar PRINCE2. En este grupo se proponen actividades similares a las descritas, como por ejemplo preparar el caso de negocio
preliminar. El hecho de que estas metodologías basadas en las recomendaciones del PMBOK, incluyan este grupo en su estructura, parece indicar una gran utilidad en determinados ámbitos. • Inicio
Durante este proceso se desarrolla la identificación de los involucrados. La M1 y M2 lo hacen durante el proceso de origen, mientras que la M3 lo incluye en la carta de proyecto. Con el fin de cubrir la ausencia del grupo de origen, la tercera metodología propone el uso de una extensa plantilla de declaración preliminar, en la que se recogen datos sobre recursos, hitos o eventos y costes. La agenda de reuniones es una herramienta importante para el análisis de este proceso. La M1 propone tres agendas de reuniones para las fases de inicio, planificación y ejecución y control. La M2 sólo la propone para la fase de inicio y la M3 no menciona dicha plantilla. De la comparación se concluye que, Ml considera una importante ayuda al director del proyecto el disponer de una agenda estandarizada, mientras las otras guías (en especial la tercera) y el PMBOK no comparten esta opinión. Por otra parte, se observa cómo M1 propone varias plantillas sobre planificación en el grupo de inicio. Considera que antes de empezar a planificar el proyecto, se debe reflexionar sobre la calidad (identificación de estándares y actividades) y las comunicaciones (medios que se utilizarán). También llama la atención la plantilla de informe estado, que recoge toda la información recopilada hasta el momento acerca del calendario, las finanzas y las acciones previstas. • Planificación
Con respecto a este grupo de proceso, cabe destacar la enorme importancia que, tanto el estándar PMBOK como la M3, le otorgan a esta fase del desarrollo de un proyecto. M1 no incluye en esta fase la planificación de la calidad y de las comunicaciones al considerarlo como parte de la etapa de inicio. Por otro lado, las plantillas de solicitud de cambio (en las tres metodologías), y las de gestión del cambio en M1 y M2, no se corresponden con ningún proceso propuesto por el PMBOK y suponen una información complementaria y útil a la hora de valorar las consecuencias de los cambios. M3 considera especialmente importante el proceso de selección de vendedores y dedica varias plantillas al mismo,
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Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
lo cual es especialmente llamativo porque, ni en el estándar, ni en las otras guías, se hace referencia a este proceso.
detalle de procesos y guías que contribuyen a la facilidad de implementación del director del proyecto.
• Ejecución y control
En la tabla 3 podemos ver un resumen comparativo de lo que significa el campo de aplicación y herramientas de un estándar y una metodología.
En M1 y M2, existe un solo grupo de procesos que engloba las fases de ejecución y, seguimiento y control propuestas por el estándar PMBOK. Esta estructura responde a la necesidad de observar los resultados según se ejecuta el proyecto, y de forma que se pueda realizar el control a partir de dichos resultados. Esta postura es adoptada en el trabajo de investigación. La herramienta más completa en este proceso es el informe de progreso, propuesta por las dos primeras metodologías, y en la que se recogen todos los datos sobre las tareas ejecutadas y las previstas. Por otra parte, estas dos metodologías proponen, como fase previa al cierre del proyecto, un formulario de aceptación del mismo.
Tabla 3. Comparación estándar – metodología
Campo de aplicación
Estandar
Metodología
Cualquiera
Concreto
Se proponen muchas herrmientas Herramientas distintas para cada fase del proyecto
Se proponen una herramineta concreta para cada fase del proyecto
Fuente: Elaboración propia
• Cierre
Las dos primeras metodologías utilizan una encuesta post-implementación y el resumen de resultados en un informe. El estándar PMBOK propone el juicio de expertos y las auditorías como medio de evaluación de la información contenida en los informes de cierre.
Conclusiones Actualmente, las áreas de interés en la gestión y dirección de proyectos se basan en la mejora de competencias, la mejora de los procesos, la mejora de los sistemas de soporte a procesos, así como la medida y monitorización continua de estos procesos. Existe actualmente un gran número de estándares, publicados por diferentes organizaciones, que persiguen la profesionalización de la dirección de proyectos como disciplina. A pesar de las recomendaciones por investigadores del área no ha sido posible la unificación de un solo estándar o modelo para los que se desempeñan en project management. En este artículo se ha presentado una visión global de la estandarización de la disciplina de dirección de proyectos, así como la forma en que sus prácticas pueden ser adoptadas en las organizaciones a través de metodologías. Comparando los estándares en dirección de proyectos con las metodologías, se puede evidenciar las bondades de aplicación de estas últimas por su carácter concreto, la definición de herramientas y técnicas específicas, el
La evidencia de la literatura reconoce los beneficios de implementar una metodología de dirección de proyectos, sin embargo no se encuentran aplicaciones concluyentes que establezcan la forma de adoptar, estructurar e implementar dichas metodologías. Se puede apreciar que en muchas organizaciones las metodologías son relativamente estandarizadas y con lenguaje común, a menudo adaptadas de estándares de procesos como el Project Management Body of Knowledge (PMBOK) o Projects in Controlled Environment (PRINCE). Con relación a la comparación de las metodologías diseñadas a partir del PMBoK, se ha encontrado que dos de ellas tienen estructuras similares pero diferencias en los procesos internos. Las dos primeras metodologías proponen un nuevo grupo de origen, de gran interés para decidir sobre la conveniencia de desarrollar el proyecto. Cada metodología busca adaptarse al contexto en el que va a ser utilizada y está pensada para cubrir distintas necesidades. Las metodologías estudiadas proponen herramientas y plantillas que recogen el grueso de la información requerida por el estándar. Uno de los aspectos en los que más se distancian las metodologías del estándar es en el uso de las técnicas y herramientas, puesto que por ejemplo en el caso del PMBOK se propone un elevado número, pero estas no se reflejan en las plantillas.
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Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva
Agradecimientos Los autores expresan su agradecimiento a los ingenieros industriales de la Universidad Pública de Navarra Santiago Azcona Burgos y Miguel Echevarría Abad, por su contribución a la realización de este trabajo de investigación.
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Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos
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Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.) Un sistema de agricultura integral para la región del piedemonte llanero colombiano - Sistema Ariporo (A.S.)
Forero Buitrago Gonzalo Alberto
Abstract
Resumen
bundance of sun, wind and water (provided by equatorial regions) causes agriculture, energy and carbon sequestration to be unique in terms of production conditions in Colombia. This natural productivity yieldsland areas rich in biodiversity due to the high rates of efficient solar energy conversion, feeding micro-organismic fauna and flora. This potential is wasted through the current use of extensive livestock production, which is inefficient in the conversion of solar energy into biomass. This article presents an adaptation of farming techniques applied to the seasons as well as to the foothill ecosystems of Colombia in order to exploit such natural resources without negative impact to the environment including the conservation of an endangered animal species.
A
Keywords: Agricultural engineering, Biological systems, Solar energy harvesting.
a abundancia de sol, viento y agua (proporcionado por regiones ecuatoriales) hace que la agricultura, la energía y el secuestro de carbono para ser único en términos de condiciones de producción en Colombia. Estos espacios naturales yieldsland productividad ricos en biodiversidad debido a las altas tasas de conversión de energía solar eficiente, alimentación micro-organicista fauna y flora. Este potencial se desperdicia a través de la utilización actual de la ganadería extensiva, que es ineficiente en la conversión de energía solar en biomasa. En este artículo se presenta una adaptación de las técnicas de cultivo aplicadas a las estaciones del año, así como a los ecosistemas de las estribaciones de Colombia con el fin de explotar esos recursos naturales y sin efectos negativos para el medio ambiente, incluyendo la conservación de una especie animal en peligro de extinción.
L
Palabras clave: Técnica agrícola, Sistemas biológicos, Aprovechamiento de la energía Solar.
Recibido: Febrero 28 de 2013 Aprobado: Octubre 16 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica terminada. Afiliación Institucional del Autor: Grupo de Investigación Choc Izone, Universidad El Bosque. El autor declara que no tienen conflicto de interés.
Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.)
Introduction
organic material and minerals. This type of organic soil technique was then referred to as generating soil.
Efficient exploitation of land is a challenging area of modern agriculture since geographical locations constrain the production rate of a specific region. In Colombia, there is a particular interest in conducting studies on efficient land use in order to help farmers increase their cash flow by taking advantage of Colombia’s carbon sequestration and biodiversity. This is essential to reduce unemployment in rural areas since an increase in farm productivity requires more people working – agriculture needs more work-force than a cattle ranch. Moreover, higher farm productivity levels lead to better ecosystem conditions for native animals and plants, resulting in decreased greenhouse effects, sustainable employment, and a stable food supply in the country.
Although generating soils represent a suitable model for environmentally-sustainable farm production, in some countries, implementations of such a model are still scarce. In Colombia, for example, only a few (and small-scale) farms; located in regions like Cundinamarca, Medellin and Cali; actually implement Key-Line strategies. In spite of being a large country with rich soils and favorable weather conditions (all year long), what seems to hamper proper agricultural development is the reduced number of universities that deal with these topics. Moreover, once knowledge is acquired, it is difficult to make information reach every single farmer so that they become fully aware of the possibilities to start a transition process towards transforming an inefficient production system into an efficient one.
In the 1970s, industrial agriculture began to be developed. This worldwide trend was named the “green revolution” and it was basically an industrial system of agriculture based on chemical products mainly promoted by some countries. However, at the same time, these countries kept working on organic and natural production so as to obtain food without using any chemical substances. As the green revolution spread, other countries began to work on land at an industrial scale but using a different paradigm. In the southern regions of Brazil, thousands of producers started a new agricultural movement aimed at discouraging the chemical-based production promoted by the “green revolution”. These people started by establishing good practices of organic-farmer agriculture according to two fundamental principles, namely respect for the environment and preservation of human health; rejecting the use of artificial chemical substances in agriculture production. Meanwhile, studies conducted by Persival Alfred Yeomans in Australia suggested that the soil conservancy model promoted as “green revolution” seemed to be intended not to preserve soil but to destroy it, leading to erosion and also to a permanent loss of minerals, fertility and biodiversity. On the basis of his findings, Dr. Yeomans developed a hydrologic management strategy for landscapes. Such a strategy was called “Key Line”, and consisted in successfully capturing, distributing and storing water so as to provide proper water absorption on rich soils; increasing the importance of having a living soil that enhances microorganism activity and increases the proportion of
The present paper addresses the problems of Colombian cattle extensive farms, provided the country has a lot of land with unsustainable system without taking advantage of their real natural productivity in terms of carbon sequestration and biodiversity. In particular, the proposal deals with a productive system “Aripóro System” that exploits the environmental advantages of Colombian by adapting some techniques currently in use in other strong farm countries like Australia and Vietnam, but using Colombian species to preserve it. The purpose is to start with a new natural agro-business transformation in Colombian areas with unique productivity conditions. In this study, we analyze a cattle-extensive farm called Mataredonda in Hato Corozal Casanare located in the foothills region of the eastern mountains of Colombia, near Ariporo river, which is due the name “Ariporo System”. We found the best way to solve this productivity problem through organized activities, cost planning and evaluation. The results are taken from in-situ experience working on 210 Ha of land applying the Key-Line technique. In this theoretical study we simultaneously adapt two techniques (namely “key line” and the “VAC systems of Vietnam”) to the reality of rain and dry seasons and animal species of Mataredonda ranch increasing productiveness. The net result is a change in productivity, from 200 kg/meat/Ha/year, to 20.000 kg/ products/Ha/year, according to the previous experience in Vietnam with a Fish-Duck VAC system applied in northern regions of Vietnam, but changing the species by some
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Forero Buitrago Gonzalo Alberto
natives from Colombia (catfish, fish, mammal, poultry, trees and shrubs for food) to produce and conserve Colombian biodiversity at the same time. The general objective is to design a farming system of organic products, adopting techniques that enhance the characteristics of the Colombian ecosystem and culture, without producing harmful emissions and preserving health care for the people involved. The system produces native crops, fish, ducks, fruits, timber and vegetables together. The whole setup is strategically located according to water flow and water availability in the ground and also considers the needs and working routes per day, including natural source inputs to meet the needs of the system, namely restoring ecosystems, increasing natural resources and promoting the sustainability and ecological functionality. Built agro-tourism packages with sustainable activities (horseback riding, hiking, safari, bird watching, agricultural interaction and cultural traditions) are also part of this proposal, where native healthy food rich in minerals is regarded as part of an integrated and sustainable farming system.
Background The study area is located in South America, Colombia, in the region of Orinoco, Foothills of (Hato Corozal), in
the Lower hence of Ariporo river, into an area with more than four tons of carbon sequestration per year, potential wasted by the current use of extensive livestock production in terms of conversion of solar energy to biomass (200kg/meat/Ha/Year). “To produce 1 calorie of meat requires 7 calories to get it”1. Extensive livestock system causes: • Loss of natural ecosystems and biodiversity. • Slow cash flow. • Destroy the vertical flux of minerals from deep soil
horizons to the surface through the roots of the trees. • Increase the temperature of the ecosystem. • Less carbon dioxide sequestration. • Fewer jobs. • Less humidity and texture of the soil • High mineral loss caused of a soil exposed directly to rainfall. All of these problems caused for the change of land use to facilitate livestock management, from an equatorial jungle to a savanna. For these problems, this current system needs to be adapted with techniques to find a new one to: 1. Proffessor Thomas Berthold.
Figura 1. Carbon sequestration (>4 Tons of Carbon/Hectare/year).(AS) Studied area in Colombia [1].
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Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.)
• Increase biodiversity and employment.
• Increase sustainable activities to offer more products
in shorter harvest times and in a smaller area than the extensive livestock system.
• Increase solar energy transformation and carbon
sequestration. • Minimize the greenhouse effect. • Educate the community on sustainable development processes.
• Make viable a continuous cash flow faster than lives-
tock production, improving the live conditions of the community.
Table 1. Unsustainable livestock production in worldwide [3]
Tropical America
Worlwide
Water impact
Biodiversity impact
over 50% of the pasture area is in stage of degradation. Causes of pasture degradation: Unadapted germplasm used. Overgrazing. Uncontrolled fires. Inappropriate tillage practices (dredge). No cover crops and soil conservation methods. Ineffective management of soil fertility. The exploitation of the land generates a cash flow directed to the self-sustaining, with low employment opportunities and a high impact on the natural ecosystem. [2]
Livestock production occupies 70 percent of all agricultural land and 30 percent of the Earth’s land surface. Approximately 20 percent of the world’s grasslands, with 73 percent of land use in different drylands are already degraded, mainly by overgrazing, compaction and erosion created by livestock action. The livestock sector is responsible for 18 percent of greenhouse gas emissions measured in CO2 equivalent, a higher share than transport
Use more than 8 percent of drinking global water, for irrigation of food production. In the United States, livestock is responsible for about 55 percent of erosion and sedimentation, the percent 37por pesticide use, 50 percent of antibiotic use, and a third of the nitrogen and phosphorus loads in freshwater resources. Affects freshwater cycle, soil compaction reduces water infiltration, degrading the channel banks, floodplains drying and falling groundwater.
Livestock production is responsible for about 20 percent of the total terrestrial animal biomass, and 30 percent of the land area of the world that was previously wildlife.
Impact of livestock in the air
Greenhouse gases (GHG) Carbon dioxide CO2
Share of livestock in total anthropogenic 9%
Methane CH4 (with 23 times the global warming potential (GWP) of CO2)
35-40%
Main Cause Deforestation of natural forests for livestock and agriculture. Cellulose fermentation in the rumen protozoa, 80%. 280liters/methane/cow/day. Fermentation of starch produces less methane fermentation of cellulose.
Nitrous oxide (N2O) (with 296 times the GWP of CO2)
65%
Storage and application of organic manures.
Ammonia (NH3) acid rain and acidification of ecosystems
64%
Manure storage and application of liquid and solid.
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Forero Buitrago Gonzalo Alberto
Diversification of sustainable farm products into an organized system as a suitable opportunity to change to an efficient and organized farming system. Fig.2. Diversification of sustainable farm processes of (A.S.), Gonzalo Forero and Jaime Romero (2010).
Figura 2. Diversification of sustainable farm processes of (A.S.), Gonzalo Forero and Jaime Romero (2010).
VAC
Permaculture
Organic
Systems
and Key Line
Agriculture
Fish Farm Ducks
Tecniques Live fences trees in pasture
Horses Project Managment Continuos
Chickens
Silvopastoral
improvement
VAC Systems
Arrangements Key line
Multipurpose Agroforestry Arrangement
Desing
Administration System Jobs, Education and Labor
Adequacy
Walks
of ground Adquisition of native material
Watch Livestock
Fattening
aligators
Agro Eco Tourism
cattle
Birding Raise cattle
Indian Culture
Animal
Horseback
Breeding Bonfire
Safari
ridding
Methodology Process of creative examination: A problem is solved clearly, when we look for a viable way to make smaller the gap between the unsatisfactory and
ideal situation that you want to reach. For this you have define this scenarios. [4]
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Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.)
• Unsatisfactory scenario: The traditional extensive
livestock farming system is unsustainable in (social, economic and environmental) aspects. • Ideal scenario: Offer and sell in the local and inter-
national value chain, organic farm products with environmental and quality processes, preserving the native species extolling it´s beauty through sustainable tourism, generating (Employment, value added, increasing natural ecosystem areas, sustainable ancestral culture and more opportunities for the community).
Analysis with the systemic approach for organizations [5], using these components: a. Reason for being (mission, values and goals).
The tools and production techniques with natural inputs using gravitational energy to assurance slow water flow in all ground adapting production to the natural ground conditions, through a Key line design, adding ancestral traditions with sustainable and responsible production systems. Integration of work communities providing the knowledge to be appropriated, improvement and multiplied, to prevent migration of the rural population to the city [6], with the incorporation of healthy systems and economic like the VAC duck-fish farming system using native Colombian species to preserve it.
• Problem: There should be a technical-organizational-
logistical and commercial system, with economic and financial needs met, to integrate the different productive subsystems without use of synthetic chemicals, with sustainable tourism activities and clean processing farm products, to be viable cash flow and have an expected return to the system sufficiency, than they recover in value of land letting, without negative impact to the environment, benefiting owners, indigenous communities and local families.
b. Structure (regular lines). Administration system.
Figura 3. Communication and regular lines,(Gonzalo Forero, Jaime Romero, Kenneth Ochoa).
Fig.3. Communication and regular lines,(Gonzalo Forero, Jaime Romero, Keneth Ochoa).
General Assembly
Board Directors
President
VicePresident
Tax Aditor
General secretary External Auditor
Administrative Manager
Financial Manager
Project Manager
Human Talent
Account
Marketing
Purchase
Evaluation Financial
Bussines
Environmental Manager
Legal Manager
Processes
Hiring
Technical
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Forero Buitrago Gonzalo Alberto
The administration, auditing and traceability system will be connected to ensure correct operation, paying weekly reports to the Financial Chief and Administrative Manager.
c. Psychosocial
(cultural and individual paradigm). Agricultural chemicals with high economic value and harmful to human health, are the only option today because to the absence of technological options available to farmers [7].
There will be a control on the outputs of the system connected to the inputs, the control is to make informed decisions and obtain the global flow of the system processes. f. Macro and micro environment (environmental,
social, economic, political). The project start in Colombia, Hato Corozal, in the foothills of the Cocuy mountrain, with a bh-T a warm humid climate (CH) as classified by Holdridge climate with an average annual temperature of 26 degrees Celsius, annual precipitation of 2934 mm. with the lowest relative humidity (60-70%) in ( January and February) and highest (80-90%) in (May, June and July) [11].
d. Technolog y (equipment and infrastructure).
Millimeters of rainfall per month since (1995-2011). Figura 4. Taked on 2012/03/30 of IDEAM Meteorological station number 36015010 in Paz de Ariporo, Casanare, Colombia. Tabla 2. Prueba de significación estadística
600 500 400 300 200 100
supplier-customer relationship).
Máximos
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Medios
Minimos
December
November
October
September
e. Management (decision making,
August
July
June
May
April
March
0 Febrary
The methodology of the strategic program will be Technology-Organization-Design-Participation-feedback. Organic production (without artificial synthetic chemicals with natural minerals) will be added to key line design (To achieve slow water rain flow distributed throughout the ground, water with minerals capitalized on trees and shrubs exploiting the abundant solar energy to provide healthy food to the system, taking advantage of the three months of intense precipitation on the area guiding them through canals to take advantage of it with slow flow trough all land to irrigate crops and trees increasing natural productivity of soil taking advantage of them during the dry seasons, carry the water to take advantage into a VAC duck-fish farming system promoted by FAO) [8], but with Colombian native species. Feedback by farmers experimenting with these natural technologies in their hands, appropriate it and improve sustainable agricultural production inputs and available resources in the region [9], mixing this techniques and use according to the seasons of Colombia, changing from produce 200Kg/meat/year/Hectare in the extensive livestock system, to produce as in Vietnam 20.000 kg/products/ year/ Hectare [10]).
January
The development of the “(AS) Aripóro System” is an option without abuse to the rural community health and their ecosystems, allowing the preservation of native species, the most persecuted for their quality: Lapa (Agouti paca) (Mammal), Yaque (Leiarius marmoratus) (Catfish), Yaguazo (Dendrocygna atumnalis) (Duck), cedro amargo (Cedrela odorata) (Timber), Cashew nuts (Anacardium occidentale) (Fruit) and orange fruit (Citrus sinensis). The system is susceptible to change any species that farmer want to produce and preserve the same time.
All contracts will be reviewed by the legal counsel who will adjust to avoid problems regarding compliance with regulations and contractual regulations or inter-trade agreements that are required to operate the system.
Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.)
The Manure of animals feed phytoplankton, phytoplankton feeds zooplankton. Zooplankton feed the fishes with agriculture (yucca, sugar cane and corn). On the water grows water hyacinth, we chooped this plant to feed ducks mixed with kitchen wastes. Behind than the canals of water, we can grow trees, is flexible specie, it depends of the bussiness plan and the natural conditions of the specie, with this system we can control the water flow for all the landscape and let it go where the system needs.
Proposal
This proposal is flexible to change, we can choose production species of the big Colombian biodiversity always respecting the environmental laws and the natural requirements of the selected specie at their natural ecosystems. We can be creative to approach this characteristics with the natural soil regeneration with Key line design that increase minerals, water available to microorganism activity in all seasons, organic material and more than 3 Schedule of activities products in the same area increasing the production per area with the VAC systems, those characteristics included The schedule of activities is an important part of the at this proposal can be the best natural and economic proposal because when the activities are organized as a Fig.5. Duck fish system working with key line design Taked of Eugenio Grass 2009 and adapted by Gonzalo Forero 2012 part of a project is easier to be effective to achieve the farming system adapted to the Colombian reality. objectives expected. Figura 5. Duck fish system working with key line design Taked of Eugenio Grass 2009 and adapted by Gonzalo Forero 2012.
Foood
Ferilize phytoplanctor manure
Kitchen water
water
hyacinth Feed catfich and ducks with yucca and sugarcane to feed ducks
Sugarcane
Cedar tree
Water hyacinth
Horticulture
Yucca
Cashow tree
Phytoplanctor
Lapa house
Duck house
Farmers house
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Forero Buitrago Gonzalo Alberto
Table 2. Schedule of Activities
Sub
Task
Activity
Project
1.1. Gather the necessary information to carry out the project. 1.1.2 Get historical Rainfalls 1.1.3. Perform the topographic study and design productive areas 1.1.4. Gather legal requirements, Involve the right personnel in the project 1.1.5. Make the market study 1.1.6. Gather information about value added of products 1.1.7. Make the environmental study of the project 1.1.8. Perform the risk management plan 1. Project plan within the project 1.1.9. Collect all the costs of the project and compare to the budget availability. 1.1.10. Review with an expert, to do the amendments before the final project version.
SCHEDULE
Year (Month) January-November
1.1.1 Do the Costs study of the project
Review of documents by a skilled person (deliverables to proceed to the following phase revision during the month of december (resource approval).
2. Implementation of the plan project.
2.1. Gather the financial, human, technical and technological indispensable to do the project.
2.2 Design a strategy to generate and maintain the marketplace of products.
Year (Month) January-November
2.1.1. Make a proper acquisitions
2.2.2. To establish a system of Communications and internal decision-making involving all departments
2.2.3. Select and contract the most qualified personnel to work within productive system
Review of documents by an expert deliverables to proceed to the next phase in the month of july (approval of resources).
32 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 24-34
Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.)
Discussion and Conclusions
Evaluation Methods • Results will be measured on productivity in terms of
carbon sequestration and efficiency in the use of solar energy compared to the extensive cattle raising system in kg of biomass as products / time unit/Hectares, and number of species and released to the wild. • The change between the extensive livestock the
productive system and the new production process reflected in the balance sheet and ecological footprint examined from each one of the components involved (energy, water, greenhouse effect). • Evaluate the change in cash flow and employment
before and after the establishment of the productive system. • Measure the acceptance and multiplication of
production techniques adopted by the community in their parcels using surveys and interviews.
Costs per hectare per year of the system
1. Canals and ponds
The findings suggest that this is the way to produce at the farms in Colombia solving problems as employment, slow cash flow, decrease of natural ecosystems, competitiveness at the agro business market around the world and food safety of the country.
Reflections, implications
Table 3. COSTS/ Ha/Year
Cost of
(Summary) We have analyzed the production problems that have all the landscapes, they are dry at the dry seasons and with water accumulated at the rain seasons, this condition don´t allow microorganism to work because they need water but with a lot of water they don´t have oxygen to mineralize the nutrients for the plants. For that this proposal a controlated water flow system in the landscape, decrease water soil erosion , increase water flow through all the land where we need it. This soil management mixed with the VAC systems of production (agriculture, fish pond, poultry or pigs) was put forward so as to solve problems as land productivity caused of the time of production and the slow rate of solar transformationinto a product in an extensive cattle ranch.
Colombian pesos
1’ 000.000
2. Fence
200.000
3. Construction houses
100.000
4. Ducks
100.000
5. Fishes
100.000
6. Seeds
200.000
7. Nursery needs
300.000
8. Fertilizer
300.000
9. Workmanship
8’ 400.000
Total
10’ 700.000
Return expected
22’000.000
Colombia has great conditions due to the location and productively lands, we have to approach these conditions with better productive systems producing food faster than the current extensive cattle ranch systems increasing the tons of food per year, being carefully with environment and biodiversity. Future work should address the implementation of such proposals as experiment with different options of crop and VAC systems adapted to all areas in Colombia preserving biodiversity and soil, adapting the production to the natural ecosystem to increase productively areas in to a unique and competitive products offering it to all the world.
References [1] http://csite.ornl.gov/faq/faq.html 2:00pm.
July
29-2012,
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Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 24-34 ¦ 33
Forero Buitrago Gonzalo Alberto
[3] SISTEMAS AGROFORESTALES (2008) Seminario internacional de ganadería agroecológica para el trópico Colombiano. Brandauer, A. (2008). Impactos ambientales de la ganadería en América latina. [4] Briand, A. (2004). Proceso de Examinación Creativa (PEC). Québec, Canada: Université du Québec á Chicoutimi. [5] Kast, F. E., & Rosenzweig, J. E. (1988). Administración de las Organizaciones. MC Graw Hill. [6] XIX Diplomado Internacional de Agricultura orgánica y Permacultura, Marzo de 2010 Medellín Colombia, convenio COAS Colombia-México. E. Grass, J. Restrepo, I. Zamora, Abril 2010 Medellín Colombia. [7] PINHEIRO Sebastiao &RESTREPO Jairo (2009), Jairo, Agricultura orgánica, Harina de rocas y la
salud del suelo al alcance de todos, Fundación Junquira Candiru Brasil-Colombia-México. [8] GRASS, Eugenio (2010) Cosecha de agua y tierra, Diseño con permacultura y key line COAS EDITORES México. IGAC-Universidad Nacional (S.F.) López Alonso Agrólogo Msc, Levantamiento agrologico de Casanare. Pag (47-73) [9] LANDGRAF Hans & RESTREPO Jairo &PINHEIRO Sebastiao (2004) Panes de piedra, Asociación ambientalista guerreros verdes México D.F. [10] VAC systems in the north of Vietnam, FAO http:// www.fao.org/docrep/005/Y1187E/y1187e10. htm#TopOfPage 05/12/2012 [11] IDEAM Historical rainfall, STATION 36015010, PAZ DE ARIPORO COLOMBIA, 1995-2011.
El Autor Gonzalo Alberto Forero Buitrago (Bogota, January 31 of 1987) Environmental Engineer, El Bosque University, Bogota, Colombia 2009. Master in Environmental (ISO 14001) and Quality (ISO 9000) Management for Enterprises, Escuela Europea de Dirección y Empresa, Madrid, Spain 2012. (F).One of the Colombians Permaculture and Key line Pioneers, experienced designing farms since 2009 with six farms designed in Colombia. Student of Eugenio Grass, one of the bests farm designers in the world with the world famous Darren Doherty certified in 2010. Student of Dr. Jaime Romero, Civil Engineer professional experienced solving complex engineering problems and systemic administration learned on his Doctorate Master´s degrees at Quebec University of Canada and Politecnico Di Milano in Italia. Gonzalo worked in a rubber nursery at Paratebueno Cundinamarca as a designer of a strategy of clean rubber plants production cauchopar (2009), designer of an organic cofee farm at “el tigre” in medellin (2010), rubber farm designer of “las brisas” in hato corozal casanare (2010), designer of water supply strategy of “el atardecer” farm in pandi Cundinamarca (2011), auditor of the environmental licence of mineral minning for asphalt production in concrepav ltda, Flandes Espinal Tolima (2011), key line design of mataredonda and san miguel ranch in hato Corozal Casanare (2011-2012). Mr. Forero is member of Choc Izone, research group of clean production for Colombia since 2009 and Youth representative for Colombia of Servas International, United nations ONG for the world peace since 2009. 34 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 24-34
Electro-myographic patterns of sub-vocal Speech: Records and classification Patrones Electromiográficos del Habla Subvocal: Registros y Clasificación
Luis Enrique Mendoza, Jesús Peña Rodríguez, Jairo Lenin Ramón Valencia
Abstract
Resumen
his paper describes the results obtained from recording, processing and classification of words in spoken Spanish by means of analysis of subvocal speech signals. The processed database has six words (forward, backward, right, left, start and stop), In this article, the signals are sensed with surface electrodes (placed on the surface of the throat) and acquired at a sampling frequency of 50 kHz. The signal conditioning consists of a couple of steps, namely the location of area of interest, using energy analysis; and a filtering stage, using Discrete Wavelet Transform. Finally, feature extraction is achieved in the time-frequency domain using Wavelet Packet and statistical techniques for windowing. Classification is carried out with a back propagation neural network whose training is performed with 70% of the database obtained. The correct classification rate was 75%±2.
T
Keywords: Electromyography, subvocal speech, Wavelet, neuronal network.
n este trabajo, se describen los resultados obtenidos a partir de los registros, procesamiento y clasificación de las palabras en el idioma español a través del análisis de las señales de voz subvocal. La base de datos procesada tiene seis palabras (adelante, atrás, derecha, izquierda, arranque y parar), en este artículo, las señales fueron detectadas con electrodos superficiales colocados sobre la superficie de la garganta y adquiridas con una frecuencia de muestreo de 50 kHz. El acondicionamiento de la señal consiste en: la ubicación del área de interés mediante el análisis de la energía, y la filtración usando Transformada Discreta Wavelet. Por último, la extracción de características se realiza en el dominio de tiempofrecuencia utilizando Wavelet Packet y técnicas estadísticas para ventanas. La clasificación se llevó a cabo con una red neuronal de retropropagación cuya formación se llevó a cabo con 70% de la base de datos obtenida. La tasa de clasificación correcta fue de 75% ± 2.
E
Palabras clave: Electromiografía, habla subvocal, Wavelet, red neuronal.
Recibido: Septiembre 23 de 2013 Aprobado: Noviembre 29 de 2013 Tipo de artículo: Investigación Científica y Tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Biomedical Engineering Group (GIBUP), Department of Electronic Engineering, Faculty of Engineering and Architecture, University of Pamplona, Colombia. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Luis Enrique Mendoza, Jesús Peña Rodríguez, Jairo Lenin Ramón Valencia
Introduction Sub-vocal speech is the recording and interpretation of bioelectric signals that control the vocal cords and tongue during the verbal communication process; these signals provide information and are matched to the words that we perceive aurally. Furthermore, sub-vocal speech signals are present regardless of the physical production of sound on the part of the individual [2, 3]. At present, noisy environments and physiologic pathologies are two of the big problems that affect the oral communication among individuals in such a way that information is distorted or simply never generated. Communication that does not depend on the physical production of audible signals would offer an effective solution to problems that arise from an increase in the vulnerability of verbal communication. Sub-vocal speech presents a tentative answer to these limitations because it does not depend on the emission of sound; instead, this type of speech uses electrical signals transmitted to the brain, to the vocal cords and tongue [2, 3]. Various applications emerging form the concept of “silent communication” include control of virtual interfaces, interpersonal communication, robotics control, communication in industrial environments, underwater communication, exchange of highly confidential military information, mobile communication, transportation systems control (for people with motor problems), aids for people with speech pathologies, and rescue operations. Different works on applications of the sub-vocal speech have been carried out, some of the most important applications include [2], [3] and [4], (studies carried out by the Ames Research Center NASA). However, the existence of sub-vocal speech has been studied for decades; in 1969 Curtis & Lewis analyzed different patterns of sub-vocalization, recording EMG signals using surface electrodes placed on opposite sides of the thyroid cartilage [6]. In the 80s, with the arrival of digital electronics and electronic devices, more and more small, different research groups focused on speech recognition projects using facial and sublingual electromyography. Most studies on the behavior of vocal muscles have been carried out mainly in an attempt to control electronic prosthetics
[5] depending on characteristics such as amplitude and frequency of the electro-myographic signals. The analysis of sub-vocal signals not only deals with processing characteristics like amplitude and frequency, but also with the use of detailed signal information. An important point in this work is the recording of the electro-myographic signals (EMG) that are acquired using surface electrodes placed on the throat in differential mode. In the implementation phase, electrode placement was based on the proposed rule by SENIAM (Surface Electromyography for Noninvasive Assessment of Muscles) [1]. Provided that EMG signals are non stationary (their frequency varies in time), feature extraction was carried out using time-frequency representations by means of tools such as the Discrete Wavelet Transform and Wavelet Packet Transform [7], obtaining a classification effectiveness of about 75%. This paper describes the methods and steps employed in the acquisition, analysis, processing and classification of sub-vocal speech signals as well as some relevant results in terms of signal classification.
Methodology a. Data Acquisition
The EMG signals of sub-vocal speech were acquired using surface electrodes of Silver Chloride (AgCl) in bipolar configuration [2, 3], these were located on the right inferior part and left superior part under the throat. After cleaning the skin with isopropyl alcohol at 70 % to reduce the impedance of the skin (to compensate for the low amplitude of sub-vocal signals), the EMG signals were amplified by a factor of 18700. In the acquisition system to reduce noise and to attenuate frequencies which are not part of the EMG signal, we used a band-pass Butterworth filter of order 8, formed by a high-pass filter of 30 Hz and a low pass filter of 450 Hz; the information was recorded at a sampling frequency of 50 kHz in vectors of 2 seconds and 50 signals per word. The implemented hardware was specifically designed
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Electro-myographic patterns of sub-vocal Speech: Records and classification
for this application by GIBUP (Biomedical Engineering Group at the University of Pamplona). The final implementation is shown in Fig. 1.
Figure 2. Location of the beginning of the active zone by means of thresholding of the EMG-signal energy vector. Energy of the Subvocal Signal
x104 14
Figure 1. EMG card implemented in the acquisition and conditioning of subvocal signals.
12
Amplitude
10 8 6 Detection Thereshold
4 2 0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Time (Seconds)
Once the signals were recorded and stored, we proceeded to prepare and extract relevant features or patterns. This process was performed in order to obtain important parameters in each group of signals analyzed, and finally accomplish an effective classification process. The conditioning process is described below: Initially, a process of location of the active area was carried out. This process was performed by means of energy analysis of the signal using windows that were sensitive to sudden changes in EMG-signal amplitude (windows of 400μS in this particular case). The signal energy for windowing is defined as:
Figure 3. Active zone of the sub-vocal signal for the word “Forward”. Active Zone 100 80 60 Amplitude (Volts)
b. Signal Conditioning
Then, a window of 0.8 seconds is applied from the beginning of the active zone; in this part of the signal is where all the information of the subvocal activity lies. Fig 3 shows (in green) the active area of the sub-vocal speech signal.
40 20 0 -20 -40 -60
W
(
)
E n = ∑ X ( n−1) W + i (1) i =1
-80 -100 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Time (Seconds)
Where U is the threshold and Emax is the maximum peak of the EMG-signal energy vector. Fig. 2 shows an example of energy vector for the intended signal as well as its detection threshold. U = ( 0.15 ) E max (2)
After the location process of the active zone is completed, the signal is filtered using Discrete Wavelet Transform (DWT), which is expressed mathematically, as [8]: j 2
ψ jk [ n] = 2 ψ ( 2 j n − k ) j, k ∈ Ζ (3)
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Luis Enrique Mendoza, Jesús Peña Rodríguez, Jairo Lenin Ramón Valencia
Where j is the scaling parameter, k is the translation parameter and Ψ is the mother wavelet. In this work, the sub-vocal signal was decomposed in four levels using mother wavelet Daubechies 5. The threshold for the filter is defined as: Uf = 2 Log ( n ) (4) Where n is the number of samples of the signal and Uf is the threshold. Once the threshold Uf is found, it is applied to all decomposition coefficients of the signal by using the Hard method. The Hard thresholding method is defined as, [9]:
c. Feature Extraction
The relevant feature extraction was achieved by means of DiscreteWavelet Packet Transform (DWPT) ,[10]. DWPT decomposes the approximation coefficients and detail coefficients, forming a tree structure. In this case, the sub-vocal signal was decomposed in three levels, generating 14 coefficients, as shown in Fig. 5. Figure 5 Selecting the Best DWPT Basis Best Basis 0,0
0, x > U f f ( x) = (5) x, x > U f
1,0
Where x is the decomposition coefficient, Uf is the threshold value and f x is the thresholding signal. Then the subvocal signal is reconstructed by means of thresholding coefficients, using the Inverse Wavelet Transform, which is expressed as, [8]: x [ n] = ∑ ∑ C [ j, k] . ψ j ,k [ n] (6) j∈Z k∈Z
Where [n] is the reconstructed signal, C are the thresholding coefficients and Ψ is the wavelet basis. The reconstruction of the sub-vocal signal is shown in Fig. 4. The signal in blue represents the original signal and the signal in red is the filtered signal. Figure 4.Comparison between the recorded sub-vocal signal and the (DWT) filtered sub-vocal signal. Filtering of the Subvocal Speech Using DWT 20
Original Signal Filtered Signal
Amplitude (Volts)
15
1,1
2,0
3,0
2,1
3,1
3,2
2,2
3,3
3,4
2,3
3,5
3,6
3,7
To select the optimal basis or coefficients that best represent the sub-vocal signal, a cost function that measures the level of information is used. In this case, Shannon’s entropy was used as the cost function, namely [10]: Η ( q ) = ∑ q ( k ) Log k
1 (7) q ( k)
Where ℋ is the Shannon entropy and q (k) is the normalized energy of the wavelet coefficients. Once the cost function of each coefficient is obtained, we proceed to choose the optimal basis by means of the parameters suggested in [10]. The result was that the EMG signal of sub-vocal speech is better represented by coefficients (1.0), (2.3), (3.4) and (3.5), shown in Fig. 5.
10 5 0 -5 -10 -15 0
2
4
6
Time (Seconds)
8
10
Taking the results of the DWPT, we proceeded to extract the patterns of the optimal bases using statistical methods such as Root Mean Square (RMS), Absolute Mean Value (AMV ), Differential Absolute Mean Value (DAMV ) and variance (σ2), using windows of 16 ms to reduce the size of the vector characterization of sub-vocal signals. The definition of these methods is illustrated in (8), (9), (10) and (11), respectively:
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Electro-myographic patterns of sub-vocal Speech: Records and classification
k =1
(11)
i
N −1
Where N is the window length and x is the optimal coefficient.Once the feature vectors are obtained using statistical methods, we applied Principal Component Analysis (PCA) for dimensionality reduction of the data, [11]. By means of PCA, it was found that 98% of important information is conserved in the first four principal components. d. Classification
Finally, and with the conditioning process as well as the pattern extraction, we proceeded to perform classification. Classification was realized through a multilayer-perceptron neural network (RN) with supervised back-propagation learning [12]. The RN has 6 input neurons P, 25 hidden neurons b and one output neuron y Figura 6. Shows the corresponding structure of RN in question. Figure 6. RN architecture implemented in the classification of sub-vocal signals
P1
b1
The effectiveness test of the classification system for subvocal speech was performed using 30% of the database obtained. The database was constructed by capturing signals from a 22-year-old male person in various recording sessions, with conventional noise conditions. Table 1 shows the results of the classification phase, it can be seen that effectiveness of the algorithm varies depending on the sub-vocal signal being classified, with an average accuracy of 75%. The effectiveness rate may vary according to various aspects, namely correct placement of the electrodes, sensitivity of system acquisition, signal conditioning, and feature extraction. Table 1. Effectiveness of the classification process
Classification Results
Stop
σ2 =
a. Classification Effectiveness
2
Star
∑ ( x − x) N
Backward
(10)
In this section, we show the results of the recognition system in real-time.
Forward
1 N DAMV = ∑ x k+1 − x k N k =1
Results
Left
(9)
Right
1 N ∑ xk N k=1
AMV =
Training of the neural network consisted of 300 cycles and was performed using 70% of the database.
1 N 2 ( xk ) (8) ∑ N k=1
Word
RMS =
Efectivity (%)
75.5
78
74.4
77.5
82.8
61.22
P2
Features
b. Results in Real Time P3
b2
P4 P5 P6
b3 . . .
bL
yk
Conditioning, feature extraction, and classification algorithms were implemented in a recognition system (in real time) using MatLab-based software. This system consists of a monitoring interface, which indicates the time of acquisition as well as the connection status of the EMG card and also the classification results. Fig. 7 shows a GUI for the recording of a sub-vocal signal of 2 seconds (time span) and the recognition of the word “Forward.”
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Luis Enrique Mendoza, Jesús Peña Rodríguez, Jairo Lenin Ramón Valencia
Figure 7. GUI for acquisition and recognition interface of sub-vocal speech signals.
The registration sensors will be implanted by means of an adjustable structure which can be comfortably attached to the neck. The size of the acquisition and conditioning hardware will be reduced for its implementation in real environments. The sub-vocal signals will be transmitted wirelessly to the processing and real-time-recognition system. The feature-extraction (and classification) algorithm will be improved to obtain a higher effectiveness rate.
Acknowledgments The authors would like to thank GIBUP and all the people that supported and trusted this project. The real time system classifies 3 sub-vocal signals per minute, having an effectiveness of 75% in a test environment, exposed to 70 dB of acoustic noise.
Discussion and conclusions The results of this study are comparable to studies in [2], [3] and [4], where similar accuracy averages were obtained. The sub-vocal system effectiveness is low, relative to voice recognition systems, but unlike these, the sub-vocal system is not affected by auditory contamination or pronunciation problems. Other speech recognition systems use brain signals (EEG) and EMG signals, recording multiple signals at once, with increased complexity due to much higher processing and also a lower recognition rate. The sub-vocal communication system uses only one EMG channel, which reduces the computational cost in terms of processing and also improves accuracy rates.
Future work This work presents the first set of results of a silent communication system with a recognition vocabulary of six words and recognition effectiveness of 75%. Some of the tasks to be carried out in the development of future studies leading to improvement of the whole sub-vocal communication system are the following:
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40 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 35-41
Electro-myographic patterns of sub-vocal Speech: Records and classification
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The Authors MSc. Ing. Luis Enrique Mendoza Research Group of GIBUP University The Pamplona. Associate Professor Program of Telecommunication engineering, Faculty of Engineering.
Ing. Jesus Peña R. Research Group of GIBUP University The Pamplona. Electronic Engineering of University of Pamplona, Colombia.
Ph.D, Ing. Jairo Lenin Ramón Valencia Research Group of BIOAXIS University The Bosque. Associate Professor Program of Bioengineering, Editor of the Journal of Technology, Faculty of Engineering, PhD Industrial Technology. University Polytechnic of Cartagena, Spain. Biomedical Engineer Manuela Beltran University, Bucaramanga, Engineer Industrial Tec Specialty in Electronics, UPCT, Spain.
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Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías Differential Calculus: learning with new technologies
Guiovanna Sabogal, Nidya Monroy, José Luis Landero Pinzón, Yeison Ramiro Molina Vega
Resumen
Abstract
ste artículo presenta los resultados obtenidos de un estudio cuasi-experimental, para determinar el impacto de la herramienta “Cálculo Diferencial: Aprendiendo con nuevas tecnologías” en los estudiantes de segundo semestre de la facultad de ingeniería de la Universidad El Bosque. El estudio se realizó mediante cuatro grandes etapas: recolección de información, análisis de datos, análisis estadísticos y resultados, donde se muestra la mejora en la nota promedio de los estudiantes Cálculo diferencial.
E
Palabras clave: Aprendizaje Significativo, LMS, Scorm, Materiales Educativos Computarizados (MEC), Cálculo diferencial.
his article presents the results of a quasi-experimental study to determine the impact of the tool “Differential Calculus: Learning with new technologies” in the second semester students of the Faculty of Engineering of the University Forest. The study was conducted through four major stages: data collection, data analysis, statistical analysis and results, showing the improvement in the average score of students Differential Calculus.
T
Keywords: Significant Learning, LMS, Scorm, Computerized Educational Materials (MEC), Differential Calculus.
Recibido: Agosto 06 de 2013 Aprobado: Noviembre 18 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Universidad El Bosque, Bogotá, Colombia. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías
Introducción A través del tiempo la educación se ha basado en dos fuentes, la presencia física de un profesor y la utilización de un texto guía. Varias investigaciones y opiniones de expertos, aseguran que hay una tendencia en el problema de pérdida de la asignatura debido al incremento del número de estudiantes con problemas de comprensión en bases del algebra y del cálculo matemático [1], a esto también se le debe agregar los malos hábitos de estudio. Hoy en día el proceso de enseñanza-aprendizaje ha cambiado con el uso de las TIC (Tecnologías de la información y las comunicaciones) las cuales muestran los beneficios de los recursos de un ambiente virtual como facilitadores importantes para que el docente con sus estudiantes, genere clases más dinámicas y puedan aprovechar los diferentes sistemas de representación que se pueden obtener con los programas computacionales [2]. La elaboración de materiales computarizados MEC, es una excelente herramienta de implementación en los salones de clase. De acuerdo al artículo [4] “El Aula Virtual le ha dado la oportunidad al docente de incursionar en un campo dinámico y de vanguardia en el desarrollo tecnológico, además le ha permitido desarrollar, aplicar y evaluar los resultados de una nueva metodología de enseñanza. El docente tiene más opciones para orientar al estudiante porque en este sistema es fundamental la retroalimentación y la asesoría permanente”. La herramienta “Cálculo Diferencial: Aprendiendo con nuevas tecnologías” nace como un proyecto de investigación del grupo OSIRIS de la Universidad El Bosque, donde observamos el impacto del uso de la herramienta cálculo diferencial, mediante el análisis estadístico y así lograr determinar el rendimiento académico delos estudiante. Se estudió concretamente el caso de la utilización de un ambiente virtual en apoyo a un curso presencial de Cálculo Diferencial. La herramienta tiene como objetivo apoyar el libro publicado en el año 2006 “Cálculo Diferencial para Ingeniería” [5], con el fin de suplir las algunas necesidades del desarrollo del curso cálculo diferencial enfocado a futuros ingenieros, permitiendo una alta interacción entre el estudiante y los objetivos del curso, adicional a
esto la Universidad El Bosque, comenzó a implementar el aprendizaje significativo, donde el estudiante toma un papel más activo. De acuerdo a lo anterior se genera la necesidad de crear una herramienta que una las TIC, aprendizaje significativo y el libro [2], para el proceso educativo del estudiante, teniendo como finalidad orientar al alumno a la creación de ambientes de aprendizaje autónomos, en donde bajo un método de enseñanza basado en el MEC, el estudiante explore, experimente y comprenda el contenido de clase.
Marco teórico En 1963, David Ausubel publicó el documento “The Psychology of Meaningful Verbal Learning” [6], en donde explica la teoría cognitiva del aprendizaje verbal significativo, la cual ha tomado más fuerza en la última década entre los docentes que buscan innovar su metodología de enseñanzas. El primer modelo sistemático de aprendizaje cognitivo, según la cual para aprender es necesario relacionar los nuevos aprendizajes a partir de las ideas previas del alumno. Se comienza a construir el nuevo conocimiento a través de conceptos que poseen. Se aprende por la construcción de redes de ideas, agregándoles nuevos conceptos. Se considera al aprendizaje significativo como una teoría puesto que esa es su intención, abordar todos y cada uno de factores y condiciones para lograr mayor asimilación y retención de los contenidos que el alumno en su momento adquiera y logre así mayor adquisición del tema visto [6], y es necesario abordar este proyecto haciendo énfasis en los seis objetivos los cuales son: • Aprendiendo como aprender • Cuidado, “Motivación”. • Dimensiones Humanas. • Integración • Aplicación. • Conocimientos Fundamentales [6].
El objetivo es generar una cultura de apoyo entre profesores y estudiantes, para generar experiencias de aprendizaje significativo. Basado en esta teoría, se requiere configurar LMS (Learning Manager System) de la mano del libro “Calculo Diferencial para Ingeniería” el cual se desea, que se convierta es una herramienta potencialmente significativa para el estudiante.
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Guiovanna Sabogal, Nidya Monroy, José Luis Landero Pinzón, Yeison Ramiro Molina Vega
Con ello se pretende aumentar la motivación y la predisposición del estudiante, y lograr que se convierta él en su mismo crítico, y corregir sus posibles falencias que se presenta a la hora de estudiar, así logre cuestionar el ¿Por qué?, ¿Y el para qué? De lo prendido y encuentre la relación con la ingeniería para lograr Ingenieros integrales. Con la implementación de un sistema de gestión de aprendizaje (LMS), aplicación de software o tecnología basada en Web para planificar, implementar y evaluar un proceso de aprendizaje específico. El cual proporciona al instructor una forma de crear y entregar contenidos, monitorear la participación de estudiantes, evaluar el desempeño estudiantil, también cuenta con la capacidad para utilizar las funciones interactivas como foros de discusión y videos [6]. Para esta herramienta se tiene en cuenta como factores del aprendizaje significativo, como Caring o “Motivación”, Conocimientos Fundamentales y Aplicación, expuestos por L. Dee Fink [6], de acuerdo a los lineamientos institucionales en esta teoría.
Metodología El objetivo de esta investigación se centró en medir el impacto de la herramienta “Cálculo Diferencial para Ingeniería”, donde se creó un ambiente virtual como apoyo al proceso de educación presencial, con el interés de mejorar el estudio individual y el avance de las bases requeridas para el curso Cálculo Diferencial. La investigación realizada es de tipo cuasi-experimental, y se trabajó durante dos semestres académicos con dos grupos de jornada nocturna de Cálculo de Diferencial, un grupo de prueba y un grupo de control. La metodología utilizada es de tipo cuantitativo – cualitativo puesto que se obtiene información a través de aplicación de instrumentos como encuestas, entrevistas, exámenes parciales. Este proyecto se realizó en cuatro fases:
Recolección de información La primera fuente de información fue mediante una entrevista al Licenciado Leonardo Donado, Magister en Ciencias Financieras, Director del departamento de matemáticas, autor del Libro diferencial [2], para Ingeniería,
y encargado de desarrollar el syllabus de la asignatura Cálculo Diferencial, esta entrevista tuvo como objetivo conocer los cocimientos previos para cursar la asignatura Cálculo Diferencial. La segunda fuente fue una encuesta que se realizó a los estudiantes que culminaron el curso Cálculo diferencial, esto con el fin de recolectar información sobre las debilidades y dificultades que se presentaron a través del curso. La tercera fuente se obtuvo mediante encuestas a estudiantes que actualmente se encuentran cursando la asignatura Cálculo diferencial, se obtuvo las variables externas que permitan identificar las características de los grupos.
Datos obtenidos De la entrevista realizada al Licenciado Leonardo Donado se obtuvo el siguiente listado de los objetivos que debe tener el estudiante al momento de iniciar el curso Cálculo Diferencial. • Conocer y aprender el concepto de limite y anali-
zarlo desde los puntos de vista: gráfico, numérico, y algebraico. • Reconocer cuando una función es continua y saber
clasificar las discontinuidades que esta tenga. • Conocer y aplicar los teoremas sobre límites y los
métodos para calcularlos. • Conocer los límites al infinito y como calcular las
asíntotas horizontales. • Entender el concepto de la derivada como función y
conocer las diferentes reglas de derivación, con el fin de derivar funciones constantes, funciones potencia, polinomios y derivación implícita. • Interpretar y resolver problemas de razón de cambio
aplicados física, química, biología y otras ciencias. • Conocer las derivadas de las funciones básicas
incluyendo las exponenciales y las logarítmicas y las funciones trigonométricas. • Entender cómo afectan las derivadas [5].
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Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías
Fig. 1. Resultado de pruebas de los pre-requisitos para Cálculo Diferencial. Cursaron la Asignatura
Fig. 2. Interface de la herramienta Cálculo Diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías.
35
35 30
28
26
25
27
20 15 10 5 Aplicaciones Derivadas
Derivación
Continuidad
Sucesiones
Limites
Funciones
Formulas Algebraicas
Factorización
Numeros Reales
0
Dificultades (TEMAS)
De la encuesta que se aplicó a los estudiantes que ya habían cursado la asignatura, se observó que tenían dificultades en los temas del curso que aparecen en la Fig 1. Los estudiantes no tienen dominio de factorización y fórmulas, y como se indicó en los objetivos del aprendizaje que se esperaban. Con relación a los datos recogidos anteriormente, se inició una búsqueda e investigación en recursos matemáticos, con la finalidad de implementarlos en la herramienta “Cálculo Diferencial: Aprendiendo con nuevas tecnologías”, se realizó una selección de documentos y videos gratuitos en la web para apoyar el estudio y desarrollo del syllabus de cálculo diferencial. Luego se procedió al desarrollo de los MEC a través de la metodología de Galvis Panqueva [8], que fue guía en la desarrollo de nuestra herramienta la cual fue realizada en Moodle puesto que es la plataforma que se usa en la Universidad El Bosque y con las que están familiarizados los estudiantes. En Moodle se hicieron scorms, porque con ellos se puede crear el contenido del curso y reproducirlo en cualquier plataforma LMS por su compatibilidad y la estandarización, en donde se integraron videos y recursos de acuerdo a los objetivos de aprendizaje. En la fig 2. Se observa la interfaz de la herramienta, donde se reforzaron los temas vistos en el curso, de fácil manejo para el estudiante, con un ambiente amigable y familiar, tratando así de atraer la atención del alumno.
En la herramienta “Cálculo Diferencial: Aprendiendo con nuevas tecnologías”, el estudiante encontrara videos, ejemplos y demostraciones de cada tema requeridos durante el desarrollo de la asignatura.
Análisis de los datos Para medir el impacto de la herramienta se seleccionaron dos grupos, uno de prueba y otro de control, para tener en cuenta ciertas variables, los cursos fueron apoyados por el mismo docente, descartando que una diferente metodología de enseñanza afectara el resultado de la investigación. Las jornadas de estudio para ambos grupos fueron nocturnas, con un número similar de estudiantes y se obtuvo el consentimiento informado de ellos y del docente de la asignatura. En los dos grupos implicados en el cuasi – experimento al inicio del semestre se les explicó el proyecto, el objetivo del mismo y mediante una encuesta se recopiló la información que iba a ser de gran utilidad para definir las variables externas de la investigación. Luego de tener el consentimiento informado y las encuestas, se procedió con la colaboración del docente a utilizar una clase completa para la explicación del uso de la herramienta “Cálculo Diferencial: Aprendiendo con nuevas tecnologías”.
Análisis de datos grupo de prueba. En la Fig 3. Se observa que en el grupo de prueba, la mayoría de los estudiantes se encuentran entre los 1720 años de edad, además encontramos estudiantes que superan la edad de 25 años de edad.
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Edades de los estudiantes Figura 3. Edades estudiantes grupo de prueba. 10
15 5
10
6
6
9
2009-2011
8
2006-2008
10
0 1994-1996
1
1 2000-2002
0
1997-1999
0
1991-1993
1
0
1988-1990
2
2003-2005
4
4
1985-1987
# de estudiantes
Figura 4. Año de terminación del bachillerato grupo de Año terminación bachillerato prueba.
Rango de años
Análisis de datos grupo control En la Fig 5. Se observa que 12 estudiantes del grupo de control se encuentran entre los 17-20 años de edad y 4 estudiantes son mayores de 25 años de edad. Edades de los estudiantes Figura 5. Edades estudiantes grupo control.
# de estudiantes
15 10 5 0
17-20
21-24 25-28
29-32
33-36 37-40
41-44 45-48
Rango de edades
En la Fig 6. Se muestra el tiempo transcurrido desde la culminación del bachillerato del grupo control, se observa que 12 estudiantes finalizaron estudios de bachillerato en 2011y solo 2 estudiantes finalizaron estudios de bachillerato hace más de 6 años.
2009-2011
En la Fig 4. Se observa que el tiempo transcurrido desde la culminación del bachillerato del grupo prueba oscila entre 1 y 25 años, causando un grupo muy heterogéneo respecto a los conocimientos que mantienen al iniciar el pregrado.
0 2006-2008
Rango de edades
5
2003-2005
1
0
41-44 45-48
2000-2002
0
33-36 37-40
1997-1999
0
29-32
1994-1996
21-24 25-28
1991-1993
0 17-20
1988-1990
5
1985-1987
6
# de estudiantes
# de estudiantes
10
0
Figura 6. Año de terminación del bachillerato grupo Año Culminación del Bachillerato control.
Rango de años
Análisis estadístico La fuente de información que se utilizó para realizar el análisis, fueron las notas del tercer corte puesto que en este se evalúa todo lo aprendido a través del semestre. La Tabla I. Muestra la comparación de las notas del grupo de prueba frente al grupo de control, evidenciando que la nota mínimo para el G.C fue de 1.9 y para el G.E fue de 2,6, los dos grupos obtuvieron la nota máxima de 4,2. Tabla I. Notas del grupo de prueba frente al grupo de control.
# Estudiantes
Grupo Control
Grupo Prueba
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3 2.1 2.9 3.1 4.2 1.9 2.8 3.1 3.2 3.4 4.1 3.9 2.9 2.6 2.8 3.8 2.2 3.6 3 2.4
2.8 3.6 3.8 4 3.6 3.7 3.6 3 2.6 3.7 4 3.6 3.9 3.4 4.2 3 3.2 3.5 4.1 3.8
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Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías
En la Tabla II. Se observan las medidas estadísticas que recogen el promedio de la nota de todo el grupo de estudiantes, la homogeneidad de los datos, y la incidencia de las notas.
el aprendizaje y apoyar a los estudiantes, complementando interacción con esta herramienta. Fig. 7. Pantallazo inicial para cada Scorm. Pantallazo inicial
Media=
3.05
3.555
Desviación=
0.645225379
0.438268123
Moda=
3
3.6
En la Tabla III. Se observa los Intervalos de confianza que evidencian el lumbral de acercamiento del grupo hacia la nota promedio. Tabla III. Intervalos de confianza.
Intervalos de confianza Grupo control
Intervalos de confianza Grupo de prueba
2.40477462 3.05 L. inferior
3.11673188
3.69522538
media
3.555
L. superior
Pantallazo usado en todo los scorn
Tabla II. Medidas estadísticas. Titulo de cada capítulo Inicio
Matemáticos
Descargas
Contenido de cada capítulo
Aplicaciones
Refuerzos
Animación Introducción del capítulo.
En la Fig 7. Se muestra el diseño del pantallazo inicial el cual está diseñado con las siguientes características como se muestra en la Tabla IV. Tabla IV. Características del diseño primer pantallazo.
Orden de despliegue
Primer pantallazo en cada scorm
Demoras
Mantiene cada pantallazo hasta que el usuario seleccione otra opción
3.99326812
Efectos de sonido
Diseño Computacional
Animaciones
Animación en Geogebra
La elaboración de los MEC, es la unión de varios procesos por lo cual es necesario tener claro todos los elementos que lo rodean, los cuales deben ser posibles de cumplir y que estén enmarcados en los requerimientos del aprendiz.
Cambio de color
Cambio de color al pasar el cursor por alguna opción
Para la elaboración de la herramienta “Cálculo Diferencial: Aprendiendo Con Nuevas Tecnologías”, se requiere del análisis de diferentes aspectos educativos, adicional a la teoría de aprendizaje significativo y se utilizó la metodología de Álvaro Galvis Panqueva presentada en el libro Material educativo computarizado MEC [8]. El objetivo primordial es que los estudiantes de Cálculo Diferencial controlen el ritmo de aprendizaje, la cantidad de ejercicios, y tengan disponibilidad de tiempo para estudiar a cualquier hora. Por su parte el docente debe acompañar
Encabezamiento de pantallazos
Acción Siguiente
Acción Siguiente
Inicio
Pantallazo inicio
Contenido de cada capítulo
Desarrollo de teoría
Matemáticos
Desarrollo de teoría
Refuerzo
Desarrollo de teoría
Animaciones
Pantallazo Geogebras
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Desarrollo De MEC Teniendo ya definido el diseño, lo que se debe determinar es el recurso tecnológico y humano con el que se cuenta, para llevar a cabo las estrategias de desarrollo. La documentación la cual es necesaria para llevar una estructura legible y ordenada y de esta forma asegurar el desarrollo del proyecto, garantizando los estándares para cada uno de los módulos de forma estructurada y legible de esta forma avanzar en el desarrollo del MEC con la revisión de la directora de Proyecto Nidya Monroy y el director de Línea Luis Cobo, para garantizar la funcionalidad de la herramienta, se realizó una prueba piloto con el grupo de prueba de Cálculo Diferencial para determinar la usabilidad de la misma y analizar las reacciones de los estudiantes y con el fin de mejorar capacidad de interacción y de procesamiento de información que tiene la herramienta.
Aprendizaje significativo Para aprender es necesario relacionar los nuevos aprendizajes con las ideas previas del alumno. Se comienza a construir el nuevo conocimiento a través de conceptos ya aprendidos. Desarrollar la metodología de aprendizaje significativo que aborda todos y cada uno de factores y condiciones para lograr mayor asimilación y retención de los contenidos que el alumno adquiera. En la Tabla V. Se observa la implementación de los objetivos del aprendizaje significativo. De esta forma se crea un ambiente de aprendizaje interactivo, que se encuentre acorde a los lineamientos de la Universidad El bosque, y logre complementar el aprendizaje de los estudiantes de ingeniería. Tabla V. Implementación del aprendizaje significativo.
Tipo de aprendizaje
La implementación de los MEC, facilita al estudiante marcar su ritmo de estudio Aprendiendo logrando ser un aprendiz auto dirigido, a aprender. por medio de videos y de ejercicios paso a pasos. Aplicación.
Por medio de Geogebras de aplicación y del auto evaluación el estudiante desarrollara habilidades y pensamiento crítico de lo que se está aprendiendo.
El MEC les brinda más herramientas de Compromiso. estudio a los estudiantes con lo despertara interés en su estudio [9].
Desarrollar los MEC, e integrarlos a LMS La interfaz de la herramienta fue diseñada en Dreamweaver y Photoshop, como se observa en la fig 8, logrando que el estudiante se familiarizara con la Universidad El Bosque. Figura 8. Interface inicial.
Adicionalmente, se manejaron animaciones de botones e Hipervínculos animados en Dreamweaver lo cual facilita la navegación de los estudiantes. En la fig 9. Se muestra la definición de valor absoluto utilizando un lenguaje de fácil comprensión para los estudiantes. Figura 9. Valor absoluto.
MEC
Los MEC facilitan el aprendizaje de conceptos claves del cálculo diferencial Conocimiento como: Números reales límites y derivadas fundamental. por medio del uso de Geogebra, videos, y el uso del lenguaje familiar al estudiante
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Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías
La herramienta se manejó por capítulos, donde el estudiante encontrará los temas que se verán en cada capítulo con ejemplos y gráficas, motivando a los estudiantes a interactuar más con la materia revisando los capítulos en la herramienta donde se agregaron, videos de refuerzo de cada tema, aplicaciones del tema en la vida diaria, la biografía del personaje que influyó en cada tema, y un link que contiene descargas e hipervínculos a páginas que pueden reforzar el conocimiento de estudiante como se muestra en la fig 10. En la Biografía se encuentran frases célebres del autor, el hipervínculo a la biografía de éste y libros destacadas para que el estudiante pueda leer. En las Descargas hay hipervínculos a páginas con videos muy explicativos de los temas que se ven en la materia [10], [11], [12], [13], [14], [15]. Fig. 10. Descargas y programas de ayudas.
Resultados Luego de la recolección de información, su debido análisis de datos, y análisis estadísticos se observa que las notas promedio del grupo de prueba de los estudiantes que cursaron la asignatura Cálculo diferencial tiene una tendencia de mejoramiento, con respecto al grupo de control. Se evidencia que: 1. 1. La media del grupo de prueba fue de 3,55 y la del
grupo de control fue de 3,05, se observa que el grupo de prueba tiene un mejor promedio con respecto al grupo de control. 2. 2. La desviación del grupo de prueba frente al grupo
de control es menor, lo que muestra que los datos son más homogéneos al encontrarse más cerca de la media.
3. En el grupo de prueba la moda es de 3,6 que es muy
superior a la del grupo de control la cual es de 3,0. 4. El 68% de los datos en el grupo de prueba están
entre 3,11 y 3,99, es decir en un intervalo que mide 0,8, mientras que en el grupo de control el 68 % de los datos están entre 2,4 y 3,69 es decir en un intervalo que mide 1,3. 5. En el año de culminación de bachillerato se observa
que el periodo transcurrido de la terminación del bachillerato al inicio de la carrera profesional es más largo en el grupo de prueba que en el grupo de control.
Conclusiones La implantación de los MEC, motiva a los estudiantes y hace más amable la interacción con el libro, y se verá reflejada en el aprendizaje y en las notas de la evaluación de todos los usuarios. De acuerdo a los análisis de datos y los datos recogidos mediante las encuestas, se debería esperar que en el grupo de prueba, por las edades de los estudiantes y el tiempo transcurrido entre la graduación de bachillerato y el inicio de estudios universitarios; su rendimiento académico fuera menor frente al grupo de control, pero se puede observar que por el contrario los datos recogidos en el análisis muestran una homogeneidad positiva demostrada con el promedio y la dispersión de los resultados, lo que permite expresar que la herramienta Cálculo Diferencial: Aprendiendo con nuevas tecnologías influyo positivamente en el mejoramiento del rendimiento académico de los estudiantes, logrando así que la herramienta se convierta en un instrumento de nivelación y profundización de la asignatura. Adicional a esto la utilización de la herramienta tiene una incidencia alta en el desarrollo de una buena actitud por parte del estudiante hacia la asignatura cálculo diferencial, a través del seguimiento que se hizo durante el periodo académico se observó que los estudiantes van adquiriendo esa habilidad de ligar las herramientas tecnológicas con la educación tradicional. No sobra mencionar que los estudiantes que cursan la asignatura de Cálculo diferencial en la jornada nocturna no pueden participar en su proceso educativo tiempo
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Guiovanna Sabogal, Nidya Monroy, José Luis Landero Pinzón, Yeison Ramiro Molina Vega
completo, la utilización de la herramienta resulta favorable para el proceso de aprendizaje y el contacto permanente con el docente y los compañeros.
and J. Merino Granizo, Innovación En El Campus Virtual: Metodologías y Herramientas. Madrid: Editorial Complutense, 2007.
Por último, en la puesta en marcha de las pruebas con los estudiantes siempre se mostraron motivados y expresaron su aceptación por la herramienta, lo que motiva a seguir trabajando en la implementación de MEC en todas las áreas de la ingeniería.
[10] M. Hohenwarter, “Geogebra.”, geogebra.org/cms/, 2012.
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Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías
[23] F. M. González García and J. D. Novak, Aprendizaje Significativo: Técnicas y Aplicaciones. Madrid: Cincel, 1993.
Los Autores Guiovanna Paola Sabogal Profesora de Facultad de Ingeniería de Sistemas, Ingeniera electrónica, Universidad Distrital, Líder grupo investigación OSIRIS. guiovannasabogal@unbosque.edu.co
Nidya Monroy Profesora, Facultad de Ingeniería de Sistemas, Universidad El Bosque. Ingeniero Electrónico, Universidad Santo tomas. nidyamonroy@unbosque.edu.co
José Luis Landero Pinzón Ingeniero de Sistemas, Universidad El Bosque. landero@unbosque.edu.co
Yeison Ramiro Molina Vega Ingeniero de Sistemas, Universidad El Bosque. jeisonmolina@unbosque.edu.co
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Movilidad sostenible en Bogotá D.C. – caso metro Bogotá Sustainable mobility in Bogotá DC – Bogotá rail transit case
Rafael Andrés Moré Jaramillo, Matthieu Giret
Resumen
a situación actual de la movilidad en la ciudad de Bogotá es crítica, el transporte público no es suficiente y eficiente en horas pico para soportar la demanda, por lo cual se requiere de una alternativa de transporte público masivo y limpio que este alineado con las políticas del Plan de Desarrollo de la Alcaldía Mayor de Bogotá y el Plan de Ordenamiento Territorial de Bogotá1. Los estudios iniciales muestran la viabilidad de la implementación del metro, sobre todo por los beneficios que trae a nivel ambiental en donde los aportes a la disminución de emisiones atmosféricas como gases efecto Invernadero (CO2) son evidentes al tratarse de un sistema cuyo combustible es la energía eléctrica.
L
Para determinar inicialmente si el metro de Bogotá sería un sistema de transporte público viable, se deben realizar los estudios de prefactibilidad y factibilidad en las áreas financieras, técnicas, urbanísticas, ambientales, jurídicas, operativas, socioeconómicas y de demanda de las líneas previamente establecidas, sin embargo, se realizó inicialmente un comparativo del sistema eléctrico férreo con los sistemas de transporte existentes en las variables emisión de CO2, generación de ruido y velocidad promedio del viaje, en las cuales se muestra que el metro es más beneficioso que los sistemas de transporte público existentes en la ciudad.
Abstract
he actual movability situation in Bogotá city is critic, the public transport isn’t sufficient nor efficient to support the demand in peak hours, therefore it is needed a massive and clean public transport that it is aligned with the politics of Bogotá Mayoralty Development Plan and Bogotá Land Use Plan. Initial studies show the feasibility of the implementation of the rail transit; specially for the environmental level benefits where it contributes to the reduction of air emissions as greenhouse gases (CO2) effects are evident when dealing with a system that use fuel as electricity.
T
To initially determine whether the rail transit would be a viable public transit system it is necessary to performed a pre-feasibility and feasibility studies in the financial, technical, urban environmental, legal, operational, socioeconomic and demand of the previously established lines, however, a comparison of the rail transit electrical system was initially performed with the existing transportation systems in CO2 emissions, noise generation and average speed of the journey variables, which shows that the rail transit system is more beneficial than the existing transport systems in the city. Keywords: Bogotá Rail Transit, Public Transport Integral System, Mobility, Sustainability.
Palabras clave: Metro Bogotá, Sistema Integrado de Transporte Público, Movilidad, Sostenibilidad. 1. El desarrollo de proyectos de infraestructura y movilidad de Bogotá, deberán ser afines a las políticas de desarrollo y de ordenamiento territorial planteadas por la organización. Sin embargo, los dueños y ejecutores de los proyectos podrán desarrollar de forma independiente sus propias políticas y procedimientos de proyectos si se encuentran en estructuras organizacionales matriciales, siempre que no entren en conflicto con las políticas de la organización o gobierno [1]. Recibido: Octubre 18 de 2013 Aprobado: Diciembre 06 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Grupo de Investigación Choc Izone, Facultad de Ciencias Económicas y Administrativas, Programa de Administración de Empresas y Facultad de ingeniería, Programa de Ingeniería Ambiental. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Movilidad sostenible en Bogotá D.C. – caso metro Bogotá
Introducción Actualmente, Bogotá forma parte de las tres ciudades de más de siete millones de habitantes que no tienen metro, las dos otras son Kinshasa (Congo) y Dhaka (Bangladesh) [2]. Esta observación incita a la búsqueda de información sobre el tema del transporte público en la ciudad y el tema de la implementación de un metro. En el ámbito institucional una gestión pública gubernamental eficiente para la ciudad de Bogotá, se desarrolla al caracterizar la movilidad como una acción sostenible, la cual se concibe como aquella capaz de satisfacer las necesidades actuales, sin comprometer la misma satisfacción de las necesidades futuras. El Decreto 309 de 2009 que regula el sistema integrado de transporte público de Bogotá – SITP-, presenta las estrategias tendientes a organizar y optimizar el transporte público de pasajeros. A través de este decreto se propone una movilización ideal de personas por medio de un sistema de transporte público que tiene como base organizacional un modelo único en donde se integre el sistema de transporte masivo y colectivo actual, además de otros sistemas por desarrollar como el metro. De igual forma, el plan maestro de movilidad define al transporte masivo como aquel medio “constituido por las líneas de metro, troncales de buses y líneas de tranvía y sus respectivas rutas alimentadoras. En la periferia de la ciudad se deberá integrar con el tren de cercanías”.
Justificación del proyecto metro Bogotá En el acuerdo 489 de 2012, por el cual se adopta el Plan de Desarrollo Económico, Social, Ambiental y de Obras Públicas para Bogotá D.C. 2012-2016 – Bogotá Humana [3], uno de los proyectos prioritarios es la “construcción e integración de la red férrea como eje estructurador del Sistema de transporte público”. Con el objetivo “que la ciudadanía disponga de un servicio de transporte público con calidad, equidad y ambientalmente sostenible” [3]. Se pretende “construir un sistema de movilidad con enfoque ambiental y humano”, “reducir la vulnerabilidad de la ciudad y los grupos humanos respecto al cambio climático y los desastres naturales” y “mejorar las condiciones ambientales y sanitarias en las veinte localidades
de Bogotá D.C., favoreciendo la calidad de vida y salud de la población”. [3]. El proyecto metro de Bogotá se justifica desde el en el Plan de Desarrollo 2012 – 2016, dentro del eje dos “Un territorio que enfrenta el cambio climático y se ordena alrededor del agua”, en su objetivo “Construir un sistema de movilidad con enfoque ambiental y humano”, en el que se plantea que la “movilidad sostenible debe ser alcanzable mediante la oferta de alternativas modales e implementación de acciones que limiten las emisiones y los desperdicios, optimizando el consumo de recursos (no renovables y renovables), reutilización y reciclaje de sus componentes y minimizando la producción de ruido y contaminación visual”; de igual forma, el Plan de Desarrollo 2012 – 2016, establece que el desarrollo del distrito deberá realizarse de conformidad con los criterios en favor de la salud ambiental de la ciudad y basados en los conceptos, acciones y prácticas que enfoquen los resultados en contra del cambio climático. Paralelamente se justifica mediante el Decreto 364 de 2013 “Por el cual se modifican excepcionalmente las normas urbanísticas del Plan de Ordenamiento Territorial de Bogotá D. C” en su Artículo 135 - Lineamientos para la mitigación de gases efecto invernadero (GEI), en el cual el Distrito Capital promueve medidas que buscan reducir las concentraciones de los gases de efecto invernadero (GEI) en la atmosfera en los sectores de movilidad y subsistema transporte; Artículo 155 – Políticas de ordenamiento territorial en el suelo urbano, en la cual se busca mejorar la calidad de vida de la población reconociendo su diversidad y necesidades diferenciales promoviendo condiciones para la igualdad de oportunidades y equidad de género, en las políticas de sostenibilidad ambiental, gestión del riesgo y adaptación al cambio climático y política de movilidad, en donde se prioriza dentro del transporte público el modo férreo y tecnologías limpias; Articulo 178 – Corredor verde urbano, en la cual se buscan desarrollar áreas que hacen parte del subsistema vial que por sus características funcionales, ecológicas, paisajísticas y/o de configuración urbana, tienen el potencial de contribuir al desarrollo urbano sostenible y a la integración eficiente de los componentes del subsistema de transporte que operan con tecnologías limpias; entre otros.
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Movilidad Bogotá Según el Consejo Nacional de Política Económica y Social el Programa Nacional de Transporte Urbano (PNTU) hace parte de una estrategia de política pública que viene siendo adelantada por el Gobierno Nacional para contribuir a mejorar los sistemas de transporte público urbano en las principales ciudades del país. Este programa se diseñó en respuesta a los retos que afrontaban las ciudades en términos de su crecimiento demográfico relacionado con la congestión de tránsito (ver gráfica 1), el acelerado incremento en las tasas de motorización (ver gráfica 2 y mapa 1), y los grandes desafíos que estos fenómenos conllevaban para los sistemas de movilidad urbana con su incidencia en la pérdida de productividad y el condicionamiento de la competitividad futura de las ciudades [4]. De acuerdo Departamento Nacional de Planeación existen cuatro causas principales de la operación ineficiente del transporte público en las principales ciudades de Colombia como la sobreoferta de servicios, altos tiempos de viaje, equipo automotor obsoleto y superposición de rutas [5]. Estos efectos tienen implicaciones sociales y económicas asociadas al deterioro de la calidad de vida y del medio ambiente en las ciudades. El parque automotor registrado en la ciudad de Bogotá se compone de vehículos de servicio particular, público y oficial, en una proporción de 92% (1.455.062), 7% (104.298) y 1% (13.351) respectivamente [3]. De acuerdo con la Encuesta de Movilidad del 2011, se realizan 17.611.061 viajes en el día en la ciudad, de los cuales un 46% se realiza a pie, un 29% en transporte público (20% en el colectivo y 9% en TransMilenio), un 10% en automóvil, un 4% en taxi, un 3% en bicicleta, otro 3% en transporte escolar, un 2% en moto y el restante 3% utiliza transporte informal, transporte intermunicipal, entre otros medios de transporte [6]. En el Mapa 2 y 3 se pueden observar los orígenes y destinos de los viajes que hacen los bogotanos durante el día, observándose que los principales atractores y generadores de viajes se encuentran en las zonas que componen el centro expandido, Suba, calle 80, Kennedy y el municipio de Soacha. Con respecto al transporte público en hora pico de generación se observan que los viajes en este modo se originan en la periferia, principalmente en
zonas como Suba, Calle 80, Kennedy, Bosa y Usme, mientras que en hora pico de destino se encuentran los viajes hacia el centro de la ciudad, entre las calles 6 y 127, entre los cerros y la carrera 30, llamado el centro expandido de la ciudad. En la hora valle, que representa el movimiento esperado de los viajes entre los picos, se observa que los viajes se originan principalmente en la zonas de servicios de la ciudad y las zonas donde se encuentran los puestos de trabajo, y en general las áreas donde se han desarrollado zonas que concentren servicios y puesto de trabajo como en la zona industrial que se encuentra en la carrera 68 y la Av. Américas; con respecto al destino, ya que estos viajes se hacen entre zonas de trabajo y de servicios, no es de sorprender que sean las mismas zonas a las que se originan. El actual transporte público está compuesto por una oferta física distribuida entre buses, busetas y microbuses, los cuales por su tipo de combustible generan emisiones de gases y ruido que afectan la salud de la población del área de influencia, y un transporte masivo Transmilenio que fue implementado en el año 2000. “De acuerdo con el documento “Un tranvía llamado deseo” del Arq. Pablo Bullande: “Los nuevos sistemas de tranvías fueron puestos en marcha casi siempre en el marco de un proyecto urbano concebido en forma integral. Es decir, un proyecto de ciudad sustentable que asume la diversidad y la jerarquía de los miembros del sistema, comprende sus necesidades y sus potenciales, actúa simultáneamente en las diferentes escalas y se desarrolla en el tiempo con la flexibilidad necesaria para adaptarse a los cambios que la vida misma le exige”[7], de esta forma, el metro adopta las características de un sistema sustentable y se inmersa en la ciudad para aportar en temas de salud ambiental, crecimiento, desarrollo y una mejor calidad de vida.
Movilidad sostenible Los estudios realizados por el distrito proponen un orden de construcción de las líneas que componen la propuesta metro para Bogotá, articuladas en algunos casos a las líneas del tren de cercanías, con base en una evaluación multicriterio y a los modelos de transporte ya existentes; el Mapa 4 muestra las líneas propuestas inicialmente por la secretaria de movilidad en el año 2010 teniendo como base la evaluación de la demanda del sistema metro de Bogotá.
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El proyecto metro de Bogotá podría satisfacer las condiciones ambientales para aportar a la sostenibilidad de la ciudad, ya que es un sistema férreo no contaminante orientado a mejorar la calidad de vida y salud de los bogotanos. Este sistema de transporte elimina importantes cantidades de gases contaminantes locales y globales, aporta al mejoramiento del paisaje, a la reducción de niveles de ruido y crea una oportunidad de rediseño de zonas verdes y del espacio público existente. De esta forma, el proyecto brinda la posibilidad de generar un corredor verde, en donde se mejora la movilidad, la dotación de mayor espacio a peatones, la presencia de vegetación y la operación de sistemas de transporte masivo con tecnologías limpias. Para determinar inicialmente si el metro de Bogotá sería un sistema de transporte público viable se deben realizar los estudios de prefactibilidad y factibilidad en las áreas financieras, técnicas, urbanísticas, ambientales, jurídicas, operativas, socioeconómicas y de demanda de las líneas previamente establecidas, para lo cual la administración distrital puede optar por pedir préstamos bancarios y desarrollar el proyecto por licitaciones públicas o incentivar el desarrollo de Asociaciones Público-Privadas (APP) que desarrollen el proyecto con recursos monetarios privados o compartidos (entre el privado y público) que aseguren la viabilidad de la construcción y operación de estos sistemas férreos. Sin embargo, se presenta a continuación un ejemplo comparativo de las variables emisión de CO2, generación de ruido y velocidad promedio del viaje del sistema eléctrico férreo con los sistemas de transporte existentes, con el fin de analizar inicialmente el posible impacto del metro. Los resultados obtenidos inicialmente con 18 horas de funcionamiento al día y 600.000 pasajeros (datos obtenidos del primer estudio de prefactibilidad del metro ligero por la Carrera Séptima aprobado en el 2013 por la Alcaldía Mayor de Bogotá) se encuentran en la tabla 1, en donde se observa que el transportar 600.000 pasajeros/ día, en el Transporte Público Actual (Buses, busetas, microbuses, taxi y Transmilenio) produce 589.116 toneladas CO2 al año; en el Transporte Público Tradicional (TPT) (Buses, busetas, microbuses y taxi) produciría 786.592 toneladas CO2 al año; en el Transporte Público Oficial (TransMilenio) produciría 64.799 toneladas CO2 al año. Comparado con el TPT, el TransMilenio permite
una reducción anual de emisiones de CO2 igual a 197.446 toneladas CO2. El proyecto Metro de Bogotá producirá 82 toneladas CO2 anualmente para transportar 600.000 pasajeros/día, es decir, 786.510 toneladas CO2 menos que el TPT o un 99,98% menos de emisiones de CO2 (Cálculos realizados con datos obtenidos en [8-9]). Por otro lado, sobre el ruido ambiental, se observa que el metro es la fuente móvil que genera menos ruido ambiental comparado al transporte público colectivo e oficial actual. Un vehículo de TPT genera 54 dB más que un metro y un TransMilenio genera 53 dB más que un metro [10-11]. Sin embargo, los decibeles emitidos por las fuentes móviles no representan el ruido real en el entorno que se puede aumentar o disminuir por infraestructuras u otros factores; Según Guidelines for Community Noise, el ruido fue siempre un importante problema ambiental para el ser humano. Comparado con otros contaminantes, el control de ruido fue difícil por conocimientos insuficientes de acuerdo a sus efectos sobre la salud humana. El ruido causado por el transporte es la principal fuente de contaminación incluyendo el ruido vehicular, ferroviario y aéreo, de esta forma, el nivel de ruido vehicular depende del flujo de tráfico, de la velocidad de los vehículos, de la proporción de vehículos pesados y del estado de la vía, mientras que el nivel de ruido que pueda emitir un metro depende principalmente de su velocidad, del tipo de máquina, de vagones y de rieles instalados [12]. Igualmente, el metro tendría la posibilidad de tener mayor velocidad que el transporte público actual, con una velocidad promedio entre 25 - 35 km/h (dependiendo de los cruces vehiculares, paradas semafóricas, distancia entre estaciones, entre otros), igualando o superando la velocidad del TransMilenio de 26 km/h y superaría la velocidad del TPT de 15,7 km/h [13]. De esta manera, si se analiza el metro bajo los anteriores tres parámetros podría ser beneficioso para los bogotanos, sin embargo una mayor aproximación de los valores enunciados en este estudio inicial y mayor cantidad de variables consideradas se podría conseguir con resultados específicos en cada zona de Bogotá, con estudios asistidos por computador para generar modelos de simulación y con la evaluación de las consecuencias de los resultados encontrados (consecuencias de la reducción de contaminación del aire, consecuencias
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de la reducción del ruido, consecuencias de la ganancia de tiempo, el confort, la tarifa del pasaje, etcétera). Sin embargo, aunque el proyecto trae variedad de externalidades positivas a la población, a la economía y al ambiente, es necesario minimizar los posibles impactos negativos que el proyecto podría traer a la sociedad y al ambiente en las etapas de construcción, operación y desmantelamiento, que en general están asociados a la producción de residuos sólidos, especiales y peligrosos, el consumo de agua y energía, y a la barrera visual que se genera al desarrollar este tipo de macroproyectos (involucra una efectiva dirección de los proyectos, programas y portafolios para lograr los propósitos que los entes gubernamentales y sociales requieren2). La demanda mundial actual de petróleo es igual a 87,4 millones de barriles diarios de petróleo y alcanzará 99,7 millones de barriles diarios de petróleo en 2035. Se concluye que la problemática del uso masivo de combustibles fósiles va a amplificarse en el futuro. “El sector transporte ya supone más de la mitad del consumo mundial de petróleo, y esta proporción tenderá incrementarse” [15]. El sector del transporte es responsable del 25% de emisiones totales de CO2 a partir del uso de combustibles fósiles [16]. Se pone en evidencia que con respecto a las emisiones de CO2, el sector transporte es un actor preponderante donde se debe tomar acciones. En Colombia, el sector transporte es responsable del 15% de las emisiones CO2 [17], y en Bogotá, el transporte depende 100% de combustibles fósiles, al igual que se observa un crecimiento del parque automotor [17].
De esta forma, la movilidad sostenible en la ciudad de Bogotá se está proyectando hacia el desestimulo del transporte privado y al uso de combustibles fósiles, estimulando la movilización en medios integrados de transporte masivo cuyo combustible provenga de energías más amigables con el ambiente. Los servicios urbanos e infraestructura baja en carbono son aquellos que facilitan la prestación de servicios tales como transporte, energía y agua que apoyan el desarrollo social y económico, contribuyendo al mismo tiempo a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. “Las dos principales soluciones para reducir la contaminación por CO2 en las ciudades son: reducir el uso del automóvil y promover el transporte urbano y no motorizado” [18]. De esta forma, las estrategias de sostenibilidad para la movilidad en Bogotá, deberán estar enmarcadas en el desarrollo de políticas para promover el transporte no motorizado (implementación de redes peatonales y optimización de la red de ciclorutas), la promoción de áreas verdes y de recreación, autobuses eléctricos y/o que utilicen combustibles renovables, y sistemas metro o ferrocarriles integrados con los demás sistemas que se propulsen con electricidad de origen renovable. Grafica 1. Representación esquemática del concepto de la congestión de tránsito. - Fuente: [19] Demora para transitar por una calle δ(qt)/δq = t + qf´(q)
t = f(q) t0
2. “En organizaciones maduras en dirección de proyectos, la dirección existe en un contexto más amplio regido por la dirección de programas y la gestión del portafolio. Las estrategias y prioridades de una organización se vinculan, y se establecen relaciones entre portafolios y programas, y entre programas y proyectos individuales. La planificación de la organización ejerce un impacto en los proyectos, a través del establecimiento de prioridades basadas en los riesgos, el financiamiento y el plan estratégico de la organización. La planificación de la organización puede guiar el financiamiento y el apoyo a los proyectos que componen el portafolio basándose en categorías de riesgo, líneas de negocio específicas o tipos generales de proyectos como infraestructura y mejora de los procesos internos” [14].
0
q0
Volumen del tránsito sobre la calle
Thomson define la congestión como “la condición que prevalece si la introducción de un vehículo en un flujo de transito aumenta el tiempo de circulación de los demás”. Fue establecida una gráfica para representar el concepto de la congestión de tránsito. En la gráfica 1, se pueden observar dos curvas. Se presenta “mediante la función t = f(q), el tiempo (t) necesario para transitar por una ca-
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Movilidad sostenible en Bogotá D.C. – caso metro Bogotá
lle, a diferentes volúmenes de tránsito (q). La otra curva, δ(qt) / δq = t + qf´(q) se deriva de lo anterior. La diferencia entre ambas curvas representa, para cualquier volumen de tránsito (q), el aumento del tiempo de viaje de los demás vehículos que están circulando, a causa de la introducción del vehículo adicional” [19]. De esta forma se encuentra la definición más adaptada para la congestión vehicular: “Surge la congestión en condiciones en que la demanda se acerca a la capacidad de la infraestructura transitada y el tiempo de transito aumenta a un valor muy superior al que rige en condiciones de baja demanda” [19]. “En los últimos años, especialmente desde principios de los años noventa, el aumento de la demanda de transporte y del tránsito vial han causado, particularmente en las ciudades grandes, más congestión, demoras, accidentes y problemas ambientales” [19].
1600000 1400000 1200000 1000000 1600000 800000 600000 400000 200000 2008
2009
2010
2011
12076 99219 1057000
1143000 100810 10412
1277000 102408 13103
1455000 104290 13351
2007
2006
11779 98784 952130
10939 96805 835800
2005 10515 96040 732090
2004 10121 91079 666520
2003 6440 89210 590370
2002 Particular (numero vehiculos)
Oficial (numero vehiculos)
3555
Publico (numero vehiculos)
84805
Mapa 2. Orígenes de los viajes en Bogotá. – Fuente: [6]
590930
Numero de vehiculos registrados
Comportamiento de los vehiculos registrados en Bogotá
Gráfica 2. Comportamiento de los vehículos registrados en Bogotá. – Fuente: [3]
Mapa 1. Tasa de motorización por personas. – Fuente: [20]
Mapa 3. Destinos de los viajes en Bogotá. – Fuente: [6]
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Emisiones TonCO2 / año Ahorros económiVelocidad Ruido (600.000 pasajeros al cos por menos conpromedio generado día) - (año: 300 días de taminación anual (km/h) (dB) (****) operación) por CO2 (USD) (***) (***** )
Bus Transporte Público Colectivo
Buseta
970
Microbús
18.3 786.592
-
90 23 (Promedio 2011)
589.116
Transporte Público Individual
Taxi
3400
Transporte Público Oficial
Transmilenio
360
64.799
645.648
89
0.45 (**)
82
2.571.889
36
Metro Transporte (Linea Público Ferroviario supuesta)
25-35
(*) Datos obtenido de: Guidelines for national green house gas inventories 1996 Cálculo: CAF.TM.2005 (**) Según Zamora C., Bigas J, Sastre J., (2006), Manual de Tranvías, metros ligeros y sistemas en plataforma reservada, Universidad Politécnica de Madrid, ISBN: 84-86803-61-6 un metro construido por CAF (Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles), Alsthom, Adtranz o Siemens, consume 360 kW/h y transporta 397 pasajeros promedio. Según Guidelines for National green house gas inventories 1996 cálculo: CAF.TM.2005 1 km produce 0.5 gr de CO2 teniendo como fuente de producción de energía eléctrica una hidroeléctrica. De aquí se calcula la emisión por pasajero del metro. (***) Valor Ton CO2 bolsa Europea (SendeCO2) - euros promedio mayo 2013: €3.7 (****) Datos obtenidos de: Behrentz E., Franco J.F., José Pacheco, (2009), Caracterización de los niveles de contaminación por ruido en Bogotá, Estudio Piloto, Bogotá, Universidad de los Andes y Zamora C., Bigas J, Sastre J., (2006), Manual de tranvías, metros ligeros y sistemas en plataforma reservada, Universidad Politécnica de Madrid, ISBN: 84-86803-61-6. (*****) Datos obtenidos de: Transmilenio S.A., (2012), Informe de gestión 2011, Alcaldía Mayor de Bogotá D.C., Secretaria de Movilidad. Tabla 1. Matriz de análisis comparativo. – Fuente: [21]
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Movilidad sostenible en Bogotá D.C. – caso metro Bogotá
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Los Autores Rafael Andrés Moré Jaramillo Ingeniero Ambiental de la Universidad El Bosque, Magister en Administración de Negocios de la Universidad de Norwich de los Estados Unidos de América. Subgerente de la empresa consultora y constructora Interstruc Colombia ltda, docente e investigador del programa de Administración de Empresas de la Universidad El Bosque, asesor ambiental en temas de infraestructura sustentables, gestión de operaciones sustentables y desarrollo de productos y servicios limpios para organizaciones. Miembro del Grupo de Investigación Choc Izone de la Universidad El Bosque. Matthieu Giret Ingeniero Mecánico, Industrial y Energético de la Escuela de Ingeniería Francesa Arts & Métiers ParisTech (ENSAM), Intercambio de 1 año en la Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad El Bosque. Miembro de la Asociación de los Exestudiantes Arts & Métiers ParisTech.
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Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo* Biological Quality of the Running Waters of the Low Basin of the Bogotá River: Sub Basin of the Apulo River*
Arturo Liévano-León
Resumen
a calidad biológica de las aguas superficiales de la cuenca del río Apulo, se estableció con base en los valores del sistema BMWP para las comunidades de macroinvertebrados bentónicos presentes en la cuenca. Se establecieron quince estaciones de muestreo teniendo en cuenta la estructura de la cuenca hidrográfica y la ubicación de los centros urbanos como posibles fuentes de contaminación. Se realizaron dos campañas de muestreo: una en la época de aguas altas y otra en la de aguas bajas, buscando cubrir así un periodo hidroclimático completo en la cuenca. Los resultados obtenidos indican un alto deterioro de la calidad de las aguas que vierte la cuenca del río Apulo al río Bogotá. Así mismo, se analiza la situación de los principales afluentes del río Apulo, como son el río Curi y el río Bahamón.
L
Abstract
he biological water quality of the Apulo’s River basin is established according with the values of the BMWP system for bentic macroinvertebrates present in its basin. Fifteen sampling stations were established in the basin according to its hydrological structure and the urban areas as possible contamination sources. Samples were collected during the low and high water seasons, in order to cover a complete hydrological cycle in the basin. Results show a very low quality water flow from the Apulo’s River basin to the Bogota’s River. The quality water of the Apulo’s River main tributaries, the Curi and the Bahamon Rivers, are also analyzed.
T
Keywords: Bentic macroinvertebrates, bioindication, water quality, Bogotá River, Apulo River, Colombia.
Palabras clave: Macroinvertebrados bentónicos, bioindicación, calidad del agua, río Bogotá, río Apulo, Colombia.
Recibido: Noviembre 07 de 2013 Aprobado: Noviembre 18 de 2013 Tipo de artículo: Artículo de investigación científica y tecnológica terminada. (*Este artículo es resultado del proyecto de investigación calidad de las aguas superficiales de la cuenca del Río Apulo, financiado por la Universidad El Bosque dentro de la línea de investigación sobre el manejo integrado del recurso hídrico de la Facultad de Ingeniería Afiliación Institucional del autor: Grupo de investigación agua, salud y ambiente, Universidad El Bosque, Bogotá, Colombia. El autor declara que no tienen conflicto de interés.
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo*
Introducción Los ecosistemas acuáticos abarcan los sistemas marinos, los estuarios y manglares, los lagos de aguas dulces y saladas, los humedales y los ríos y quebradas. Por supuesto existen algunas similitudes en los patrones y procesos ecológicos que se dan en estos sistemas, pero algunos de estos patrones y procesos ecológicos son únicos y característicos de los ríos y quebradas. El estudio de las aguas corrientes continentales (ríos y quebradas), tuvo su origen en Europa a principios del siglo XX. Estos primeros estudios se concentraron en la taxonomía y algunas características ecológicas de sus organismos, tales como su distribución y abundancia [1], [2], [3], [4]. Durante los 50s los estudios de la ecología de ríos y quebradas fueron principalmente descriptivos y autecológicos. Los estudios de la ecología de ríos y quebradas en América, comienzan en los Estados Unidos, también a principios del siglo XX, siguiendo los trabajos europeos de Shlelford [5], [6] y concentrados principalmente en la biología de las pesquerías, dada su importancia económica. En Colombia, la situación actual de estos ecosistemas se podría calificar de crítica. El deterioro de la calidad del agua, especialmente desde el punto de vista microbiológico (presencia de bacterias coliformes) es un fenómeno generalizado especialmente en las cuencas hidrográficas de la zona andina del país, por debajo de los 3.000 m.s.n.m. Por supuesto, en aquellas cuencas en las que se ubican los principales centros urbanos, el vertimiento de aguas residuales domésticas e industriales acentúa de manera muy importante este problema, con la adición de todo tipo de vertimientos químicos y desechos sólidos a los cursos de aguas. Otro aspecto a considerar, en la disminución de la calidad del agua de ríos y quebradas son las actividades agrícolas y pecuarias, las cuales, además de aportar cantidades importantes de materia orgánica, ya sea por escorrentía, vertimientos directos y/o uso excesivo de abonos orgánicos; también puede aportar cantidades no determinadas de residuos de plaguicidas provenientes de los cultivos a las aguas superficiales y subterráneas, y más si se tiene en cuenta que de acuerdo con el Estudio Nacional del Agua (ENA), realizado por el IDEAM en el 2005 [7], estas actividades participan con más del 60% de la demanda de agua del país.
Con relación a la disponibilidad de agua, el ENA, muestra de manera alarmante la disminución que ha sufrido este recurso en el país. Si considerábamos a Colombia como una potencia hídrica mundial, el ENA actualmente nos ubica en el puesto 24 de un listado de 182 países. La disponibilidad per cápita de agua en Colombia es en la actualidad de 40.000 metros cúbicos de agua al año, pero se estima en este estudio que para el año 2020, esta disponibilidad per cápita caerá a los 1.890 m3 por año. Ahora, si tenemos en cuenta que la oferta del recurso hídrico para el abastecimiento de agua potable depende tanto de la disponibilidad (en términos de caudal) como de la calidad (en términos de su contaminación), la situación es más precaria aun, al pensar que la poca agua disponible estará contaminada. Actualmente en Colombia se estima que más del 90% de los municipios del país tienen problemas de agua ya sea por disponibilidad y/o calidad. Los efectos más dramáticos que hemos causado sobre estos ecosistemas involucran cambios continuos y directos sobre la química del agua, a través de su eutrofización y acidificación, alteraciones a largo plazo de la morfología de ríos y quebradas y de sus hábitats a través de la regulación y canalización de su flujo, la disminución de los niveles de las aguas freáticas, la destrucción de sus zonas riparias y la introducción de especies exóticas. Estos efectos se dan a nivel de algunos tributarios de las cuencas o incluso a nivel de cuencas enteras como es el caso de nuestros ríos Bogotá y Magdalena, por nombrar sólo algunos casos. La contaminación accidental o intencional de las aguas de ríos y quebradas, también se ha incrementado en la medida que éstos se han vuelto más importantes como receptáculos de los efluentes industriales y domésticos. Sabemos que las aguas corrientes, si la contaminación no es muy severa, tienen una alta resistencia a los cambios e incluso tienen una alta capacidad de autodepuración con el tiempo o con la distancia desde su nacimiento. Sin embargo una entrada de contaminantes de manera extensiva, concentrada y/o continua, puede acabar con esta capacidad innata de estos ecosistemas. Hoy en día sabemos también que los organismos acuáticos pueden ser utilizados como “barómetros” de medición de estos cambios (por ejemplo, usando índices de biodiversidad o sistemas como el BMWP) y que estos organismos son testigos de los impactos que causan los contaminantes, ya sean físicos o químicos [8].
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Además de su importancia como fuentes de recursos pesqueros y de su belleza escénica, los ríos y quebradas están llenos de otras formas de vida que no son tan evidentes. Los orígenes evolutivos de muchos de los organismos presentes hoy en día en ríos y quebradas, son muy diferentes de los que se encuentran en sistemas marinos y un número importante de grupos marinos no se encuentran en estos. Los ríos y quebradas fueron la vía por la cual muchos animales del mar se desplazaron hacia la tierra [9]. Sin embargo algunos de los grupos dominantes en las aguas dulces en el presente (especialmente los insectos) invadieron estos ecosistemas desde la tierra y no desde el mar. Las aguas corrientes proveen también una amplia gama de servicios a las comunidades humanas, desde la provisión para agua potable, hasta su uso como conductos para la eliminación de efluentes industriales, domésticos y agrícolas. Las variaciones en la calidad del agua que estos procesos producen y los requerimientos necesarios para el mantenimiento de la biodiversidad de sus comunidades naturales, han llevado a todo tipo de conflictos acerca del manejo y conservación de estos ecosistemas [10]. Adicionalmente, los ríos y quebradas han sido ecosistemas mucho más permanentes en el tiempo que la mayoría de los hábitats lacustres o lénticos, lo cual ha conducido al desarrollo de una flora y fauna únicas de estos ecosistemas; por lo que muchos de los grupos actuales de invertebrados de aguas dulces se encuentran únicamente en ellos. El conocimiento de cómo funcionan estos ecosistemas únicos, exige un trabajo interdisciplinario que incorpore información acerca de su hidrología, la química del agua y la ingeniería ambiental, y por supuesto de su biología.
Descripción del área de estudio La cuenca del río Bogotá se encuentra ubicada en el departamento de Cundinamarca y cubre una superficie total de 589.143 has. Está conformada por 19 subcuencas de tercer orden, como se observa en la Tabla 1. Dentro de estas, la subcuenca el río Apulo, con 48.505 has., es la cuarta en tamaño, representando el 8.2 % del área total de la cuenca del río Bogotá. Tabla 1. Subcuencas del río Bogotá
No.
Subcuenca
Área HA.
%
1
Río Bogotá (sector Tibitoc-Soacha)
71284
12.1
2
Río Balsillas
62442
10.6
3
Río Bajo Bogotá
54431
9.2
4
Río Apulo
48505
8.2
5
Río Neusa
44735
7.6
6
Río Tunjuelito
41535
7.0
7
Embalse Tominé
37428
6.4
8
Río Teusacá
35818
6.1
9
Río Medio Bogotá (Sector Salto-Apulo)
31650
5.4
10
Río Alto Bogotá
27615
4.7
11
Río Calandaima
26840
4.6
12
Río Bogotá (Sector Sisga-Tibitoc)
25397
4.3
13
Río Frío
20160
3.4
14
Emsalse Sisga
15526
2.6
15
Río Chicú
14189
2.4
16
Embalse del Muña
13422
2.3
17
Río Bogotá (Sector Soacha-Salto)
10725
1.8
18
Río Soacha
4052
0.7
19
Río Negro
3390
0.6
589143
100.0
Totales
La subcuenca del río Apulo se caracteriza en su mayoría por presentar un relieve fuertemente ondulado a fuertemente quebrado con pendientes entre el 12 y el 50%. Esta subcuenca es una de las de mayor precipitación en la cuenca del río Bogotá, con una media anual comprendida entre los 400 y los 1400 mm, concentrándose las mayores precipitaciones en la región nororiental de la subcuenca en la zona de Zipacón. La temperatura oscila entre los 6 y los 30°C, presentándose en la mayor parte de su área una temperatura entre los 20 y los 30°C [11]. Con relación a sus características hidrológicas, la subcuenca del río Apulo presenta una oferta hídrica
62 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo*
comprendida entre los 6.17 y los 7.92 m3/seg., en los períodos seco y húmedo respectivamente. Con relación a la demanda hídrica, los estudios de la CAR reportan una demanda total de 2.42 m3/seg., concentrada principalmente en el sector agropecuario (88.4%). El índice de escasez se reporta como medio-alto [11]. La estructura geológica de esta subcuenca se caracteriza por la sucesión de bloques separados por fallas inversas de orientación norte a noroeste, es decir un relieve escalonado con abundancia de escarpes y una litología en la que abundan rocas areniscas en la parte superior y hacia abajo rocas de baja resistencia como son las lodolitas del Grupo Villeta [11]. Los suelos de la subcuenca del río Apulo se presentan desde planos hasta muy escarpados y en condiciones climáticas igualmente variables. Son ligera a moderadamente ácidos, con moderados a altos contenidos de carbono orgánico y moderados contenidos de fósforo, potasio y nitrógeno, lo que los clasifica como moderadamente fértiles, con dominancia del tipo inseptisol [11].
Metodología Para el estudio de la calidad biológica de las aguas superficiales de la subcuenca del río Apulo, se establecieron 15 estaciones de muestreo, teniendo en cuenta la estructura de la cuenca hidrográfica y la ubicación de los centros urbanos como posibles fuentes de contaminación. Esto se realizó con base en planchas cartográficas del Instituto Geográfico Agustín Codazzi – IGAC, a escala 1: 25.000. Ya que en el trópico las variaciones de caudal son uno de los más importantes factores que intervienen en la fisicoquímica y en la dinámica de las poblaciones de macroinvertebrados acuáticos, se realizaron dos campañas de muestreo cubriendo los momentos de aguas altas y aguas bajas, buscando cubrir así un período hidroclimático completo en la cuenca. En la Tabla 2 y el Mapa 1, se presentan los nombres, coordenadas, alturas sobre el nivel del mar y ubicación de las estaciones de muestreo.
Tabla 2. Ubicación de las estaciones de muestreo en la subcuenca del río Apulo.
Río
Apulo
Bahamón
Sitio de muestreo
Coordenadas planas
Coordenadas geográficas
Altura msnm
A1 - Cabecera del río Apulo.
X 967.666 Y 1´017.872
N 04º45´31.7´ W 74º22´06.7´´
2.550
A2 – Río Apulo vía El Ocaso – Bojacá
X 962.362 Y 1´012.360
N 04º 42´28.4´´ W 74º 25´00.3´´
1.505
A3 – Río Apulo despúes de La Esperanza.
X 961.206 Y 1´011.772
N 04º 42´09.3´´ W 74º25´37.8´´
1.024
A4 –Río Apulo en San Joaquín
X 950.858 Y 1´004.656
N 04º38´17.4´´ W 74º31´13.4´´
633
A5 – Río Apulo después San Antonio de Anapoima
X 946.699 Y 998.382
N 04º34´53.1´´ W 74º33´28.2´´
532
A6 – Río Apulo desembocadura en el Río Bogotá
X 942.631 Y 990.976
N 04º30´51.9´´ W 74º35´40.0´´
432
B1 – Cabecera río Bahamón antes de La Florida.
X 963.400 Y 1´020.145
N 04º46´41.9´´ W 74º24´26.7´´
2.265
B2 – Río Bahamón después de La Florida.
X 961.144 Y 1´018.167
N 04º45´37.4´´ W 74º25´39.9´´
1.846
B3 – Río Bahamón después de Cachipay.
X 959.254 Y 1´014.963
N 04º43´53.1´´ W 74º26´41.2´´
1.517
B4 – Desembocadura del río Bahamón en el Río Curí
X 953.298 Y 1´010.818
N 04º41´38.0´´ W 74º29´54.4´´
856
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71 ¦ 63
Arturo Liévano-León
Río
Curí
Sitio de muestreo
Coordenadas planas
Coordenadas geográficas
Altura msnm
C1 – Cabecera del río Curí
X 960.523 Y 1´022.429
N 04º´56.2´´ W 74º26´00.1´´
2.054
C2 – Río Curí antes de Anolaima.
X 957.494 Y 1´020.777
N 04º47´02.3´´ W 74º 27´38.4´´
1.466
C3 – Río Curí, parte media
X 953.563 Y 1´019.091
N 04º46´07.4´´ W 74º29´45.9´´
1.128
C4 – Río Curí después de la Quebrada Doña Juana
X 953.327 Y 1´011.885
N 04º42´12.8´´ W 74º29´53.4´´
833
C5 –Río Curí en la desem- bocadura en el río Apulo
X 952.163 Y 1´008.895
N 04º40´35.4´´ W 74º30´31.1´´
703
Para la colecta de las muestras se utilizaron redes de mano de 30 cm de diámetro, con un ojo de malla de 0.3 mm., colocadas a contracorriente mientras se removía el sustrato y frotando las piedras para colectar en la red los organismos. Se incluyeron todos los microambientes existentes en cada tramo de cada estación de muestreo, tales como orillas con y sin vegetación, zonas de rocas, cascajo o arena y sedimentos, así como zonas de raudal y remanso. El contenido de cada muestra se vació en frascos plásticos de 500 cc., debidamente etiquetados y se fijaron con alcohol al 70%. En el laboratorio, las treinta muestras colectadas en las dos campañas de muestreo, se colocaron en cajas de Petri para su observación al estereoscopio, con 10x y 40x de aumento. Los organismos fueron determinados hasta nivel de género y posteriormente se contabilizó el número de individuos para cada taxón determinado, reportando los resultados como número de organismos en la totalidad de la muestra colectada. El sistema BMWP (British Monitoring Working Party) fue ideado por científicos ingleses en 1983, los cuales definieron los niveles de tolerancia de las familias de macroinvertebrados acuáticos de agua dulce a la contaminación [8], [12]. De esta manera clasificaron estas familias en diez grupos siguiendo un orden de mayor a menor tolerancia a la contaminación y así a cada familia se le dio un valor de indicación de 1 a 10. En este trabajo se utilizó la adaptación de este sistema a Colombia, realizado por Riss W., Ospina R. y Gutierrez J. (2002) [13] , el cual se puede observar en la Tabla 3. El valor BMWP para cada estación de muestreo, corresponde a la suma
de los valores de indicación de cada familia presente en la muestra [8]. Tabla 3.-Puntuaciones asignadas a las diferentes familias de macroinvertebrados para la obtención del índice BMWP
Nombre Común
Planarias
Familia
Valor Indicación
Planariidae
2
Planorbidae
3
Physidae
2
Ancylidae
7
Unionidae
6
Sphaeriidae
3
Lombrices
Tubificidae
1
Sanguijuelas
Hirudinea
3
Crustáceos
Hyallelidae
5
Ácaros
Acari
5
Baetidae
7
Leptohyphidae
8
Leptophlebiidae
8
Perlidae
9
Coenagrionidae
5
Aeshnidae
9
Caracoles
Conchas
Efímeras
Plecópteros Libélulas
64 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo*
Mapa 1. Red de muestreo para el establecimiento de la calidad biológica de las aguas superficiales de la cuenca del río Apulo
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Nombre Común
Chinches
Cucarrones
Neurópteros
Tricópteros
Familia
Valor Indicación
Nombre Común
Familia
Valor Indicación
Gerridae
5
Tipulidae
3
Naucoridae
5
Chironomidae
2
Notonectidae
5
Simuliidae
7
Corixidae
5
Syrphidae
2
Psephenidae
10
Psycodidae
2
Dytiscidae
2
Culicidae
2
Gyirinidae
5
Empididae
5
Hydrophilidae
5
Dixidae
5
Ptilodactilidae
9
Tabanidae
7
Scirtidae
6
Ceratopogonidae
7
Elmidae
5
Muscidae
8
Staphylinidae
5
Blephariceridae
8
Curculionidae
9
Pyralidae
2
Corydalidae
¿?
Hydrobiosidae
6
Philopotamidae
8
Polycentropidae
7
Helicopsychidae
7
Hydropsychidae
9
Hydroptilidae
7
Resultados
Leptoceridae
7
Glossosomatidae
8
Xyphocentronidae
8
Policentropodidae
9
Odontoceridae
10
Anomalopsychidae
9
En la Tabla 4, se presentan los resultados de los muestreos en términos del número de individuos por taxón y abundancias relativas de las diferentes géneros encontrados en las quince estaciones de muestreo. Los resultados están ordenados por cada una de las microcuencas de la zona de estudio. Como se observa en dicha tabla se capturaron 1388 especímenes correspondientes a 46 géneros y 31 familias.
Calamoceratidae
10
Moscas y mosquitos
Polillas
Estos valores obtenidos para cada una de las estaciones de muestreo, aunque permiten comparar situaciones relativas de la calidad, no permiten la asociación directa a una clase determinada de calidad del agua. Por esto los valores obtenidos para el BMWP se relacionan finalmente con cinco categorías de calidad del agua, definidas comparativamente entre las estaciones de muestreo y asignándoles un color para la representación cartográfica.
Tabla 4. Resultado de los muestreos. Los datos estan expresados en número de individuos econtrados
66 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo*
Proyecto Río Apulo - analisis biológico Grupos taxonómicos
Coleoptera
Anphipoda
Orden
Familia
Género
Hyalellidae
Hyalella sp.
Chrysomelidae
Chrysomelidae (A)
Elmidae
Phanocerus sp. (L)
Elmidae
Heterelmis sp.
Elmidae
Macrelmis sp.
Elmidae
Stilobezzia sp.
Elmidae
Cylloepus sp. (L)
Elmidae
Cylloepus sp. (A)
Hydrophilidae
Hydrobiomorpha sp.(L)
Psephenidae
Psephenops sp.
Blephariceridae
Limonicola sp.
Rio Apulo
Rio Bahamón
A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 C5 Total
16
1
1 1
2
1
2
1 1 1
1
2
1
1
1
1
1
1
2 2
1
1
1
1
6
1
1
1
1
1
3
4
1
1
4
Chironomidae
Chironominae
11
5
2
Chironomidae
Orthocladiinae
25 15 17
1
Chironomidae
Tanypodinae
1
Empididae
Chelifera sp.
3
Psycodidae
Maruina sp.
1
Simulidae
Gigantodax sp.
Simulidae
Simulium sp.
Tipulidae
Hexatoma sp.
Tipulidae
Limonia sp.
Tipulidae
Molophilus sp.
Tipulidae
Tipula sp.
Baetidae
Americabaetis sp.
Baetidae
Baetodes sp.
Baetidae
Camelobaetidius sp.
Baetidae
Callibaetis sp.
Baetidae
Mayobaetis sp.
Leptohyphidae
Leptohyphes sp.
3
Leptophlebiidae
Thraulodes sp.
2
Baetidae
Zelussia sp.
8 5
7
4
11 16 29 11 21 12
14 63 38 32 49 38
2 23
9
1
5
131
1
299
2
3 1
4 1
36 11
3
5 7
1
Ceratopogonidae Bezzia\Palpomyia
Diptera
16
1
Ceratopogonidae Probezzia sp.
Ephemeroptera
Rio Curí
10
3
3
2 2
2
8
59 60
2
2
1
1 2
1 2
25 28 25
2
3
1
4
1
1
3
2
10 45 16 31
2
3
9
7 5
3
2
7
3
3
2 2
202
2 3
7
1
9 1
3
37
7
19
9
7
14 15 24 19
1
2
99 85 1
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71 ¦ 67
Arturo Liévano-León
Proyecto Río Apulo - analisis biológico
Hidrobiidae
1
Physidae
Physa sp.
6
Oligochaeta
Haplotaxidae
Haplotaxidae
5
1
Perlidae
Anacroneuria sp.
11
4
Philopotamidae
Chimarra sp.
Anomalopsychidae
Contulma sp.
Helicopsychidae
Helicopsyche sp.
Hydropsychidae
Leptonema sp.
Hydropsychidae
Smicridea sp.
7
4
Leptoceridae
Grumichella sp.
4
3
Hydrobiosidae
Atopsyche sp.
Hidroptilidae
Leucotrichini sp.
Hidroptilidae
Merichia sp.
Polycentropodidae
Polycentropus sp.
1
Planariidae
cf Dugesia sp.
12
Corydalidae
Corydalus sp.
1 2
8
6
1
16
1
3
2
2 7
2
3 2
35
1
9
4
4
9
8
2
1
15 52
5
15 21
9
6 8
20
20 35 8
23
2
1 1
1
3 1
1
1
1
3
1
1
15
1
2
7
1
1
50 75 70 28 48
1 1
1
182 50
2
Hirudinea Totales
Rio Curí
2
Hidracarina
Trichoptera
Gastropoda
Hidrobiidae
Plecoptera
Rio Bahamón
Tricladida
Rio Apulo
Neuroptera
Grupos taxonómicos
1
71 46 208 242 148 197 128 41 24 1377
68 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo*
En la Tabla 5, se presentan los resultados obtenidos para los valores BMWP de cada una de las estaciones de mues-
treo y en el Mapa 2, se presenta la clasificación de la calidad del agua para cada una de las corrientes a analizadas.
Tabla 5. Valores encontrados del BMWP para cada una de las estaciones de muestreo
Grupos taxonómicos
Río Apulo
orden Anphipoda
A1 Familia Hyalellidae Chrysomelidae 5 Elmidae Coleoptera Hydrophilidae Psephenidae Blephariceridae Ceratopogonidae 2 Chironomidae Diptera Empididae Psycodidae 7 Simulidae 3 Tipulidae Baetidae Ephemeroptera Leptohyphidae Leptophlebiidae Hidrobiidae Gastropoda Physidae Thriaridae Hemiptera Naucoridae Oligochaeta Haplotaxidae Plecoptera Perlidae Philopotamidae Anomalopsychidae Helicopsychidae Hydropsychidae Trichoptera Leptoceridae Hydrobiosidae Hidroptilidae Polycentropodidae Tricladida Planariidae Neuroptera Corydalidae Hidracarina Hirudinea
A2
A3
5
5
A4
Río bahamón A5
A6
5
B1
B2
? 5
5
B3 5
Río curí B4
C1
C2
C3
C4
C5
5
5 5
5
5
5
5
8 7 2
2
2 5
2
2
2
7 3 7 8 8
7 3 7 8 8
7 3 7 8 8
2 7
7
7
7 8 8
7 8 8
7 8
10 8 2
2
7
7
7 8 8
7 8
2
2
2
7 7
7 8 8
7 8 8
7 2 5 2 7 3 7
8 ? 2 ?
2 ?
5
5
? 9
5
? 9
9
8
8
9 9 7
9 7
9
9
9
9 7
7
9
7 9
7 9 2
9
7 9
7
6 7
2
2
?
7 9 7
9
2 ?
?
78
57
9
9
?
5 3
VALOR BMWP 17
53
52
24
39
9
79
43
78
82
83
51
38
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71 ¦ 69
Arturo Liévano-León
Clase
Valor BMWP
I
68.2
83.0
II
53.4
68.2
III
38.6
53.4
IV
23.8
38.6
V
9.0
23.8
Color
Como se puede observar en estos resultados, de las corrientes analizadas la que presenta los mejores valores de calidad es el río Bahamón con excepción de su parte media (Estación B2) en la que el valor de indicación cae a 43. Sin embargo este muestra la capacidad de autodepuración que tienen los ríos andinos al aumentar a valores altos en las estaciones B3 y B4, estos resultados concuerda con los estudios iniciales realizados por Liévano A. & Ospina R. en este río [14]. El río Curí muestra un deterioro progresivo en sus aguas desde sus cabeceras Estaciones C1 y C2 con valores de 83 y 78 respectivamente, hasta un valor BMWP de 38 en su desembocadura en el río Apulo.
BMWP = 43). El río Curí presenta valores altos de calidad en sus cabeceras, pero esta disminuye progresivamente hacia su parte baja y en especial en su desembocadura en el río Apulo. Es importante buscar la causa o causas del deterioro de la calidad del agua en las cabeceras del río Apulo con miras a corregirlas, lo cual redundará en el mejoramiento general de la calidad de sus aguas. En general se puede afirmar que los resultados de este trabajo muestran la urgente necesidad de que las autoridades municipales de la subcuenca del río Apulo le den la debida importancia a la protección de sus cursos de aguas con el establecimiento de plantas de tratamiento de aguas residuales – PTARs, así como al establecimiento de programas de protección y reforestación de las cabeceras y zonas ribereñas de los río y quebradas de la subcuenca del río Apulo. Mapa 2. Clasificación de las aguas superficiales de la cuenca del río Apulo según los valores del BMWP
En términos generales y como se aprecia en los resultados de este trabajo, los valores de la calidad de las aguas del río Apulo son bajos en todo su recorrido. Es de resaltar los valores más bajos del BMWP en toda el área de estudio se presentan en su cabecera (BMWP = 17) y en su desembocadura en el río Bogotá (BMWP = 9).
Conclusiones La calidad de las aguas de la subcuenca del río Apulo, con base en los valores obtenidos con el sistema BMWP, es baja. Las mejores calidades de agua se dan en las partes altas de la subcuenca, cerca al nacimiento de las corrientes analizadas, con excepción del río Apulo, que en cercanías de su nacimiento, presenta uno de los valores más bajos para el área estudiada. El río Bahamón presenta la mejor situación en cuanto a calidad del agua en la zona estudiada, pero ya se ven síntomas de alerta en su parte media (Estación B2, valor 70 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo*
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El autor Arturo Liévano León Biólogo de la Universidad Nacional de Colombia, especialista en Comercio Internacional de la Universidad de Dublín, República de Irlanda. Profesor de Ecología en el Programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad El Bosque, profesor de Ecología y Ciencias Ambientales en el doctorado de Bioética de la misma Universidad. Ha trabajado en investigación en ecología y ciencias ambientales desde 1976 en diferentes entidades de los sectores público y privado, tales como el Banco de la República, Banco Colombiano de Comercio Exterior - Bancoldex, Proexport Colombia, Asociación Colombiana de Exportadores de Flores – Asocolflores, Confederación Nacional de Algodoneros – Conalgodón, entre otras. Ha sido docente de la Universidad Externado de Colombia y de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 60-71 ¦ 71
Cuantificación de azúcares reductores en las cáscaras de naranja y banano Quantification of reducing sugars from orange and banana Shell
William Giovanni Cortes Ortiz, José Francisco Ibla Gordillo, Lina María Calderón Velásquez, Andrés Felipe Herrera Bueno et Altri.
Resumen
Abstract
n este trabajo se evaluó la hidrólisis ácida de la cáscara de banano y de naranja para la extracción de azúcares presentes en la biomasa de dicho material, para ello se cuantificó la cantidad de azúcares reductores presentes en las muestras de cáscara de naranja y cáscara de banano.
E
Este proceso inició con un pre-tratamiento físico de los residuos: lavado y reducción de las muestras, para luego llevar a cabo la eliminación de la lignina (polímero que protege los azúcares presentes en la biomasa ligno-celulósica) presente en las cáscaras de naranja y banano mediante una inmersión en solución básica de NaOH 0,100 M, obteniendo muestras con presencia de celulosa (bio-polímero compuesto principalmente de glucosa) y carentes de lignina; posteriormente se llevo a cabo un proceso de hidrólisis ácida con una solución de H2SO4 al 5,0 N bajo 3 condiciones diferentes de calentamiento y agitación con el fin de comparar y encontrar el método más efectivo para la separación o fragmentación de dicha celulosa en moléculas de glucosa. Luego se realiza el ajuste del pH, para finalmente determinar los azúcares reductores mediante una técnica de colorimetría denominada DNS.
n this work the acid hydrolisis of orange and banana peels was studied to improve the extraction of reducing sugar present into biomass of this kind of organic samples. This process was started with physics pretreatment, washing and cutting were made and then a reaction with NaOH 0,100 M was done to eliminate the lignin present in each sample. The result was a samples with cellulose (glucose biopolymer). Then, the acid hydrolysis was started using aqueous solution of sulfuric acid 5,0 N, under three different heating and shaking condition to find the most effective method to break down the cellulose to glucose. The pH was fixed in all samples to determinate the concentration of reducing sugar by DNS method.
I
Keywords: Biomass, Colorimetry, DNS, Hydrolysis, Lignin, pH, Reducing sugars.
Palabras clave: Azúcares Reductores, Biomasa, Colorimetría, DNS, Hidrólisis, Lignina, pH.
Recibido: Febrero 27 de 2013 Aprobado: Noviembre 18 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Programa de Ingeniería Ambiental, Universidad El Bosque, Bogotá, Colombia. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Cuantificación de azúcares reductores en las cáscaras de naranja y banano
Introducción La biomasa ligno-celulósica de la cual están compuestos los residuos de cáscara de naranja y banano, tiene una estructura compleja que consta de dos polímeros de carbohidratos, la celulosa (35-50%) y la hemicelulosa (15-25%), y un polímero fenólico; la lignina (20-25%). A partir de la celulosa y la hemicelulosa, se pueden obtener unidades monoméricas de glucosa, lo que le confiere un gran potencial a la biomasa ligno-celulósica como materia prima para la producción de glucosa que puede ser aprovechada en diversos usos industriales [1], [2]. Se plantean dos tipos de residuos ligno-celulósicos: cáscara de naranja y de banano, por la representatividad en producción que tienen a nivel mundial, en donde el banano producido en Colombia ocupa el lugar diez a nivel mundial con 2.034.340 Ton. Por parte de los cítricos, Colombia ocupa el lugar diecisiete en producción a nivel mundial con 1.257.839 Ton y de los cuales aproximadamente el 70% es de naranja y el 30% restante representa la parte de producción de mandarina y limón. [3] Además de la producción de estas dos frutas, el estudio surge a partir de la problemática que abarcan los residuos orgánicos que se generan después del consumo. En Colombia se producen 27.500 Ton/día de los cuales el 65% son residuos orgánicos y en Bogotá se producen 6.500 Ton/día de residuos sólidos. [4] A partir de la disposición de residuos orgánicos, tales como las cáscaras de naranja (Citrus sinensis) y banano (Musa sapientum) se plantea como alternativa y objetivo de este proyecto la obtención de azúcares reductores a partir de biomasa ligno-celulósica por medio de la implementación de hidrólisis ácida, para su posible utilización en diversos usos industriales como por ejemplo la producción de bioetanol. [4] El bioetanol es el resultado de la fermentación de materia orgánica por medio de la acción de microorganismos. Este producto puede ser empleado como biocombustible (como alternativa ante el consumo energético de combustible fósil en el sector de transporte), además se puede utilizar para producir subproductos de industrias como la farmacéutica, química, cosmética, licoreras, entre otras. [5], [6], [7], [8] Las cáscaras con las cuales se trabajó experimentalmente, fueron recolectadas de la plaza de mercado del
barrio Restrepo, debido a la inadecuada disposición que los residuos orgánicos tienen; en donde debido a la falta de separación en la fuente por parte de las centrales de abastos, estos residuos son contaminados con residuos de tipo industrial como pilas, residuos plásticos, entre otros, representando una pérdida del 90% de materia prima para la posible realización de la producción de bioetanol. [9]
Procedimiento El proceso para la determinación de azúcares reductores en la cáscara de banano y naranja se realizó en una serie de pasos que se mencionan a continuación: a. Eliminación de lignina. b. Hidrólisis Acida. c. Determinación de azúcares reductores.
Se tomaron seis muestras dentro de las cuales se asignan tres de estas, para cada tipo de cáscara, definidas como muestra de naranja, N1, N2, N3 y las cáscaras de banano como B1, B2, B3, respectivamente, las cuales fueron sometidas a procesos iguales con el fin de garantizar que los resultados obtenidos correspondan a la cantidad de azúcares presentes en cada una de las muestras. a. Eliminación de lignina: Las cáscaras de la naranja
y el banano fueron reducidas a un tamaño entre 0,3 y 0,5 cm; con la finalidad de facilitar el manejo del material. Posteriormente se pesaron 50 g para cada una de las seis muestras y se sumergieron en 100 mL de una solución de Hidróxido de Sodio al 0,100 M para realizar la eliminación de la lignina durante un periodo de 24 horas. Después se filtró cada una de las muestras y se realizó la separación del hidróxido de sodio con lignina y los azúcares presentes en las muestras. [10] b. Hidrólisis ácida: Para las muestras 1 (B1, N1) se
realizó la hidrólisis ácida a temperatura ambiente sin agitación. Agregando 100 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) al 5,0 N por cada 50 g de cáscara sin lignina. Para las muestras 2 (B2, N2) se realizó la hidrólisis ácida a una temperatura de 56°C con agitación constante, utilizando la plancha de calentamiento –hot plate-stirrer hp220- a 300 r.p.m. Agregando 100 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) al 5,0 N por cada 50 g de cáscara sin lignina.
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 72-76 ¦ 73
William Giovanni Cortes Ortiz, José Francisco Ibla Gordillo, Lina María Calderón Velásquez, Andrés Felipe Herrera Bueno et Altri.
Para las muestras 3 (B3, N3) se realizó la hidrólisis ácida a una temperatura de 68°C con agitación constante, utilizando la plancha de calentamiento –hot plate-stirrer hp220- a 300 r.p.m. Agregando 100 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) al 5,0 N por cada 50 g de cáscara sin lignina. Las seis muestras se dejaron reaccionar durante 30 minutos. Después de cada uno de los procedimientos anteriores se realizó una filtración con el fin de separar la solución de ácido sulfúrico con hidróxido de sodio. [11], [12]
metro, y se realizó la curva de calibración; seguido a esto se tomaron 1000 μL de cada una de las 6 muestras y se le adicionaron 1000 μL de DNS, luego se agregó 10 mL de agua destilada y se llevaron a baño de maría, a continuación se trasladaron al espectrofotómetro y se cuantificó el azúcar presente en cada una de las muestras.
Resultados Figura 1. Curva de calibracion de glucosa 1,200
la determinación de azúcares reductores se aplicó el método de colorimetría DNS (Acido 3,5 dinitrosalicílico) usando el espectrofotómetro -Thermo spectronic- se realizó la cuantificación de los azúcares presentes en cada una de las seis muestras, para lo cual se creó una curva de calibración a partir de una solución de glucosa (2,002 g/L), la cual está representada en la figura 1.
1,000
Inmediatamente después se procedió a realizar la neutralización de las muestras, ya que el medio se encontraba con un pH de 2, adicionando 10.5 g de carbonato de sodio (NaCO3) por cada 100 mL de muestra. Posteriormente se procede a realizar el método DNS con la curva de calibración, el cual se realiza de la siguiente forma: Para la curva de calibración se toman seis muestras de la solución patrón que se llevaron al espectrofotómetro, en la primera muestra se toman únicamente 1000 μL de agua destilada, en la segunda muestra se diluyen 200 μL de solución patrón en 800 μL de agua destilada, en la tercera muestra se diluyen 400 μL de solución patrón en 600 μL de agua destilada, en la cuarta se diluyen 600 μL de solución patrón en 400 μL de agua destilada, en la quinta se diluyen 800 μL de solución patrón en 200 μL de agua destilada y en la sexta se agrega 1000 μL de la solución patrón.
Absorbancia
c. Determinación de azúcares reductores: Para
y= 3,590E-01x - 5,297E-03 R2= 9,818E-01
0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
Concentración g/L
Tabla 1. Cuantificación de azúcares reductores en las cáscaras de naranja y banano
Muestras
Absorbancia
Concentración * Fd (g/L)
B1 B2 B3 N1 N2 N3
1,383 0,989 1,250 1,434 0,900 2,136
38,77 27,72 35,04 40,20 25,23 59,88
Discusión
A cada una de estas diluciones se les adiciona 1000 μL de DNS y 10 mL de agua destilada.
Al aplicar la técnica DNS, se pudo determinar que la mayor cantidad de azúcares se encuentran en las cáscaras de naranja, pues su valor más alto se reportó en la muestra N3 (ver tabla 1), es decir, esta muestra contenía 59,88 g/L de glucosa. Sin embargo, la cantidad de azúcares que se reportaron en las muestras de banano son significativamente altas a las reportadas por Hoyos y Pérez (2003) [7], con un valor de 38,77 g/L de azúcares reductores mostrados en la tabla 1.
Posterior a la realización de las diluciones, estas se llevaron a baño de maría para que el DNS reaccionara con el azúcar de las muestras. Luego se introdujeron en el espectrofotó-
La concentración de azúcares reductores que se obtuvieron muestran un valor alto, debido a que el tiempo que permanecieron las muestras sumergidas en Hidróxido de
74 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 72-76
Cuantificación de azúcares reductores en las cáscaras de naranja y banano
Sodio (NaOH) para la eliminación de lignina fue de 24 horas, en cambio en la investigación realizada por Hoyos y Pérez el tiempo que permanecieron sumergidas las muestras fue de 15 min, por lo tanto se infiere que el tiempo es un factor importante en la eliminación del polímero de las cáscaras. De la misma manera durante la hidrólisis se extrajo mayor cantidad de azúcares presentes en las muestras. Para el caso de las cáscaras de banano, el resultado obtenido por Hoyos y Perez (2003) [7] fue de 20 g/L en comparación a la cantidad de azúcares en las tres muestras de cáscara de banano que fueron superiores. (ver tabla 1). Realizando un análisis a los resultados obtenidos en la cuantificación de azúcares de las diferentes muestras, se pudo observar que las mayores cantidades de azúcar se encontraron en las muestras N1, N3, B1 y B3 (tabla 1). Para las muestras B2 y N2 la diferencia de concentración no es significativa con respecto a las otras, lo cual indica que en este caso la hidrólisis no es más eficiente al incrementar la temperatura o generar agitación, por lo cual se infiere que el proceso fue producto de la reacción de la materia prima y los compuestos presentes y la temperatura y la agitación no funcionan como catalizadores significativos en la reacción. Comparando los datos obtenidos de la concentración de azúcares reductores en las cáscaras de banano con los resultados de otra investigación realizada por Hoyos y Pérez [7], que obtuvo un valor de 20 g/L en relación al resultado obtenido en la muestra B3 fue de 35,04 g/L, por lo tanto se puede inferir que se obtuvo mayor cantidad de azúcares reductores debido a que las muestras permanecieron sumergidas en la solución de NaOH durante 24 horas para la eliminación de la lignina, lo cual facilitó la obtención de dichos azúcares. Si se quisiera producir glucosa en masa o en mayores cantidades a partir de biomasa ligno-celulosica, la diferencia de concentración no justifica que se lleve a cabo el método utilizado en las muestras B3 y N3, ya que este método requiere agitación e incrementar la temperatura de la muestra en el proceso de hidrólisis (lo que implica un gasto de energía), lo cual incrementaría en gran medida el costo de producción de glucosa, en contraposición al método utilizado en las muestras B1 y N1, en las cuales la hidrólisis se llevó a cabo a temperatura ambiente y sin agitación, evitando dicho sobrecosto en términos de energía.
Conclusiones En el estudio realizado se evidencia que el tiempo es un factor determinante durante la eliminación de lignina en las cáscaras de banano, ya que durante las pruebas se obtuvo una eliminación efectiva del polímero, lo cual en comparación con el estudio realizado [10], la obtención de los azúcares reductores fue mayor. En este estudio se evidencia que las cáscaras de naranja tienen mayor cantidad de azúcares reductores con respecto a las cáscaras de banano en las condiciones metodológicas usadas en este trabajo.
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Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 72-76 ¦ 75
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Los Autores William Giovanni Cortés Ortiz Licenciado en Química y Magister en Ciencias Ambientales con experiencia en análisis cromatográficos; enfoca sus estudios en el aprovechamiento de residuos agroindustriales con el fin de obtener materias primas para la obtención de diferentes productos químicos.
Jose Francisco Ibla Gordillo Químico de la Universidad Nacional de Colombia, cPhD en Ciencias Química de la Universidad Nacional de Colombia en el área de Termodinámica de soluciones de sistemas biológicos. Experiencia en manejo de residuos industriales y procesos a altas presiones y temperaturas.
Calderon Velasquez Lina Maria Bachiller Académico del Colegio La Presentación de Ocaña, Premio en las Olimpiadas de Matemáticas de la Universidad El Bosque en el año 2011. Curso Intensivo de Ingles en la misma universidad.
Herrera Bueno Andres Felipe Bachiller Académico del Colegio Instituto Henao y Arrubla, medalla mejor ICFES y medalla honorifica “Pedro Nel Mateus” promoción 2008. Seleccionado por la beca “Quiero Estudiar” Universidad de los Andes, 2009. Curso Intensivo En Ingles, Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D.C, 2011.
76 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 72-76
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico Design of a driver system for a trifasic induction motor
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz
Resumen
Abstract
n este artículo se muestra el diseño e implementación de un inversor trifásico con la descripción de los respectivos módulos que lo conforman y sus respectivas palabras de control encargadas de generar las señales trifásicas, que son observadas luego a través de una interfaz de comunicación USB por medio de la herramienta de software LabView.
E
n this paper shows the design and implementation of a three-phase inverter with the description of the respective modules that comprise it and their respective control words which generate the phase signal USB communication interface using LabView software tool.
I
Keywords: engine, rotor, stator phase, signals.
Palabras clave: motor, rotor, estator, trifásico, señales.
Recibido: Julio 5 de 2013 Aprobado: Septiembre 13 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Universidad del Quindío, Facultad de Ingeniería Electrónica. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz
Introducción La industria busca ser cada día más competitiva, por lo que se requiere de procesos automatizados en cada una de las diferentes etapas que componen la transformación de materias primas. Una parte importante de estos se ve reflejado en los motores empleados, los cuales, en su gran mayoría, son motores trifásicos. Para realizarles el respectivo control se requiere de un cambio en la frecuencia debido a que la forma más efectiva de realizar el cambio de velocidad es por medio de un inversor trifásico, en comparación con sistemas mecánicos los cuales requieren de un mantenimiento periódico para su funcionamiento.
Diseño del inversor En el diseño del inversor, su principal característica es que el sistema es modular debido a que deben permitirse su fácil modificación y reparación, como es un modulo didáctico, este permite a los estudiantes complementar sus estudios teóricos con actividades practicas que mejoren sus conocimientos y motiven a la investigaciones en técnicas de control de motores trifásicos. Este modulo cuenta con una conexión USB que permite realizar una interacción por medio de la herramienta computacional LabView. A continuación se realizara una descripción de los elementos que componen al modulo inversor. 1. Fuente de alimentación. 2. Procesamiento de datos. 3. Aislamiento y Acople. 4. Generación de tiempo muerto. 5. Driver o manejador. 6. Disipación térmica.
1. Fuente de alimentación. El sistema de accionamiento del motor trifásico cuenta con 3 fuentes independientes: dos de 24V, y una de 5V respectivamente.
5A. Se tiene un puente rectificador kbp5010 con la capacidad de soportar una corriente de 50 A y dos capacitores en paralelo de 2200µF a 63V los cuales se encargan de disminuir el rizado después de la rectificación de la señal sinusoidal de 60 Hz de la red eléctrica. Esta fuente se encarga de alimenta el motor trifásico. La segunda fuente de 24V se implemento por medio de un transformador de 120V a 24V, esta maneja una corriente de 1 A y maneja un regulador 7824. La fuente de 5V se implemento por medio de un transformador de 120V a 6V, la cual maneja una corriente de 1 A y maneja un regulador 7805 [1]. El esquema de la fuente de alimentación se puede observar claramente en la figura 1.
2. Procesamiento de datos ¿Se realizó la implementación de la tarjeta de procesamiento por medio de un microcontrolador de la empresa ATMEL, el usado exactamente es el atxmega32a4u. Sus principales características son: • Trabaja a una frecuencia de 32M Hz. • Permite una conexión USB ya que cumple con las
especificaciones requeridas por el protocolo de comunicación. • Adicionalmente cuenta con los módulos del timmer,
ADC y DAC [2].
3. Aislamiento y Acople Para la etapa de aislamiento se implementó el integrado iso7241 de la empresa Texas Instrument, el cual desempeña la función de separar eléctricamente la etapa de control de la etapa de potencia. Su principal característica es que puede ser operado a 3.3V o a 5V dependiendo de los requerimientos de aplicación. En el caso del inversor, la señal de activación debe de ser de 15V, por lo que se implementó una etapa de ganancia por medio de un amplificador operacional en configuración de no inversor [3]. El cálculo del voltaje de salida será el siguiente.
La fuente de 24V se implemento por medio de un transformador de 120V a 24V esta maneja una corriente de 78 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico
Figura 1. Esquema de la fuente de alimentación.
Figura 1. Esquema de la fuente de alimentación.
AC H1
AC H2
H7 AC
AC H11
H8 AC
AC H12
H7 AC
AC H11
H8 AC
AC H12
R1 + 22R
+ C1
B4 AC1 - ++ + AC2
+ C3
H10 AC
+ C2
470 uF
+ C7
H5 VCC1
H4
H3
470 uF
IN OUT GND
0.47uF
1000uF
H9 AC
FUSE
FUSE
B1 ++
IC1 LM7824
H6 GND1
+ C5 100uF
24V JP1
24V2
JP2
1
2
JP3
JP4
1
1
1
1
2
2
2
JP5 2
24V1
GND24
AC H13
AC1 B2 - ++ + AC2
AC H14
+
C4
+
2200uF
IN OUT C8 GND 0.47uF
IC2 LM7805
+
C6
5V JP6
JP7 1
5V2
2
100uF
JP8
JP9 JP10
1
1
1
1
2
2
2
2
5V1
GND5
R2 Vo = V 1 + 1 R1 1.5ΚΩ +1 Vo = 5V 750Ω Vo = 15V
Figura 3. Esquema del circuito generador de tiempo muerto. 1N4004 D2
R2
A B1
E
B2 G2
S
Ecuación 1.
El esquema del circuito de aislamiento y acople se puede observar claramente en la figura 2. GND
4. Generación de tiempo muerto Debido a que el driver requiere de señales complementarias, es necesario que la parte baja se encuentre retrasada con respecto a la de alta. Si esto no se considera se podría generar un corto circuito por parte de los Mosfet de potencia. Para esto se implementó un circuito conformado por resistencia (En este caso trimer de 10 KΩ), un capacitor (de 100nF) y un diodo, que determinan el tiempo de retardo de la señal de activación, debido a que el driver solo se activa después de una señal de 10V.
La respuesta de este circuito se puede observar claramente en la siguiente figura 4. Figura 4. Respuesta del circuito de tiempo muerto.
El esquema del circuito generador de tiempo muerto se puede observar claramente en la figura 3.
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86 ¦ 79
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz
Figura 2. Esquema del circuito de aislamiento y acople. R2 GNDA
LM324N R4
GNDA
GNDA 1
3
1k R7
+5V GNDA
2.2k IC3C 8
10 3
C6 1nF 2
1k R7
9
LM324N R6
GNDA 1
GND
JP1
13
C5 1nF 2
GNDA
6 5 4 3 2 1
IC3D 14
12
3 2 1 JP3
3 2 +3V3 1 JP2
JP6
SENSOR 1
+5V
2 1
16 15 14 13 12 11 10 9
VCC2 GND2 OUTA OUTB OUTC IND EN2 GND2
GNDA
C1 +3V3 0.1uF
IC1 1 VCC1 2 GND1 3 INA1 4 INB1 5 INC 6 OUTD 7 EN1 8 GND1 ISO7241 GND
C2 0.1uF
2.2k
GND
2.2k
1k R7
3
LM324N R8
GNDA 1
GNDA
2.2k IC3C 8
10 1k R7
R10 2.2k IC3D 7
5 6
LM324N R12
GNDA 1
GNDA
3
C9 1nF 2
2.2k 3
1nF 2
1k R7
3
2
5. Driver o manejador
Ecuación 2.
Para la implementación del manejador de alta y baja para Mosfet se usó el circuito integrado IR2110 de la empresa International Rectifier, el cual funciona como una fuente flotante por medio de un capacitor de Boostrap, el cual activa el Mosfet que se encuentra en la parte alta de la configuración. El driver se recomienda implementarlo con 15V que es el voltaje de activación de los Mosfet para evitar efectos de estrangulamiento del canal. [4][5]
Dónde:
Para calcular el capacitor de Boostrap se realiza lo siguiente:
IC3A 1 LM324N
GNDA 1
GNDA
C10
JP8 1 2 3 4 5 6
LM324N
GNDA 1
GNDA
3
C8 1nF 2
9
1k R7
GNDA
C4 0.1uF
+5V GNDA
GND
3 2 1 JP6
GND
6
1nF 2
+5V
JP10
VCC2 GND2 OUTA OUTB OUTC IND EN2 GND2
16 15 14 13 12 SENSOR 2 11 10 9
C7
GNDA
2 1
+3V3
IC2 1 VCC1 2 GND1 3 INA1 4 INB1 5 INC 6 OUTD 7 EN1 8 GND1 ISO7241 GND
3 +3V3 2 1 JP5
C3 +3V3 0.1uF
GND
JP7 SENSOR 1 1 SENSOR 2 2
IC3B 7
5
Iqbs ( Max ) Icbs ( fuga ) 2 2 Qg + + + Qls f f C≥ Vcc − Vf − Vls − V min
• Qg: Puerta de carga del lado alto del FET. • f: Frecuencia de operación. • Icbs (Fuga): corriente de fuga del capacitor de boostrap. • Iqbs (Max): Máxima corriente de reposo VBS. • Vcc: Voltaje de alimentación.
80 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico
• Vf: Caída de tensión a través del diodo de boostrap. • Vls: Caída de tensión de la parte baja del FET. • Vmin: Mínimo voltaje entre Vb y Vs. • Qls: Nivel de carga requerido por ciclo.
El capacitor implementado en el driver es de 10µF. Para evitar que los Mosfet sigan en conducción debido a la inductancia propia del motor se implementó una red snubber la cual permite disipar la energía almacenada en el inductor. A continuación se desglosara cada uno de los componentes de la red snubber.
• Im. Corriente máxima que soporta el dispositivo de
conmutación y su valor es de 30 A. • IL. Corriente en la carga.
Reemplazando en la ecuación 4 se obtiene el valor de la resistencia mínima. 200 V = 7.6923Ω 30 A − 4 A La resistencia máxima ayuda a limitar el voltaje cuando se apaga el dispositivo de conmutación. Ecuación 5. Rs max ≤
• Cs. Este capacitor limita la tensión cuando se está
apagando el dispositivo de conmutación, reduciendo las pérdidas de potencia en la conmutación. Ecuación 3. IL * tF Cs ≥ 2 * VDC
• ton(min). Tiempo mínimo en el cual el transistor
está en estado encendido (saturado).
Reemplazando en la ecuación 5 se obtiene el valor de la resistencia máxima. 500 us = 1.667 ΚΩ 3 * 0.1uf
• IL. Es la corriente del motor que es de 4A (la corriente
nominal del motor es de 3.71 A y se aproxima a 4A). • tF. Tiempo de caída del transistor que según la hoja
de datos del transistor utilizada es de 33ns. • VDC. Voltaje de corriente continúa del dispositivo
de conmutación que es igual a 24 V. Reemplazando en la ecuación 3, se tiene el valor del capacitor Cs: 4 * 33 ns Cs ≥ = 2.75 nf 2 * 24 v La resistencia snubber tiene dos límites, una resistencia mínima y una resistencia máxima. La resistencia mínima tiene la siguiente, ecuación 4. Esta resistencia ayuda a limitar el voltaje cuando se apaga el dispositivo de conmutación. Ecuación 4. Rsmin ≥
VD Im − IL
• VD.Voltaje máximo del dispositivo de conmutación,
cuyo valor es 200 V.
t on ( min ) 3Cs
El diodo de snubber se escoge según los niveles de corriente y voltaje nominal manejado en el transistor. Por último se halla la disipación de potencia de la resistencia RS, debido al circuito de protección contra el voltaje para el dispositivo de conmutación (24V )2 (24V )2. Ecuación 6. PRes = 0.5Cs * VD2 * Fs • V2D . Voltaje de máximo al cuadrado que soporta el
dispositivo de conmutación igual a 24V 157V2.
• Fs. Frecuencia de conmutación del dispositivo de
conmutación (tiempo mínimo que el Mosfet irfp250n Se Encuentra en saturación). Para hallar esta frecuencia se utiliza la siguiente ecuación. = Fs
1 = 200 Hz = 2 KHz 500 us
Por lo tanto, reemplazando en la ecuación 6 se obtiene el valor de la disipación de potencia.
PRS = 0.5 * 0.1uf * (24V)2 * 2KHz = 0.0576w Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86 ¦ 81
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz
Los valores antes hallados son muy difíciles de encontrar en el mercado, por lo que se estableció unos valores comerciales que estuvieran en los rangos de operación que se exige en los cálculos hallados. [6]
Cs = 0.1uf a 250v R = 47Ω a 5w Diodo = 400v a 6 Amperios
Entonces el valor de la resistencia térmica será finalmente
RθSA = -0.3348. [7]
Comunicación USB
El esquema del circuito del driver observar claramente en la figura 5.
En el manejo del Host es necesario que se tenga conocimiento acerca de cómo el puerto de USB puede obtener datos del dispositivo y como pueden utilizarse estos datos para una posible aplicación para un usuario [8].
6. Disipación térmica
Para que se reconozca el dispositivo de forma más fácil se deben seguir los siguientes pasos.
Un disipador es un elemento que sirve para eliminar el calor producido por un dispositivo semiconductor. Es un elemento importante ya que el calor puede causar daños o malos funcionamientos en los dispositivos.
1. Configurar el dispositivo de manera USB – HID. Esto
Para obtener estos datos se consultó la hoja de datos del fabricante del mosfet IRFP250N fabricado por international Rectifier. Los valores son los siguientes.
Para la creación de los pipes de interface se debe conocer el modo de transmisión utilizado para dicha interfaz. Por medio de la librería dinámica AtUsbHid.dll, suministrada por la empresa ATMEL, la cual se puede descargar desde su página en internet sin ningún costo se pueden obtener los pipes de interfaz.
PD = 214W RθJC =0.7°C/W
2. Comunicación y creación de los pipes de interface.
Las funciones para la comunicación con el inversor trifásico serán las siguientes.
RθCS=0.24°C/W Tj = 150°C
1. FindHidDevice ( VID, PID).
TA = 35°C De la siguiente expresión se despeja el valor de la resistencia térmica RθSa. Ecuación 7. Expresión general PD =
Tj − TA Rθ JC + Rθ CS + Rθ SA
Despejando la resistencia térmica RθSA.
Ecuación 8 Rθ SA
TJ − TA − ( Rθ JC + Rθ Cs ) = PD
Reemplazando los valores Rθ SA =
se hace con el fin de lograr que el sistema numere e identifique el dispositivo.
(150 − 35 )°C − 190 w
( 0.7° c w + 0.24° c w )
Esta función permite comunicarse con el pipe de control, donde el VID ( Vendor ID = 03EB) Y PID (Product ID = 2402) son los números que contienen la referencia para la identificación del dispositivo. Estos números se configuran por el udi.hid. generic.c/h ya que este realiza la conexión con este bloque. a. ReadData (*Buffer).
Permite manejar el pipe de entrada de datos. a. WriteData (*Buffer).
Permite controlar el pipe de salida. Para utilizar y llamar a cada una de las funciones mencionadas anteriormente se utiliza el bloque Call Library Function para cada una de ellas.
82 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86
10/6
Figura 5. Esquema del circuito del driver.
U$1
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico
D2
47 5KPXX
D16
5KPXX R15
0.1uF
D4
ACS714-BOARD IC9 IPGND +5V VCC GND VCC VOUT VOUT SENSOR2 IP+
U$2
C13
47 5KPXX
1k
5KPXX
R14
0.1uF
10/6 Q2 IRFP240 U$6
10uF
10/6 D17
C2
1uF
10/6
C12
1N4004
C1 10uF
0.1uF
GNDA
IR2110 IC5
1k C11
7 6 5 4 3 2 1
R16
O_1 HO VB VS NC VCC COM LO
U$9
JP7
NC VDD HIN SD LIN VSS NC
+ 15V
3 2 1
R13
GNDA
8 9 10 11 12 13 14
O_4
GNDA + 15V
+ 15V
C14 Q1 IRFP240
D7
47 5KPXX
5KPXX R19
D18
10/6
U$6
GNDA
0.1uF
D9
ACS714-BOARD IC9 IPGND GND VCC VCC VOUT VOUT IP+ SENSOR2 IP+
U$3
C18
47 5KPXX
R18 1k GNDA +5V
5KPXX
Q4 IRFP240
R20
C6
10uF
10/6
C5 1uF
O_2
SENSOR 1 SENSOR 2
C4 10uF
0.1uF
IR2110 IC6 X2-2 X2-1 22-23-2021
1k C3
7 6 5 4 3 2 1
D19
JP8
HO VB VS NC VCC COM LO
0.1uF
U$7
5
1 2 3
NC VDD HIN SD LIN VSS NC
10/6
6
3
8 9 10 11 12 13 14
D6 1N4002
4
1
+ 15V
2
GNDA + 15V
X1-1 X1-2 X1-3 X1-4 X1-5 X1-6
R17
O_1
+ 15V
C17 Q3 IRFP240
IR2110 IC7 O_6
Q6 IRFP240
1k
U$5
Modulación por ancho de pulso del vector espacial La modulación por ancho de pulso del vector espacial consiste en la aplicación de los diferentes vectores espa-
D12 10/6
R22 GNDA
Se implementaron los diferentes módulos que conformar la recepción y transmisión de información vía USB en la plataforma Labview. Estos modulos en Labview se puede observar claramente en la figura 6.
47 5KPXX
C8 10uF
U$4
C22 0.1uF D14
1uF
47 5KPXX
C20
C7
10uF
5KPXX R23
10uF
5KPXX R24
C19
7 6 5 4 3 2 1
D21
HO VB VS NC VCC COM LO
D20
O_5 NC VDD HIN SD LIN VSS NC
0.1uF
10/6
JP9
8 9 10 11 12 13 14
D11 1N4002
1 2 3
R21
+ 15V
GNDA + 15V
+ 15V
C21 Q4 IRFP240
ciales durante unos tiempos determinados y con un orden determinado dependiendo del sistema trifásico que se quiere obtener, para así obtener una señal de salida con poca distorsión armónica. Una característica, de hecho la más importante del SVPWM es que sustituye todo el sistema trifásico por un solo vector de referencia, en donde la frecuencia del pulso queda reflejada en la velocidad del giro con el paso del tiempo. Entonces significa que el vector de referencia se utiliza para estudiar los regímenes dinámicos y estacionarios del sistema.
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86 ¦ 83
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz
Figura 6. Módulos que conforman la recepción y transmisión de información vía USB en la plataforma Labview.
En la siguiente figura 8, se observa la Secuencia de la señal de excitación de los Mosfet a 180°. Figura 8. Secuencia de la señal de excitación de los Mosfet a 180°. G1 G2
π
2π
G3 G4 G5 G6 Vx Vx
Vx
A continuación se observa en el osciloscopio la señal de salida entre dos fases del sistema de accionamiento del motor trifásico cuando se trabaja a una frecuencia de 59.5127 Hz con un voltaje de alimentación de 14V. La sonda se encuentra atenuada por un factor de 10. La respuesta de la señal de salida se encuentra en la siguiente figura 9. En La figura 7 se representan los estados de conmutación del inversor trifásico. [9][10]
Figura 9. Respuesta de la señal de salida.
Figura 7. Posición de los vectores espaciales. ν3(0,1,0)
ν2(1,1,0)
ν1(1,0,0)
ν4(0,1,1)
ν5(0,0,1)
ν6(1,0,1)
84 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico
Conclusiones
Sensores 1. Sensor de corriente
La Tarjeta ACS30A integrada por un sensor de corriente ACS714LLC-30 de la empresa Allegro, el cual tiene un rango de medición de -30 a 30 amperios, con sensibilidad de 66mV/A [10]. En la figura 10 se observa el sensor utilizado. 2. Sensor de velocidad
Para las medidas de velocidad de rotación se implementó un tacogenerador debido a que el ADC del micro controlador no soporta valores superiores a 3.3V. Se requiere del circuito de acondicionamiento descrito en el cual el voltaje de salida del tacogenerador es filtrado mediante los valores de R1 y C1 y se lleva a un valor de salida máximo por medio de la resistencia variable R2 que cumple la función de un divisor de voltaje [11]. El esquema del circuito acondicionador tacogenerador se puede observar claramente en la figura 11. Figura 10. Sensor de corriente ACS714LLC-30
El diseño del inversor es totalmente modular, permitiendo el fácil cambio y modificación entre las etapas. Esto facilita las futuras modificaciones por parte de los estudiantes realizando mejoras para generar un producto que sea competitivo en el mercado. El sistema de accionamiento trifásico está diseñado para un conjunto limitado de motores debido a que las características de frecuencia de conmutación del transistor no le permiten operar con un máximo manejo de corriente, lo que genera un excesivo aumento de la temperatura dañando los Mosfets y causando un corto circuito. Es de gran importancia en el diseño de inversores tener en cuenta los tiempo muertos entre la señal de alta y baja del circuito de disparo. De no ser así se generaría un corto circuito en la etapa de conmutación conformado por los Mosfet de potencia. Debido a las continuas conmutaciones que deben de realizar los mosfet de potencia se requiere de una protección térmica con el uso de disipadores y ventiladores que permitan mantener el modulo de conmutación y alimentación a temperatura ambiente. Figura 11. Esquema del circuito acondicionador para el tacogenerador. X1-1
D1 1N4004
R1 +
X2-2
33K
+
X1-2
C1
3
1UF R2
1
+
2
X2-1
Bibliografía [1] Diseño e implementación modular de un generador eléctrico trifásico de señal cuadrada para uso en el laboratorio de ingeniería electrónica de la Universidad Del Quindío. Julio Ernesto Cárdenas López - Arley Machado Bedoya. [2] 8/16 – Bit Atmel XMEGA Microcontroller, Manual de referencia. [3] Circuitos con amplificador operacional. J.I Artigas y A. Sanz. Tema 3. Circuitos con Amplificador operacional. Universidad de Zaragoza. Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86 ¦ 85
Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz
[4] Diseño e implementación de prácticas para el laboratorio de electrónica industrial: Inversor Monofásico. Capítulo 4.4.2. Página 52. Carlos Andrés Rodríguez Ortiz. Pontifica universidad javeriana. [5] Nota de aplicación AN – 978. Hv floating mos – gate driver ics. Página 6. [6] Diseño y simulación de un inversor trifásico de 0.5 kw aplicando la técnica de modulación de ancho de pulso de vector espacial, José Paolo Santiago Hidalgo Salinas, pag 29-33. [7] Sacado de la tesis: Diseño e implementación de un inversor trifásico multinivel con fijación por diodos. Capítulo 4.5.1. Página 75 - 77. Luz Adriana Trejos Grisales. Universidad Tecnológica De Pereira. [8] Helicóptero Experimental de 3 Grados de Libertad – HELIX. Capítulo 3.2 páginas 44 a 47. Jorge Hernán Zapata Botero, Héctor Omar D’aleman Merino. Universidad del Quindío [9] diseño y construcción de un inversor trifásico. Carlos Andrés torres p- Duberney murillo y.- Carlos Restrepo Patiño. [10] Sigma Limitada. Tarjeta acs30a [11] elettronicaveneta, s.f. control de velocidad motor trifasico.
Los Autores Julián Andrés Gómez López Ingeniero electrónico universidad del Quindío. Nació en Quimbaya, Quindío, el 13 de febrero de 1990. Curso la primaria en el centro docente general Santander, secundaria en el colegio institución educativa de mercadotecnia María inmaculada. Graduado como bachiller en la modalidad de mercadotecnia.
Roberto William Muñoz Ibarra Nació en San Pablo Nariño el 10 de Agosto de 1979, curso la primaria en la concentración escolar de varones, secundaria en el colegio institución educativa Antonio Nariño graduado como bachiller en la modalidad Académica. Estudiante de Ingeniería electrónica en la universidad del Quindío de noveno semester.
86 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 77-86
Evaluación del clasificador Naïve Bayes como herramienta de diagnóstico en Unidades de Cuidado Intensivo Evaluation of the Naïve Bayes clasificator as a tool of diagnosisin the intensive care units
Javier A. Chaparro, Beatriz Giraldo, Susana Rodón
Resumen
Abstract
n el proceso de diagnóstico médico se busca identificar el estado de salud de un paciente. Sin embargo, la complejidad fisiológica del ser humano genera una amplia gama de condiciones difíciles de establecer por el personal médico en pacientes patológicos. En las unidades de cuidado intensivo, donde habitualmente se utiliza la ventilación asistida, se presenta un alto grado de incertidumbre a la hora de identificar el momento adecuado de retirar el ventilador mecánico. Teniendo en cuenta esta problemática, presentamos el diseño y evaluación de una herramienta basada en inferencia bayesiana que brinda información al médico sobre la viabilidad de tener una extubación exitosa. Para su diseño y validación se utilizó una base de datos con señales de flujo respiratorio compuesta por 98 pacientes exitosamente extubados, y 38 que fracasaron. Las señales fueron caracterizadas inicialmente con un grupo de series temporales, y posteriormente, el patrón respiratorio en los dos grupos de estudio fue analizado con técnicas estadísticas y de modelado autorregresivo. De este último proceso se derivo un grupo de variables con las cuales se diseñó un clasificador tipo Naive Bayes. Los resultados fueron medidos en función de la exactitud, sensibilidad y especificidad del clasificador, logrando un 78% en la primera medida y un 75% y 74% en las dos segundas.
E
n the process of medical diagnosis is to identify the health status of a patient. However, the complexity of the human physiological generates a variety of difficult conditions set by the medical staff in each patient. A high degree of uncertainty comes to identifying the right time to begin the withdrawal of mechanical ventilation in Intensive Care Units. Considering this problem, we present the design and evaluation of a Bayesian inference based tool that provides information to the physician about the feasibility of having a successful extubation. For design and validation database with respiratory flow signals composed successfully extubated 98 patients, 38 who failed was used. The signals were initially characterized with a group of time series, and then the breathing pattern in the two study groups was analyzed with statistical techniques and autoregressive modeling. This latter process a group of variables with which a Naive Bayes classifier type design was derived. Results were measured in terms of exactitude, sensitivity and specificity of the classifier, achieving 78% in the first step and 75% and 74% in the second two.
I
Key words: Airflow, clinical diagnosis, patient extubation, Bayesian classifier.
Palabras claves: flujo respiratorio, diagnóstico clínico, extubación de pacientes, clasificador bayesiano.
Recibido: Enero 27 de 2013 Aprobado: Diciembre 20 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, Bogotá, Colombia e Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), España. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
Javier A. Chaparro, Beatriz Giraldo, Susana Rodón
Introducción El diagnóstico médico es el proceso de identificar las enfermedades o condiciones que tiene el paciente, y descartar otras que no tiene, mediante evaluación de los signos, síntomas, y resultados de varias pruebas diagnósticas [1]. La precisión de estas pruebas es la capacidad de discriminar entre las diferentes alternativas de estados de salud [2]. Una buena calidad de la prueba, medida en términos de especificidad (probabilidad que un sujeto sano tenga un resultado negativo) y sensibilidad (probabilidad que un sujeto enfermo tenga un resultado positivo), permite reducir la incertidumbre que se origina, no solamente por el resultado de la prueba, sino también por experiencia del personal médico y la veracidad de la información suministrada por el paciente, entre otros factores [3]. La incertidumbre en el diagnóstico en la práctica médica causa estrés en pacientes y médicos. Los factores que contribuyen a esta incluyen la variabilidad biológica de los pacientes, error en la interpretación de la prueba, diferentes valores y opiniones de pacientes y médicos, y la incertidumbre en torno a la toma de decisiones. A pesar de que la incertidumbre en la práctica no puede ser completamente eliminada, numerosas estrategias que pueden adoptarse para reducirla y aumentar la confianza de los pacientes. Estas incluyen la aplicación de la mejor información disponible basada en la evidencia, junto con la observancia de las prácticas clínicas básicas, incluyendo la historia minuciosa, tomando con exclusión de diagnósticos preocupantes, y la participación en la toma de decisiones compartida [4]. La inferencia bayesiana, basada en la aplicación sistémica del teorema de Bayes, permite desarrollar sistemas de apoyo al diagnóstico clínico que brindan información cuantitativa al personal médico y mitigan la incertidumbre en este proceso. Actualmente, la teoría bayesiana está demostrando ser de gran utilidad en ciertas estimaciones basadas en el conocimiento subjetivo a priori, además, el hecho de permitir hacer una revisión de esas estimaciones en función de la evidencia empírica, está abriendo nuevas formas de hacer conocimiento. Una aplicación de esto son los clasificadores bayesianos que son frecuentemente usados en medicina [5].
En este trabajo se presenta el diseño y evaluación de un clasificador bayesiano, tipo Naive. El propósito de este clasificador es analizar y clasificar la información de señales respiratorias de pacientes ingresados en Unidades de Cuidado Intensivo (UCI), y estimar la viabilidad de una extubación exitosa. La problemática que se aborda es el alto riesgo para la salud del paciente que se presenta a la hora de iniciar la extubación; se ha reportado que hasta un 25% de los pacientes requieren reintubación y por lo tanto un aumento en el probabilidad de muerte [6][7] [8]. Para llegar a este diseño se utilizó una base de datos formada por señales de flujo respiratorio de 94 pacientes satisfactoriamente extubados y 38 que no. Las señales de flujo respiratorio fueron caracterizadas con un grupo de series temporales, y posteriormente estas series fueron analizadas con métodos estadísticos y de modelado autorregresivo AR y ARMA. Dicho análisis permitió identificar un grupo de variables utilizadas para diseñar el clasificador tipo Naive Bayes. El resultado mostro un clasificador con una exactitud del 78%, una sensibilidad y especificidad 75% y 74% respectivamente, con el hecho particular de utilizar únicamente la información relacionada con el tiempo de espiración.
Materiales y Métodos Pacientes El estudio se realizó con la base de datos denominada WEANDB, formada por señales respiratorias de pacientes conectados al ventilador mecánico mediante un tubo endotraqueal. A partir del resultado del test de tubo en T, los pacientes fueron clasificados en dos grupos: grupo éxito con 94 pacientes que superaron satisfactoriamente la prueba y recuperaron la respiración espontánea, y grupo fracaso, con 38 pacientes que no superaron el test y fueron reconectados al ventilador. Estos pacientes fueron registrados en los Departamentos de Cuidados Intensivos del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona,y del Hospital de Getafe, España, de acuerdo con los protocolos aprobados por sus comités éticos. Con esta base de datos se elaboraron las siguientes series temporales: tiempo de inspiración (TI), tiempo de espiración (TE), duración del ciclo respiratorio (TTot), volumen
88 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 87-93
Evaluación del clasificador Naïve Bayes como herramienta de diagnóstico en Unidades de Cuidado Intensivo
tidal ( VT ), fracción inspiratoria (TI/TTot), flujo inspirado medio ( VT/TI), y el índice de respiración superficial (f/ VT ), siendo f la frecuencia respiratoria. Una descripción más detallada de estas series se encuentra en [8].
Caracterización del patrón respiratorio A continuación se exponen los fundamentos de las técnicas de modelado utilizadas para analizar las series temporales en este trabajo:
Modelo Autorregresivo (AR). Este modelo de la señal permite establecer la muestra x(n) en función del historial de la misma más un componente de error e(n) de la forma descrita en (1).
x ( n ) = a x ( n − 1 ) + + a x ( n − p ) + e ( n ) (1) p 1 donde p es el orden del modelo, a1,…,ap son sus coeficientes reales, y e(n) es un proceso aleatorio gausiano con media cero y varianza σ2. Se asume que la secuencia x(n) es de media y varianza ergódica. En este trabajo se utilizó el orden del modelo, el primer coeficiente y el error final de predicción del mismo (FPE) para caracterizar las series temporales [9]. Modelo Autorregresivo de Promedio Móvil (ARMA). El modelo AR con un componente móvil se convierte en un modelo ARMA que se pueden describir de acuerdo con la ecuación (2). x ( n) + a x ( n − 1) + + a x ( n − p ) = 1 p (2) e ( n) + b e ( n − 1) + + b e ( n − q ) q 1
Teorema de Bayes. Este se refiere al cálculo de la probabilidad condicional del evento A dado que ha ocurrido el evento B, su forma general es: Si A1, A2,…,An son eventos exhaustivos y exclusivos tales que P(Ai)> 0, ∀ i = 1,2 ,..., n, sea B un evento cualquiera del que se conocen las probabilidades condicionales P(B|Ai), la probabilidad P(Ai|B) viene dada por la expresión (3) [11]. p( A i, B ) p( A i ) p( B| A i ) = p( B ) p( B ) 3 p( A i ) p( B| A i )
p( A i| B ) = =
∑ nk = 1 P( B| A k ) P( A k )
Clasificador Naive Bayes. Los clasificadores bayesianos son modelos particulares de las redes bayesianas que se aplican en la tarea de clasificación supervisada con datos discretos. Se han propuesto diferentes tipos dependiendo de las relaciones de dependencia de las variables contempladas entre variables predictoras, entre ellos se tienen: naïve bayes, naïve bayes selectivo, semi naïve Bayes, k-dependiente, y naïve bayes aumentado a árbol (TAN) [12]. El clasificador de naïve bayes es el modelo de clasificación construido asumiendo que todas las variables predictoras (variables de los síntomas) son independientes dada la variable de clase C (variable a diagnosticar). La búsqueda del diagnóstico más probable a posteriori, c*, una vez conocidos los síntomas de un paciente X=(X1,…,Xn) puede platearse como la búsqueda del estado de la variable C con la mayor probabilidad a posteriori como se muestra en (4). = c* arg = max p( C c| X 1,..., X n ) (4) c Este cálculo puede hacerse con el Teorema de Bayes de la forma que aparece en (5).
siendo p y q son los órdenes del proceso estimado mediante el criterio de Akaike [10], a1,…,ap y b1,…,bq son los coeficientes reales del proceso [9]. En este trabajo se utilizó los órdenes p y q, además del error final ) p( X 1,..., X n|C c ) p( C c= = p( C c|= X 1,..., X n ) (5) de predicción, para caracterizar las series temporales.= p( X 1,..., X n )
Inferencia bayesiana
En la práctica el denominador es constante, por este motivo se puede despreciar y así estudiar el numerador como una distribución de la forma descrita en (6).
Los métodos de clasificación bayesiana se basan principalmente en el Teorema de Bayes, a continuación se p( C c|= ) p( X 1,..., X n|C c ) (6) X= 1,..., X n ) p( C c= expone este teorema y el clasificador de naïve bayes. = Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 87-93 ¦ 89
Javier A. Chaparro, Beatriz Giraldo, Susana Rodón
El factor p(X1,…,Xn|C=c) se puede simplificar utilizando la regla de la cadena (7). p( X 1| X 2,..., X n, C = c ) p( X 2| X 3,..., X n, C = c ) (6) p( X n|C = c ) Si las variables Xi son independientes para todo i ≠ j, se puede llegar a (8). p( X= , X j ) p( X i|C = c ) (8) i|C c=
Por lo tanto, la probabilidad compuesta p(C=c|X1,… ,Xn) puede expresarse finalmente como aparece en (9). p( C = c ) p( X 1|C = c ) p( X 2|C = c ),..., p( X n|C = c ) n
p( C = c ) ∏ p( X i|C = c ) i =1
(9)
La expresión p(Xi|C=c) denota la función densidad de la variable Xi condicionada a que el valor del diagnóstico sea c. Esta función puede ser ajustada a una normal, gamma, lognormal entre otras. Lo más acostumbrado es utilizar una variable aleatoria normal para modelar el comportamiento de la variable Xi para cada valor de C. De esta forma finalmente el clasificador se reduce a la siguiente expresión [13]: n c* = arg max p( C = c ) ∏ p( X i|C = c ) (10) c i =1
Para efectuar el entrenamiento y la validación se utilizó la técnica de validación cruzada. La calidad del clasificador bayesiano se evaluó con el grupo de entrenamiento en función de tres medidas: la exactitud (Acc) (11), la sensibilidad (Sn) (12) y la especificidad (Sp) (13). Estas medidas se construyen a partirde los siguientes resultados de clasificación: Vp verdaderos positivos, Fp falsos positivos, Vn verdaderos negativos, y Fn falsos negativos [14]. Acc =
Vp+ Vn (11) Vp+ Fp+ Vn+ Fn
Sn =
Vp (12) Vp+ Fn
Sp =
Vn (13) Vn+ Vp
Resultados El objetivo del clasificador es establecer, si dadas las condiciones de un grupo de variables predictoras en un instante determinado, es posible tener un éxito o un fracaso en el proceso de retirada del ventilador mecánico de los pacientes en UCI. De acuerdo a esto, se definieron las siguientes variables:
Variables predictoras (X). Después de evaluar el desempeño de las variables obtenidas de los modelos AR y ARMA, en el diseño de clasificadores tipo Naive Bayes, se identificó un grupo que permitió obtener la mejor exactitud sensibilidad y especificidad: • X1 = Promedio de la serie TE • X2 = Rango intercuartil serie TE • X3 = Orden del modelo AR serie TE • X4 = Primer coeficiente del modelo AR serie TE • X5 = Error final de predicción modelo AR serie TE • X6 = Error final de predicción modelo ARMA serie TE
Variable de la clase de salida (C). El clasificador debe predecir, a partir del grupo de variables Xi, un éxito o un fracaso en la extubación: es decir, C={éxito, fracaso}. Diseño del clasificador naïve bayes. Las funciones de densidad de probabilidad de P(Xi|C=c), para i=1,…,6 y C={éxito, fracaso}, fueron ajustadas a variables aleatorias normales con media y varianza . Las características de cada una de estas funciones se presentan en la Tabla I. Tabla I. Funciones de probabilidad P(Xi|C=c)
P(Xi|C=éxito)
P(Xi|C=fracaso)
Xi X1
1.698
0.527
1.260
0.355
X2
0.380
0.236
0.264
0.145
X3
40.085
38.531
23.947
39.634
X4
0.360
0.162
0.632
0.289
X5
1.016
7.016
0.276
0.491
X6
0.994
6.738
0.2122
0.368
90 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 87-93
Evaluación del clasificador Naïve Bayes como herramienta de diagnóstico en Unidades de Cuidado Intensivo
A continuación se presentan, a modo de ejemplo, las gráficas de las funciones de distribuciones para X1 (Figura 1) y X2 (Figura 2).
0.8
Probabilidad
Variable Valor de Xi P(Xi|c=éxito) P(Xi|c=fracaso) (Xi)
X1 X2 X3 X4 X5 X6
Figura 1. Función de distribución de P(X1|C=éxito)
0.6
0.4
2 0.5 50 0.5 0.1 0.1
0.457 1.06 0.007 1.212 0.034 0.035
0.037 0.214 0.002 0.357 0.001 0.001
Según la ecuación (10), la probabilidad que C=éxito, es de
0.2
= 0.71*0.457*1.06*0.007*1.212*0.034*0.035
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Valor promedio del tiempo de espiración Éxito
= 3.472 * 10 −6
(14)
Y el resultado para el caso que C=fracaso es de:
Fracaso
= 0.29*0.37*0.214*0.002*0.357*0.001*0.001
Figura 2. Función de distribución de P(X2|C=éxito)
2
Probabilidad
Tabla II. Ejemplo de aplicación del clasificador naïve Bayes
1.5
= 1.634 * 10
−6
(15)
De acuerdo a estos resultados, como la probabilidad de un éxito es mayor a la de un fracaso, la clasificación del paciente según los valores utilizados en la Tabla II, será de éxito en al terminar el proceso de extubación.
Conclusiones
1
0.5
0 -1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Rango intercuartil del tiempo de espiración Éxito
Fracaso
Los valores de P(C=éxito) y P(C=fracaso) son de 94/132 = 0.71 y 32/132= 0.29 respectivamente. Teniendo completos los elementos de la ecuación (10), que corresponden al clasificador de naïve bayes, se procede a su validación. Los resultados mostraron una exactitud (Acc) del 78%, una sensibilidad (sn) de 75% y una especificidad (sp) de 74%. A continuación se hace la prueba del clasificador con los datos de la Tabla II para verificar su funcionamiento.
La etapa de caracterización de las señales de flujo respiratorio permitió tener un grupo de series temporales utilizado en la fase posterior de diseño del clasificador naïve bayes. A pesar de contar con un grupo de sietes series, únicamente las variables correspondiente a la serie tiempo de espiración fueron utilizadas en el clasificador. El análisis de las series temporales, con técnicas estadísticas y de modelado autorregresivo, permitió obtener un grupo de variables para analizar los grupos de éxito y fracaso en la extubación. Desde el punto de vista estadístico, se obtuvieron los valores promedio y el rango intercuartil. Para el modelado autorregresivo se estableció el orden, el primer coeficiente y el error final de predicción de cada modelo. Se estimaron siete variables por cada serie temporal, para un total de cuarenta y nueve variables que fueron reducidas a seis (X1,…,X6), mediante la identificación de
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 87-93 ¦ 91
Javier A. Chaparro, Beatriz Giraldo, Susana Rodón
aquellas que mostraron las mejores diferencias estadísticas entre los grupos de éxito y fracaso. Las funciones de probabilidad para P(Xi|C=éxito) y P(Xi|C=fracaso), para i=1,…,6, fueron estimadas aproximándolas a una distribución normal. Durante el trabajo se evaluaron el ajuste a distribuciones de probabilidad tipo Gamma, Lognormal y Weibull sin obtener mejores resultados. Los modelos autorregresivos puros (AR) y de media móvil (ARMA) permitieron analizar las series temporales que caracterizaron los grupos de pacientes de éxito y fracaso en el proceso de retirada del ventilador mecánico. Esta información, complementada con estadísticos de tipo promedio y rango intercuartil, facilitó la elaboración de un grupo de variables utilizadas en el diseño del clasificador. El clasificador naïve bayes presento una exactitud del 78%, una sensibilidad de 75% y una especificidad de 74%, estos resultados son aceptables pero se pueden evaluar los otros tipos de clasificadores bayesianos buscando mejorar estos resultados. También se pudo demostrar, al final de este trabajo, la sencillez de diseñar e implementar un clasificador naïve bayes para aplicaciones biomédicas. La tarea de clasificación se reduce simplemente a seleccionar la clase con la probabilidad más alta de ocurrencia.
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92 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 87-93
Evaluación del clasificador Naïve Bayes como herramienta de diagnóstico en Unidades de Cuidado Intensivo
Autor Javier A. Chaparro Ph.D Profesor Asociado de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito en el Decanatura de Ingeniería Electrónica. Ingeniero Electrónico y Especialista en Automatización Industrial de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Magister en Ingeniería Electrónica de la Universidad de los Andes y Doctor en Ingeniería Biomédica de la Universidad Politécnica de Catalunya - España. Ha sido profesor de la Universidad de la Sabana, Nacional y Distrital. Ha desarrollado diversas investigaciones en el área de procesamiento de señales biomédicas relacionadas principalmente con el sistema respiratorio de pacientes en Cuidado Intensivo. Email: javier.chaparro@escuelaing,edu.co, AK.45 No.205-59 (Autopista Norte)
Dr. Beatriz F. Giraldo Profesora Agregadade la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial (ESAII), Barcelona, España. Ingeniero Eléctrico, Universidad Tecnológica de Pereira (UTP), Risaralda, Colombia (1983), Postgrado en Ingeniería Biomédica, UPC (1989), Máster en Ingeniería Biomédica, UPC (1990), Doctora en Ingeniería Biomédica por la UPC (1996). Actualmente es miembro del grupo de investigación de procesado de señales biomédicas e interpretación, del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y del Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN). Desde 2006 hasta 2011 fue Directora del programa de Bioingeniería de la Fundación Politécnica de Cataluña. Sus principales áreas de investigación son el procesado y modelado de señales biomédicas y análisis estadístico, aplicado a señales cardíacas y respiratorias, procesado de señal multimodal en interacción cardiorrespiratoria, métodos para el análisis de la insuficiencia cardíaca, y del destete de la ventilación mecánica.
Susana Rondón Profesor Asistente de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito en el Departamento de Matemáticas. Licenciada en matemáticas y física Universidad del Tolima. Especialista en estadística (UNAL) y Maestría en Tecnología Educativa del Instituto tecnológico de Monterrey – México Email: susana.rondon@escuelaing.edu.co, AK.45 No.205-59 (Autopista Norte)
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 87-93 ¦ 93
Diseño de una estrategia de control que involucre los actores de la cadena productiva de medicamentos a partir de la identificación y análisis de riesgos generados por el manejo inadecuado de los desechos en la localidad de Usaquén Design of a control strategy involving actors of medicine production chain by analysis and identification of risks caused by inappropriate waste material management in Usaquén
Pilar Bejarano Bejarano, Paola Andrea Medina Chaux
Resumen
Abstract
ste proyecto corresponde al diseño de una estrategia de control que involucró los actores de la cadena productiva de medicamentos frente al manejo inadecuado de los envases vacíos de medicamentos, medicamentos parcialmente consumidos, y aquellos vencidos y/o deteriorados en la localidad de Usaquén.
E
Para lograr dicho objetivo, se aplicó una encuesta a consumidores de los estratos 1 a 5 de la localidad, distribuidores o farmacias y fabricantes o laboratorios; 20 encuestas a los consumidores por cada uno de los estratos, 30 encuestas a los distribuidores y 1 al fabricante; este último debido a que en la localidad no se encontraron laboratorios, para hacer completo el estudio y tener la posibilidad de involucrar este actor de la cadena se recurrió a enviar vía mail la encuesta laboratorios de otra localidad, en total se realizaron 131 encuestas.
his project corresponds to design of a strategy control involving the actors in the medications productive chain to the improper handling of empty containers of medications, medications partially consumed, and those due and / or damaged in the Usaquén location.
T
To achieve this, was applied a consumer survey of levels 1 to 5 of the location, distributors or manufacturers and pharmacies and laboratories, 20 surveys were applied to consumers for each of the levels, 30 surveys distributors and 1 the manufacturer; the latter because in the location there were no laboratories, to complete the study and be able to engage the actor in the chain was used to send to mail the survey to laboratories in another location, in total were performed 131 surveys.
Recibido: Febrero 23 de 2013 Aprobado: Octubre 28 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Universidad Agraria de Colombia, Bogotá, Colombia. Las autoras declaran que no tienen conflicto de interés.
Diseño de una estrategia de control que involucre los actores de la cadena productiva de medicamentos a partir de la identificación y análisis de riesgos generados por el manejo inadecuado de los desechos en la localidad de Usaquén
Como resultado de este proyecto de investigación se determinó el diseño de la estrategia de control que cuenta con tres elementos para que los Consumidores, distribuidores y fabricantes tengan un manejo seguro de los residuos de medicamentos; estos fueron : un plegable orientado básicamente al desarrollo de prácticas para la apropiación conceptual frente a la problemática de los residuos de los medicamentos, un afiche encaminado a la sensibilización visual frente al manejo de los medicamentos, y un dispositivo portátil enfocado específicamente a las viviendas para el uso, almacenamiento y disposición adecuada de los medicamentos. Palabras clave: Medicamento, Distribuidor, Fabricante, Consumidor, cadena productiva, envases vacíos de medicamentos, medicamentos parcialmente consumidos, y aquellos vencidos y/o deteriorados.
As a result of this research project was determine the design of the strategy control which has got three elements for that consumers, distributors and manufacturers have a security handling of medications residues, these were: a folding basically oriented to the development of conceptual appropriation practices about the problem of medications residues, a poster through a visual education which show the proper handling of medications , and finally a portable medications device to housing use, storage and disposal of medications. Keywords: Medication, Manufacturer, Consumer, productive chain, empty containers of medications, medications partially consumed, and those due and / or damaged.
Introducción Los medicamentos, utilizados con base en criterios científicos y técnicos, ofrecen importantes beneficios, a la salud de las personas, sin embargo cuando estos se desechan bien sea por falta de uso o por obsolescencia estos se convierten en una amenaza a la salud individual y al medio ambiente, por la mala disposición que se hace de los mismos en la fase del post consumo. (Colegio de Farmaceúticos de Tucumán). Con el fin de prevenir, mitigar y compensar los impactos ambientales y sanitarios; este proyecto fue enfocado y benefició directamente a la población de todos los estratos de la localidad de Usaquén; buscando el diseño de una estrategia de control que permita el manejo adecuado de los envases vacíos de medicamentos, parcialmente consumidos, y aquellos vencidos y/o deteriorados en los fabricantes ,distribuidores y viviendas, lo anterior a través la caracterización de los residuos de los medicamentos y envases, identificando el conocimiento que tiene la población y generando estrategias de control de productos post consumo. De igual manera esta investigación constituye un aporte científico y una base para los investigadores del área de la salud y del medio ambiente y los fabricantes quienes podrán establecer nuevas y variadas estrategias para informar, orientar y educar a la comunidad sobre los riesgos de salud.
En la metodología empleada se llevaron a cabo las actividades de revisión de la información secundaria, diagnóstico, cuantificación de los residuos de medicamentos generados en las viviendas a través de una encuesta, manejo de los residuos de medicamentos en farmacias y laboratorios para finalmente generar una estrategia de control teniendo en cuenta soluciones viables para el manejo actual; se identificaron los gestores de los residuos medicamentos haciendo énfasis en aquellos que recolectan los generados en los Puntos Azules de la Localidad y verificando el cumplimiento legal y opciones técnicas en la gestión final. Las limitaciones encontradas durante la investigación fueron básicamente la no presencia de laboratorios en la localidad base del estudio y el acceso a las viviendas para la recopilación de datos ya que la comunidad es muy reacia a este tipo de instrumentos de medición (encuestas) frente a la problemática.
Metodología a. Fases de ejecución
Para el desarrollo de este proyecto se llevaron a cabo las siguientes actividades o fases dando ejecución a los objetivos planteados.
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Pilar Bejarano Bejarano, Paola Andrea Medina Chaux
1. Revisión de la información secundaria. Se
obtuvo y recopiló información de entidades tales como: Ministerio Ambiente y Desarrollo Sostenible; Ministerio de Protección Social; Secretaria Distrital de Salud , Secretaría Distrital de Ambiente, ANDI- Asociación Nacional de Empresarios de Colombia- frente manejo adecuado de los residuos de medicamentos, gestión integral de los mismos, viviendas por estrato en la localidad, censo de farmacias y droguerías en los diferentes barrios de está, la no existencia de laboratorios ni fabricantes en la misma y la ubicación de los puntos azules locales. Paralelo a esto se realizaron lecturas previas y material bibliográfico de apoyo acerca del manejo de los medicamentos y las técnicas de disposición final de estos, partiendo de la lectura específica de la normatividad para residuos peligrosos y disposición adecuada de los medicamentos a nivel nacional.
2. Diagnóstico. Se realizó la identificación clara
de los barrios y sectores donde se desarrolló el proyecto por medio de esquemas y planos; Se identificó la situación ambiental y social actual de las viviendas, se determinó el conocimiento que se tiene frente a los residuos de medicamentos en los hogares, farmacias y laboratorios y el manejo que se les está dando; a través encuestas, fotografías y partiendo de la información de población de la localidad suministrada por DANE – SDP, Encuesta de Calidad de Vida 2007, en cuanto a Farmacias se utilizó base de datos SISVEA Línea de Medicamentos Seguros suministrada por el Hospital de Usaquén y para Laboratorios el INVIMA. (DANE – SDP, 2007) (HOSPITAL DE USAQUÉN, 2010).
3. Cuantificar los residuos de medicamentos
en las viviendas. A través de una encuesta se cuantificaron los residuos de medicamentos en distribuidores, consumidores y fabricantes realizando la identificación de estos; Se tomaron fotografías teniendo en cuenta si son envases vacíos de medicamentos, medicamentos parcialmente consumidos, o aquellos vencidos y/o deteriorados en las viviendas y distribuidores. 4. Plantear soluciones posibles para el manejo
de los residuos de medicamentos. A partir de lo anterior; se definió una estrategia de control para manejo intradomiciliario adecuado de los
residuos de medicamentos; planteando las posibles soluciones en los hogares y generando como producto la estrategia de sensibilización más viable y eficaz que refleje las buenas prácticas para la disposición correcta de los residuos de los medicamentos en la localidad de Usaquén. b. Tipo De Investigación
Este proyecto fue una investigación cuantitativa, ya que se recogieron y analizaron datos cuantitativos sobre las variables definidas más adelante y se buscó la relación entre estas, también se hallaron características relevantes de disposición de los medicamentos y situaciones relacionadas con su manejo; y cualitativa donde se generó información valiosa. Esta investigación a través de una muestra de viviendas, farmacias y fabricantes en la localidad de Usaquén identificó el manejo que se le da a los medicamentos post consumo, la gestión integral de éstos y las problemáticas que se presentan en el ciclo de vida de los mismos; tras este estudio se explicó por qué se está generando esta problemática en los hogares de la localidad. Paralelo a esto y en cuanto al alcance; esta investigación tuvo carácter explicativo y descriptivo ya que reflejó un estudio piloto, como se mostró en el problema; que permitió identificar una problemática sentida en el país y en las ciudades; que generó una estrategia de respuesta y sensibilización. c. Población y Muestra
La población incluyó los actores de la cadena productiva en el ciclo de vida de los medicamentos; a saber: Fabricantes de Medicamentos, es decir, Laboratorios certificados para tal fin. Distribuidores medicamentos, es decir Farmacias y droguerías. Viviendas estratos 1 a 5 de la localidad de Usaquén en la ciudad de Bogotá D.C. El tamaño de la muestra requerido fue de 100 viviendas de acuerdo a fórmula estadística teniendo en cuenta el total de viviendas de la Localidad. En cuanto a fabricantes y distribuidores se obtuvo una muestra aleatoria de estos en la localidad de Usaquén; teniendo en cuenta puntos cercanos a las viviendas de la muestra seleccionada, presencia de estos en la localidad, disponibilidad de encuestados, según demanda y existencia en la misma.
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Diseño de una estrategia de control que involucre los actores de la cadena productiva de medicamentos a partir de la identificación y análisis de riesgos generados por el manejo inadecuado de los desechos en la localidad de Usaquén
Para distribuidores de 301 (HOSPITAL DE USAQUÉN, 2010) farmacias y droguerías en la localidad de Usaquén se escogieron al azar 30; y para fabricantes, la principal debilidad radicó en la no presencia de laboratorios fabricantes de medicamentos en la localidad; encontrándose la mayoría de éstos ubicados en la localidad de Puente Aranda; según el Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos – INVIMA-Bogotá concentra aproximadamente 126 laboratorios farmacéuticos ; realizándose la gestión con 20 y en total sólo respondieron 1 a los requerimientos de la investigación.
Resultados Teniendo en cuenta los Consumidores, la problemática de residuos de medicamentos (envases vacíos, parcialmente consumidos, vencidos y/o deteriorados) es un tema relevante para los habitantes de la localidad de Usaquén, estos desconocen las consecuencias y los efectos que trae para la salud y el medio ambiente la disposición inadecuada de los residuos, se evidencia que no realizan una separación adecuada en sus viviendas, encontrándose que aun disponen por el desagüe o sifón algunos residuos de medicamentos parcialmente consumidos y vencidos, no conocen los puntos azules más cercanos para disponerlos. En cuanto a los Distribuidores y de acuerdo a los resultados de las gráficas comparativas arrojadas por la encuesta, se deriva que pocas farmacias poseen puntos azules y estos no son aún muy conocidos en el gremio, las pocas farmacias que tienen puntos azules desconocen que tipos de residuos se disponen allí. Y en cuanto a los fabricantes debido a los escases de laboratorios fabricantes en la localidad solo se puedo definir que uno de ellos (el cual fue tomado como muestra y no pertenece a la localidad estudio), no presenta inconveniente en la manipulación y almacenamiento de los residuos de medicamentos ya que conoce el ciclo de vida del medicamento (DANE – SDP, 2007)] y genera buenas prácticas en su laboratorio.
Finalmente, en referencia a los gestores de residuos de medicamentos; de acuerdo a la investigación realizada se pudo establecer que la empresa autorizada con licencia ambiental vigente para la recolección, transporte y disposición final de
medicamentos provenientes de los puntos azules es Sinthya Químicos (SINTHYA QUIMICA LTDA, 2011). Esta empresa posee un instructivo de capacitación para los encargados de los Puntos Azules en los establecimientos; este instructivo pretende explicar a los diferentes distribuidores la importancia de tener un Punto Azul, de ayudar a difundir la información con la comunidad sobre el uso adecuado de los Puntos azules, de ser responsables del cuidado del Punto azul, de no extraer los residuos de medicamentos depositados allí. El proceso de recolección de los residuos de medicamentos está a cargo de personas expertas de esta empresa, los cuales tienen llave del respectivo punto azul, rompen el sello de seguridad del mismo, retiran la bolsa con los residuos y la sellan de forma segura, se realiza el pesaje y se coloca nueva bolsa en el contenedor, cierra con llave e instala un nuevo sello de seguridad. Está empresa cuenta con técnicas de tratamiento y disposición final, enmarcados por principios de minimización, valorización y reciclaje con tecnologías como: Incineración Controlada, que a través de la oxidación controlada en altas temperaturas reduce el volumen de residuos peligrosos produciendo energía calorífica, escorias, cenizas secas inorgánicas y emisiones gaseosas, este tratamiento se utiliza cada vez más con el fin de destruir residuos altamente persistentes, tóxicos e inflamables como productos farmacéuticos; Tratamiento químico se usan tanto para facilitar la completa transformación de los residuos peligrosos en gases no tóxicos, así como también para modificar las propiedades químicas del residuo (por ejemplo para reducir la solubilidad en agua o neutralizar acidez o alcalinidad); Estabilización y Encapsulado, que parte de la mezcla de materiales y residuos con el fin de mejorar la manipulación y las características físicas del residuo y así reducir la movilidad de los contaminante, estos residuos son sometidos a un proceso de solidificación y estabilización mediante la adición de diversos reactivos, lográndose la transformación en sustancias de consistencia terrosa, física y químicamente estables e inertes, insolubles y no perjudiciales lográndose una solidificación en encapsulado. A continuación se muestran las gráficas y sus respectivos análisis frente a los resultados obtenidos del análisis de los diferentes actores de la cadena productiva así:
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Pilar Bejarano Bejarano, Paola Andrea Medina Chaux
Figura 1. Cantidad envases vacíos guarda o desecha por mes. 20 15 10 5 0 Menor a5
Entre 5 y 10
Entre 10 y 20
Estrato 5 Estrato 4
Entre 20 y 30
Entre 30 y 50
Ninguno
Se puede observar en la Fig. 3 de manera general que todos los estratos desechan o guardan menos de 5 medicamentos vencidos; a diferencia de los distribuidores quienes próximos a vencerse tienen aproximadamente entre 5 y 10 medicamentos que devuelven al proveedor, en cuanto al fabricante; este guarda en su bodega al mes entre 20 y 30 medicamentos vencidos esto debido a que este es receptor.
Estrato 1 Distribuidores
Estrato 3 Estrato 2
La mayoría de los consumidores de todos los estratos desecha menos de 5 envases vacíos de medicamentos al mes; mientras que en los distribuidores desechar los envases vacíos depende de la oferta y la demanda en las ventas que realicen durante el mes a los consumidores es por ello que la Fig. 1 refleja un comportamiento variable para estos.
Figura 4. Cantidad de medicamentos deteriorados guarda o desecha por mes. 20 15 10 5 0 Menor a5
Figura 2. Cantidad de medicamentos parcialmente consumidos guarda o desecha por mes.
Estrato 5 Estrato 4
Entre 5 y 10
Entre 10 y 20
Estrato 3 Estrato 2
Entre 20 y 30
Entre 30 y 50
Ninguno
Fabricantes
Estrato 1 Distribuidores
20
Estrato 5 Estrato 4
Entre 20 y 30
Entre 30 y 50
Ninguno
Estrato 1 Distribuidores
Estrato 3 Estrato 2
La Fig. 2 refleja que la mayoría de los consumidores guarda o desecha menos de 5 medicamentos parcialmente consumidos al mes, mientras que los distribuidores no generan en su mayoría ninguno de este tipo; esto se debe a que en sus farmacias no suministran ni venden medicamentos parcialmente consumidos. Figura 3. Cantidad de medicamentos vencidos guarda o desecha por mes. 20
Figura 5. A oído hablar de puntos azules en farmacias, droguerías y establecimientos comerciales. 20 15 10 5 0
Si
15
No
Distribuidores
Entre 10 y 20
Fabricantes
Entre 5 y 10
Estrato 1
Menor a5
Estrato 2
0
Estrato 3
5
Se puede observar de manera general en la Fig. 4 que todos los estratos desechan o guardan menos de 5 medicamentos deteriorados; a diferencia de los distribuidores quienes devuelven como deteriorados al proveedor entre 5 y 10 medicamentos, en cuanto al fabricante; este guarda en su bodega al mes entre 30 y 50 medicamentos deteriorados.
Estrato 4
10
Estrato 5
15
10 5 0
Menor a5 Estrato 5 Estrato 4
Entre 5 y 10
Entre 10 y 20
Estrato 3 Estrato 2
Entre 20 y 30
Entre 30 y 50
Estrato 1 Distribuidores
Ninguno
Fabricantes
El comportamiento de la Fig. 5 muestra que los consumidores de los diferentes estratos no ha oído hablar de los puntos azules, en establecimiento farmacias y droguerías de la localidad de Usaquén, mientras que los distribuidores y fabricantes si tienen conocimiento de estos.
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Diseño de una estrategia de control que involucre los actores de la cadena productiva de medicamentos a partir de la identificación y análisis de riesgos generados por el manejo inadecuado de los desechos en la localidad de Usaquén
Figura 6. Su farmacia recibe los envases vacíos de medicamentos, parcialmente consumidos y aquellos vencidos y/o deteriorados. 30 20 10 0 Si Fabricantes
No Distribuidores
Los datos arrojados en la Fig. 6 muestran que de las 30 farmacias tan solo 2 poseen puntos azules y por tanto son receptoras de residuos de medicamentos, al igual que el fabricante que recibe medicamentos vencidos. Por lo anterior se diseñó una estrategia de control que cuenta con tres elementos que permitirán a los tres actores de la cadena productiva (Consumidores, distribuidores y fabricantes) un manejo adecuado de los envases vacíos de medicamentos, medicamentos parcialmente consumidos, y aquellos vencidos y/o deteriorados en la localidad de Usaquén; estos son: a. Un Plegable: Orientado básicamente al desarrollo
de prácticas para la apropiación conceptual frente a la problemática de los residuos de los medicamentos (Colegio de Farmaceúticos de Tucumán); el cual muestra los tipos de residuos de medicamentos, los riesgos para la salud y el ambiente, el manejo de medicamentos de residuos en las viviendas, planes de devolución post consumo, ubicación estratégica de puntos azules y ciclo de vida de los medicamentos.
b. Un Afiche: Encaminado a la sensibilización visual
frente a la disposición adecuada de los residuos de los medicamentos el cual contiene la definición de cada uno de los medicamentos y la importancia de disponerlos en los sitios autorizados (Secretaria Distrital de Ambiente, 2010) c. El Diseño De Un Dispositivo Portátil: Enfo-
cado específicamente a las viviendas para el uso, almacenamiento y disposición adecuada de los medicamentos, el cual es un mecanismo que permitirá a los consumidores almacenarlos adecuadamente tan pronto los adquiera y disponerlos de forma segura cuando ya termine su vida útil y se conviertan en productos pos-consumo.
Este dispositivo cuenta con 12 compartimentos uno por cada mes del año, allí el consumidor ubicará los medicamentos en el mes donde estos se vencen, cuando consuma o use el medicamento volverá a ubicarlo allí en el respectivo compartimento; y mecánicamente mes a mes, y teniendo como referencia el tiempo, girará en sentido de las manecillas del reloj la base del dispositivo que tiene un espacio hueco con una bolsa roja acercándose hasta llegar a donde se encuentran ubicados los medicamentos que tan pronto cumplan la fecha de vencimiento se desecharán automáticamente no sólo por fecha de vencimiento sino también por parcialmente consumido o por deterioro sí ; para luego llevarlo a un punto azul.
Conclusiones y recomendaciones • Frente a la caracterización de los residuos en
general los consumidores desechan en sus viviendas mensualmente menos de 5 residuos de medicamentos de cada una de las especificaciones definidas como envases vacíos de medicamentos, parcialmente consumidos y aquellos vencidos o deteriorados; en los distribuidores la generación de residuos de este tipo depende de la oferta y la demanda en las farmacias; exceptuando los parcialmente consumidos ya que ellos no suministran a los usuarios ; mientras que en el fabricante; este guarda en su bodega al mes entre 20 y 30 medicamentos vencidos esto debido a que este es receptor. • El sitio más utilizado por los consumidores para el
almacenamiento de los medicamentos es la mesa de noche, seguido del armario; entendiéndose esto como una buena práctica ya que estos sitios permiten mantener una adecuada temperatura evitando el deterioro y se encuentran al alcance del consumidor. • En los consumidores no se tiene clara la separación en
la fuente respecto a los residuos de los medicamentos; los cuales son depositados en la caneca de la casa. • El residuo de medicamento que más se genera por
los consumidores son las tabletas o pastillas los cuales en muchos casos aún son depositados por el sifón, lavamanos o desagüe generando alta carga contaminante a las aguas. • Por un lado la cantidad de puntos azules ubicados en
establecimientos y farmacias de la localidad aún es
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Pilar Bejarano Bejarano, Paola Andrea Medina Chaux
muy poca, los cuales corresponden a uno por 3578 viviendas aproximadamente y por otro lado los ya existentes no se encuentra ubicados estratégicamente; donde los estratos 1 y 2 no tienen fácil acceso a estos. • Los consumidores no han oído hablar y tienen poco
conocimiento frente a la utilización de los puntos azules, esto debido a la falta de divulgación en medios de comunicación y a escasas estrategias publicitarias frente a la existencia y correcto uso de los mismos. • Frente al conocimiento de la problemática de envases
vacíos de medicamentos, parcialmente consumidos y aquellos vencidos o deteriorados; los consumidores desconocen cómo realizar la disposición adecuada de los mismos y por ende las consecuencias para su salud y la del ambiente. • Los Distribuidores se destacan por sus buenas prác-
ticas en el almacenamiento de los medicamentos, manejo de los residuos de medicamentos que generan y los que reciben según sea el caso lo cual refleja un aporte en la disminución de la problemática. • Como estrategias de control frente a la problemática
encontrada en el ciclo de vida de los medicamentos se diseñó un plegable que permitirá la apropiación de conceptos y prácticas adecuadas frente a la disposición de residuos de medicamentos, un afiche divulgativo que dará a conocer los tipos de residuos de medicamentos y su correcta segregación para beneficio del ambiente y la salud y finalmente como estrategia específicamente para usar al interior de las viviendas un dispositivo portátil para almacenar los medicamentos y su vez disponer de acuerdo a la fecha de vencimiento los residuos o lo que queda de los mismos.
Recomendaciones • Es importante evaluar la viabilidad de ubicación de
más Puntos Azules en las diferentes farmacias de toda la localidad. • Hacer una campaña masiva sobre los riesgos y el manejo
adecuado de los medicamentos vencidos de fecha; liderada por fabricantes y distribuidores en la localidad. • Dar a conocer a los consumidores la ubicación, uso,
y fines del los puntos Azules para recepción de residuos de medicamentos en la localidad.
• Es de vital importancia realizar la construcción,
elaboración e implementación del dispositivo de almacenamiento de medicamentos y control pos-consumo de los mismos en viviendas, con el respectivo manual de operaciones, funcionamiento y mantenimiento. • Verificar los Planes de Gestión de Devolución de
Productos Postconsumo de los laboratorios fabricantes de medicamentos. • Evaluar cuál es el impacto ambiental de los residuos
de medicamentos en el relleno sanitario. • Evaluar que hacen los laboratorios con los medicamentos
que recogen, cuales son los mecanismos de control. • Evaluar la viabilidad y factibilidad de ubicar el dispo-
sitivo de control en las viviendas. • Realizar una evaluación de costos del dispositivo de
control y quien va a asumir esos
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Las Autores Pilar Bejarano Bejarano Universidad Agraria de Colombia, Especialización en Seguridad Industrial Higiene y Gestión Ambiental, Bogotá D.C., Colombia. Pilar825lds@gmail.com
Paola Andrea Medina Chaux Universidad Agraria de Colombia, Especialización en Seguridad Industrial Higiene y Gestión Ambiental, Bogotá D.C., Colombia. Paomedina_9@hotmail.com
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State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems Estado del Arte de los sistemas de Compresión de Audio Perceptual
Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios
Abstract
Resumen
n this paper, audio perceptual compression systems are described, giving special attention to the former one: The MPEG 1, Layer III, in short, the MP3. Other compression technologies are described, especially the technologies evaluated in the present work: OGG Vorbis, WMA ( Windows Media Audio) from Microsoft Corporation and AAC (Audio Coding Technologies).
n este trabajo se describen los sistemas de compresión de audio perceptual, con especial atención al último modelo disponible: El MPEG 1 Layer III, en definitiva, el MP3. Así mismo, se describen y evalúan otras tecnologías de compresión, especialmente las siguientes tecnologías: OGG Vorbis, WMA ( Windows Media Audio) de Microsoft Corporation y AAC (Audio Coding Technologies).
Keywords: Audio Signal, Compression, Frecuency mapping, MP3, MPEG3, Quantization, SBR, WMA.
Palabras clave: señal de audio, compresión, mapeo Frecuencia, MP3, MPEG3, cuantificación, SBR, WMA
I
E
Recibido: Abril 30 de 2013 Aprobado: Noviembre 19 de 2013 Tipo de artículo: Artículo de revisión de tema, investigación no terminada. Afiliación Institucional de los autores: Grupo de Acústica Aplicada – Semillero de investigación Compresión de Audio. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Buenaventura sede Bogotá. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.
State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems
Introduction The storage and reproduction of sound has evolved since the times of Thomas Alva Edison’s phonograph cylinders. The development of the vinyl, as a mechanical storage device, and the cassette, based on magnetization principles were widely distributed and used by the audiophile community. Nevertheless, it was in the 80’s, with the incursion of the CD-Audio by Philips, when reducing sizes for storage devices began. In a parallel way, radiobroadcasting (AM-FM) began to visualize the incoming market of internet solutions in order to save bandwidth costs. The development of compression technologies, as MPEG (Fraunhofer Institute), Ogg Vorbis and WMA ( Windows Media Audio) among others, initiated. These technologies are based on discarding irrelevancies and redundancies of the audio signal. The irrelevancies of the audio signal can be achieved using psychoacoustic features of the HHS as the masking phenomenon, which was extensively described in the previous chapter. The general configuration of an audio compression system is shown in the appendix. 1. The PCM signal, a digital representation of the audio signal enters the compression system. A time-to-frequency mapping is performed initially. These values are compared to masking thresholds, obtained by a psychoacoustic model which has implementations based on the previous chapters. In these models, the codec compares at each instance the value of the incoming signal, computes the masking threshold associated with the given signal component, and the components which remain below the computed masking threshold are discarded. This is understood as irrelevance. The non-discarded components of the signal are fed into a re-quantization block, where each of the Fourier or DCT coefficients is re-quantized. The re-quantized coefficients are fed into a Huffman coding block where entropic coding is performed, and more information is discarded based on redundancies, as it is explained in the section I-G. Compression schemes have reached compression ratios till 1:12, and further development is near with the inclusion of other frequency-time transform algorithms, and quantization schemes. These compression schemes introduces to the musical audio signal undesirable artifacts. Their evaluation is the main part of this research.
These high compression ratios are achieved due to the possibility of discarding components from the signal due to irrelevancies (masking) and redundancies (entropic coding).
MPEG-1 MPEG-1 was the first audio-compression technology to appear at the Fraunhofer Institute, in Erlangen (Germany) in 1987 within the frame of the EUREKA’s project (DAB broadcasting system). The audio standard which became available is part of the standard MPEG 1. MPEG-2, and further releases were supposed to improve this first algorithm. The basic scheme of MPEG-1 Layer III is depicted in the appendix. 2. Table I. Bit-rates used in MPEG-1 layer III
Quality
Bandwidth Bit rate Compression Mode [kHz] [kbit/s] Rate
Telephone
2.5
mono 8
1:96
Better than AM
7.5
mono 32
1:24
FM radio
11
stereo 56..64
Near CD
15
stereo 96
CD
>15
stereo 112..128
1:24..26 1:16 1:12..14
MPEG-1 became a standard in 1992, and it is also known as ISO/IEC 11172. The audio signal is then represented by its spectral components on a frame-by-frame basis and encoded exploiting perceptual models. MPEG-1 Audio standard specifications were derived from two main proposals: MUSICAM presented by CCETT, IRT Phillips, and ASPEC presented by AT&T, FhG, and Telefunken [9]. The Stereo Audio Signal is encoded using similarities of right and left channels. MP3 has implemented three modes for this purpose: 1. Stereo 2. Joint Stereo (Middle/Side): In this mode, one signal
contains the sum of channel components and a second signal the difference. 3. Joint Stereo (Intensity Stereo): In this mode, high
frequency components are coded in mono and the information of panning (direction) is also coded.
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Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios
MP3 has 3 layers (back compatible), which are physical and mathematical models. The complexity is proportional to the layer number.
sample window is chosen. This reduces the temporal spreading of quantization noise for sharp attacks. The definition of those windows is treated in [9].
The bit-rates used in MPEG-1 Layer III are summarized in the Tab. 1.
Psychoacoustic Models in MPEG-1
The structure of the MP3 file is shown in the appendix. 3.
The scheme for the psychoacoustic model in MPEG-1 is shown in the Appendix 7.
Layer I and II The time to frequency mapping is performed by applying a 32-band PQMF to the audio data. Quantization is performed by a mid-tread quantizer. Psychoacoustic Model 1 is applied, with a 512-point FFT (Layer I) or 1024-point FFT (Layer II). The MPEG-1 Layer I-II structure is depicted in the Appendix 4. Basically, it corresponds to the general configuration of an audio codec, shown in Appendix 5. After splitting the signal into 32 sub-band components, the quantizer recalculates the values of the signal taking into account the psychoacoustic thresholds stored inside the psychoacoustic model.
Layer III For the Layer III, the output of the PQMF is fed to a MDCT stage. In Layer III, the filter bank is signal adaptive in difference to previous layers. The block diagram of Layer III filter bank analysis stage is shown in Appendix 5. After the 32-band PQMF filter, blocks of 36 sub-band samples are overlapped by 50 percent, multiplied by a sine window and then processed by the MDCT transform. The filter bank analysis in MPEG-1 Layer III is shown in Appendix 6. Compression systems encounter problems while tracking signals containing transients, such as the castanet excerpts. Quantization errors spread over a block of 1152 time- samples. This leads to unmasked temporal noise, and the audibility of the artifact known as pre-echo. The layer III implemented a shorter block size for avoiding pre-echo. When a transient is detected, the 384 sample window is used; in the opposite case, a 1152
Summarizing, the psychoacoustic model 1 performs the SPL computation in each band (the signal level for each spectral line k), the separation of tonal and non-tonal components and the other processes outlined in the Appendix. 14. More information can be found in [9].
Psychoacoustic Model 2 Model 2 process and calculations differ from those of Model 1. The block diagram is depicted in Appendix. 8. This model uses another mathematical expression for the basic spreading function B(dz) measured in dB. The tonality index in each partition is calculated based on the predictability of the signal from the frequency lines in prior frames. When model 2 is applied to Layer III, it is altered to take into account the different nature of the Layer III (hybrid filter bank, and the switching block). Attacks, for example, are detected based on a psychoacoustic entropy calculation. [9]. The specification of the audio-syntax, the scale factors, bit allocation, quantization, Huffman coding and bit-reservoir are extensively explained in [9]. The Software applications which support MP3 format are Cool Edit Pro (Syntrillium), Sound Forge, Musicmatch Jukebox and Easy MP3, among others.
MP3 Format, Lame Codec The Lame Codec was created in 1998. It has its own psychoacoustical model (GPSYCHO) which enables the graphic imaging of MDCT coefficients. Some of the softwares which support this codec are Audiograbber, WaveLab, WinLame and RazorLame, among others.
MP3 Pro format This format uses the MPEG-1 Layer III specification. It was released to the market by Thomson. The available softwares
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State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems
which support the format are Thomson MP3Pro Audio Player, MusicMatch Jukebox and Nero 5.5, among others. It uses the SBR Technology (Spectral Band Replication). Spectral Band Replication is a technique by which the non-transmitted higher frequency range of a compressed audio file is deduced by some helper bits and the transmitted base band. The bandwidth of the audio signal is limited in or prior to the coding process. It is based on the dependencies between lower and higher frequency components of an audio musical signal, as Appendix. 10 shows. The localization of the SBR module inside the MP3 Pro format is shown in Appendix 10.
MPEG-2 This standard was developed to extend the MPEG-1 Audio functionality to lower data rate and for extending to the multi-channel applications.
MPEG-2 LSF, “MPEG-2.5” and MP3 MPEG-2 LSF has lower sampling data rates, 24, 22.05 and 16 kHz. Therefore, the other parts of the chain are also adapted to this fact, as the psychoacoustic model. Even a lower sampling rate modification in “MPEG-2.5” was created. Sample rates of 12, 11.025 and 8 kHz were allowed. The MPEG-2 Multi-channel BC Configuration, Multilingual Channels is extensively described in [9].
MPEG-2 AAC Started in 1994, the MPEG-2 Audio committee wanted to define a higher quality multi-channel standard than MPEG-1 backwards compatibility. The MPEG-2 non-backwards compatible audio standard ISO/IEC 13818-7, renamed MPEG-2 Advanced Audio Coding (MPEG-2 AAC) was finalized in 1997 [9]. The structure is depicte in the Appendix 18. The AAC system offers three profiles: Main Profile, Low Complexity (LC) Profile, and Scalable Sampling Rate (ScSR) Profile. AAC uses three advanced coding techniques, as SBR (Spectral Band Replication), TNS (Temporal Noise Shaping) and PNS (Perceptual Noise Substitution). Perceptual Noise Substitution can be summarized as the junction between the Perceptual coder and the parametric representation of noise-like signals.
The Noise-like signal components are detected on a scalefactor band basis. The corresponding groups of spectral coefficients are excluded from the quantization/coding process. Instead, only a noise substitution flag plus total power of the substituted band is transmitted in the bitstream. The Decoder inserts pseudorandom vectors with desired target power as spectral coefficients. LTP: Long Term Prediction is applied for the prediction of tonal-like/noise-like signals. Since tonal-like signals require much higher coding precision than noise-like, higher bit rate is necessary. Nevertheless these components are predictable. The Prediction of each spectral coefficient is done by a backward adaptive second order lattice predictor. Transform-Domain Weighted Interleave VQ ( Vector Quantization) After the spectral coefficients are normalized, the interleaving of spectral coefficients are fed into new sub-vectors. These sub-vectors are quantized with vector quantization [9].
OGG VORBIS Ogg Vorbis is a license-free audio compression format which was originated as an alternative to the commercial audio codecs as MP3 and WMA. It uses the DCT transform for the time-to-frequency mapping, and vector quantization in the quantization stage. The complete OGG Vorbis structure is depicted in Appendix 12. As it can be seen in the figure, OGG Vorbis uses MDCT (Modified Discrete Cosine Transform) instead of FFT, and Vector Quantization. Ogg Vorbis allows maximum encoder flexibility, allowing excellent performance over a wide range of bit-rates. At the high quality/bit-rate end of the scale (CD or DAT rate stereo, 16/24 bits) it performs similarly to MPEG-2 and to MPC. The 1.0 encoder can encode high-quality CD and DAT rate stereo below 48 kbps without re-sampling to a lower rate. Vorbis also supports lower and higher sample rates (from 8 kHz telephony to 192 kHz digital masters) and a range of channel representations (monaural, polyphonic, stereo, quadraphonic, 5.1 and ambisonic, up to 255 discrete channels). The codec is structured to allow the addition of a hybrid wavelet filterbank in Vorbis II to offer better transient response and reproduction using a transform better suited to localize time events. [29]
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Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios
Vorbis decoding is computationally simpler than mp3, but it requires more working memory as Vorbis has no static probability model; the vector codebooks used in the first stage of decoding from the bit-stream are packed into the Vorbis bit-stream headers. Vorbis is a method of accepting input audio, dividing it into individual frames and compressing these frames into raw, unformatted packets. A brief description of some terms belonging to the Vorbis specification will be held next, since this codec was found to have the best performance during subjective evaluations.
The Decoder Configuration The decoder setup consists of the configuration of multiple, self-contained component abstractions that perform specific functions in the decode pipeline, as it is depicted in the Appendix 13. The Global Configuration Mode consists of some audio related fields (sample rate, channels). The mode mechanism is used to encode a frame according to one of multiple possible methods with the intention of choosing a method best suited to that frame. The mapping contains a channel coupling description and a list of “sub-maps” that bundle sets of channel vectors together for grouped encoding and decoding. A sub-map is a configuration/grouping that applies to a subset of floor and residue vectors within a mapping. Vorbis encodes a spectral floor vector for each PCM Channel. This vector is a low-resolution representation of the audio spectrum for the given channel in the current frame. There are two types of floors. Floor 0 uses a packed LSP representation on a dB amplitude scale and Bark frequency scale. Floor 1 represents the curve as a piecewise linear interpolated representation on a dB amplitude scale and linear frequency scale. The spectral residue is the fine structure of the audio spectrum once the floor curve has been subtracted out. Codebooks perform entropic decoding. It is provided by the Huffman coding. More specifications about the coding/decoding procedure of Vorbis, as well as the Bit-packing, the Probability Model, the Codebooks, the Codec Setup, the Packet Decode, the Comment Field, the Header Specification, the Floor speci-
fications, the Residue setup and the Helper Equations can be found in the ogg vorbis specification [29]. Some of the softwares which support this format are Cdex, Siren Jukebox, GoldWave, WinAmp, and SoundForge.
Windows Media Audio Windows Media Audio is the commercial codec of Microsoft Company. Its contemporary version, version 9, is available in Windows 2000 and XP. WMA is not just audio, but a complex multimedia format. The programs which also support WMA are Nero 5.5 or WMA Encoder/ Decoder from Media Twins. Windows Media also includes tools for video compression ( Windows Media Video) and tools for DRM (Digital Rights Management). The actual version of WMA 9 is conformed by four coding algorithms: WMA 9 – It is a basic lossy codec. It is used for the compression of two channel sound signals, with CD parameters (16 bit/44,1 kHz). WMA 9 Professional – It is used for the coding of more than two channels. It is able to compress even signals of high quality (24 bit/96 kHz). WMA 9 Lossless. WMA 9 Voice.
Other formats and implementations There exists a wide variety of audio-coding formats available at the internet, or inside some audio packages. Among them, Dolby AC-3, MPEG-4 and ATRAC can be mentioned. The state-of-the-art audio compression systems include implementations of suitable transforms for the pre-echo detection with the use of energy calculation in neighboring blocks, birdies cancellation, the use of sinusoidal lapped transforms, etc. Hybrid implementations with more than one transform are also alternatives. Vector quantization as in Ogg Vorbis has been also lately preferred.
Conclusions A complete state-of-the-art of the available perceptual audio coders has been made. The work comprises the
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State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems
former audio coders, as MPEG 1- Layer3, describing all the technical aspects and the mathematical apparatus that lie behind them. At the end some free-source implementations are reviewed, and information probabilistic aspects are described in full detail in order to completely characterize them.
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Ana María Guzmán Palacios Nació en Popayán, Colombia. Obtuvo su título de Ingeniería Física en la Universidad del Cauca, Popayán. Posteriormente, consiguió su título de Maestría en Mecatrónica en la Universidad de Brasilia, Brasil. Actualmente, es profesora de tiempo completo en la Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación en la Universidad del Cauca, y trabaja con el Grupo de Investigación Sistemas de Comprensión perceptual de audio de la Universidad de San Buenaventura. Correo Electrónico: amguzmanp@gmail.com Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 102-110 ¦ 107
Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios
Anexos
Appendix 4. MPEG-1 Appendix 4. MPEG-1 Layer I-II Layer I-II 0 Filter Bank (32 31 Sub-Bands)
Appendix 1. Audio Compression System
Appendix 1. Audio Compression System
Filter Bank Transfor
Requantization & coding
Bit Formatting
Uniform Midtread Quantizer
Bitstream formatting
DFT 512/1024 Hann Window
Code Signal
PCM
Psychoacoustic Model
Psychoacousti mode
Coding of side information
Appendix 2. Scheme of MPEG-1 Layer IIIAppendix 2. Scheme of MPEG-1 Layer III Bank filter 32 bands
FFT 1024 Samples
Inverse Bank Filter 32 band
Nonlin. Quantizant, Quantizant. Noise Analysis, Bit Rate setting
MDCT
Psychoacoustical model
IMDCT
Requantization
Huffman coding Aside Information coding
Huffman Decoder
Bit Stream formatting, Memory Equalizacion,
Error Correction, Bit Stream Distribution
Coded Stream
Coded bit Stream
Aside decoder
Appendix 3. Structure of a MP3 file
Appendix 3. Structure of a MP3 file
An MP3 File
MP3 Header
ID3v2x Metadata
MP3 Dada
MP3 Header
MP3 Header Internal Structure of An MP3 File
MP3 Dada
MP3 Dada
MP3 Header
+++ Repeated +++ MP3 Header MP3 Dada MP3 Header
Note Thad the MP3 File Structure Maybe “encapsulated” Within an ID3 Tag
MP3 Dada
MP3 Dada Repeated MP3 Header MP3 Dada MP3 Header
An MP3 Frame
MP3 Header MP3 Dada
108 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 102-110
MP3 Dada
State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems
Appendix 5. MPEG-1 Layer III
Appendix 5. MPEG-1 Layer III
0
Filter Bank (32 Sub-Bands)
0 MDCT
31
Non- Uniform Midtread Quantizer Rate / Distorsion Loop
575
Huffman coding
Bitstream formatting DFT 512/1024 Hann Window
Psychoacoustic
Coding of Side Information
Appendix 6. Filter Bank Analysis in MPEG-1 Layer III
Appendix 7. Psychoacoustic Model 1
Appendix 6. Filter Bank Analysis in MPEG-1 Layer III
Sub/band 0 Sub/band 1 Input PCM
Window
MDCT
Window
MDCT
PQMF
Appendix 7. Psychoacoustic Model 1 Input Signal
FFT
Compute SPL in each band
Thereshold In Quiet
Aliasing Reduction (Long Blocks)
Sub/band 31
Tonal and Non-Tonal Maskers Decimation
MDCT
Window Long Short Start Stop
Code Audio Data
SMRs per Sub-band
Long/Short Block Control Parameters (From psychoacoustic model)
Masking per Sub-band
Global Masked Threshold
Masking Thresholds
To bit Allocation
Appendix 8. Psychoacoustic ModelAppendix 2 8. Psychoacoustic Model 2 Spread Unpredictability Levels
Unpredictability Levels
Tonality Indices
FFT
Masking Levels Signal Levels
SMR per subband
Spread Signal Levels
Appendix 9. Localization of the SBR Module
Appendix 9. Localization of the SBR Module
Audio input
SBR encorde
MP3 encorde Ancillary
Bit Mux data
Bit Demux
MP3 decod Ancillary
SBR decoder
Audio output
data
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 102-110 ¦ 109
Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios
Appendix 10. Reconstruction of the signal in a coder using SBR as MP3 Pro
Appendix 10. Reconstruction of the signal in a coder using SBR as MP3 Pro Energy
Energy Reconstruction Through SBR
Frequency
Frequency
Appendix 11. MPEG-2 AAC
Appendix 13 OGG Vorbis Decoder Appendix 13 OGG Vorbis Decoder
Appendix 11. MPEG-2 AAC Data Control
Input time signal
Perceptual Model
blocksizes modes
Pre- processing Filter bank
13818-7 Coded Audio Stream
Bitstream Formatter
floors
codebooks residues
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
n
n
n
n
n
TNS Inten sity/ Coupling
mappings
Packet mode number
Prediction M/S Scale Factors Rate / Distorsion Control Process
Quantizer Noiseless Coding
Appendix 12 OGG Vorbis Scheme
Appendix 12 OGG Vorbis Scheme
Spectrum Selection of window lenght
PCM audio
Residuum Channel Coupling
MDCT
Psychoac. model
Vector Quantizat
FLOOR Function generation
Huffman coding
Vorbis packet
Bit rate selec
110 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 102-110
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual Agile methodologies in the development of applications for mobile devices. present state
Yohn Daniel Amaya Balaguera
Resumen
Abstract
as metodologías ágiles han ganado popularidad desde hace algunos años, ya que constituyen una buena solución para proyectos a corto plazo, en especial, aquellos proyectos en dónde los requisitos están cambiando constantemente, un ejemplo de esto son las aplicaciones para dispositivos móviles, debido a que estás tienen que satisfacer una serie de características y condicionantes especiales, tales como: canal, movilidad, portabilidad, capacidades específicas de las terminales, entre otras, y aun cuando existen miles de aplicaciones para dispositivos móviles que corren en diferentes sistemas operativos IOs, Android, BlackBerry y Windows Mobile; éstas llenan las expectativas de los usuarios hasta cierto punto por su escasa calidad en el desarrollo, ya que el uso de metodologías de desarrollo de software no se considera importante en este ámbito, por tanto, los desarrollos para dispositivos móviles, hasta el momento, se han venido realizando, principalmente, de manera desordenada y en la mayoría de los casos por desarrolladores individuales que no aplican métodos de ingeniería de software que garanticen su mantenibilidad y por lo tanto su calidad.
L
gile methodologies have gained popularity in recent years as they are a good solution for short-term projects, especially those projects where requirements are constantly changing, an example of this is the mobile device applications, because you have to satisfy a number of special features and constraints, such as channel mobility, portability, specific capabilities of the terminals, among others, and even when there are thousands of applications for mobile devices running on different operating systems IOs, Android, BlackBerry and Windows Mobile, you meet the expectations of the users to some extent by its low quality in the development, since the use of software development methodologies is not considered important in this area, therefore, mobile developments, so far have been conducted mainly in a disorderly manner and in most cases by individual developers do not apply software engineering methods to ensure maintainability and therefore quality.
Á
Keywords: Ágile methodology, Mobile Application, Android, Blackberry, iOS and Windows Phone.
Palabras clave: Metodología ágil, aplicación móvil, Android, Blackberry, IOS y Windows Phone.
Recibido: Julio 23 de 2013 Aprobado: Noviembre 14 de 2013 Tipo de artículo: Investigación científica y tecnológica terminada. Afiliación Institucional de los autores: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, sede Tunja. El autor declara que no tiene conflicto de interés.
Yohn Daniel Amaya Balaguera
Introducción La ingeniería de software juega un papel importante en el desarrollo, portabilidad, mantenibilidad, funcionalidad, fiabilidad y productividad del software, igualmente, las metodologías ágiles son procesos para desarrollar software de manera rápida con gran facilidad de adopción por los equipos de trabajo [1]. Del 11 al 13 de febrero de 2001, se llevó a cabo en Snowbird Utah una reunión de miembros prominentes de la comunidad científica donde nace el término “métodos ágiles” termino que implica ser eficaz y fácil de manejar [2], lo que es muy conveniente para el tamaño y agilidad de los proyectos de aplicaciones móviles, las cuales han venido creciendo considerablemente en los últimos años, en número de desarrollos, pero no en calidad, esto nos permite reconocer que los métodos de software deben ser adaptados [3] e involucrados en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles, si es que se quiere lograr un efecto óptimo en este ámbito [4]. Sin embargo, existen muy pocas investigaciones hasta el momento sobre el uso de los métodos ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles, debido a esto, ésta investigación presenta una síntesis sobre el desarrollo de aplicaciones, sistemas operativos y metodologías de desarrollo, para lo cual, se han seleccionado las tres (3) metodologías ágiles más referenciadas [5], con mayor presencia de documentación en internet y orientadas a desarrollos de tamaño reducido propio de las aplicaciones para dispositivos móviles, como son Extreme Programing (XP), Scrum y Test Driven Development (TDD), además presenta una síntesis de metodologías usadas actualmente para dichos desarrollos. En la primera parte se exponen algunas características de las metodologías ágiles más usadas; en la segunda se expondrán algunas generalidades del desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles así como algunas características de sus sistemas operativos, para concluir con una revisión de las metodologías utilizadas actualmente en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles.
Apreciaciones teóricas El presente capitulo muestra una breve descripción sobre metodología del software y metodologías ágiles, enfo-
cándose en las tres (3) metodologías ágiles con mayor presencia de documentación, adaptables, con buena aceptación dentro de los equipos de desarrollo [1], [6], [7] y adaptables a las características específicas del desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles.
¿Qué es una metodología de desarrollo? “Una metodología es una colección de procedimientos, técnicas, herramientas y documentos auxiliares que ayudan a los desarrolladores de software en sus esfuerzos por implementar nuevos sistemas de información. Una metodología está formada por fases, cada una de las cuales se puede dividir en sub-fases, que guiarán a los desarrolladores de sistemas a elegir las técnicas más apropiadas en cada momento del proyecto y también a planificarlo, gestionarlo, controlarlo y evaluarlo.” [8]. En esta definición Avison y Fitzgerald, presentan una descripción de las metodologías de desarrollo y destacan sus principales componentes, fases, herramientas y técnicas. Sin embargo una metodología es algo más que una colección, puesto que se basa en una filosofía, distinguiéndose de los métodos o de las simples recetas, que marcan unos pasos a seguir y ya está. Así, las metodologías difieren ya sea por la cantidad de fases, las técnicas de cada fase, el contenido de la fase o en su base filosófica, todo esto se aplica, dependiendo del contexto de desarrollo, tamaño del proyecto o del equipo de trabajo, cultura organizacional, entre otros aspectos, por lo que en el caso de los desarrollos móviles, es de vital importancia su selección, para garantizar un producto de calidad.
Metodologías ágiles Las metodologías en general se clasifican según su enfoque y características esenciales, las más recientes, que se fueron gestando a finales del siglo pasado y que se han comenzado a manifestar desde principios del actual, se han denominado “metodologías ágiles” y surgen como una alternativa a las tradicionales, estas metodologías se derivan de la lista de los principios que se encuentran en el “Manifiesto Ágil” [9], y están basados en un desarrollo
112 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 111-124
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual
iterativo que se centra más en capturar mejor los requisitos cambiantes y la gestión de los riesgos, rompiendo el proyecto en iteraciones de diferente longitud, cada una de ellas generando un producto completo y entregable; e incremental donde un producto se construye bloque a bloque durante todo el ciclo de vida de desarrollo del producto, las iteraciones individuales deben producir alguna característica completamente funcional o mejorada [10] su principal objetivo es reducir el tiempo de desarrollo, del mismo modo que con el modelo en cascada o waterfall que fuera introducido por Royce en 1970 [11] y usado inicialmente para desarrollo de software, pero expandido por Boehm en 1981 [12], donde todos los requisitos se analizan antes de empezar a desarrollar, sin embargo, los requisitos se dividen en “incrementos” independientemente funcionales. Muchas ideas que se plantean en las metodologías ágiles no son nuevas, gran parte de ellas ya fueron reflejadas por Brooks en su libro, The Mythical Man Month [13] y en gran parte responden al sentido común. Algunos autores consideran que se ha cumplido un círculo que empezó con una reacción provocada por múltiples factores y señalada temporalmente por el manifiesto de Dijkstra, en el cual se hacía un llamamiento a la disciplina y que se cierra con el ya famoso Manifest for Ágile Software Development, una petición por la relajación de los procesos en pro de las personas [9]. La aparición de las metodologías ágiles no puede ser asociada a una única causa, sino a todo un conjunto de ellas, si bien es cierto que la mayoría de autores lo relacionan con una reacción a las metodologías tradicionales, ¿cuáles fueron las causas de esta reacción?, los factores que comúnmente se mencionan son la pesadez, lentitud de reacción y exceso de documentación, en definitiva, falta de agilidad de los modelos de desarrollo formales; otro punto importante sería la explosión de la red, las aplicaciones Web y las aplicaciones móviles, así como el crecimiento notorio del movimiento open source. A todo esto se puede añadir un cambio bastante importante, en cuanto a la demanda del mercado del software, cada vez más orientada a la Web y a dispositivos móviles, con requisitos muy volátiles y en constante cambio, que requieren tiempos de desarrollo cada vez más cortos, lo que provocó que las empresas se fijaran más en nuevos
desarrolladores, con nuevos métodos “amateurs” que se combinan con técnicas de las metodologías formales. Los modelos de desarrollo de las comunidades open source pudieron ciertamente determinar la aparición de las metodologías ágiles, pero cada autor determina el surgimiento de las metodologías ágiles de diferentes maneras.
Extreme Programing (XP) Se centra en las mejores prácticas para el desarrollo de software. Consta de doce prácticas: el juego de planificación, pequeñas emisiones, la metáfora, el diseño sencillo, las pruebas, la refactorización, la programación en parejas, la propiedad colectiva, integración continua, semana 40-h, los clientes en el lugar, y los estándares de codificación [14]. La versión revisada “XP2” se compone de las siguientes prácticas “primarias”: sentarse juntos, equipo, espacio de trabajo informativo, el trabajo de energía, programación en parejas, las historias, el ciclo semanal, el ciclo trimestral, flujos de trabajo, construcción de 10 minutos, integración continua, prueba de programación y diseño incremental. También hay 11 prácticas corolario [15], esta versión extendida de XP fue introducida en 2004 por Beck y otros, sin embargo, muy pocas investigaciones se ha centrado en la nueva versión, estos podría ser simplemente debido al hecho de que cualquier método lleva tiempo para ganar fuerza y popularidad, y que sólo puede ser una cuestión de tiempo antes del uso de la versión revisada alcanza los mismos niveles que el uso de la original. Extreme Programing es descrita por Beck como “…una metodología ligera para pequeños y medianos equipos de desarrollo de software en la cara de los requerimientos imprecisos o rápidamente cambiantes…” [14], reconoce explícitamente que XP no es un conjunto de técnicas de desarrollo nuevos y revolucionarios. Más bien, es un conjunto de principios probados y fiables, bien establecidos como parte de la sabiduría convencional de la ingeniería de software, pero llevado a un extremo nivel de ahí el nombre “programación extrema”. La mayoría de la literatura existente sobre XP sugirieren que sus métodos pueden ser adaptados con facilidad [16] [17]. Sin embargo, Conboy [3] presenta un estudio muy detallado, que propone a XP como una serie de piezas de rompecabezas que encajan como un reloj suizo, a pesar
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 111-124 ¦ 113
Yohn Daniel Amaya Balaguera
del hecho de que XP es supuestamente adaptable a una amplia variedad de proyectos, algunas prácticas aunque no agregan valor, son imposibles de eliminar ya que son necesarias para mantener las otras en su lugar.
Scrum No se puede hablar de Scrum sin mencionar a Takeuchi y Nonaka [18] donde presentan un proceso adaptativo, rápido y auto-organizado de desarrollo de productos y exponen por primera vez el término Scrum que se deriva del mismo término en rugby y hace referencia a como se devuelve un balón que ha salido fuera del campo, al terreno de juego de una manera colectiva. Scrum surgió como práctica en el desarrollo de productos tecnológicos y no sería hasta 1993 que Jeff Sutherland aplicará el modelo al desarrollo de software en la Easel Corporation, como lo muestran Avison y Fitzgerald [8]. Scrum se centra la gestión de proyectos en situaciones en las que es difícil planificar el futuro, con mecanismos de control “proceso empírico”, donde los bucles de realimentación constituyen el elemento central. El software es desarrollado por un equipo de auto-organización en incrementos (llamados “sprints”), empezando por la planificación y finalizando con un comentario. Las características que deben aplicarse en el sistema se registran en un backlog. Entonces, el dueño del producto decide qué elementos del backlog se deben desarrollar en el sprint siguiente. Los miembros del equipo coordinan su trabajo en un diario de stand-up de la reunión. Un miembro del equipo, el “Scrum Master” (equivalente al gerente del proyecto), es el encargado de resolver los problemas que impiden que el equipo trabaje eficazmente [19], este equipo generalmente es de diez o menos componentes, aunque Schwaber and Beedle recomiendan equipos de cinco integrantes [19], dividiendo el equipo principal en equipos más pequeños si fuera necesario. Aun con las recomendaciones que presentan Schwaber y Beedle [19], para los proyectos actuales y más concretamente los desarrollos para dispositivos móviles, el equipo de desarrollo se está encontrando con problemas de requisitos variables y tecnologías con características muy diferentes. En esta situación se recomienda que el primer sprint tenga una funcionalidad implementada con la tecnología que está dando problemas, se seguirá con
un product backlog1, priorizando las tareas a ejecutarse, con el objetivo de subir la moral a los desarrolladores y a todo el equipo en general. Scrum es una metodología que goza de gran popularidad y de la cual podemos encontrar bastantes empresas que gustan de utilizarla, entre ellas podemos encontrar empresas tan importantes como Yahoo o Google. En el año 2000 Rising and Janoff publicaron tres proyectos exitosos utilizando Scrum [21].
Test Driven Development (TDD) Desarrollo orientado a las pruebas, condiciona la mentalidad de los desarrolladores guiándolos a través del desarrollo y enfocándose en la calidad del producto final, según Astels [22] es un estilo de desarrollo donde se mantiene un juego de pruebas del programador exhaustivo, ninguna parte del código pasa a producción a no ser que pase sus pruebas asociadas, se escriben primero las pruebas y estas determinan el código que se necesita escribir y debido a su radical planteamiento a la hora de escribir código, cambia drásticamente la mentalidad de cualquier equipo de desarrollo, generalmente agilizando los resultados y aumentando la calidad del sistema. TDD a veces es entendido como un procedimiento para asegurar la calidad y originalmente fue pensado como una técnica para mejorar la productividad, el aumento de la calidad fue un efecto secundario por esto es que hoy en día podemos encontrar muchas experiencias en las cuales se ha utilizado TDD como parte de Extreme Programing, es más difícil encontrar experiencias en las cuales se documente la utilización de TDD como metodología aislada, normalmente aparece siempre complementando a otra metodología [23] [24]. Test Driven Development es una de las metodologías con mayor acogida en el campo profesional y que continúa expandiéndose debido a sus buenos resultados. La 1. Lista de objetivos/requisitos priorizada, representa la visión y expectativas del cliente respecto a los objetivos y entregas del producto o proyecto [20]”URL”:”http:// www.proyectosagiles.org/lista-requisitos-priorizadaproduct-backlog”,”accessed”:{“date-parts”:[[“201 3”,6,20]]}}}],”schema”:”https://github.com/citationstyle-language/schema/raw/master/csl-citation. json”} .
114 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 111-124
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual
Abrahamsson [29], presenta una serie de características a tener en cuenta a la hora de desarrollar software para dispositivos móviles, como son, que el software es liberado en un ambiente incierto y dinámico con un alto nivel de competencia, los equipos que desarrollan aplicaciones móviles son generalmente pequeñas y medianas empresas, las aplicaciones en sí son de pequeño tamaño, se entregan en versiones rápidas con el fin de satisfacer las demandas del mercado y se dirigen a un gran número de usuarios finales. El autor sugiere que en el desarrollo de aplicaciones de software para dispositivos móviles los equipos de desarrollo deben hacer frente al desafío de un entorno dinámico, con modificaciones frecuentes en las necesidades y expectativas del cliente [30], por tanto, deben ser desarrollados con enfoques orientados a ciclos de desarrollo relativamente cortos, propios de las metodologías ágiles para el desarrollo de software.
Figura 1. Principales plataformas para desarrolladores Mindshare2, Tomada de [31]. 77% 66%
24%
22%
Chrome
26%
Flash
31%
Symbiat
34%
Blackberry
35%
JavaME
Windows phone
37%
Qt
53%
mobile web
El mercado de aplicaciones móviles ha experimentado una rápida expansión durante los últimos 10 años, las plataformas móviles siguen mejorando su desempeño, y la necesidad de los usuarios de una amplia variedad de aplicaciones móviles va en aumento [26]. El desarrollo de software para las plataformas móviles viene con características únicas y restricciones que se aplican a la mayoría de las etapas del ciclo de vida. Las características distintivas más importantes son identificadas en [27] [28] [29] tales como: un alto nivel de competitividad, corto tiempo de entrega, movilidad, portabilidad, capacidades específicas y constantemente cambiantes de las terminales, sistemas operativos diferentes e incompatibles, entre otras.
iOS
Generalidades del desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles
Para este apartado se han seleccionado los sistemas operativos con mayor influencia en el mercado y con un número importante de desarrolladores interesados en participar de las “App Stores”, según un estudio realizado [31] en el año 2012 y presentado en la figura 1, muestra que Android ha encabezado el interés de los desarrolladores con un 77% junto con IOS que posee el 66%, mientras que BlackBerry posee un 34% frente a un 37% de Windows phone.
Android
Desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles
Sistemas operativos para dispositivos móviles
% of developers using each platform
tendencia actual es integrar TDD independientemente en cualquier metodología ya sea ágil [25] o tradicional [24] y aprovechar los beneficios de practicar una metodología que siempre permite deshacer los errores, asegurar una calidad del producto y protegerse de errores tanto malintencionados como humanos.
Android de Google Fue adquirido por Google en 2005 cuando compro la firma Android Inc. Con el fin de asegurar que un sistema operativo para móviles (OS), pudiera ser creado y mantenido en una plataforma abierta [33], desde entonces Google invierte cada año una gran cantidad de tiempo y recursos en el proyecto Android, que ya ha demostrado ser un negocio muy beneficioso, no solo para Google, ya que, sólo en el tercer trimestre de 2012 se comercializaron 136 millones de aparatos con este software y a nivel mundial alcanzó una cuota de mercado del 50,9% 2. En marketing, se conoce como mindshare (presencia mental) a un parámetro que mide la cantidad o porcentaje de personas que piensan en una determinada marca o producto, cuando se les menciona una categoría o tipo de productos [32].
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 111-124 ¦ 115
Yohn Daniel Amaya Balaguera
durante el cuarto trimestre de 2012, más del doble que iOS de Apple, Inc. [34] [35]. Sino también para cualquier programador de aplicaciones para dispositivos móviles, en vista de que los usuarios de Android pueden no saber quién es el programador, pero saben lo que es Google y confían en él [33]. Debido a que su aplicación reside en el Android Market (que es controlado por Google) y/o Google Play, Google asume la responsabilidad sobre la calidad de su aplicación y por lo tanto de su distribución. Android es un sistema operativo móvil basado en Linux que debutó formalmente en 2008 en el G1 de HTC y es actualmente desarrollado por la Open Handset Alliance, la cual es liderada por Google [35]. Una de las características especiales que posee Google, para garantizar la calidad de las aplicaciones disponibles en su Android Market, característica que también comparte con iOS de Apple, es un “kill switch” que permite el borrado remoto y global de las aplicaciones que las se consideren no aptos para sus plataformas [36]. Google ha utilizado este servicio una vez, pero lo hizo de una manera transparente y por una buena razón [37]. Mucho se podría decir sobre el creciente uso de Android, en sistemas embebidos. A pesar de que Android desplaza a Microsoft Windows y otros sistemas operativos propietarios en cuanto a número de aplicaciones que se ejecutan en teléfonos móviles y tabletas, por tanto, Google sigue siendo profundamente desinteresado frente a su competencia [38].
IOS de Apple Sistema operativo móvil de Apple, diseñado para sus dispositivos móviles. Inicialmente desarrollado para el iPhone y presentado en público el 9 de enero de 2007, puesto en el mercado el 29 de junio de 2007, contaba con una plataforma cerrada que solo permitía instalar aplicaciones nativas desarrolladas por Apple [39] pero el 10 de julio de 2007 un grupo de hackers llamado el iPhone Dev Team lanzaron la aplicación PwnageTool, para hacer jailbreak, proceso de eliminar las limitaciones impuestas por Apple en dispositivos que utilicen el sistema operativo iOS mediante el uso de kernels modificados [40]; el IOS fue más tarde implementado para el iPod Touch, iPad y Apple TV [41]”page”:”35-40”,”volume”:”7”,”issu e”:”1”,”source”:”EBSCOhost”,”archive”:”iih”,”abstract
”:”iOS is the Apple mobile operating system, for Apple mobile devices. Initially developed for iPhone, and later for iPod Touch, iPad, AppleTV. The Metropolitan University has a Web application titled eStudent, which enables students by Web to get information about their marks for all subjects, their financies, exam scheduling, professors and assistents, and send exam registration and feedback about teaching, etc. This paper explains the development of the mobile application eStudent on the iOS platform. This application enables students whenever they want, by using their iPhone mobile phone, to get access to the information from the eStudent Web application, and to present it on their iPhone User Interface (UI. Durante la Worldwide Developers Conference ( WWDC) en junio de 2012, Apple dio al mundo un primer vistazo de iOS 6, la última actualización del sistema operativo móvil de la compañía, esta versión cuenta con un montón de nuevas características y mejoras - más de 200, según Apple [42], pero ya se espera el iOS 7 preparando Jony Ive, está versión tendrá un aspecto mucho más “plano” que iOS 6, huyendo de los iconos brillantes y acercándose más a la sobriedad y simpleza de la Metro UI de Windows Phone [43]. iOS 7 será presentada en WWDC 2013 a desarrollarse en San Francisco del 10 al 14 de junio de 2013, cumpliendo con la tradicional actualización anual del sistema [44]. En cuanto a las estadísticas, en el cuarto trimestre del 2012 el sistema operativo IOS amplió la brecha con Android tomando solo un 23.6% del mercado, frente a un 51.3% de Android [45], pero en 1er trimestre de 2013 Apple vendió 37,4 millones de teléfonos inteligentes en todo el mundo, aumentando un modesto 7% respecto al año anterior [46]. Frente al problema de la seguridad dice Barak Shrefler director de TI y gerente de seguridad en el Hospital Universitario Hadassah en Jerusalén “Evaluamos Android y pensamos que es más vulnerable que lo iOS” [47] especially since Android’s more open platform is being targeted by malware writers. Hardly a week goes by that security vendors hunting Android malware don’t remind us of the growing tally, as Trend Micro recently did it claiming that Android malware surged this year from 30,000 specimens in June to almost 175,000 in September. \”We tested Android and we think it’s more vulnerable than
116 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 111-124
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual
iOS,\” says Barak Shrefler, the IT and security manager at Hadassah University Hospital in Jerusalem, who said IT staff are concerned that malware or vulnerability issues around Android will simply result in future headaches, at least more than Apple iOS. At the same time, Shrefler acknowledges he’s worried about jailbroken iOS devices, too. Tamir Hardof, director of product marketing at Juniper, admitting he’s reluctant to take sides, nevertheless said \”data shows there are more security threats on the Android side.\” But he added that Apple’s closed system may not be what’s preferred for some enterprise customers with specific security requirements, and he’s optimistic in general that \”security will improve for Android devices.\””,”ISSN”:”08877661”,”language”:”Engl ish”,”author”:[{“family”:”Messmer”,”given”:”Ellen”}],”i ssued”:{“date-parts”:[[“2012”]]}}}],”schema”:”https:// github.com/citation-style-language/schema/raw/master/ csl-citation.json”} aunque otros expertos manifiestan su desconfianza por el jailbreak de IOS.
BlackBerry OS de BlackBerry (antes RIM) El BlackBerry OS es un sistema operativo móvil desarrollado por Research In Motion (RIM) para sus dispositivos móviles BlackBerry, Su desarrollo se remonta a la aparición de los primeros handheld en 1999 [48], la primera Blackberry debutó como un aparato similar a un buscapersonas en 1999 y añadió la capacidad de voz en 2002, desde entonces ha construido su reputación en base a un teclado QWERTY [49], aunque actualmente la empresa Blackberry está apostando por una plataforma rediseñada y reinventada, disponible en dos nuevos smartphones, el BlackBerry Z10 (all-touch) y BlackBerry Q10 (táctil con teclado físico) smartphones impulsados por BlackBerry 10 que ofrecen una experiencia más rápida, más inteligente y más suave que sus antecesores [50] [51]. El 30 de enero de 2013, en la presentación del nuevo dispositivo Z10 y sistema operativo Blackberry 10, el CEO3 de RIM, Thorsten Heins, anunció que la empresa cambiaría de nombre a Blackberry, esta razón social entraría en vigencia el 4 de febrero de 2013 al abrir el mercado de valores [53]. 3. CEO (chief executive officer), sigla utilizada para referirse al cargo ejecutivo más alto de una empresa o compañía, normalmente el Director ejecutivo [52].
Las ventas de Blackberry en el cuarto trimestre de 2012 se redujeron un 44.4% frente al año anterior, tomando solo un 8.8% de presencia en el mercado, pero se espera que en 2013 el nuevo BlackBerry 10 intensifique los ingresos para la empresa [45].
Windows phone de Microsoft Sistema operativo móvil desarrollado por Microsoft, su primera versión Windows Phone 7, fue presentada el 15 de febrero de 2010, como sucesor de la plataforma Windows Mobile, la cual estaba enfocada en un mercado de consumo empresarial y no general [54], a lo que Steve Ballmer, CEO de Microsoft, dijo: “Microsoft y sus socios están ofreciendo un tipo diferente de teléfono móvil que brinde una mejor experiencia haciendo las tareas cotidianas más rápido y con menos pasos…” [55], pero, aunque su sistema operativo fue innovador, requirió de varias actualizaciones y versiones intermedias para llegar a ser estable, aun así, no es compatible con la nueva versión 8. Windows Phone 8, fue lanzado al mercado el 29 de octubre de 2012 como nueva apuesta de Microsoft, para competir con el iOS 7 y Android 4.3 Jelly Bean, pero, desde un punto de vista puramente técnico, las mejoras en Windows Phone 8 tendrán que recorrer un largo camino para hacer del Windows Phone OS mucho más competitivo con iOS y Android según un estudio realizado por ABI Research [56]. Samsung, HTC, Huawei y Nokia serán los principales fabricantes de teléfonos inteligentes para el Windows 8 SO, Nokia mantuvo su posición como el tercer mayor fabricante mundial de teléfonos inteligentes para el cuarto trimestre de 2012 [45], pero la cuota de mercado mundial para Windows Phone OS se ha reducido drásticamente a un 1.8% durante el año pasado [45]. La cartera de Nokia con Windows Phone 8 OS ha mejorado significativamente en los últimos meses, con nuevos modelos como el Lumia 920 que ha sido el escogido como el smarthphone del año por los lectores en los premios Engadget Awards 2012, pero se cree que Nokia aún carece de un modelo que pueda ser considerado como un verdadero competidor para el iPhone de Apple o el Samsung S3 o S4 [57].
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Yohn Daniel Amaya Balaguera
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles El uso de métodos ágiles de desarrollo de software ha recibido tanto apoyo como argumentos opuestos. El principal argumento en contra es la falta de validación. Hay también una cierta cantidad de incertidumbre para distinguir los métodos ágiles de programación ad-hoc. Sin embargo, algunos autores defienden la teoría de que los métodos ágiles proporcionan un enfoque de desarrollo organizado [58]. Cuando se trata de comparar las características de las aplicaciones móviles a las de un método ágil, la dificultad proviene, en parte, del hecho de que los límites de las metodologías ágiles no están claramente establecidos. Una visión global de la investigación en ese campo se presenta en [59] donde los autores dividen su investigación en cuatro categorías: introducción y adaptación, factores humanos y sociales, la percepción de los métodos ágiles, y estudios comparativos. Los resultados indican que la introducción de los métodos ágiles a proyectos de software de tamaño reducido genera grandes beneficios, especialmente si las prácticas ágiles no sustituyen completamente a las tradicionales, sino que trabajan en conjunto. Otro punto de vista [29], Abrahamsson realiza una comparación directa entre las características del método ágil y características de las aplicaciones móviles, centrándose en la cantidad de documentación producida, la planificación involucrada, el tamaño del equipo de desarrollo, la identificación del cliente, y la orientación a objetos. Excepto la identificación del cliente, todas las características de las metodologías ágiles son adecuadas para el desarrollo de aplicaciones móviles. El cliente puede ser identificado como el distribuidor de software, sin embargo, especialmente en el caso de las aplicaciones móviles, el problema de la identificación del cliente es mucho más complejo.
Metodologías usadas actualmente para el desarrollo de aplicaciones móviles Una metodología de desarrollo nueva, especialmente diseñada para el desarrollo de aplicaciones móviles,
recibe el nombre de Mobile-D y es propuesta por Pekka Abrahamsson y su equipo del VTT ( Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus, en inglés Technical Research Centre of Finland) en Finlandia que lideran una corriente muy importante de desarrollo ágil [30] muy centrada en las plataformas móviles, y que se presenta con más detalle en [27]. El método se basa en prácticas ágiles como Extreme Programming y crystal; las prácticas asociadas a Mobile-D incluyen desarrollo basado en pruebas, la programación en parejas, integración continua y refactorización, así como las tareas de mejora de procesos de software; según Abrahamsson [27] Mobile-D debe ser utilizado por un equipo de no más de diez desarrolladores, trabajando en conjunto para suministrar un producto listo en un plazo máximo de diez semanas. Otro punto de vista muy importante en la actualidad es la propuesta de Rahimian y Ramsin [60] HMD (Hybrid Methodology Design) , la cual, se apoya en una combinación del desarrollo adaptativo de software (Adaptive Software Development, ASD) y el diseño de nuevos productos (New Product Development, NPD), parte del ciclo de vida tradicional (análisis, diseño, implementación, pruebas y desarrollo) e incluyen además una fase de comercialización. La más reciente propuesta de metodologías diseñadas específicamente para aplicaciones móviles y que aún se encuentra en etapa experimental se denomina Mobile Development Process Spiral [61], el cual es un modelo impulsado por la usabilidad y toma como base el modelo espiral.
Mobile-D Mobile-D consta de cinco fases: exploración, iniciación, producción, estabilización y prueba del sistema. Cada una de estas fases tiene un número de etapas, tareas y prácticas asociadas. Las especificaciones completas del método están disponibles en [62]. En la primera fase, Explorar, el equipo de desarrollo debe generar un plan y establecer las características del proyecto. Esto se realiza en tres etapas: establecimiento actores, definición del alcance y el establecimiento de proyectos. Las tareas asociadas a esta fase incluyen el establecimiento del cliente (los clientes que toman parte activa en el proceso de desarrollo), la planificación inicial del proyecto y los requisitos de recogida, y el establecimiento de procesos.
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Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual
Figura 2. Ciclo de desarrollo Mobile-D, Tomada de [62]
Explore
Initialize
Productionize
Stabilize
System test & fix
Stakeholder establishment
Project set-up
Planning day
Planning day
System test
Scope definition
Planning day in 0 iteration
Working day
Working day
Planning day
Project establishment
Working day in 0 iteration
Release day
Documentation wrap-up
Working day
Release day
Release day
Release day in 0 iteration
En la siguiente fase, iniciación, los desarrolladores preparan e identifican todos los recursos necesarios. Se preparan los planes para las siguientes fases y se establece el entorno técnico como los recursos físicos, tecnológicos y de comunicaciones (incluyendo el entrenamiento del equipo de desarrollo). Esta fase se divide en cuatro etapas: la puesta en marcha del proyecto, la planificación inicial, el día de prueba y día de salida.
La última fase (prueba y reparación del sistema) tiene como meta la disponibilidad de una versión estable y plenamente funcional del sistema. El producto terminado e integrado se prueba con los requisitos de cliente y se eliminan todos los defectos encontrados.
En la fase de producción se repite la programación de tres días (planificación, trabajo, liberación) se repite iterativamente hasta implementar todas las funcionalidades. Primero se planifica la iteración de trabajo en términos de requisitos y tareas a realizar. Se preparan las pruebas de la iteración de antemano. Las tareas se llevarán a cabo durante el día de trabajo, desarrollando e integrando el código con los repositorios existentes. Durante el último día se lleva a cabo la integración del sistema (en caso de que estuvieran trabajando varios equipos de forma independiente) seguida de las pruebas de aceptación.
Figura 3. Ciclo de desarrollo Hybrid Methodology Design, Tomada de [60]
En la fase de estabilización, se llevan a cabo las últimas acciones de integración para asegurar que el sistema completo funciona correctamente. Esta será la fase más importante en los proyecto multi-equipo con diferentes subsistemas desarrollados por equipos distintos. En esta fase, los desarrolladores realizarán tareas similares a las que debían desplegar en la fase de “producción”, aunque en este caso todo el esfuerzo se dirige a la integración del sistema. Adicionalmente se puede considerar en esta fase la producción de documentación.
Hybrid Methodology Design
Premilinary analysis
Detailed analysis
Architectural design
Detailed analysis
Implementation and test
Commercialization
Esta metodología utiliza el modelo iterativo incremental para el proceso de desarrollo y así lograr la rápida entrega de software y mejorar las capacidades de gestión de riesgos. Algunas de las características ágiles que se destacan y que también se alinean con las necesidades de desarrollo de aplicaciones móviles son según [63]: • Desarrollo basado en pruebas. • Participación continúa del cliente. • Establecimiento de prioridades en los requisitos. • Comunicación efectiva. • Calidad garantizada. • Desarrolladores expertos. • Revisión de todo el proceso y sesiones de aprendizaje.
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• Proceso de adaptación.
Esta metodología parte del ciclo de vida tradicional y sus especificaciones están disponibles en [60]. La primera iteración se divide la fase de análisis con la intención de mitigar riesgos de desarrollo; de la misma forma, el diseño también se segmenta para introducir algo de diseño basado en arquitectura. La implementación y las pruebas sin embargo se fusionan introduciendo conceptos de desarrollo orientado a pruebas (TestDriven Development, TDD). Aparece además una fase de comercialización, hacia el desarrollo de producto que se imponen en el escenario del desarrollo de aplicaciones para plataformas móviles. Desde el punto de vista metodológico, los autores afirman haberse apoyado en metamodelos como SPEM (Software Processes Engineering Metamodel, soportado por el entorno de desarrollo de Eclipse) y OPF, (Open Processes Framework), así como en conceptos genéricos de ciclos de vida orientados a objetos como OOSP (Object-Oriented Software Processes). La segunda iteración, realiza una integración de ciertas partes de los modelos NPD (New Product Development), añadiendo la generación de ideas en el inicio del ciclo y una prueba de mercado antes de lanzar la fase de comercialización. La tercera iteración integra directamente el “motor de desarrollo” de los métodos de desarrollo adaptativo (ASD) muy orientados al aseguramiento de la calidad en los procesos de desarrollo con la idea de disponer de la arquitectura física en una fase temprana del proceso. En la cuarta iteración se añaden elementos de prototipado; se refina, además, la fase de iniciación del proyecto, sobre la base del mismo elemento de los procesos adaptativos.
Mobile Development Process Spiral Esta propuesta metodológica utiliza el modelo de desarrollo en espiral como base, e incorpora procesos de evaluación de la usabilidad, priorizando la participación del usuario en todos los procesos del ciclo de vida de diseño, con el fin de garantizar un diseño centrado en el usuario, aun cuando se trata de un modelo de proceso
orientado a proyectos grandes y costosos, ya que está destinado a ser un modelo de reducción de riesgos [61]. El proceso permite a los desarrolladores de aplicaciones móviles, detallar los criterios de usabilidad de la aplicación, el primer paso es identificar a los usuarios, las tareas y los contextos en los que se utilizará la aplicación móvil, el siguiente paso es dar prioridad a los atributos de usabilidad, identificar qué atributos son los más importantes para la aplicación, y para cada uno definir un conjunto de métricas para verificar el grado en que se cumplen en la aplicación final. El proceso de desarrollo de aplicaciones móviles en espiral contempla cinco (5) iteraciones, para cada una de ellas tres (3) tareas (determinación de requisitos, diseño y prueba) y finaliza cada iteración con la planificación de la siguiente; en la primera iteración se determinan los requisitos del sistema y se identifican usuarios, tareas y contextos en los que se utilizará la aplicación. Luego, se definen y priorizan los atributos de facilidad de uso y se identifican métricas para cada atributo; se dibuja un prototipo de la interfaz de aplicación y se realiza la prueba del prototipo, los desarrolladores podrán utilizar diferentes técnicas de usabilidad para medir el valor de cada atributo. En la segunda iteración el equipo de desarrollo recogerá más datos y requisitos, explorará si hay más usuarios potenciales, tareas y contextos en los que se utilizará la aplicación. A continuación, los atributos de usabilidad se redefinen y son priorizados, como resultado, los desarrolladores alterarán las métricas para acomodar los requisitos añadidos; en el diseño se realiza un prototipo de alta fidelidad de la interfaz y se realizan las pruebas, utilizando técnicas de usabilidad para cada atributo, la calificación se compara con los resultados de la iteración anterior. En la tercera iteración los desarrolladores pueden identificar y priorizar los atributos de usabilidad con mayor claridad utilizando los resultados de la iteración anterior; se desarrolla el diseño de todo el sistema y se realiza la versión alfa con sus respectivas pruebas, el equipo de desarrollo compara los resultados con la calificación de la iteración anterior.
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Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual
En la cuarta iteración los resultados de la iteración anterior son utilizados para identificar y dar prioridad a los atributos de facilidad de uso; se desarrolla la versión beta y se libera para su evaluación por parte del cliente. En la quinta iteración se desarrolla el producto final; se realiza una evaluación de facilidad de uso, la calificación de cada atributo se calcula y se compara con la calificación de la fase anterior. Una alteración en el producto final se realiza sobre la base de los resultados y se libera al producto.
Conclusiones Las metodologías ágiles son una excelente alternativa para guiar proyectos de desarrollo de software de tamaño reducido, como es el caso de las aplicaciones para dispositivos móviles, gracias a la gran facilidad de adaptación que poseen; pero estas necesitan ser adaptadas a las características especiales de estos dispositivos con el fin de obtener productos de calidad. Dentro de las características se puede mencionar la gran rapidez con que van cambiando las versiones de los sistemas operativos (SO) móviles, la aparición de nuevas prestaciones de hardware, la reñida competencia de las empresas y comunidades de desarrollo por apropiarse del mercado, lo que conduce a la tendencia de desarrollar aplicaciones en cortos lapsos de tiempo y en la mayoría de casos sacrificando la calidad del producto, precisamente por no seguir una metodología o técnicas de desarrollo apropiadas y es por eso que en la mayoría de los casos, sus esfuerzos terminan por no dar los frutos esperados. Aun cuando existe una gran variedad de metodologías (ágiles y tradicionales), en el ámbito del desarrollo para dispositivos móviles, la mayoría de los esfuerzos han sido encaminados al desarrollo de nuevas metodologías, basadas en prácticas de las tradicionales, con algunos aditamentos de técnicas modernas como usabilidad entre otras, por lo cual, esta propuesta fue orienta en las metodologías agiles.
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El Autor Yohn Daniel Amaya Balaguera Licenciado en Informática Educativa; Institución: Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia; Año obtención: 2007; Magister en Tecnología Informática Institución: Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia; Cargo: Docente, Institución: Secretaria de Educación de Boyacá; Ponente en CACIED 2013 – Congreso Andino de computación, informática y educación. San Juan de Pasto, Noviembre 5 al 8 de 2013. Correo personal: yohn.amaya@gmail.com - yohn.amaya@uptc.edu.co 124 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 111-124
Números anteriores Lista de títulos de artículos publicados, organizados cronológicamente en orden de aparición en cada número de la revista del año anterior 2012.
Volumen 11 No. 1 enero- junio 2012 Una metodología para la gestión de proyectos de auditoría informática bajo el enfoque PMI Sara María Romero Selección de servidor base para el manejo de streaming de audio y video en tiempo real Nidya Aidé Monroy Rodríguez, Deivy Arley Torres, Alejandro García Sistema integrado de logística del mantenimiento de equipos biomédicos para la Clínica El Bosque Andrés David Copete Palacios, Liceth Lobo Moreno Aplicación de la programación multiobjetivo en la optimización del tráfico generado por un IDS/IPS Carlos Arturo Castillo Medina
Volumen 11 No. Especial septiembre 2012 El rincón del profesor: Semblanza de un profesor de ingeniería Rubén Darío Tamayo Ramírez Presente y futuro de la investigación en la Facultad de Ingeniería de la Universidad El Bosque Mario Opazo Gutiérrez Una organización para la investigación en ingeniería en la Universidad El Bosque Juan Felipe García-Peña - Orlando López-Cruz Caproc software para propiedad horizontal On-Line Davide Marangoni - Adolfo Reyes - Alejandro León Estados del arte en Colombia: centralización de la información - Germán Gonzalo Vargas Sánchez Paola Ángela Parrado Castro - Edgar Alfonso Clavijo Duarte Efectos e impactos ambientales generados por el desbordamiento del Río Bogotá en los territorios de su área de influencia - cuenca alta media y baja Mario Opazo Gutiérrez Aportes del grupo de investigación en innovación tecnológica y productividad- Gintecpro- de la Universidad El Bosque Paloma Martínez - Carolina Montoya - Nubia Patarroyo
Competencias: herramienta clave en la formación profesional de los ingenieros industriales para su inserción en el mercado laboral Nubia Patarroyo - Laura Marcela García - Ana María Sierra Paloma. Martínez - Carolina Montoya Rodríguez. El diseño ecológico aplicado al caso de un empaque de gomas de mascar Paloma Martínez- Laura Galán - Leonardo Jaime - Cristian Silva - Carolina Montoya - Nubia Patarroyo. Bioingeniería: mucho más que una novedosa opción profesional Juan M. Escobar.
Volumen 11 No. 2 Diciembre 2012 Estado de la Articulación entre el Sistema de Gestión de Calidad ISO 9001:2008 y el Sistema Logístico. Estudio de Casos de Empresas en Bogotá. John Henry Ávila Bohórquez, Pablo César Ocampo Vélez, Arturo Rojas Rincón. Contabilidad de huella hídrica en la fase de cultivo y pos-cosecha en papa, Solanum tuberosum L., variedad Pastusa Suprema. Estudios de caso: municipios de Carmen de Carupa y Tausa, Cundinamarca. Carlos Quintero Murillo, Miguel Benavides Unigarro, Yury Guzmán Rodríguez. Historia Clínica: un sistema de información funcional y usable en unidades de cuidado intensivo Alejandro León Mora, Vanessa Carolina Gutiérrez Mendoza, Daniel F. Reyes Meneses. Nadie sabe para quién trabaja: un acercamiento a la sabiduría popular desde el modelo de la incertidumbre Jaime Alberto Montaña. Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la Parte Baja de la Cuenca del Río Bogotá: Subcuenca del Río Apulo Arturo Liévano. Propuesta para el diseño de un dispositivo que reduzca el riesgo de muerte en lactantes de 3 a 6 meses de edad por el síndrome de muerte súbita infantil (SMSL) en Bogotá Mónica Ariza Cuesto, Katherine Gutiérrez Triana, Paloma Martínez Sánchez.
Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 125-132 ¦ 125
Números anteriores
Plan de desarrollo 2012 – 2016 Reseña del documento original elaborada por Ernesto Villegas Rodríguez.
Volumen 12 No. 1 enero - junio 2013 The Future of Manufacturing in Resource-rich Economies: How mining could generate jobs and competitiveness beyond extraction of ore Gunter Pauli. Ahorro y uso responsable del agua en el sistema institucional de gestión ambiental SAURA en la Universidad El Bosque Jaime Alberto Romero-Infante, Rafael André Moré-Jaramillo, Luz Ángela Luna-Castillo. Metodología integral para la valoración social y económica del humedal Santa María del Lago Yolanda Díaz Lozano, Maribel Pinilla Rivera. Las redes sociales como herramienta para la educación ambiental Viviana Osorno Acosta. El video: herramienta de asimilación de contenidos en el aula de clase Eilen Lorena Pérez Montero. Resiliencia, un método dinámico en la ingeniería industrial - clúster plásticos Carlos Gabriel Correa Chaparro, Laura Juliana Vega Marín. Arte rupestre muisca, cultura e ingenio humano Mónica Sofía Rico Ramírez. Evaluación de la contaminación por vertimiento de mercurio en la zona minera, Pacarní - San Luis departamento del Huila García Gómez Angela Goretty.
Rincón del profesor Fabio Tellez Voces Jóvenes Mateo Ledesma Bohorquez A national experience in training teachers: Scratch and Robotics in Uruguay Inés Friss de Kereki, André Fonseca de Oliveira Learning & Study Strategies from a Public University in the North of México Kutugata, A. & Araiza, M.J. Implicaciones pedagógicas del uso de las TICs en la educación superior Alicia García Bejarano, Janeth Angarita, Cristian Velandia Rúbrica de evaluación de competencias profesionales para un curso de Logística, en programas de Ingeniería Martha Ruth Mendoza Torres Efectividad del uso de la plataforma virtual en el proceso de enseñanza y aprendizaje en la Universidad del Magdalena Mónica Luz Pérez Cervantes, Anuar Francisco Saker Barros Integrando Moodle, OpenSim y GBL para fomentar el aprendizaje significativo Guiovanna P. Sabogal, Nydia A. Monroy, Fernando H. Valencia, Germán R. Navarrete, Mónica Uribe Aportes de la ingeniería a la salud y la calidad de vida: una revisión Kenneth Ochoa Reseña Ernesto Villegas Rodríguez
Learning and adaptation as conservation practices in resilient traditional socio-ecological systems: The Elder Brothers of Sierra Nevada de Santa Marta Francisco Felipe Gelves Gómez. Funciones de valor para construir un indice de sostenibilidad para la evaluación de áreas naturales con uso turístico Luis Fernando Gutiérrez-Fernández
Volumen 12 No. Especial mayo - octubre de 2013 Editorial Ing. Jaime Alberto Romero
126 ¦ Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 125-132
Instrucciones a los autores a Revista de Tecnología - Journal of Technolog y es una publicación periódica semestral, editada por la Universidad El Bosque cuyo objetivo y alcance está declarado al comienzo de cada ejemplar. Está abierta en forma permanente a recibir todos los documentos que sean postulados para publicación, no obstante serán impresos aquellos que el Comité Editorial considere que contribuyan a la divulgación del conocimiento y a la discusión en el contexto científico de los trabajos de investigación de las distintas disciplinas de la Ingeniería. Se privilegia la publicación de artículos que correspondan al informe de resultados de investigaciones terminadas, que en el ámbito general de la academia se conocen como “artículos originales” en términos de la tipología del IBN Publindex (Colciencias) se privilegian los siguientes tres (3) tipos de artículos en la tipología del IBN Publindex (Colciencias): Tipo 1. Artículo de investigación científica y tecnológica, Tipo 2. Artículo de reflexión y Tipo 3. Artículo de revisión.
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Para garantizar razonablemente los objetivos de calidad científica inherentes a esta publicación, cada documento es sometido a la revisión por parte de pares evaluadores o árbitros asignados por el Comité Editorial. Los pares evaluadores o árbitros enviarán al Comité Editorial un concepto sobre el documento siguiendo las pautas establecidas por la Revista. Con la postulación del artículo para publicación en la Revista de Tecnología - Journal of Technolog y, se entiende implícita la autorización de los autores para la eventual publicación del mismo en formato electrónico y su almacenamiento en medios propios de la publicación o de cualquier otro editor. El Comité Editorial se reserva el derecho de última instancia de publicar documentos recibidos. No obstante, su publicación no significa que el editor-en-jefe, el comité editorial, la Facultad de Ingeniería o la Universidad El Bosque estén de acuerdo con su contenido. La responsabilidad del contenido de los documentos publicados y los efectos que se deriven de sus contenidos recaen exclusivamente sobre los autores. Los autores garantizan que los contenidos respetan los principios de propiedad
intelectual, específicamente los derechos de autor y que no ha sido publicado total o parcialmente en ningún otro medio. Además, los autores garantizan que han obtenido autorizaciones y permisos de los titulares del material que no es de su propiedad. Se aceptan artículos en cualquier idioma, especialmente castellano o inglés. Los documentos deben seguir las directrices IEEE Citation Reference del Institute for Electrical and Electronics Engineers - IEEE. Puede ser utilizado como plantilla el archivo trans-jour.doc que puede ser obtenido en www.ieee.org. Una impresión del contenido de trans-jour.doc está impreso en este número. Además de cumplir con las exigencias del formato para el artículo, se solicita seguir las siguientes recomendaciones: • Cuando tenga listo el artículo conforme al formato
antes referido, prepare un mensaje por correo electrónico en el que el asunto señale “Artículo para publicar y envíelo a revistatecnologia@unbosque. edu.co. • Al envío por correo electrónico, también anexe
un archivo por cada figura y tabla (en el formato del programa con el que fueron elaboradas) que aparezca en el artículo. El conjunto de archivos debe estar conformado por el texto del artículo con todas sus partes y un archivo por cada figura y tabla en el formato original en el que fueron obtenidas. Un archivo (o carpeta) comprimido con el conjunto total de los archivos puede ser recibido en algunos formatos. • Asegúrese de que todas las figuras y tablas que
aparecen dentro del artículo estén debidamente identificadas (rotuladas) y referenciadas en el texto. • Asegúrese de que el artículo no tiene notas a pie de
página. En caso de aparecer notas a pie de página, el Comité Editorial evaluará su pertinencia y que estén ajustadas a la cantidad estrictamente necesaria. • Las figuras y las imágenes deben respetar los prin-
cipios de propiedad intelectual, especialmente los relacionados con los derechos de autor de
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Instrucciones a los autores
imágenes y fuentes de datos. Las imágenes que no son de propiedad del (los) autor(es) del artículo, deberán estar acompañadas de su respectiva fuente (rindiendo los créditos) y contar con el permiso de utilización de la misma.
que será colocada a la izquierda de los datos biográficos. El tamaño final de impresión de la fotografía de un autor es 2,54cm de ancho por 3,18 cm de largo. Los autores deben señalar explícitamente que no se encuentran en conflicto de interés.
• Las tablas e imágenes deben ser remitidas sólo en
El envío del artículo no obliga a la Revista de Tecnología – Journal of Technolog y ni la compromete a su publicación. El Comité Editorial informará a los autores dentro del término de tres (3) meses desde la recepción de su artículo, si el documento fue aceptado para publicación. No obstante lo anterior, los autores aceptan que este término puede ser variado sin previo aviso.
blanco y negro (escala de grises), esto incluye las fotografías de los autores. Las tablas e imágenes que exijan la utilización de color, serán evaluadas por el Comité Editorial. En todo caso, al enviar un texto a la Revista de Tecnología – Journal of Technolog y, el autor concede la autoridad al Comité Editorial para evaluar la utilización de la policromía y, en caso de que decida que no es necesaria, autoriza los cambios sobre las mismas sin perjuicio de los resultados. El (los) autor(es) debe(n) acompañar sus archivos con una carta de presentación y cesión de derechos de autor (un formato aparece impreso en este número) con el título del artículo, propuesta de clasificación del artículo según la tipología del IBN- Publindex (Colciencias), indicar el acceso al registro CvLAC de cada uno de los autores (caso en el que los autores estén en Colombia) y declaración de no haber publicado o estar considerando publicar este artículo en otra revista. El(los) autor(es) que no dispone(n) de registro CvLAC deben incluir los siguientes datos: Nombre(s), apellido(s), fecha de nacimiento, nacionalidad, país de nacimiento, tipo de documento de identidad, número de documento de identidad, dirección de correo electrónico, filiación institucional (organización a la cual se encuentra vinculado), nivel de formación académica (postdoctorado, doctorado, maestría, especialización, profesional) y área de formación académica (detallando estudios de pregrado y postgrado), declaración sobre si ha recibido financiación para la realización del trabajo, dirección geográfica (incluyendo ciudad, región, país, código postal), correo electrónico de contacto y una fotografía en blanco y negro
El Comité Editorial se reserva el derecho de indicar al (los) autor(es) postulante las modificaciones que deban ser introducidas al documento con el fin de que el documento cumpla con las características de calidad de la publicación. Las referencias bibliográficas deben efectuarse siguiendo las directrices IEEE Citation Reference del Institute for Electrical and Electronics Engineers – IEEE. Entre otras consideraciones, el(los) autor(es) debe(n) numerar las citaciones consecutivamente entre corchetes (paréntesis cuadrados) empezando en uno [1]. Dentro del texto del artículo, la puntuación de la frase se fija después de los corchetes. Las referencias múltiples [2], [4] se numeran con corchetes separados por coma si no son consecutivas (la referencia 2 y la 4), o separados con guión si son consecutivas [2]-[4] (las referencias desde la 2 hasta la 4). En el texto del artículo, simplemente referencia el número, por ejemplo [3]. No use “Ref. [3]” ni “referencia [3]”, excepto al comienzo de una oración: “La referencia [3] muestra...” El estilo permite referenciar el apellido de los autores como “De acuerdo con Maxwell [2]…”. No use “et.al.” a menos que haya seis autores o más. Las iniciales del nombre del autor deben anteceder al apellido.
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Políticas Editoriales a Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y es una publicación seriada académica de la Universidad El Bosque, en Bogotá D.C., Colombia y está comprometida con la divulgación de documentos de calidad científica que presenten resultados originales de investigaciones y estudios realizados por la comunidad académica en todos los países y sin discriminación del origen o creencias de sus autores.
resumen y abstract. También es responsabilidad del(los) autor(es) adjuntar una carta de presentación cediendo los derechos de autor a la Revista de Tecnología – Journal of Technology de la Universidad El Bosque.
La Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y está abierta a recibir todos los documentos que sean postulados dentro de los Objetivos y Alcance de la publicación. No obstante, para garantizar los objetivos de calidad inherentes a toda publicación científica y tecnológica, todo documento que sea postulado a publicación se somete a revisión y evaluación mediante el procedimiento double blind de un par evaluador experto en el tema del artículo.
1. Artículo de investigación científica y tecnológica. Documento que presenta, de manera detallada, los resultados originales de proyectos terminados de investigación. La estructura generalmente utilizada contiene cuatro apartes importantes: introducción, materiales y método, resultados y conclusiones.
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La Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y propende por la responsabilidad y transparencia de los resultados de investigación científica y tecnológica presentados en los artículos. Por eso, además de efectuar los anteriores procedimientos, solicita a los autores enviar una fotografía que será publicada al lado de su nombre y datos biográficos, así como la dirección geográfica y la dirección electrónica del autor principal del artículo. Los autores que deseen publicar sus artículos en la Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y pueden enviar sus artículos en cualquier época del año, en idioma castellano o inglés. Los artículos deben cumplir con el formato declarado para la publicación, como aparece en Instrucciones a los Autores. Allí se señalan las partes mínimas de todo artículo: título (en castellano e inglés), Nombre(s) del(los) autor(es), Resumen, abstract, palabras clave, keywords, Introducción, Materiales y Métodos, Resultados, Discusión o conclusión y Referencias.
La calidad científica de la Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y se rige por los parámetros del Índice Bibliográfico Nacional Publindex que establece, entre otros criterios, que los artículos se clasifican de la siguiente manera:
2. Artículo de reflexión. Documento que presenta resultados de investigación terminada desde una perspectiva analítica, interpretativa o crítica del autor, sobre un tema específico, recurriendo a fuentes originales. 3. Artículo de revisión. Documento resultado de una investigación terminada 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. Se caracteriza por presentar una cuidadosa revisión bibliográfica de por lo menos 50 referencias. 4. Artículo corto. Documento breve que presenta resultados originales preliminares o parciales de una investigación científica o tecnológica, que por lo general requieren de una pronta difusión. 5. Reporte de caso. 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.
Es responsabilidad del(los) autor(es) remitir su artículo con título en, al menos, castellano e inglés, así como Revista de Tecnología ¦ Journal Technology ¦ Volumen 12 ¦ Número 2 ¦ Págs. 125-132 ¦ 129
Políticas Editoriales
6. Revisión de tema. Documento resultado de la revisión crítica de la literatura sobre un tema en particular. 7. Cartas al editor. Posiciones críticas, analíticas o interpretativas sobre los documentos publicados en la revista, que a juicio del Comité editorial constituyen un aporte importante a la discusión del tema por parte de la comunidad científica de referencia. 8. Editorial. Documento escrito por el editor, un miembro del comité editorial o un investigador invitado sobre orientaciones en el dominio temático de la revista. 9. Traducción. Traducciones de textos clásicos o de actualidad o transcripciones de documentos históricos o de interés particular en el dominio de publicación de la revista. 10. Documento de reflexión no derivado de investigación. 11. Reseña bibliográfica. 12. Otros. La Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y privilegia la publicación de artículos tipo 1,2 y 3. Los datos de los artículos y de los autores son registrados en el Índice Bibliográfico Nacional Publindex de Colombia, sin perjuicio de que sean registrados en otros
Índices y bases de datos bibliográficas dentro o fuera de Colombia. El (los) autor(es) deben declarar que conocen las políticas editoriales de la Revista de Tecnología, que comprenden que la postulación de su artículo para publicación (impresa o electrónica) implica la cesión de derechos de autor a la Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y de la Universidad El Bosque en el marco de la legislación colombiana y de la normatividad del la propiedad intelectual en el ámbito internacional y, por consiguiente, el(los) autor(es) es consciente de que sólo puede postular sus artículos a una revista a la vez y, en este caso, a la Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y, y de la misma manera que su artículo no ha sido postulado a otra revista o no ha sido publicado.
Comité Editorial Revista De Tecnología – Journal Of Technolog y Universidad El Bosque, Bogotá D.C., Colombia, 2.013 Jaime Alberto Romero Infante romerojaimea@unbosque.edu.co Ernesto Villegas Rodríguez villegasernesto@unbosque.edu.co Revista de Tecnología revistatecnologia@unbosque.edu.co
Universidad El Bosque Avenida Carrera 9 131A-02 – Edificio Fundadores, Piso 3 – ala sur Oficina de Publicaciones de la Facultad de Ingeniería, Universidad El Bosque, Bogotá D.C., Colombia. Tel. + 571 648 9000 ext. 1385 – Fax + 571 625 2030 revistatecnologia@unbosque.edu.co
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Tecnología Journal of Technology
Contenido Editorial Ing. Jaime Alberto Romero ........................................................................................................................................................................................................................................................4
Rincón del profesor Hernando Camargo Mila..........................................................................................................................................................................................................................................................8
Estándares y metodologías: Instrumentos esenciales para la aplicación de la dirección de proyectos Maricela I. Montes-Guerra, Faustino N. Gimena Ramos, H. Mauricio Díez-Silva..............................................................................................................................................................11
Integrated farming system for the foothill-regions of Colombia – Ariporo System (A.S.) Forero Buitrago Gonzalo Alberto............................................................................................................................................................................................................................................24
Electro-myographic patterns of sub-vocal Speech: Records and classification Luis Enrique Mendoza, Jesús Peña Rodríguez, Jairo Lenin Ramón Valencia.....................................................................................................................................................................35
Cálculo diferencial: aprendiendo con nuevas tecnologías Guiovanna Sabogal, Nidya Monroy, José Luis Landero Pinzón, Yeison Ramiro Molina Vega...........................................................................................................................................42
Movilidad sostenible en Bogotá D.C. – caso metro Bogotá Rafael Andrés Moré Jaramillo, Matthieu Giret......................................................................................................................................................................................................................52
Calidad Biológica de las Aguas Superficiales de la cuenca del Río Apulo* Arturo Liévano-León.................................................................................................................................................................................................................................................................60
Cuantificación de azúcares reductores en las cáscaras de naranja y banano William Giovanni Cortes Ortiz, José Francisco Ibla Gordillo, Lina María Calderón Velásquez, Andrés Felipe Herrera Bueno et Altri........................................................................72
Diseño de un sistema de accionamiento para motor trifásico Julián Andrés Gómez, Roberto William Muñoz.....................................................................................................................................................................................................................77
Evaluación del clasificador Naïve Bayes como herramienta de diagnóstico en Unidades de Cuidado Intensivo Javier A. Chaparro, Beatriz Giraldo, Susana Rodón............................................................................................................................................................................................................87
Diseño de una estrategia de control que involucre los actores de la cadena productiva de medicamentos a partir de la identificación y análisis de riesgos generados por el manejo inadecuado de los desechos en la localidad de Usaquén Pilar Bejarano Bejarano, Paola Andrea Medina Chaux......................................................................................................................................................................................................94
State-of-the-Art of Audio Perceptual Compression Systems Marcelo Herrera Martínez, Ana María Guzmán Palacios................................................................................................................................................................................................. 102
Metodologías ágiles en el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles. Estado actual Yohn Daniel Amaya Balaguera............................................................................................................................................................................................................................................. 111
Por una cultura de la vida, su calidad y su sentido Avenida Carrera 9 131A - 02• PBX (571) 6489000 Bogotá, Colombia