AGOSTO··2010··número 3
CON INGENIO
BOGOTÁ COLOMBIA
ISSN··1909-9142
No. 3
pp. 1 - 212
AGOSTO 2010
ISSN 1909-9142
coningenio CON INGENIO··NÚMERO 3 AGOSTO··2010 ISSN··1909-9142 Revista Semestral
Hernán Linares Ángel Presidente del Claustro Néstor Cristancho Quintero Rector María Bibiana Alvarado Fandiño Vicerrectora Académica Carlos Alberto Correa Gregory Vicerrector Administrativo Fabián Patiño Barragán Vicerrector de Educación Virtual y a Distancia
Comité Editorial Héctor Díaz Ángel Iván Darío Ladino Vega José Manuel Ávila Olarte Gisela Daza Navarrete Dirección de Investigación Iván Darío Ladino Vega Coordinador de Investigaciones Gladys Buitrago Caicedo Directora Oficina de Prensa y Relaciones Externas
Héctor Díaz Ángel Decano Facultad de Ingenierías
Pedro Bellón Amado Director Centro de Producción Editorial
Sergio Restrepo Gómez Director Programas Ingenierías Mecánica e Industrial
Liliana Ahumada Castañeda Diseño Gráfico y Diagramación
Jairo Ignacio Rodríguez Osorno Director Programas Ingenierías Sistemas y Electrónica Hernando Sáenz Bermúdez Director Programa Ingeniería Aeronáutica Carlos Julio Montaño Coordinador Programa Ingeniería Aeronáutica Nolan Sánchez Tovar Secretario Académico José Manuel Ávila Olarte Editor y Director Ejecutivo jmavilao@libertadores.edu.co Harold Murillo Tovar Traductor
2 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
Fotografía. © 2010 Thinkstock Corp. Editorial Kimpres Ltda. Preprensa e impresión FACULTAD DE INGENIERÍAS Sede Caldas. Carrera 15 No. 63 A - 87 Oficina 312 Tel. 254 47 50 Ext. 3352 Bogotá D.C. - Colombia
coningenio
Contenido ARTÍCULOS TÉCNICOS
12-19 20-35 36-43
Power Line Communications: Viabilidad Técnico-Económica en Colombia Nelson Enrique Vera Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc Maryam Alejandra Castillo Vargas, Diego Díaz Muñoz Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL Eliana Díaz, Jorge Arévalo Proyecto piloto URE:
44-53
Diagnóstico del sistema eléctrico de la Sede Caldas de la Fundación Universitaria Los Libertadores Julio César González, Nelson Enrique Vera, Diego Fernando Mosquera
54-67
Desarrollo de una herramienta académica para el aprendizaje de algoritmos
68-81
Teoría de los motores recíprocos y desempeño
82-113
genéticos en el entorno de matlab, aplicada a telecomunicaciones Mónica Rocío Reyes Abril, Carlos Andrés Pardo Rodríguez
Francisco Javier González Cruz Estudio de impacto ambiental de la Fundación Universitaria Los Libertadores, base para plantear su sistema de gestión ambiental José Manuel Ávila Olarte, Jorge Alberto Briceño Vanegas, Fabio Alberto Alarcón Barragán
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COMUNIDAD ACADÉMICA
118-125 126-155
Alianza 9 x 9. Propuesta para la promoción de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero Doris Hernández Dukova Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas: Un estudio cuasiexperimental empleando la Heurística de Polya Silvio Alejandro Jiménez Castellanos, Jairo Enrique Vargas, Claudia Andrea Palacios
SEMILLEROS DE INVESTIGACIÓN
158-167 168-179 180-187
Implementación del juego tres en línea empleando FPGA Grupo espacio académico Circuitos Digitales II quinto semestre. Código convolucional Ivan Darío Hastamorir, Juan Diego Melenje, Richard Andersson Rodríguez, Ivan Darío Ladino Trayectorias a la luna Jhonathan Murcia Piñeros
ResultadOS DE trabajos de grado
190-197 198-207 209-211
Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica de la Fundación Universitaria Los Libertadores Daniel Fernando Farfán Gacha, Edisson Paguatián Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites Jhonathan Murcia Piñeros
noticias y eventos
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Content TECHNICAL ARTICLES
12-19 20-35 36-43
Power Line Communications: Technical - Economic feasibility in Colombia Nelson Enrique Vera Analysis of power in the transmission of data on dynamic topologies in Ad Hoc networks Maryam Alejandra Castillo Vargas, Diego Díaz Muñoz Encryption and decryption algorithm in VHDL FEAL Eliana Díaz, Jorge Arévalo Pilot proyect URE:
44-53
Diagnosis of the electrical system of the Caldas headquarters at Los Libertadores University Foundation Julio César González, Nelson Enrique Vera, Diego Fernando Mosquera
54-67
Development of an academic tool for genetic algorithms learning in the matlab environment, applied to telecommunications Mónica Rocío Reyes Abril, Carlos Andrés Pardo Rodríguez
68-81
Reciprocating engine theory and performance Francisco Javier González Cruz Environmental impact study of Los Libertadores University Foundation,
82-113
base to set up environmental management system José Manuel Ávila Olarte, Jorge Alberto Briceño Vanegas, Fabio Alberto Alarcón Barragán
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ACADEMIC COMUNITY
118-125 126-155
Alliance 9 x 9. Motion for the promotion of interaction with the university of productive chapinero sector Doris Hernández Dukova Development of basic skills through problem solving: A quasi - experimental study using Polya’s Heuristic Silvio Alejandro Jiménez Castellanos, Jairo Enrique Vargas, Claudia Andrea Palacios
SEMILLEROS DE INVESTIGACIÓN
158-167 168-179 180-187
Implementation of three online game using FPGA Grupo espacio académico Circuitos Digitales II quinto semestre. Convolutional codes Ivan Darío Hastamorir, Juan Diego Melenje, Richard Andersson Rodríguez, Ivan Darío Ladino Trajectories to the moon Jhonathan Murcia Piñeros
ResultadOS DE trabajos de grado
190-197 198-207 209-211
Implementation of an injector diagnostic equipment in the laboratory of Mechatronics of Los Libertadores University Foundation Daniel Fernando Farfán Gacha, Edisson Paguatián Conceptual design of solid rocket motors of first stage for a satellite vehicle carrier Jhonathan Murcia Piñeros
noticias y eventos
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··· EDITORIAL Estimados lectores, el tercer número de CON INGENIO se ha desarrollado con base en los resultados parciales y finales de las investigaciones realizadas durante el año 2009 por parte de grupos de investigación, docentes, semilleros de investigación y estudiantes en trabajo de grado de la Facultad de Ingenierías. En esta edición encontrarán artículos organizados en cuatro secciones, a saber: artículos técnicos, comunidad académica, semilleros de investigación y resultados de trabajos de grado, en las que los documentos presentan los logros obtenidos en diversas áreas del conocimiento tales como aeronáutica, electrónica, ambiental, mecánica y aspectos relacionados con la enseñanza en Ingenierías. Por primera vez se cuenta con artículos escritos por investigadores externos a Los Libertadores que se han sumado al esfuerzo de transmitir los hallazgos en el campo de la electrónica, con los cuales contribuyen de manera significativa a avanzar en esta área clave del desarrollo tecnológico. Al final se presenta un listado de eventos a desarrollarse en los próximos meses en los que los lectores y las instituciones a las que se encuentran asociados pueden participar como asistentes o ponentes de investigaciones. Bienvenidos y esperamos que esta edición sea tanto de su agrado como de provecho para el desarrollo de sus propósitos académicos y profesionales.
José Manuel Ávila Olarte Editor
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ISSN 1909-9142
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Artíc Técn
culos nicos
ARTÍCULOS TÉCNICOS
Power Line Comunications:
Viabilidad TécnicoEconómica en Colombia
Nelson Enrique Vera Docente Universidad los Libertadores. Docente de la Universidad Distrital. Ingeniero Electrónico y Magíster en Ciencias de la Información y las Comunicaciones.
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
nelsonenriquevera@gmail.com
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Nelson Enrique Vera
· PLC: Viabilidad técnico-económica en Colombia · pp. 12-19
Resumen Powerline Communication (PLC) es el resultado de la búsqueda de tecnologías avanzadas en el área de las Telecomunicaciones que sean capaces de utilizar un medio de transmisión ya existente con el fin de poder ofrecer soluciones de mejor costo efectivo. PLC es una tecnología que utiliza la red eléctrica como medio de transmisión, debido a que ésta es la estructura física que ofrece mayor interconexión en todo el mundo. En este documento se estudia la viabilidad técnica-económica y las especificaciones adecuadas para un sistema PLC que utilice la red eléctrica en Colombia.
Palabras Clave: Red Eléctrica, PLC, Comunicaciones, Viabilidad.
Power Line Communications:
TechnicalEconomic Feasibility in Colombia
Abstract
Powerline Communication (PLC) is the result of the pursuit of advanced technologies in the telecommunications area that are able to use an existing transmission medium in order to offer the best cost effective solutions. PLC is a technology that uses the grid as a means of transmission, because this is the physical structure that offers greater interconnectedness worldwide. This paper examines the technical-economic and appropriate specifications for a PLC system using the electrical network in Colombia.
Key Words: Power Grid, PLC, Communications, Roads. 13 AGOSTO··2010··3
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· PLC: Viabilidad técnico-económica en Colombia · pp. 12-19
INTRODUCCIÓN
L
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Las redes que utilizan soportes físicos nuevos, como por ejemplo fibra óptica, se caracterizan por ser sistemas técni-
La globalización del conocimiento, la tec-
camente muy eficientes, pero comercial y económicamente
nología, la industria, el comercio y aún de
no son muy viables, ya que requieren la implementación de
la cultura han obligado a la ciencia y a la
estructuras y equipos totalmente nuevos y costosos, lo que
tecnología a dejar de apuntar solamente a
hace que los niveles de penetración no sean los mejores.
procesos de cálculo, tratamiento, análisis, y almacenamiento de información para
La solución al problema anterior se encuentra en la segun-
enfocarse en procesos que suplan la nece-
da opción: implementar redes que utilicen soportes físicos ya
sidad de transportar esta información a lo
existentes que nos brinden interconexión total entre usuarios
largo y ancho del mundo a través de siste-
como por ejemplo: las líneas telefónicas o las líneas de trans-
mas que estén enmarcados bajo el prefijo
misión de energía eléctrica. Este tipo de sistemas es muy via-
“Tele”.
ble económicamente, pero requieren tecnologías muy avanzadas que permitan el uso de medios que no fueron diseña-
Es evidente que el proceso de globaliza-
dos para transmitir información; por esta razón la idea de
ción de información trae consigo la ne-
transmitir información a alta velocidad aprovechando redes
cesidad de implementar infraestructuras
ya existentes era una utopía hasta hace pocos años, cuando
que nos brinden interconexión total de las
las comunicaciones pasan de la era análoga a la digital y apa-
fuentes de información; es por eso que en
recen tecnologías tanto de acceso como de modulación muy
los últimos años la tecnología sé ha pues-
eficientes, capaces de operar en ambientes muy hostiles.
to a la tarea de unir entre sí continentes, países, ciudades, comunidades, casas y
La energía eléctrica es en la actualidad una de las principales
hasta localidades dentro de una misma
necesidades en la vida diaria del ser humano, tanto así que
casa, mediante autopistas de información
existe una red implementada únicamente con el propósito
llamadas redes.
de transportar esta energía hasta nuestras casas e inclusive hasta cada una de las localidades internas de esta.
Una red además de interconectar dos o más puntos, deberá cumplir algunos pa-
“Muy pronto las telecomunicaciones serán una necesidad
rámetros mínimos para ser útil y eficiente
diaria únicamente comparada con la necesidad de tener
en un proceso de transmisión de informa-
energía eléctrica en cada una de las localidades que habita el
ción a distancia. Estos parámetros a cum-
ser humano, de ahí nace el sueño de utilizar la red eléctrica
plir se enfocan en la calidad y la velocidad
como autopista de información; sueño que gracias al desarro-
de la transmisión y dependen en gran par-
llo de la tecnología, hoy se hace realidad”.
te del medio que la red utilice como soporte físico, de ahí la necesidad de encontrar
QUÉ ES PLC ?
medios de transmisión que permitan altas velocidades y que ofrezcan ambientes no
Powerline Communications (PLC) es un sistema de comunica-
hostiles. En la búsqueda por encontrar
ciones que se basa en la transmisión de información median-
medios con las características menciona-
te el envío de señales sobre las líneas de poder.
das anteriormente hay dos opciones, desarrollar nuevas infraestructuras físicas con
Un sistema de comunicaciones PLC utiliza la red eléctrica como
materiales avanzados o desarrollar tecno-
capa física, pero es independiente de la señal de distribución de
logías que permitan el uso de infraestruc-
energía eléctrica; un sistema PLC se constituye y opera de igual
turas ya existentes.
forma que cualquier otro sistema de comunicaciones digitales,
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Nelson Enrique Vera
· PLC: Viabilidad técnico-económica en Colombia · pp. 12-19
con la diferencia de que existe la necesidad de utilizar acopla-
ñales de comunicación. La sección de la
dores para aislar las señales de información de las señales eléc-
red eléctrica que mayor interconectividad
tricas de distribución, además del uso de tecnologías de modu-
ofrece es la de bajo voltaje, de ahí que casi
lación y de acceso avanzadas que sean capaces de operar bajo
todos los sistemas PLC estén enfocados en
el ambiente hostil que ofrece la red eléctrica, debido a que esta
su uso. La red de bajo voltaje se subdivide
no ha sido diseñada para transmitir información y presenta no
en dos, dentro y fuera de casa.
linealidades y variaciones con el tiempo de sus características cuando está operando como canal de comunicaciones.
ARQUITECTURA DE LA RED ELÉCTRICA BAJO LA ÓPTICA DE LAS TELECOMUNICACIONES
La red de dentro de casa tiene una estructura muy homogénea para casi todo el mundo, es por esto que las aplicaciones de PLC para dentro de casa no han tenido ningún limitante en globalizarse; sin embargo las redes de fuera de casa varían su tama-
La red eléctrica, analizada desde el punto de vista de las te-
ño (número de casa por transformador) de
lecomunicaciones no es una autopista continua, sino que
un país a otro, lo cual representa una va-
esta seccionada de acuerdo a los niveles de tensión, debido
riación en la viabilidad económica de un
al obstáculo que representa los transformadores para las se-
sistema PLC [1],[2].
Figura 1. Arquitectura de la red eléctrica. La red eléctrica de bajo voltaje en Colombia tiene en promedio 80 casas por transformador, esto representa una baja viabilidad para aplicaciones de penetración variable Ej. Redes de acceso, sin embargo representa una buena viabilidad para aplicaciones que tengan penetración del 100% Ej. Sistemas AMR (Lectura Automática de Medidores).
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AMBIENTE DE LA RED ELÉCTRICA Perfil de Carga y THD
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•
Ruido Tonal.
•
Ruido impulsivo periódico, asíncrono con la señal de distribución eléctrica (60 Hz.).
El perfil de carga y el perfil de perturbaciones de la red eléctrica en Colombia tienen
•
tendencias similares y definen el horario
Ruido impulsivo periódico, síncrono con la señal de distribución eléctrica (60 Hz.).
de mejor estado para transmitir como el de 0:00 a.m. a 4:00 p.m. para zonas residen-
•
Ruido impulsivo no periódico.
ciales y de 0:00 am. a 6:00 a.m. para zonas comerciales y el de menor probabilidad para transmitir el de 6:00 p.m. a 10:00 p.m. para ambos tipos de usuarios. Los usuarios industriales tienen perfiles muy poco determinísticos. Ver figura 2
Análisis espectral del ruido Para frecuencias bajas, hasta 100 Khz. el ruido presenta un comportamiento muy similar a una función exponencial decreciente, iniciando desde un nivel máximo de -110 dBW/Hz y finalizando en un nivel aproximadamente de -150 dBW/Hz, a partir de los 100 Khz. el ruido presenta un comportamiento casi plano, con la excepción de algunos picos producidos por el ruido impulsivo. Para frecuencias superiores a 1 Mhz el ruido tiene un comportamiento casi plano con excepciones alrededor de los 15 Mhz [7]. Ver figura 3.
Figura 2. Perfil de carga residencial En Colombia normalmente se cumple con la norma IEEE-519 en cuanto a distorsión total armónica (THD) de voltaje, sin embargo en el ámbito industrial algunos usuarios no cumplen con la norma para la THD de corriente.
Ruido en la Red Eléctrica El ruido presente en la red eléctrica se clasifica en 5 categorías. •
Ruido coloreado secundario.
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Figura 3. Análisis espectral del ruido en la red eléctrica.
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LA RED ELÉCTRICA COMO LÍNEA DE TRANSMISIÓN A ALTAS FRECUENCIAS
ESTÁNDARES PARA EL USO DE LA RED ELÉCTRICA EN COMUNICACIONES
La respuesta en frecuencia de la red eléctrica no tiene un comportamiento plano, por lo contrario tiene un comporta-
Actualmente existen 2 estándares apro-
miento muy variable el cual es descrito a continuación: la
bados por la EIA que utilizan la red eléc-
zona de 20 Khz a 200 Khz presenta un comportamiento de
trica como medio de transmisión para
pasa bajo con una leve pendiente para frecuencias menores
aplicaciones de baja tasa de bit, estos es-
de 100 Khz y una mayor pendiente para las frecuencias entre
tándares son CEBus (EIA-600) y LONWork
100Khz y 200Khz. La zona de mayor atenuación está entre
(EIA-709.1). Ambos estándares están enfo-
200 Khz y 1 Mhz en la cual la red eléctrica se comporta como
cados para implementar redes de control
una rechaza banda, después de 1 Mhz presenta una respues-
abiertas para aplicaciones residenciales,
ta casi plana hasta los 3 Mhz. Para frecuencias mayores de 3
comerciales e industriales. También existe
Mhz la red toma de nuevo un comportamiento de pasa bajo
un protocolo que aunque no es un están-
con una leve pendiente. Ver Figura 4.
dar aprobado ha sido muy utilizado, este
TÉCNICAS DE MODULACIÓN PARA PLC
es X.10. Este protocolo tiene muy bajo rendimiento para aplicaciones de altos requerimientos, sin embargo para aplicaciones
Las técnicas de modulación más apropiadas para la transmi-
sencillas pero muy útiles como por ejem-
sión de información a través de la red eléctrica son FSK adap-
plo control y automatización casera tiene
tativo y Espectro Ensanchado. Espectro ensanchado tiene un
un excelente desempeño.
mejor desempeño que FSK ante ruido impulsivo [6].
COMERCIO PLC El comercio de PLC se ha enfocado en las siguientes aplicaciones: LAN PLC, Redes de acceso y AMR [4]. La red eléctrica de bajo voltaje en Colombia al igual que en la mayoría del mundo es apta para la implementación de cualquier aplicación interna (dentro de casa) de PLC. De acuerdo con la viabilidad presentada por la red eléctrica en Colombia, la aplicación externa más apropiada para implementar es el sistema AMR. Actualmente en el comercio existe una gran variedad de sistemas AMR, de estos los de mayor robustez técnica son los ofrecidos por las compañías: Comverge, Arch-
Figura 4. Respuesta en frecuencia de la red eléctrica
net e Intracoastal; de estos tres el que me-
en función de la distancia.
jor costo efectivo ofrece es el de Archnet.
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Sin embargo la mayoría de estos sistemas
•
coningenio
En el sector comercial se recomienda realizar desarrollos
comerciales vienen con un set de servicios
enfocados a las LAN PLC; para este propósito se reco-
muy amplio lo cual los hacen muy cos-
miendan los siguientes dispositivos.
tosos, por esto una excelente alternativa para nuestro comercio energético sería
•
Módem para PowerLine Communication en chip ITM1 de ITRAN.
•
Módem para PowerLine Communication en chip DSS4200 de
implementar sistemas AMR, con un set de servicios básicos que se amoldaran a la capacidad adquisitiva de nuestras compa-
DS2.
ñías eléctricas [3].
RECOMENDACIONES
•
En el sector industrial se recomienda realizar desarrollos de redes de control para procesos industriales. Para lo anterior se recomienda el siguiente dispositivo.
Las aplicaciones externas de PLC (Ej. redes de acceso, AMR`s) en Colombia son una alternativa, sin embargo no todas cuentan
Transceiver PLT-22 de ECHELON.
con la viabilidad suficiente para imponerse sobre las otras tecnologías. Contrario a esto pasa con las aplicaciones internas de PLC, las cuales se están proyectando como el nuevo estándar, debido a la gran ventaja que tiene sobre las otras tecnologías y la viabilidad mundial con la que cuenta. Debido a lo anterior se recomienda que las
Figura 5. Transceiver Powerline PLT- 22 Modelo 50090-03. Figura Tomada de ECHELON.
futuras investigaciones se enfoquen en hacer desarrollos en cada uno de las áreas de aplicación internas de la siguiente manera: •
En el sector residencial se recomienda realizar desarrollos basados en redes de control que estén enmarcados bajo la nueva tendencia de las casas
Figura 6. Transceiver IT800. Figura Tomada de ITRAN.
y edificios inteligentes. Para estos desarrollos se recomiendan los siguientes dispositivos. −− Transceiver PLT-22 de ECHELON. Fig. 5. −− Transceiver IT800 de ITRAN. Fig. 6. −− Transceivers de la línea SSC PXXX de INTELLON. −− PLC MODEM ATL90115 de ARCHNET. Fig. 7.
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Figura 7. Módem ATL90. Figura Tomada de ARCHNET.
coningenio REFERENCIAS 1. BANCO ALEMÁN. Powerline Tech-
5. MORGAN STANLEY DEAN WIT-
nology “Hype or Hope?”. Alemania.
TER. Global Electricity Strategy
24 de Marzo de 2000. 40 p.
“Are you Ready for the Revolu-
2. BANCO ALEMÁN. Powerline Technology “Nearing Judgment Day”.
tion?”. Alemania. 12 de Abril de 2001. 35 p.
Alemania. 14 de Junio de 2000. 50 p.
6. OTTOSSON, Hans y AKKERMANS,
3. COMVERGE TECHNOLOGIES. Pro-
Hans. Deliverable D5: State of the
ject proposal for system Comverge’s
Art and Initial Analysis of PLC Ser-
two-way residential gateway to
vices. Alemania. 2000. 65 p.
Electrohuila,
Colombia.
Estados
Unidos. 2003. 22 p.
7. SELANDER, Lars. Powerline Communications. 1999. 110 p.
4. HSBC. Powerline Communications “The last mile of the marathon”. Reino Unido. 17 de Agosto de 2000. 20 p.
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Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc Maryam Alejandra Castillo Vargas* maryamcasti@ieee.org Diego Díaz Muñoz** diegodiazm@yahoo.ca
*Ingeniera Electrónica y de Telecomunicaciones de la Fundación Universitaria San Martín. ** Ingeniero Electrónico. Universidad Distrital.
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Maryam Alejandra Castillo Diego Díaz Muñoz
Resumen
…
Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc
… pp. 20 - 35
Este documento compila el desarrollo realizado como proyecto de grado sobre el análisis de potencia de transmisión de datos en redes inalámbricas Ad Hoc. En ella se realiza un análisis de la topología dinámica, donde para lograr un eficiente consumo de energía esta debería estar distribuida de forma equitativa entre el conjunto de nodos que la forman, y a la vez debe minimizarse el consumo total de energía para cada transmisión.
Palabras clave: BSS, WiFi, Grafos, MAC, PHY, Hop, Tramas, Colisiones, Escalabilidad, RTS, CTS, DATA, ACK, CSMA/CA, Ad Hoc, Potencia instantánea.
Analysis of power in the transmission of data on dynamic topologies in Ad Hoc networks Abstract
These paper present the study of power consumption limitations in data transfer over Ad Hoc networks, in order to show the problem and illustrate the solution we design three different scenarios where the connection and disconnection hence four steps handshaking protocol are the focus of this investigation. The proposed solution is based on graph theory, and shows how the topology control reduces and distributes the power consumption over the entire network.
Key words: BSS, WiFi, Grafos, MAC, PHY, Hop, Plots, Collisions, Scalability, RTS, CTS, DATA, ACK, CSMA/CA, Ad Hoc, Instantaneous power. 21 AGOSTO··2010··3
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Maryam Alejandra Castillo Diego Díaz Muñoz
…
Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc
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E
Introducción El problema de ajuste de la potencia de transmisión a los nodos de la red es el control de la topología en redes Ad Hoc, donde surge la pregunta ¿cómo lograr obtener mayor rendimiento de las baterías que los alimentan cuando la topología se encuentra en constante cambio, si la eficiencia de la comunicación deja de depender de los algoritmos de control? Se soporta una posible solución bajo el análisis de algoritmos eficientes para la energía, donde se consideran dispositivos bajo el estándar 802.11b, Teniendo en cuenta la batería y las rutas de enlace entre los nodos de la red, se proponen métricas viables al respecto. Dichas métricas y los problemas de limitación se comparan mediante simulación de escenarios de prueba, seleccionando tres limitantes para su análisis y para formular el problema de transmisión de potencia en la transmisión de datos.
El hardware A pesar de los enormes avances en cuanto eficiencia en el uso de potencia del hardware, las tarjetas de red inalámbricas que trabajan con 802.11b continúan consumiendo significativas cantidades de potencia, una tarjeta de red típica consume 40 mW en modo sleep y 1540 mW cuando está en idle. En este trabajo se expone como la topología de la red afecta estos modos de operación y su impacto en el consumo de potencia del nodo, además analiza como los cambios constantes de modos de operación afectan el consumo general de potencia de la red.
Figura 1. Esquema de una Red Ad Hoc [1]. Recientemente, el control de potencia en las redes móviles Ad Hoc ha sido el centro de una extensa investigación. Sus principales objetivos son la reducción de la energía total consumida en la entrega de paquetes y/o aumentar el rendimiento de la red mediante el aumento de la reutilización del espacio de canal. En este trabajo, se da una visión de una posible solución a la limitación de potencia por medio del control de la topología y se discuten los factores que influyen en la limitación de potencia de transmisión, incluidos entre la ruta (red) y el control de acceso al medio (MAC). Además se plantean tres escenarios donde se muestra el efecto de la movilidad y de la topología sobre la potencia de transmisión y sobre el consumo de potencia del nodo.
a. Escenarios En el primero se muestra un escenario donde se plantea una topología de nodos homogéneos con mínimas conexiones dentro de un ambiente indoor, sobre este escenario se observan los cambios de modos de operación de los nodos por el efecto de la movilidad que es característica de la red Ad Hoc y se realiza el análisis de potencia que consume cada nodo debido a cada modo de operación. Para el segundo escenario se introduce el efecto que tiene el área de cubrimiento del nodo sobre el desempeño en potencia de transmisión y el efecto de la conectividad en la red. En el tercer escenario se muestra un ambiente más real donde se analiza el efecto del crecimiento de la red sobre la potencia que consumen los nodos, y como el crecimiento afecta la potencia en la transmisión de datos. Por último se usan los datos recogidos para proponer una posible solución al problema de la topología estabilizando la variación de la distancia entre los nodos asignando un nodo principal estático con mayor peso, y se analiza el efecto de esto sobre la potencia consumida por los nodos.
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Maryam Alejandra Castillo Diego Díaz Muñoz
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Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc
… pp. 20 - 35
b. Problema
transmisión y tiene un bajo consumo de poten-
En este articulo se analiza la potencia de transmisión
cia notorio al estado activo. El factor crítico en el
entre los nodos de la red, donde las redes Ad Hoc ac-
consumo general de energía de un dispositivo de
túan en un entorno altamente dinámico y cuyos enla-
802,11 es el tiempo que el dispositivo debe perma-
ces de comunicación inalámbricos requieren un con-
necer en un modo activo para transmitir o recibir
trol de potencia de transmisión en sus nodos; así que
una cierta cantidad de datos Tópicos de ayuda.
es necesario que existan mecanismos en el análisis de acceso, y cambios dinámicos de topologías que hagan
El estándar 802.11b define la capa física y parte de
adecuado el consumo de potencia de operación, ha-
la capa de enlace del modelo OSI. La capa física
ciendo que el rendimiento de estas sea el adecuado.
se encarga de transportar los datos como bits en tanto la capa de enlace define el control de acceso
La movilidad de los nodos, escalabilidad, inestabilidad
al medio. De acuerdo al estándar 802.11b usa una
de la topología, falta de organización preestablecida y
función de coordinación distribuida, basado en
funcionamiento de las comunicaciones inalámbricas
CSMA/CA para evitar las colisiones.
en redes Ad Hoc hacen posible una sobrecarga excesiva reduciendo el desempeño, y que en este tipo de
En este caso, los nodos necesitan que el medio
redes no se puedan utilizar los algoritmos de enca-
este desocupado por un tiempo determinado
minamiento desarrollados para redes fijas. El uso de
después de lo cual el transmisor envía el paquete
los medios cableados tradicionales presenta los pro-
de datos DATA; si la transmisión es correcta el re-
blemas bien conocidos de optimización del ancho de
ceptor a su vez enviará una respuesta indicando
banda, acceso múltiple, control de potencia, capaci-
que recibió el paquete correctamente (ACK). Otra
dad variable de canal y seguridad. A este conjunto de
opción es el mecanismo RTS/CTS (Request to
restricciones se le añade el carácter dinámico de los
send/Clear to send). RTS y CTS son paquetes de
nodos, que genera constantes modificaciones en la to-
señalamiento enviados por el transmisor y el re-
pología de la red.
ceptor antes de los paquetes de DATA y ACK, con el propósito de reservar el medio informando a
Desarrollo a. 802.11b en modo Ad Hoc
los nodos vecinos que una comunicación tendrá lugar. Los paquetes RTS y CTS contienen el NAV, (network allocation vector) para indicar cuanto tiempo demorará la transmisión.
Algunas de las características principales del estándar 802.11b:
El diálogo RTS/CTS, llamado también virtual carrier sensing, se usa para resolver el problema
En el estado activo el nodo consume la potencia máxi-
de terminales ocultos. Este mecanismo funciona
ma y se utiliza para la transmisión y recepción. El es-
muy bien en redes wireless que usan infraestruc-
tado inactivo es cuando el nodo esta dentro del rango
tura. Sin embargo en redes Ad Hoc no es efectivo
de transmisión, pero no transmite ni recibe datos. El
por que en las redes con infraestructura se asume
estado de reposo no permite la recepción de datos o la
que solo existe un rango de transmisión.
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Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc
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coningenio
Figura 4. Diagrama de tramas en el control de acceso al medio [4]. Es un número aleatorio (conjunto de servicios de identificación) SSID: Caracteres alfanuméricos
b. Topología Dinámica La auto-organización es un fenómeno, el comportamiento sencillo de las entidades individuales (nodos). Las redes Ad Hoc se basan en este comportamiento; y por esta razón se constituyen en una tecnología ideal para establecer comunicación en aplicaciones don-
Figura 2. Formato de trama 802.11b [1].
de los usuarios son móviles. En una red Ad Hoc los nodos se comportan de forma autónoma, permitiendo que estos se muevan libremente en cualquier dirección y en cualquier momento de forma independiente respecto de los demás nodos. Un nodo puede establecer un enlace inalámbrico con otro nodo, si este se encuentra dentro de su rango de transmisión. De lo contrario, debe existir una ruta formada por nodos intermediarios que faciliten la transmisión de los datos o la información, en este tipo de redes, la movilidad y la topología es un factor determinante para el diseño de control adecuado en la red. (SeungJong 2007).
Figura 3. Especificaciones del Modelo Físico [3].
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coningenio
Maryam Alejandra Castillo Diego Díaz Muñoz
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Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc
•
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Capa de red: En las redes con cables los esfuerzos se han centrado tradicionalmente en aumentar el throughput de la red y minimizar el retardo. Elegir rutas que requieran niveles de consumo de potencia menor puede perjudicar los parámetros tradicionales que se basaban en escoger la ruta
Figura 5. Entorno IBSS, control de la trama 802.11b [6,7].
con el menor número de saltos. Transmitir con mucha potencia puede disminuir la probabilidad de pérdida de
c. Estrategias para la conservación de la energía
las transmisiones y por lo tanto incre-
Un control de potencia de adaptación en la capa física puede
esto puede provocar un aumento de
ayudar a conservar la batería la vida de los nodos. En la capa
la interferencia, bloquear enlaces, y
de enlace de datos, la conservación de la energía puede ser
por lo tanto puede provocar una dis-
lograda mediante el uso de sistemas de distribución eficaces.
minución de la capacidad de la red,
Para maximizar la vida útil de una red Ad Hoc, los protocolos
por lo que transmitir a baja potencia
de enrutamiento podría introducir períodos de sueño de ma-
no siempre es perjudicial para la red.
nera que los nodos puedan dejar de transmitir y/o recibir por
Desde el punto de vista de la energía,
períodos de tiempo arbitrario sin causar graves consecuen-
las redes ad hoc necesitan protocolos
cias en el funcionamiento de la red. (Krunz 2008)
que maximicen la vida de todos los
mentar el throughput. Sin embargo,
nodos y con ello maximizar el tiempo Se han investigado estrategias para la conservación de la
antes de que la red se subdivida, es de-
energía en los diferentes niveles de los terminales móviles:
cir, se dé el caso en que dos nodos no se puedan comunicar entre sí ya que
•
Capa física. Actualmente se han hecho avances en hard-
los nodos intermedios necesarios para
ware a nivel de circuito en la optimización de la potencia.
establecer la comunicación tengan su
Pantallas y CPUs que consumen poca potencia o algorit-
batería agotada.
mos computacionales eficientes en consumo de potencia son algunos ejemplos. Otros trabajos han ido dirigidos a conseguir mejorar la eficacia en los componentes actuales. •
Capa de enlace: la conservación de la energía puede conseguirse usando esquemas de retransmisión efectivos y operación en modo sleep. La capa de enlace detecta errores en la transmisión y retransmite los paquetes necesarios. En las redes ad hoc, debido a la presencia de movilidad o interferencia de canal, los errores de transmisión pueden ocurrir con bastante frecuencia, lo que lleva a frecuentes peticiones de retransmisión, debido a que dichas peticiones provocan un alto consumo de energía y de interferencia, un nuevo sistema de petición de retransmisiones es necesario.
Figura 6. Topología dinámica [9]. En un entorno móvil, dispositivos portátiles cuentan con limitados recursos energéticos, ya que son alimentados por baterías. Las funcionalidades de potencia de gestión son por tanto muy importante tanto en la in-
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fraestructura de base y en el modo Ad Hoc.
e. Diseño de los escenarios
Obviamente, en el modo Ad Hoc, es decir,
Tres problemas limitantes de potencia de transmisión de
dentro de un IBSS, de ahorro de energía las
datos en redes Ad Hoc, seleccionados según las tramas de
estrategias deben ser totalmente distribui-
paquetes de control son: la conexión y desconexión de los nodos
das en fin de preservar la auto-organización
dentro de la red causan un problema primordial a representar como
de la naturaleza de la IBSS.
limitante de potencia para una red Ad Hoc, donde el protocolo de handshaking requerido para la conexión de los nodos causa
d. Control eficiente de la topología para la potencia
pérdidas de potencia y la desconexión debido al proceso de retrans-
La técnica de control de la topología (Xiang-
La conexión y desconexión de nodos es generada por la to-
Yang Li 2009), es permitir que cada disposi-
pología variable característica de las redes inalámbricas Ad
tivo inalámbrico localmente ajuste su ran-
Hoc, se representan las topologías existentes, la topología
go de transmisión y seleccione algunos ve-
homogénea y la no homogénea (Asimétrica) el cual se inte-
cinos para la comunicación, al tiempo que
gra como problema para establecer la comunicación. Otra
mantiene una estructura que pueda apoyar
característica de las redes Ad Hoc es la entrada de nuevos
la eficiencia energética y mejorar el enru-
nodos a la red, cuando esto ocurre, se modifican las rutas y
tamiento global de rendimiento de la red.
se incrementa el tiempo y el número de “saltos” aumentan-
Al permitir a cada nodo la disminución de
do la potencia de la red.
misión de datos.
su potencia (que es generalmente mucho menor que la máxima de potencia transmisión) suficiente para cubrir los vecinos más lejanos, con la topología de control no sólo puede ahorrar energía y prolongar la vida de la red, si no también puede mejorar el rendimiento de red a través de la mitigación nivel medio de contención MAC. A diferencia del tradicional cable de redes y celulares, los dispositivos móviles están a menudo en movimiento durante la comunicación, que podría cambiar la topología de la red en cierta medida. Por lo tanto, es más difícil de diseñar un algoritmo de control de topología de redes inalámbricas Ad Hoc: la topología debe ser local y auto-adaptable, mantenerse sin que afecte a la totalidad de la red, y el costo de comunicación durante el mantenimiento no debe ser demasiado alto.
Figura 7. Esquema de escenarios a diseñar.
f. Topología dinámica Homogénea Se presenta una topología homogénea, donde los dispositivos de conexión tienen características iguales: rango de transmisión (área de cobertura), la potencia de transmisión, la potencia que cada dispositivo necesita para mantener una comunicación, la fuente de energía externa (baterías), controlador WiFi soportados bajo el estándar 802.11b, nodos bajo continua variación de posición dentro de un área en la cual se pueden enviar y recibir tramas de control del nivel de la MAC, usando el protocolo CSMA/CA y el esquema de 4 vías de handshaking por el señalamiento de paquetes RTCS/CTS, establecen un servicio básico e independiente y cada nodo puede transmitir y recibir tramas de control provenientes de cualquier nodo dentro del área de cobertura.
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h. Escalabilidad Para escalabilidad el escenario es dinámico pero con una distribución de nodos homogénea (es decir una densidad de nodos constante por unidad de área) y se analiza qué ocurre cuando se originan transmisiones desde n nodos hacia n nodos si el tamaño de la red aumenta.
Figura 8. Topología Dinámica Homogénea.
g. Topología dinámica no homogénea Se presenta una topología móvil no homogénea, donde los dispositivos de conexión tienen diferentes rangos de cobertura, esto ocurre ya que una de las características de estas redes es abarcar diferentes dispositivos inalámbricos lo que la hace más interesante a la hora de establecer una red Ad Hoc. Cada dispositivo de red según el diseño del fabricante, la aplicación y lo robusto que sea el hardware, crean un consumo de potencia diferente en los dispositivos, como ejemplo la conexión Ad Hoc entre un celular, un laptop y una palm, para este escenario nos limitamos a los rangos de cobertura y observar el desempeño de la red.
Figura 10. Análisis de Escalabilidad. Cuando existen más comunicaciones y ahí más nodos ingresando a la red, hay un incremento en los envíos de paquetes de control RTS/CTS –DATA/ACK, incrementando el consumo de potencia en la red, se crea un escenario donde se observa lo que ocurre con 20 nodos dentro del entorno de conexión y desconexión, la comunicación y el consumo de potencia en el protocolo handshaking de la red 802.11b en modo Ad Hoc.
Figura 9. Topología Dinámica No Homogénea. Figura 11. Escenario de Escalabilidad.
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i. Escenario para la solución a la limitación de potencia
Resultados
La eficiencia energética y la capacidad de
Se visualizan las tramas del protocolo 802.11b para un en-
la red son quizás dos de las cuestiones más
torno con cuatro posibles nodos comunicándose, obtenien-
importantes en las tecnologías inalámbri-
do los resultados esperados. El problema es la conexión y
cas Ad Hoc. Algoritmos de control de topo-
desconexión por causa de las tramas de control mensajes
logía se han propuesto para mantener la
en el protocolo 802.11b, con esta simulación se logra obser-
conectividad de red al tiempo que reduce
var lo que ocurre con los envíos dependientes del rango de
el consumo de energía y mejora la capaci-
cobertura de cada dispositivo, observando que la topología
dad de la red. La idea clave para el control
dinámica es la causante de las pérdidas de paquetes y los
de topología es que, en lugar de transmi-
constantes envíos de requerimiento entre los nodos de la
tir con la potencia máxima, los nodos de
red incrementando el consumo de potencia en la red, ya que
la red inalámbrica en colaboración con
el cambio de estados del nodo lo ocasiona.
a. Conexión y desconexión
el multisalto determinan su potencia de
Estados en redes Ad Hoc
transmisión y define la topología de la red mediante la formación de la relación adecuada de vecino bajo ciertos criterios. La topología de control afecta a la reutilización de la red del territorio y lucha por el medio. Una serie de algoritmos de control de topología se han propuesto crear un uso eficiente de energía de la red, con una movilidad limitada. (Kaveh Pahlavan 2009). En las redes inalámbricas Ad Hoc, la construcción y el mantenimiento de una topología con grados más bajos de nodo generalmente tiene por objeto mitigar la carga ex-
Figura 13. Prueba de envío de paquetes RTS-(requerimiento de
cesiva de tráfico en los nodos inalámbricos.
un envío). Estados en redes Ad Hoc
El control de topología en las redes Ad Hoc presenta el problema de ajustar la potencia de transmisión en nodos de red para alcanzar la topología óptima que maximiza el funcionamiento de red.
Figura 12. Autoconfiguración de la red (Xiang-Yang Li 2006).
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Figura 14. Prueba de envío de paquetes ACK (Acknowledgement).
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Figura 15. Prueba de un paquete enviado fuera de rango de cobertura.
Topología Homogénea
Topología No Homogénea
Escalabilidad
El consumo de energía no está bien equilibrado en los nodos de la red.
El consumo de energía no está bien equilibrado en los nodos de la red.
Si aumenta el número de hops y el tiempo de respuesta, se incrementa la cantidad de potencia consumida.
Los continuos requerimientos de envío muestra Un proceso de conexión más extenso, esto incrementado la carga en el nodo.
Las tramas de control en los registros de conexión muestran un alto consumo de energía en la red, ya que cada vez que la red sale de su rango de cobertura, tiene que volver a enviar las tramas.
Al aumentar el tamaño de la red el tiempo de transmisión aumenta y el número de éxitos disminuye.
Las tramas de control en los registros de conexión muestra un alto consumo de energía en la red, ya que cada vez que la red sale de su rango de cobertura, tiene que volver a enviar las tramas.
Los continuos requerimientos de envío muestra un proceso de conexión más extenso, esto incrementado la carga en el nodo.
Cuando ocurren hops o múltiples hops, la potencia de transmisión se reparte entre los nodos disminuyendo el consumo individual.
La potencia instantánea es la potencia consumida por la transmisión de datos en diferentes estados del tiempo.
La potencia instantánea es la potencia consumida por la transmisión de datos en diferentes estados del tiempo.
Como el incremento de requerimientos incrementa el consumo de potencia disminuye la taza de éxitos.
Se observa el comportamiento de cada nodo dentro de la red con sus nodos vecinos
Se afecta el establecimiento de la comunicación, causada por diversidad de dispositivos que tienen diferentes rangos
Al aumentar el número de hops disminuye el consumo de potencia.
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b. Resultados de la topología homogénea
Figura 16. Consumo de potencia por nodo en la topología homogénea.
Figura 18. Potencia instantánea para el nodo 1.
c. Resultados de la topología No homogénea
Figura 19. Consumo de potencia instantánea por nodo en la topología No homogénea. Figura 17. Registro de distancias entre los nodos.
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d. Escalabilidad
Figura 22. Prueba del rendimiento de la red para escalabilidad. Figura 20. Registro de distancias entre los nodos.
Figura 23. Prueba del rendimiento de la red en tiempo para escalabilidad. Figura 21. Potencia instantánea para el nodo 1.
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•
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Al reducir las distancias entre nodos se disminuye el problema de conexión y desconexión, por lo tanto se reduce la potencia por las tramas de control y el consumo por nodo es más estable y se reparte mejor el consumo por nodo.
•
Muestra las posibles interacciones entre los nodos es decir la cantidad de requerimientos que deben hacer si desean establecer una ruta.
Figura 24. Prueba de rendimiento de la red con multi-transmisiones.
Figura 26. Estados del nodo en grafos.
Figura 25. Potencia de tramas de control y tramas de datos.
Planteamiento de la solución de potencia •
Al otorgar peso a los nodos hace que la selección de rutas sea más simple, dado que siempre tendrá que buscar el nodo de mayor peso en este caso el nodo estático el que controlaría las rutas en redes Ad Hoc, de esta forma la potencia en este nodo es más estable y al estar más tiempo en un solo estado como conectado (activo), los cambios de potencia son menores lo que permite implementar en las tramas de control de potencia sobre la capa física.
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Figura 27. Rutas de nodos con su coste para el estado1.
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Análisis de potencia en la transmisión de datos sobre topologías dinámicas en redes Ad Hoc
Figura 28. Solución a la limitación de potencia.
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Figura 30. Registro de distancias entre los nodos.
Figura 29. Consumo de potencia instantánea por nodo en la topología No homogénea.
Figura 31. Potencia instantánea para el nodo 1.
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Conclusiones
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Este fenómeno de conexión y desconexión por topología difiere del problema que causa la entrada de nuevos nodos a
La tecnología 802.11b es ideal para imple-
la red donde el efecto sobre la potencia no es la topología si
mentar redes Ad Hoc de salto simple, esto
no la generación de nuevos enlaces que aumentan las tra-
significa que los nodos deben encontrarse
mas de control.
dentro del mismo rango de transmisión para establecer comunicación, esta limita-
Se demostró que el enviar los mensajes de control a máxima
ción genera la necesidad de implementar
potencia, incrementa el consumo de energía y no influye sobre
algoritmos de ruteo en la capa de aplica-
la capacidad de mantener los enlaces de la red.
ción lo que incrementa el consumo del nodo por uso del procesador, y la no exis-
En la simulación de la solución se puede observar como con
tencia de estos algoritmos aumenta el con-
un nodo fijo que reduzca la distancia promedio entre nodos no
sumo por las tramas de control.
solo reduce el consumo de potencia en los mensajes, además brinda a la red enlaces activos durante mayor espacio de tiem-
Se analizó que la vida de la batería no es
po lo que permite reducir los mensajes de control.
solo función de la energía consumida por bit de datos en un modo activo, si no el
Cuando una red Ad Hoc posee gran cantidad de conexiones
tiempo que debe estar en este estado.
activas el consumo de energía de la red y el de cada nodo se ven reducidos esto ocurre debido a que los mensajes toman
Se analizó el comportamiento de las dife-
diversos caminos (Multihop) para llegar a su destino, esto dis-
rentes métricas, concluyendo que depen-
tribuye el consumo de energía entre los nodos activos y las
den de las características de la red. Clara-
conexiones activas reducen los mensajes de control.
mente la técnica comúnmente aplicada, la minimización del número de saltos, no es
En condiciones de trabajo es deseable mantener la red usan-
óptima para redes donde la gestión de la
do una topología con conexión mínima, con el objeto de no
batería de la red es vital para la misma.
incrementar el consumo de los nodos en la transmisión de un solo mensaje, esto se ve cuando al incrementarse el número
Al analizar la escalabilidad en la red, se pue-
de nodos en la red el camino del mensaje aumenta, incre-
de observar la reducción en la cantidad de
mentando la latencia en la transmisión y por ende la energía
mensajes de control, la organización bajo
consumida por los nodos.
nodos por demanda y la eficiencia que esto puede brindar para el encaminamiento.
El problema descrito en el presente proyecto es esencialmente el impacto de la topología sobre la operación del protocolo
En los resultados se puede apreciar como
MAC, como la topología es en la mayoría de los casos impo-
el principal causante del incremento en
sible de controlar la solución apunta a una modificación del
el consumo de potencia es la conexión y
protocolo MAC; debido a que las libertades sobre este aspecto
desconexión de los nodos, causado por la
están limitadas por la norma la opción es adaptar el protoco-
movilidad de estos, fenómeno que influye
lo para que comparta información con las capas superiores e
sobre el tiempo de vida del enlace.
inferiores para adaptarse de forma eficiente al ambiente multisalto de una red ad hoc.
Al analizar las simulaciones de topología homogénea con un nodo fijo, se pudo ob-
En este trabajo se ha puesto en evidencia la necesidad de
servar como el promedio de la distancia
aplicar nuevas técnicas que tengan en cuenta la energía de la
entre nodos disminuía, aumentando la
red, se ha planteado una posible solución (control de topolo-
vida útil de las conexiones.
gía) demostrando que puede ser eficiente.
34 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio En una red Ad Hoc donde el número de
9. M. C. Stefano Basagni, Silvia Giordano,
nodos está aumentando se puede ver
MOBILE AD HOC NETWORKING, 2009.
en la simulación como la transmisión
10. Cisco, “Fundamentos de Redes Ina-
de datos disminuye la potencia por las
lámbricas,” Capítulo 2 IEEE 802.11,
tramas de control, pero aumenta el con-
2007.
sumo por las tramas de datos y a mayor
11. A. Comunications, “Power Consump-
cantidad de nodos la taza de éxitos se
tion and Energy Efficiency Compari-
reduce, lo que indica que el esquema
sons of WLAN Products,” ed, 2004.
Multihop en realidad no contribuye a la
12. C. d. M. Cordeiro, Ad Hoc &Sensor Net-
reducción del consumo de potencia.
works: World Scientific, 2007. 13. R. Hekmat, Ad-hoc Networks: Funda-
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35 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL Eliana Díaz A. * Jorge Alberto Arévalo **
ed011835@ingenieria.sanmartin.edu.co jorge.arevalo@ingenieria.sanmartin.edu.co
Estudiante de décimo semestre de la Fundación Universitaria San Martín Sede Bogotá.
*
Ingeniero de Sistemas de la Corporación Universidad Piloto de Colombia. Estudiante de Maestría en Ciencias de la Información y las Telecomunicaciones en la Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”. Docente investigador del programa de Ingeniería en Telecomunicaciones de la Fundación Universitaria San Martín, en la ciudad de Bogotá.
**
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coningenio Resumen
Eliana Díaz Jorge Arévalo
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Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL
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Gran parte de la seguridad en la transmisión de datos sobre una red esta soportada por el uso de algoritmos de cifrado de datos implementados en la capa de aplicación. La implementación de un cifrador y descifrador con algoritmo FEAL usando VHDL pretende ofrecer una alternativa para poder asegurar los datos en la capa física en un proceso de comunicación. En el presente documento se describen los aspectos que se tuvieron en cuenta en la implementación del cifrador y se presentan los resultados de las pruebas realizadas.
Palabras clave: FEAL, FPGA, VHDL, Máquina de estados.
Encryption and decryption algorithm in VHDL FEAL Abstract
Much of the secure transmission of data over a network is supported by use of data encryption algorithms implemented at the application layer. The implementation of an encoder and decoder with VHDL using FEAL algorithm aims to provide an alternative to secure data on the physical layer in a communication process. This paper describes the aspects that were taken into account in implementing the cipher and presents the results of tests performed.
Key words: FEAL, FPGA, VHDL, State machine.
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Eliana Díaz Jorge Arévalo
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Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL
L
INTRODUCCIÓN
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coningenio
El funcionamiento de una red de FEISTEL se describe a continuación y su estructura se ilustra en la figura 1.
Las redes telemáticas son uno de los grandes avances hechos por el ser humano en el
•
campo de las comunicaciones ya que per-
Dado un mensaje de una longitud N, típicamente 64 bits, 128 bits, etc., se divide en dos bloques de tamaño N/2, A y B.
miten el envío de información de un lugar a otro de manera rápida, sin importar la dis-
•
tancia que separa al emisor del receptor. [1] Un entorno informático seguro no estaría
El bloque A es una de las entradas de la función F, la otra entrada es una sub clave Ki.
•
completo sin la consideración de la tecno-
La función F es una serie de operaciones, lo cual la vuelve una función difícil de modificar.
logía de cifrado. El término cifrado se refiere a la práctica de ocultar la información
•
mediante la codificación, de tal manera
El bloque B es una de las entradas de la función XOR, la otra entrada es la salida de la función F.
que sólo puede ser descifrado, leído y entendido por personas para las que se desti-
•
Se realizan una serie operaciones con la función F y la clave solo con una de mitades del mensaje A o B, en cada
na la información.
iteración se permuta la mitad usada. Este proceso es reEl uso de códigos para proteger la informa-
petido n-veces.
ción se remonta al siglo V antes de Cristo. En ese tiempo la información era protegida realizando sustituciones y transposiciones
•
Finalmente se combinan los bloques A y B para producir el texto cifrado.
de los códigos. Hoy en día los métodos con los que la información es protegida se han
Una red de Feistel es un método general de transformación
vuelto más complejos y seguros. El cifrado
de cualquier función (usualmente llamada función F) dentro
se puede utilizar para proporcionar un alto
de una permutación.
nivel de seguridad a los datos puestos sobre la red de comunicaciones, tales como
Por ejemplo, 4 bits de un bloque de texto plano son tomados
correo electrónico, los archivos almacena-
de dos en dos y son transformados dentro de una permuta-
dos y cualquier otra información que re-
ción; en consecuencia, dos rondas de la red de Feistel es lla-
quiera protección.[2]-[10]
mada un ciclo de cambio en donde cada bit de el bloque de
Algoritmo tipo Feistel
texto ha sido transformado por lo menos una vez. Este mecanismo de transformación de bits de información ha
El inventor de este algoritmo fue Horst
sido utilizado en la mayoría de los nuevos bloques de cifrado
Feistel. Feistel usó este método para su
existentes, un ejemplo de ello lo encontramos en los siguien-
algoritmo LUCIFER, en 1970. En 1974 se
tes algoritmos: FEAL, GOST, Khufu and Kafre, LOKI, CAST-128,
propone a la NSA (Agencia de la Seguridad
Blowfish y RC5. [11]
Nacional). Como resultado nació DES. [11] No todos los algoritmos modernos de clave simétrica se basan en Feistel, pero éste marcó el inicio de los algoritmos simétricos de bloque.
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coningenio
Eliana Díaz Jorge Arévalo
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Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL
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consta de cuatro rondas y una clave de 64 bits. Lamentablemente, se encontraron problemas con FEAL-4 desde el principio. Los diseñadores contrarrestaron los problemas de FEAL-4 duplicando el número de rondas, FEAL-8.
Figura 1. Red de Feistel. [11].
Algoritmo FEAL. Para finales de la década de los 80, se requería un algoritmo de cifrado de alta velocidad de procesamiento, dado que el algoritmo estándar era de bajo rendimiento por unidad de tiempo. Entonces, se inició una investigación que logró dar como resultado un algoritmo de cifrado que puede realizar el procesamiento a alta velocidad, además de cifrar y descifrar, utilizando el mismo algoritmo. Este algoritmo fue nombrado, FEAL (Fast Data Encipherment Algorithm), Algoritmo de cifrado de datos rápido. Fue diseñado por A. Shimizu y S. Miyaguchi, en los laboratorios de investigación Japonés NTT. El algoritmo FEAL, es un algoritmo simétrico en bloque.
Figura 2. Diagrama de bloques del algoritmo FEAL. [13].
Uno de los primeros diseños se denomina FEAL-4, que
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Eliana Díaz Jorge Arévalo
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Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL
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FEAL-8, se concibió como software para microprocesadores de 8 bits en las tarjetas IC (“Tarjetas con chip”), el mérito del inicialmente desarrollado FEAL-8 estaba en que era más rápido que el DES. Además, el algoritmo fue desarrollado en los inicios de la tecnología de cifrado, y ha contribuido en gran medida al adelanto de las posteriores investigaciones criptográficas y criptoanalíticas, incluyendo criptoanálisis diferencial y lineal. En 1990, utilizando FEAL-8 como base, FEAL-N/NX se desarrollaron para mejorar la seguridad siendo N: número de rondas, en el caso de FEAL-N utilizando claves de 64 bits y FEAL-NX utilizando claves de 128 bits. [12], [13] La más reciente versión es FEAL-32X. Este algoritmo es de la familia de algoritmos rápidos de cifrado de datos que hace corresponder bloques de 64 bits de texto claro con bloques de cifrado de 64 bits, mediante una clave secreta de 128-bits de longitud. La estructura del FEAL-32X se ilustra en la figura 2.
Esquema general del algoritmo FEAL FEAL, Algoritmo rápido de cifrado de datos, tiene como entradas para su funcionamiento 64-bits de texto plano y una clave de 128-bits, este algoritmo utiliza el mismo bloque para cifrar y descifrar. Para este diseño se realizan 32 rondas, como se ilustra en la figura 3.
Figura 3. Esquema General del algoritmo FEAL. [13]. El generador de claves de este algoritmo crea 40 subclaves, las cuales son separadas en tres grupos. Para el cifrador las claves desde K0 a K31 alimentan cada una de las rondas en forma ascendente. Las claves K32 a K35 son concatenadas para realizar una operación XOR con el texto plano. Luego de realizar cada una de las rondas las claves K36 a la K39 son concatenadas para realizar una operación XOR con el texto saliente de la última ronda, el resultado de esta operación es el texto cifrado. Para el descifrador las claves desde K0 a K31 alimentan cada una de las rondas en orden descendente. Las claves K36 a K39 son concatenadas para realizar una operación XOR con el texto cifrado. Luego de realizar cada una de las rondas las
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claves K32 a la K35 son concatenadas para realizar una operación XOR con el texto que saliente de la última ronda, el resultado de esta operación es el texto plano.
a. Función F La función f es equivalente a f (α , β). Donde α y β son entradas y se dividen de la siguiente ma-
Figura 4. Máquina de estados para cifrador.
nera (αi y βi son de 8-bits de longitud). S0 y S1 funciones descritas a continuación. [13] S0 y S1 se definen como: S0 (X1, X2) = Rot2 ((X1 + X2) mod 256)
Simulación del cifrador y descifrador FEAL según los vectores de prueba
S1 (X1, X2) = Rot2 ((X1 + X2 + 1) mod 256)
El sistema completo fue descrito usando el lenguaje
Donde X1 y X2 son bloques de 8 bits y Rot2 (T) es
do en Quartus II y sintetizado para la familia de FPGAS
el resultado de un 2-bits izquierda.
estándar para descripción de hardware, VHDL, simula(Field Programmable Gate Array) Altera EP2C20F484C7.
α = (α0,α1,α2,α3) β = (β0,β1) f = (α0,α1,α2,α3), se calculan en secuencia. f1= α1 ⊕ β0 f2= α2 ⊕ β1 f1= f1 ⊕ α0 f2= f2 ⊕ α3 f1= S1 (f1 , f2) f2= S0 (f1 , f2) f0= S0 (α0 , f1) f3= S1 (α3 , f2)
b. Máquina de estados
A continuación se describen los vectores de pruebas sugeridos por Akihiro Shimizu, Shoji Miyaguchi en el documento Fast Data Encipherment Algorithm. [13] Para el cifrador, con los siguientes datos en las entradas: •
X2 = 00 00 00 00 00 00 00 00
•
Key_Block= 0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
•
clk es una señal de reloj con periodo 100ns.
El texto cifrado debe ser:
Para la implementación de este cifrador y descifrador se diseñó una máquina de estados para
•
Y = 9C 9B 54 97 3D F6 85 F8 en Hexadecimal.
controlar la salida de las claves y las rondas del proceso (Cifrar/Descifrar). Esta máquina de estados tiene 32 estados que es igual al número de rondas. Para el cifrador la máquina de estados pasa de un estado a otro de forma ascendente. Para el descifrador pasa de un estado a otro de forma descendente. Figura 5. Bloque cifrador.
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Cifrador y Descifrador con algoritmo FEAL en VHDL
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•
X2: Es el dato que se quiere procesar (Cifrar o Descifrar).
•
Key_Block: Clave usada para la aplicación de cada ronda del FEAL.
Figura 6. Simulación del cifrador. Para el descifrador, con los siguientes datos en las entradas: •
X2 = 9C 9B 54 97 3D F6 85 F8
•
Key_Block =0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
•
clk es una señal de reloj con periodo 100ns.
•
El texto descifrado debe ser:
•
Y = 00 00 00 00 00 00 00 00 en Hexadecimal.
•
Y: Resultado de la aplicación del algoritmo FEAL.
En el FEAL se utiliza la misma clave y el mismo algoritmo para cifrar como para descifrar, lo único que debe hacerse es invertir el orden de aplicación de la sub claves.
Conclusión El diseño de un cifrador y descifrador con algoritmo FEAL para implementación en hardware (FPGA), garantiza que la integridad, autenticidad y privacidad de los datos, se pueda implementar en la capa física de un canal de comunicaciones. Además, el diseño en VHDL permite una fácil implementación. En el caso particular de esta aplicación se usa el software Quartus II, que es
Figura 7. Bloque descifrador.
una herramienta que permite compilar los diseños, realizar análisis temporales, y configurar el dispositivo de destino (FPGA) desde la interfaz de usuario. En los resultados de la simulación de las entidades del algoritmo de cifrado FEAL se hace posible determinar los tiempos de ejecución, concluyendo que es posible cifrar
Figura 8. Simulación del descifrador. En las figuras 6 y 8 se ilustran los resultados de las simulaciones, en estas se pueden ver los siguientes datos: •
Clk: Reloj de la función, se encarga de la sincronización de los procesos durante la ejecución de los procesos (Cifrar/ Descifrar).
y descifrar los datos en un tiempo de 3.2 s, usando una señal de reloj con periodo de 100 ns, para cada bloque de datos procesado. La implementación de la máquina de estados para controlar el número de rondas de cada proceso (cifrar/ descifrar), permitió ahorrar espacio en memoria y aumentó la velocidad, garantizando la integridad y autenticidad de los datos.
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coningenio En la implementación de este cifrador
Implementar un sistema de cifrado en
se corrobora que al utilizar operaciones
bloque, utilizando un mismo bloque
simples (como la XOR), se hace menos
para cifrar y descifrar, y utilizando una
complejo el diseño del sistema de cifra-
misma clave para los dos procesos,
do FEAL. En el análisis de los resultados
permite que la velocidad de procesa-
se pudo apreciar que con la implemen-
miento sea mayor en comparación con
tación del algoritmo FEAL es necesario
los cifradores de flujo, dado que estos
menos procesamiento de hardware, sin
cifran los datos bit a bit, haciendo el
desmejorar su rendimiento.
proceso más lento.
Referencias 1. López Echeverry Ana María, Rojas
8. Labadía Bonastre José Antonio,
Rincón Diego Fernando, Seguridad
Protección de la Información a tra-
en Redes. Diseño e Implementa-
vés del Cifrado, Mafred, 1994.
ción de un Cifrador de Datos por
9. Morales Sandoval Miguel, Notas
Medio de Des Triple, Universidad Tecnológica de Pereira, 2007. 2. De Bustos Pérez José Ángel, Introducción a la Criptografía, HispaLinux, 2001.
Sobre Criptografía, INAOE, 2003. 10. Figueira Carlos, Criptografía y Seguridad de los Datos, 2009. 11. Apuntes de Criptografía III: Algoritmos Simétricos, Red de Feis-
3. Lucena López Manuel José, Cripto-
tel, 2005. http://zooglea.blogspot.
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com/2005/04/apuntes-de-cripto-
res, segunda edición, Kriptopolis,
grafa-iii-algoritmos.html (Navega-
1999. 4. Llull Eduard, Criptografía DES, BULMA, 2003. 5. Death Master, Introducción a la Esteganografía, 2004. 6. José Luís Tábara, Historia de la Criptografía, 2004. 7. Gibrán Granados Paredes, Introducción a la Criptografía, Revista Digital Universitaria, Volumen 7, Número 7, 2006.
da en febrero de 2009) 12. NTT Information Sharing Platform Laboratories, 1999. https://info.isl. ntt.co.jp/crypt/eng/archive/index. html#feal (Navegada en enero de 2009). 13. Akihiro Shimizu, Shoji Miyaguchi, Fast Data Encipherment Algorithm, Copyright, 1998. 14. Volnei A. Pedroni, Circuit Design with VHDL, 2004.
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Proyecto piloto URE: Diagnóstico del sistema eléctrico de la Sede Caldas de la Fundación Universitaria Los Libertadores
Julio César González* Nelson Enrique Vera** Diego Fernando Mosquera***
jucegonza3@hotmail.com nelsonenriquevera@gmail.com ing_dfmp@hotmail.com
M.Sc. en Física. Coordinador de la Línea Institucional de Investigación “Calidad Ambiental y Producción más Limpia” de la Fundación Universitaria Los Libertadores. ** Magíster en Ciencias de la Información y las Telecomunicaciones. Docente, coordinador frl proyecto piloto URE. Grupos GUIAS. Facultad de Ingenierías, Fundación Universitaria Los Libertadores. *** Ingeniero Electrónico de la Fundación Universitaria Los Libertadores. *
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coningenio Resumen
Julio César González … Nelson Enrique Vera Diego Fernando Mosquera
Proyecto piloto URE: Diagnóstico del sistema eléctrico de la Sede Caldas
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La información contenida en este artículo documenta el diagnóstico realizado a la red eléctrica de la Sede Caldas dentro del marco del proyecto piloto URE. Como resultado del diagnóstico se obtuvo la caracterización del sistema eléctrico en cuanto a: Potencia activa, Potencia inductiva, Potencia capacitiva, Factor de potencia, Potencia aparente, Armónicos, THD y Forma de onda. También se identificaron fallas técnicas y culturales y se propusieron planes de intervención que conlleven al uso racional de la energía.
Palabras Clave: Consumo eléctrico, Redes eléctricas, Comportamiento eléctrico, Factor de potencia, Armónicos, Potencia activa, Potencia reactiva inductiva, Potencia reactiva capacitiva, THD, Uso racional de la energía, Medio ambiente.
Pilot Project URE: Diagnosis of the electrical system of the Caldas headquarters at Los Libertadores University Foundation Abstract
The information in this article documents the diagnosis made to the electricity grid Caldas headquarters within the framework of URE pilot project. As a result the diagnosis was obtained characterization of the electrical system in terms of: Active, Inductive power, capacitive power, power factor, power apparent, harmonics, THD and waveform. Also were identified failures technical and cultural and proposed action plans that involve the rational use of energy.
Key Words: Electricity consumption, electricity, electrical behavior, power factor, harmonics, active power, reactive power inductive, capacitive reactive power, THD, Rational Use of Energy, Environment.
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Proyecto piloto URE: Diagnóstico del sistema eléctrico de la Sede Caldas
L
INTRODUCCIÓN
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MARCO CONCEPTUAL EN EL USO RACIONAL DE LA ENERGÍA
La Fundación Universitaria los Libertadores por intermedio de su Departamento de
Uso Racional de la Energía. Cuando se habla de “Uso Racio-
Investigaciones y dentro de la Línea Insti-
nal de la Energía” se quiera dar a entender sobre el “Uso Efi-
tucional ¨Calidad Ambiental y Producción
ciente del recurso”. Esto es directamente proporcional al “No
Más Limpia¨ planteó a la Facultad de In-
desperdicio” del recurso “energía” en todos sus aspectos.
geniería la ejecución de un Proyecto Piloto en Uso Racional de la Energía¨ para ser
Calidad de Energía. La calidad de Energía puede resumirse
desarrollado dentro de la sede Caldas de la
como la combinación de las variaciones en la tensión, co-
Fundación con los propósitos de: Constituir
rriente y frecuencia del sistema eléctrico que afectan adver-
la primera etapa para conformar un grupo
samente al equipo o dispositivo eléctrico y electrónico.
de investigación en el campo de Uso Racional de la Energía, capitalizar la experiencia
Potencia Activa. Es la potencia que representa la capacidad
lograda en el plan piloto para prestar servi-
de un circuito para realizar un proceso de transformación
cios de extensión y formar parte integral del
de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos
Plan de Gestión Ambiental de la Institución.
eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmi-
La primera etapa del proyecto piloto la
ca, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente
constituyó el diagnóstico de condiciones
consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda
eléctricas y de iluminación de la sede Cal-
eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar
P y se mide en va-
das. En éste artículo se presentan los resul-
dicha demanda. Se designa con la letra
tados del diagnóstico de la red eléctrica ha-
tios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el
ciendo énfasis en las falencias detectadas
triángulo de impedancias:
y en las posibles soluciones.
Resultado que indica que la potencia activa es debido a los elementos resistivos. Donde:
P
= Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) V= Diferencia de potencial aplicada al circuito (V) = Valor del factor de potencia o coseno de “fi” (En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a “1”, mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor será siempre menor de “1”).
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Potencia Reactiva. Esta potencia no tiene el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos ya que requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Es por ello que se dice que es una potencia ausente de vatios (no produce vatios). Se mide en Volti-Amperios-Reactivos (VAR) y se designa con la letra Q, así como lo demuestra la siguiente ecuación:
Lo que reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los elementos reactivos.
Su fórmula es:
S=I·V
Donde:
Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)
Donde:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en
I = Intensidad de la corriente que fluye
ampere (A)
por el circuito, en ampere (A)
V = Diferencia de potencial aplicada al circuito (V)
V = Diferencia de potencial aplicada al circuito (V)
= Valor del factor de potencia o seno de “fi” Potencia Aparente. La potencia aparente (también llamada
Factor de Potencia. Se define factor de
compleja) de un circuito eléctrico de corriente alterna es la
potencia, f.d.p., de un circuito de corrien-
suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en
te alterna, como la relación entre la po-
cierto tiempo en forma de calor o trabajo, y la energía uti-
tencia activa
(P), y la potencia aparente
lizada para la formación de los campos eléctricos y magné-
(S), o bien como el coseno del ángulo que
ticos de sus componentes que fluctuará entre estos compo-
forman los factores de la intensidad y el
nentes y la fuente de energía.
voltaje, designándose en este caso como
Esta potencia no es la realmente consumida “útil”, salvo
De acuerdo con el triángulo de potencias
cuando el factor de potencia es la unidad
de la figura 1 resulta:
cos φ, siendo φ el valor de dicho ángulo.
(cos φ=1), y se-
ñala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a “almacenar” bobinas y condensadores. Se la designa con la letra
Sy
se mide en watts (Voltios * Amperios)
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MARCO LEGAL A TENER EN CUENTA EN EL USO RACIONAL DE LA ENERGÍA Estas son las normas a seguir para cumplir con los requerimientos que el tema exige en todo lo que concierne a la parte legal.
NORMATIVIDAD EUROPEA Figura 1. Explicación del Factor de Potencia.
IEC 61000-1 – x General. Provee definiciones, terminología, etc.
El dispositivo utilizado para medir el f.d.p.
IEC 61000-2 – x Ambiente. Define las características del am-
se denomina cosímetro.
biente donde se instalarán los equipos. IEC 61000-3 – x límites de emisión: Dan los límites permisi-
Armónicos. Los armónicos son distorsio-
bles de perturbaciones que pueden ser ocasionadas por los
nes de las ondas senosoidales de tensión
equipos conectados al sistema de potencia.
y/o corriente de los sistemas eléctricos, de-
IEC 61000-4 – x Técnicas de medición y pruebas. Proveen
bido al uso de cargas con impedancia no
directivas detalladas para los equipos de medición y proce-
lineal, a materiales ferromagnéticos, y en
dimientos de prueba para asegurar el cumplimiento con las
general al uso de equipos que necesiten
restantes partes de la norma
realizar conmutaciones en su operación
IEC 61000-5 – x Directivas de mitigación e instalación. Sumi-
normal. La aparición de corrientes y/o ten-
nistra una guía detallada de los equipos, tales como filtros,
siones armónicas en el sistema eléctrico
acondicionadores de energía, mitigadora, supresora de sobre-
crea problemas tales como, el aumento de
tensiones, etc.
pérdidas de potencia activa, sobretensio-
IEC 61000-6 – x Normas genéricas de productos. Definen los
nes en los condensadores, errores de medi-
niveles de inmunidad requeridos para los equipos específicos
ción, mal funcionamiento de protecciones,
o generales.
daño en los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida útil de los
NORMATIVIDAD AMERICANA
equipos, entre otros.
IEEE1250 – 1995: IEEE Guide for Service to Equipment Sensitive to Momentary Voltage Disturbances
Distorsión Total Armónica. Cuando la
(Guía de Servicio para equipos sensibles a alteraciones de
onda de corriente o de tensión medida en
voltaje momentáneo); Describe disturbios momentáneos, su
cualquier punto de un sistema eléctrico
efecto potencial en equipos sensibles y su mitigación, asimis-
se encuentra distorsionada, con relación
mo informa de los limites de distorsión armónica.
a la onda sinusoidal que idealmente debe-
IEEE 1346 -1998: IEEE Recommended Practice for Evaluating
ríamos encontrar, se dice que se trata de
Electric Power System Compatibility with Electronic Process
una onda contaminada con componentes
Equipment (Práctica recomendada para la Evaluación de
armónicas.
Energía Eléctrica de compatibilidad de sistema electrónico con el Equipo de Proceso); Orientada a aquellos sistemas que
Formas De Onda. La forma de onda es la
se encuentran en la etapa de diseño y planeamiento, donde
forma de una señal en el dominio de tiem-
pueden resolverse las incompatibilidades que se presentan.
po. Es una representación visual o gráfica
IEEE 1159-1995: IEEE Recommended Practice for Monitoring
del valor instantáneo de la señal, trazado
Electric Power Quality (Práctica recomendada para la Super-
contra el tiempo.
visión de la Calidad de Energía Eléctrica); Se trata de un re-
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sumen relacionado con el monitoreo de calidad de potencia,
Este modelo dispone de una memoria inter-
incluyendo descripciones detalladas de los fenómenos elec-
na donde se guardan todos los parámetros
tromagnéticos que se presentan en los sistemas de potencia.
deseados, totalmente programables. Ade-
IEEE 519-1992: IEEE Recommended Practices and Requi-
más compuesto por cuatro pinzas para ten-
rements for Harmonic Control in Electrical Power Systems
sión, y tres pinzas flexibles de corriente con
(Prácticas recomendadas y los requisitos para el control de
un programador de rangos de corriente.
armónicos en los sistemas de energía eléctrica); Establece objetivos para el diseño de sistemas eléctricos que incluyen
Las ventajas ofrecidas por este equipo son:
cargas lineales y no lineales. Se describen las formas de onda de corriente y tensión que pueden existir en el sistema, esta-
•
Detecta el exceso de consumo (kW-h).
•
Permite analizar las curvas de carga
bleciendo los valores deseables.
NORMATIVIDAD COLOMBIANA
para ver donde se produce la máxima
CREG 6.2.1.4: Factor de Potencia; El factor de potencia mínimo
demanda de energía.
permisible es el establecido en el artículo 25 de la Resolución CREG 108 de 1997 o posteriores que la modifiquen o sustituyan.
•
Muestra si existe fraude en los contadores de energía.
METODOLOGÍA DEL DIAGNÓSTICO
•
Es ideal para realizar mantenimientos periódicos del estado de la red eléctri-
INSTRUMENTO DE MEDIDA
ca tanto en baja como en media ten-
El equipo utilizado para la captura y medición de datos en
sión, detectar posibles saturaciones
la red eléctrica de la sede Caldas es el analizador de redes
del transformador de potencia, cortes
eléctricas portátil AR5.
de alimentación, y deficiente calidad
de suministro eléctrico entre otros.
PARÁMETROS MEDIDOS •
Potencia activa
•
Potencia inductiva
•
Potencia capacitiva
•
Factor de potencia
•
Potencia aparente
•
Armónicos
•
THD por sus siglas en ingles (Total Har-
Figura 2. Analizador de redes AR5.
Dicho equipo es un analizador portátil de elevadas prestaciones. Diseñado para ser instalado de forma muy sencilla en cualquier instalación y para que su uso sea totalmente adaptable a cualquier tipo de medida requerida.
monic Distortion) (Distorsión Total Armónica) •
Forma de onda
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CIRCUITOS MEDIDOS
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24 horas de cualquier día entre semana como indica la primera categoría. Todos los tiempos de medida son seleccio-
•
Subestación sede Caldas.
•
Alumbrado y tomas de baños (primero
nados con criterio para poder tener un estudio completo del consumo eléctrico en la facultad.
y cuarto piso), y zonas comunes (corre-
Nota: La toma de datos se realizó durante el periodo estu-
dores primero al sexto piso).
diantil, y el único circuito donde solo se midió el consumo de iluminación fue en la sala de profesores en los demás fueron
•
Alumbrado y tomas de salones desde el cuarto al sexto piso torre B.
•
medidos tanto iluminación como tomas eléctricas.
RESULTADOS
Alumbrado y tomas de salones desde el tercero al sexto piso torre A.
A continuación se presentan los resultados obtenidos para la medida realizada a toda la sede Caldas en el lapso de una semana.
•
Alumbrado y tomas de salones del tercer piso torre B, y alumbrado archivo.
•
Alumbrado sala de profesores “Agustín Codazzi”.
Nota: El circuito de la sala de profesores
MEDIDA No. 1 CIRCUITO MEDIDO
PARÁMETROS MEDIDOS
Toda la sede 19/08/09 a las 00:00 26/08/09 a las 00:00 PA, PRC, PRL, FP, A, THD, FO
TASA DE MUESTREO
20 minutos
TIEMPO DE MEDIDA
“Agustín Codazzi” no es alimentado por la subestación de la sede Caldas.
TIEMPOS DE MEDIDA Los tiempos de medida elegidos para la toma de datos se dividen en tres categorías. La primera se basa en la toma de datos del consumo total en la facultad de ingenierías durante 24 horas de un día entre semana. La segunda es la toma de datos del consumo total en la facultad de ingenierías durante 24 horas del día sábado. Y la tercera es la toma de datos del consumo total en la facultad de ingenierías durante los siete días de la semana. Además se hace la toma de datos de cada circuito independiente en la sede Caldas, más el consumo del circuito de iluminación en la sala de profesores “Agustín Codazzi”, durante
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Figura 3. Potencia Activa, Reactiva capacitiva y Reactiva inductiva consumida en la Facultad de Ingenierías (19 – 26 de Agosto).
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Figura 4. Factor de Potencia de la red eléctrica en la Facultad de Ingenierías (19 – 26 de Agosto).
Figura 5. Armónicos de la red eléctrica en la Facultad de Ingenierías (19 – 26 de Agosto).
Figura 6. Distorsión Total Armónica de la red eléctrica en la Facultad de Ingenierías (19 – 26 de Agosto).
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Figura 7. Forma de Onda de la red eléctrica en la Facultad de Ingenierías (19 – 26 Agosto).
ANÁLISIS DE RESULTADOS
•
alrededor de las 11 AM (60 KW).
PERFIL DE CARGA •
En el consumo total de los días entre
En el consumo total de los días sábados se nota un pico
•
En el consumo total se encuentra que los días domingos
semana se nota dos picos importantes,
tiene una demanda muy regular (12 KW aprox.) Se loca-
uno en la mañana alrededor de las 10
liza un exceso de consumo considerando que en este pe-
AM (45 KW aprox.) y uno en la noche
riodo de tiempo la sede solo se encuentra ocupada por el
alrededor de las 7 PM (58 KW aprox.)
personal de seguridad y los equipos de cómputo u otros que se requieren tener encendidos los días festivos son
•
En el consumo total de los días entre
muy pocos.
semana se nota un consumo mínimo en el rango de 11 PM a 6 AM (13 KW
•
Analizando los circuitos por separado se encuentra que
aprox.). Se localiza un exceso de con-
en su gran mayoría los excesos de consumo en los perio-
sumo, considerando que en este perio-
dos mencionados anteriormente se debe al alumbrado de
do de tiempo la sede solo se encuentra
zonas comunes y a equipos de cómputo que permanecen
ocupada por el personal de seguridad
encendidos a pesar de que son periodos no laborables.
y los equipos de computo u otros que se requieren tener encendidos 24 ho-
FACTOR DE POTENCIA
ras son muy pocos.
•
En las medidas globales se puede observar que la potencia reactiva se encuentra descompensada, ya que la
•
En el consumo total de los días entre
potencia inductiva presenta valores demasiado altos con
semana se nota un valle en el periodo
respecto a la capacitiva que es casi nula.
de 12:30 M a 4:30 PM (32 KW aprox.). Se nota un exceso de consumo considerando que en este periodo de tiempo la ocupación de estudiantes, funcionarios y docentes es mínima.
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•
En las medidas globales se encontraron picos mínimos de factor de potencia de 0.85.
coningenio •
En las medidas globales se puede
•
Diseñar e implementar un sistema
observar que los valores de factor
de control automático de ilumina-
de potencia más bajos se encuen-
ción por horarios y presencia.
tran en las horas de la noche debido a las luminarias.
•
Diseñar e implementar un sistema de corrección de factor de potencia.
•
Se puede observar que en la mayoría de circuitos (más en los de ilu-
•
Reemplazar cargas que generan
minación) se encuentran valores
una disminución del factor de po-
por debajo de 0.9 que es lo estipu-
tencia tales como: Bombillas fluo-
lado en el artículo 25 de la Resolu-
rescente, Monitores de TRC.
ción CREG 047 de 2004 PARÁGRAFO 1º. Por lo cual la universidad se
Diseñar e implementar un siste-
expone a una amonestación por
ma de filtrado para la disminu-
parte de Codensa.
ción del THD.
ARMÓNICOS •
•
REFERENCIAS
La distorsión total armónica alcanza valores para la corriente de 40%
1. UPME,
Universidad
Nacional.
y para el voltaje de 3,5%, los cuales
Alumbrado Interior de edificacio-
son superiores a lo estipulado en
nes residenciales. Guía didáctica
la recomendación IEEE 519-1992.
para el buen uso de la energía. ISBN: 978-958-98138-9-8. Bogotá
•
Los armónicos con mayor potencia son: el armónico 3 y el 5.
2007. 2. RETIE Resolución No. 18 1294. Ministerio de Minas y Energía. Bogotá
•
La mayor distorsión armónica se
2008
hace presente en los periodos de
3. Manual de usuario del Analizador
tiempo donde las cargas de ilumi-
de redes AR5. CIRCUTOR. España.
nación son mayoría.
2008 4. IEEE 519-1992: IEEE Recommen-
RECOMENDACIONES
ded Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems. 2007
•
Realizar una campaña de concientización del apagado de equipos de
5. CREG. Artículo 25 de la Resolución CREG 108 de 1997
cómputo en las horas no laborables.
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ISSN 1909-9142
Desarrollo de una herramienta académica para el aprendizaje de algoritmos genéticos en el entorno de matlab, aplicada a telecomunicaciones Mónica Rocío Reyes Abril * Carlos Andrés Pardo Rodríguez**
monika-190@hotmail.com carlosan_1@hotmail.com
Ingeniera Electrónica y de Telecomunicaciones de la Fundación Universitaria San Martín. Ingeniero Electrónico y de Telecomunicaciones de la Fundación Universitaria San Martín.
*
**
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio Resumen
Mónica Rocío Reyes Carlos Andrés Pardo
…
Desarrollo de una herramienta académica para el aprendizaje de algoritmos genéticos
… p. 54 - 67
Este artículo es un tutorial sobre el uso de algoritmos genéticos para encontrar el patrón de radiación deseado de una antena y una señal con una potencia específica. El algoritmo genético es una técnica utilizada para la solución de problemas de búsqueda y optimización, basada en el planteamiento que hizo Charles Darwin sobre la supervivencia de los más fuertes por medio de la selección natural, es decir se inspira en la evolución biológica. Después de brindar una explicación detallada de cómo un algoritmo genético trabaja, el artículo presenta dos ejemplos que demuestran el funcionamiento básico del algoritmo genético. Los programas se desarrollaron en Matlab.
Palabras Clave: Algoritmo, Algoritmos genéticos, Patrón de radiación, Optimización, Selección natural.
Development of an academic tool for genetic algorithms learning in the matlab environment, applied to telecommunications Abstract
This paper is a tutorial about the using of genetic algorithms to find the desired radiation pattern of an antenna and a signal with a specific power. The genetic algorithms are a technique used to solve optimization and search problems, based on the approach that made Charles Darwin about the survival of the fittest through natural selection, that is inspired by biological evolution. After providing a detailed explanation of how a genetic algorithm works, this paper presents two examples that demonstrate the basic operation of genetic algorithm. Programs were developed in the MATLAB environment.
Key Words: Algorithm, genetic Algorithms, radiation pattern, Optimization, natural selection.
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Mónica Rocío Reyes Carlos Andrés Pardo
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Desarrollo de una herramienta académica para el aprendizaje de algoritmos genéticos
INTRODUCCIÓN
E
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coningenio
cargada de elegir a los individuos más aptos, realizándoles modificaciones y mutaciones con el fin de ser transmitidos a
En la búsqueda de diferentes métodos efi-
otras generaciones. Estos algoritmos realizan un proceso con-
cientes de optimización, es importante te-
tinuo el cual repite ciclos de evolución controlados siempre
ner numerosas ideas de soluciones y reali-
por los criterios de parada definidos.
zar combinaciones entre ellas con el fin de que éstas puedan representar una mejor solución que las encontradas inicialmen-
ELEMENTOS DE UN ALGORITMO GENÉTICO
te. Es por esto que los algoritmos genéticos nacen como una alternativa importante,
Los elementos básicos de un algoritmo genético son los
que ha tomado fuerza debido a la eficacia
siguientes:
en sus métodos. En particular, este artículo muestra dos aplicaciones desarrolladas a
Población
partir del uso de los algoritmos genéticos.
Conjunto de individuos que representan todas las posibles
En la primera se aborda el tema de las se-
soluciones a un problema dado, éstos forman una cadena de
ñales generadas por medio de Fourier y en
bits que se evalúan después de la decodificación a números
la segunda se reportan los resultados de
reales o enteros, representando las variables existentes de un
búsqueda por medio de un método esto-
problema. A partir del proceso de selección natural que se
cástico, para encontrar la ganancia direc-
aplica sobre la población inicial y el uso de operadores gené-
tiva deseada de una antena.
ticos como el cruce y la selección, se originan los descendien-
ALGORITMOS GENÉTICOS
tes de una nueva generación.
Gen
El algoritmo genético es una técnica utili-
Es la unidad funcional de la herencia, que tiene la capacidad
zada para la solución de problemas de bús-
de almacenar información capaz de soportar mutación, repli-
queda y optimización, basada en el plan-
cación y expresión.
teamiento que hizo Charles Darwin sobre la supervivencia de los más fuertes por
Cromosoma
medio de la selección natural, es decir se
El material genético se encuentra empaquetado en unidades
inspira en la evolución biológica. Este mé-
discretas llamados cromosomas. Estos son los portadores de
todo algorítmico imita precisamente este
la mayor parte de este material y condicionan la organiza-
proceso creando soluciones para proble-
ción de la vida y los caracteres heredados por cada especie.
mas actuales, evolucionando estas solu-
En los algoritmos genéticos es un individuo o elemento de
ciones con el fin de ir encontrando los va-
una población quién representa una posible solución al pro-
lores óptimos necesarios para el problema.
blema planteado.
El algoritmo parte de la creación dentro
Función Fitness o de aptitud
de la máquina de una población de indi-
Se considera una expresión matemática encargada de eva-
viduos representados por cromosomas, los
luar la aptitud o calidad de los individuos que conforman una
cuales pasan por un proceso de simulación
población. A la hora en que una función Fitness se define,
llamado evolución, esta evolución comien-
ésta debe retornar los valores más altos de los individuos que
za desde una población aleatoria. En cada
más se aproximan a la solución óptima.
generación la selección natural será la en-
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Selección
antenas con muy buenas características
Escoge cromosomas dentro de la población con el fin de que
de directividad, es decir muy altas ganan-
se reproduzcan. Durante el proceso evaluativo, el gen es de-
cias, para alcanzar las demandas actuales
codificado convirtiéndose en un conjunto de parámetros deri-
de comunicación a larga distancia que han
vados del problema, los cuales proporcionarán la solución al
surgido con el desarrollo de las tecnologías
mismo. La solución óptima está dada por la puntuación que
de la información.
tendrán éstos parámetros. A esta puntuación se le denomina fitness. El fitness entonces será el encargado de escoger los
La ampliación de las dimensiones de una
cromosomas que se van a reproducir, quienes conformarán
antena aislada conduce frecuentemente a
la población de la siguiente generación. Después de haberse
una mejor directividad. Sin embargo, exis-
evaluado el fitness la nueva población creada deberá tener en
te otra manera para ampliar las dimensio-
cuenta que sean transmitidos los mejores rasgos.
nes de la antena sin necesariamente incre-
Cruce
mentar el tamaño de los elementos individuales, y consiste en establecer un grupo
Elige un lugar e intercambia las secuencias que se encuen-
de elementos radiantes en una configura-
tran antes y después de la posición ubicada en el medio de
ción eléctrica y geométrica determinada.
dos cromosomas, a fin de que se produzca una descendencia.
Esta nueva antena, formada por múltiples
Los miembros escogidos son seleccionados aleatoriamente,
elementos se conoce como arreglo.
por lo que sin importar pueden formarse parejas de descendientes de los mismos padres. Este hecho garantiza que un
Los arreglos de antenas, localizadas en una
individuo con una excelente puntuación permanezca siem-
posición específica en donde se excitan
pre constante en la población.
adecuadamente, son una alternativa im-
Mutación
portante para generar patrones de radiación con las características deseadas; por
Causa variaciones aleatorias en un cromosoma, las cuales
ejemplo la ubicación de los nulos, el ancho
contribuyen a la diversidad genética de la especie. Estas va-
de haz, entre otros.
riaciones son poco probables de ocurrir, es decir tienen una frecuencia diminuta, a esta frecuencia se le denomina fre-
Los arreglos lineales de antenas se caracte-
cuencia de mutación. Una vez se establezca esta frecuen-
rizan porque sus elementos se encuentran
cia se examinan los bits de las diferentes cadenas sólo en el
ubicados a lo largo de una línea recta, con
momento en que se produzca un nuevo descendiente, si el
una separación uniforme o no uniforme.
número generado al azar está por debajo de esa frecuencia,
La figura 1 ilustra la disposición física de
inmediatamente el bit será cambiado, de lo contrario el bit
un arreglo lineal de antenas.
seguirá igual. Un algoritmo genético utiliza estas operaciones con el fin de encontrar la solución más apta.
ARREGLOS LINEALES DE ANTENAS Generalmente el patrón de radiación de un elemento aislado tiene un ancho de haz relativamente grande, y cada elemento individual provee niveles muy bajos de directividad (ganancia). Existen algunas aplicaciones donde es necesario diseñar
Figura 1. Disposición física de un arreglo lineal de antenas.
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Los arreglos son clasificados según la ubicación de sus ele-
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DIRECTIVIDAD
mentos y las características de las señales de excitación.
PATRÓN DE RADIACIÓN DE UN DIPOLO
El patrón de radiación de un dipolo se vuelve más direccional a medida que aumenta su longitud. Cuando la longitud total es mayor que la longitud de onda, el número
El dipolo consiste en dos alambres que se encuentran aco-
de lóbulos aumenta y la antena pierde sus
modados linealmente y separados por un espacio en el cual
propiedades direccionales. La directividad
se aplica la excitación. Idealmente el diámetro del alambre
está definida matemáticamente por la Ec4.
y la separación entre éstos debe ser de cero, de modo que se va formando un alambre filamental continuo. En la región de campo lejano, el campo eléctrico producido por un dipolo con una distribución de corriente filamental de forma senoidal está dado por la Ec1. (Ec 4)
SERIE TRIGONOMÉTRICA DE FOURIER (Ec 1)
FACTOR DE ARREGLO DE ARREGLOS CON FASE PROGRESIVA
Una gran cantidad de señales periódicas representadas como f(t), las cuales poseen un periodo definido T, se pueden expresar mediante la Serie Trigonométrica de
Dentro de los arreglos lineales con separación uniforme, exis-
Fourier. La Ec5 muestra la estructura gene-
ten desarrollos en los cuales se maneja la amplitud unifor-
ral de esta serie.
me y la fase progresiva. El factor de arreglo normalizado para arreglos con amplitud uniforme y fase progresiva está dado por la Ec2.
(Ec 5) (Ec 2) En donde de Donde Ψ = kd cosθ +β, d es la distancia entre los elementos y β es la fase progresiva. Es posible demostrar que la Ec2 se puede
Esta serie se puede representar mediante
escribir como la Ec 3.
la sumatoria representada en la Ec 6.
(Ec 6) (Ec 3)
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La Serie de Fourier, se puede representar de una forma simi-
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Para esto, podemos expresar el
lar, operando el término se escribe como lo muestra la Ec7. primer término como
.
Finalmente, la serie de Fourier se puede (Ec 7)
definir como lo muestra la Ec10.
Para comprender de manera simple como la compactación de los coeficientes de esta ecuación, se debe tomar como base la representación de un triángulo rectángulo. La figura 2 ilustra la compactación de los coeficientes de serie mediante la
(Ec 10)
utilización de un triángulo rectángulo utilizando la relación que se demuestra en la Ec8.
En donde
COMPONENTES Y ARMÓNICAS Una función periódica, denotada mediante la expresión f(t), se puede representar como la suma de varios componentes sinusoidales de diferentes frecuencias ωn= nω0. Figura 2. Compactación de los coeficientes de una serie relacionado mediante un triángulo rectángulo.
En base a esto, se definen todos los términos que involucra la representación de la Serie Trigonométrica de Fourier. Componente sinusoidal de frecuencia nω0 = CnCos( nω0 t + qn ), denominada la
enésima armónica de la señal f(t). Primera armónica (n=1), denominada componente
(Ec 8) La Ec9 muestra el reemplazo de las nuevas variables.
fundamental. Frecuencia W0 = pf0 =>
, denomi-
nada frecuencia angular fundamental. Componente de frecuencia cero (C0), llamada componente de corriente directa (cd) y correspondiente al valor promedio de f(t) en cada periodo.
(Ec 9)
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Coeficientes Cn y los ángulos qn son respectivamente las amplitudes y los ángulos de fase de cada una de las armónicas. (Ec 13)
ORTOGONALIDAD DE SENOS Y COSENOS
2) Este mismo proceso lo debemos hacer Los conjuntos de funciones fk(t) son ortogonales en el intervalo a<t<b si dos funciones cualesquiera fm(t), fn(t) de dicho
multiplicando por Sen(nω0 t) e integrando
conjunto cumplen la Ec11 el siguiente es un conjunto de una infinidad de funciones ortogonales en el intervalo -T/2<t< T/2.
, como se muestra en la Ec14.
(Ec 14) (Ec 11)
3) Finalmente, debemos integrar la
Es decir que para cualquier valor de , representado
función entre en la Ec15. , se obtiene:
(Ec 15)
CÁLCULO DE LOS COEFICIENTES DE LA SERIE
Se debe tener en cuenta que el intervalo de integración no necesita ser simétrico
Para el cálculo de los coeficientes de la Serie, de una fun-
respecto al origen.
ción periódica, representada mediante la f(t) que se muestra en la Ec12, primero se deben calcular los coeficientes
Gracias a que la ortogonalidad de las fun-
0,a1,a2,...,b1,b2,...
ciones seno y coseno no sólo se da en el intervalo de
, sino en cual-
quier intervalo que cubra un periodo (Ec 12)
completo, se puede realizar el cálculo en cualquier otro intervalo que cumpla este
Para realizar esto, se debe considerar la ortogonalidad que poseen las funciones seno y coseno: 1) Multiplicando ambos miembros por Cos (nω0 t) y realizando
requisito.
GENERADOR DE SEÑALES A continuación se presenta el desarrollo
la integral entre los intervalos Ec13.
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, se obtiene la
de la implementación de un generador de señales con base en algoritmos genéticos
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en el entorno de Matlab. La figura 2 ilus-
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•
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En la representación de los módulos se grafica la magnitud
tra los pasos básicos para la realización
de las señales. Para demostrar cómo se representan éstos
de esta aplicación.
módulos se van a graficar solamente para las dos primeras señales que conforman la población inicial.
Generar la población inicial
•
Al igual que la representación de los módulos las fases van
Las señales aleatorias que conforman
a ser graficadas sólo para las dos primeras señales que con-
la población inicial se implementaron
forman la población inicial.
mediante las series de Fourier. Esta población consta de 20 señales generadas
•
La señal se reconstruye teniendo en cuenta la magnitud y la
mediante una serie de pasos que van
fase de cada señal. Se realiza una sumatoria de cada uno de
a ser descritos a continuación. La figu-
los deltas de la magnitud y de la fase.
ra 3 muestra el proceso realizado para generar la población inicial. El número
•
Los pasos descritos anteriormente se realizan 20 veces, con
de términos de la serie definido fue 12,
el fin de representar las 20 señales aleatorias que confor-
es decir que la cantidad de deltas ge-
man la población inicial. Estas señales generadas simulan a
nerados que van a ser representados en
los padres, quienes conforman la primera generación.
las gráficas tanto de magnitud como de fase van a ser 12.
•
La figura 3 ilustra tan sólo una señal de las 20 que conforman la población inicial generadas aleatoriamente, con su
•
Los coeficientes de la serie son ex-
respectiva gráfica de magnitud y fase.
presiones algebraicas, que van en función de la cantidad de términos definidos. Estos coeficientes son generados aleatoriamente. •
La frecuencia definida para las funciones a ser representadas fue de 4 KHz.
•
El número de periodos a representar definido fue de 1.
•
El cálculo de los módulos se hizo mediante la Ec16. Y el cálculo de la fase mediante la Ec17.
(Ec 16)
Figura 3. Representación del módulo y la fase de una señal. (Ec 17)
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Operador de cruce
Cuando se realiza el intercambio de la magnitud y de la fase
El criterio de cruce seleccionado se ilustra
de dos señales, se procede a reconstruir la señal con las nue-
en la figura 4.
vas magnitudes y fases resultantes. Esta señal tendrá entonces una mitad con la información de la primera señal y la otra mitad con la información de la segunda señal. La figura 5 ilustra el cruce entre la señal Padre s2 y la señal padre s19.
Figura 4. Representación gráfica del criterio de cruce seleccionado para el generador de señales. El cruce como lo ilustra la figura 4, intercambia información entre la magnitud y la fase de dos señales. La selección de las dos señales que van a ser cruzadas se hace de manera aleatoria, es decir que el cruzamiento puede realizarse entre cualquiera
Figura 5. Ejemplo del cruce entre dos señales.
de las 20 señales que conforman la pobla-
Operador de mutación
ción inicial. La cantidad de señales que
El operador de mutación va a ser ejecutado en las 20 señales
resultaran de los cruces van a ser 20. Este
resultantes del cruce. La mutación consiste en realizarle cier-
número fue definido de esta forma, con el
ta o ciertas modificaciones en alguna parte a las señales de la
fin de que la segunda generación fuera del
segunda generación.
mismo tamaño que la primera generación. El criterio de mutación seleccionado consiste en agregarle un La tabla 1 muestra cómo se seleccionan las
valor de 6 al delta de la magnitud y de la fase que están en
señales que van a realizar el cruce.
una posición ya definida. Esta posición se definió en 6.
q Va desde la señal 1 hasta la señal 20
r Toma valores aleatorios entre 1 y 20
[Mag. Señal1] [Fase Señal1]
[Mag. Señal5] [Fase Señal5]
La tabla 2 explica con un ejemplo como es el proceso de muCruce
[Mag. Señal1Mag. Señal5] [Fase Señal1Fase Señal 5]
tación en una señal.
SEÑAL
SEÑAL MUTADA
Magnitud= [5 1 7 2 4 5 8 9] Fase = [4 3 7 5 1 2 9 1]
Magnitud= [5 1 7 2 4 11 8 9] Fase =[4 3 7 5 1 8 9 1]
Tabla 1. Selección de la señales que van a realizar el operador de cruce.
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Tabla 2. Proceso de mutación en una señal.
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Cuando la mutación de la magnitud y de la fase de las 20 señales está hecha se procede a reconstruir las señales con las nuevas magnitudes y fases resultantes. Estas señales tendrán entonces un cambio en la posición 6 tanto de la magnitud como de la fase. La figura 6 ilustra la mutación realizada a la señal 10.
Figura 7. Señales seleccionadas que cumplen el criterio de selección definido. Gracias a la buena definición de los operadores genéticos (cruce, mutación y selección), se encontraron las 3 señales que cumplían con el criterio que previamente Figura 6. Gráfica de la mutación realizada a una señal.
se había definido.
Operador de selección
ANTENA
El criterio de selección utilizado se basa en la potencia de las señales. Por consiguiente, en primer lugar se calcula la poten-
Diseño de una antena tipo panel a partir
cia de las 20 señales mutadas.
del uso de algoritmos genéticos. La figura 8 ilustra los pasos básicos para la realiza-
Este criterio que se definió previamente, consiste en seleccionar
ción de esta aplicación. El objetivo del pro-
las señales que tengan una potencia entre los 25 dB y 26 dB.
grama es encontrar un patrón de radiación que tenga una ganancia promedio entre
Si se encontró la señal que se desea con esta potencia, el algoritmo llegará a su fin; pero por el contrario si no se encontró
los 26 y 27 dB.
la señal requerida, el algoritmo volverá a realizar los mismos
Generar población inicial
pasos ya descritos desde el punto de cruce, es decir volverá a
Los patrones de radiación de las antenas
cruzar las 20 señales padres, para obtener una nueva genera-
generados de manera aleatoria que confor-
ción; aplicará a éstas el criterio de mutación y de selección,
man la población inicial se implementaron
y si se obtiene la señal requerida con la potencia deseada,
mediante la Ec18. Esta población consta de
llegará a su fin, pero si no se tiene hará de nuevo el mismo
8 patrones de radiación.
proceso, hasta que el requerimiento del programa se cumpla. La figura 7 muestra 3 señales que cumplen el criterio de selección definido.
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Operador de cruce El criterio de cruce seleccionado consiste en intercambiar información entre dos patrones de radiación que son seleccionados aleatoriamente, es decir que el cruzamiento puede realizarse entre cualquiera de los 8 patrones de radiación que (Ec 18)
conforman la población inicial. La cantidad de patrones de radiación que resultaran de los cruces van a ser 8. Este nú-
Donde:
• •
FA: Factor de arreglo; n: Número de elementos del arreglo, definido en 4 elementos.
mero fue definido así, con el fin de que la segunda generación fuera del mismo tamaño que la primera generación. La figura 9 ilustra el criterio elegido.
• •
d: Distancia entre los elementos. Esta distancia está entre
•
Ө: Dirección del arreglo definido
•
β: Fase del arreglo. Esta fase está
en 90. entre 0 y 180.
Figura 9. Representación gráfica del criterio de cruce seleccionado para las antenas.
Para generar los patrones de radiación aleatoriamente, se asigna la función ran-
La información intercambiada entre los patrones de radia-
dom de Matlab a las variables d y β, y se
ción es el ángulo de fase y la distancia entre los elementos.
grafican con la función polar. La tabla 3 muestra con un ejemplo el criterio de cruce selecSe ilustran tan sólo dos patrones de ra-
cionado.
diación de los 8 que conforman la población inicial.
x Va desde el patrón de radiación 1 hasta el 8
y Toma valores aleatorios entre el patrón de radiación 1 al 8
Patrón de radiación después del cruce
Antena1: d1= 0.6 β1= 100
Antena 5: d5 = 0.5 β5 = 120
Cruce: d1 = 0.6 β5=120
Tabla 3. Criterio de cruce seleccionado. Figura 8. Patrones de radiación de dos antenas padres.
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Cuando se realiza el intercambio de la fase y la distancia entre los patrones de radiación de las antenas, se procede a dibujar el nuevo patrón de radiación con las nuevas distancias y fases resultantes. Este patrón de radiación tendrá entonces
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PATRÓN DE RADIACIÓN
PATRÓN DE RADIACIÓN MUTADO
D1= 0.57
D1 = 0.57+0.2 = 0.72
la distancia de la antena1 y la fase de la antena2. La figura 10 ilustra el cruce realizado entre la Antena Padre 1 con la Antena Padre 7. El patrón resultante de este cruce tiene
Tabla 4. Proceso de mutación en un patrón de radiación.
la misma distancia que la de la Antena Padre 1 pero con la
Cuando la mutación de la distancia entre
fase de la Antena Padre 7.
los elementos del arreglo de los 8 patrones de radiación está hecha se procede a graficar los patrones de radiación con las nuevas distancias resultantes. La figura 11 ilustra la mutación realizada al patrón de radiación del cruce 20. Este cruce resulta del intercambio de información entre la Antena Padre 3 y la Antena Padre 4.
Figura 11. Proceso por el cual atraviesa una antena tratada con algoritmos genéticos. (Cruce entre padres y mutación).
Selección Figura 10. Representación de dos antenas padres
El criterio de selección utilizado se
y su respectivo cruce.
basa en la ganancia de los patrones de
Operador de mutación
radiación. Por consiguiente, en primer lugar se calcula la ganancia de los 8
El operador de mutación va a ser ejecutado en los 8 patrones
patrones de radiación mutados. Este
de radiación resultantes del cruce. La mutación consiste en
criterio que se definió previamente,
realizarles cierta o ciertas modificaciones en algún paráme-
consiste en seleccionar los patrones
tro a los patrones de radiación de la segunda generación.
de radiación que tengan una ganancia promedio entre los 26 y 27 dB.
El criterio de mutación elegido, consiste en agregarle un valor de 0.2 a la distancia entre los elementos del arreglo.
Si se encontraron los tres patrones de radiación que se desean con esta ganancia,
La tabla 4 explica con un ejemplo como es el proceso de mu-
el algoritmo llegará a su fin; pero por el
tación en un patrón de radiación.
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contrario si no se encontraron los patrones de radiación requeridos o se encontraron menos de los que se desean o sea de 3, el algoritmo volverá a realizar los mismos pasos ya descritos desde el punto de cruce, es decir volverá a cruzar los 8 patrones de radiación padres, para obtener una nueva generación; aplicará a éstos el criterio de mutación y de selección, y si se obtiene el número de patrones de radiación requeridos con la ganancia deseada, llegará a su fin, pero si no se tiene hará de nuevo el mismo proceso, hasta que el requerimiento del programa se cumpla. La figura 12 ilustra el patrón de radiación que cumple el criterio de selección definido.
Figura 12. Patrón de radiación de la antena seleccionada. Gracias a la buena definición de los operadores genéticos (cruce, mutación y selección), se encontraron los 3 patrones de radiación que cumplían con el criterio que previamente se había definido. Para encontrar información más detallada respecto al desarrollo planteado y realizar la descarga de los archivos de este proyecto, puede ingresar al sitio web: www.tutorialalgoritmosgeneticos.co.cc
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coningenio REFERENCIAS 1. ANNICCHIARICO, W. (1996). Algoritmos de optimización estructural basados en simulación genética (Illustrated, CDCH UCV ed.). 2. BALANIS, C. A. (2005). Antenna Theory, Analysis and Design (Tercera ed.): Wiley-Interscience. 3. BUTZ, M. V. (2002). Anticipatory Learning Classifier Systems (Vol. 1 Edición). 4. ETIENNE, J. (2001). Bioquímica genética, biología molecular.
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67 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
Teoría de los motores recíprocos y desempeño Francisco Javier González Cruz*
fjgonzalezc@libertadores.edu.co
Ingeniero Mecánico (Universidad Incca de Colombia), Instructor en Especialidades Aeronáuticas (Escuela Aeronáutica de Colombia). Jefe Área Diseño y Mantenimiento Aeronáutico (Fundación Universitaria Los Libertadores). Profesor titular de la asignatura Motores a Reacción (Fundación Universitaria Los Libertadores).
*
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coningenio Resumen
Francisco Javier González
… Teoría de los motores recíprocos y desempeño … p. 68-81
Los motores recíprocos o a pistón tienen gran aplicación en la industria aeronáutica, estos motores se utilizan en aviones pequeños los cuales no requieren un mayor uso de la potencia y son ideales para vuelos a alturas bajas. En este artículo se hablara de cómo es la sincronización y orden de encendido, de los factores de desempeño que afectan el funcionamiento del avión cuando posee este tipo de motor. Hablaremos también de las cartas de desempeño que se utilizan para determinar la potencia al freno disponible y el flujo de combustible requerido.
Palabras Clave: Orden de encendido, Potencia al freno, Desempeño, Flujo de combustible, Súper cargado, Presión Absoluta en el múltiple.
Reciprocating engine theory and performance Abstract
The piston engines have great implementation in the aviation industry, these engines are used in small aircraft that not require greater use of the power and are ideal for flights to low altitude. In this article was talk of how it is the timing and firing order, of the factors of performance that affect the functioning of the aircraft when have this type of engine. We will also discuss the performance charts for piston engines that are used to determine the Brake horsepower and the fuel flow required.
Key Words: Firing order, Brake horsepower, Performance, Fuel flow, Supercharged, MAP (Manifold Absolute Pressure). 69 AGOSTO··2010··3
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Francisco Javier González
… Teoría de los motores recíprocos y desempeño … p. 68-81
E
INTRODUCCIÓN
coningenio
válvula realiza una operación, por lo tanto el mecanismo que abre la válvula de admisión, debe hacer una operación para 2
Existen 2 tipos muy comunes de motores
giros del cigüeñal. En un motor opuesto ó en línea que tiene un
aeronáuticos usados para la propulsión, el
solo eje de levas, el eje de levas es orientado a el cigüeñal para
motor recíproco y el motor a reacción.
producir 2 revoluciones de este último por una del eje de levas. La corona del cigüeñal tiene la mitad del número de dientes
El motor de combustión interna encendi-
que tiene la corona del eje de levas, de esta manera se produce
do por chispa, utiliza el principio del em-
una relación de 1:2. En motores radiales que utilizan anillo de
bolo reciprocante, en donde un émbolo se
levas(cam rings) para accionar las válvulas pueden haber 3, 4,
desliza dentro de un cilindro, hacia atrás y
ó 5 levas en el anillo, la relación del cigüeñal a la rotación del
hacia delante y transmite fuerza a un eje
anillo de levas es de 1:6, 1:8 y 1:10 respectivamente.
motriz mediante un mecanismo de biela manivela. En 1876, Otto, un Ingeniero alemán cons-
ABREVIATURAS PARA EL POSICIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS
truyó un motor con ciclo de trabajo de 4 tiempos, que resulto en los motores recíprocos que conocemos hoy en día.
En una discusión para el posicionamiento de las válvulas es conveniente usar abreviaciones. Las abreviaciones común-
En los motores es muy importante cono-
mente usadas describen el posicionamiento del pistón y el
cer los factores que determinan el funcio-
cigüeñal para la apertura y cierre de las válvulas. A continua-
namiento de los mismos, como por ejem-
ción se muestra:
plo su potencia, la presión media efectiva, entre otros factores que contribuyen a la
After Bottom Center ( Después del punto inferior)
ABC
determinación de gráficas que establecen
After Top Center ( Después del punto superior )
ATC
su desempeño.
Before Bottom Center ( Antes del punto inferior)
BBC
Bottom Center (Punto inferior)
BC
Bottom Dead Center (Punto muerto inferior)
BDC
Before Top center (Antes del punto superior)
BTC
SINCRONIZACIÓN Y ORDEN DE ENCENDIDO
Exhaust Closes (Escape cerrado)
EC
Recordemos que el motor a pistón ae-
Exhaust Opens (Escape abierto)
EO
ronáutico, opera bajo el ciclo de cuatro
Intake Closes (Admisión Cerrada)
IC
tiempos, esto significa que el pistón reali-
Intake Opens (Admisión Abierta)
IO
za estas operaciones durante un ciclo de
Top Center (Punto superior)
TC
funcionamiento.
Top Dead Center (Punto muerto superior)
TDC
Durante un ciclo de operación del motor el cigüeñal realiza 2 revoluciones, y cada
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coningenio
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DIAGRAMA DE TIEMPOS EN EL MOTOR
Se creería que la válvula de admisión debiera abrirse en el punto superior (TC) y ce-
Para tener un concepto visual del tiempo de las válvulas en
rrarse en el punto inferior (BC), de la misma
motores aeronáuticos, se mostrará un diagrama de un motor
manera parecería que la válvula de escape
continental (Figura 1). Un estudio de este diagrama revela las
debiera abrirse en el punto inferior (BC)
siguientes especificaciones de distribución en el motor:
y cerrarse en el punto superior (TC). Esto sería cierto excepto por la inercia de los
IO 15º BTC EO 55º BBC
gases y el tiempo requerido para la apertu-
IC 60º ABC EC 15º ATC
ra total de las válvulas. Cerca del final del tiempo de escape, los gases están aun saliendo por la válvula, la inercia de los gases provoca una condición de baja presión en el cilindro en este tiempo. Abriendo la válvula de admisión un poco antes del punto superior, se toma ventaja de la condición de baja presión para empezar la inyección de la mezcla aire-combustible en el cilindro, de esta manera se consigue una gran carga dentro del motor y se mejora la eficiencia volumétrica. Si la válvula de admisión se abriera tempranamente también, los gases de escape fluirían hacia fuera a través del conducto de admisión y existiría una ignición ascendente de la mezcla aire combustible. El resultado sería un autoencendido, el autoencendido también ocurre cuando la válvula de escape se queda en la posición abierta. La válvula de escape se cierra brevemente después de que el pistón llega al punto superior (TC) y evita que los gases de escape regresen o se devuelvan al cilindro. La distancia angular a través de ambas válvulas cuando están abiertas es llamada traslape de válvulas. Cuando la válvula de admisión abre a 15º antes del punto superior (BTC), y la de escape cierra a 15º después del punto superior (ATC), el traslape de válvulas es de 30º.
Figura 1. Diagrama de posicionamiento de válvulas Fuente: Aircraft Powerplants - Kroes.
La figura 1 muestra dos diagramas que puedan ser usados como guías para el posicionamiento de las válvulas, cualquiera puede
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coningenio
ser empleado para indicar los puntos en el
punto superior (TC). La apertura o cierre de las válvulas de
ciclo donde cada válvula se abre y cierra.
admisión y escape después del punto superior (TC) o el punto inferior es llamado retraso de válvula (Valve Lag). La apertura
En los diagramas de la figura 1, la válvula
o cierre de las válvulas de admisión o escape antes del punto
de admisión permanece abierta 60º des-
inferior o el punto superior es llamado adelanto de válvula
pués del punto inferior (ABC), esto permi-
(Valve Lead), ambos procesos son expresados en grados del
te tomar ventaja de la inercia de la mez-
recorrido del cigüeñal, por ejemplo si la válvula de admisión
cla aire-combustible que entra al cilindro,
abre 15º antes del punto superior (BTC) se dirá entonces que
porque la mezcla continuará fluyendo al
existe un adelanto de válvula de 15º. Observe en el diagrama
interior del cilindro, para un tiempo des-
de la figura 1, que el adelanto de válvula y el retraso de vál-
pués de que el pistón a pasado por el pun-
vula son grandes en relación a la posición del punto inferior
to inferior (BC). El periodo total durante el
(BC) que a la que están de la posición del punto superior (TC).
cual la válvula de admisión está abierta es
Una razón para esto es que el recorrido del pistón por grado,
diseñado para permitir la mayor posible
del recorrido del cigüeñal es menos próximo al punto inferior
carga de mezcla aire combustible dentro
(BC) que a las cercanías del punto superior (TC), esto es ilus-
del cilindro.
trado en la figura 2.
La válvula de escape abre antes del punto
En el diagrama el círculo representa el recorrido del cigüeñal,
inferior por dos principales razones: Para
el punto C representa el centro del cigüeñal, TC es la posi-
una completa evacuación de los gases de
ción del pasador del pistón en el punto superior y BC es la
escape en el cilindro, y para una mejor re-
posición del pasador del pistón en el punto inferior. Los nú-
frigeración del motor.
meros muestran las posiciones del pasador del pistón y de las muñequillas del cigüeñal en diferentes puntos a través de
Gran parte de la energía del combustible
180º de giro del cigüeñal. Note que el recorrido del pistón es
quemado es gastado para mover el cigüe-
mucho mas largo durante los primeros 90° del recorrido del
ñal 120º pasado el punto superior en el
cigüeñal que durante los segundos 90°, y que el pistón esta-
tiempo de potencia y el pistón es movido
rá viajando a máxima velocidad cuando la muñequilla del
casi a la posición más baja. Abriendo la
cigüeñal haya girado de 80 a 90° pasando el punto superior.
válvula de escape en este tiempo se permite que los gases calientes salgan tempra-
Con respecto a la figura 2, es posible determinar: La distan-
namente y el calor de baja sea transmitido
cia rotacional a través de la cual el cigüeñal gira mientras
a las paredes del cilindro, que debería ser
cada válvula es abierta y determinar la distancia rotacional
el caso si la válvula permaneciera cerra-
del giro del cigüeñal mientras ambas válvulas están cerradas.
da hasta alcanzar el punto inferior (BC).
Desde que la válvula de admisión abre a 15° antes del punto
La válvula de escape no se cierra hasta
superior y cierra a 60° después del punto inferior, el cigüeñal
después del punto superior (ATC) porque
gira 15° desde donde la válvula de admisión abre y alcanza el
la inercia de los gases ayudan a extraer
punto superior (TC), entonces gira 180° y alcanza el punto in-
adicionalmente dichos gases de escape,
ferior (BC), después gira otros 60° a el punto donde la válvula
después de que el pistón a pasado por el
de admisión se cierra.
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vula de admisión se cierra hasta el punto superior (TC). Desde que la válvula de escape abre a 55° antes del punto inferior (BBC), el cigüeñal gira 125° (180° - 55° ), desde el punto superior (TC) hasta el punto donde dicha válvula abre. La distancia total de rotación que el cigüeñal debe recorrer desde el punto donde la válvula de admisión cierra al punto donde la válvula de escape abre, es de 120° + 125° = 245°. El instante en que las válvulas permanecen fuera de su asiento es llamado su duración, por ejemplo la duración de la válvula de escape es de 250° del giro del cigüeñal.
ORDEN DE ENCENDIDO (FIRING ORDER ) Como su nombre lo dice el orden de encendido de un motor, es el orden en el cual Figura 2. Relación entre el recorrido del pistón y el del cigüeñal
salta la chispa en los cilindros. El orden
Fuente: Aircraft Powerplants - Kroes.
de encendido en motores en línea, en V y en motores opuestos es diseñado para proporcionar un balance y eliminación al
La distancia total de rotación del cigüeñal con la válvula de
máximo de las vibraciones que ocurren. El
admisión abierta es por lo tanto 15° + 180° + 60°, para un total
orden de encendido es determinado por las
de 255°; de la misma manera la distancia total de rotación del
posiciones relativas de las muñequillas del
cigüeñal con la válvula de escape abierta es 55° +180° + 15°,
cigüeñal y de las posiciones de las levas en
para un total de 250°. El traslape de válvulas en el punto su-
este eje.
perior (TC) es 15° +15°=30°, y a través del punto inferior (BC) es de 55° + 60° = 115°. La distancia total de rotación del ci-
La figura 3, muestra la disposición de los
güeñal mientras ambas válvulas están cerradas se determina
cilindros y el orden de encendido para un
por observación, cuando la válvula de admisión esta cerrada
motor Lycoming opuesto de 6 cilindros, el
en el tiempo de compresión y cuando la válvula de escape
orden de encendido en el cilindro en mo-
esta abierta en el tiempo de potencia, esto se puede mirar
tores opuestos puede usualmente enume-
en el diagrama en donde la válvula de admisión cierra a 60°
rarse en parejas de cilindros, porque cada
después del punto inferior (ABC) y que en donde el cigüeñal
pareja enciende a través del rodamiento
debe por consiguiente girar 120° (180° - 60°), desde que la vál-
central principal.
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Figura 3. Numeración de cilindros y orden de encendido. Fuente: Aircraft Powerplants - Kroes. La numeración de los cilindros en los motores opuestos no es estándar, algunos fabricantes numeran sus cilindros desde atrás y otros desde delante del motor, siempre se refiere al manual del motor para determinar la numeración usada por el fabricante. A continuación se muestra el orden de encendido de algunos tipos de motores.
TIPO DE MOTOR 4 – Cilindros en Línea 6 – Cilindros en Línea 8 – Cilindros en V (CW ) 12 – Cilindros en V (CW ) 4 – Cilindros Opuestos 6 – Cilindros Opuestos 8 – Cilindros Opuestos 9 – Cilindros Radiales 14 – Cilindros Radiales 18 – Cilindros Radiales
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ORDEN DE ENCENDIDO 1-3-4-2 ó 1-2-4-3 1-5-3-6-2-4 1R-4L-2R-3L-4R-1L-3R-2L 1L-2R-5L-4R-3L-1R-6L-5R-2L-3R-4L-6R 1-3-2-4 ó 1-4-2-3 1-4-5-2-3-6 1-5-8-3-2-6-7-4 1-3-5-7-9-2-4-6-8 1-10-5-14-9-4-13-8-3-12-7-2-11-6 1-12-5-16-9-2-13-6-17-10-3-14-7-18-11-415-8
coningenio
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FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DEL AVIÓN POTENCIA Varios factores influyen en la potencia desarrollada del motor recíproco. Los mas importantes son los siguientes: •
Calor Liberado por Libra de Aire: Cuando el calor liberado es alto, la temperatura y la presión de los productos de la combustión en cada cilindro serán altos también, La magnitud del calor liberado depende del poder calorífico del combustible (Qnet,p) y de la relación combustible – aire (f), si esta relación es alta la mezcla es llamada rica y la combustión puede no ser completa, si la relación es baja la combustión puede no tomar lugar o no efectuarse. El efecto de la relación combustible – aire se muestra en unas gráficas de Presión Vrs Volumen (Figura 4a).
Figura 4. Efectos de la relación combustible – aire y supercarga. Fuente: Airplane Aerodynamics and Performance – Jan Roskam.
•
Carga por Carrera: La cantidad de aire (masa) introducido
primido utilizando una bomba de aire
en el interior del cilindro controla la cantidad de calor
(Compresores) antes de ser admitido
liberado, por una cantidad dada de combustible. La can-
dentro de los cilindros. El efecto de su-
tidad de aire depende de la presión de entrada, también
percargado es mostrado en una gráfica
llamada presión del múltiple de admisión (Manifold Ab-
de P Vrs V (Figura4b)
solute Pressure MAP). La carga por carrera decrece con la altitud debido a los cambios atmosféricos, la carga por
•
Máximas RPM permisibles: Como se
carrera puede incrementarse a cualquier altitud utilizan-
muestra en la ecuación de potencia al
do supercargadores, con estos dispositivos el aire es com-
freno también llamada potencia al eje,
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incrementando las RPM se incremen-
del aire es baja por consiguiente para cualquier paso de
tará la potencia de salida. Cada motor
combustible fijado la potencia de salida decrecerá con la
tiene un límite superior para las rpm
altitud, esto debe ser notado en que el paso de combus-
ya que se poseen limitaciones estruc-
tible fijado determinará el nivel de potencia mediante
turales, los valores típicos máximos en
el sistema de control de combustible. Si el paso de com-
rpm para los motores a pistón son de
bustible es gradualmente abierto a grandes altitudes
2200 a 3500.
como tal para mantener la presión de entrada (MAP), mas potencia puede ser obtenida porque la reducción
•
Efectos de altitud: Para una quema
en la presión de salida tendera a incrementar el flujo de
completa de combustible dada una
aire y de esta manera el empuje. En la figura 5 se mues-
mezcla de combustible – aire se re-
tra el efecto de la altitud, una fórmula para relacionar la
quiere una cantidad suficiente de
potencia a una altura dada con respecto a la potencia a
aire. A grandes altitudes la densidad
nivel del mar es la siguiente:
Esta ecuación solamente es utilizada para motores no supercargados Donde:
ρh = Densidad del aire en slugs / ft a una altura dada ρh=o = Densidad del aire a nivel del mar en slugs / ft 3
Figura 5. Efectos de la altitud y supercargado en motores. Fuente: Airplane Aerodynamics and Performance – Jan Roskam.
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3
coningenio •
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Efecto de temperatura del aire: Para este análisis se debe tener en cuanta la siguiente ecuación.
Esta ecuación solamente es utilizada para motores no supercargados Donde: SHPT = Es la potencia al eje a la temperatura actual del aire T SHPT s= Es la potencia al eje a la temperatura estándar del aire Evidentemente a altas temperaturas del aire (día caliente) la potencia al eje (SHP) del motor será decreciente.
•
Supercargado: En motores supercargados un compresor
El efecto de supercargado es mostrado en
( Usualmente un compresor centrífugo) accionado por el
la figura 4b. El efecto de altitud en la po-
cigüeñal, o por una turbina en motores turbo supercarga-
tencia de salida en un motor supercarga-
dos, incrementará la presión absoluta (MAP) y por consi-
do también se muestra en la figura 5, en
guiente la potencia de salida será la mas efectiva. La po-
esta se puede observar claramente que la
tencia usada para manejar el supercargado directamente
potencia a 20000ft y a nivel del mar son
desde el cigüeñal (a través de un sistema de engranajes)
iguales. Los motores aeronáuticos de alto
puede ser medida en un 6 a 10% de la potencia total. A
desempeño utilizan motores supercarga-
bajas altitudes la potencia de salida puede en hecho ser
dos (Figura 6).
menor que este con un motor no supercargado. Si la potencia usada para manejar el supercargado es obtenida a través de una turbina accionada por los gases de escape, no existirá pérdida de potencia a baja altitud, es decir la potencia permanecerá constante hasta cierta altitud.
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Figura 6. Disposición esquemática de un motor recíproco con tres etapas de supercargado. Fuente: Airplane Aerodynamics and Performance – Jan Roskam.
•
Composición: Si la turbina la cual es accionada por los gases de escape es
CARTAS DE DESEMPEÑO PARA MOTORES RecíprocoS
conectada también al cigüeñal del motor, de modo que esto provea de poten-
El desempeño de los motores recíprocos puede ser mostrado
cia a el cigüeñal, la disposición es lla-
en cartas especializadas donde se hallan datos de variables
mada “compuesta”. Los motores com-
importantes para el funcionamiento del motor. En estas car-
puestos fueron usados en le Lockheed
tas la potencia al freno (bhp) entregada al eje es graficada
L-1049C y en el DC -7C al comienzo de
versus las rpm de motor, altitud y MAP( en pulgadas de mer-
los cincuenta, con la llegada de Turbo-
curio). Se debe asumir que la notación shp usada hasta ahora
jets y Turbofans mucho mas sencillos
y que la notación bhp son sinónimos.
( además de manejar velocidades mas altas con mayor eficiencia), los moto-
La potencia de salida de los motores recíprocos es clasificada en
res compuestos no fueron la mejor al-
términos de rangos de potencia, los cuales son los siguientes:
ternativa. 1. Potencia al despegue: La máxima potencia permitida durante el despegue 2. Potencia militar: La máxima potencia permitida para un limitado periodo de tiempo. Este rango es utilizado en aplicaciones militares solamente.
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3. Máxima potencia continua: Este rango puede ser usado para máximo desempeño al asenso y para máximo nivel de velocidad, este nivel de potencia es también conocido como METO ( maximum except take –off ). 4. Potencia crucero: Existen dos rangos de potencia crucero. a. Desempeño crucero: 75% de la potencia al despegue a 90% de las máximas rpm. b. Economía crucero: 65% de la potencia al despegue. Para calcular la potencia actual disponible en una condición de vuelo dado y el correspondiente consumo de combustible, se utilizan los diagramas de las figuras 7 y 8.
Figura 7. Diagrama de potencia para un motor recíproco de 200 bhp. Fuente: Airplane Aerodynamics and Performance – Jan Roskam.
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Figura 8. Diagrama de flujo de combustible para un motor recíproco de 200 bhp. Fuente: Airplane Aerodynamics and Performance – Jan Roskam.
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coningenio
coningenio CONCLUSIONES •
REFERENCIAS
Los órdenes de encendido de los
1. Airplane Aerodynamics and Per-
motores recíprocos o a pistón di-
formance – Jan Roskam, Editorial:
fieren según el tipo de motor.
Darcorporation, Edicion: N° 1, año: 1997, Lawrence Kansas USA
•
Para aumentar la altura de vuelo
2. Motores de combustión interna –
en los motores recíprocos es nece-
Edward F. Oberd, Editorial: C.E.C.S.A,
sario utilizar un sistema de super-
Edicion:N°3 año:1969, Mexico DF
cargado.
Mexico. 3. Aircraft Powerplants - Michael J
•
Para determinar la potencia de los
Kroes - Editorial: GLENCOE, Edi-
motores recíprocos es necesario
cion: N° 7, año: 1994. USA
conocer los rangos en el que se encuentra. •
El uso de cartas de desempeño es muy utilizada para determinar consumos y potencias en el motor recíproco.
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Estudio de impacto ambiental de la Fundación Universitaria Los Libertadores, base para plantear su sistema de gestión ambiental
José Manuel Ávila Olarte* Jorge Alberto Briceño Vanegas** Fabio Alberto Alarcón Barragán***
jmaobiomar@yahoo.com joalbriva@yahoo.com faalarcon@gmail.com
Biólogo Marino, Docente Investigador, Fundación Universitaria Los Libertadores. Biólogo MSc, Investigador Asociado, Fundación Universitaria Los Libertadores. *** Ingeniero Ambiental y Sanitario MSc. Investigador Asociado, Fundación Universitaria Los Libertadores. *
**
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coningenio Resumen
José Manuel Ávila Olarte … Estudio de impacto ambiental Jorge Alberto Briceño Vanegas Fabio Alberto Alarcón Barragán
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Dado el compromiso adquirido por la Fundación Universitaria Los Libertadores de mejorar las condiciones ambientales de la institución, se identificaron los impactos ambientales relacionados con el quehacer, objeto y misión de la Universidad orientados a proponer un sistema de gestión ambiental acorde con su situación. Para el desarrollo del Estudio de Impacto Ambiental se tuvo en cuenta información proveniente del Plan de ordenamiento territorial, el Plan de desarrollo local, la Cartografía local, y documentos asociados al área de estudio comprendida por Barrios Unidos y Fundación Universitaria Los Libertadores, así como la definición del área de influencia directa de sus sedes principales. La revisión ambiental incluyó los componentes: Suelo, Agua, Aire, Energía y Social. Como conclusión, además de la identificación y priorización de impactos, se encuentra que es necesario fortalecer y poner en marcha los programas de gestión integral de residuos sólidos y la generación de espacios verdes que ayuden a minimizar los niveles de absorción y reflexión de energía calórica identificada.
Palabras Clave: Estudio de Impacto Ambiental, Impactos, Sistema de Gestión Ambiental, Residuos, Libertadores.
Environmental Impact Study
of Los Libertadores University Foundation, base to set up environmental management system Abstract
Given the commitment made by the Fundación Universitaria Los Libertadores to improve the environmental conditions of the institution, it was identified the main environmental impacts related to the task, purpose and mission of the University aimed to propose an environmental management system commensurate with its situation. For the development of Environmental Impact Assessment took into account information from the Territorial Ordering Plan, local development plan, the local mapping, and related documents to the study area covered by Barrios Unidos and Fundación Universitaria Los Libertadores, as well as definition of the direct influence of their headquarters. The environmental review included the components: Soil, Water, Air, Energy and Social. In conclusion, in addition to identification and prioritization of impacts, is the need to strengthen and implement programs of comprehensive solid waste management and generation of green spaces that help minimize the levels of absorption and reflection of heat energy identified.
Key Words: Environmental Impact Assessment, Impacts, Environmental Management System, Waste, Libertadores. 83 AGOSTO··2010··3
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José Manuel Ávila Olarte … Estudio de impacto ambiental Jorge Alberto Briceño Vanegas Fabio Alberto Alarcón Barragán
P
INTRODUCCIÓN
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coningenio
Las instituciones educativas de nivel superior, incluyen ahora en sus currículos temas sobre Medio Ambiente y conserva-
Para realizar de una manera lógica la pla-
ción. En consecuencia deberían ser las primeras en ponerlo
nificación y el manejo ambiental de una
en práctica mediante la implementación de Sistemas de Ges-
Institución de Educación Superior, como
tión Ambiental, y los profesionales que egresen de dichas ins-
la Fundación Universitaria Los Liberta-
tituciones, son los llamados a multiplicar la cultura ambien-
dores, se requiere fundamentalmente te-
tal y realizar buenas prácticas ambientales en las empresas
ner claridad y conocimiento con respecto
o instituciones donde ejerzan su carrera y en la comunidad
a la naturaleza y a las implicaciones de
en general.
sus actividades, así como sobre las obligaciones y responsabilidades de carácter
En tal sentido, la Fundación Universitaria Los Libertadores ha
ambiental que se derivan de su objeto
iniciado un proceso en el que, a partir de las líneas de investi-
social. Las “implicaciones”, se refieren
gación institucionales, se ha comprometido en generar investi-
al impacto ambiental, mientras que las
gaciones orientadas a determinar las condiciones ambientales
“responsabilidades” hacen alusión a los
iniciales de la institución, a establecer el diagnóstico ambien-
compromisos tanto de carácter legal y
tal de impactos relacionados con el quehacer, objeto y misión
normativo, como aquellos que volunta-
de la Universidad y a proponer un sistema de gestión ambien-
riamente el sector productivo de la edu-
tal propio para la Fundación.
cación superior ha asumido. Siendo las Universidades y las instituciones educativas en geEl primer paso para organizar formalmen-
neral entes dinamizadores de la cultura ambiental, se debe
te, al interior de la Fundación Universitaria
contribuir a concienciar y motivar a los diferentes actores de
Los Libertadores, el proceso de planifica-
la institución y la comunidad universitaria en general, para
ción ambiental, su ejecución, y evaluación
un desempeño responsable con el medio ambiente y desarro-
periódica, es la realización de un estudio
llar una cultura de sostenibilidad.
de impacto ambiental con miras a la generación de las bases para el diseño y desa-
MARCO DE REFERENCIA
rrollo de dicho “Sistema de Gestión (o Manejo) Ambiental - SGA”.
En sentido general se entiende por gestión ambiental al conjunto de acciones encaminadas a lograr la máxima racio-
La gestión ambiental se apoya básicamen-
nalidad en el proceso de decisión relativo a la conservación,
te en una serie de principios, de los que hay
defensa, protección y mejora del medio ambiente, basada en
que destacar los siguientes.
una coordinada información multidisciplinar y en la participación ciudadana (Estevan Bolea, 1994).
1. Optimización del uso de los recursos De otra parte Ortega y Rodríguez (1.994) definen la gestión 2. Previsión y prevención de impactos ambientales.
del medio ambiente como el conjunto de disposiciones necesarias para lograr el mantenimiento de un capital ambiental suficiente para que la calidad de vida de las personas y el
3. Control de la capacidad de absorción del
patrimonio natural sean lo más elevado posible. El sistema
medio de los impactos (resiliencia), o sea
de Gestión ambiental busca también mejorar la calidad de
control de la resistencia del sistema.
vida del ser humano y salvaguardar la salud de grupo social.
4. Ordenación del territorio.
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José Manuel Ávila Olarte … Estudio de impacto ambiental Jorge Alberto Briceño Vanegas Fabio Alberto Alarcón Barragán
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IMPACTO AMBIENTAL
y socioeconómicos del medio que puedan
Un impacto ambiental es un evento o efecto que resulta de
sufrir deterioro por la respectiva obra o
una acción previa y que contiene componentes espaciales y
actividad, para cuya ejecución se le pide
temporales. Por esto, también puede definirse como el cambio
licencia, y la evaluación de los impactos
en un parámetro ambiental, sobre un periodo de tiempo espe-
que puedan producirse. Además incluirá
cífico y dentro de un área definida, originado en una actividad,
el diseño de los planes de prevención, mi-
con respecto a la situación que se tendría sino hubiera ocurri-
tigación, corrección y compensación de
do dicha actividad, es decir, el impacto de un proyecto sobre el
impactos y el plan de manejo ambiental
medio ambiente es la diferencia entre la situación del medio
de la obra o actividad.
ambiente futuro modificado, tal y como se manifestaría como consecuencia de la realización del proyecto, y la situación del medio ambiente futuro tal como habría evolucionado normalmente sin la realización de dicho proyecto (la alteración neta
CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO: BARRIOS UNIDOS
positiva o negativa en la calidad de vida del ser humano, resultante de una actuación en función del tiempo).
Ubicación La localidad de Barrios Unidos está ubica-
En síntesis, un impacto ambiental se da cuando una acción o
da entre las calles 100 y 63; al occidente de
actividad produce una alteración, favorable o desfavorable en
las carreras autopista norte y avenida Ca-
el medio o en algunos de sus componentes.
racas; y al oriente de la Avenida Carrera 68.
ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL
Barrios
Los estudios de impacto ambiental son los estudios realiza-
La localidad está compuesta por 44 barrios.
dos para la identificación y valoración de los impactos poten-
Son ellos: 11 de Noviembre, 12 de Octubre,
ciales antes de la instalación de un proyecto; incluye tam-
Alcázares norte, Andes, Andes Reservado,
bién los planes, programas o acciones normativas relativas
Baquero, Benjamín Herrera, Colombia, Con-
a los componentes físicos, químicos, naturales, biológicos,
junto residencial Vizcaya, El Lago, El Rosa-
socioeconómicos y culturales del entorno.
rio, Entre Ríos, Gaitán, José Joaquín Vargas, Juan XXIII, La Castellana, La Concepción,
El estudio de impacto ambiental contiene la evaluación y
La Económica, La Esperanza, La Libertad,
descripción de todos los componentes a considerar dentro
La Merced Norte, La Paz, Los Alcázares, Me-
del área de influencia del proyecto, así como la identifica-
trópolis, Modelo, Maqueta, Patria, Polo Club,
ción cuantitativa de los impactos ambientales negativos
Popular Modelo, Quinta Mutis, Rafael Uribe,
o positivos, especificando aquellos de carácter irreversible
Rincón de los Andes, Rincón del Salitre, Rio
y acumulativo así también las medidas de seguridad para
Negro, San Cipriano, San Felipe, San Fer-
prevenir y evitar los impactos negativos del proyecto, y la
nando, San Fernando Occidental, San Mar-
propuesta de manejo ambiental para el mantenimiento de
tín, San Miguel, Santa Sofía, Siete de Agosto,
su viabilidad cuando éste entre en su etapa de operación.
Simón Bolívar y Vizcaya
Según la ley 99 de 1993 en el artículo 57 del título VIII un estudio de impacto ambiental es el conjunto de información
Descripción de aspectos geográficos y de localización
que deberá presentar ante la autoridad ambiental compe-
La localidad de Barrios Unidos se ubica en
tente el peticionario de una licencia ambiental. El estudio
el noroccidente de la ciudad y limita, al oc-
de impacto ambiental contendrá información sobre la lo-
cidente, con la Avenida carrera 68, que la
calización del proyecto y los elementos bióticos, abióticos
separa de la localidad de Engativá; al sur,
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coningenio
con la calle 63, que la separa de la loca-
El clima de la localidad es frío, subhúmedo, con tendencia a
lidad de Teusaquillo; al norte con la calle
la sequía en la medida en que se avanza en sentido sur y su-
100, que la separa de la localidad Suba y,
roriente, con vientos de baja intensidad y frecuentes heladas
al oriente, con la Avenida Caracas, que la
en épocas de verano; su temperatura media anual es de 13,7
separa de la localidad de Chapinero.
ºC, con tendencia a un régimen bimodal, que se hace un poco más fuerte en los meses de marzo, junio y noviembre.
La localidad de Barrios Unidos tiene una extensión total de 1.189,52 hectáreas (ha), todas ellas en el área urbana; de éstas, 181,35 ha corresponden a suelo protegido. Esta localidad no tiene suelo rural, ni suelo de expansión y es la quinta localidad con menor extensión del Distrito. La figura 1 contiene la localización de Barrios Unidos dentro del Distrito Capital de Bogotá y sus límites.
Caracterización geográfica La localidad está ubicada sobre una zona plana con algunas ondulaciones, formada por una llanura cuaternaria de origen fluvio-lacustre, donde los sectores planos y bajos están formados por la llanura aluvial del río Salitre. Dentro de sus límites corre el río Salitre, el cual se encuentra canalizado y es una de las redes de captación de aguas negras y lluvias más amplias de la Ciudad. Este río está compuesto por las sub-
Figura 1. Plano de la localización de Barrios Unidos.
cuencas de los ríos Arzobispo, Rionegro
dentro del Distrito Capital de Bogotá y sus límites.
y Córdoba y por las aguas de quebradas de los Cerros Orientales.
Calidad Ambiental en la zona de Barrios Unidos1 Recibe los ríos Nuevo y Rionegro. El canal del río Nuevo nace a la altura de la carre-
Contaminación atmosférica
ra 56 entre la Autopista Medellín y la calle
Según el trabajo de Gaitán, Cancino y Berhentz, 2007, los re-
83, para llegar directamente al Salitre, con-
gistros de la RMCAB (red de monitoreo de la calidad del aire),
virtiéndose en un sistema final de aguas
en Bogotá no se presenta un problema de contaminación del
lluvias. El canal Rionegro se inicia en la
aire para SO2, NO2 y CO.
carrera séptima con calle 88 y llega por la carrera 30 al canal Salitre.
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1 Secretaría Distrital de Salud, Diagnóstico local con participación social, Barrios Unidos, 1997.
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Para el caso de SO2, las concentraciones atmosféricas rara vez
año se presenten valores superiores al equi-
superan la norma anual que rige para la ciudad (26 ppb). Lo
valente a la norma anual de PM10. Durante
mismo ocurre para las normas diarias y de 3 horas. Algo simi-
el año 2005, dichas excedencias se presen-
lar se observa para las concentraciones de NO2, las cuales típi-
taron cerca del 100% de los días del año.
camente son inferiores a la norma anual de la ciudad (53 ppb). Estos resultados representan evidencia Para el ozono troposférico y el CO se observan concentracio-
adicional de que el PM10 es el contami-
nes relativamente bajas en la ciudad, que para el caso de este
nante crítico en Bogotá. Esto a su vez de-
último contaminante suelen ser inferiores a 5 ppm. Si bien es
muestra que las políticas de control am-
necesario un análisis más riguroso para llegar a la conclusión
biental y de mejoramiento de calidad del
definitiva de que los contaminantes antes mencionados no re-
aire en la ciudad deben estar enfocadas
presentan un problema para Bogotá, la importancia relativa
hacia dicho contaminante.
de éstos en términos de su contribución a los niveles de contaminación en la ciudad sí es posible de cuantificar mediante
Contaminación visual
los métodos aquí utilizados. Esto es especialmente cierto al
La localidad enfrenta actualmente un de-
observar los resultados obtenidos para el material particulado.
terioro creciente del espacio público, el cual se presenta acompañado de un incre-
Material Particulado
mento en los niveles de contaminación vi-
De manera contraria a lo observado para CO, NO2, SO2 y O3,
sual por avisos, pancartas, pendones, entre
las concentraciones atmosféricas de material particulado su-
otros, principalmente en los barrios Siete
peran los valores establecidos por la reglamentación ambien-
de Agosto y Doce de Octubre.
tal de la ciudad. En particular, en la zona industrial de Bogotá (localidad de Puente Aranda), dichas violaciones a la norma
Contaminación por ruido
se presentan de manera permanente desde hace varios años.
La contaminación por ruido en la localidad se deriva básicamente del elevado tráfico
Los datos reportados por la RMCAB representan una eviden-
automotor, así como del uso excesivo de
cia importante de que el principal contaminante del aire en
parlantes y equipos de sonido, empleados
la ciudad de Bogotá es el material particulado.
por el comercio con fines publicitarios.
Para el caso de Bogotá, estos resultados implican que desde el
Las más altas intensidades de ruido se per-
año 2001 y a nivel de toda el área urbana del distrito capital
ciben en las intersecciones viales de mayor
se incumple la norma anual local de PM10 (55 ug m-3) en más
congestión, como son las calles 72, 68, 63 y
del 40% de los días del año.
80 y las carreras 14, 17, 24, 30 y la Avenida 68, entre los sectores comerciales del Siete
Esto significa que durante una proporción significativa de
de Agosto y Doce de Octubre.
tiempo, los habitantes de la ciudad se encuentran expuestos a niveles de contaminación por material particulado que
Cabe agregar que es probable que exista
son considerados como inadecuados por entidades como la
una relación entre diferentes enfermeda-
Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la
des que presentan los habitantes de la lo-
Organización Mundial de la Salud.
calidad, como afecciones del oído relacionadas con la agudeza, el estrés y la ansie-
Se puede apreciar que esta situación es particularmente crí-
dad, y los elevados niveles de ruido a que
tica en la zona industrial de la ciudad (ubicada en el centro-
se encuentran expuestos.
occidente) en la que es común que más del 90% de los días del
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Contaminación acuífera
sitios específicos y adecuados para el depósito de residuos en
La principal fuente de agua que atraviesa
las plazas de mercado y la acción de «zorreros», recogedores
la localidad de Barrios Unidos es el río Sa-
de basura de otros sectores de la ciudad, que usan como de-
litre. Éste constituye uno de los principales
pósito de las mismas al canal El Salitre.
cuerpos de agua del Distrito, pese a lo cual presenta un elevado nivel de contamina-
Invasión del espacio público
ción, así como un manejo deficiente de sus
Según la Secretaría de Salud Distrital, las empresas de la lo-
taludes en cuanto a arborización y a ver-
calidad generan un impacto negativo en lo relacionado con la
timientos de desechos, lo cual genera pro-
invasión del espacio público, en aspectos como la carencia de
blemas de salubridad, deterioro del paisaje
zonas de parqueo, las reducidas áreas de trabajo, la presen-
y desvalorización de las zonas aledañas.
cia de elementos indicativos de la labor que desarrollan en el espacio público, tales como llantas, canecas, vallas publicita-
El problema de salubridad generado a par-
rias, pendones, etc.
tir de la contaminación de este cuerpo de agua es de especial cuidado debido a la
Adicionalmente, contribuyen con la generación de contami-
cercanía de varios centros escolares, por
nación atmosférica por partículas y gases a partir de las ac-
lo cual incide sobre la salud de los niños
tividades de pulido y pintura, y con el incremento de proble-
y jóvenes que acuden a los mismos. La
mas de inseguridad debido a la proliferación de vendedores
contaminación de esta fuente tiene fun-
ambulantes que congestionan el espacio público, facilitando
damentalmente dos tipos de orígenes: un
así las actuaciones de la delincuencia.
origen externo, que surge a partir del vertimiento de aguas lluvias y negras que son depositadas en él, provenientes de cuerpos
METODOLOGÍA
de aguas de otras localidades como Usa-
REVISIÓN AMBIENTAL INICIAL
quén y Chapinero; y un origen interno, que
La fase de diagnóstico correspondió a una etapa que incluyó
se deriva de las basuras arrojadas en él,
la definición del estado actual ambiental de la Universidad
provenientes de microindustrias de calza-
Los Libertadores, la cual corresponde a la definición de las
do, comercio de alimentos y desechos de la
siguientes subfases:
comunidad en general. •
La recopilación de información secundaria se realizó en
Contaminación del suelo
función de la información preestablecida o prediseñada
En los últimos años el servicio de recolec-
de acuerdo con las necesidades del proyecto, donde, para
ción de basuras en la localidad ha mejo-
tal fin se emplearon los siguientes documentos:
rado considerablemente, sin embargo, aún se observa acumulación de basuras, espe-
−−
Plan de Ordenamiento Territorial.
−−
Plan de desarrollo local.
−−
Cartografía local.
−−
Estudios asociados al área objeto de la investiga-
cialmente a lo largo del corredor del canal El Salitre, así como en los alrededores de las plazas de mercado, en algunos sectores comerciales, e incluso en algunos barrios residenciales como es el caso de El Rosario. Esta situación se origina principalmente en
ción; Barrios Unidos y Fundación Universitaria
la falta de conciencia ciudadana en torno a
Los Libertadores.
los horarios de recolección, la carencia de
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coningenio •
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Para la revisión ambiental inicial y posterior a la ge-
Para la definición de la calidad del aire
neración del estado del arte, se definieron los compo-
se tuvo en cuenta la siguiente informa-
nentes: Suelo, Agua, Aire, Energía y Social.
ción secundaria:
Básicamente, se definieron estos componentes en la medida
1. Datos para la calidad del aire en Bogotá.
que se propendió por el establecimiento de una visión sisté-
2. Definición de fuentes fijas y móviles.
mica del territorio, y en sí, de la universidad en el marco de una dinámica propia de un proceso histórico, el cual definió
Ahora, el componente aire se subdivide
o aportó a la comprensión actual de procesos como el comer-
en el elemento ruido, el cual contempla
cial, de asentamiento, de transporte, el vial, de migración, de
y se establece a través de:
educación, entre otras características asociadas a flujos de materia, energía e información propios un contexto local, el
1. Definición de puntos de medición del
cual se delimitó para esta investigación a la Fundación Uni-
ruido.
versitaria Los Libertadores y su zona de influencia respecto a
2. Georeferenciación puntos de medición.
las sedes ubicadas en la Localidad 12.
3. Zonificación en función de áreas y actividades.
A continuación se describe el proceso metodológico asociado a los componentes definidos por el diagnóstico:
Adicionalmente, se plantea una identificación del elemento visual, el cual se
•
Suelo: El análisis del componente suelo, incluyó una
definió a través de criterios de carácter
cuantificación de residuos sólidos generados por Los
cualitativo y como tal, como herramien-
Libertadores, lo cual permitió establecer los tipos y can-
ta para la cuantificación de impacto des-
tidades de residuos generados en función de las diversas
de y hacia la universidad.
áreas, sedes, horas, días y tipos. • •
Energía: El análisis de este componente
Aire: Dicho componente se convirtió en una primera
incluyó la revisión de consumos históricos
aproximación respecto a la comprensión de la dinámica
de las diferentes sedes junto con las fluc-
atmosférica asociada no solo a los parámetros relacio-
tuaciones por épocas académicas.
nados con la calidad del aire (material particulado, NOx, SOx, entre otros) sino con aspectos como el visual y el
•
Social: Este componente se convierte en
relacionado con el ruido, siendo este último, un aspecto
un factor relevante en cuanto la dinami-
relevante en la medida que la dinámica de la universidad
zación del territorio, la toma de decisio-
y el comercio local ha permeado el espacio académico e
nes y el uso y manejo de recursos que se
investigativo.
generan a partir de condiciones humanas, de asociación, de potencialidades o
Dado el enfoque sistémico de la presente investigación, la
de problemáticas propias del hombre.
concepción de atmósfera se basa en la medida que la localidad se enmarca en la dinámica de una ciudad como Bo-
Los elementos que se tuvieron en cuenta
gotá o de una región que a la vez es compleja, es dinámica
para la dinamización de este componen-
y particular respecto a las diversas actividades, fuentes
te fueron:
fijas y móviles presentes.
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•
Identificación de actores institucionales, gremiales y comunitarios en
•
coningenio
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Filas: Se coloca la lista de los componentes e indicadores ambientales.
el área de estudio.
A. Identificación de los impactos •
Relación funcional y orgánica con
Para la identificación de los impactos/efectos ambientales se
el área de estudio.
procedió de la siguiente manera:
EVALUACIÓN DE IMPACTOS AMBIENTALES - EIA
a. Establecimiento de las diferentes INTERRELACIONES que cada actividad podía realizar sobre cada uno de los indicadores ambientales.
En el marco de la actividad propia de la Universidad y básicamente de su entorno asociado a la Localidad 12 de Barrios Uni-
b. Se marcó en la MATRIZ cada INTERRELACION identificada, mediante una “X”.
dos, inicialmente, se realizó una definición de aspectos ambientales, entendidos estos
X
como: elemento de las actividades, productos o servicios de una organización que puede interactuar con el medio ambiente2.
B. Calificación de los impactos Para la calificación de los impactos/efectos ambientales, se
Para la definición de los impactos am-
utilizó el siguiente algoritmo:
bientales generados por dichas actividades, se realizó una matriz ecológica; dicha
CE = -/+ (Pr x ( a x De x Ma) + (b x Du ))
metodología se desarrolló en el marco de la tesis de grado3 para obtener el título
Donde, CE es CALIFICACIÓN ECOLÓGICA (desarrollada por las
de ingeniero ambiental y sanitario de la
Empresas Públicas de Medellín, Colombia).
Universidad de la Salle y la modificación del ingeniero Miguel Ángel Gamboa, adi-
Donde, a y b, son constantes de los criterios Desarrollo y Mag-
cionalmente, de la metodología propuesta
nitud, sus valores son: para a = 0.7 y para b = 0.3
por Larry Canter en su manual de evaluación de Impacto Ambiental (2005).
Los criterios cualitativos y cuantitativos que se utilizaron en el algoritmo, fueron los siguientes:
A continuación se describe la metodología de matriz ecológica.
PRESENCIA (Pr): Califica la certeza o probabilidad de que el impacto pueda ocurrir, con los siguientes rangos de calificación:
Procedimiento Metodológico: La Matriz Ecológica se compone de: •
Columnas: Se coloca la lista de las actividades del proyecto.
2 Tomado de: ISO. Norma internacional ISO 14001: Sistemas de gestión ambiental; requisitos con orientación para su uso. Suiza, p. 10. 2004. 3 QUIJANO, María; RODRIGUEZ, María.
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RANGO Cierto
VALORACIÓN 1.0
Muy probable
0.7 a 0.99
Probable
0.4 a 0.69
Poco probable
0.1 a 0.39
DESARROLLO (De): Califica la velocidad de presencia del impacto ambiental y se califica mediante los siguientes rangos:
coningenio
RANGO
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RESULTADOS
VELOCIDAD DEL PROCESO ( MESES – DIAS – HORAS )
VALORACIÓN
<1
0.9 - 1.0
Muy rápido Rápido
1-5
0.7 - 0.89
Medio
6 –12
0.5 – 0.69
Lento
12 – 24
0.3 - 0.49
> 24
0.1 - 0.29
Muy lento
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REVISIÓN AMBIENTAL INICIAL Residuos Sólidos generados en la Fundación Universitaria Los Libertadores
MAGNITUD (Ma): Califica la dimensión o tamaño del cambio ambiental directo o indirecto producido sobre un indicador ambiental y el rango de calificación es el siguiente: RANGO
DIMENSIÓN ( % )
VALORACIÓN
90 – 100
9 - 10
Alta
60 - 80
7 – 8,9
Media
40 – 50
5 – 6,9
Baja
20 – 30
3 – 4,9
Muy baja
0 – 10
1 – 2,9
Muy alta
DURACION (Du): Califica el periodo de existencia del impacto y sus consecuencias; y los rangos de calificación son los
Cuadro 1. Volumen Promedio de Residuos Sólidos Generados por Semana en 7 sedes de la Fundación Universitaria Los Libertadores.
siguientes: La Fundación Universitaria Los LibertadoRANGO Muy larga
DURACIÓN (MESES – DÍAS – HORAS) >10
VALORACIÓN 10
Larga
7–9
7 – 9,9
Media
4–6
4 – 6,9
Corta
1–3
1 – 3,9
<1
<1
Muy corta
C. Análisis de Resultados SUMATORIA de FILAS: Indica la fragilidad del ambiente ante las acciones del proyecto. El mayor valor negativo corresponde al componente o indicador ambiental más afectado por el proyecto. SUMATORIA COLUMNAS: Es la agresividad de las acciones hacia los componentes ambientales. El mayor valor negativo, es la acción que más daño generó al ambiente donde se desarrolló el proyecto.
res produce en promedio 0,5 toneladas de residuos sólidos por semana (ver cuadro 1), correspondiendo el 41% a su Sede Bolívar. Siguen en importancia las sedes Caldas y Santander, en conjunto con el 27% de la producción semanal (ver figura 2). Esto corresponde con las sedes de mayor volumen de estudiantes. Como las mediciones fueron hechas durante el pico de actividad académica, vale la pena determinar qué sucede en los períodos intersemestrales, qué porcentajes de disminución de volúmenes de residuos sólidos se registran y qué volúmenes se generan por el personal de planta de la institución, lo cual puede verse reflejado en la Sede Administrativa, que aporta un volumen del 6% del total semanal caracterizándose por tener en comparación con las otras una baja afluencia de estudiantes.
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El peso promedio de cada bolsa llena es de 4,28 Kg, las cuales son desplazadas a pulso por las operarias por las vías comunes de tránsito de personas (estudiantes, académicos y administrativos) hasta el sitio de acopio ubicado al lado de la entrada de la sede Santander (Cra 15 Cll 63 A). Con este procedimiento se evidencia una situación relacionada con el traslado no adecuado ni seguro de los residuos, Figura 2. Porcentaje de Procedencia de
generando riesgos tanto para la salud de las personas opera-
Residuos Sólidos por Sede.
rias, al tener que cargar por largas distancias una o dos bolsas de más de 4 Kg de peso, como para las personas en general por no contar con un mecanismo ni ruta que asegure que los
La recolección de los residuos sólidos se
residuos no van a contaminar áreas de paso.
lleva a cabo por parte del personal de la empresa A & S Aseo Ltda., de lunes a sábado. El día de mayor recolección corresponde al Miércoles en el que se recolectan el 28% de los residuos sólidos de la semana (ver figura 3). La recolección la realizan las personas designadas por la empresa de aseo para cada área quienes acopian los residuos sólidos en bolsas transparentes y negras. No existe un procedimiento de selección en la fuente y suele
140 120 100 80 60 40 20 0
acopiarse de manera mezclada residuos só-
Figura 4. Distribución de los Residuos Sólidos por tipo por día
lidos no peligrosos con residuos sólidos sani-
en la semana.
tarios en el mismo dispositivo (bolsa). Por otro lado la figura 4 permite observar que no hay ningún procedimiento de separación ni selección de los residuos en la fuente y que las personas operarias recolectan y realizan una mezcla de residuos bastante riesgosa, que no permite el aprovechamiento de los residuos reutilizables ni reciclables.
Ruido en la Fundación Universitaria Los Libertadores De acuerdo con la resolución No. 627 del 07 de Abril de 2006 Figura 3. Porcentaje de Residuos Sólidos re-
por la cual se establece la norma nacional de emisión de rui-
colectados por día con respecto al total reco-
do y ruido ambiental, se han definido los siguientes niveles de
lectado en una semana.
ruido como los máximos permisibles para horarios am y pm,
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para los siguientes sectores (cuadro 2), teniendo en cuenta
La sede Administrativa presenta un com-
que la norma especifica que cuando la emisión de ruido en
portamiento particular en donde solo du-
un sector o subsector, trasciende a sectores o subsectores ve-
rante los días Miércoles se cumplen los
cinos o inmersos en él, los estándares máximos permisibles
niveles máximos permisibles de ruido,
de emisión de ruido son aquellos que corresponden al sector
mientras que los demás días de la semana
o subsector más restrictivo:
y en todos los horarios estos se sobrepasan (ver figura 7). Una de las causas de este fenómeno es la presencia del taller de servicios generales en el sótano de la misma y la comunicación por espacios abiertos que este tiene con los demás niveles de la edificación, luego el ruido se proyecta por todas las instalaciones. Sin embargo, en las noches corresponde más al flujo de personal, al abrir y cerrar de puertas, y a las interacciones comunicativas de las personas que a la primera causa mencionada. La sede Caldas, con una influencia directa
Cuadro 2. Parcial de los Estándares máximos permisibles
de la carrera 15 y de la calle 64 presenta
de niveles de emisión de ruido en db.
durante todo el día, todos los días de la semana niveles superiores a los máximos
Con base en lo anterior se puede observar en la figura 5 que
permisibles (ver figura 8), dificultando de
para la sede Bolívar ni en las horas de la mañana ni en las
manera particular el desarrollo de las cla-
horas de la noche, cuando se tienen los picos de afluencia de
ses en los salones que colindan con la Ca-
personas estudiantes se cumplen los niveles máximos permi-
rrera 15, en donde no se pueden abrir las
sibles de ruido. Estos solo se logran en las horas de la tarde y
ventanas so riesgo de incrementar los ni-
en algunos sectores, ya que al mismo tiempo en este horario
veles de ruido en el interior del aula.
correspondiente a los días viernes se presentan los mayores picos de ruido para esta sede originados en los establecimien-
Finalmente, la Sede Santander sigue el pa-
tos vecinos y en las actividades extraacadémicas del corredor
trón de no cumplimiento de los estándares
vial de la carrera 16.
máximos permisibles que se mostró para las otras sedes (ver figura 9). En este caso las
La sede Ricaurte presenta un comportamiento similar de in-
causas están orientadas a la influencia de la
cumplimiento de los niveles máximos permisibles de ruido tan-
carrera 15, a los equipos servidores máster
to en las horas del día como de la noche (ver figura 6). Aquí la
de sistemas permanentemente en opera-
causa se origina en las actividades que se llevan a cabo en el
ción y a la presencia de la cafetería central,
denominado taller – hangar en donde se encuentran máquinas,
que acopia un volumen importante de per-
herramientas y las plantas de emergencia de la Institución.
sonas y actividades durante todo el día.
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Figura 5. Variación de los niveles de ruido en la Sede Bolívar a lo largo del día y de la semana.
Figura 6. Variación de los niveles de ruido en la Sede Ricaurte a lo largo del día y de la semana.
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Figura 7. Variación de los niveles de ruido en la
Figura 8. Variación de los niveles de ruido en la
Sede Administrativa a lo largo del día y de la semana.
Sede Caldas a lo largo del día y de la semana.
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Figura 9. Variación de los niveles de ruido en la Sede Santander a lo largo del día y de la semana
Luminosidad en la Fundación Universitaria Los Libertadores
definir lo adecuado o inadecuado de los niveles de ilumina-
Teniendo en cuenta las disposiciones de la
dos en las sedes Bolívar, Caldas y Santander.
ción que se encontraron para los diferentes puntos registra-
norma sobre ruido y reglamento técnico colombiano para evaluación y control de
Las categorías D a G corresponden con el mayor porcentaje
iluminación y brillo en los centros y pues-
de las actividades académicas y de puestos de trabajo dentro
tos de trabajo, de donde procede el cuadro
de la Institución, razón por la cual estos niveles deberían ser
3 que define los rangos adecuados de ilu-
los tenidos en cuenta para mantener la iluminación de las
minación por tipo de actividad, se puede
respectivas áreas.
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Tipo de Actividad
Categoría Iluminancia
Rangos de la Iluminancia Lux
Bujía – Pie (Footcandle)
Espacios Públicos con áreas oscuras alrededor de estas.
A
20-30-50
2-3-5
Orientación simple para visita cortas.
B
50-75-100
5-7.5-10
Espacios de trabajo donde la tarea visual es exigente ocasionalmente.
C
100-150-200
10-15-20
Ejecución de la tarea visual con altos contrastes y tamaño grande.
D
200-300-500
20-30-50
Ejecución de la tarea visual con contrastes medios de tamaño pequeño.
E
500-7501000
50-75-100
Ejecución de la tarea visual de bajo contraste o tamaño pequeño.
F
1000-15002000
100-150-200
Ejecución de tareas visual de bajo contraste y tamaño muy pequeño por periodos prolongados.
G
2000-30005000
200-300-500
Ejecución de tareas visuales exactas y muy prolongadas.
H
5000-750010000
500-750-1000
Ejecución de tareas muy especiales de extremadamente bajo contraste y pequeño tamaño.
I
100001500020000
1000-1500-2000
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Referencia Plano de trabajo
Iluminación General en espacios abiertos.
Iluminación localizada sobre el puesto de trabajo:
Iluminación sobre el puesto de trabajo obtenida por una combinación general y localizada (iluminación suplementaria).
Cuadro 3. Rangos de Iluminación adecuados por tipo de actividad. Sin embargo se observa, en primera instancia, que si se tomara un promedio de iluminación por sedes, en el día y en la noche, como se muestra en la figura 10, la sede Bolívar cuenta con el nivel mínimo adecuado de iluminación, mientras que la sede Santander presenta un déficit, y la sede Caldas unos niveles adecuados para el día. La situación cambia drásticamente para la noche en donde se evidencia un déficit preocupante de iluminación para todas las sedes.
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Figura 10. Promedio general de iluminación
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coningenio
a.
en luxes por Sedes -AM y PM-.
Sin embargo, cuando se realiza el análisis detallado sede por sede, se encuentra que hay puntos con adecuados niveles de iluminación y otros con déficits de iluminación en el día. Y los niveles bajos de iluminación de las noches se ratifica. Esto muestra, en contraste con lo men-
b.
cionado inicialmente, que la sede Caldas durante el día es la que presenta el mayor déficit de iluminación y su alto promedio obedece a los altos niveles de iluminación que presentan sus áreas abiertas. Esto obliga a pensar en la optimización de los sistemas de iluminación al interior de las aulas y de las oficinas, tanto en el día como en la noche, junto con las áreas comunes para las horas de la noche.
c.
Es fundamental realizar un análisis pormenorizado de cada punto muestreado
Figura 11. Comparación Luminosidad am vs pm en:
para definir, de acuerdo con el tipo de ac-
a. Sede Bolívar, b. Sede Santander, c. Sede Caldas.
tividad que allí se realice qué medidas disponer para optimizar los niveles de iluminación y conseguir los adecuados.
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Consumo de Energía en la Fundación Universitaria Los Libertadores
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20000
15000
10000 5.000.000
5000
4.000.000 3.000.000
0
2.000.000 1.000.000 0
Figura 13. Datos de consumo histórico de energía eléctrica para la Sede Caldas años 2007, 2008 y 2009.
a.
25.000.000
5.000.000
20.000.000
4.000.000
15.000.000
3.000.000
10.000.000
2.000.000
5.000.000
1.000.000 0
0
a.
b. 25.000.000 20.000.000 15.000.000 10.000.000 5.000.000
5.000.000 0
4.000.000 3.000.000
b.
2.000.000 1.000.000
25.000.000
0
20.000.000
c.
15.000.000 10.000.000
Figura 12. Consumo de Energía Sede Caldas
5.000.000
para los años: a. 2007, b. 2008 y c. 2009 en la Sede Caldas, Fundación Universitaria Los Libertadores.
0
c. Figura 14. Consumo de Energía Sede Bolívar para los años: a. 2007, b. 2008 y c. 2009 en la Sede Bolívar. Fundación Universitaria Los Libertadores.
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100000 80000 60000 40000 20000 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Figura 15. Consumo Histórico de Energía para los años 2007, 2008 y 2009 en la Sede Bolívar, Fundación Universitaria Los Libertadores.
EDIFICIO ADMINISTRATIVO MES 1
2007
2008
2009
CONSUMO ($)
CONSUMO ($)
CONSUMO ($)
35.160
1.204.970
1.736.950
2
74.640
1.017.180
3
73.730
1.917.240
4
91.270
1.949.700
5
143.530
2.075.170
6
127.730
1.958.101
7
127.730
2.186.810
8
989.220
2.173.770
9
659.270
2.328.900
10
2.135.690
2.328.900
11
1.515.110
2.265.230
12
1.890.740
2.307.540
TOTAL
7.863.820
23.713.511
1.736.950
Cuadro 4.Consumo de Energía en pesos para los años 2007, 2008 y 2009 en el Edificio Administrativo de la Fundación Universitaria Los Libertadores.
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EDIFICIO ADMINISTRATIVO MES 1
2007
2008
2009
CONSUMO (KW/H)
CONSUMO (KW/H)
CONSUMO (KW/H)
149
4.818
5.763
2
321
4.067
3
315
7.668
4
390
7.775
5
601
8.302
6
544
7.831
7
544
8.745
8
4230
8.693
9
2819
9.313
10
9131
9.313
11
6477
9.059
12
8063
9.227
TOTAL
33.584
94.811
5.763
Cuadro 5. Consumos en Kw/H para los años 2007, 2008 y 2009 en el Edificio Administrativo de la Fundación Universitaria Los Libertadores. De acuerdo a la información de consumos de energía recolec-
Cabe anotar que se tomaron en cuenta
tada, para los años 2007, 2008 y 2009, en las sedes de Caldas,
para los análisis los datos de años com-
Bolívar y el Edificio Administrativo anexo a la sede Bolívar,
pletos (2007 y 2008) descartando los pocos
se puede concluir que existe una tendencia bimodal de gas-
datos del año 2009 (con solo datos de uno
to energético para todas las sedes muestreadas. Esto quiere
a cuatro de los primeros meses del año).
decir, que las temporadas de disminución de energía está relacionada con los periodos de vacaciones intersemestrales,
Con relación al consumo de energía per cápi-
aunque es evidente que el menor gasto se dá en el segundo
ta medido en unidades BEP (barriles equiva-
periodo de vacaciones (Diciembre y Enero).
lentes de petroleo) para Colombia ascendió a 3,93 Barriles Equivalentes de Petróleo (BEP)
El gasto de energía en en promedio es de 365 kilovatios/Hora
por habitante en el año 2000, cifra que está
y su costo energético asciende en promedio a $265.000.000.
por debajo del promedio latinoamericano,
oo anual para todas las sedes. El consumo tiende a subir pro-
que es de 5 BEP/hab. (Ministerio de Ambien-
bablemente por el aumento en el número de estudiantes ac-
te, vivienda y Desarrollo territorial, 2005).
tivos y por el uso no adecuado en el uso de energía (salones sin servicio con luces prendidas, luces prendidas innecesaria-
Los datos podrían mostrar la eficiencia en
mente durante la noche). Llama la atención el aumento de
el uso de la energía eléctrica, si se estable-
mas del 40% del uso de energía eléctrica en el edificio Admi-
cen los costos y gastos para cada sede por
nistrativo anexo a la sede Bolívar. No se encuentra un patrón
separado en relación con el uso o deman-
bimodal como en las otras dos sedes y sí una tendencia casi
da. Esto quiere decir que se debe estable-
exponencial a lo largo del tiempo.
cer los gastos energéticos con relación a la cantidad de personas que hacen uso de esa energía y no por el gasto en sí.
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La sede Bolívar podría ser la más eficien-
nadas a ahorrar energía (este ahorro alcanza el 11.05% de
te ya que alberga el mayor número de
lo consumido en el año 2007 equivalentes a $ 9.001.144.oo).
personas endémicos y el mayor número
principal determinan mayores índices de
DETERMINACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL EN LA FUNDACIÓN UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES
movilidad). La menos eficiente energéti-
En esta sección se presenta una evaluación de impactos am-
camente y ambientalmente es el edificio
bientales acorde con las actividades propias de la Fundación
Administrativo, ya que en relación con
Universitaria Los Libertadores. Dicha evaluación correspon-
la demanda (cantidad de energía utiliza-
de a una identificación preliminar de actividades o aspectos
da per cápita), tiene índices muy altos y
ambientales que de forma directa e indirecta puede generar
gastos fuga (pareciera que existiera fuga
alteración sobre los sistemas social y ecológico.
de personas movilizadas (la situación geográfica de la biblioteca y la entrada
de energía o que la energía es muy mal utilizada), ya que este edificio de cinco
La evaluación corresponde, con un ajuste, a la metodología
pisos se utiliza para funciones de admi-
de Conesa Fernández. Se resalta un análisis de tipo sistémico
nistración de los programas académicos
donde se cruzan y verifica la sinergia de los diversos aspectos
(excepto Ingenierías y Administración) y
e impactos ambientales, es decir el análisis y definición de
Centro de investigaciones.
valores se realiza a partir de una caracterización y ponderación asociada a la magnitud, beneficio o adversión respecto
Este edificio pasó de 149 kw/H/mes en
al sistema sobre el cual se desenvuelve la universidad y su
enero de 2007 a 9227kw/H/mes en diciem-
entorno particular.
bre de 2008 y de 33.584 Kw/H/año en el 2007 a 94.811 Kw/H/año en el 2008. Se
A partir de la evaluación y la priorización de los mismos se
hace imprescindible el seguimiento de es-
plantea un Plan de Manejo Ambiental Sostenible, el cual
tos consumos para establecer el impacto
contiene 5 programas que aportan al fortalecimiento de la
y las estrategias para su minimización.
dimensión ambiental asociada al desarrollo de las actividades académicas, investigativas, operativas y administra-
Para la sede Caldas se da un fenómeno
tivas particulares.
curioso. Al parecer hay una tendencia a la disminución del gasto de energía. Com-
Evaluación de Impacto Ambiental
parando los primeros cinco meses de los
El desarrollo de la evaluación de impacto ambiental - EIA se
años 2007, 2008 y 2009 (No se pueden ha-
basa en una identificación sistémica de aspectos o activida-
cer comparaciones de años completos por
des que potencialmente generan un impacto de carácter be-
lo que faltan datos para el año 2008 y sólo
néfico o adverso respecto a los sistemas social o ecológico.
se entregaron datos de cinco primeros meses del 2009), del consumo de la sede
La identificación de aspectos ambientales o actividades se
Caldas se puede evidenciar que los gastos
realiza teniendo en cuenta su carácter, temporalidad, rele-
para los cinco primeros meses de los años
vancia e influencia sobre la Fundación Universitaria Los Li-
2007, 2008 y 2009 fueron 70.592 Kw/H,
bertadores y como tal, sobre su entorno, ya sea a nivel pun-
63.280 Kw/H y 62.786 Kw/H respectiva-
tual, local o nivel de y ciudad, así como posibilidades de ca-
mente. Se debe establecer si disminuyó
rácter departamental, regional o nacional.
la cantidad de estudiantes, se reformaron espacios para oficinas o si efectivamente
La EIA se caracteriza por una evaluación de tipo sistémica
se están realizando actividades encami-
que incluye la relación de cada aspecto con una estructura
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académica, operativa, administrativa o genérica propia de
Las emisiones atmosféricas fijas se refieren
Los Libertadores, la cual a su vez es contrastada de manera
a emanaciones que no varían en el tiempo
individual con su impacto positivo o negativo respecto a su
y el espacio respecto al sitio de ubicación
ambiente natural y social.
de la chimenea. Para este caso se tiene en cuenta sitios como: Laboratorio, cafete-
A continuación se mencionan las actividades (aspectos am-
ría, estaciones de bombeo y sitios que por
bientales) identificadas y analizadas:
sus características generan emisiones de mayor o menor magnitud, entre ellos ex-
• Manejo de residuos sólidos
tractores y posibles fuentes generadas por laboratorios y motores estáticos a base de
• Emisiones atmosféricas fijas
hidrocarburos o fuentes energéticas que produzcan agentes contaminantes.
• Emisiones atmosféricas móviles Las emisiones atmosféricas móviles se eva• Uso y manejo de agua
lúan teniendo en cuenta las causas y efectos generados por vehículos, ubicados y par-
• Almacenamiento de insumos (papelería, servicios generales, laboratorios, bienes y similares) • Actividades académicas
queados tanto en las instalaciones de la Universidad como en las inmediaciones. Para este aspecto se tiene en cuenta el impacto generado por la actividad académica
• Proyección espacial o crecimiento físico universitario (sedes)
respecto a la dinamización de las actividades que rodean de la universidad, así como
• Movilidad interna
el ajuste en términos de movilidad y transporte para toda la comunidad universita-
• Radiaciones no iónicas
ria, entre ellas el impacto de las diversas vías, principalmente la Calle 63 y la Ave-
• Construcción y remodelación física de sedes
nida Caracas. Es decir, este criterio incluye una evaluación en el tiempo y el espacio
• Uso y manejo de espacios verdes
respecto al impacto que tienen los vehículos dentro de la universidad y los que ex-
Inicialmente, la identificación de aspectos se realiza teniendo
ternamente pueden generar algún tipo de
en cuenta una o más actividades que por sus características y
repercusión sobre la Institución Educativa
magnitud, generan una alteración de las condiciones iníciales
y en sí, sobre su sistema social y ecológico.
del sistema social y natural de Los Libertadores. La evaluación respecto al uso y manejo En el caso del manejo de residuos sólidos se tienen en cuen-
del agua se realiza teniendo en cuenta 1)
ta características respecto a: 1) cantidad, 2) tipo de residuos,
la cantidad y calidad de los vertimientos
3) características del residuo, 3) emisario, 4) receptor final y,
generados, 2) el uso y manejo asociado
5) la posible disposición final. Es de resaltar que dicha activi-
a las diversas dependencias, entre ellas:
dad se convierte en relevante en tanto las cantidades de pa-
laboratorios, cafetería, servicios genera-
pel producto de las actividades académicas, administrativas
les, talleres, baños, servicio médico. 3) Los
y operativas son base para la dinamización de muchas de las
consumos de agua totales, y como tal, las
actividades puntuales de Los Libertadores.
características propias del buen uso res-
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pecto a aparatos críticos, reguladores o
de sus sedes y más allá de ello, lo que consigo ha conlleva-
buenas prácticas de manejo.
do respecto a los cambios en las dinámicas de los barrios, las localidades y su estructura socio-cultural y ambiental
Para el caso del almacenamiento de insu-
particular.
mos se tiene en cuenta con mayor relevancia, las causas y efectos respecto al sistema
En el caso de la movilidad interna, se resalta el impacto ge-
humano, es decir, su relación con la salud
nerado por los desplazamientos dentro de las sedes y como
ocupacional y en sí, los efectos acumulati-
tal de la comunidad universitaria en sus alrededores, es decir,
vos producto del desarrollo de una buena o
una evaluación a nivel interior y exterior en tanto el sistema
mala actividad asociada al almacenamien-
local se ajusta a las necesidades de la Universidad y como tal,
to de insumos.
genera diversos cambios en dinámicas, entre otras, como la comercial, el transporte y la infraestructura vial.
Las actividades académicas como eje fundamental de Los Libertadores se convier-
Las radiaciones no iónicas se tienen en cuenta ya que la ma-
ten en el objeto trascendental de éste EIA
yor parte de las actividades desarrolladas por la comunidad
en tanto son relevantes, no solo producto
universitaria implica el uso de diversas herramientas tec-
de la dinamización de un espacio puntual
nológicas, entre ellas el computador, dichas radiaciones se
o a nivel de o localidad sino respecto al im-
convierten en aspecto relevante que afecta la salud humana,
pacto que genera en el espacio y el tiempo
principalmente la asociada al componente visual.
en las diversas escalas, ya sea a nivel municipal, departamental, regional o nacional.
Otro aspecto, aunado a la proyección espacial, es la construcción y remodelación física, que aunque no tiene un gran im-
Es decir, las actividades académicas como
pacto en su área de influencia, si genera un impacto puntual
un aspecto importante que ha generado
o local, que de una u otra forma debe estar enmarcado en
cambios en los sistemas social, de decisio-
una serie de buenas prácticas y riesgos producto de activida-
nes, comercial, institucional, cultural, eco-
des, entre otras, como: levantamiento de paredes, pintura de
nómico y natural propio de los sitios donde
aulas de clase, cambio de puertas y reparaciones en general.
se acentúan sus sedes y como tal, en un supra-sistema más amplio y de gran espectro
Finalmente, se tiene en cuenta el uso y manejo de espacios
asociado al impacto cognitivo de la comuni-
verdes ya que la estructura ecológica y el aporte a la conec-
dad universitaria, entre ellos, los egresados.
tividad territorial puede ser de gran relevancia no solo para Los Libertadores sino porque dicho aspecto puede aportar en
La proyección espacial se evalúa tenien-
gran o pequeña medida a la recuperación de espacios que tie-
do en cuenta el proceso histórico de Los
nen relación directa con la biodiversidad, con la asimilación
Libertadores y las posibles causas y efec-
de cargas contaminantes, entre ellas la atmosférica.
tos prospectivos de dicha actividad. Se tiene en cuenta una visión territorial y
Ya descritas las actividades a tener en cuenta en la evaluación de
temporal que ha llevado a la proyección
impacto ambiental, a continuación se abordan las matrices y la cuantificación de las mismas.
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Cuadro 6. Matriz de Evaluación de Impacto Ambiental – Parte A
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Cuadro 6. Matriz de Evaluación de Impacto Ambiental – Parte B
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Cuadro 6. Matriz de Evaluación de Impacto Ambiental – Parte C
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Cuadro 6. Matriz de Evaluación de Impacto Ambiental – Parte D
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Priorización de Impactos Ambientales Ya descrita la evaluación de impacto ambiental, su priorización se establece teniendo en cuenta factores como: •
Rango
•
Relevancia respecto a la actividad propia de la Universidad
•
Complejidad
•
Afectación sobre el sistema social y ecológico
Dicha priorización se realiza teniendo en cuenta los siguientes criterios:
CARÁCTER
Impactos Adversos
Impactos Benéficos
COLOR Y SIGNO
RANGO
-
< 25
-
25 – 50
IMPORTANCIA DEL IMPACTO Irrelevante o compatible con el medio Moderada
-
51 – 75
Severa
-
> 75
+
<25
+
25 – 60
+
> 60
Crítica Benéfico de importancia baja Benéfico de importancia moderada Benéfico importante
Cuadro 7. Criterios de Priorización de Impactos Ambientales
A continuación se presenta la priorización de impactos:
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Cuadro 8. Matriz de Priorización de Impactos Ambientales.
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coningenio
coningenio
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CONCLUSIONES
•
… p. 82 - 113
El SGA debe poseer unas características flexibles que permitan adaptarse a una dinámica
•
La Fundación Universitaria Los Libertadores
que en el tiempo y el espacio varían, no en tér-
posee un mayor impacto adverso respecto a
minos probabilísticos sino de incertidumbre,
aspectos como el manejo de los residuos sóli-
otorgada principalmente por el sistema social y
dos, el agua, la energía, el ruido, la iluminación
sus procesos de adaptación a una realidad eco-
y la salud ocupacional, por tanto, es necesario
sistémica particular.
generar procesos de gestión ambiental de largo aliento que permitan generar la minimización
•
La consolidación del SGA se alcanza en la medi-
de sus impactos articulado a aumentos en los
da que exista un apoyo y compromiso de las di-
esquemas de ahorro económico asociado a con-
rectivas, enmarcado en una política ambiental y
sumos energéticos y de residuos sólidos.
un apoyo sistémico integral por parte de toda la comunidad universitaria.
•
La Universidad como esquema de carácter complejo debe incluir el componente ambien-
•
El SGA se establece de forma adecuada en la
tal de forma pertinente, es decir, en una de sus
medida que se realice una evaluación, análisis y
dimensiones debe fortalecer su esquema de
comprensión de: 1) La universidad en su escala
formación o docencia respecto a sus programas
interna; 2) La universidad y su impacto en su
académicos, de manera que “lo ambiental” no
contexto situacional o realidad y; 3) El impacto
sea visto solo como materia o electiva relleno
de su contexto situacional hacia la universidad.
en los planes de estudio, sino como escenario que permite dar visión sistémica, esquemática
•
La coordinación estratégica del SGA debe ge-
y funcional respecto a la aplicabilidad de los
nerarse desde un departamento adscrito a la
conocimientos y del contexto situacional o rea-
universidad y como tal, debe estar integrado a
lidad al cual deben responder los profesiona-
un equipo multidisciplinar que permita integrar
les, las investigaciones y el quehacer de todo el
las epistemologías, ciencias, fundamentos, pro-
sistema social.
gramas académicos y estructura universitaria. Es decir, es necesario conformar un equipo de
•
La dinamización de un futuro SGA de la Funda-
líderes, investigadores, analistas y operadores
ción Universitaria Los Libertadores se debe con-
de “lo ambiental” enfocado y/o adaptado a las
siderar en el marco de un contexto situacional
perspectivas y accionar de cada profesión, y que
de carácter local, regional, nacional y global, por
en su conjunto permitan comprender más que
tanto, el accionar del mismo se debe considerar
conocer uno o más objetos de estudio.
a través de acciones endógenas (internas) y exógenas (externas a la universidad).
•
La consolidación del SGA se establece en la medida que se operativice y optimice continua-
•
El SGA se debe considerar en el marco de las
mente la política, planes, programas, proyectos
epistemologías, visión y fundamentos propor-
y actividades ambientales establecidos en el
cionados por el enfoque de sistemas y la com-
presente documento.
plejidad de las dimensiones política, económica, social, cultural y biofísica a la cual responde la Fundación Universitaria Los Libertadores.
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•
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coningenio
En función de la reducción de im-
nera tal que aporte a la generación de estrategias claves
pactos ambientales y la reducción de
en la minimización de cantidades, de la segregación en
costos, es necesario fortalecer y poner
la fuente y de la generación de una cultura asociada a la
en marcha los programas de gestión
gestión sostenible de los mismos.
integral de residuos sólidos y los uso y ahorro eficiente del agua y la ener-
•
Se recomienda generar una investigación territorial y
gía. Sin embargo, es necesario actuar
socio-ecológica que permita identificar, conocer y com-
de forma sinérgica, de manera tal que
prender el contexto situacional o realidad local a la cual
la investigación y ajuste curricular
responde la universidad, de manera tal que fortalezca su
en virtud del componente ambiental
extensión universitaria.
permita fortalecer las funciones claves de la Fundación Universitaria Los
•
Se recomienda un proceso de adopción y apropiación de
Libertadores: docencia, investigación
la Política Ambiental por parte de las directivas de la Fun-
y extensión.
dación Universitaria Los Libertadores.
RECOMENDACIONES
•
Es necesario generar procesos que no solo generen revisiones ambientales o línea base ambiental, sino pro-
•
Se recomienda generar procesos con-
cesos continuos, diagnósticos, complejos y sistémicos
tinuos respecto a la cuantificación y
respecto a la realidad ambiental de la Fundación Uni-
caracterización de los residuos sólidos
versitaria Los Libertadores.
generados por la universidad, de ma-
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tar el titulo de ingeniero ambiental y
2. CARRANZA NORIEGA, Raymundo. 2001. MEDIO AMBIENTE PROBLEMAS Y SOLUCIONES. Primera Edición. 3. CONESA FERNÁNDEZ. 1997. GUIA METODOLOGICA PARA LA EVALUACION DEL IMPACTO AMBIENTAL. Tercera Edición. Ediciones Mundi-Prensa. 4. DE LA ROSA, Moisés. 1938. Las calles de Santafé. Bogotá, Concejo de Bogotá. 5. FUNDACIÓN MISIÓN COLOMBIA. 1988. Historia de Bogotá. Bogotá, Villegas Editores. 6. Ley 99 de 1993. 7. MARTÍNEZ, Carlos. 1988. Santafé. Evolución histórica. Bogotá, Banco Popular. 8. MEJÍA, Germán. 1994. The Years of Change. Urban space
sanitario. Universidad La Salle. S.f. 10. Secretaria de Hacienda Distrital www. shd.co 11. Sistema de información de norma urbana y POT. Bogotá 12. VARGAS, Julián. 1990. La Sociedad de Santafé Colonial. Bogotá, CINEP. 13. VARGAS, Julián y Fabio ZAMBRANO. 1988. “Santafé y Bogotá: Evolución histórica y servicios públicos”. En: Bogotá: Retos y Realidades, IFEA-FORO, Bogotá. 14. www.bogota.gov.co 15. www.saludcapital.gov.co
and urbanization in Bogotá. 1819-1910. Thesis Doctoral,
16. www.cadel.edu.co
University of Miami.
17. www.dapd.gov.co 18. www.usach.cl/ima
113 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
coningenio No. 3 / 2010
Comu AcadĂŠ
COMUNIDAD ACADÉMICA
unidad émica
Alianza 9 x 9
Propuesta para la promoción de la interacción de la universidad con el sector productivo de Chapinero
Doris Hernández Dukova
dhernandezd@libertadores.edu.co
Ingeniero Electrónico Universidad Técnica de Sofía. Especialización en Telecomunicaciones Móviles Universidad Distrital. Magister en Docencia Universidad de la Salle.
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio Resumen
Doris Hernández Dukova
… Alianza 9 x 9 - Propuesta para la promoción … pp. 118 - 125 de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero
La localidad de Chapinero tiene el índice de condiciones de vida más alto en Bogotá y el mayor capital empresarial. Hay 10.707 empresas con potencial para articularse a una de las diez cadenas productivas de mayor potencial de la ciudad. Sin embargo, la interacción y la articulación entre la Fundación Universitaria Los Libertadores y el sector productivo y empresarial de la localidad es poca. Desde la Facultad de Ingeniería surge la propuesta de una nueva dinámica de interacción ente los estudiantes de la facultad y las empresas de la localidad, que permitirá fomentar un estilo de vida saludable en el medio universitario, basado en trabajo en equipo hacía la excelencia académica y la realización personal y profesional. La propuesta sugiere una competencia sana entre 9 diferentes equipos participantes, que deben desarrollar 9 actividades distintas, buscando y aprovechando las oportunidades potenciales del sector. Las actividades académicas desarrolladas suponen divulgación del conocimiento por medio de foros, seminarios, mesas redondas, conferencias, entre otras, en función del desarrollo social del sector y la formación integral de los estudiantes. La evaluación del desempeño se hace con base en: organización y participación en eventos; promedio y rendimiento académico; votación por internet y valoración del impacto en la comunidad.
Palabras Clave: Excelencia académica, Desarrollo social, Divulgación de conocimiento.
Alliance 9 x 9
Motion for the promotion of interaction with the university of productive Chapinero sector Abstract
The locality of Chapinero has the highest living standard index of the city and the largest entrepreneurial capital. There are 10,707 companies with the necessary characteristics to link to one of the ten production lines with the highest potential in the city. However, interaction and linkages between Los Libertadores University and the productive and business sectors is reduced. From the Faculty of Engineering emerged a new interaction dynamic between students from this Faculty and local businesses, which will promote a healthy lifestyle in the university context, based on teamwork, leading towards academic, personal and professional excellence. The proposal suggests a healthy competition among 9 different teams, which must develop 9 different activities, finding and exploiting the potential opportunities in the sector. The academic development involves dissemination of knowledge through forums, seminars, roundtables and, conferences, depending on the social development sector and the education of students. Performance assessment is based on the organization and participation in events; average grades and academic performance; internet voting and assessment of the impact in the sector.
Key Words: Academic excellence, social development, knowledge dissemination. 119 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
Doris Hernández Dukova
… Alianza 9 x 9 - Propuesta para la promoción de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero
D
Introducción
… pp. 118 - 125
coningenio
A nivel local, por la ubicación geográfica de los Libertadores en la localidad de Chapinero, las problemáticas del entorno socio-
Desde el año 2005 inicia en la Facultad de
económico y cultural del sector, se vuelven problemáticas ins-
Ingeniería de la Fundación Universitaria
titucionales. La contaminación ambiental, visual y auditiva, el
Los Libertadores el proyecto de investiga-
ruido producido por el transporte público, los bares y las dis-
ción “Dificultades de aprendizaje en In-
cotecas en cercanía de las instituciones educativas, la falta de
geniería”, cuyos objetivos son identificar
zonas verdes y espacios de esparcimiento y recreación, son la
cuáles son las principales dificultades de
realidad con la que conviven los jóvenes universitarios.
aprendizaje en el programa de ingeniería electrónica, sus causas y las posibilidades
El proyecto “Alianza 9 x 9” surge en respuesta de las proble-
de intervención en las problemáticas de-
máticas mencionadas en el entorno universitario, en relación
tectadas. Se entrevistaron 15 docentes y 80
con los procesos de enseñanza-aprendizaje, dentro y fuera de
estudiantes y se construyó el sistema de
las aulas de clase. Se propone aprovechar las oportunidades
concepciones caracterizando las proble-
potenciales, que ofrece la localidad de Chapinero, en materia
máticas identificadas. Para los docentes las
de potencial empresarial y capacidades de inversión, públicas
dificultades se agruparon en cuatro cate-
y privadas, en actividades de desarrollo tecnológico y divulga-
gorías: conocimientos previos, complejidad
ción de conocimiento.
de las tareas de aprendizaje, problemas de comunicación y estilos de aprendizaje.
Se sugiere la implementación de una nueva dinámica de par-
Para los estudiantes los resultados fueron
ticipación en actividades académicas y extracurriculares de
agrupados también en cuatro categorías:
los estudiantes universitarios, que permitirá fomentar un esti-
manejo de tiempo, metodologías de estu-
lo de vida saludable, ayudará alcanzar la excelencia académi-
dio, motivación personal y recursos econó-
ca y la realización personal, mejorará las relaciones interper-
micos. Las consideraciones sobre los temas
sonales y la comunicación en todos los niveles: entre compa-
de investigación, relación teoría-práctica y
ñeros, con los docentes, con el conocimiento y con la familia.
trabajo en equipo fueron analizados por
al proceso enseñanza-aprendizaje.
Situación actual en la Facultad de Ingenierías de la Fundación Universitaria Los Libertadores
Este mismo año, desde la dirección del
Según investigaciones sobre el sistema de concepciones de
programa de ingeniería electrónica y en
profesores y estudiantes de la Facultad de Ingeniería sobre
conjunto con la Subdirección de salud de
procesos pedagógicos y dificultades en el aprendizaje, se
Bienestar Universitario, inicia un progra-
deduce que es un sentir general la falta de un sistema de
ma de intervención en algunas problemá-
motivación educacional fuerte. Por otro lado, para los estu-
ticas detectadas: talleres sobre métodos
diantes, la participación en las actividades de Bienestar está
de estudio y manejo del tiempo, proyecto
tomada como un requisito para optar al titulo profesional y
de vida y área espiritual. Los participantes
está desvinculada de los procesos de formación en el aula
en el programa entre 2005 y 2008 fueron
y los docentes de planta poco participan en las actividades
1148 estudiantes. Algunas dificultades en
que ofrece Bienestar Universitario por tres razones: falta de
el desarrollo de este programa de inter-
tiempo, falta de interés y falta de oportunidades adecuadas.
vención fueron: la continuidad, el segui-
Los esfuerzos de vincular la teoría con la práctica a través de
miento y la medición del impacto del de-
algunos espacios académicos, son discontinuos y dispersos.
sarrollo de las actividades.
Estas afirmaciones están soportadas por el proyecto de in-
separado, puesto que son transversales para todas las categorías y son inherentes
120 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio
Doris Hernández Dukova
… Alianza 9 x 9 - Propuesta para la promoción … pp. 118 - 125 de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero
vestigación sobre Dificultades de Aprendizaje, el trabajo de la
docentes, su inexperiencia en el manejo de
Subdirección de Salud en conjunto con el programa de Inge-
grupos o en el manejo de los tiempos, la
niería Electrónica y el seguimiento del rendimiento académi-
falta de prácticas de laboratorio y talleres,
co por el equipo de Consejerías Académicas.
la falta de aplicación de lo aprendido.
Proyecto de investigación “Dificultades de Aprendizaje en Ingeniería”
En cuanto a los núcleos de interés para la presente propuesta, es importante destacar los siguientes aspectos:
Este proyecto se está desarrollando por el grupo de investigación ALLIANCE EE, adscrito al programa de Ingeniería Electró-
•
nica, desde el año 2005.
Se presentan encuentros y desencuentros entre las concepciones de profesores y estudiantes respecto al cono-
En el año 2007 se realizó un trabajo con 15 docentes y 80 estu-
cimiento, al proceso de enseñanza-
diantes de la Facultad de Ingeniería, buscando la identificación
aprendizaje, al sentido de la clase y a
y caracterización de las principales dificultades de aprendizaje
la motivación hacia la práctica.
de los estudiantes de Ingeniería, las causas que les atribuyen los participantes en el proceso educativo y las posibilidades
•
Existe una estabilidad total en el siste-
de intervención en las problemáticas detectadas. Se identifi-
ma de concepciones de los estudian-
có que para los docentes las dificultades para el aprendizaje
tes, lo que permitirá la intervención
son principalmente la naturaleza de los conocimientos previos
en las problemáticas detectadas para
de los estudiantes y la complejidad de las tareas de aprendi-
mejorar los procesos dentro y fuera del
zaje, mientras los alumnos expresan la problemática en tres
aula de clase.
aspectos diferentes: el manejo del tiempo, la falta de hábitos de estudio y la baja motivación frente a las asignaturas. Todos
•
El contenido de las concepciones pre-
los grupos identificaron como causa de las dificultades men-
senta la mayor fuerza en la relación y
cionadas la comunicación inadecuada entre profesores y estu-
comunicación entre profesores y estu-
diantes y la incoherencia entre los estilos de enseñanza de los
diantes, aunque también se manifiesta
maestros y los estilos de aprendizaje de los alumnos.
en el contenido de las asignaturas y la relación teoría-práctica.
Hay factores que afectan el aprendizaje que agrupamos en
la falta de motivación hacia el estudio fueron: no sentirse a
Proyecto de Bienestar desarrollado en conjunto con la Subdirección de Salud
gusto por la información recibida, falta de comprensión de
Se desarrolló desde el año 2005 hasta el año
por qué y para qué sirven algunos temas en el ámbito labo-
2008 en la Facultad de Ingenierías con un
ral, falta de constancia en el estudio, falta de compromiso
total de 1148 participantes. Las temáticas
consigo mismo y con la carrera. Algunos estudiantes de los
trabajadas fueron: Métodos de estudio, Pre-
primeros semestres señalan que la falta de motivación es
sentación de Hojas de vida y Entrevistas de
consecuencia de que están estudiando algo que no espera-
Trabajo, Manejo del tiempo, Área espiritual.
la categoría Motivación personal. Es en fondo esta categoría esta ligada muy fuertemente con los métodos de estudio y la distribución del tiempo. Algunas causas identificadas para
ban, por tanto desde ahí inicia la falta de identidad frente a la carrera profesional que eligieron. Otros, a cambio, afirman
Se hizo la evaluación de las actividades de-
que su motivación se ve directamente afectada por los proce-
sarrolladas y se determinó que: la informa-
sos educativos en el aula: la metodologías empleadas por los
ción suministrada en los talleres es útil y el
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Doris Hernández Dukova
… Alianza 9 x 9 - Propuesta para la promoción de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero
contenido es acorde con la temática pro-
•
… pp. 118 - 125
coningenio
No hubo continuidad en el proceso, los estudiantes no
puesta; las ayudas audiovisuales, escritas y
asistían en forma regular a las diferentes sesiones pro-
verbales fueron adecuadas; la metodología
gramadas, igual en los diferentes semestres los partici-
es apropiada y las explicaciones son claras
pantes eran diferentes.
y precisas y se recibió buen trato por parte de las personas que orientaron el taller.
•
Poca divulgación de las actividades: sólo se usaron las carteleras y las visitas a los salones de clase.
Las dificultades para el desarrollo de las actividades fueron:
•
Poca participación del personal administrativo y los docentes de planta.
•
El tiempo para cada sesión fue limitado.
•
El número de estudiantes participan-
Consejerías Académicas en la Facultad de Ingeniería
tes fue menor que el estimado, las ac-
En el primer semestre del año 2009, se aplicó el cuestionario
tividades se cruzaban con las clases
“Cómo Aprender Mejor” (56 preguntas) a 380 estudiantes, 73%
programadas o las sesiones de bienes-
de la población total de estudiantes de primer semestre, sobre
tar universitario.
sus técnicas de estudio, encontrando los siguientes resultados:
Se observa, que para todos los programas de la Facultad de Ingeniería, el número de estudiantes con hábitos de estudio defectuosos, pero que se pueden mejorar son superiores a 60%. El resultado consolidado para la facultad muestra que tan sólo 15% de los estudiantes tiene hábitos de estudio adecuados.
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coningenio
Doris Hernández Dukova
… Alianza 9 x 9 - Propuesta para la promoción … pp. 118 - 125 de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero
En la encuesta se evaluaron 5 aspectos de los métodos de es-
te al 12%. El 29% de las empresas de la lo-
tudio: Las condiciones materiales (6 preguntas), Cómo distri-
calidad Chapinero son personas naturales,
buir el tiempo (7 preguntas), Actitud personal (27 preguntas),
y el 71% de personas jurídicas. Sólo el 10%
Cómo realizar los trabajos (5 preguntas) y Cómo presentar los
realizan operaciones de comercio exterior
exámenes (11preguntas), para un total de 56 preguntas.
y el 4% registró actividades de exportación.
De los aspectos analizados, en donde más están fallando los
Las oportunidades potenciales identifi-
estudiantes, es en la distribución del tiempo y en presenta-
cadas en la localidad son: desarrollo e
ción de los exámenes.
implementación de un banco de empleo, promoción de las actividades de desarrollo
Por otra parte, analizando las respuestas correspondientes a
tecnológico y implantación de programas
actitud personal y hacia el aprendizaje, la encuesta señala
de incubadoras de empresas y/o jóvenes
buena disposición por parte de los estudiantes. Como prin-
empresarios.
cipales distractores a los procesos educativos se señalan los videojuegos e Internet.
Situación actual en la Localidad de Chapinero
“Alianza 9 x 9” sugiere que desde algunos espacios académicos en la Facultad de Ingeniería se propongan y desarrollen actividades que identifiquen las oportunidades potenciales del sector afines a los propó-
La localidad de Chapinero según tipología de zonas urbanís-
sitos de aprendizaje correspondientes y se
ticas, está clasificada como COMERCIAL. Se identifica así a
implementen como parte del proceso de
los sectores de la ciudad donde el comercio, los servicios y
formación universitario.
las oficinas constituyen los usos predominantes. En razón a la presencia de gran número de universidades, industrias y negocios, la población flotante de Chapinero quintuplica a la
Descripción y alcance de la propuesta
población residente. “Alianza 9 x 9” propone la implementación La localidad de CHAPINERO presenta las siguientes características:
de una estrategia de motivación hacia la excelencia académica y la superación perso-
•
Contaminación ambiental, auditiva, visual y atmosférica.
nal y profesional, ocupando el tiempo libre de los jóvenes en el desarrollo de activida-
•
Alta actividad comercial tanto formal como informal.
des que sean propuestas por ellos mismos, explorando las oportunidades potenciales
•
Gran número de habitantes de la calle, sin atención.
empresariales del sector de Chapinero.
•
Invasión del espacio público.
Se sugiere el trabajo en equipos de 9 personas: un administrativo, un docente de
•
Deterioro ambiental, conflicto en uso de recursos.
planta y 7 estudiantes. Para algunas de las actividades se necesitará la participación
•
No existen suficientes zonas verdes para recreación
de los padres y/o los núcleos familiares de los estudiantes.
Algunas cifras sobre la actualidad económica y social de la localidad, que soportan la propuesta son: En Chapinero se locali-
El objetivo para cada uno de los 9 equipos
za el mayor número de empresas de Bogotá, 23.581, equivalen-
es desarrollar 9 actividades diferentes en el
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Doris Hernández Dukova
… Alianza 9 x 9 - Propuesta para la promoción de la interacción de la Universidad con el sector productivo de Chapinero
transcurso un semestre académico y com-
… pp. 118 - 125
coningenio
2. Promedio académico: se toma la media aritmética de los
petir sanamente por diferentes beneficios,
estudiantes participantes.
ofrecidos como estímulo académico por la institución. Se sugiere que sean descuen-
3. Votación por Internet: por medio de la página institucional.
tos fuertes en la matricula para el próximo semestre, exime del pago de los derechos
4. Impacto en la comunidad académica: encuestas cortas
de grado, exime de la participación en las
al final de los eventos, encuestas en Internet, cartas de
actividades de Bienestar Universitario.
recomendación, cartas de agradecimiento, entre otras.
Se espera que mediante esta dinámica, los estudiantes desarrollen las habilidades co-
La evaluación del impacto simultáneamente con la evalua-
municativas, el trabajo en equipo, la com-
ción del equipo ganador por semestre, permitirá hacer los
petitividad, el liderazgo y fortalezcan su
ajustes metodológicos necesarios. También se puede ofrecer
compromiso con la formación profesional
la propuesta como una experiencia exitosa ante entidades y
e identidad institucional.
organizaciones, públicas o privadas, como un modelo a seguir o para búsqueda de financiación externa para su desa-
Las actividades a desarrollar pueden ser: •
Actividades académicas: foros, semi-
rrollo y continuidad. Las etapas en la implementación de la propuesta serían:
narios, mesas redondas, conferencias 1. Sensibilización de la Comunidad en torno a las proble•
Actividades culturales: visita a mu-
máticas contemporáneas en los medios universitario.
seos, exposiciones, ferias 2. Selección de los equipos promotores “9 x 9” e implemen•
•
Actividades de integración: muestras
tación de la prueba piloto. Se sugiere la aplicación de la
empresariales,
prueba piloto en la Facultad de Ingeniería.
Actividades comunitarias: participa-
3. Ajustes metodológicos a la propuesta inicial.
ción en proyectos de la Localidad de Chapinero, Alcaldía Local o Mayor,
4. Implementación del proyecto a nivel institucional.
MEN, Colombia aprende, etc. A continuación se hace un análisis DOFA de la propuesta. La evaluación del desempeño de cada uno de los equipos se hará por puntaje, máxi-
DEBILIDADES
mo 100 puntos. Se evaluarán en la misma
•
Recursos destinados para el desarrollo e implementación de la propuesta.
proporción cada uno de los siguientes aspectos: 1. Organización
y
participación
eventos: se evalúan las evidencias de las actividades: listas de asistencia, fotos, videos.
124 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
•
Continuidad en los procesos de implementación.
•
Seguimiento al desarrollo de las actividades y al impacto
en en la comunidad Libertadora.
coningenio OPORTUNIDADES •
Conclusiones
Vinculación de los docentes de Bienestar Universitario a las acti-
“Alianza 9 x 9” propone una dinámi-
vidades académicas.
ca de participación en las actividades académicas y extracurriculares en la
•
Mejorar la relación de la Facultad
Facultad de Ingeniería que busca la su-
de Ingeniería con el sector produc-
peración de algunas dificultades en el
tivo y empresarial en la localidad
aprendizaje en la relación teoría-prác-
de Chapinero.
tica, comunicación y trabajo en equipo. La interacción de los participantes con
•
Mejorar índice de mortalidad y deser-
el sector productivo de la localidad de
ción estudiantil.
Chapinero ayudará a la formación integral de los estudiantes y en la construc-
•
Búsqueda de financiación externa.
ción de una experiencia exitosa para la comunidad Libertadora. La ventaja para la implementación es que se puede de-
FORTALEZAS •
La institución cuenta con recursos físicos y humanos para desarrollar
•
sarrollar con la infraestructura física y los recursos humanos disponibles.
la propuesta.
Referencias
Es una propuesta novedosa que
1. Ficha básica: Localidad de Cha-
responde a las necesidades locales.
pinero. Observatorio de culturas, Secretaria Distrital de Cultura, Re-
•
Fomenta las competencias comunicativas, la competitividad y la habilidad de trabajar en equipo.
creación y Deporte, Úrsula MENA, Noviembre del 2008 2. Hernández, Doris - ¿Por qué no aprenden los estudiantes? Revista “Con ingenio”, p.19-21, Junio 2006
AMENAZAS •
3. Hernández, Doris – Memorias del
Crisis económica mundial y recesión
Encuentro Nacional de Grupos de
en Colombia.
Investigación Registrados y Reconocidos por COLCIENCIAS en el
•
Dinámica socio-económica y cul-
Área de Educación, Mayo 2008.
tural de la localidad de Chapinero.
4. Hernández, Doris – Memorias de la XXVIII Reunión Nacional de ACO-
•
Reglamentación de la dinámica
FI: las facultades de Ingeniería y
institucional de participación en
su aporte al desarrollo del país, p.
las actividades propuestas.
93, Septiembre 2008 5. http://www.culturarecreacionydeporte.gov.co/observatorio/documentos/localidades/chapinero. pdf, 2009
125 AGOSTO··2010··3
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Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas: Un Estudio Cuasiexperimental empleando la Heurística de Polya Silvio Alejandro Jiménez Castellanos* Jairo Enrique Vargas** Claudia Andrea Palacios***
jmaobiomar@yahoo.com joalbriva@yahoo.com faalarcon@gmail.com
Docente Tiempo Completo, Fundación Universitaria Los Libertadores. Docente de Cátedra, Fundación Universitaria Los Libertadores, ol. C.Lestonnac. *** Docente de Cátedra, Fundación Universitaria Los Libertadores. *
**
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio Resumen
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
… pp. 126 - 155
Este artículo presenta los resultados obtenidos al aplicar la Heurística de Polya como eje de una didáctica centrada en Resolución de Problemas. La estrategia se aplicó en dos cursos de la asignatura Física Térmica, pertenecientes a la Facultad de Ingeniería de la Fundación Universitaria Los Libertadores. La investigación fue de tipo cuasiexperimental y su objetivo fue comparar los niveles de competencia interpretativa, representativa, espacial, propositiva, argumentativa, sensitiva, operativa y evaluativa de los estudiantes, antes y después de la aplicación de la estrategia.
Palabras Clave: Resolución de Problemas, Competencias.
Development of basic skills through problem solving: A quasi - experimental study using Polya’s Heuristic
Abstract
This paper shows the results of the application of Polya’s Heuristic as core of Solving – Problems as a didactic strategy. It was applied in two Thermal Physics courses of the Engineering Faculty of Fundación Universitaria Los Libertadores. This research was quasi-experimental type and its objective was to compare student’s interpretational, representative, spatial, purposeful, argumentative, sensitive, operational and evaluative competence levels, before and after of the application of this strategy.
Key Words: Solving Problems, Competences. 127 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
Silvio Alejandro Jiménez … Jairo Enrique Vargas Claudia Andrea Palacios
Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
E
Introducción
… pp. 126 - 155
coningenio
o caminos de solución; la incomprensión del enunciado de los ejercicios; la falta de interés y de trabajo de los estudian-
En el ejercicio de la docencia en el espacio
tes; el escaso dominio del aparato matemático acompañado
académico de Física Térmica, en la Facul-
de los errores cometidos en la realización de los cálculos ma-
tad de Ingeniería de la Fundación Univer-
temáticos y la falta de actitud reflexiva para observar si la
sitaria Los Libertadores, se empezó a perci-
demanda académica es superior o no a su capacidad. Todo
bir la dificultad que tenían los estudiantes
lo anterior genera desmotivación hacia el tema o el espacio
para el aprendizaje de los conceptos en
académico que el estudiante cursa.
los cursos de matemáticas y de ciencias naturales. También se percibió que ésta
En contraste, autores como Yager, Penick, Ramirez J., Martínez
dificultad provocaba un bajo rendimiento
Torregrosa (Mora Penagos y García Martínez, 1996) centran la
escolar, debido a que las acciones desarro-
dificultad de resolver problemas en errores de planteamien-
lladas en clase disminuían la motivación
tos en el proceso enseñanza – aprendizaje: en las estrategias
de los estudiantes, ya que aparentemente
de clase que utiliza el docente para resolver problemas con
los docentes se conformaban en presentar
sus alumnos y en la presentación didáctica de los problemas
el tema como una fundamentación me-
por parte de los libros de texto como de los docentes.
ramente teórica, desligada de la vida real. Precisamente, la frustración y el bajo ren-
Indagando sobre qué estrategias de clase podrían utilizar los
dimiento académico se manifestaban en
docentes para disminuir el fracaso escolar, se encontró que
las altas tasas de ausentismo y mortalidad
en el Instituto Técnico y de Estudios Superiores de Monte-
académica, y en los bajos resultados en los
rrey [2] se había realizado un compendio de las estrategias
Exámenes de Evaluación de la Educación
didáctidas más utilizadas. Dentro de estas estrategias están
Superior (ECAES) que evalúan los mínimos
la Exposición Tradicional, el Trabajo por Proyectos, el Estudio
con los que debe egresar un estudiante de
de Casos, el Método de Preguntas, la Simulación y el Juego, la
ingeniería en Colombia.
Lluvia de Ideas, los Juegos de Roles, el Panel de Discusión y la Resolución de Problemas (RP). A pesar de las ventajas que
Las opiniones de profesores, estudiantes e
este compendio le atribuye a cada una de las estrategias di-
incluso investigadores, coinciden en afir-
dácticas, no se logra evidenciar si este tipo de estrategias, y
mar que es la resolución de problemas la
en particular la RP, favorecen la disminución del fracaso en
principal causa del fracaso escolar genera-
la resolución de problemas de Física y en consecuencia en el
lizado en los espacios académicos relacio-
éxito escolar de los estudiantes.
nados con las ciencias naturales, específicamente con la Química y la Física (Mora
Por otro lado, Pozo (1994), Perales Palacios (1999), Garret (1988)
Penagos y García Martínez.1996). ¿Pero
y García García (2003) coinciden en que la RP se puede utili-
cuáles son las causas que dificultan que
zar como estrategia didáctica, ya que al intentar solucionar
los alumnos resuelvan problemas en és-
en el aula problemas extractados de la realidad, se facilita el
tos espacios académicos? Algunos autores,
aprendizaje de los estudiantes por medio de la realización, en
como Oñorbe y Sánchez (Mora Penagos y
pequeños grupos, de actividades de tipo investigativo.
García Martínez,1996), centran las causas en las incapacidades del estudiantado: la
Es decir, con esta estrategia se busca el desencadenamiento
falta de suficientes conocimientos teóricos
de los mecanismos cognitivos, sensomotores y afectivos para
y de conocimientos procedimentales para
producir en el estudiante efectos deseables de aprendizaje,
la aplicación de la teoría; la dificultad en el
además de motivar su interés hacia la ciencia, a través de una
planteamiento y aplicación de estrategias
aproximación al Método Científico, método que por excelen-
128 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
… pp. 126 - 155
cia se utiliza para el estudio de las Ciencias Naturales tales
adquiere y emplea en forma intencional
como la Física.
como instrumento flexible para aprender significativamente y solucionar problemas
Ahora bien, si es posible facilitar el aprendizaje a través de la RP, ¿cuál es la mejor forma de resolver un problema? Po-
y demandas académicas.
lya (1973), fue el primero en plantear una metodología para
El concepto de Problema
resolver problemas. Dicha metodología es conocida como
En la vida cotidiana el concepto de pro-
la Heurística del Polya. Esta heurística además de tratar de
blema es muy generalizado y hay muchas
comprender el mejor método para solucionar problemas,
definiciones. Se define un problema como
también trata de entender las operaciones mentales que tí-
una “situación incierta que provoca en quien la
picamente utilizan la personas en este proceso tales como el
padece una conducta tendente a hallar la solu-
análisis, la síntesis, la conceptualización, la argumentación
ción y reducir de esta forma la tensión inherente
y la evaluación del proceso mismo.
a la incertidumbre”. (Perales Palacios.1991)
Resumiendo: si la Resolución de Problemas es una estrate-
En esta definición, implícitamente, se re-
gia de aula que facilita el aprendizaje por medio las activi-
salta que para que una persona considere
dades de tipo investigativo, si desencadena en el ser humano
una situación como un problema primero
procesos cognitivos, procedimentales y afectivos, que igual-
debe ser algo desconocido y segundo debe
mente se activan cuando se aplican las fases de la Heurística
generarle el interés por resolverla. Enton-
de Polya, entonces sería interesante saber si utilizando ésta
ces cuando una persona reconoce una si-
Heurística, en el contexto de una didáctica centrada en la Re-
tuación como problema se dispone a seguir
solución de Problemas, se podrían activar las competencias
el proceso de resolverlo.
básicas del individuo para hacer de la Física una asignatura más formativa y más motivadora, y así disminuir las tasas
Perales Palacios también sistematiza una
de ausentismo, de mortalidad académica y para promover
clasificación de los problemas según los si-
el desarrollo de los conocimientos conceptual, explicativo y
guientes criterios:
procedimental.
Fundamentos Teóricos
•
cado: problemas de Física, de Química, de Geología, etc.
Estrategias Didácticas Son todas aquellas acciones docentes (fases seguidas en una
Según el campo de conocimiento apli-
•
Según la tarea requerida para su re-
secuencia de enseñanza), flexibles y soportadas teóricamen-
solución: a) Problemas Cualitativos,
te, que aplicadas y valoradas desde sus resultados, promue-
requieren de un proceso mental sin
ven el desarrollo de aprendizajes significativos en una temá-
necesidad de un resultado numérico
tica determinada.
como solución; b) Problemas Cuantitativos, si además de un proceso men-
Díaz y Hernández (1998, citados por Sierra Bueno, 2005), cla-
tal ha de recurrirse a procedimientos
sifican las estrategias didácticas en estrategias de enseñaza
gráficos o de cálculo matemático; c)
y estrategias de aprendizaje. Las primeras están relaciona-
Problemas Experimentales, los que
das con el diseño, programación, elaboración y realización de
adicionalmente requieren de activi-
actividades pedagógicas por parte del docente. Las segundas
dades manipulativas con o sin instru-
están relacionadas con procedimientos que el estudiante
mental específico de laboratorio.
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Silvio Alejandro Jiménez … Jairo Enrique Vargas Claudia Andrea Palacios
•
Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
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Según el procedimiento seguido en su
los ámbitos actitudinal, metacognitivo y social (García Gar-
resolución en: a) Problemas de Aplica-
cía, 2003). Algunas de sus principales características de esta
ción Directa, si solamente requieren de
estrategia son:
operaciones matemáticas simples; b) Problemas Algorítmicos, si implican el
•
Privilegia el desarrollo de la creatividad.
•
Promueve el uso de procesos cognitivos asociados al desa-
seguimiento de una secuencia de operaciones cerrada para la consecución de la solución; c) Problemas Heurísti-
rrollo de aprendizajes significativos por la elaboración y or-
cos, si precisan de la puesta en juego
ganización que lleva implícitos.
de una estrategia con una planificación consciente previa; d) Problemas
•
Es una de las más útiles para la formación de profesiona-
Creativos, si permiten la adopción de
les competentes, pues no sólo desarrolla competencias
estrategias de solución, que no suelen
dentro de la propia disciplina sino que también sirve para
ajustarse a ningún patrón de compor-
asumir los retos de actualización continua y autónoma.
tamiento predeterminado. • •
Es importante para el desarrollo de la democracia, el de-
Según el número de Soluciones en: a)
sarrollo social y el aprendizaje de la cultura por parte de
Problemas Cerrados, si su solución es
los individuos (García García. 2003).
única y no admite dudas sobre su validez. b) Problemas Abiertos, si admiten
•
Los procesos de resolución de problemas requieren capacidad de decisión y de participación de individuos.
varias soluciones que previamente no pueden ser rechazadas o aceptadas con total certeza, por lo que normalmente
•
Favorece el grado de compromiso del estudiante, pues
deben ser evaluadas en términos de
fomenta la formación de actitudes, intereses y valores
probabilidad o de utilidad.
asociados mediante la vinculación de los contenidos con situaciones de la vida cotidiana, según lo expuesto
De la clasificación de Perales Palacios, se
por Martha Corredor (Corredor, 2003, citada por Sierra
puede concluir que no todo proceso de so-
Bueno, 2005).
lución es igual y que se requieren diferentes destrezas, enfoques y capacidades se-
Perspectivas Investigativas sobre RP
gún el tipo de problema al que el resolutor
El modelo de enseñanza aprendizaje (EA) centrado en la RP
se enfrente.
se fundamenta en tres perspectivas investigativas (López y
La RP como Estrategia Didáctica
Costa, 1996):
Perspectiva Empírica: Investigación específica en Resolución de Problemas
Concepto y características
Perales Palacios (1993) hace una revisión de algunas investi-
La resolución de problemas es una estra-
gaciónes en torno a la RP referida a las ciencias y a las mate-
tegia pedagógica en la cual los procesos
máticas. Perales hace su revisión desde tres lugares:
de aprendizaje se encuentran enmarcados dentro de situaciones problemáticas rela-
a. Desde las variables involucradas en el proceso de RP: las
cionadas con los contenidos cognitivos que
características cognitivas del solucionador del problema,
se quieren enseñar y simultáneamente
deficiencias en la capacidad del razonamiento formal,
propician el desarrollo de competencias en
deficiencia en la representación física del enunciado de
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Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
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un problema, las creencias, la forma en el indivudo perci-
b. La Corriente Cognitivista: Las teorías
be la realidad, la creatividad, el género del solucionador y
cognitivas del aprendizaje se centran
la naturaleza del problema entre otras.
en procesos mentales, en otras palabras, tratan de explicar cómo los indi-
b. Desde las Estrategias de RP: aquí Perales Palacios recopila
viduos aprenden y qué sucede en sus
los estudios sobre las estrategias espontáneas desarrolla-
cerebros cuando el aprendizaje se da,
das por los resolvedores y que apuntan a encontrar estra-
por esto se considera que la nueva in-
tegias generales de RP aplicadas por los individuos. Entre
formación debe ser interpretada en
estudios se destaca el de “expertos y novatos”.
términos de conocimientos previos, lo cual establece que la estructura cogni-
c. Desde la Didáctica: aquí los estudios se centran en la
tiva es el principal factor que afecta el
aplicación de la RP a las actividades de enseñanza apren-
aprendizaje significativo.
dizaje. Dos vertientes se logran identificar en estos estudios: la primera cuyo énfasis está en la necesidad de re-
En la resolución de problemas los es-
solver problemas de una forma eficiente y la segunda la
tudiantes deben tratar de encontrar la
RP como herramienta para detectar fallos conceptuales y
estructura general del problema, pos-
concepciones alternativas, así como instrumento para la
teriormente identificar vacíos e incon-
evaluación del aprendizaje.
gruencias cognitivas, los cuales son estímulos para el aprendizaje. (Sierra
Perspectiva Psicológica
Bueno, 2005).
Desde el punto de vista psicológico hay dos corrientes en las cuales se basan las investigaciones sobre enseñanza – apren-
Dentro de esta corriente, se puede
dizaje centrado en Resolución de Problemas:
mencionar:
a. La Corriente Conductista: estas investigaciones se han
•
La Teoría de Piaget, a la cual recurre
preocupado por la búsqueda y enseñanza de estrategias
Campanario (2005, citado por Sierra
adecuadas para resolver problemas. Una vertiente de
Bueno, 2005) para afirmar que las
esta corriente se enfocó en la consecución de estrategias
“habilidades para el pensamiento
generales o globales, de tal forma que cuando el estu-
formal” son un aspecto fundamen-
diante las haya adquirido, las puede aplicar sin restric-
tal para el aprendizaje por reso-
ción a cualquier problema. En esta vertiente se pueden
lución de problemas, ya que éstas
situar los trabajos de Polya para problemas matemáticos.
permiten denotar aquellos procesos de pensamiento de orden superior,
Una segunda vertiente que resalta la utilización contex-
presentes en adolescentes y adultos
tual, particular y concreta de estrategias y procedimien-
que permiten afrontar situaciones
tos, ve a la RP como un proceso donde las diferencias en-
de tipo problemático o incierto. En
tre individuos son debidas a diferencias en las capacida-
este sentido la utilización de una es-
des individuales de las personas. Aquí se pueden enmar-
trategia de RP está condicionada a la
car los estudios sobre expertos y novatos, donde enseñar
verificación de un dominio de proce-
a resolver problemas es proporcionar a los estudiantes
sos de pensamiento básico por parte
novatos las estrategias utilizadas por los expertos.
de los estudiantes y se enfocaría a la potencialización de habilidades de
La línea de investigación didáctica ha acogido la corriente
tipo superior.
conductista.
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Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
El desarrollo del pensamiento formal
•
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coningenio
La Teoría del Significado de Ausubel (1989, citado por Sie-
va asociado a una serie de procesos
rra, 2005) considera que en la mente de los individuos
cognitivos, que son aquellos proce-
existen estructuras cognoscitivas desarrolladas por ac-
sos psicológicos relacionados con el
ciones y experiencias pasadas, las cuales condicionan
atender, percibir, memorizar, recordar
las respuestas de la persona ante situaciones nuevas. La
y pensar, constituyen una parte sus-
asimilación corresponde a la búsqueda de un esquema
tantiva de la producción superior del
mental apropiado para relacionar la nueva información.
psiquismo humano.
En la medida que se produzcan relaciones se construyen significados. En esta teoría la solución de un problema se
•
La Teoría Asocianista que afirma que
da en consonancia con la estructura conceptual previa
en el proceso cognitivo se tiende a re-
e implica un proceso de restauración que conlleva a un
lacionar infinidad de elementos, y así
aprendizaje significativo, así el estudiante será capaz de
una experiencia actual, por ejemplo,
dar significación relacionando las nuevas informaciones
nos recuerda una anterior que tiene
con los esquemas previos.
un algo que nos permite establecer la relación. Enfrentados al mundo lo
Con base en la teoría de Ausubel, (López y Costa, 1996)
comprendemos en la medida en que
afirman que la importancia de los problemas es secunda-
los elementos informativos que cap-
ria, ya que la mayor importancia la tienen los conceptos
tamos en el momento se relacionan
y su construcción. Aquí, los problemas no asumen el pa-
con otros. Con respecto a la RP, esta
pel de tareas de aprendizaje sino como momentos donde
teoría considera que por la prueba de
se quiere evaluar la construcción de los conceptos por
diferentes respuestas se puede llegar
parte de los sujetos.
a la solución, y por lo tanto considera que el aprendizaje de respuestas habi-
•
Constructivismo considera que la construcción del cono-
lita para la resolución de problemas, la
cimiento es uno de los elementos cruciales de las estrate-
aparición de soluciones de manera in-
gias de aprendizaje por resolución de problemas y es to-
esperada y es explicada por los proce-
talmente coherente con las propuestas constructivistas
sos mentales de selección de respues-
ya que brindan privilegios y dan la oportunidad a los es-
tas. (Sierra Bueno, 2005).
tudiantes para que vayan construyendo su conocimiento por sí mismos, con la interacción de sus compañeros y
•
La Teoría del Procesamiento de la In-
tutores con lo cual incrementan y refinan sus propios co-
formación que se fundamenta en la
nocimientos y estrategias gracias a la experiencia (Sierra
visualización del ser humano como un
Bueno, 2005). Su principal aporte es el de considerar que
procesador de información. En la me-
la RP es independiente de su estructura lógica y con fuer-
dida que se describe al problema bajo
te dependencia de la representación mental y compre-
un esquema de entrada/salida, la reso-
sión que haga el sujeto del problema, así como también
lución de un problema implica definir
de las ideas previas que tenga éste sobre los conceptos
sus estados inicial y final para descri-
implicados. (Perales Palacios, 1993)
bir luego los procedimientos, también llamados operadores, que permitirán alcanzar desde el estado inicial el estado final.
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Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
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Perspectiva Epistemológica: La construcción del conocimiento y sus implicaciones educativas
el elemento principal de la raciona-
Dentro de las propuestas epistemológicas del siglo XX, (Gar-
duos de modificar e incluso cambiar
cía Citado por Perales, 2000) destaca las propuestas de Po-
sus ideas. Los problemas de conoci-
pper, Kuhn y Toulmin como apoyo directo a la propuesta de
miento son el motor de cambio en las
aprendizaje por resolución de problemas.
ciencias y los procesos de resolución
lidad, esta racionalidad corresponde a la posibilidad que tienen los indivi-
de problemas científicos incluyen la •
Kart Popper (Citado por Perales 2000) considera que el de-
selección y evolución de ideas y con-
sarrollo de la ciencia está determinado por la capacidad
ceptos. Toulmin considera igualmen-
de afrontar nuevos problemas, nuevos interrogantes; es
te fundamental el papel de la aproxi-
precisamente esta finalidad de la ciencia la que la dife-
mación colectiva para la solución de
rencia de otros campos del conocimiento. El carácter de
problemas científicos y la incidencia
falibilidad de la ciencia y la convicción de que las teorías
de condicionantes históricos.
no son definitivas determina la incoherencia de promoclase. Popper (Citado por Serrano. 2005) hace un llamado
La Heurística de Polya: Concepto y Fases
a asumir cada vez más en profundidad el análisis racio-
Polya (1992) plantea que la heurística mo-
nal de los problemas: “[si] enunciamos nuestro problema
derna trata de comprender el método que
lo más claramente que podamos y presentamos nuestra
conduce a la solución de problemas, en
solución en una forma lo suficientemente definida, es de-
particular, las operaciones mentales típi-
cir que pueda discutirse críticamente”, se logrará avanzar
camente útiles en este proceso.
ver y mantener puntos de vista dogmáticos en el aula de
en la búsqueda de soluciones más profundas y generales. •
Por su parte Kuhn (Citado por Serrano 2005) considera que la ciencia está fundamentada en paradigmas, que se mantienen constantes explican y resuelven una determinada cantidad de problemas, sin embargo, lo que considera ciencia normal constituiría los llamados ejercicios, ya que implican la aplicación del paradigma como fórmula de solución; para el campo pedagógico se puede decir que la ciencia normal tendría el mismo efecto que la asimilación de contenidos que no están en contravía de la estructura conceptual previa. Los verdaderos problemas, aquellos que no tienen solución, son abordados en la ciencia a través de las revoluciones científicas, que son
Figura 1. Las fases de la Heurística de Polya
la fase productiva de nuevos paradigmas; los procesos de aprendizaje por reestructuración del esquema mental previo se relacionan con la naturaleza revolucionaria del avance científico en Kuhn.
Para Polya (1973) el proceso de resolución de un problema comprende cuatro fases: 1.
•
Mientras Kuhn (Citado por Serrano. 2005) considera
Comprensión del problema. 2. Concepción
que los cambios son eventuales y extraordinarios, para
de un plan. 3. Ejecución del plan. 4. Exa-
Toulmin (Citado por Serrano 2005) éstos constituyen
men de la solución obtenida.
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Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
La primera etapa se centra en la identifica-
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coningenio
El Concepto de Competencia
ción del problema, en realizar una lectura detallada del mismo y reconocer cuáles
Origen y Desarrollo del Concepto
son las variables que están presentes y
Para entender el concepto de competencia debemos revisar
cuáles son las que quieren encontrar, qué
los enfoques que lo han enmarcado y su desarrollo a lo largo
datos dan, qué relaciones existen, qué con-
del tiempo.
diciones se imponen. Además se centra en la elaboración de un esquema con los da-
•
Parménides (citado por Torres C, 2002) consideró que el
tos (si es el caso) y en la denominación de
conocimiento supremo de las cosas se sostiene en el ser,
los datos como variables.
y es allí donde cobra sentido la relación del ser con su entorno y la capacidad de éste de entender el mundo.
En la segunda etapa, a partir del análisis realizado al problema y a las relaciones
•
Protágoras (citado por Torres C, 2002) afirmó que la
que plantea, se realiza la formulación de
vía del conocimiento se sintetiza en la afirmación: “El
un plan de trabajo donde se definen una
hombre es la medida de todas las cosas”, de las que son
o más posibilidades de solución (analogías,
en cuanto son y de las que no son en cuanto no son,
problemas similares, realización de razo-
por lo que la realización del ser y su conocimiento se
namientos directos e indirectos, análisis
mide en términos de su relación e interacción con el
retrosintéticos, ect.) y realizando un es-
medio que lo rodea.
tudio detallado de éstas se elige una, que será ejecutada en la siguiente fase.
•
Chomsky (1965/1999) introdujo la noción de competencia para explicar el carácter creativo o generativo de nuestro
En la tercera etapa, se pone en práctica el
lenguaje y para dar cuenta de la extraordinaria facilidad
plan trazado, ejecutando la o las posibili-
con la que el niño se apropia del sistema lingüístico. Para
dades de solución escogidas, chequeando
ello propone un modelo de funcionamiento lingüístico
cada paso y escribiendo los detalles que
basado en el conocimiento que los hablantes – oyentes
hacen del plan un procedimiento correcto,
ideales poseen de la lengua, es decir, el conocimiento de
llegando finalmente a la solución.
las reglas finitas que rigen el sistema lingüístico. A este conocimiento, de carácter formal y abstracto, Chomsky
La cuarta etapa comprende la evaluación y
lo llamó Competencia Lingüística. Esta competencia pro-
análisis de la solución obtenida por medio
viene de un conocimiento lingüístico más abstracto lla-
de una revisión. Esta permite la elaboración
mado Gramática Universal o Dispositivo de Adquisición
y desarrollo de procesos de metacognición
del Lenguaje.
para determinar el estado del proceso, así como para pensar sobre los pensamientos
Las características principales de esta categoría son: a)
de la solución y encontrar otras alternativas.
Es un conocimiento especializado de carácter específico; b) explícito en la práctica (ej.: habla, escritura, lectura)
A nivel general, el proceso de resolución de
c) derivado, en parte de un proceso de aprendizaje y por
problemas es el resultado de una reflexión
otra de la experiencia social y cultural.
sobre las etapas ejecutadas en la solución de problemas, luego de un proceso de meta-
(Chomsky 2003.1999, citado por Bustamante, 2001) acuñó
cognición, que forman un ciclo que relacio-
el concepto cuando trató de resolver el dilema lengua /
na las acciones involucradas en el proceso.
habla (langue / parole) de Saussure, que se le presenta-
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Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
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ba al tratar de definir el objeto de estudio de la naciente
ción en nuestra actuación lingüística.
ciencia llamada lingüística. Para Saussure, (citado por
Es lo que él denomina Competencia
Bustamante, 2001) la lengua tenía un carácter social y
Comunicativa.
presentaba regularidades. En contraste, el habla es individual, azarosa y con irregularidades. Para Chomsky lo
•
La Teoría Cognitiva de Vigotsky resalta
social es la Gramática Universal; lo individual, a diferen-
la importancia del carácter situado de
cia de Saussure tiene dos partes: lo individual invariante
la actividad mental humana, influen-
llamado Competencia Lingüística y lo individual varian-
ciada por el uso de las mediaciones
te llamado uso o actuación, que para Chomsky no tiene
y de los artefactos culturales. Para el
ningún valor gramatical y por lo tanto no puede ser el
ruso, las acciones humanas son accio-
objeto de estudio de la lingüística.
nes situadas en un escenario cultural, por lo que no dependen exclusivamen-
Chomsky habla de oyentes-hablantes ideales porque,
te de factores intrapsíquicos. Esto re-
para él, los errores en el uso del lenguaje no importan a
fleja la necesidad del contexto para la
la lingüística, no tienen valor gramatical. En cambio, la
aplicación de la competencia. (Busta-
competencia lingüística recoge las reglas que rigen el sis-
mante, 2001).
tema lingüístico. Esto conduce a Chomsky a considerar el carácter universal de la competencia lingüística. Esta ca-
De todo lo anterior, se deduce que hay dos
racterística fue la que llamó la atención de los expertos
grandes posturas teóricas sobre el concepto
de la evaluación masiva y dio, por tanto, entrada al con-
de competencia: la postura universalista –
cepto de competencia al ámbito educativo. (Bustamante
logicista que define la competencia como
y otros, 2001).
un conocimiento abstracto de carácter universal y la postura contextualizada que la
También Chomsky utilizó el concepto de competencia,
define como la capacidad de realización
para explicar el funcionamiento de la mente humana.
afectada por y en el contexto donde el suje-
Para el norteamericano, la mente es gramatical, es decir,
to realiza la actividad.
la mente posee una estructura básica llamada estructura sintáctica la cual es alimentada por las estructuras se-
Las Competencias en Colombia
mánticas (ej.: contenidos).
En Colombia, definiciones de competencia como las de Pedraza y Garzón (1999), Bo-
•
El concepto de competencia de Chomsky, para explicar el
goya (1997), la de Olaya y otros (2003), pre-
funcionamiento de la mente, fue acogido por la Psicología
sentan la tendencia hacia la postura “con-
Cognitiva, no para explicar la actividad mental desde el
textualizada”, excepto el famoso “saber en
punto de vista de las capacidades innatas sino desde el
contexto” del ICFES (1999) que parece com-
punto de cómo la mente se enfrenta a determinadas ta-
binar las dos posturas.
reas. Aquí fue donde se despertó el interés por los desempeños. Ahora lo importante, es lo que el sujeto realiza. El
La postura de la colombiana María Cristina
interés por los desempeños trajo consigo el interés por el
Torrado (2001) es un enfoque alternativo a
contexto donde el sujeto realiza la actividad. Esta postura
los dos tradicionales, que articula el aspec-
se desvía de la mentecentrista de Chomsky y se acerca a
to interno – cognitivo del primer conjunto
las de Hymes y Vigotsky (Bustamante, 2001).
de posturas con el aspecto externo – sociocultural de las segundas. Es decir, para To-
•
Hymes (citado por Bustamante, 2001) incorpora y recono-
rrado la competencia es tanto lo universal
ce la importancia que tienen los elementos de comunica-
como lo contextualizado. No es la unión de
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dos posturas, es una tercera postura donde
en la sociedad. Estas competencias son comunes a todo
convergen y se mezclan los aspectos rele-
egresado de la educación superior.
vantes de las posturas tradicionales (Bustamante y otros, 2001).
b. Competencias Genéricas, entendidas como el conjunto de competencias que no están ligadas a un desempeño
La definición de Competencia de Torrado
particular, sino que por el contrario son propias de una
(2001) es la que más ha impactado a la
amplia gama de ámbitos de desempeño y se adquieren
educación, ya que a la luz de esta postura
mediante procesos sistemáticos de enseñanza y aprendi-
es que se designan los logros relacionados
zaje. Estas competencias son comunes a los egresados de
con ciertas capacidades generales. Estas
un conjunto especialidades de una rama del saber (p.e:
capacidades generales son conocidas como
las Ingenierías).
competencias básicas. Esto contrasta con el aprendizaje de contenidos curriculares
c. Competencias Específicas, aquellas que están ligadas a
de la enseñanza tradicional de transmisión
un desempeño particular y por lo tanto son propias de
– recepción (Losada y Moreno, 2003).
una determinada especialidad (p.e.: Ingeniería Mecánica). Estas competencias distinguen a los profesionales de
El concepto de competencia que se utilizó en la investigación, corresponde a esta tercera postura: la “postura negociada”. Para Torrado (2001) la competencia es un cono-
las diferentes especialidades.
La RP como vía metodológica para el desarrollo de Competencias
cimiento que se utiliza de manera adecuada y flexible en nuevas situaciones. La defi-
Para García García (2003) las actitudes son aprendizajes que
nición de competencia a partir de este en-
predisponen la respuesta a una situación, objeto o mensaje.
foque posee los elementos que se buscan
Igualmente enuncia que una actitud tiene tres componentes:
desarrollar en esta investigación (interno cognitivo, externo sociocultural), aplicando
•
El componente cognitivo está representado por la es-
la metodología de Polya en Resolución de
tructura de ideas, creencias, opiniones, conceptos y en
Problemas para potenciar el desarrollo de
general toda la información construida acerca del objeto
capacidades cognitivas y de capacidades
social determinado, que conlleve a respuestas positivas o
en los ámbitos metacognitivo y social.
negativas hacia él.
Clasificación de las Competencias
•
El componente afectivo involucra los sentimientos y la motivación positiva del estudiante hacia el objeto social,
En el proyecto realizado por El Consejo Pro-
y muestra el acuerdo o desacuerdo con una conducta
fesional Nacional de Ingenierías Eléctrica,
ante un hecho o fenómeno. Dos actitudes básicas aso-
Mecánica y Profesiones Afines (CPN), se
ciadas son la aceptación, o ejecución con agrado de las
afirma que la clasificación más corriente
tareas y actividades relacionadas con el objeto social y el
de las competencias en la educación supe-
rol activo, es decir, la participación activa y comprome-
rior las divide en tres tipos (CPN, 2006):
tida del estudiante en las mismas actividades y tareas. Estas dos actitudes se favorecen en la medida que se den
a. Competencias Básicas. Aquellas que
condiciones comunicacionales, espacio -temporales, y
tratan sobre la comprensión y las des-
organizacionales propicias en el aula y a partir del diseño
trezas necesarias para lograr objetivos
de actividades y situaciones problemáticas que generen
personales y participar efectivamente
intereses cognoscitivos en los estudiantes.
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Otras dos actividades afectivas señaladas por García
y de lo externo – sociocultural. Es decir se
García corresponden a la preferencia y la persistencia.
promueven el desarrollo de competencias.
Expone que estas se ven desarrolladas en procesos de aprendizaje por resolución de problemas en la medida
En segundo lugar, en la estrategia didáctica
que el estudiante interactúe con los contenidos, ideas
por RP las situaciones problemáticas tienen
cognitivas y procesos a través de instrumentos heurísti-
gran valor debido a que el individuo estará
cos y cartas de resolución de problemas que lo ayuden a
en capacidad de implementar estrategias
afrontar las situaciones y persistir en ellas.
para la solución problemas similares o distintos, durante su ejercicio profesional. Por
•
El componente comportamental, especifica la relación
lo tanto los problemas pueden ser utiliza-
entre la actitud del individuo y el objeto social en térmi-
dos como un vehículo de aprendizaje del
nos de acciones específicas. Las actitudes se desarrollan
pensamiento crítico, autónomo y creativo.
en un proceso de enseñanza a través de la resolución de
Es decir, en esta estrategia los problemas
situaciones problemáticas. Igualmente se debe fomen-
además de ser un objetivo para el aprendi-
tar el trabajo por equipos generando la discusión colec-
zaje se convierten en un medio por el cual
tiva para construir soluciones y dar una mirada crítica
éste aprendizaje se lleva a cabo (Schroeder
a los problemas y sus soluciones. Este trabajo provoca
y Lester, 1994, citados por Serrano, 2005).
cambios o transformaciones de las ideas de los alumnos mediante: a. interaccionan teoría con práctica; b. las es-
Metodología
tructuras teóricas de los estudiantes evolucionan; c. se encuentra la aplicabilidad de los conceptos de la vida
El estudio realizado es de carácter cuasi -
cotidiana; y d. cuando los individuos encuentran que la
experimental. La elección de este diseño
resolución de un problema los conduce a enfrentarse
se debió a que los sujetos del grupo expe-
con otros nuevos y superiores.
rimental y de control no podían asignarse aleatoriamente, ya que se encontraban
Entonces, en primer lugar, cuando un individuo se enfrenta
ubicados en los grupos (grupos intactos),
a una situación problemática, la resuelve por medio de una
como consecuencia del proceso de matrí-
serie de actos voluntarios estrechamente relacionados con su
cula de asignaturas realizado por los estu-
vida cotidiana. Por medio de estos actos voluntarios el sujeto
diantes de la Fundación Universitaria Los
desarrolla procesos de aprendizaje y construye conocimiento.
Libertadores. De acuerdo con lo anterior, se selecciona el diseño cuasi – experimental
El pensar nace y se desarrolla a partir de los problemas. Al re-
de grupo no equivalente (Campbell y Stan-
solver el problema el individuo utiliza sus procesos cognitivos
ley, 2001), el cual plantea la utilización de
básicos (análisis, síntesis, evaluación y creatividad, identifi-
un grupo experimental y otro de control,
car, comparar, clasificar, resumir, representar, relacionar va-
los cuales se les aplicó un pretest y un pos-
riables y elaborar conclusiones), conocimientos disciplinares
test, pero que no cuentan con equivalencia
previos y conocimiento metacognitivo. Igualmente debe diag-
preexperimental de muestreo.
nosticar su capacidad de abordar el problema identificando qué conocimientos o habilidades tiene que desarrollar, qué
La variable independiente (causa) que se
fortalezas y debilidades tiene para asumir la tarea.
controló (primer nivel: ausencia – presencia) fue una estrategia didáctica centrada
El enfrentamiento con situaciones cotidianas de interés para
en Resolución de Problemas utilizando
los estudiantes y su participación activa dentro de la diná-
la heurística de Polya. La variable depen-
mica de clase favorece la activación de lo interno cognitivo
diente (efecto) que se midió fue el Nivel
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de Competencia de los estudiantes que
ca los conceptos, leyes y principios físicos involucrados en
cursan la Asignatura Física Térmica en la
la situación del problema, analiza la situación a la cual se
Fundación Universitaria Los Libertadores
refiere el problema, estableciendo conexiones entre repre-
(FULL). Las competencias básicas medidas
sentaciones matemáticas y la realidad física que se está
en ésta investigación fueron:
tratando de describir, identifica el estado inicial del problema, los conocimientos requeridos para resolverlo, con qué
•
Competencia Interpretativa: Está re-
conocimiento cuenta, y qué conocimiento adicional se re-
lacionada con las acciones tendientes
quiere, en caso de que sea necesario.
a dar sentido al enunciado de un problema, de este modo alude fundamen-
•
Competencia Espacial: Es la competencia para realizar
talmente al fenómeno de la compren-
transformaciones y modificaciones a las percepciones
sión; interpretar un problema requiere
iniciales propias, sobre imágenes, formas o espacios y po-
establecer conexiones lógicas entre el
der construir situaciones hipotéticas, aun en ausencia de
problema y sus elementos con su co-
los estímulos físicos apropiados. Esta competencia está
nocimiento personal para interiorizar
relacionada con acciones tales como traducir esquemas
una visión propia del problema y sus
tridimensionales del problema a diagramas en diferen-
elementos, construyendo sistemas o
tes vistas. Aquí el estudiante dibuja diagramas que re-
redes semánticas con significado acer-
presentan y de los cuales se puede entender el problema
ca del problema, su meta y los reque-
en términos del fenómeno físico involucrado, construye
rimientos que este plantea. Se funda-
representaciones espaciales a partir de información o es-
menta en la reconstrucción local y glo-
quemas bidimensionales de los elementos del problema.
bal del enunciado del problema. Aquí el estudiante establece conexiones
•
Competencia Propositiva: Para proponer estrategias y
lógicas entre los elementos del proble-
alternativas de solución, el estudiante necesita familia-
ma, crea con sus propias palabras una
rizarse con una variedad de estrategias heurísticas que
compresión personal del problema
se utilizan preparando un plan para la resolución de un
estableciendo interrelaciones entre el
problema determinado, tener la capacidad para condicio-
problema y su conocimiento personal,
nar la utilización o aplicabilidad de las mismas en una
identifica claramente cual es la meta
situación problemática particular, es decir seleccionar
o finalidad del problema y los requeri-
las estrategias más adecuadas que puedan ser aplica-
mientos que este plantea.
das en dicha situación; y además tener la capacidad de crear nuevas estrategias en problemas que demanden de
•
Competencia
Representativa:
Hace
esta creatividad. La competencia creativa se caracteriza
referencia a las acciones orientadas a
por ser una actuación crítica y creativa en el sentido de
crear una representación válida del pro-
que implica la generación de hipótesis, propuesta de es-
blema en términos del fenómeno físico
trategias y alternativas de solución al problema; puede
involucrado, es decir, enmarcar las si-
ser llamada competencia heurístico-creativa, en cuanto
tuaciones problemáticas, identificando
implica la articulación entre un componente heurístico
los conceptos y principios físicos rela-
y uno creativo. El componente heurístico está relaciona-
cionados con, y aplicables en, dicha si-
do con el repertorio y condicionamiento de la utilización
tuación y establecer conexiones lógicas
de diferentes estrategias; y el componente creativo, con
entre las representaciones matemáti-
la creación o generación de nuevas estrategias, de hipó-
cas y la realidad física que está tratando
tesis y de alternativas de solución al problema. Aquí el
de describir. Aquí el estudiante identifi-
estudiante selecciona y propone diferentes estrategias
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coningenio
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
… pp. 126 - 155
heurísticas aplicables y aparentemente conducentes
hipótesis y procedimientos implemen-
hacia una solución adecuada del problema, plantea hi-
tados y resultados parciales durante
pótesis, vislumbra y propone diferentes caminos para la
su ejecución, verifica que el proceso
solución del problema.
de resolución esté siendo implementado en forma adecuada, de modo que
•
Competencia Argumentativa: La competencia argumen-
el plan desarrollado esté conduciendo,
tativa hace referencia a acciones que buscan dar explica-
efectivamente hacia la solución del
ción de determinados planteamientos, es decir razones
problema, realiza un análisis de la so-
o justificaciones expresadas como parte de un razona-
lución, verificando que la respuesta sea
miento lógico que tienen como fin dar razón o cuenta del
razonable y acertada con respecto a su
porqué de una proposición, deben ser razones que per-
magnitud y unidades, y que cumpla
mitan justificar el planteamiento de una solución o una
con la finalidad y requerimientos plan-
estrategia particular desde relaciones o conexiones vali-
teados por el problema. Como se puede
dadas dentro del contexto al cual pertenece la situación.
concluir, esta competencia involucra
Durante la resolución de problemas, esta competencia
acciones presentes dentro de todos los
se evidencia en el momento de proponer y seleccionar
procesos de la resolución de proble-
diferentes relaciones, claves, estrategias hipótesis y alter-
mas, pero solo fue incluida dentro de
nativas de solución. Aquí el estudiante justifica adecua-
los procesos de llevar a cabo el plan y
damente las estrategias heurísticas propuestas para la
evaluar la solución, puesto que es en
resolución del problema, argumenta en forma adecuada
estos en donde tiene más relevancia.
la hipótesis y alternativas de solución propuesta para la resolución del problema.
La hipótesis de trabajo que se puso a prueba en la investigación fue “existe una di-
•
Competencia Sensitiva: el estudiante identifica correcta-
ferencia estadísticamente significativa, a un
mente las variables relevantes involucradas en el proble-
α=0.05,
ma, plantea afirmaciones válidas y pertinentes sobre las
estudiantes de Física Térmica de la Fundación
variables relevantes del problema, identifica y establece
Universitaria Los Libertadores, que participan
cualitativamente relaciones clave entre las variables cla-
de una estrategia didáctica centrada en resolu-
ves identificadas para la situación.
ción de problemas, que emplea la heurística de
entre el nivel de competencia de los
Polya y aquellos que no participan”. •
Competencia Operativa: el estudiante plantea algebraicamente por medio de representaciones o ecuaciones
La hipótesis nula para el estudio fue “no
matemáticas las relaciones clave y las condiciones entre
existe una diferencia estadísticamente signifi-
variables relevantes del problema, a partir de sus relacio-
cativa, a un
nes cualitativas correspondientes.
tencia de los estudiantes de Física Térmica de la
α=0.05, entre
el nivel de compe-
Fundación Universitaria Los Libertadores, que •
Competencia Evaluativa: Esta competencia involucra to-
participan de una estrategia didáctica centra-
das las acciones orientadas a evaluar el proceso de reso-
da en resolución de problemas, que emplea la
lución antes y después de obtener una solución al pro-
heurística de Polya y aquellos que no”.
blema. Esta competencia se constituye en fundamental y por demás difícil de evidenciar y evaluar. Algunas de las
La población seleccionada estuvo confor-
acciones por medio de las cuales el estudiante manifiesta
mada por los estudiantes inscritos en los
la competencia evaluativa son: revisa y adapta continua-
cursos de Física III (Física Térmica) de la
mente el plan chequeando la validez de las estrategias,
Fundación Universitaria Los Libertadores,
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Silvio Alejandro Jiménez … Jairo Enrique Vargas Claudia Andrea Palacios
Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
… pp. 126 - 155
coningenio
(Institución de Educación Superior ubica-
La fase experimental de esta investigación se realizó en tres
da en la ciudad de Bogotá, Colombia), para
etapas: el pretest, realizado para ambos grupos (experimen-
el primer semestre de 2008, la cual suma
tal y de control) en la primera sesión de la segunda semana
un total de 126 alumnos distribuidos en 8
de clases, con una duración de noventa minutos; una segun-
grupos. De dichos grupos se seleccionaron
da etapa de aplicación de la resolución de problemas como
dos, que habían sido asignados previamen-
estrategia didáctica empleando la heurística de Polya, de 14
te, por la coordinación del Área de Física, a
sesiones de noventa minutos cada una y el postest, realizado
uno de los investigadores que participó en
también para ambos grupos en una sesión de noventa minu-
este estudio (muestreo por conveniencia).
tos, en la última semana de clases.
Con el fin de medir el nivel de competencia
En la última fase, el análisis de la información recolectada
de las siete competencias: interpretativa,
comprendió dos etapas: a) la sistematización de los datos
representativa, espacial, propositiva, argu-
donde las respuestas de los estudiantes, en el Pretest y en
mentativa, sensitiva, operativa evaluativo
el Postest fueron puntuadas según el Formato para Cuanti-
y de organizar los datos, se decidió utilizar
ficación de Niveles de Competencia y procesadas en hoja de
los instrumentos denominados Guía para
cálculo para obtener los niveles de competencia inicial y fi-
Evaluación de Competencias en Ingeniería
nal para cada competencia; b) la interpretación de resultados
Mecánica y Formato para Cuantificación
donde los niveles de competencia obtenidos en la sistemati-
de Niveles de Competencia. Los dos instru-
zación fueron sometidos a dos tipos de análisis estadísticos:
mentos han sido recopilados y adaptados
a) análisis estadístico descriptivo para caracterizar la variable
por los investigadores, a partir estudios de
nivel de competencia para cada una de las siete competen-
Ríos (2002) y Quiroga (2000) realizadas
cias, antes y después del tratamiento experimental; b) análi-
en la Universidad Industrial de Santander
sis estadístico inferencia para poner a prueba la hipótesis de
(UIS), para evaluar las mismas siete compe-
trabajo. Ambos análisis fueron efectuados con el apoyo del
tencias que se están evaluando en este es-
programa de computador Statistical Package for Social Scien-
tudio. Por lo tanto, como estos instrumen-
ces (SPSS).
tos ya fueron utilizados por dos investigaciones anteriores ya avaladas, no se duda
Resultados
de la validez y confiabilidad de los mismos. Los resultados de la investigación, para evaluar el impacto del El procedimiento metodológico de la in-
tratamiento experimental, se organizan de la siguiente manera:
vestigación fue realizado en tres fases: el pilotaje, la fase experimental y el análisis
•
de la información.
Para cada competencia se calculan las frecuencias y los estadísticos descriptivos, tanto del pretest como del postest, del grupo experimental (GE) como del grupo control
El pilotaje fue realizado en cursos de la
(GC); se describen y se comparan los resultados. Esto se
Facultad de Ingeniería de la FULL, en el
realiza con el fin de observar las características que tie-
segundo semestre de 2007, con el obje-
nen los niveles de cada competencia antes y después del
tivo de detectar insuficiencias de los ins-
tratamiento experimental.
trumentos, sobre todo en la comprensión de los estudiantes en el significado de las
•
Para cada competencia se calculan los estadísticos infe-
preguntas y de las tareas planteadas en los
renciales, iniciando con las pruebas independientes U de
instrumentos así como de su operacionali-
Mann – Whitney del Pretest y del Postest y finalizando
dad temporal.
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coningenio
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
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con las pruebas relacionadas t de Wilcoxon para el gru-
y la cuarta parte en el nivel de compe-
po experimental (GE) y para el grupo control (GC). Estas
tencia medio. Ninguno de los estudian-
pruebas tienen el objetivo de verificar la existencia de di-
tes quedó ubicado en el nivel alto de
ferencias estadísticamente significativas entre el GE y el
competencia.
GC en el pretest; entre el GE y el GC en el postest entre el pretest y postest del GE; entre el pretest y postest del GC.
•
Casi la cuarta parte de los estudiantes quedaron ubicados en el nivel bajo de
Para todos los análisis se estableció un margen de error del
competencia propositiva (71%), casi la
0.05 y una confiabilidad del 95%.
tercera parte quedó en el nivel medio y ninguno en el nivel alto.
La Tabla 1 muestra los estudiantes (en número y porcentaje) que quedaron ubicados en los niveles bajo, medio y alto para
•
La mayoría de los estudiantes presen-
cada competencia, tanto para el Grupo Experimental como
tan un nivel bajo de competencia argu-
para el Grupo Control, en el Prestest y el Postest.
mentativa (93%) y menos de la décima parte en el nivel medio (7%). Ninguno
La Tabla 2 muestra los estadísticos de tendencia central y de
se ubicó en el nivel alto.
dispersión, que se utilizaron para apoyar los resultados obtenidos en las distribuciones de frecuencia.
•
La mayoría de los estudiantes quedaron clasificados en el nivel bajo de
Para el GE en el Pretest, la Tabla 1 muestra que:
competencia sensitiva (89%) y casi la décima parte en el nivel medio (11%).
•
Prácticamente la mitad de los estudiantes se ubicaron en
Ninguno se ubicó en el nivel alto.
el nivel interpretativo medio (57%), la cuarta parte en el nivel bajo (25%) y solo casi una quinta parte quedaron
•
clasificados en el nivel de competencia alto (18%).
La mayoría de los estudiantes presentan un nivel bajo de competencia operativa (93%) y menos de la décima
•
Más de la mitad de los estudiantes se ubicaron en el nivel
parte un nivel medio (7%). Ninguno se
bajo de competencia representativa (68%) y sólo una ter-
ubicó en el nivel alto.
cera parte en el nivel medio (32%). Llama la atención que ninguno de los estudiantes quedó ubicado en el nivel alto de la competencia.
•
La mayoría de los estudiantes quedaron clasificados en el nivel bajo de competencia evaluativa (89%) y casi la
•
Las tres cuartas partes de los estudiantes quedaron ubi-
décima parte en el nivel medio (11%).
cados en el nivel bajo de competencia espacial bajo (75%),
Ninguno se ubicó en el nivel alto.
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coningenio
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Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
Para el GE en el Postest, la Tabla 1 muestra que:
COMPETENCIA B
GRUPO EXPERIMENTAL PRETEST POSTEST M A B M
GRUPO CONTROL PRETEST POSTEST M A B M
A
B
INTERPRETATIVA
7 (25%)
16 (57%)
5 (18%)
3 (11%)
6 (21%)
19 (68%)
8 (32%)
12 (48%)
5 (20%)
6 (24%)
10 (40%)
A 9 (36%)
REPRESENTATIVA
19 (68%)
9 (32%)
0 (0%)
12 (43%)
0 (0%)
16 (57%)
13 (52%)
8 (32%)
4 (16%)
10 (40%)
10 (40%)
5 (20%)
ESPACIAL
21 (75%)
7 (25%)
0 (0%)
9 (32%)
14 (50%)
5 (18%)
20 (80%)
5 (20%)
0 (0%)
21 (84%)
2 (8%)
2 (8%)
PROPOSITIVA
20 (71%)
8 (29%)
0 (0%)
10 (36%)
9 (32%)
9 (32%)
19 (76%)
4 (16%)
2 (8%)
20 (80%)
4 (16%)
1 (4%)
ARGUMENTATIVA
26 (93%)
2 (7%)
0 (0%)
18 (64%)
8 (29%)
2 (7%)
21 (84%)
4 (16%)
0 (8%)
22 (88%)
3 (12%)
0 (0%)
SENSITIVA
25 (89%)
3 (11%)
0 (0%)
13 (46%)
10 (36%)
5 (18%)
19 (76%)
3 (12%)
3 (12%)
22 (88%)
2 (8%)
1 (4%)
OPERATIVA
26 (93%)
2 (7%)
0 (0%)
16 (57%)
8 (29%)
4 (14%)
21 (84%)
1 (4%)
3 (12%)
22 (88%)
2 (8%)
1 (4%)
EVALUATIVA
25 (89%)
3 (11%)
0 (0%)
17 (61%)
8 (28%)
3 (11%)
25 (100%)
0 (0%)
0 (0%)
25 (100%)
0 (0%)
0 (0%)
Tabla 1. Clasificación de los Estudiantes en Niveles de Competencia - GE y GC – Pretest y Postest – Distribución De Frecuencias. B: Nivel de Competencia Bajo; M: Nivel de Competencia Medio, A: Nivel de Competencia Alto. •
Más de la mitad de los estudiantes se
dio (50%) y casi una quinta parte en el nivel bajo de la
ubicaron en el nivel interpretativo alto
competencia (18%).
(68%), la quinta parte en el nivel medio (20%) y solo casi una décima parte
•
Poco más de la tercera parte de los estudiantes queda-
quedaron clasificados en el nivel de
ron ubicados en el nivel bajo de competencia propositiva
competencia bajo (11%).
(36%), casi la tercera parte quedó en el nivel medio (32%) y en el nivel alto se ubicó la otra tercera (32%.
•
Más de la mitad de los estudiantes se ubicaron en el nivel alto de competen-
•
Aunque casi las dos terceras partes de los estudiantes
cia representativa (57%). Sin embargo
continúan ubicados en un nivel bajo de competencia ar-
una gran cantidad continuó en el nivel
gumentativa (68%) ya hay aproximadamente una tercera
bajo (43%). Ninguno de los estudiantes
parte en el nivel medio (29%) y ya algunos ubicados en el
quedó ubicado en el nivel medio de la
nivel alto (7%).
competencia. • •
Casi la mitad de los estudiantes quedaron clasificados en
Casi la tercera parte continúa en el
el nivel bajo de competencia sensitiva (46%), casi una ter-
nivel bajo de competencia espacial
cera parte en el nivel medio (36%) y casi una quinta parte
(32%), la mitad quedó en el nivel me-
en el nivel alto de la competencia (18%).
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coningenio •
•
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
Aunque un poco más de la mitad de los estudiantes si-
•
… pp. 126 - 155
La mayoría de los estudiantes presen-
guen presentando un nivel bajo de competencia operati-
tan un nivel bajo de competencia ope-
va (57%), ya hay una tercera parte en el nivel medio (29%)
rativa (84%) menos de la quinta parte
y algunos ya se ubicaron en el nivel alto (14%).
se ubican en el nivel medio y alto (16%).
Casi las dos terceras partes de los estudiantes siguieron
•
Todos los estudiantes quedaron clasifi-
clasificados en el nivel bajo de competencia evaluativa
cados en el nivel bajo de competencia
(61%). Sin embargo, ya hay casi una tercera parte en el
evaluativa (100%).
nivel medio (28%) y un poco más de la décima parte en el nivel alto (11%).
Para el GC en el Postest, la Tabla 1 muestra que:
Para el GC en el Pretest, la Tabla 1 muestra que: • •
Sólo un poco más de la tercera parte de
Prácticamente la mitad de los estudiantes se ubicaron en
los estudiantes se ubicaron en el nivel
el nivel interpretativo medio (48%), la tercera parte en el
interpretativo alto (36%), la dos quintas
nivel bajo (32%) y solo una quinta parte quedaron clasifi-
partes en el nivel medio (40%) y casi
cados en el nivel de competencia alto (20%).
una cuarta parte quedó clasificada en el nivel de competencia bajo (24%).
•
Un poco más de la mitad de los estudiantes se ubicaron en el nivel bajo de competencia representativa (52%) y
•
Sólo una quinta parte de estudiantes
sólo una tercera parte en el nivel medio (32%). Solo un
se ubicaron en el nivel alto de compe-
pequeña cantidad de estudiantes quedó ubicado en el ni-
tencia representativa (20%). Un poco
vel alto de la competencia (16%).
más de la tercera parte continuó en el nivel bajo (40%) y aproximadamente
•
Las mayoría de los estudiantes quedaron ubicados en el
otra tercera parte en el nivel de com-
nivel bajo de competencia espacial bajo (80%), y la quinta
petencia medio (40%).
parte en el nivel de competencia medio. Ninguno de los estudiantes quedó ubicado en el nivel alto de competencia.
•
La mayoría de los estudiantes continúan en el nivel bajo de competencia
•
Las tres cuartas partes de los estudiantes quedaron ubi-
espacial (84%), y menos de la décima
cados en el nivel bajo de competencia propositiva (76%),
parte mitad quedó en el nivel medio y
un poco menos de la quinta parte quedó en el nivel me-
en el nivel alto (4%). Cabe resaltar que
dio y un poco menos de la décima parte en el nivel alto.
uno de los estudiantes que se encontraba en el nivel medio o alto, en el
•
La mayoría de los estudiantes presentan un nivel bajo
postest quedó ubicado en el nivel bajo
de competencia argumentativa (84%) y menos de la dé-
de la competencia (regresión).
cima parte en el nivel medio (4%). Ninguno se ubicó en el nivel alto.
•
La mayoría de los estudiantes quedaron ubicados en el nivel bajo de com-
•
Las tres cuartas partes de los estudiantes quedaron cla-
petencia propositiva (80%) y la quinta
sificados en el nivel bajo de competencia sensitiva (76%),
parte quedaron distribuidos en el nivel
un poco más de la décima parte en el nivel medio (12%).
medio (16%) y en el nivel alto (4%). Cabe
Y aproximadamente otra décima parte en el nivel alto.
resaltar que uno de los estudiantes que se encontraba en el nivel medio o alto,
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coningenio
en el postest quedó ubicado en el nivel
muestra un aumento de 0.64 puntos en el promedio, de
bajo de la competencia (regresión).
0.73 puntos en la mediana y un punto en la moda. También se observa el cambio de signo en la asimetría (de
•
La mayoría de los estudiantes con-
0.08 a -1.37), que representa un reagrupamiento de los
tinúan ubicados en un nivel bajo de
niveles de competencia interpretativa por encima del ni-
competencia argumentativa (88%) y
vel medio. El valor de la desviación estándar muestra la
un poco más de la décima parte en el
tendencia a ubicarse en un nivel alto de la competencia.
nivel medio (12%). No hubo estudian-
La Tabla 3 confirma que hubo un cambio estadísticamen-
tes ubicados en el nivel alto. Cabe re-
te significativo en el nivel de competencia, del Pretest al
saltar que uno de los estudiantes que
Postest (p=0.003; p<0.05).
se encontraba en el nivel medio o alto, en el postest quedó ubicado en el nivel
•
bajo de la competencia (regresión).
La Tabla 2, para el nivel de competencia representativa de los estudiantes, muestra un aumento de 0.82 puntos, tanto en el promedio como en la mediana y aumento de
•
La mayoría de los estudiantes con-
la moda en 2 puntos. También se observa el cambio de
tinúan ubicados en un nivel bajo de
signo en la asimetría (de 0.81 a -0.31), que representa un
competencia sensitiva (88%) y un poco
reagrupamiento de los niveles de competencia interpre-
más de la décima parte quedaron
tativa por encima del nivel medio. Aunque la desviación
distribuidos en el nivel medio y alto
estándar aumentó, la Tabla 3 confirma que hubo diferen-
(12%). Cabe resaltar que tres de los
cia estadísticamente significativa (p=0.001; p<0.05).
estudiantes que se encontraban en el nivel medio o alto, en el postest que-
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia espacial de los
daron ubicados en el nivel bajo de la
estudiantes, muestra un aumento de 0.61 puntos en el
competencia (regresión).
promedio, de 0.58 puntos en la mediana y un punto en la moda. Aunque los valores de la asimetría siguen siendo
•
La mayoría de los estudiantes conti-
positivos, esta disminuyó 1.1 puntos, lo que representa
núan ubicados en un nivel bajo de com-
que a pesar de que los niveles de competencia se reagru-
petencia operativa (88%) y un poco más
pan en niveles debajo del nivel medio, hubo una aproxi-
de la décima parte quedaron distribui-
mación hacia este ultimo. El aumento de la desviación
dos en el nivel medio y alto. Cabe resal-
estándar muestra la tendencia a ubicarse en un nivel
tar que uno de los estudiantes que se
medio de la competencia. La Tabla 3 confirma que hubo
encontraban en el nivel medio o alto, en
un cambio estadísticamente significativo en el nivel de
el postest quedaron ubicados en el nivel
competencia, del Pretest al Postest (p=0.000; p<0.05).
bajo de la competencia (regresión). • •
La Tabla 2, para el nivel de competencia propositiva de
Todos los estudiantes siguieron clasifi-
los estudiantes, muestra un aumento de 0.67 puntos en
cados en el nivel bajo de competencia
el promedio y de 0.66 puntos en la mediana. Aunque la
evaluativa (100%).
moda no cambió, la disminución considerable en la asimetría (de 1.00 a 0.07) y el aumento en la desviación es-
Para el GE:
tándar (de 0.46 a 0.84) muestran una tendencia a aumen-
tar en el nivel de competencia. La Tabla 3 confirma que
•
La Tabla 2, para el nivel de competen-
hubo un cambio estadísticamente significativo en el nivel
cia interpretativo de los estudiantes,
de competencia, del Prestest al Postest (p=0.000; p<0.05).
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coningenio •
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
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La Tabla 2, para el nivel de competencia argumentativa
promedio y un punto en la mediana,
de los estudiantes, muestra un aumento de 0.36 puntos
y ningún cambio en la moda. A pesar,
en el promedio y no se observan cambios en la mediana
de seguir teniendo valores positivos,
ni en la moda. A pesar, de seguir teniendo valores posi-
la asimetría disminuyó 2.14 puntos, lo
tivos, la asimetría disminuyó 2.29 puntos, lo que mues-
que muestra que el reagrupamiento de
tra que el reagrupamiento de los niveles de competencia
los niveles de competencia sensitiva
argumentativa tuvo una aproximación al nivel medio.
tuvo una aproximación al nivel medio
Aunque la desviación estándar aumentó 0.37 puntos, la
de competencia. Aunque la desviación
Tabla 3 confirma que hubo un cambio estadísticamente
estándar aumentó 0.45 putos, la Tabla
significativo en el nivel de competencia, del Prestest al
3 confirma que hubo un cambio esta-
Postest (p=0.001; p<0.05).
dísticamente significativo en el nivel de competencia, del Prestest al Postest
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia sensitiva de los
(p=0.000; p<0.05).
estudiantes, muestra un aumento de 0.6 puntos en el
GRUPO EXPERIMENTAL INTERPRETATIVA REPRESENTATIVA ESPACIAL PROPOSITIVA ARGUMENTATIVA SENSITIVA OPERATIVA EVALUATIVA
MED 1,93 1,32 1,25 1,29 1,07 1,11 1,07 1,11
PRETEST MEDN MOD DESV 1,91 2 0,66 1,32 1 0,48 1,25 1 0,44 1,29 1 0,46 1,00 1 0,26 1,00 1 0,31 1,00 1 0,26 1,00 1 0,31
ASIM 0,08 0,81 1,22 1,00 3,52 2,69 3,52 2,69
MED 2,57 2,14 1,86 1,96 1,43 1,71 1,57 1,50
POSTEST MEDN MOD DESV 2,64 3 0,69 2,14 3 1,01 1,83 2 0,71 1,95 1 0,84 1,00 1 0,63 2,00 1 0,76 1,00 1 0,74 1,00 1 0,69
ASIM -1,37 -0,31 0,21 0,07 1,23 0,55 0,91 1,07
GRUPO CONTROL
INTERPRETATIVA REPRESENTATIVA ESPACIAL PROPOSITIVA ARGUMENTATIVA SENSITIVA OPERATIVA EVALUATIVA
MED 1,88 1,64 1,20 1,32 1,16 1,36 1,28 1,00
PRETEST MEDN MOD DESV 2,00 2 0,73 1,00 1 0,76 1,00 1 0,41 1,00 1 0,63 1,00 1 0,37 1,00 1 0,70 1,00 1 0,68 1,00 1 0,00
ASIM 0,19 0,73 1,60 1,86 1,98 1,73 2,20
MED 2,12 1,80 1,24 1,24 1,12 1,16 1,16 1,00
POSTEST MEDN MOD DESV 2,00 2 0,78 2,00 1 0,76 1,00 1 0,60 1,00 1 0,52 1,00 1 0,33 1,00 1 0,47 1,00 1 0,47 1,00 1 0,00
ASIM -0,22 0,37 2,44 2,20 2,49 3,14 3,14
Tabla 2. Clasificación de Estudiantes en Niveles de Competencia - GE y GC – Pretest y Postest – Estadísticos Descriptivos. MED: Media; MEDN: Mediana; MOD: Moda; DESV: Desviación Típica o Estándar; ASIM: Asimetría.
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Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
COMPETENCIA NRN RPN
EXPERIMENTAL PRETEST - POSTEST SRN NRP RPP SRP
coningenio
… pp. 126 - 155
EMP
SB
INTERPRET.
4a
8,50 34,00
11,59 197,0
7c
0,003
4a
7,13 28,50
9b
6,94 62,5
12c
0,210
REPRESENT.
2a
5,00 10,00 16 b 10,06 161,0
10c
0,001
2a
3,50
5b
4,20 21,0
18c
0,206
ESPACIAL
a
0
0,00
c
c
0,730
PROPOSITIVA
1a
6,00
ARGUMENT.
1
4,50
SENSITIVA
2a
6,00 12,00
OPERATIVA
0
0,00
0,00
EVALUATIVA
0
0,00
0,00
a
a a
17b
NRN RPN
CONTROL PRETEST - POSTEST SRN NRP RPP SRP EMP 7,00
SB
0,00
14
b
7,50 105,0
14
0,000
4
3,00 12,00
3
5,33 16,0
18
6,00
15b
8,67 130,0
12c
0,000
3a
2,50
7,50
1b
2,50
2,5
21c
0,320
4,50
9
5,61
18
c
0,001
2
2,00
4,00
b
1
2,00
2,0
22
c
0,560
14b
8,86 124,0
12c
0,000
4a
3,25 13,00
1b
2,00
2,0
20c
0,130
10
5,50
55,0
18
c
0,003
3
a
2,67
8,00
1
2,00
2,0
21
c
0,260
10
5,50
55,0
18
c
0,003
3
a
2,67
8,00
1
2,00
2,0
21
c
0,260
b
b b
50,5
a
a
b
b b
a. POSOPERATIVA < PREOPERATIVA ; b. POSOPERATIVA > PREOPERATIVA, c. POSOPERATIVA = PREOPERATIVA Tabla 3. Pruebas Relacionadas de Wilcoxon para determinar las Diferencias Significativas en el Nivel de Competencia entre el Pretest y el Postest para el GE y el GC
NRN RPN SRN NRP
•
Número de Rangos Negativos Rango Promedio Negativo Suma de Rangos Negativos Número de Rangos Positivos
RPP SRP EMP SB
Rango Promedio Positivo Suma de Rangos Positivos Empates Significancia Bilateral
La Tabla 2, para el nivel de competencia sensi-
operativa tuvo una aproximación al nivel medio
tiva de los estudiantes, muestra un aumento de
de competencia Aunque la desviación estándar
0.6 puntos en el promedio y un punto en la me-
aumentó 0.48 puntos, la Tabla 3 confirma que
diana, y ningún cambio en la moda. A pesar, de
hubo un cambio estadísticamente significativo
seguir teniendo valores positivos, la asimetría
en el nivel de competencia, del Prestest al Pos-
disminuyó 2.14 puntos, lo que muestra que el
test (p=0.003; p<0.05).
reagrupamiento de los niveles de competencia sensitiva tuvo una aproximación al nivel medio
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia eva-
de competencia. Aunque la desviación estándar
luativa de los estudiantes, muestra un au-
aumentó 0.45 putos, la Tabla 3 confirma que
mento de 0.39 puntos en el promedio y no
hubo un cambio estadísticamente significativo
se observan cambios en la mediana ni en la
en el nivel de competencia, del Prestest al Pos-
moda. A pesar, de seguir teniendo valores po-
test (p=0.000; p<0.05).
sitivos, la asimetría disminuyó 1.62 puntos, lo que muestra que el reagrupamiento de los
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia ope-
niveles de competencia evaluativa tuvo una
rativa de los estudiantes, muestra un aumento
aproximación al nivel medio de competen-
de 0.57 puntos en el promedio y no se observan
cia Aunque la desviación estándar aumentó
cambios en la mediana ni en la moda. A pesar,
0.38 puntos, la Tabla 3 confirma que hubo un
de seguir teniendo valores positivos, la asimetría
cambio estadísticamente significativo en el
disminuyó 2.61 puntos, lo que muestra que el
nivel de competencia, del Prestest al Postest
reagrupamiento de los niveles de competencia
(p=0.003; p<0.05).
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coningenio
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
Para el GC:
… pp. 126 - 155
que muestra un reagrupamiento más acentuado de los niveles de com-
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia interpretativo
petencia propositiva por debajo del
de los estudiantes, muestra un aumento de 0.24 puntos
nivel medio. La disminución de 0.11
en el promedio, aunque no se evidenciar cambios en la
puntos en la desviación estándar
mediana ni en la moda. Aunque el cambio de signo en la
muestra una permanencia en el ni-
asimetría (de 0.19 a -0.22) muestra un reagrupamiento de
vel bajo de la competencia. La Tabla
los niveles de competencia interpretativa por encima del
3 confirma que no hubo un cambio
nivel medio, el aumento de sólo 0.05 puntos en la desvia-
estadísticamente significativo en el
ción estándar muestra una permanencia en el nivel me-
nivel de competencia, del Prestest al
dio de la competencia. La Tabla 3 confirma que no hubo
Postest (p=0.320; p<0.05).
un cambio estadísticamente significativo en el nivel de competencia, del Prestes al Postest (p=0.210; p<0.05).
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia argumentativa de los estu-
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia representativo de
diantes, muestra una disminución
los estudiantes, muestra un aumento de 0.16 puntos en
de 0.04 puntos en el promedio y no
el promedio y un punto en la mediana. La permanencia
se observan cambios en la mediana
del valor de la moda es consecuencia de la existencia de
ni en la moda. Además, de seguir te-
varias modas (los valores que más se repiten son 1 y 2), y
niendo valores positivos, la asimetría
SPSS toma el valor más bajo. Aunque se presenta una dis-
aumentó 0.51 puntos, lo que muestra
minución de la asimetría (de 0.73 a 0.37) la permanencia
un reagrupamiento más acentuado
de valores positivos y la estabilidad de la desviación es-
de los niveles de competencia argu-
tándar, muestran una permanencia en el nivel bajo de la
mentativa por debajo del nivel me-
competencia. La Tabla 3 confirma que no hubo diferencia
dio. La disminución de 0.04 puntos
estadísticamente significativa (p=0.206; p<0.05).
en la desviación estándar muestra una permanencia en el nivel bajo de
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia espacial de los
la competencia. La Tabla 3 confirma
estudiantes, muestra un aumento de 0.04 puntos en el
que no hubo un cambio estadísti-
promedio y no se observan cambios en la mediana ni en
camente significativo en el nivel de
la moda. Además, de seguir conservando valores positi-
competencia, del Prestest al Postest
vos, la asimetría aumentó 0.84 puntos, lo que muestra
(p=0.560; p<0.05).
un reagrupamiento más acentuado de los niveles de competencia espacial por debajo del nivel medio. A pesar
•
La Tabla 2, para el nivel de competen-
del aumento de 0.19 puntos en la desviación estándar el
cia sensitiva de los estudiantes, mues-
nivel bajo de la competencia sigue predominando. La Ta-
tra una disminución de 0.2 puntos en
bla 3 confirma que no hubo un cambio estadísticamente
el promedio y no se observan cambios
significativo en el nivel de competencia, del Prestest al
en la mediana ni en la moda. Además,
Postest (p=0.730; p<0.05).
de seguir teniendo valores positivos, la asimetría aumentó 1.41 puntos, lo
•
La Tabla 2, para el nivel de competencia propositiva
que muestra un reagrupamiento más
de los estudiantes, muestra una disminución de 0.08
acentuado de los niveles de compe-
puntos en el promedio y no se observan cambios en
tencia sensitiva por debajo del nivel
la mediana ni en la moda. Además, de seguir teniendo
medio. La disminución de 0.23 pun-
valores positivos, la asimetría aumentó 0.34 puntos, lo
tos en la desviación estándar mues-
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Silvio Alejandro Jiménez … Jairo Enrique Vargas Claudia Andrea Palacios
Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
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coningenio
tra una permanencia en el nivel bajo
el restante se sitúa por debajo de este valor; c)en prome-
de la competencia. La Tabla 3 confir-
dio, los estudiantes se ubican en 1.29, valor más cercano
ma que no hubo un cambio estadís-
a 1 que a 2 (nivel bajo); d) la dispersión promedio de las
ticamente significativo en el nivel de
puntuaciones de los estudiantes, con respecto a 1.29, es
competencia, del Prestest al Postest
baja (0.46); e) un valor positivo para la asimetría (1.00),
(p=0.130; p<0.05).
lo que quiere decir que los niveles de competencia propositiva de los estudiantes están más agrupados por de-
•
La Tabla 2, para el nivel de competen-
bajo de la media.
cia operativa de los estudiantes, muestra una disminución de 0.12 puntos en
•
El nivel de competencia argumentativa de los estudiantes
el promedio y no se observan cambios
tiende a ser bajo. Esto se evidencia en: a) que el valor que
en la mediana ni en la moda. Además,
más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el 50% de los estudian-
de seguir teniendo valores positivos, la
tes se encuentran por encima del valor 1.00 (nivel bajo) y
asimetría aumentó 0.74 puntos, lo que
el restante se sitúa por debajo de este valor; c)en prome-
muestra un reagrupamiento más acen-
dio, los estudiantes se ubican en 1.07, valor más cercano
tuado de los niveles de competencia
a 1 que a 2 (nivel bajo); d) la dispersión promedio de las
sensitiva por debajo del nivel medio. La
puntuaciones de los estudiantes, con respecto a 1.07, es
disminución de 0.21 puntos en la des-
baja (0.26); e) un valor valor positivo para la asimetría
viación estándar muestra una perma-
(3.52), lo que quiere decir que los niveles de competencia
nencia en el nivel bajo de la competen-
argumentativa de los estudiantes están más agrupados
cia. La Tabla 3 confirma que no hubo un
por debajo de la media.
cambio estadísticamente significativo en el nivel de competencia, del Prestest
•
al Postest (p=0.260; p<0.05).
El nivel de competencia sensitiva de los estudiantes tiende a ser bajo. Esto se evidencia en: a) que el valor que más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el 50% de los estudiantes se
•
La Tabla 2, para el nivel de competen-
encuentran por encima del valor 1.00 (nivel bajo) y el res-
cia evaluativa de los estudiantes, no
tante se sitúa por debajo de este valor; c)en promedio, los
muestra cambio ni en el promedio ni
estudiantes se ubican en 1.11, valor más cercano a 1 que a
en la mediana ni en la moda. Además
2 (nivel bajo); d) la dispersión promedio de las puntuacio-
el valor constante 0.00 puntos en la
nes de los estudiantes, con respecto a 1.11, es baja (0.31);
desviación estándar muestra una per-
e) un valor positivo para la asimetría (2.69), lo que quiere
manencia en el nivel bajo de la com-
decir que los niveles de competencia sensitiva de los estu-
petencia. La Tabla 3 confirma que no
diantes están más agrupados por debajo de la media.
hubo un cambio estadísticamente significativo en el nivel de competencia, del Prestest al Postest (p=0.260; p<0.05)
•
El nivel de competencia operativa de los estudiantes tiende a ser bajo. Esto se evidencia en: a) que el valor que más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el 50% de los
•
El nivel de competencia propositiva
estudiantes se encuentran por encima del valor 1.00 (ni-
de los estudiantes tiende a ser bajo.
vel bajo) y el restante se sitúa por debajo de este valor;
Esto se evidencia en: a) que el valor
c)en promedio, los estudiantes se ubican en 1.07, valor
que más repitió fue el 1 (nivel bajo); b)
más cercano a 1 que a 2 (nivel bajo); d) la dispersión
el 50% de los estudiantes se encuen-
promedio de las puntuaciones de los estudiantes, con
tran por encima del valor 1.29, valor
respecto a 1.07, es baja (0.26); e) un valor positivo para
más cercano a 1 que a 2 (nivel bajo) y
la asimetría (3.52), lo que quiere decir que los niveles
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de competencia operativa de los estudiantes están más
•
agrupados por debajo de la media.
… pp. 126 - 155
El nivel de competencia espacial de los estudiantes tiende a ser medio. Esto se evidencia en: a) que el valor que
•
El nivel de competencia evaluativo de los estudiantes
más repitió fue el 2 (nivel medio); b) el
tiende a ser bajo. Esto se evidencia en: a) que el valor que
50% de los estudiantes se encuentran
más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el 50% de los estu-
por encima del valor 1.83, valor más
diantes se encuentran por encima del valor 1.00 (nivel
cercano a 2 que a 1 (nivel medio) y el
bajo) y el restante se sitúa por debajo de este valor; c)en
restante se sitúa por debajo de este
promedio, los estudiantes se ubican en 1.11, valor más
valor; c)en promedio, los estudiantes
cercano a 1 que a 2 (nivel bajo); d) la dispersión promedio
se ubican en 1.86, valor más cercano
de las puntuaciones de los estudiantes, con respecto a
a 2 que a 1 (nivel medio); d) la disper-
1.11, es baja (0.31); e) un valor positivo para la asimetría
sión promedio de las puntuaciones de
(2.69), lo que quiere decir que los niveles de competencia
los estudiantes, con respecto a 1.86, es
evaluativa de los estudiantes están más agrupados por
relativamente baja (0.71); e) un valor
debajo de la media.
aproximadamente igual a cero para la asimetría (0.21), lo que quiere decir que
Para el GE en el Postest, la Tabla 2 muestra que:
los niveles de competencia interpreta-
tivo de los estudiantes están más agru-
•
El nivel de competencia interpretativo de los estudiantes
pados cerca de la media.
tiende a ser alto. Esto se evidencia en: a) que el valor que más repitió fue el 3 (nivel alto); b) el 50% de los estudian-
•
El nivel de competencia propositiva de
tes se encuentran por encima del valor 2.64, valor más
los estudiantes tiende a ser bajo. Esto
cercano a 3 que a 2 (nivel alto) y el restante se sitúa por
se evidencia en: a) que el valor que
debajo de este valor; c)en promedio, los estudiantes se
más repitió fue el 1 (nivel bajo); b)aun-
ubican en 2.57, valor más cercano a 3 que a 2 (nivel me-
que el 50% de los estudiantes se en-
dio); d) la dispersión promedio de las puntuaciones de los
cuentran por encima del valor 1.95, va-
estudiantes, con respecto a 2.57, es baja (0.69); e) un va-
lor más cercano a 2 que 1 (nivel medio)
lor negativo para la asimetría (-1.37), lo que quiere decir
y el restante se sitúa por debajo de este
que los niveles de competencia interpretativo de los es-
valor, y aunque en promedio, los estu-
tudiantes están más agrupados por encima de la media.
diantes se ubicaron en 1.96, valor más cercano a 2 que a 1 (nivel medio); d) la
•
El nivel de competencia representativo de los estudiantes
dispersión promedio de las puntuacio-
tiende a ser medio. Esto se evidencia en: a) que aunque
nes de los estudiantes, con respecto a
el valor que más repitió fue el 3 (nivel alto; b) el 50% de
1.96, es relativamente alta (0.87); e) un
los estudiantes se encuentran por encima del valor 2.14,
valor aproximadamente igual a cero
valor más cercano a 2 que a 1 (nivel medio) y el restante
para la asimetría (0.07), lo que quiere
se sitúa por debajo de este valor; c)en promedio, los estu-
decir que los niveles de competencia
diantes se ubican en 2.14, valor más cercano a 2 que a 1
interpretativo de los estudiantes están
(nivel medio); d) la dispersión promedio de las puntuacio-
más agrupados cerca de la media.
nes de los estudiantes, con respecto 2.14, es alta (1.01); e) un valor aproximadamente igual a cero para la asimetría
•
El nivel de competencia argumentati-
(-0.37), lo que quiere decir que los niveles de competen-
va de los estudiantes tiende a ser bajo.
cia interpretativo de los estudiantes están más agrupados
Esto se evidencia en: a) que el valor que
cerca de la media.
más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el
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coningenio
50% de los estudiantes se encuentran
la dispersión promedio de las puntuaciones de los estu-
por encima del valor 1.00 (nivel bajo) y
diantes, con respecto a 1.57, es relativamente alta (0.74);
el restante se sitúa por debajo de este
e) un valor positivo para la asimetría (0.91), lo que quiere
valor; c)en promedio, los estudiantes
decir que los niveles de competencia operativa de los es-
se ubican en 1.43, valor más cercano a
tudiantes están más agrupados por debajo de la media.
1 que a 2 (nivel bajo); d) la dispersión promedio de las puntuaciones de los
•
El nivel de competencia evaluativo de los estudiantes
estudiantes, con respecto a 1.43, es baja
tiende a ser bajo. Esto se evidencia en: a) que el valor que
(0.63); e) un valor positivo alto para la
más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el 50% de los estu-
asimetría (1.23), lo que quiere decir que
diantes se encuentran por encima del valor 1.00 (nivel
los niveles de competencia argumenta-
bajo) y el restante se sitúa por debajo de este valor; c)
tiva de los estudiantes están más agru-
en promedio, los estudiantes se ubican en 1.5, valor más
pados por debajo de la media.
cercano a 1 que a 2 (nivel bajo); d) la dispersión promedio de las puntuaciones de los estudiantes, con respecto a
•
El nivel de competencia sensitiva de
1.11, es relativamente alta (0.69); e) un valor positivo para
los estudiantes tiende a ser bajo. Esto
la asimetría (1.07), lo que quiere decir que los niveles de
se evidencia en: a) que el valor que más
competencia evaluativa de los estudiantes están más
repitió fue el 1 (nivel bajo); b) aunque el
agrupados por debajo de la media
50% de los estudiantes se encuentran por encima del valor 2.00 (nivel medio)
•
En la Tabla 4 se observa que en el Pretest no había dife-
y el restante se sitúa por debajo de este
rencias estadísticamente significativas entre el GE y GC,
valor, y aunque en promedio, los estu-
para ninguna de los niveles de competencia. Las signifi-
diantes se ubican en 1.71, valor más
cancias bilaterales fueron p=0.776; p<0.05 para el nivel
cercano a 2 que a 1 (nivel bajo); d) la
interpretativo, p=0.130; p<0.05 para el nivel representati-
dispersión promedio de las puntuacio-
vo, p=0.670; p<0.05 para el nivel espacial, p=0.850;p<0.05
nes de los estudiantes, con respecto a
para el nivel propositito, p=0.310; p<0.05 para el nivel
1.71, es relativamente alta (0.76); e) un
argumentativo, p=0.160; p<0.05 para el nivel sensitivo,
valor positivo para la asimetría (0,55),
p=0.270; p<0.05 para el nivel operativo y p=0.100; p<0.05
lo que quiere decir que los niveles de
para el nivel evaluativo.
competencia sensitiva de los estudiantes están un poco más agrupados por
•
debajo de la media.
También se observa que en el Postest ya existían diferencias estadísticamente significativas entre el GE y el GC, para todos los niveles de competencia, excepto para el
•
El nivel de competencia operativa de
nivel representativo.
los estudiantes tiende a ser bajo. Esto se evidencia en: a) que el valor que
•
Las significancias bilaterales fueron p=0.024; p<0.05 para
más repitió fue el 1 (nivel bajo); b) el
el nivel interpretativo, p=0.180; p<0.05 para el nivel repre-
50% de los estudiantes se encuentran
sentativo, p=0.000; p<0.05 para el nivel espacial, p=0.000;
por encima del valor 1.00 (nivel bajo) y
p<0.05 para el nivel propositito, p=0.040; p<0.05 para el ni-
el restante se sitúa por debajo de este
vel argumentativo, p=0.040; p<0.05 para el nivel sensitivo,
valor; c)en promedio, los estudiantes se
p=0.010; p<0.05 para el nivel operativo y p=0.000; p<0.05
ubican en 1.57, que aunque es un valor
para el nivel evaluativo.
más cercano a 2 que a 1 (nivel medio),
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coningenio
COMPETENCIA INTERPRET.
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EXPERIMENTAL NR RP SR
PRETEST CONTROL N RP SR
SB
28 27,51 770,50 25 26,42 660,50 0,776
EXPERIMENTAL NR RP SR
… pp. 126 - 155
POSTEST CONTROL N RP SR
SB
28 31,08 870,50 25 22,42 560,50 0,024
REPRESENT.
28 24,38 682,50 25 29,94 748,50 0,130
28 29,50 826,00 25 24,20 605,00 0,180
ESPACIAL
28 27,63 773,50 25 26,30 657,50 0,670
28 33,16 928,50 25 20,10 502,50 0,000
PROPOSITIVA
28 27,29 764,00 25 26,68 667,00 0,850
28 33,02 924,50 25 20,26 506,50 0,000
ARGUMENTA.
28 25,89 725,00 25 28,24 706,00 0,310
28 30,07 842,00 25 23,56 589,00 0,040
SENSITIVA
28 25,18 705,00 25 29,04 726,00 0,160
28 30,07 842,00 25 23,56 589,00 0,040
OPERATIVA
28 25,79 722,00 25 28,36 709,00 0,270
28 30,86 864,00 25 22,68 567,00 0,010
EVALUATIVA
28 28,34 793,50 25 25,50 637,50 0,100
28 31,91 893,50 25 21,50 537,50 0,000
Tabla 4. Pruebas Independientes U de Mann-Whitney para determinar las Diferencias Significativas e n el Nivel de Competencia entre el GE y el GC, en el Pretest y en el Postest NR Número de Rangos; RP Rango Promedio; SR Suma de Rangos; SB Significancia Bilateral
Conclusiones
principalmente a la implementación de una didáctica centrada en Resolu-
•
Aunque a partir de los resultados, no se pueda concluir
ción de Problemas con la heurística
con certeza que una didáctica centrada en Resolución de
de Polya como eje metodológico, y no
Problemas (RP) con la heurística de Polya como eje me-
a las variables parásitas que siempre
todológico, sea suficiente para desarrollar todas las siete
están presentes en un experimento.
competencias consideradas para este estudio, los resultados que se obtuvieron conllevan a contemplarla como
•
Por lo tanto, el aporte más importan-
vía favorable para el proceso de enseñanza - aprendizaje
te de este investigación es el plantea-
de la Física Térmica.
miento de una propuesta pedagógica, que con base en los resultados obteni-
•
El proceso de Enseñanza – Aprendizaje es complejo ya
dos, debe ser considerada como estra-
que en él interactúan múltiples variables, entre las cua-
tegia de aula para los cursos de Física
les se pueden resaltar el pensamiento y los deseos del
Térmica de la Fundación Universitaria
docente, el pensamiento y deseos de los estudiantes, y
Los Libertadores (FULL) y por que no
obviamente el contexto. Aunque el estudio fue cuasiex-
para todos los cursos de la Facultad de
perimental, la validez interna y externa del estudio siem-
Ingeniería de la Fundación Universita-
pre fueron consideradas en aspectos como trabajar con
ria Los Libertadores.
el mismo docente, que los grupos fueran de la misma jornada, que la proporción de hombres y mujeres fuera la
•
Se observó que al emplear la heurísti-
misma, el promedio de edad, el uso del diseño de grupo
ca de Polya como eje metodológico de
control no equivalente, etc. La equivalencia inicial de los
una didáctica centrada en RP, favoreció
grupos se ratificó con los análisis estadísticos, tanto des-
significativamente el desarrollo de las
criptivos como inferenciales. Teniendo en cuenta esto, se
competencias interpretativa, espacial,
puede afirmar que los resultados obtenidos se debieron
propositiva, argumentativa y evaluati-
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ISSN 1909-9142
Silvio Alejandro Jiménez … Jairo Enrique Vargas Claudia Andrea Palacios
Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
va. Al promover el desarrollo de éstas
•
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coningenio
Las distribuciones de frecuencia y los estadísticos descrip-
competencias, se estaban activando
tivos muestran que los niveles de competencia inicial del
capacidades cognitivas, cognoscitivas
GE y del GC tenían aproximadamente las mismas carac-
y metacognitivas, las cuales deben ser
terísticas. La Prueba U de Mann – Whitney en el Pretest
aplicadas por el estudiante, no solo para
ratificó la equivalencia inicial de los grupos. Por lo tanto, se
resolver problemas académicos, sino
puede garantizar la validez del experimento.
problemas de su cotidianidad. Con los enfoques tradicionales, las instituciones
•
La equivalencia inicial de los grupos puede deberse a que
educativas ya no son capaces reaccionar
los estudiantes provienen de cursos donde predomina la
ante las grandes cantidades de informa-
misma forma de enseñanza: la transmisión – recepción.
ción y el cambio vertiginoso de los conocimientos, por lo tanto el docente debe
•
En el GE todos los niveles de competencia se desarro-
enfocar el ejercicio del aula a desarro-
llaron. Esto quiere decir que disminuyeron las dificulta-
llar capacidades en el estudiante que le
des al establecer conexiones lógicas entre el problema y
permitan enfrentarse a los problemas y
sus elementos con su conocimiento personal previo; al
retos de un mundo en continuo cambio.
identificar los conceptos, leyes y principios físicos involucrados y aplicables a la situación problema, así como
•
A partir de los resultados se puede con-
de la información que se necesita y la que se tiene para
cluir que tanto los estudiantes del GE
resolver el problema; al dibujar diagramas de los cuales
como del GC presentaban dificultades
se pueda entender el problema; al plantear hipótesis, ca-
en el establecimiento de conexiones ló-
minos y alternativas de solución al problema; al justifi-
gicas entre el problema y sus elementos
car la selección de la hipótesis, camino o alternativa más
con su conocimiento personal previo;
adecuados para dar solución al problema; al identificar
en la identificación de los conceptos,
las variables relevantes del problema y al establecer rela-
leyes y principios físicos involucrados y
ciones cualitativas entre ellas; en traducir las relaciones
aplicables a la situación problema, así
cualitativas entre las variables relevantes del problema
como de la información que se necesita
en ecuaciones matemáticas y en evaluar el proceso de
y la que se tiene para resolver el pro-
resolución antes y después de la solución del problema.
blema; en el dibujo de diagramas de los
Esto se debe a que al aplicar las fases de la Heurística de
cuales se pueda entender el problema;
Polya los estudiantes se ven forzados a activar las ocho
en el planteamiento de hipótesis, cami-
competencias, cosa que no se consigue con la enseñanza
nos y alternativas de solución al proble-
tradicional a la que estuvo sometida el GC.
ma; en justificar la selección de la hipótesis, camino o alternativa más adecua-
•
Los niveles de competencia que obtuvieron desarrollo
dos para dar solución al problema; en
más discreto en el GE fueron los correspondientes a la
identificar las variables relevantes del
competencia interpretativa, operativa y evaluativa. Esto
problema y establecer relaciones cua-
puede deber el tiempo que se dedicó para resolver si-
litativas entre ellas; en traducir las re-
tuaciones problema con la heurística de Polya no fue
laciones cualitativas entre las variables
suficiente para elevar los niveles de manera significa-
relevantes del problema en ecuaciones
tiva.. En cuanto a la competencia interpretativa, una
matemáticas y en evaluar el proceso de
de las causas fueron las dificultades de lectura y de la
resolución antes y después de la solu-
disposición de ponerse “en los zapatos del otro” para po-
ción del problema.
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coningenio
Silvio Alejandro Jiménez … Desarrollo de competencias básicas por Jairo Enrique Vargas medio de la resolución de problemas Claudia Andrea Palacios
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der entender su discurso. En cuanto a la competencia
ticas y la realidad física que se está
operativa, la causa principal es el obstáculo cuantitativo
tratando describir, y para identificar el
es decir la dificultad de relacionar fenómenos naturales
estado inicial del problema y los cono-
con el lenguaje de la matemática. En cuanto a la compe-
cimientos requeridos para resolverlo,
tencia evaluativa, la causa es que tal vez a los estudian-
si realiza un inventario básico de la in-
tes es la primera vez que se ven forzados a aplicar sus
formación que suministra y de la que
procesos metacognitivos.
le hace falta, gracias a la tendencia de que resolver un problema es reunir
•
En cuanto al GC un resultado interesante es que en las
una serie de datos que encajen perfec-
competencias propositiva, argumentativa, sensitiva y
tamente en una ecuación.
operativa hubo regresión, es decir estudiantes que en vez de aumentar su nivel de competencia, este dismi-
•
Con base en lo anterior y en los resul-
nuyó. Tal vez este aspecto motivacional puede explicar
tados de la investigación, los autores
la presencia de regresión. Con el transcurrir del período
se permiten sugerir a los docentes de
académico, la presentación de exámenes, la asistencia a
la FULL, en concentrar su ejercicio en
clases orientadas tradicionalmente, las calificaciones y
el aula, en el desarrollo de capacidades
el desgaste en general que experimentan los estudian-
que permitan el aprender a aprender,
tes, pudieron generar un decaimiento en la motivación
sustituyendo la saturación de los estu-
y por lo tanto en los niveles de competencia. Cabe resal-
diantes con grandes cantidades de co-
tar que este fenómeno no sucedió para el GE, ya que las
nocimientos, muchos de los cuales no
situaciones problema en el tratamiento experimental se
van aplicar posteriormente.
plantearon de tal manera que fueran interesantes para los estudiantes.
•
Otro aspecto que es importante resaltar, es que los conocimientos de Física
•
Las distribuciones de frecuencia y los estadísticos des-
Térmica, que adquirieron los estudian-
criptivos muestran que los niveles finales de competen-
tes del Grupo Control (GC) pueden ser
cia presentan características más favorables para el GE.
olvidados a corto plazo. Esto puede su-
La Prueba U de Mann – Whitney en el Postest ratificó la
ceder, pues las situaciones que se resol-
diferencia estadísticamente significativa en los niveles
vían en clase, eran ejercicios que apa-
de competencia de ambos grupos. Por lo tanto, se pue-
recían al final de cada unidad didáctica
de afirmar que una estrategia didáctica centrada en RP y
en los libros de texto. En contraste, a
que emplea la heurística de Polya como eje metodológico
los estudiantes del Grupo Experimental
central mejora los niveles de competencia interpretativa,
se les plantearon problemas abiertos
espacial, propositiva, argumentativa, sensitiva, operativa
que no estaban en ningún libro de tex-
y evaluativa. La excepción fue el nivel de competencia
to, lo que conllevó a que el estudiante
representativa, ya que los resultados mostraron que no
buscara, organizara, construyera y re-
había diferencia estadísticamente significativa entre el
flexionara su propio conocimiento. Este
GC y el GE en el Postest. Esto se debe a que a pesar que
conocimiento pasa a formar parte de la
el estudiante, en la enseñanza tradicional, tiene dificul-
estructura cognitiva de cada estudiante
tades para identificar los conceptos, leyes y principios
y es más difícil que sea olvidada. Como
físicos involucrados en la situación del problema, para
se pudo observar, la estrategia promo-
analizar la situación a la cual se refiere el problema, para
vió estos procesos.
establecer conexiones entre representaciones matemá-
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Silvio Alejandro Jiménez … Jairo Enrique Vargas Claudia Andrea Palacios
•
Desarrollo de competencias básicas por medio de la resolución de problemas
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coningenio
El planteamiento de situaciones proble-
Agradecimientos: Este trabajo fue posible gracias a la cola-
máticas y abiertas, más cercanas al con-
boración de la Facultad de Educación de la Univerisidad de la
texto cotidiano y laboral del estudiante,
Salle, Sede Bogotá y al Departamento de Ciencias Básicas de
sirvió para que los estudiantes tuvieran
la Fundación Universitaria Los Libertadores.
una mejor disposición para resolver problemas de Física Térmica y a relacionar
Referencias
más fácilmente los temas tratados en clase con los conceptos previos y con la
1. Bustamante, El concepto de competencia III. Un caso de recon-
vida real. Esto se manifestó en un au-
textualización: Las “competencias” en la educación colombiana.
mento de la participación en clase.
(2001). Bogotá: Sociedad Colombiana de Pedagogía. 2. Campbell, D. & Stanley, J. Diseños experimentales y Cuasiex-
•
Las socializaciones de los procesos de
perimentales en la Investigación Social (3a ed.) (2001). Buenos
resolución de los problemas por parte
Aires: Amorrortu Editores.
de los estudiantes sirvieron para fo-
3. Garrett, M, RResolución de problemas y creatividad: im-
mentar las capacidades de expresar
plicaciones para el currículo de ciencias, Enseñanza de
las ideas propias y de aprender a escu-
las Ciencias. 6(3), (1988) 224-230. P.
char las ajenas.
4. García, G, J. Didáctica de las ciencias. Bogotá, Colombia:
El trabajo colectivo sirvió para que los
5. Mora Penagos, William, La resolución de problemas una
estudiantes tomaran consciencia que
línea prioritaria de investigación en la enseñanza de las
un problema se resuelve más rápido
Ciencias. Revista Educativa Volunt@d. v.O, (1996). 14-19 P.
y mejor, si se combinan los esfuerzos
6. Pozo, J, I, La solución de problemas. (1994) España. Santillana.
individuales con los esfuerzos grupa-
7. Perales Palacios, Javier, Resolución De problemas. (1999).
Magisterio (2003) •
les. Tal vez este aspecto motivacional puede explicar la presencia de regresión en dos niveles de competencia en el GC. Con el transcurrir del período académico, la presentación de exáme-
Editorial Síntesis. España. 8. Polya, G. ¿How to solve it Princenton, New Jersey. Princeton University Press (2nd ed) (1973) 9. Polya, G. Cómo plantear y resolver problemas. México: 1992, 215 p.
nes, la asistencia a clases orientadas
10. Sierra, B. La Resolución de Problemas como Estrategia
tradicionalmente, las calificaciones y
para laFormación en Ingeniería: Reflexiones para el Área
el desgaste en general que experimen-
de Sistemas de Control. Universidad Industrial de San-
tan los estudiantes, pudieron generar
tander. Centro para el Desarrollo de la Docencia en la UIS.
un decaimiento en la motivación y por
Santander, Colombia: (2006). CEDEUIS.
lo tanto en los niveles de competencia.
11. Perales Palacios, Javier. La Resolución de Problemas: una revisión estructurada.Revista Enseñanza de lasCiencias
Se desea finalizar estas conclusiones, sugi-
Editorial Síntesis. (1991) España. V.11 (2), 170 – 178.p
riendo que para que los estudiantes de la Fa-
12. Torrado, M. C. El desarrollo de las Competencias: una propues-
cultad de Ingeniería de la FULL sean capaces
ta para la educación colombiana. Hacia una Cultura de la
de enfrentarse al mundo actual, las didácti-
Evaluación para el siglo XXI.(2001)Bogotá: Universidad
cas de los procesos de Enseñanza – Apren-
Nacional de Colombia.
dizaje deben migrar de las que centran su atención en los contenidos a las que se centran en el aprendizaje de los estudiantes.
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coningenio
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Anexo 1. EJEMPLO DE SITUACIÓN PROBLEMA
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coningenio No. 3 / 2010
Semi
de Inves
SEMILLEROS DE INVESTIGACIÓN
illeros
stigación
Implementación del juego tres en línea empleando FPGA Freddy Alexánder Castillo Forero Nelson Galvis Villalobos Diego Alejandro Rincón Wilches Wílmer Javier Arias Páez Elkin Giovanni Chinome Andrés Esteban Vela Cristian Camilo Bernal Ariza George Michael Salcedo Jiménez Iván Darío Bernal Nieto
*
alex-0330@hotmail.com nelsipur@hotmail.com dark_spawn1990@hotmail.com javiarias_070203@hotmail.com mangaman_88@hotmail.com dersan_15@hotmail.com roklivecris18@hotmail.com maicol_10m@hotmail.com inieto72@hotmail.com
Grupo espacio académico Circuitos Digitales II quinto semestre.
*
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coningenio Resumen
Grupo espacio académico Circuitos Digitales II Quinto Semestre
…
Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
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El juego tres en la línea es un juego agradable, cuando se tiene la opción de ganar, por el contrario en esta versión el juego tiene un camino diferente, alcanzando que la máquina siempre gana o empata cuyo procedimiento es explicado con atención en este informe.
Palabras Clave: Quartus, altera, Gate, Input, Output, compilador, projecto, archivo, simulación, asignación, pin.
Implementation of three online game using FPGA
Abstract
The game three in line it is an enjoyable game, when one has the option of winning, by the contrary in this version the game have a different way, achieving that the machine always wins or tie whose procedure is explained attentively in this report.
Key Words: Quartus, altera, Gate, Input, Output, compilator, project, file, simulation, assignment, pin.
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Grupo espacio académico Circuitos Digitales II Quinto Semestre
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Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
C
INTRODUCCIÓN
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coningenio
una línea de tres de sus símbolos: la línea puede ser horizontal, vertical o diagonal.
Como se sabe, el juego tres en línea que para muchos países se conoce con otro
Esta partida la gana el primer jugador, X:
nombre, es un juego de destreza mental de grado fácil, ya que es un juego que se plantea en una matriz de tres por tres por lo cual su dificultad no es compleja, como el caso del ajedrez o sudoku. Este juego consiste en ubicar tres caracteres iguales en
Esta partida termina en empate:
una posición horizontal, vertical y/o diagonal, para ganar el juego. Por lo tanto a lo largo de este informe se plantea un diseño característico del jue-
Los jugadores no tardan en descubrir que el juego perfecto ter-
go tres en línea, el cual consiste en que el
mina en empate sin importar con qué juega el primer jugador.
usuario no le podrá ganar a la máquina.
OBJETIVOS
La misma simplicidad del juego de tres en raya lo hacen ideal como herramienta pedagógica para enseñar los conceptos de teoría de juegos y la rama de inteligencia artificial que se
Diseñar y optimizar el juego tres en línea
encarga de la búsqueda de árboles de juego. Por lo tanto se
identificando todas las jugadas posibles
puede escribir un programa informático que juegue perfecta-
que el usuario pueda hacer para encontrar
mente al tres en raya y que enumere las 765 posiciones esen-
una secuencia que lleve a la máquina a
cialmente distintas o las 26.830 partidas posibles (compleji-
empatar o ganar y así prevenir las posibles
dad del árbol de juego).
jugadas del usuario que lleven a la máquina a perder.
Mini-Max y Máquina de Estado Mini-max es un método de decisión para minimizar la pérdi-
Visualizar el video juego en una VGA me-
da máxima esperada en juegos con adversario y con informa-
diante el uso de un dispositivo (FPGA) que
ción perfecta. Mini-max es un algoritmo recursivo.
contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad se puede progra-
El funcionamiento de Mini-max puede resumirse como elegir
mar, de un periférico bidireccional (Tecla-
el mejor movimiento suponiendo que el contrincante esco-
do) que realiza la interacción con el sistema
gerá el peor.
permitiendo al usuario introducir datos.
MARCO TEÓRICO
Este método nos permite realizar una secuencia basada en el diseño de un árbol y así encontrar los caminos de alto riesgo. Por lo tanto este diseño nos permite encontrar toda la se-
Tres En Línea
cuencia ganadora del juego a diseñar.
El tres en línea, también conocido como tres en raya, es un juego de lápiz y papel
Las máquinas de estados se definen como un conjunto de es-
entre dos jugadores: O y X, que marcan los
tados que sirve de intermediario en esta relación de entradas
espacios de un tablero de 3×3 alternada-
y salidas, haciendo que el historial de señales de entrada de-
mente. Un jugador gana si consigue tener
termine, para cada instante, un estado para la máquina, de
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coningenio
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Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
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forma tal que la salida depende únicamente del estado y las
los centros (2,4,6,8) y finalmente la ca-
entradas actuales.
silla del centro.
ESPECIFICACIONES
•
Después de generar las posibilidades de juego para cada ubicación del table-
Diseñar un sistema que garantice que la máquina siempre
ro de tres en línea, se analiza el table-
gane o empate, demostrando que en cada jugada el sistema
ro, de forma que con un solo árbol se
tenga la capacidad de identificar la posición de él y del juga-
pueda responder a todas las demás ju-
dor y así realizar la jugada más óptima para ganar.
gadas, esto es posible si se realiza una rotación ordenada del tablero del tres
El usuario siempre comenzará realizando la primera jugada
en línea, de manera que se ubique la
lo cual hace que el sistema reconozca el movimiento y así
casilla de inicio de la jugada del usua-
responda adecuadamente.
rio, como la casilla de inicio de nuestro árbol, dado que este resuelve cada
Visualizar en la pantalla la forma física del tres en línea y
jugada para tener como resultado una
mediante la interacción del teclado dibujar las posiciones que
victoria o un empate, nunca una de-
el usuario y el sistema asignan.
rrota. Este proceso se repite para cada esquina, cada casilla del centro de las
PROCEDIMIENTO
filas y las columnas externas del tablero, teniendo en cuenta que para la
ALGORITMO TRES EN LÍNEA
casilla del centro utilizaremos un ár-
El algoritmo es la parte esencial para el desarrollo del jue-
bol independiente, después de esto, se
go, con la cual se interpreta cada movimiento del jugador y
procede a la programación en VHDL,
se responde de manera que se puedan optimizar las posibi-
esta programación se realiza en ins-
lidades de ganar y de impedir que el usuario tenga alguna
tancias por aparte, de manera que se
posibilidad de conseguir una jugada con la cual pueda de-
pueda aplicar las tres programaciones
rrotar la máquina.
a un bloque que escogerá el algoritmo a utilizar y cuál será el valor a repre-
El desarrollo de las posibilidades de las jugadas aumenta expo-
sentar en la VGA.
nencialmente a medida que avanza el juego, para esto decidimos reducir las posibilidades del juego de la siguiente manera:
•
Al programar las tres instancias las cuales son los tres árboles, estas re-
•
•
Generar árboles con las cuales se analiza cada posibili-
suelven las jugadas por medio de es-
dad de juego que se pueda presentar, respondiendo a los
tados presentes en cada posibilidad de
diferentes movimientos que el usuario realice de mane-
juego y así se generan unos bloques
ra práctica, de tal forma que se puedan bloquear todas
que integran todos los comandos de
las posibilidades de que el usuario gane y de facilitar las
entrada y mediante las demás instan-
oportunidades de victoria de la máquina.
cias este resultado se entrega a la VGA.
En los árboles se observó un comportamiento de simetría
•
Una de estas instancias es la encarga-
en el tablero del tres en línea, ya que si se comienza a ana-
da de recibir las señales de entrada y
lizar las jugadas desde las esquinas (1,3,7,9) siempre serán
convertirlas según la rotación ordena-
los mismos movimientos a si se empezará en una misma
da a números que el árbol pueda solu-
esquina, lo mismo funciona para las casillas ubicadas en
cionar, en cada caso según correspon-
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Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
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da, estos números serán tomados por
haber ingresado cada dato a los árboles y de haber sido
cada uno de los árboles y serán contes-
procesado se diseñó una instancia que según el árbol que
tados con la mejor jugada, con aquella
estuviera habilitado escogería qué salidas deberían visua-
que no nos permita perder. Las salidas
lizarse en VGA. En otras palabras en una misma instancia
de cada uno de los tres algoritmos tie-
se controlarían las salidas de los tres árboles, estas serían
ne que ser seleccionados por una ins-
entradas y darían una sola salida, que es la que se podrá
tancia, que revertirá la rotación hecha
visualizar luego de hacer el proceso inverso de la primera
antes de entrar a los árboles para su
rotación, realizada para que se pudieran resolver en los
interpretación y respuesta. Después de
árboles programados.
DISEÑO JERÁRQUICO
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CÓDIGOS DISEÑADOS (INSTANCIAS)
Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
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CONTROL DE ESTADOS
KEYBOARD
Lee cuatro entradas binarias las cuales Permite la interacción del usuario con el programa, el cual
son controladas por el pulso del reloj y un
funciona con un reloj de 25MHz y nos entrega una salida de
reset que devuelve un estado inicial. De
8 bits codificada en hexadecimal de acuerdo con la tecla que
acuerdo con las entradas se entrega a la
se oprima.
salida un dato binario que activa el res-
DECODIFICADOR
pectivo Algoritmo.
DIVISOR DE RELOJ DE 25MHZ Y 1HZ
Recibe una señal de 8 bits codificada en ASCII, el cual decodifica la señal para entregar cuatro salidas binarias, estas representan el número de la casilla del juego tres en línea.
Estas dos instancias dividen el período del reloj de 50Mhz que se encuentra incluido
(Por Ejemplo 01110011 => 0101 => 5).
de la tarjeta FPGA para realizar correctamente la sincronización de la VGA y Algoritmos, respectivamente.
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Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
HABILITADOR
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coningenio
ALGORITMO 5
Recibe la señal de entrada generada por el teclado y habilita las instancias de los árboles según
Lee las cuatro salidas binarias que nos entrega el con-
la posición en la que juega el usuario y su respec-
versor y estas son controladas por el reloj de 1Hz, el
tiva transpuesta según la casilla seleccionada.
cual permite que el algoritmo pueda responder adecuadamente y así ejecutar la secuencia de las jugadas que
CONVERSOR
realiza el usuario cuando comienza con la tecla cinco.
ALGORTIMO 2
Recibe las señales que entrega el habilitador y el teclado (SCAN_CODE) para generar las rotaciones respectivas de acuerdo con las señales de entrada y así entregar cuatro salidas binarias que sean legibles para los árboles programados.
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Grupo espacio académico Circuitos Digitales II Quinto Semestre
Lee las cuatro salidas binarias que nos entrega el conversor y estas son controladas por el reloj de 1Hz, el
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Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
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DEMUX
cual permite que el algoritmo pueda responder adecuadamente y así ejecutar la secuencia de las jugadas que realiza el usuario cuando comienza con la tecla dos.
ALGORITMO 7
Lee las cuatro salidas binarias que nos entrega el conversor y estas son controladas por el reloj de 1Hz, el cual permite que el algoritmo pueda responder adecuadamente y así ejecutar la secuencia de las jugadas que realiza el usuario cuando comienza con la tecla siete.
Recibe las señales de los tres algoritmos y del habilitador e identifica la traspuesta que hay que realizar para entregar los datos a la instancia de VGA seleccionando las salidas del árbol activo que está resolviendo.
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Implementación del juego tres en línea empleando FPGA
VGA
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coningenio
En este diagrama encontramos la representación gráfica del juego tres en línea, el cual mediante una matriz de tres por tres se dibuja la posición en la que el usuario juega, siendo el color rojo la jugada por la máquina y el azul la jugada por el usuario.
CONCLUSIONES Por medio del estudio de circuitos digitales podemos describir comportamientos de sistemas reales tan complejos en su desarrollo como lo es un juego que exige cierto nivel de destreza mental y utilizando los conocimientos adquiridos presentar una posible solución e implementación. La implementación de sistemas de análisis como los algoritmos Minimax y la heurística son muy útiles para la identificación de soluciones que permiten mejorar la visión de la estructura temática del programa, generando mejores Muestra la visualización del juego máquina vs jugador, la cual funciona con una frecuencia de 25 MHz para poder realizar el sincronismo horizontal-vertical y así ver los movimientos realizados en el transcurso del juego.
REPRESENTACIÓN GRÁFICA
alternativas de respuesta, dando como resultado un sistema solución por medio de la aplicación discreta o por diseño de jerarquías. Es necesario tener en cuenta la distribución de las partes que componen el sistema con respecto a la jerarquía establecida, pues esta permite tener una mejor manipulación de rutas de cada instancia, provocando una mejor eficiencia en el resultado y optimización del circuito. A través de cada uno de los obstáculos que se presentan en el diseño y programación de cierto sistema hay que aprender de ellos para que se conviertan en una fortaleza del sistema y lograr un excelente desarrollo del programa o de la solución planteada.
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coningenio REFERENCIAS
with VHDL. MIT press. 2004 4. Wakerly, John F. Diseño Digital
1. Pedroni, Volnei A. Digital Electronics and design with VHDL. Morgan Kaufman Publishers. 2008 2. Mano, M. Morris y KIME., Charles R. Fundamentos de diseño lógico y de computadoras. Pearson Educación. Tercera edición. 2005 3. Pedroni, Volnei A. Circuit Design
“Principios y prácticas”. Pearson Educación. 2001 5. Tocci, Ronald J y WIDMER., Neal. Sistemas Digitales. Pearson Educación. 2003 6. Vyemura, John P. Diseño de Sistemas
Digitales.
Internacional
Thomson editores, 2000
167 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
Código convolucional Iván Darío Hastamorir* Juan Diego Melenje* Richard Andersson Rodríguez* Iván Darío Ladino**
ivanovich04@gmail.com gothicman_504@hotmail.com randersson86@gmail.com ivan.ladino@hotmail.com
Ingenieros Electrónicos de la Fundación Universitaria Los Libertadores. Ingeniero Electrónico de la Pontificia Universidad Javeriana.
*
**
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio Resumen
Iván Darío Hastamorir Juan Diego Melenje Richard Andersson Rodríguez Iván Darío Ladino
…
Código Convolucional
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En este artículo se explica el proceso de diseño de un codificador y decodificador Convolucional. Se explican los pasos del diseño y su funcionamiento. Con el código implementado en MATLAB se pretende proveer de una herramienta didáctica al laboratorio de la Universidad de Los Libertadores, de tal forma que los estudiantes de los cursos de comunicaciones puedan entender el funcionamiento de los esquemas de codificación de canal. En el proceso de decodificación Convolucional, se suele utilizar el Algoritmo de Viterbi, el cuál de cierta forma es complejo y genera confusión cuando se estudia por primera vez. Por lo tanto, durante el estudio y la realización de este proyecto se propone una nueva forma más sencilla y de igual forma eficaz, para realizar el proceso de la decodificación.
Palabras Clave: Codificación de canal, Algoritmo de Viterbi, Diagrama de Trellis, Código detector y corrector de error.
Convolutional Codes Abstract
This article explains in detail the Convolutional design process encoder and decoder. It explains every step of the design and operation. With the code implemented in MATLAB is to provide an educational tool to the lab at the University of Los Libertadores, so that students in communications courses to understand the operation of channel coding schemes. In Convolutional decoding process is usually used the Viterbi algorithm, which in some ways is complex and confusing when studying for the first time. Therefore, during the study and implementation of this project proposes a new simpler and equally effective to perform the decoding process.
Key Words: Coding Channel, Viterbi algorithm, Trellis diagram, Detector code and corrector code.
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Iván Darío Hastamorir Juan Diego Melenje Richard Andersson Rodríguez Iván Darío Ladino
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Código Convolucional
INTRODUCCION
E
En búsqueda de responder a la necesidad
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coningenio
Para el diseño del decodificador se abordaron los conceptos correspondientes a: Algoritmo de Viterbi, Diagrama de Trellis y distancia Hamming.
de una herramienta útil y de la que no se dispone en la institución, surgió el proyec-
El prototipo se diseñó e implementó sobre la suite de Mat-
to de diseñar e implementar un prototipo
lab MATLAB y físicamente en un dispositivo lógico progra-
de codificación – decodificación convolu-
mable FPGA.
cional, para los estudiantes de ingeniería electrónica. Dicho proyecto hace parte del
MARCO TEÓRICO
trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Electrónico.
Los canales de comunicaciones no son ideales, por el contrario su funcionamiento está determinado por varios facto-
Para el diseño del prototipo, el primer paso
res que ocasionan que los datos generados por el transmisor
consistió en realizar un estudio detallado
lleguen con errores al receptor, en otras palabras las tramas
de probabilidad y teoría de la información,
recibidas en el receptor pueden diferir en uno o varios bits.
debido a que ello determina la base mate-
Entre los factores que ocasionan los errores, los más deter-
mática fundamental para abordar el área
minantes corresponden a: el ruido, la distorsión y la interfe-
de las telecomunicaciones. Una vez reali-
rencia; siendo el primero (el ruido) el objeto primordial del
zado este estudio se procedió a diseñar el
trabajo con los codificadores de canal.
codificador, apropiando los siguientes temas: Códigos con memoria, Diagramas y
Los códigos convolucionales son adecuados para usar sobre
Árboles de Trellis.
canales con mucho ruido (alta probabilidad de error); además son códigos lineales, donde la suma de dos palabras de código
170 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio
Iván Darío Hastamorir Juan Diego Melenje Richard Andersson Rodríguez Iván Darío Ladino
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Código Convolucional
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cualesquiera también es una palabra de código. Y al con-
cional añade una estructura a la secuencia de
trario que con los códigos lineales, se prefieren los códigos
bits. Incluso aunque la entrada sea totalmente
no sistemáticos, es decir en los que el dato no aparece de
aleatoria, se fuerza a que la salida siga unas
forma explícita en la codificación.
determinadas secuencias. Esta restricción es la que da la capacidad correctora a los códigos
El sistema tiene memoria: la codificación actual depende
convolucionales.
de los datos que se envíen en el presente y los que se enviaron en el pasado. Un código convolucional se especifica por medio de tres parámetros (n,k,m): •
n es el número de bits de la palabra codificada
•
k es el número de bits de la palabra de datos.
•
m es la memoria del código o longitud restringida.
La codificación se puede entender a través de un ejemplo como el mostrado en la figura (1), en la cual tenemos un codificador (2,1,3). El proceso de codificación consiste básicamente en una serie de operaciones XOR entre el dato presente y los datos previamente recibidos, como el codificador
Figura 1. Tomado de http://www.isa.cie.uva.es/proyectos/ codec/marco4.html.
Figura 2. Árbol de Trellis.
Un codificador convolucional puede ser visto típicamente como un conjunto de filtros digitales (sistemas lineales e invariantes en el tiempo). El proceso de decodificación consiste en buscar un camino en el diagrama de Trellis (o en el árbol del código) que dé la secuencia de bits más probable (si no hay errores se obtiene la secuencia exacta). El codificador convolu-
Figura 3. Diagrama de Trellis.
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ISSN 1909-9142
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Código Convolucional
El procedimiento de decodificación es equi-
•
valente a comparar la secuencia recibida
…
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coningenio
Desplazamiento de los datos e ir haciendo la función XOR entre las funciones de transferencia y el dato desplazado.
con todas las posibles secuencias que pueden obtenerse con el correspondiente co-
•
dificador y seleccionando la secuencia que
Generar la tabla o árbol de Trellis, dependiendo de la longitud de m.
está más próxima a la secuencia recibida. •
Se van guardando los datos codificados generados (c1,c2) en una matriz.
Se han desarrollado complejos algoritmos para la decodificación convolucional, uno de los más usados es el algoritmo de Viterbi
•
Se van combinando los valores de c1 y c2, de tal manera que queden parejas de c1 y c2 respectivamente en un vector, y ese vector va a ser el dato codificado.
El fundamento de este algoritmo está en que no se almacenan todas las secuencias a las que da lugar el codificador. Se basa en
Dato_codificado=[ c10c20 c11c21 c12c22 c13c23 ……….. c1nc2n]
el principio de optimalidad: el mejor camino (menor distancia de Hamming) a través del diagrama de Trellis que pasa por un
Ejemplo
determinado nodo, necesariamente inclu-
Se va a realizar un ejemplo para la codificación convolucio-
ye el mejor camino desde el principio del
nal de 3 bits con la característica (2,1,3); dónde el 2 indica la
diagrama de Trellis hasta este nodo.
cantidad de salidas, 1 es el número de bits que ingresan a las memorias para llevar a cabo la codificación y 3 son la canti-
DESARROLLO DEL PROYECTO
dad de registros o memorias.
Diseño del codificador convolucional
El dato que se desea codificar es 101.
En el proceso de diseño del codificador con-
•
Recuerde que inicialmente las memorias están en ceros.
•
Se invierte el dato.
•
Se definen las funciones de transferencia que son dos
volucional, se utilizaron las siguientes etapas: •
Entrada del dato a codificar (Es el ingreso del dato que se desea transmitir).
para este caso: FT1=[101], FT2=[110]. •
Entrada de las funciones de transferencia (Es un vector o polinomio que define la codificación del dato).
•
Entrada de los valores de m (donde m es el número de memorias).
•
Generar el apuntador (es el conjunto de números con el cual se genera la tabla o árbol de Trellis).
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•
El orden de las memorias es el siguiente:
coningenio •
•
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Código Convolucional
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Se introduce el primer bit del dato a las memorias.
A la salida nos da 11 debido a que se realiza una operación XOR entre el dato que hay en las memorias y las funciones de transferencia.
•
Convol1.m
•
codiconvol.m
•
decoconvol.m
Programa principal del código de canal convolucional: %Programa para la detección y correción de errores por medio del código de canal Convo-
•
Ahora se ingresa el segundo bit.
lucional clear all; close all; clc; x=input(‘Digite el dato de entrada: \n’); y=input(‘Digite m (número de registros): \n’);
•
Nuevamente se realiza la XOR con los datos de las memorias y las funciones de transferencia, lo cual nos da 01 y la salida anterior (11) es desplazada.
•
Se introduce el último bit a la memoria:
•
Se realiza el mismo procedimiento anteriormente explicado.
•
Una vez finalizado este procedimiento, se obtiene el dato
f1=input(‘Digite la función de transferencia #1: \n’); f2=input(‘Digite la función de transferencia #2: \n’); disp(‘-----------------------------Codificador-----------------------------------------------’);
codificado [11 01 01]. A continuación se encuentra el código del codificador convolucional, que realizamos para ser implementado en MATLAB, si se desea se puede comprobar el resultado anterior corriendo este programa. Es de anotar, para que funcione el código de canal en MATLAB, es necesario tener los siguientes programas copiados en la carpeta de MATLAB:
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Código Convolucional
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[Tabla_codificador,Dato_codificado]=codiconvol(x,y,f1,f2) pause disp(‘----------------------------Decodificad or----------------------------------------------’); dc=input(‘Digite el dato codificado: \n’); [Tabla_decodificador,Dato]=decoconvol(dc,y,f1,f2) %///////////////Cantidad de errores detectados//////////////// %----------------Número de errores detectados-----------------------------disp(‘-----------------Número de errores detectados------------------------’); errodet=xor(Dato_codificado,dc); Errores_detectados=sum(errodet) %--------------Mensaje sobre la detección y corrección de error------------disp(‘--------------Mensaje sobre la detección y corrección de error-------------’); if x==Dato disp(‘El código fue capaz de detectar y corregir los errores provocados en la transmisión’); else disp(‘El código fue capaz de detectar lo errores, pero no fue capaz de corregirlos’); end
Código del codificador convolucional function [Tabla_codificador,Dato_codificado]=codiconvol(d,m,ft1,ft2); %Programa para un codificador convolucional (2,1,m) de n bits de %entrada %d es el dato de entrada %m es el número de memorias %ft1 es la función de transferencia #1 %ft2 es la función de transferencia #2 global Dato_codificado; mm=2^m; dd=zeros(1,m); cont=-1; ld=length(d); ft11=ft1(end:-1:1); ft22=ft2(end:-1:1); for i=1:mm
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coningenio
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Código Convolucional
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tablar_1(k,2*j)=kk(:,1) | tt(k,2*j); cont=cont+1;
tabla_2(k,2*j)=kk(1,2) | tt(k,2*j);
yy(i,:)=dec2binvec(cont,m); yy1(i,:)=fliplr(yy(i,:)); end end
end
Apuntador=yy1;
tabla_11(:,1:n2-1)=tablar_1(:,2:n2);
[m1,n1]=size(Apuntador);
tabla_1=[tabla_11 d1];
ed=zeros(m1,n1); Tabla_codificador=or(tabla_1,tabla_2); Apuntad=[ed Apuntador]; %--Reutilización de la tabla---[m2,n2]=size(Apuntad); datot=[dd d]; tt=zeros(m2,n2); d1=zeros(m2,1); for l=1:ld %//////////Codificador////////// tyu=datot(1+l:m+l); %-------Genera la tabla--------c1_1=and(tyu,ft11); for j=1:m
c2_2=and(tyu,ft22);
for k=1:mm fda(:,:)=Apuntad(:,1+j:m+j);
c1_10=sum(c1_1);
c11(k,:)=and(fda(k,:),ft11);
c2_20=sum(c2_2);
c22(k,:)=and(fda(k,:),ft22); y11=c1_10/2; c110(k,:)=sum(c11(k,:));
y22=c2_20/2;
c220(k,:)=sum(c22(k,:)); r11=floor(y11); r22=floor(y22); y1(k,:)=c110(k,:)/2; y2(k,:)=c220(k,:)/2;
ct11(l)=c1_10-(2*r11); ct22(l)=c2_20-(2*r22);
r1(k,:)=floor(y1(k,:)); r2(k,:)=floor(y2(k,:));
end
ct1(:,:)=c110(k,:)-(2*r1(k,:));
%--Codificación---
ct2(:,:)=c220(k,:)-(2*r2(k,:));
kk1=[ct11;ct22]; kk1w=kk1(:);
kk=[ct1 ct2];
Dato_codificado=kk1w’;
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Código Convolucional
Diseño de decodificador convolucional
•
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coningenio
Guardar aquella posición donde se encuentre la menor distancia Hamming, porque la posición va a ser el dato decodificado.
En el proceso de diseño del decodificador convolucional, se utilizaron las siguien-
•
Salida del dato decodificado (dato original).
tes etapas:
Ejemplo: •
Entrada del dato codificado.
Se va a realizar el proceso de decodificación del dato codificado en el ejemplo anterior, claro está que se va a cambiar un
•
Entrada de las funciones de transfe-
bit en el dato codificado, para simular que se produjo un error
rencia (Es un vector o polinomio que
en la transmisión.
me define la codificación y decodificación del dato).
Dato codificado [11 01 01] Dato a decodificar [10 01 01]
•
Entradas de los valores de m (donde m es el número de memorias).
Teniendo las mismas características del codificador. Para la decodificación es necesaria la tabla o árbol de Trellis,
•
Generar el apuntador (Es el conjunto de números con el cual se genera la ta-
•
bla o árbol de Trellis).
000000
Desplazamiento de los datos e ir hacien-
000011
do la función Xor entre las funciones de
•
transferencia y el dato desplazado.
001101
Generar la tabla o árbol de Trellis,
001110
dependiendo de la longitud del dato
•
para este tipo de decodificador la tabla es la siguiente:
codificado.
110110
Realizar la distancia Hamming entre el
110101
dato codificado y cada una de las posi-
•
ciones de la tabla.
111011
Generar una columna con todas las
111000
distancia Hamming. •
Escoger el menor valor de la distancia Hamming en la columna y mirar en qué posición se encuentra.
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Ahora se toma el dato a decodificar, y hallamos la distancia Hamming con cada una de las posiciones de la tabla, y escogemos la menor distancia.
coningenio
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Código Convolucional
Dichas distancias Hamming dan lo siguiente:
for i=1:mm
3 3 2 4 3 1 4 4
cont=cont+1;
Se tiene en cuenta es la menor distancia Hamming, y se de-
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yy(i,:)=dec2binvec(cont,ld1); yy1(i,:)=fliplr(yy(i,:)); end Apuntador=yy1; [m1,n1]=size(Apuntador); ed=zeros(m1,n1); Apuntad=[ed Apuntador];
termina la posición que es el dato decodificado. [m2,n2]=size(Apuntad); Menor distancia Hamming: 1 Posición: 5.
tt=zeros(m2,n2);
Dato decodificado: 101
d1=zeros(m2,1);
Código del decodificador convolucional
%/////////Decodificador///////// %-------Genera la tabla---------
function [Tabla_decodificador,Dato]=decoconvol(dc,m,ft1,ft2) for j=1:ld1 %Programa para un decodificador convolucional de n bits.
for k=1:mm
%dc es el dato codificado
fda(:,:)=Apuntad(:,1+j:ld1+j);
%m es el número de memorias
c11(k,:)=and(fda(k,:),ft11);
%ft1 es la función de transferencia #1
c22(k,:)=and(fda(k,:),ft22);
%ft2 es la Función de transferencia #2 c110(k,:)=sum(c11(k,:)); global Dato;
c220(k,:)=sum(c22(k,:));
ld=length(dc);
y1(k,:)=c110(k,:)/2;
ld1=ld/2;
y2(k,:)=c220(k,:)/2;
ld2=ld1-m; dd=zeros(1,ld2);
r1(k,:)=floor(y1(k,:));
ft111=[ft1 dd];
r2(k,:)=floor(y2(k,:));
ft222=[ft2 dd]; ct1(:,:)=c110(k,:)-(2*r1(k,:)); ft11=ft111(end:-1:1); ft22=ft222(end:-1:1);
ct2(:,:)=c220(k,:)-(2*r2(k,:)); kk=[ct1 ct2];
mm=2^ld1; cont=-1;
tablar_1(k,2*j)=kk(:,1) | tt(k,2*j);
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ISSN 1909-9142
Iván Darío Hastamorir Juan Diego Melenje Richard Andersson Rodríguez Iván Darío Ladino
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Código Convolucional
tabla_2(k,2*j)=kk(1,2) | tt(k,2*j);
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pp(ii,:)=sum(gg(ii,:)); end
end end
[yu,sd]=min(pp);
tabla_11(:,1:n2-1)=tablar_1(:,2:n2);
Dato=de2bi(sd-1,ld1,’left-msb’)
Tabla_decodificador=or(tabla_1,tabla_2) %----Búsqueda en la tabla con distancia Hamming------------for ii=1:m2 gg(ii,:)=xor(dc(1,:),Tabla_ decodificador(ii,:));
178 AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio
coningenio CONCLUSIONES •
Este código convolucional solo de-
REFERENCIAS 1. TODD K. Moon. Error correction
tecta errores cuando ellos están en
coding
posiciones no inmediatas.
and Algorithms. Wiley, 2005.
Mathematical
Methods
2. LATHI B.P. Modern Digital and •
La cantidad de errores que llega a
Analog communications systems
detectar y corregir este código de-
(3° Ed). Oxford University Press,
pende inmediatamente de la can-
1998.
tidad de memorias menos 1 (m-1),
3. PROAKIS, John G. Digital Commu-
así un código que tenga 4 memo-
nications (4° Ed). McGraw-Hill.
rias llega a detectar y corregir hasta 3 errores.
2000. 4. MACKAY, David J.C. Information Theory, inference and learning al-
•
En este código no fue necesario utilizar el algoritmo de Viterbi, debido a que nosotros diseñamos
gorithms. Cambridge University Press. 2003. 5. www.isa.cie.uva.es/proyectos/co-
una forma más sencilla para que
dec/marco4.html
se facilite el entendimiento por
6. www.mathworks.com
parte de los estudiantes.
7. www.xilinx.com 8. www.altera.com
•
Hay varias opciones para la codificación de datos, pero la que recomendamos para un mejor entendimiento por parte de los estudiantes es el árbol de Trellis.
•
La dificultad más relevante que se tuvo en la realización de este código, es que si llegan a suceder un número igual o mayor al número de memorias, detecta los errores mas no los puede corregir.
179 AGOSTO··2010··3
ISSN 1909-9142
Trayectorias a la luna Jhonathan Murcia Piñeros*
*
Ingeniero Aeronáutico. Candidato a Magister en Ciencias – Astronomía.
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
jomp13@msn.com
coningenio Resumen
Jhonathan Murcia Piñeros
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… pp. 180 - 187
Trayectorias a la luna
El presente artículo describe los diversos tipos de trayectorias y maniobras orbitales que han sido utilizadas para llevar naves espaciales y sondas desde la superficie de la Tierra hasta una órbita alrededor de la Luna. Se describe el problema general de la velocidad necesaria para llegar en el menor tiempo posible, comparando las ventajas y desventajas que esto trae debido al consumo del combustible en los motores cohete y el aumento de los costos en las misiones espaciales. También se analiza para qué tipo de misiones es necesario el uso de las trayectorias de baja energía o asistencia gravitacional en lugar de la energía química de los cohetes.
Palabras Clave: Cohete, Luna, transferencia, trayectoria, velocidad requerida, vuelo espacial.
Trajectories to the moon Abstract
This paper describes the different types of trajectories and orbital maneuvers that have been used to carry spacecraft and probes from the surface of the Earth to an orbit around the moon. It describes the general problem of the speed required to arrive in the shortest possible time, comparing the advantages and disadvantages that this brings due to the consumption of fuel in rocket engines and the increased costs on space missions. It also analyzes what kind of mission is necessary to use low-energy paths or assistance gravitational energy instead of chemical rockets.
Key Words: Delta V, Moon, Rocket, Spaceflight, transfer, trajectory.
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ISSN 1909-9142
Jhonathan Murcia Piñeros
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Trayectorias a la luna
E
INTRODUCCIóN
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coningenio
Constellation con sus cohetes ARES I y ARES V que planea le regreso del hombre a la Luna. Pero para poder llevar a cabo
En la guerra fría, durante los años 60 los
todo esto, e ir de la Tierra a la Luna y viceversa se necesitan
gobiernos de EEUU y la ex Unión Socialista
escoger los caminos adecuados para el viaje, es decir las tra-
Soviética se enfrentaban en un nuevo cam-
yectorias de vuelo espacial de acuerdo con el tipo de misión a
po de batalla por el dominio del espacio
desarrollar como lo proponen Biesbroek y Janin (2000).
exterior o la llamada carrera espacial. En esta época de avance tecnológico y desa-
Las trayectorias de vuelo o maniobras orbitales hacia la Luna
rrollo en el campo aeroespacial se buscaba
se pueden dividir en dos ramas principales: las órbitas clá-
la conquista del espacio ultraterrestre en
sicas de transferencia y las modernas (Bertachini 1996), las
busca de la gloria de la nación. Los prime-
cuales serán descritas a lo largo del presente artículo.
ros en posicionar un satélite artificial alrededor de la Tierra fueron los Soviéticos con
RELACIÓN MASA Y VELOCIDAD REQUERIDA
el Sputnik I, luego pondrían el primer ser vivo en órbita Laika, y finalmente el primer
El único sistema desarrollado por el hombre capaz de viajar
ser humano en el espacio Yuri Gagarin, de-
al espacio (en este caso de la Tierra a la Luna) y suministrar
mostrando su devastadora superioridad
las elevadas velocidades a un vehículo para hacer la trans-
frente a los Americanos, pero solo existía
ferencia orbital, es el sistema de motores cohetes químicos.
un lugar en donde ninguna nación había
Cuando un cohete es diseñado para realizar una misión es-
estado, y ese lugar era la Luna el único
pacial, el factor determinante de su rendimiento y energía es
satélite natural de la Tierra. La Unión So-
la velocidad necesaria o, que tiene en cuenta el suministro
viética desarrolló sus misiones Lunik, las
de la velocidad en el vehículo para diferentes etapas de la
cuales llevaban robots para traer muestras
trayectoria de vuelo (Figura 1.) y se expresa de la siguiente
de la superficie Lunar a la Tierra, pero fue-
forma (Humble 1995):
ron los americanos quienes llevaron y trajeron los primeros hombres con el progra-
,
(1)
ma Apollo. Para hacer posible las misiones Apollo y Lunik, se desarrollaron los más
donde es la velocidad requerida por las maniobras orbitales
grandes cohetes que ha visto la humani-
(orbita de parqueo, órbita de transferencia, frenado, etc.), es
dad, el Saturno V y el Proton-Soyuz que
la pérdida generada por la atracción gravitacional terrestre
contenían propelentes líquidos capaces de
en el momento del despegue, pérdidas asociadas a las fuerzas
suministrar la energía necesaria para lle-
aerodinámicas y pérdidas de velocidad por dirección durante
var y traer en el menor tiempo posible los
el vuelo atmosférico. Para el caso de las misiones espaciales
seres humanos o robots.
más del 80% de es utilizado en la realización de maniobras orbitales durante la trayectoria de vuelo, esto indica que casi
Posterior a la carrera espacial, el surgi-
toda la energía suministrada por la nave es utilizada en el
miento de nuevas agencias espaciales e
trayecto órbita de parqueo-Luna, y el porcentaje restante es
investigaciones promueven el regreso a la
usado en la trayectoria de despegue o vuelo atmosférico Tie-
Luna ya sea para colonizar, investigar en su
rra-órbita de parqueo. El cambio de velocidad, es suministra-
geología y recursos naturales, entre otros.
do a la nave por medio de los motores, relacionando la masa
Misiones como SMART y Julio Verne de la
inicial y final del vehículo con la velocidad de los gases de
ESA, Chang E-1 de China, Chanyadraan-1
escape en el motor :
de India, recientemente LCROSS - RCROSS de la NASA y en un futuro el programa
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,
(2)
coningenio
Jhonathan Murcia Piñeros
…
Trayectorias a la luna
… pp. 180 - 187
de allí que el término se encuentra relacionado con la masa
tas mayores como es el caso de órbitas
inicial de la nave espacial, la cual es su gran mayoría es com-
Geosincrónicas. Se conoce también como
bustible y esto quiere decir que entre menor tiempo de vuelo
el método de transferencia directa. La ma-
de la misión mayor será la velocidad requerida (mayor ener-
niobra comienza con una órbita circular
gía), mayor será la cantidad de combustible del cohete y ma-
de parqueo a baja altura alrededor de la
yores serán los costos y tiempos de producción del mismo.
Tierra en donde se impulsa a la nave en el perigeo con ayuda de los motores aumen-
4
tando la velocidad y transformando la órbita de parqueo en una órbita de transfe-
L
rencia elíptica. Cuando llega al apogeo de esta órbita elíptica (el apogeo debe ser el semieje-mayor de la órbita Lunar desde la Tierra, 384.400 km), vuelve a aumentar su velocidad para así quedar en una órbita de
1
3
T 2
parqueo circular (la misma órbita lunar) para ser atrapada en la esfera de influencia gravitacional SOI Lunar. Esta maniobra es la que requiere el menor tiempo de vuelo pero utiliza al máximo la energía suministrada por los cohetes. La ecuación de la velocidad en para transferencia tipo
Figura 1. Etapas del vuelo a la Luna. 1. Despegue, 2.Orbita de
Hohmann se expresa en términos del radio
parqueo LEO, 3. Maniobra de transferencia, 4. Órbita de destino
inicial, el radio de la órbita de destino y el
alrededor de la Luna.
semi-eje mayor de la siguiente forma (Bate 1971, Humble 1995):
LAS ÓRBITAS CLÁSICAS DE TRANSFERENCIA
, (3)
El problema principal abordado en el presente artículo es la búsqueda de una trayectoria de transferencia entre la órbita de la Tierra y la órbita de Luna que permita disminuir la velocidad requerida de una nave espacial para aprovechar la
L
masa de combustible ahorrada por mayor carga útil transportada. Como primer desarrollo histórico en el campo de la astronáutica y mecánica celeste surgieron las órbitas de transferencia por impulso del sistema propulsivo (Bertachini
T
1996). Para este caso supondremos que las órbitas con coplanares, es decir que la órbita de la Tierra y la Luna se encuen-
Vi
tra sobre un mismo plano de referencias en dos dimensiones.
Órbita de transferencia de Hohmann Es considerada la maniobra más común en transferencia desde Órbitas de parqueo a bajas alturas (LEO), hasta órbi-
Figura 2. Transferencia de Hohmann entre dos órbitas coplanares.
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Jhonathan Murcia Piñeros
Trayectorias a la luna
Transferencia bi-elíptica
coningenio
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órbita geoestacionaria GTO, aumentando su apogeo en varias órbitas elípticas hasta que el radio en el apogeo de la órbita
El principio es el mismo de la transferencia
sea igual al semiejemayor de la órbita Lunar, donde la sonda o
tipo Hohmann, la única diferencia es que
nave es capturada en órbita translunar LTO como se observa
la nave espacial no queda en la misma ór-
en la figura 4. En este tipo de trayectorias el incremento en
bita que la Luna. Al terminar la elipse de
la velocidad necesaria se debe a que la trayectoria Lunar se
transferencia pasa cerca a la SOI Lunar, en
encuentra inclinada respecto al ecuador de la Tierra que es
este punto ingresa con una trayectoria de
donde se encuentra la órbita Geoestacionaria, para este caso
tipo parabólica y para mantenerse en órbi-
no se puede suponer que las trayectorias son colineares y se
ta alrededor de la Luna debe disminuir su
debe realizar la maniobra de cambio de planos representada a
velocidad, utilizando el impulso del motor
continuación (Humble 1995):
en dirección opuesta al vector velocidad de la trayectoria de transferencia elíptica,
,
(4)
hasta caer en una órbita circular alrededor de la Luna. En este maniobra se requiere
donde es la velocidad en el perigeo de la órbita geoestaciona-
de un mayor que en la de Hohmann para
ria, es el vector velocidad en el perigeo de la órbita que se en-
proporcionar el frenado de la nave espacial
cuentra en el plano Lunar y el ángulo de inclinación entre el
en la órbita Lunar y sería igual a la suma-
plano del ecuador terrestre y el plano de la órbita de la Luna en
toria entre la velocidad en el periselenio
el momento del lanzamiento que puede variar entre los 18 y 29
de la órbita parabólica y la velocidad en el
grados. Es posible realizar la maniobra entre GTO y LTO de ma-
aposelenio de la órbita circular de parqueo
nera directa sin necesidad de efectuar la maniobra del cambio
(Bertachini 1996, Biesbroek y Janin 2000).
de inclinación cuando el plano de la órbita Lunar se intercepta
Frenado
con el plano del ecuador Terrestre, esto ocurre en un periodo de 12 veces por año y depende de la ventana de lanzamiento de la misión que se encuentre en el momento necesario para
L
realizar la transferencia durante la intersección. L
T
Vi Figura 3. Maniobra de frenado bi-elíptica.
Transferencia Geoestacionaria (GTO)
GTO
T
(Biesbroek y Janin 2000) Definen este tipo de maniobra de transferencia como un incremento progresivo de velocidad en el perigeo de una órbita elíptica que parte desde la
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Vi Figura 4. Maniobra de transferencia GTO.
coningenio
Jhonathan Murcia Piñeros
TRAYECTORIAS MODERNAS DE BAJA ENERGÍA
…
Trayectorias a la luna
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Son trayectorias de vuelo pasivo, debido a que no utilizan combustible o un motor cohete para el frenado y posterior caída en
En la actualidad diversos métodos son utilizados para dis-
la órbita lunar, por el contrario se realiza
minuir la energía balística de las órbitas de transferencia, o
mediante una trayectoria de vuelo elíptico
el costo de la misión en un viaje a la Luna. Para la órbita de
con la Tierra en uno de sus focos y un alto
transferencia Geoestacionaria un método es el lanzamiento
apocentro respecto a la Luna, esto hace
de la carga paga en espacios vacíos de los cohetes portadores
que la partícula escape del movimiento de
que se dirigen hacia órbitas geoestacionarias, sería como es-
la Luna atraída por la gravedad solar ha-
perar un aventón.
cia el punto de liberación translunar o LaGrange, haciendo que el pericentro decaiga
El método mas utilizado en mecánica celeste tiene que ver
en las cercanías de la tierra, justamente en
con el uso de las perturbaciones generadas por el sistema
la trayectoria del movimiento Lunar (Ivas-
Sol-Tierra en órbitas cercanas a los puntos de Lagrange, la
hkin 2005). Estas órbitas son de gran utili-
idea principal se encuentra realizar maniobras de asistencia
dad en la mecánica celeste y astronáutica,
gravitacional con otros cuerpos celestes o lugares específicos
debido a los estudios que se tienen de la
como lo son estos puntos. Se busca minimizar la energía re-
esfera de influencia gravitacional Terrestre
querida por la nave durante la trayectoria de vuelo por dos
y al problema restringido de los tres cuer-
razones: la primera entre menos combustible mas económi-
pos Sol-Tierra-Nave aprovechando las per-
ca y rentable es la misión, y la segunda en lugar de llevar
turbaciones solares (Belbruno 2000).
masa de combustible, se puede aumentar la masa de la carga útil de la nave espacial, y así llevar mejores o mas equipos.
Las maniobras de asistencia gravitacional se ejecutan de la siguiente manera: 1. La
Estas trayectorias de baja energía utilizan en la mecánica ce-
nave es enviada a una órbita circular cer-
leste métodos como el problema de los dos cuerpos entre el
cana a la Tierra, allí aumenta su velocidad
sistema Tierra Luna, el problema restringido de los tres cuer-
en el perigeo para encaminarse en una tra-
pos con los puntos de Lagrange, el problema de tres cuerpos
yectoria de transferencia elíptica cercana a
entre el sistema Sol-Tierra Luna, y en algunas ocasiones el
la esfera de influencia Lunar. 2. Un vuelo
problema de n cuerpos al incluir el sistema de nave espacial,
rasante “Swing By” alrededor de la Luna es
entre otros, la selección del método radica en la precisión.
usado para que la órbita elíptica aumen-
Para el diseño de las posibles trayectorias son utilizadas si-
te su aposelenio, aportando energía a la
mulaciones computacionales que resuelven las ecuaciones
trayectoria de vuelo, pasando la órbita Lu-
mediante integración numérica las cuales predicen como
nar en dirección al punto de LaGrange por
sería la trayectoria de vuelo a tomar de la nave espacial ana-
influencia gravitacional del Sol. 3. Luego
lizando el tiempo de vuelo y ahorro de combustible, para
la nave es capturada cerca a un punto de
compararla con las tradicionales orbitas de transferencia y
LaGrange donde disminuya su velocidad
así seleccionar la más adecuada.
y cambia la dirección de su movimiento, para que en su perigeo caiga en la misma
Una de los tipos de órbitas de baja energía es la de la fronte-
órbita Lunar a baja velocidad, sin utilizar el
ra de estabilidad (weak stabillity boundary, WSB), la cual se
impulso de frenado. Esta clase de trayecto-
basa en “Robar”o adquirir energía de los puntos de LaGrange
rias utilizan las perturbaciones generadas
entre la Tierra y el Sol, para reducir la velocidad de la nave
por un tercer y cuarto cuerpo para dismi-
y así entrar en la órbita Lunar con la velocidad mínima, sin
nuir el impulso necesario (Figura 5).
necesidad de utilizar el frenado de la trayectoria bi-elíptica.
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ISSN 1909-9142
Jhonathan Murcia Piñeros
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Trayectorias a la luna
… pp. 180 - 187
coningenio
económico. Los métodos que indican los autores han sido uti-
L
lizados en misiones no tripuladas por lo que el aumento de tiempo de vuelo en la misión no es significativo comparado con la energía ahorrada, por el contrario cuando se trata de una misión tripulada como lo fueron las misiones Apollo y lo serán las misiones Ares se busca que el tiempo de vuelo sea el mínimo posible anticipándose a cualquier emergencia L
durante el viaje que requiera el regreso inmediato de las tripulaciones a la Tierra, esto es una desventaja para las trayectorias de larga duración, pero una posible solución sería la utilización de las trayectorias de asistencia gravitacional con los puntos de LaGrange y para cualquier emergencia po-
T
sicionar estaciones espaciales tripuladas en los mismos, así no solo se refuerza la colonización espacial, si no que permitirá la futura exploración a otros planetas, ya que los puntos de LaGrange también están siendo estudiados para futuros viajes a Marte y otros planetas de nuestro sistema solar (Lizia 2005, Nakamiya 2008).
Figura 5. Asistencia gravitacional con puntos de Lagrange.
COMENTARIOS
El uso de los puntos de Lagrange para asistencia gravitacional ha demostrado que las misiones que realizan estas trayectorias pueden durar en tiempo de vuelo desde 10 días hasta 10 meses, con un ahorro significativo en la velocidad requerida de 100m/s comparadas con las orbitas de transferencias clásicas como lo son la de Hohmann y Bi elíptica, dando la opor-
Los autores Biesbroek & Janin (2000) ma-
tunidad de transportar una mayor carga útil a menor veloci-
nejan un lenguaje muy sencillo y técnico
dad, permitiendo que los viajes a la Luna sean más rentables
sobre las posibles trayectorias de la Tierra
(Pernicka 1994, Belbruno 2000). En la actualidad se continúa
a la Luna para futuras misiones, retoman-
buscando la manera más económica y efectiva de ir a la Luna
do el desarrollo histórico y aplicándolo a
y a otros cuerpos del sistema solar, ya sea con el desarrollo
casos reales. El objetivo es la búsqueda y
de nuevos sistemas de propulsión (que no es a corto plazo
adecuación de aquellas trayectorias de
debido que los cohetes desarrollados todavía utilizan prope-
vuelo orbital que reduzcan la cantidad de
lentes químicos) o con el uso de diversos simuladores compu-
velocidad necesaria en la nave espacial, de
tacionales y métodos de integración numérica en el caso de
esta manera se consigue un ahorro signi-
la mecánica celeste. Lo que si queda claro es que el método
ficativo en la energía y hace que la misión
más efectivo para realizar una trayectoria de vuelo de trans-
sea más accesible desde el punto de vista
ferencia de baja energía hasta el momento es la asistencia gravitacional con los puntos de LaGrange.
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coningenio
Jhonathan Murcia Piñeros
REFERENCIAS
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… pp. 180 - 187
Trayectorias a la luna
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coningenio No. 3 / 2010
Trab de Gr
bajos rado
RESULTADOS DE TRABAJOS DE GRADO
Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica de la Fundación Universitaria Los Libertadores Daniel Fernando Farfán Gacha Edisson Paguatian
*
*
daniel_farfan_g@yahoo.es epaguatiant@gmail.com
Ingenieros Mecánicos de la Fundación Universitaria Los Libertadores.
AGOSTO··2010··3 ISSN··1909-9142
coningenio
Daniel Fernando Farfán Édisson Paguatián
Resumen
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Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica
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El mercado actual de probadores de inyectores de combustible para motores diesel ofrece dos equipos de diagnóstico que presentan un costo elevado para el usuario y diferencias muy pequeñas entre los dos, se ha diseñado un prototipo que combina los dos tipos de probadores en un solo conjunto mecánico, ofreciendo al estudiante un laboratorio de diagnóstico para inyectores diesel con una amplia gama de posibilidades en cuanto a tipo de inyectores se refiere. La sustitución de los combustibles denominados fósiles o tradicionales, derivados del petróleo, por otros, de origen vegetal, cobra una gran importancia en nuestros días por varias razones fundamentales, el equipo de diagnóstico esta en capacidad de trabajar con el aceite combustible para motor (A.C.P.M) y biodiesel de palma al 5%.
Palabras Clave: Sistemas de inyección, Equipos de diagnóstico, Inyectores diesel, Bio-combustibles, Pruebas de diagnóstico.
Implementation of an injector diagnostic equipment in the laboratory of Mechatronics of Los Libertadores University Foundation
Abstract
The current market for fuel injector tester for diesel engines offers two diagnostic kits that have a high cost to the user and very small differences between the two, has designed a prototype that combines the two types of testers in a single mechanical assembly offering the student a diagnostic laboratory for diesel injectors with a wide range of possibilities for the type of injectors are concerned. The replacement of traditional fossil fuels called, petroleum, other, of vegetable origin, is of great importance today for several fundamental reasons, the diagnostic equipment is able to work with fuel oil (ACPM ) and palm biodiesel to 5%.
Key Words: Injection systems, diagnostic equipment, diesel injectors, Bio-fuels, diagnostic tests.
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Daniel Fernando Farfán Édisson Paguatián
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Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica
L
Introducción
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coningenio
nes de pesos, lo que representa una inversión exclusiva de talleres especializados que presten este servicio.
Las soluciones que brinda un diseño versátil, compacto y asequible para el alum-
Unidades de prueba
no de ingeniería mecánica interesado en sistemas de inyección diesel, dependen de
Las unidades de prueba de inyectores a diferencia de los ban-
los alcances que quiera lograr, el prototi-
cos son mas sencillas, constituyéndose principalmente de
po maneja los dos sistemas de inyección
una bomba de pistón accionada por medio de una palanca
mas utilizados en el momento: sistemas
que al ser obturada constantemente eleva la aguja del ma-
bomba-inyector y bomba-tubería-inyector,
nómetro hasta la presión del inyector a probar, generando la
además de ofrecer una bomba manual con
atomización y brindando pruebas visuales (antes menciona-
una capacidad de 3000 P.S.I y mecanismos
das). Su costo esta entre los 20 y los 30 millones de pesos.
articulados de adaptación que permiten probar la mayor cantidad de tipos de inyectores diesel. Las pruebas de diagnóstico que se pueden realizar en el dispositivo son: •
Hermeticidad
•
Homogeneidad
•
Goteo
•
Atomización
Tipos de probadores de inyectores que existen en el mercado actual El mercado de equipos de diagnóstico presenta una gama básica de probadores de inyectores entre los que se encuentran dos categorías:
Bancos de diagnóstico Estas unidades son electromecánicas y presentan la posibilidad de probar y limpiar los inyectores diesel, de una manera automática simulando condiciones de trabajo, el costo promedio de una unidad como estas esta entre los 200 y 300 millo-
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Gráfica 1. Banco de limpieza y prueba de inyectores modelo T-6D y unidad de prueba EFEP 67D. Fuente: http://www.lacasadelmecanico.com.ar/empresa.php.
Condiciones de diseño y servicio del prototipo de probador de inyectores múltiple Las bases que plantea el mercado de equipos de diagnóstico para sistemas de inyección diesel expuestas anteriormente, dieron como resultado la idea de fusionar en un solo dispositivo características de los dos elementos de diagnóstico, además de manejar los dos sistemas de inyección diesel (bomba-inyector y bomba-tubería-inyector) permitiendo al estudiante realizar las mismas pruebas simulando condiciones de operación.
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Daniel Fernando Farfán Édisson Paguatián
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Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica
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El diseño es totalmente mecánico y de fácil operación, la
de baja presión y el inyector a través de un
versatilidad del dispositivo esta basada en la amplia gama
mecanismo de leva que al ser accionado por
de inyectores que se pueden probar variando las articula-
una palanca por parte del operador, permite
ciones de acuerdo a las características del sistema de in-
el perfecto acople sin necesidad de roscar o
yección en que trabaje el inyector. La gama de inyectores
ajustar la unión.
que se pueden probar son: P, R, S, T, U, V Y W en un rango de presión de 0-3000 P.S.I.
Elementos que lo constituyen Bomba de inyección: Una de las innovaciones más palpables del prototipo radica en la adaptación de un inyector N90 de la marca Detroit Diesel como bomba principal del sistema: Bomba-tubería-inyector, para este fin se modificaron algunas partes internas, como la cabeza del plonger, se adaptó una válvula direccional en la punta de rociado del inyector por medio de soldadura de bronce y se suspendió el funcionamiento de la cremallera de control de combustible para acelerar la acumulación de presión suficiente que al pasar por el todo el circuito de alta presión hacia el inyector generara la atomización previa obturación constante de la palanca sobre la cabeza del seguidor.
Gráfica 3. Acople rápido con mecanismo de leva. Fuente: Los autores. Sistemas de alta y baja presión: Para lograr efectivamente la combinación de los dos sistemas de inyección (bomba-inyector y bomba-tubería-inyector) se crearon dos líneas de presión con respecto a las características físicas de los inyectores a probar. Para el sistema bomba-inyector se diseño un circuito de baja presión ya que como su nombre lo indica el inyector incluye una bomba que genera la presión internamente sin necesidad de ser alimentado por una bomba externa. En cuanto al sistema bomba-tuberíainyector, se tuvieron en cuenta las características de operación para legitimar el sistema, fue así como se diseño el sistema alta presión que consta esencialmente de una bomba (inyector N90 antes descrito), una válvula direccional o cheque, un sistema de tubin de bron-
Gráfica 2. Conjunto inyector N90 y válvula unidireccional (cheque).
ce y un manómetro que registra a medida
Fuente: Los autores.
que se obtura la palanca sobre el seguidor, el
Sistema de acople rápido: brinda una solución de ajuste en-
cada inyector en el cual se debe producir la
tre la entrada de combustible y retorno al tanque del sistema
aumento de presión y el tope según tabla de atomización del combustible a probar.
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Gráfica 4. Sistemas de alta y baja presión. Fuente: los autores. Articulaciones: Como mecanismo de adaptación y cambio de sistema de inyección se genero un conjunto de mecanismos teniendo en cuenta los 4 grados de libertad para lograr un acople preciso de las uniones roscadas y los acoples rápidos, como elemento principal de articulación y receptor de los inyectores a probar se encuentra un balancín de motor adaptado como guía de acople y un elemento mecánico cilíndrico que sirve como segunda articulación para adaptar a través de racores el sistema de alta presión.
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Daniel Fernando Farfán Édisson Paguatián
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Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica
Gráfica 5. Elementos de articulación. Fuente: los autores.
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Gráfica 6. Válvula de tres vías de bola. Fuente: Los autores.
Accesorios Válvula de tres vías: Esta válvula permite seleccionar a través de una palanca la dirección del combustible al sistema de alta presión o al sistema de baja presión además de una
Tanque y filtro de combustible: Estos accesorios alimentan el sistema y previenen el paso de sedimentos de los combustibles que puedan dañar o afectar líneas de presión.
posición neutra.
Gráfica 7. Conjunto de tanque y filtro de combustible. Fuente: Los autores.
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Daniel Fernando Farfán Édisson Paguatián
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Implementación de un equipo de diagnóstico de inyectores en el laboratorio de mecatrónica
El prototipo de probador de inyectores pre-
…
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coningenio
Conclusiones
senta dos una serie de manuales que el estudiante puede consultar a la hora de reali-
El prototipo de probador de inyectores múltiple cumple con
zar prácticas, los manuales específicos son:
las condiciones de operación de los elementos de diagnóstico existentes en el mercado.
• Manual de purga del sistema. El diseño, elaboración e implantación como equipo de diag• Manual de operación para ejecutar pruebas con inyector Bosch 877.
nóstico del departamento de ingeniería mecánica asegura al estudiante una ventaja en el aprendizaje específico de los sistemas de inyección ya que no debe acceder a visitas guiadas
• Manual de operaciones para ejecutar pruebas con inyector Detroit Diesel N70. • Manual de mantenimiento y seguridad industrial.
en centros especializados que muchas veces dejan dudas en el ya que no se le permite operar este tipo de equipos. Se ha logrado acoplar los dos sistemas de mayor uso en motores diesel en un solo conjunto mecánico, brindando la posibilidad de conocer al máximo los sistemas de inyección.
Estos manuales proporcionan al estudiante las bases de operación para el manejo
Recomendaciones
adecuado del probador de inyectores y las condiciones que se deben tener en cuenta
Es recomendable utilizar aceite combustible para motor
antes, durante y después de ser realizadas
(A.C.P.M) Premium debido a sus especificaciones de compo-
las pruebas. También incluye una serie for-
sición química.
matos donde el estudiante consignara los datos recopilados en el transcurso de las
Para la instalación del prototipo de probador de inyectores
pruebas llevando una estadística adecua-
en el laboratorio destinado, se recomienda anclar al piso la
da y las observaciones del caso.
base que lo soporta además de diseñar una cubierta cúbica en acrílico con una rejilla que permita el accionamiento, manipulación he instalación de los accesorios articulados de los dos circuitos al igual que los inyectores y las herramientas requeridas, esta cubierta tiene como objetivo mantener el combustible evaporado en la misma área de trabajo, sin saturar el aire existente ni contaminar de alguna manera al grupo de estudiantes que estén efectuando la práctica. Se recomienda al grupo docente dedicado al área automotriz fomentar la creación de nuevos proyectos de inyección debido a la versatilidad que brinda el prototipo de probador de inyectores. A continuación se nombran una serie de proyectos posibles que con una inversión adicional pueden realizarse:
Gráfica 8. Prototipo de probador de inyectores múltiple. Fuente: Los autores.
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•
Adaptación de un sistema P.L.C para cálculo de tiempos de inyección.
coningenio •
Adaptación de pruebas con láser
5. DEPARTMENT OF MECHANICAL
para medición de ángulos de ato-
ENGINEERING,
mización.
tute of Technology Calicut, Ca-
National
Insti-
licut-673 601. India. Received •
Adaptación de sensores de luz que identifiquen las direcciones de los ángulos de los orificios de la tobera de inyección.
22 September 2004; accepted 15 January 2005 6. INSTITUTO
COLOMBIANO
DE
NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. END. Biocombustibles
•
Pruebas de flama para medición de
para
temperaturas de combustión y cal-
ICONTEC, 1993
culo de velocidades de turbulencia de la mezcla aire-combustible.
motores
7. INSTITUTO
diesel.
Bogotá:
COLOMBIANO
DE
NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACION. Compendio, tesis y otros
•
Pruebas en tiempo real de daños y desgastes de las piezas internas
trabajos de grado. Sexta actualización. Bogotá: ICONTEC, 2006
de los inyectores con biodiesel en
8. KNOTHE, Gerhard. GERPEN, VAN,
porcentajes mayores al estableci-
Jon., KRAHL, Jürgen., The biodie-
do por las leyes actuales colom-
sel handbook, Ed. AOCS Press
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RANDOLA, A., STOPPATO S, TO-
ce and emission evaluation of a
NON. Biodiesel as alternative fuel:
diesel engine fueled with methyl
Experimental analysisand energetic evaluations. Department of Me-
esters of rubber seed oil. 12. SAMPIERI HERNADEZ, Roberto.,
chanical Engineering, University of
COYADO
Padova, Via Venezia, Padova, Italy
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3. CENIPALMA.,
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www.corpodib.com/estudios2.htm
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Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites Jhonathan Murcia Piñeros
jomp13@msn.com
Candidato a magister en ciencias astronomía Universidad Nacional. Ingeniero aeronáutico Fundación Universitaria Los Libertadores.
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coningenio
Jhonathan Murcia Piñeros … Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites
Resumen
…
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El presente artículo muestra el proceso de diseño conceptual de motores cohetes de propelente sólido que sirven como primera etapa de un sistema de transporte espacial para el posicionamiento de cargas útiles de una tonelada en órbitas bajas de la tierra, desarrollado en la tesis de grado de ingeniería aeronáutica de Calderón y Murcia (Referencia 1). El diseño parte de la selección de los parámetros de la misión, el tipo de propelente a utilizar y el dimensionamiento general del motor cohete, todo esto con la finalidad de motivar el desarrollo de un futuro vehículo de esta categoría en Colombia, y el fomento de investigaciones en las ciencias aeroespaciales.
Palabras Clave: Cohete, espacial, impulso, motor, propelente, propulsión, tobera, reacción.
Conceptual design of solid rocket motors of first stage for a satellite vehicle carrier Abstract
This paper shows the conceptual design process for solid propellant rocket motors that serve as the first stage of a space transportation system for positioning a ton payload into low earth orbits, developed in the aeronautics engineering thesis Calderon’s & Murcia (Reference 1). The design part of the selection of the parameters of the mission, the type of propellant used, and the overall dimensions of the rocket motor, all this in order to motivate the development of a future vehicle of this kind in Colombia, and promoting aerospace science research.
Key Words: Impulse, motor, nozzle, propellant, propulsion, reaction, rocket, spatial.
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ISSN 1909-9142
Jhonathan Murcia Piñeros … Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites
E
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coningenio
Introducción
•
El motor cohete es un conjunto de disposi-
El sistema motor cohete de propelente solido se encuentra
tivos que conforman un sistema de propul-
conformado por un conjunto de piezas que permiten su ren-
sión. Su mayor característica es que la masa
dimiento y óptimo funcionamiento, como de observa en la
propulsada como fuente de energía cinética
figura a continuación:
Tienen una alta fiabilidad de funcionamiento.
se encuentra auto contenida en forma de energía química, siendo capaz de proporcionar la fuerza de empuje necesaria para generar un movimiento opuesto a la salida de los gases de escape mediante el principio físico de la tercera ley de Newton, acción y reacción: “A toda acción corresponde una reacción igual y en sentido contrario”. Esta ley es equivalente al Principio de Conservación de momento para un sistema de partículas aislado, en este caso el sistema lo conforman
Figura 1. Partes sistema motor cohete de combustible sólido.
el cohete, y los gases expulsados. El propelente es la mezcla química entre el oxidante y el En el motor cohete químico de propelente
combustible. Su creación surge mediante diferentes procesos
sólido (SRM – Solid rocket motor) el propul-
químicos, para dar como resultado un bloque compacto que
sante (molécula mezcla de parte oxidante y
contiene la energía química necesaria, que luego será trans-
combustible) está formado por granos o blo-
formada por la ignición en energía cinética, proporcionando
ques sujetos a la estructura del motor cohe-
la velocidad necesaria de los gases de escape. En este tipo de
te o a la cámara de combustión, y generando
cargas o combustibles, se puede variar la forma geometría del
las siguientes características en el motor:
área expuesta, aumentado o disminuyendo la superficie de quemado, lo que permite modificar las presiones y tiempos de
•
•
Altas fuerzas de empuje en pequeños
quemado del propelente, de allí que el propulsor tiene una for-
tiempos de actuación.
ma característica dependiendo de la misión del motor cohete.
No se puede apagar cuando esta en-
La cámara de combustión es el lugar donde se almacena el
cendido, y se consume el combustible
propelente solido, y ocurre la ignición del mismo, expandien-
totalmente.
do sus gases y haciendo que esta zona soporte las cargas y fuerzas producto de la combustión.
•
El empuje solo se puede regular por la variación de área en la tobera.
Por último la tobera es el ducto propulsivo, donde los gases a baja velocidad son comprimidos en la zona convergente para
•
Los granos o bloques no deben ser co-
aumentar su velocidad y luego expandirse al ambiente en la
rrosivos, ni tóxicos, ni volátiles, para
zona divergente de la tobera, adquiriendo velocidades en re-
que admitan largos periodos de alma-
gímenes supersónicos e hipersónicos característicos de estos
cenamiento.
motores a reacción que producen grandes fuerzas de empuje.
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Jhonathan Murcia Piñeros … Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites
…
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Selección del propelente
másico de los gases en el motor cohete, y
La mezcla del propelente es seleccionada de acuerdo con el ma-
escape en la tobera. El impulso específico es
yor impulso específico que pueda desarrollar, este es el factor
determinado por la temperatura y la masa
primordial de diseño debido a que relaciona la fuerza de empuje
molecular del propelente, entre mayor sea
de un motor cohete en función del flujo másico del propelente y
el impulso específico del propelente tiene
la gravedad como se observa en la siguiente ecuación:
mayor energía química para transformarla
(Ve) la velocidad de salida de los gases de
en energía cinética, que de acuerdo con la misión es seleccionada en función del empuje o la velocidad a desarrollar como en este caso. Se observan los diferentes tipos de propelente sólidos más comunes en la Donde los términos (Isp) representan el impulso específico del
propelente en segundos, (F ) la fuerza de empuje ideal. (g) la
industria espacial, y se comparan en la tabla 1 para seleccionar el de mayor impulso.
constante de gravedad en la superficie de la tierra, ( ) el flujo
Tabla 1. Impulso específico de propelentes sólidos
PROPELENTE
NH4NO3/Al/ C12H22O11
NH4NO3/ C2H4O/ C12H22O11
KNO3/Al/ C2H4O
KNO3/ C2H4O / C12H22O11
KNO3/Al/ C12H22O11
NH4NO3/Al/ C2H4O
IMPULSO ESPECÍFICO MÁXIMO (s)
215
200
180
140
160
225
Fuente: Introducción general a la tecnología de la propulsión. Duque Carlos.
La mezcla seleccionada por su mayor impulso específico es la correspondiente a nitrato de amonio, aluminio y polietilglicol. Partiendo de la selección se verifican las propiedades termoquímicas de la mezcla en la tabla 2.
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Jhonathan Murcia Piñeros … Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites
…
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coningenio
Tabla 2. Propiedades termoquímicas mezcla NH4NO3/Al/ C2H4O. IMPULSO ESPECÍFICO (ISP)
225 s.
TEMPERATURA ADIABÁTICA DE FLAMA (TC)
3400 ºk.
PORCENTAJES
60% NH4NO3 30% Al 10% C2H4O.
RELACIÓN CALORES ESPECÍFICOS (γ)
1.15
MASA MOLAR (M)
30 Kg/Kmol
DENSIDAD
1900 Kg/m3
Fuente: Introducción general a la tecnología de la propulsión. Duque Carlos.
Fuerza de empuje y relación de masas
•
Número de motores sólidos 4 separados a 90º.
Como un cohete por etapas busca disminuir el peso de una El sistema motor cohete de combustible
sola etapa, esta primera etapa consta de 4 motores de com-
sólido es utilizado como primera etapa o
bustible sólido para la misión, los cuales distribuyen la carga
etapa de lanzamiento del vehículo por-
paga y de igual manera la fuerza de empuje, por lo tanto se
tador que cuenta con una segunda etapa
obtiene que cada motor cohete deba coincidir con la relación
(etapa espacial) que es un sistema motor
de masas:
cohete de combustible líquido y la carga útil de una tonelada, por esta razón los requerimientos para el diseño de la primera etapa son: •
Cohete impulsor.
•
Masa de la carga paga 4587.28 Kg, que es la masa inicial de la segunda etapa (cohete líquido mas carga útil).
•
Velocidad mínima requerida para el vehículo 2304 m/s (para vencer la inercia gravitacional y suministrar parte de la velocidad requerida para el acople con la órbita).
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R=1.3
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Jhonathan Murcia Piñeros … Diseño conceptual de los motores cohetes sólidos de primera etapa para un vehículo portador de satélites
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la gravedad. De esta manera se determina que la fuerza de empuje necesaria a generar por el motor es de 22000 newtons. La fuerza de empuje también depende de las condiciones en la atmósfera terrestre como lo explica la siguiente ecuación: Donde:
fprop :
Fracción de peso del propelente que oscila entre 0.8 - 0.94 seleccionado 0.87. Se iguala la presión de salida (Pe) a la pre-
Nm :
Cantidad de motores en este caso 4.
MT :
Masa total del cohete.
MC :
Masa de la carga.
sión atmosférica (Pa) al nivel del mar (10123 Pa) para disminuir el número de variables en la ecuación, y así desarrollar un empuje correspondiente a la velocidad de los gases a la salida y no a la diferencia de presiones de los mismos.
Mprop : Masa del propelente. R:
Dimensionamiento del ducto propulsivo
Relación de masas.
Con los datos de la presión de salida que es Según los parámetros de diseño para un cohete lanzador, las
igual a la atmosférica, se pueden conocer la
fracciones F/W (Relación fuerza/peso) oscilan entre 1.2 a 1.5.
distribución de presiones en función del nú-
Para el caso del cohete impulsor de primera etapa se elige la
mero mach a lo largo de la tobera mediante
fracción mayor de 1.5 garantizando una fuerza máxima de
una relación isoentrópica del flujo, expresa-
empuje. La fuerza de empuje es determinada para cada uno
da en la siguiente ecuación:
de los 4 motores cohete de combustible sólido.
Dando la relación de presiones está en fun-
La ecuación expresa la fuerza de empuje en función de la masa inicial del cohete (Mi), la relación fuerza/peso
ción del número mach (Me) de los gases en y
la tobera, y la relación de calores específicos del gas (γ).
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Figura 2. Distribución de presiones en función del número mach en la tobera.
Como se observa en la figura 2, el flujo disminuye su presión a medida que aumenta su velocidad, para que en la salida de la tobera tenga la mayor velocidad disponible y una presión igual a la ambiente. Al igual que la relación existente entre las presiones, existe una ecuación que permite conocer el cambio del área de la tobera respecto al área de salida en función del número mach de los gases, conocida como la relación de expansión, expresada a continuación:
Donde
(ε)
es la relación de expansión,
(Ae )
el área de salida y
(At )el área de la tobera. En la
figura 3 se observa la distribución de la relación de expansión y el número mach, mientras que en la figura 4 se ve la relación entre el radio y la longitud de la tobera, dando como resultado los planos de la figura 5.
Figura 3. Relación de expansión en función del número mach.
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Figura 4. Geometría de la tobera en la zona divergente.
Figura 5. Dimensiones de la tobera en milímetros. Se elige como material para su posible construcción el acero de grado aeroespacial 4130, utilizado actualmente en cohete y naves espaciales a nivel mundial. Este material se consigue en la industria nacional debido a que también es utilizado en la industria petrolera. Para que resista las presiones y temperaturas de trabajo, se estima con un factor de seguridad de 5 para que tenga un espesor de pared de tres milímetros, como se observa en la figura 6.
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Figura 6. Dimensiones del motor cohete en milímetros. Finalmente se obtiene la distribución general del posible motor cohete, y a continuación se observa su configuración interior y posición en el cohete portador espacial.
Figura 7. Distribución motores cohete sólidos en el sistema de transporte espacial.
Resultados
Para llevar a la práctica un proyecto de esta categoría se necesita de una enorme inversión económica e instalaciones que
Se espera que este proyecto sirva como
cuenten con tecnología de la era espacial que no se encuentra
aporte para el posible desarrollo de inves-
disponible en el país, por este motivo se están desarrollando
tigaciones aeroespaciales, y motive a futu-
micro motores cohete en semilleros de investigaciones de la
ros profesionales en explorar más a fondo
universidad libre donde se aplica un método de diseño similar
el campo de la astronáutica y cohetería en
al presentado en este artículo y se compara con los resultados
el país, debido a que en la actualidad este
obtenidos en pruebas de laboratorio y pruebas de campo, re-
campo de la ciencia e ingeniería no ha ge-
sultando un ejercicio muy útil y enriquecedor para poner en
nerado el interés necesario.
práctica los conocimientos de estudiantes de ingeniería.
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Figura 8. Motor cohete de combustible sólido para pruebas en un cohete sonda. Fuente: Semillero de propulsión espacial universidad libre Bogotá.
Recomendaciones
REFERENCIAS
El impulso específico es el factor de
1. Calderón, Octavio & Murcia, Jho-
rendimiento más importante del pro-
nathan. Diseño conceptual y pre-
pelente, debido a que este cuantifica la
liminar de un vehículo que trans-
energía que es capaz de desarrollar al
porta carga útil de una tonelada
máximo el motor, pero a la hora de se-
desde la superficie de la tierra a
leccionar el propelente se debe escoger
órbitas bajas. Tesis de grado en In-
los que produzcan menor contamina-
geniería Aeronáutica. Fundación
ción como es el caso del oxígeno líqui-
Universitaria Los Libertadores. Bo-
do e hidrógeno líquido que producen
gotá 2009.
moléculas de agua. También, se debe
2. Duque, Carlos. Introducción gene-
tener en cuenta las facilidades de pro-
ral a la tecnología de la propulsión.
ducción, almacenamiento y operación.
Bogotá: Universidad Nacional de
Todo esto se logra a través de pruebas controladas.
Colombia, 2004. 917 p. 3. Gravenhorst, Andreas. Manuscrito de cátedra sistemas de transporte
Una de las principales características del motor cohete es la velocidad que
espacial y propulsión espacial. Bogotá. 2007.
puede desarrollar producto de los ga-
4. Humble, Ronald. Space propulsion
ses de escape. Esta velocidad deter-
analysis and design. Unites States:
mina el mayor factor de empuje, sin
Mc Graw Hill, 1995. 811 p.
necesidad de trabajar el motor cohete
5. Koelle. Handbook of astronautical
con presiones muy elevadas, lo impor-
engineering 1Ed. Unites States: Mc
tante es el diseño de la zona de expan-
Graw Hill, 1965. 822 p.
sión de la tobera. Entre más amplia sea mayor será la velocidad de los gases y la fuerza de empuje, y menor la necesidad de aumentar la presión, y esto a su vez reduce el espesor y peso de la cámara de combustión.
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Noticias y eventos
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XVIII CONVENCIÓN CIENTÍFICA NACIONAL: CIENCIA, TECNOLOGÍA, SOCIEDAD + INNOVACIÓN
Manufactura para Pequeñas y Medianas Empresas”. ICPR
Con el apoyo de la Alcaldía de Medellín y el
La conferencia tendrá importantes personalidades tanto
Departamento Administrativo de Ciencia, Tec-
de la industria como de la academia que integran pro-
nología e Innovación COLCIENCIAS, entre el 29
ducción, logística y manufactura y ayudarán a crear un
de septiembre y el 1 de octubre de 2010, ACAC
espacio para el debate y la construcción de redes socia-
llevará a cabo en Medellín la XVIII Conven-
les y de investigación. La conferencia también tendrá ta-
ción Científica Nacional, cuyo tema central
lleres de trabajo para profesionales en las áreas de ges-
es: Ciencia, Tecnología, Sociedad + Innovación.
tión de proyectos y de operaciones, producción industrial
Américas 2010 está avalada por la International Foundation of Production Research, (IFPR) que es el organismo fundador del International Journal of Production Research.
e ingeniería, economía y administración de empresas.
5TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRODUCTION RESEARCH, ICPR – AMERICAS 2010
El tema principal de la Conferencia, “Logística y Tecnologías de Producción para la Pequeña y Mediana Empresa”, se ajusta plenamente a las realidades de los países de América Latina. Uno de los objetivos de la conferencia es crear conciencia en los investigado-
21 al 23 de Julio de 2010 Universidad de los Andes
res sobre las necesidades de las pequeñas y medianas
El Departamento de Ingeniería Industrial de
La conferencia se llevará a cabo en el nuevo edificio Mario
la Universidad de los Andes, Bogotá, Colom-
Laserna de la Universidad de los Andes. El Departamento de
bia, se complace en anunciar la 5a edición de
Ingeniería Industrial es ampliamente reconocido en Lati-
la Conferencia Internacional en Investigación
noamérica por su excelencia en educación e investigación.
empresas para ser competitivas en un mundo global.
de la Producción – ICPR Américas 2010–, cuyo tema principal es “Tecnologías en Logística y
Más Información: http://icpramericas2010.uniandes.edu.co
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coningenio EVENTOS DE MIEMBROS DE ACOFI CONGRESO NACIONAL DE ESTUDIANTES DE INGENIERÍA INDUSTRIAL, ADMINISTRATIVA Y DE PRODUCCIÓN Martes, 22 de junio de 2010 a Viernes, 25 de junio de 2010 Santa Marta Magdalena, Colombia Centro de Convenciones Hotel Casa Grande
CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERÍA, TECNOLOGÍA Y ARQUITECTURA Martes, 03 de agosto de 2010 a Viernes, 06 de agosto de 2010 Manizales Caldas, Colombia Auditorio La importancia de las energías renovables en el contexto mundial, plantea alternativas amigables con el medio ambiente en un ámbito de respeto hacia el entorno y genera la esperanza de cubrir las necesidades de Crecimiento y Desarrollo
En el marco de los 10 años del programa de
que necesitan nuestros países. En este marco, se deben reunir
Ingeniería Industrial de la Universidad del
esfuerzos interdisciplinarios desde la ciencia, la tecnología, la
Magdalena, ANEIAP seccional Santa Marta
ingeniería y la arquitectura; con el fin de plantear soluciones
presenta el XX CONEIAP (Congreso Nacio-
a los retos que las sociedades presentan frente a un consumo
nal de Estudiantes de Ingenierías Indus-
creciente de energía que se convierte en uno de los factores
trial, Administrativa y de Producción) que
principales para generar Desarrollo y Competitividad.
plantea como temática central la “COMPETITIVIDAD ORGANIZACIONAL” “Estrate-
Dado lo anterior, La Facultad de Ingeniería y Arquitectura de
gias Competitivas Como Herramientas Para
la Universidad Católica de Manizales (FIA-UCM); ha querido
Afrontar Y Aprovechar Mercados Globaliza-
abordar la temática de las Energías Renovables desde una vi-
dos” El cuál se desarrolla con el fin de brin-
sión holística donde el Diseño, la Implementación de Tecno-
dar a cada uno de sus participantes valiosas
logía, el Desarrollo Ambiental, Social, Económico y Urbano;
herramientas de información, que le per-
generen visiones de conjunto que posibiliten entender el con-
mita optimizar los recursos y la capacidad
texto, en aras de buscar mayores niveles de conocimiento que
de respuesta de las organizaciones ante las
a futuro permitan generar crecimiento con sentido ambiental.
barreras que impone la globalización. Mayores Informes: http://www.aneiap.net/
Las Energías Renovables serán entonces el objeto de estudio
nacional/index.php?option=com_content&vi
del Congreso Internacional de Tecnología, Ingeniería y Arqui-
ew=article&id=160&Itemid=115
tectura que en su versión 2010; promoverá la participación de varias profesiones en un solo evento, lo cual seguramente enriquecerá al público asistente y permitirá explorar posibilidades y alternativas que contribuyan a generar en el colectivo; una visión sistémica desde cada uno de nuestros saberes disciplinares y que respondan a los desafíos planteados por una sociedad cada vez más comprometida en aminorar los impactos negativos que generamos sobre el planeta. Mayores informes: www.ucm.edu.co/citiagora
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REUNIÓN NACIONAL ACOFI 2010. EL COMPROMISO DE LAS FACULTADES DE INGENIERÍA EN LA FORMACIÓN, PARA EL DESARROLLO REGIONAL Inscripciones en Línea Miércoles, 15 de septiembre de 2010 a Viernes, 17 de septiembre de 2010 Santa Marta Magdalena, Colombia Centro de Convenciones Santamar En el año 2010, el Consejo Directivo de la Asociación Colombiana de Facultades de Ingeniería, ACOFI, propone a la academia de ingeniería del país, estudiar el tema “El compromiso de las facultades de ingeniería en la formación, para el desarrollo regional”. Tanto en los Foros Preparatorios como en la Reunión Nacional ACOFI 2010, que se llevará a cabo en la ciudad de Santa Marta entre el 15 y el 17 de septiembre, se debatirán los siguientes asuntos: cómo influyen en su formación, las características de los actuales estudiantes de ingeniería; cuáles son los requerimientos que la actual formación de los ingenieros plantea a los currículos; cuáles son los retos que propone la formación en responsabilidad social a las facultades de ingeniería. Todos estos aspectos se tratarán en el horizonte del desarrollo regional y se tendrán en cuenta los planteamientos y experiencias internacionales al respecto. Como producto de los Foros Preparatorios y de la Reunión Nacional, se elaborará un conjunto de conclusiones y recomendaciones. El trabajo propuesto para el año 2010 continua el desarrollo del tema general abierto por ACOFI en 2006: “El ingeniero colombiano del año 2020. Retos para su formación”.
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ISSN 1909-9142
Esta publicaci贸n se termin贸 de imprimir en Editorial Kimpres Ltda. en el mes de Agosto de 2010.
www.ulibertadores.edu.co Bogot谩, Colombia