Investigación aplicada e innovación Volumen 3, N.o 2 Segundo semestre, 2009 Lima, Perú
ISSN 1996-7551
Editorial ...................................................................................................................................................................
75
Control difuso de una planta de nivel ..............................Raúl Medrano/Ernesto Godinez
76
Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre .............................. ................................................................................................................................ Rosa Sayán/Josefina Quispe
84
An analysis of MPLS performance in layered & hierarchical network architectures .................................................................................... Dave Hedge/Raymond A. Hansen
89
Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación....... Giancarlo Obando
95
Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control, utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto ...............................Henry Gómez
103
Asignación de pérdidas de potencia complejas usando seguimiento de flujo de potencia ................................................................................................................... Yuri P. Molina
110
Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico.... ....Julio Monjarás
120
Modelo de gestión del conocimiento.......................................................................... Rafael Vera
127
Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate ..................... ..............................................................................................................................Roberto Ramírez Otárola
140
Control difuso de una planta de nivel Fuzzy control of level plant Raúl Medrano, Ernesto Godinez
Resumen
nuar con la investigación para contrastar los resultados simulados con resultados prácticos.
El presente trabajo es el complemento de uno anterior denominado “Modelamiento de una Planta de control de Nivel me-
Abstract
diante Identificación No Paramétrica” [1]. En esta ocasión, vamos a utilizar un tipo de control avanzado denominado Lógica
The present work is the complement of a previous one entitled
Difusa (“Fuzzy Logic” en inglés), en la cual no es necesario tener
“Modeling a Level Plant by Non-parametric Identification” [1],
el Modelo matemático de la Planta pero sí el debido conoci-
this time we will use an advanced control type called Fuzzy Lo-
miento de su funcionamiento y la experticia en su control.
gic where it is not necessary to have the plant’s mathematical model but is very necessary to have enough knowledge of its
Tal como fue planteado en su oportunidad en [1], el objetivo
operations and expertise in its control.
primario del presente trabajo es enseñar a los estudiantes de nuestra institución los fundamentos de control y automatización y, en este sentido, a aplicar otras técnicas de control
76
alternativas al muy conocido PID durante sus actividades de laboratorio. En este caso se muestra un tipo de control avanzado denominado “Control Difuso”. La primera parte consiste en proporcionar una metodología con las ideas y conceptos que sirven como base a la aplicación del control difuso en el control de la Planta de Nivel.
As was mentioned in [1], the primary objective of this work is to teach our students the fundamentals in process control and apply other alternative control techniques, different than PID, during laboratory activities. In this case it is an advanced type of control called “Fuzzy Control”. The first part consists of providing a methodology with ideas and concepts that serve as the basis for the application of fuzzy control for the Level Plant control. We also mention the meaning of “diffuse” as an approach that the human being makes
La segunda parte corresponde a expresar lo “difuso” median-
to define a state variable and a control variable.
te conceptos matemáticos que permitan introducirla a una computadora y obtener resultados tal como si se tuviese el conocimiento de un experto en su interior, con el cual, mediante el valor lingüístico de la variable medida (nivel), reglas de inferencia y sus conclusiones, permite determinar la mejor señal de control a ser enviada al actuador de la Planta para que la variable medida se aproxime al valor deseado.
The second part corresponds to express the “fuzzy” through mathematical concepts that allow us to enter into a computer and get results as if we had the knowledge of an expert inside. The technique uses the linguistic value of the measured variable (level), inference rules and its conclusion, which allows us to determine the best control signal to be sent toward the actuator in order to achieve the desired value.
La tercera parte consiste en utilizar la herramienta “Fuzzy Logic Toolbox” de MATLAB para simular su comportamiento durante el control de una Planta de Nivel cuyo modelo fue determinado en [1]. Se contrastan las respuestas simuladas de control de la Planta de Nivel con el Controlador Difuso y el Controlador PID.
The third part is to use the “Fuzzy Logic Toolbox” of MATLAB to simulate its behavior during the control of a level plant whose model was determined in [1]. The simulated results of the control for the Level Plant are compared with the diffuse controller and the PID controller.
Los resultados simulados obtenidos demuestran la eficacia
The simulated results obtained show the effectiveness of fuzzy
de la estrategia de control difuso, lo cual nos motiva a conti-
control strategy, which motivates us to continue the research
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”
to check simulated results with the practical results.
La Figura 1 muestra la arquitectura propuesta para un Controla-
Palabras Claves
Nivel. Se observan los nuevos términos a emplear y la lógica que
Control de nivel, Control Difuso, software de simulación, He-
que interpreten el razonamiento y deducción humanos.
dor Difuso Directo, el cual usaremos en el control de la Planta de se ha creado para poder implementar los algoritmos de control rramienta de Lógica Difusa.
9LMLYLUJPH
r(t)
Level Control, Fuzzy Control, Simulation Software, Fuzzy Lo-
4LJHUPZTV KL 0UMLYLUJPH
-\ZPMPJHJP}U
Key Words
)HZL KL 9LNSHZ
gic Toolbox.
+LM\ZPMPJHJP}U
*VU[YVSHKVY +PM\ZV
:HSPKHZ
,U[YHKHZ
u(t)
7YVJLZV
y(t)
INTRODUCCIÓN El objetivo principal de la ingeniería de control es destilar y
Figura 1. Arquitectura del Controlador Difuso [2]
aplicar el conocimiento sobre cómo controlar un proceso de tal modo que el sistema de control resultante sea confiable
FUNDAMENTOS
y seguro para alcanzar un gran desempeño en su operación [2, p. 23].
Planteamiento del Control Difuso a aplicar en la Planta de Nivel
De acuerdo a la aseveración anterior, el ingeniero de control debe tener toda la data posible del proceso y plantearse mu-
Vamos a plantear el diseño del control difuso de la Planta de ni-
chas preguntas tales como si el proceso es estable, es obser-
vel siguiendo lo mostrado en la Figura 2, observando que para
vable, es controlable, tiene no linealidades, etc. Luego, ante
conseguir un control de nivel adecuado, se debe tener además
señales de entrada y salida en ambiente controlado, se debe
en cuenta la velocidad del error de nivel. La experiencia del
seleccionar la data útil de la respuesta dinámica conseguida,
operario va a ser incrustada en el controlador difuso. Entonces
determinar el modelo matemático de la Planta y definir el
tenemos las variables “y”, “de/dt” y “e” definidas como:
77
tipo de controlador que mejor logre alcanzar los criterios de diseño del control como el tiempo de asentamiento y sobreimpulso máximos, el rechazo a las perturbaciones, error de
r: referencia de nivel o valor deseado y: valor de nivel actual
estado estable, tiempo de subida, etc. Como se deduce, es un trabajo muy complejo y tedioso, razonablemente aceptado
e: error de nivel (r-y)
para procesos multivariables.
(de/dt): velocidad del error de nivel
En el caso de controlar el nivel del tanque de una Planta [1], si preguntamos al operario cuáles deben ser sus procedimien-
u: señal de control a la válvula proporcional de ingreso de líquido
tos para controlar dicho proceso, con certeza nos responderá que basta con abrir y cerrar las válvulas de ingreso y salida de líquido de acuerdo al valor de nivel observado. No hizo falta el modelo matemático del proceso ni ecuaciones precisas,
r
e
sólo sentido común del operario como resultado de las observaciones “aproximadas” o “difusas” de determinadas varia-
d dt
*VU[YVSHKVY +PM\ZV
u
7SHU[H KL 5P]LS
y
bles. Por lo tanto, se ha desarrollado el “Control Difuso” como aquella que proporciona una metodología formal para interpretar, manipular e implementar el conocimiento heurístico humano sobre el control de un proceso [2]. Se explican los
Figura 2. Planteamiento de las variables para la Planta de nivel [2]
términos que utiliza esta técnica presentada por Lotfi Zadeh en 1965 y luego aplicado por otros investigadores como Mamdani, para ejecutar el “Control Difuso” de los procesos.
De la Figura 3, que es una representación del módulo de la Planta de Nivel, deducimos las siguientes ecuaciones:
e(t) = r(t) - y(t)
Invest Apl Innov 3(2), 2009
(1)
MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”
Tomando la derivada de la Ecuación 1:
Con el objetivo de capturar la experiencia del operario de la Planta, se realizan preguntas tales como ¿cuál sería su proce-
d dt
e(t) =
d dt
r(t) - y(t)
(2)
dimiento de maniobras si observa que y es ligeramente menor que r y su valor decrece lentamente (velocidad del error
Resultan las siguientes inecuaciones para el error de la Ecua-
positiva y lenta)?”; quizás su respuesta sería: “Abrir la válvula
ción 1:
proporcional al máximo”. La respuesta va a estar en función a la experiencia del operario al trabajar en dicha Planta.
Si: e(t) = 0 Î r (t) = y(t) Ahora debemos organizar las variables de estado “e(t)” y “de(t)/ Si: e(t) = 0 Î r (t) < y(t)
(3)
dt” para adecuarla a los valores lingüísticos que va a usar el operario. Lo mismo haremos para la señal de control “u(t)” que
Si: e(t) = 0 Î r (t) < y(t)
manipulará la abertura de la válvula de ingreso de líquido. La Tabla 1 muestra los 5 valores lingüísticos (NL, NS, Z, PS, PL) para
Para las derivadas del error, existen 4 posibilidades depen-
cada una de las variables de estado (se pudieron haber escogi-
diendo de su polaridad; en el caso que r(t) > y(t) (error positi-
do 3, pero deseamos lograr mayor precisión en el control) y 5
vo), si la derivada del error es positiva significa que el nivel de
para la señal de salida (CL, CS, Z, AS, AL). Observar que también
líquido decrece alejándose de r(t); caso contrario, el nivel de
se aplican valores numéricos lingüísticos (-2, -1, 0, 1, 2) a los
líquido aumenta aproximándose a r(t). La Ecuación 4 resume
valores lingüísticos para facilitar su tabulación al momento de
dicho comportamiento y la Figura 3 ayuda a observar dicha
desarrollar la Base de Reglas.
situación. e(t) y d(e)/dt PREMISAS
(4)
78
u(t) CONCLUSION
NL: Muy negativoÎ-2
CL: Muy cerradoÎ-2
NS: Negativo pequeñoÎ-1
CS: Poco cerradoÎ-1
Z: CeroÎ0
Z: MedioÎ0
PS: Positivo pequeñoÎ1
AS: Poco abiertoÎ1
PL: Muy positivoÎ2
AL: Muy abiertoÎ2
Tabla 1. Valores lingüísticos de las variables de estado ;\ILYxH KL KYLUHQL
Luego de las preguntas de rigor “¿Qué pasa si e(t) es …. y de(t)/
7SHU[H KL 5P]LS
dt es …..?” (PREMISAS), el operario responde con: “u(t) debe ese 0
Y
tar …….. “(CONCLUSIÓN). La Tabla 2 es un resumen del conoci-
d e 0 dt
miento del experto operario en el control de nivel de la Planta.
`
3;
?
?
\ =mS]\SH WYVWVYJPVUHS
?F! =mS]\SHZ THU\HSLZ
9LZLY]VYPV 4
)VTIH Z\TLYNPKH
Figura 3. Error y velocidad del error en la Planta de Nivel [1]
Invest Apl Innov 3(2), 2009
CONCLUSIÓN
Si e(t) es NL y de(t)/dt es NL
u(t) debe estar CL
Si e(t) es NL y de(t)/dt es NS
u(t) debe estar CL
Si e(t) es NL y de(t)/dt es Z
u(t) debe estar CL
Si e(t) es NL y de(t)/dt es PS
u(t) debe estar CS
Si e(t) es NL y de(t)/dt es PL
u(t) debe estar Z
Si e(t) es NS y de(t)/dt es NL
-;0
?
PREMISAS
Entonces
u(t) debe estar CL
Si e(t) es NS y de(t)/dt es NS
u(t) debe estar CL
Si e(t) es NS y de(t)/dt es Z
u(t) debe estar CS
Si e(t) es NS y de(t)/dt es PS
u(t) debe estar Z
Si e(t) es NS y de(t)/dt es PL
u(t) debe estar PS
…………….
…………….
……………. etc
……………. etc
Tabla 2. Diseño de la Base de Reglas
MEDRANO, RaĂşl; GODINEZ, Ernesto. â&#x20AC;&#x153;Control difuso de una planta de nivelâ&#x20AC;?
-2 NL
Criterio de diseĂąo del Controlador Difuso
-1 NS
0 Z
2 PL
1 PS
1 -1
En la Figura 1 se muestra la arquitectura del Controlador Difuso y en la Figura 2 las entradas y salida. Corresponde ahora
--- 0.7
-2 NL
utilizar la Tabla 2 para implementar cada una de las partes
--- 0.5 -1 NS
0.5 0 Z
0.7
e(t), ( m )
1 PS
2 PL
que la conforman. A continuaciĂłn, la deďŹ niciĂłn de cada etapa segĂşn [2].
1 --- 0.7
-1
a) Base de Reglas
-2 CL
--- 0.5
-1 CS
0 Z
d e(t), ( m/s ) dt
0.7
0.5
1 AS
2 AL
Es el conjunto de reglas del tipo â&#x20AC;&#x153;Si â&#x20AC;Ś.., entonces â&#x20AC;Śâ&#x20AC;Śâ&#x20AC;? que contiene la cuantiďŹ caciĂłn de la lĂłgica difusa de la descripciĂłn lingĂźĂstica del experto sobre cĂłmo alcanzar
0.3
--- 0.3
--- 0.7
-1
0.7
1 u(t), ( v )
un buen control. Figura 4. Funciones de Pertenencia de las entradas y salida [2]
b) Mecanismo de Inferencia s $ADOS LOS ANTECEDENTES h3I E T ES : v y â&#x20AC;&#x153;Si de(t)/dt es Z = Se comporta como â&#x20AC;&#x153;el experto que toma las decisionesâ&#x20AC;?
0,25â&#x20AC;?
interpretando y aplicando el conocimiento de la Base de Reglas para concluir el mejor modo de controlar la Planta.
s /PERADORhYv 'RADO DE 0ERTENENCIA mĂnimo de (1, 0,25) = 0,25
c) FusiďŹ caciĂłn s $ADOS LOS ANTECEDENTES h3I E T ES : v Y h3I DE T DT ES : Convierte las entradas del controlador (e(t) y de(t)/dt),
79
0,75â&#x20AC;?
usando las funciones de pertenencia o membrecĂa, en informaciĂłn que el mecanismo de inferencia pueda usar para activar y aplicar las reglas. d) DefusiďŹ caciĂłn
s /PERADOR hYv 'RADO DE 0ERTENENCIA mĂnimo de (1, 0,75) = 0,75 La Base de Reglas con todos los valores lingĂźĂsticos se muestra en la Tabla 3.
Convierte las conclusiones del mecanismo de inferencia en la salida (u(t)) para controlar la Planta.
d(e)/dt
u(t) La Figura 4 muestra las funciones de pertenencia o membrecĂa del tipo triangular y trapezoidal comĂşnmente usados en la etapa de fusiďŹ caciĂłn para implementar la lĂłgica difusa en la computadora. La idea es tener cier-
e(t)
ta â&#x20AC;&#x153;conďŹ anzaâ&#x20AC;? del valor de los â&#x20AC;&#x153;valores lingĂźĂsticosâ&#x20AC;?. Los rangos de entrada y salida se normalizan a [-1, 1] y la
NL
NS
Z
PS
PL
NL
CL
CL
CL
CS
Z
NS
CL
CL
CS
Z
AS
Z
CL
CS
Z
AS
AL
PS
CS
Z
AS
AL
AL
PL
Z
AS
AL
AL
AL
amplitud es tambiĂŠn normalizada a la unidad. Se obserTabla 3. Base de Reglas a implementar en el simulador
va un valor lingĂźĂstico de 0 para e(t), siendo Z = 1; y un valor de 0,35 para de(t)/dt con Z = 0,25 y PS = 0,75.
Entonces, continuando con el ejemplo, pero en este caso con La lĂłgica difusa creada para poder introducir los â&#x20AC;&#x153;valores
los antecedentes y conclusiĂłn, y apoyados en la Tabla 3, tene-
lingĂźĂsticosâ&#x20AC;? a la computadora se pueden resumir en los si-
mos:
guientes tĂŠrminos segĂşn [4]: s h3I E T ES :v y â&#x20AC;&#x153;Si de(t)/dt es Zâ&#x20AC;? entonces â&#x20AC;&#x153;u(t) es Zâ&#x20AC;? s #ONECTOR $IFUSO hyâ&#x20AC;?
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”
s h3I E T ES :v y “Si de(t)/dt es PS” entonces “u(t) es AS”
6). Luego, en Membership Function Editorr se implementan las etapas de Fusificación (para “e(t)” y “de(t)/dt”) y Defusificación.
La ecuación 5 proporciona el área achurada del triángulo
(para “u(t)”). Cabe mencionar que las funciones de pertenencia
mostrado en la Figura 5.
están normalizadas en el rango de [0,1] y las formas a seleccionar pueden ser trapezoidales, triangulares, gaussianas, etc.
Para los antecedentes y conclusión analizados líneas arriba, tenemos dos valores: Area1 (membrecía Z, con h = 0,25) y Area2 (membrecía AS, con h = 0,75). (Ecuación 5)
1 h Bi w Figura 5. Área del trapezoide [2]
En el mecanismo de inferencia, para este caso se realiza la siguiente operación: (6)
80
El valor “ uresult”, que corresponde al Centro de Gravedad es enviado por la etapa de defusificación como un pulso de voltaje (ver u(t) en la Figura 4) hacia la válvula proporcional de ingreso de líquido (ver Figura 3). El ejemplo dado corresponde a una toma instantánea de los valores lingüísticos de entrada y la correspondiente respuesta de la señal de control proporcionada por la lógica difusa. En la práctica, dicho proceso se repite continuamente y por lo tanto es muy importante implementar el Controlador Difuso en computadoras PLC’s o DCS’s que puedan correr el programa a gran velocidad y aún más si el proceso a controlar es muy veloz (flujo, velocidad).
Modelamiento y Sintonía del Controlador Difuso aplicado a la Planta de Nivel Aplicaremos la herramienta Fuzzy Logic Toolbox [3] en SIMULINK de MATLAB para modelar, simular y sintonizar el Control Difuso de la Planta de Nivel motivo de la investigación. En el workspace de MATLAB se escribe fuzzy y la herramienta “FIS Editor” se despliega para permitirnos diseñar de modo gráfico todas las partes del Controlador Difuso, (ver la Figura
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Figura 6. Plantillas de la Herramienta Fuzzy de MATLAB
MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”
Para implementar la Base de Reglas, seleccionamos Rule Editorr (ver la Figura 7) y se despliega una pantalla en la que escribimos las 25 reglas “Si ……, entonces ……..” como resultado de las combinaciones de 5 funciones de pertenencia para cada una de las 2 entradas (ver Tabla 3). El Mecanismo de Inferencia escogido es el tipo Mamdani, el cual proporciona una salida tipo pulsante (ver “u(t)” en la Figura 4). Figura 8. Simulación del Controlador Difuso y la Planta de Nivel
Terminado el diseño del Controlador Difuso, se guarda en un archivo y también se hace la exportación al workspace para poder usarlo con SIMULINK durante la simulación con la Planta de Nivel.
81
Figura 7. Implementación de la Base de Reglas
La Figura 8 muestra el programa gráfico SIMULINK implementado para probar el Controlador Difuso con la Planta de Nivel. Observar que se ha puesto en paralelo un controlador PID para la respectiva contrastación de resultados simulados. Se observan los bloques de ganancias (Gain, Gain 1, Gain 2), cuya función es sintonizar el Controlador Difuso y así evitar manipular las funciones de pertenencia. El bloque Gain 3 se adiciona para permitir que el Controlador Difuso minimice el
Figura 9. Visualizador de las Reglas y Superficie del Controlador Difuso
error estacionario. El bloque Planta de Nivel contiene el modelo matemático hallado en [1].
Seleccionamos una señal cuadrada de amplitud 0,5 y frecuencia 0,001Hz como valor de referencia “r(t)”. La respuesta de la
En la Figura 9 se pueden apreciar dos ayudas adicionales que
Planta de Nivel con el Controlador Difuso y con el Controlador
proporciona la herramienta, tales como los visualizadores de
PID se muestra en la Figura 10. Se pueden comparar las dos res-
Reglas y Superficie. En esta última se ve un gráfico 3D con la
puestas y ambas tienen comportamiento aceptable, sobre todo
superficie que representa la respuesta del controlador ante
con el Controlador Difuso que no usó el modelo matemático de
las dos entradas.
la Planta de Nivel.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”
sos de mejor precisión (Takagi-Sugeno, por ejemplo) o con técnicas mixtas tal como el Controlador Neuro-Difuso. s ,A ElCIENCIA DEL CONTROLADOR DIFUSO ESTÉ RELACIONADA CON el acondicionamiento de las reglas de inferencia al control de nivel, el número de reglas utilizadas, el tipo de función de membresía y el dominio de estas. El mejoramiento de esta eficiencia implica realizar un gran número de pruebas de simulación.
DISCUSIÓN s ,A &IGURA INDICA QUE EL #ONTROLADOR $IFUSO ES UN #ONTROlador No Lineal [2] [4], y se presenta como una superficie de 25 mosaicos, cada una con una pendiente determinada que es dada por la Base de Reglas. Entonces, manipulando por prueba y error dicha superficie, es muy posible encontrar la sintonía adecuada para cumplir con los requerimientos de control de cualquier proceso. Nuestra próxima investigación será trabajar en tiempo real con la Planta de Nivel controlada por el Controlador Difuso, implementado en una PC. s ,A RESPUESTA SIMULADA DE LA 0LANTA DE .IVEL MEDIANTE EL Controlador PID es mejor en el tiempo de establecimiento; tal como se observa en la Figura 10. Es la razón por la cual dicho tipo de control es ampliamente usado en la actuali-
82
dad. s ,A POTENCIA DEL CONTROLADOR DIFUSO SE DA EN PROCESOS NO lineales y que son difíciles de modelar matemáticamente, pero sí podrían ser controlados por un experto que conoFigura 10. Respuesta a un escalón de la Planta de Nivel con Controla-
ce profundamente el funcionamiento del proceso.
dor Difuso y Controlador PID
CONCLUSIONES RESULTADO L S s ,A RESPUESTA SIMULADA DEL CONTROL DE LA 0LANTA DE .IVEL MEs ,A HERRAMIENTA Fuzzy Logic Toolboxx de MATLAB [3] es
diante el Controlador Difuso es muy aceptable (ver Figura
muy práctica y simple de usar, lo que sumado al conoci-
10), ya que no presenta sobre impulso, el error de estado
miento base de la técnica o procedimiento para incrus-
estable es cero y los tiempos de subida y establecimiento
tar la experticia del operario en la PC dado en esta inves-
son bastante cortos. Es una alternativa viable que puede
tigación, motivará al estudiante de nuestra institución a
usar el ingeniero de control para Plantas con comporta-
comprobar la eficiencia de otros tipos de controladores
miento no lineal y de difícil modelamiento.
de procesos. s $URANTE LA REDACCIØN DE LAS REGLAS BASE VER 4ABLA SE s
%L TIPO DE #ONTROLADOR $IFUSO EMPLEADO EN NUESTRA IN-
observa cierta simetría en las conclusiones, lo que nos
vestigación es Mamdani, siendo el más simple de los que
permite concluir que puede ser un punto de partida para
actualmente existen; por lo tanto, si las especificaciones
iniciar el desarrollo del diseño y la sintonía del Controlador
del control lo requirieran la respuesta puede ser aún me-
Difuso para el control de otros tipos de Plantas.
jorada al probar con otros tipos de controladores difu-
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MEDRANO, Raúl; GODINEZ, Ernesto. “Control difuso de una planta de nivel”
REFERENCIAS
Ernesto Godines De La Cruz
[1] MEDRANO R. y GODÍNEZ E. (2008). “Modelamiento de
Ingeniero electrónico e ingeniero
una Planta de Control de Nivel mediante identificación
electricista, con Maestría en Ingeniería
no Paramétrica”. Investigación Aplicada e Innovación I+i;
de Control y Automatización.
2(2), 79-87. Actualmente se desempeña como Docente en el Departamento de Electró-
[2] PASSINO P K, y YURKOVICH S. (1998). Fuzzy Controll (1o. ed.)
nica de Tecsup.
Addison Wesley Longman, Inc. USA. [3] MATLAB (2009 Online only). Fuzzy Logic Toolboox TM 2 User’s Guide. The MathWorks, Inc. USA.
Ha desarrollado e implementado proyectos de electrificación y automatización de plantas industriales. También ha realizado diseños y construcciones de tableros eléctricos, celdas de me-
[4] CARR D. y SHEARER J. (2005, junio). “Nonlinear Control and Decision Making Using Fuzzy Logic in Logix”. Recu-
dia tensión, centro de control de motores y bancos de condensadores.
perado el 6 de julio de 2009: http://discover.rockwellautomation.com/Files/using%20fuzzy%20logic%20in%20 logix%20whitepaper9324-wp006_-en-p.pdf.
ACERCA DE LOS AUTORES Raúl Medrano Tantaruna Ingeniero electrónico con especialización en tecnología educativa DSE Mannheim, Alemania.
83 Es profesor de Tecsup en los cursos de control electrónico de potencia, diseño y mantenimiento electrónico. Ha implementado varios proyectos para el departamento de Electrónica. Es miembro de las sociedades IEEE e ISA.
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Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre Alternative method for the production of copper oxychloride Rosa Sayán, Josefina Francia
Resumen
thus creating the need to minimize the use of copper wire (used in the traditional method) or even scrap copper, whose
El oxicloruro de cobre es muy utilizado como fungicida (an-
price is still 80% of trading international copper.
ticriptogámicos) de amplia acción en la agricultura. Este producto es recomendado para ser usado en el control de enfer-
The profitability and possibility for the industrial production of
medades que atacan a los cultivos en el agro; es un fungicida
copper oxychloride is linked to the use of a lower-cost copper
altamente eficaz para combatir en forma económica las pla-
as raw material.
gas de los cultivos. The project aims to research the various methods used in the La demanda del oxicloruro de cobre se ha incrementado fun-
production of copper oxychloride, and later improve the tradi-
damentalmente en el mercado exterior, pero su costo depen-
tional methods in the laboratory tests in order to obtain this
de del precio del cobre, por lo que se crea la necesidad de mi-
agrochemical so it can be produced at industrial level.
nimizar el uso del alambrón de cobre (utilizado en el método
84
tradicional) e inclusive de la chatarra de cobre, cuyo precio se
Palabras claves
mantiene en el 80% de la cotización internacional del cobre. Oxicloruro de cobre, agroquímicos, fungicidas, plaguicidas. La rentabilidad y factibilidad para la producción industrial del oxicloruro de cobre esta ligada al uso de un cobre de menor
Key words
costo como materia prima. Copper oxychloride, agrochemicals, fungicides, pesticides. El proyecto tiene como objetivo la investigación de los diversos métodos empleados en la producción de oxicloruro de
INTRODUCCIÓN
cobre para posteriormente mejorar los procedimientos tradicionales realizando pruebas a escala de laboratorio con el
El oxicloruro de cobre es un fungicida que posee un amplio
fin de obtener este agroquímico para que se pueda producir
espectro para el control de diversas enfermedades en frutales
a nivel industrial.
ya que es altamente eficaz para combatir en forma económica
Abstract
otros fungicidas, encontramos que es el fungicida más econó-
The copper oxychloride is widely used as a fungicide (fungi-
menores dosis, no forma grumos por la calidad de la muestra;
cides) of broad action in agriculture. This product is recom-
presenta una alta eficacia biológica contra un amplio rango de
mended for the control of diseases that attack crops in agri-
hongos patógenos; permite que su manipuleo sea fácil y segu-
culture; it is a highly effective fungicide to combat cheaply
ro, y puede usarse mezclado con otros fungicidas, insecticidas
crop pests.
y nematicidas.
Demand for copper oxychloride has increased primarily in
La oferta del oxicloruro de cobre en nuestro país ha venido
foreign markets, but its cost depends on the price of copper,
incrementándose con el pasar de los años; cada vez hay más
las plagas. Entre los beneficios que presenta, comparado con mico puesto que no necesita preparación alguna; se utiliza en
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SAYÁN, Rosa; FRANCIA, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”
empresas productoras de oxicloruro de cobre, entre las que
Es un sólido que se funde a 140 ºC; se obtiene por medio de
destacan: Química Peruana S.A., QUIPESA; Sulfato de Cobre
conversión o digestión, lavado, filtrado y secado. El oxicloruro
S.A., SULCOSA; Industria Peruana de Metales y Derivados,
de cobre se caracteriza por ser insoluble en agua y muy soluble
IPDEMYDSA; Industrias Químicas Omicrón S.A.; Química del
en amoniaco y ácidos.
Pacífico S.A. El oxicloruro de cobre no es explosivo y tampoco inflamable. Es A la vez, la demanda del oxicloruro de cobre también ha au-
un producto no tóxico para el hombre la dosis letal media oral
mentado principalmente en el mercado exterior debido al
aguda es de 1 500 mg/Kg.
crecimiento de la agricultura. Desde el punto de vista químico, el oxicloruro y el hidroxicloEl Perú es uno de los principales productores de cobre en el
ruro de cobre son compuestos básicos del cloruro cúprico; sus
mundo, por lo que contamos con la posibilidad de acceder a
formulas más conocidas son: 3Cu(OH)2.CuCl2 con un peso mo-
un cobre de menor precio, que no sea de alambrón o chata-
lecular de 427.066 y el tetrahidratado 3CuO.CuCl2.4H2O cuyo
rra. Es así que surge la idea de utilizar oxido de cobre reem-
peso molecular es de 444.066.
plazando al tradicional alambrón o a la chatarra de muy altos precios, para así obtener oxicloruro de cobre.
Por acción del calor, el oxicloruro de cobre se convierte en sal básica anhidra de color negro, que por adsorción de agua pasa
FUNDAMENTOS
nuevamente a su color anterior de azul verdoso claro.
Los fungicidas cúpricos actúan como fungicidas y bacterici-
Métodos para la producción de oxicloruro de cobre
das porque liberan pequeñas cantidades de iones de cobre en contacto con el agua. Se trata de cantidades del orden de partes por millón (1 ppm = 1 mg/litro), pero que ya son sufi-
a. Método Tradicional:
cientemente tóxicas para los hongos a combatir. Producción de Oxicloruro de Cobre a partir de alambrón de coEl efecto tóxico de las sales de cobre sobre los hongos radica
bre o cementos de cobre de alta ley.
85
en la inhibición de la germinación de las esporas. Cargas de alambrón de cobre electrolítico y cementos de cobre Las esporas de los hongos son capaces de concentrar los io-
se atacan con ácido clorhídrico al 13 % en peso y simultánea-
nes Cu2+. Durante la fase de absorción, los iones Cu2+ sustitu-
mente se inyecta aire comprimido, que es usado como sistema
2+
2+
yen a los iones H+, K+, Ca y Mg presentes en la superficie
de oxidación y agitación.
celular. Esta sustitución puede ocasionar una alteración de la semipermeabilidad de la membrana, facilitando la penetra-
Esta etapa del proceso, tiene una duración de aproximadamen-
ción de los iones Cu2+ al interior de las células.
te 60 horas, hasta que el licor presenta pH de 3.5 a 4.0, y se han precipitado los lodos de oxicloruro de cobre.
En el interior de las esporas, los iones Cu2+ se fijan sobre diversos grupos químicos, como por ejemplo los imidazoles, car-
Los lodos de oxicloruro de cobre son neutralizados con lechada
boxilos, fosfatos, sulfhidrilos, aminas o hidroxilos, presentes
de cal hasta obtener un pH de 6.0 y sometidos a lavados in-
en numerosas proteínas enzimáticas. Esta unión produce un
tensos con el fin de eliminar impurezas solubles; proceso que
efecto tóxico que perturba el correcto funcionamiento celu-
demora aproximadamente 8 horas, para obtener el producto
lar. Así, el oxicloruro de cobre tiene la capacidad para enlazar-
con una humedad del 40 %.
se fuertemente con los grupos amino y carboxilo, reacciona con las proteínas y actúa como inhibidor enzimático.
El producto es calentado hasta reducir la humedad a 10 % durante 30 horas; luego se transfiere el producto a un secador de
El oxicloruro de cobre es un polvo muy fino de color verde
bandejas donde es secado a una temperatura de 110 º C.
claro o azul verdoso, con un tamaño de partícula de 0.2 a 5 micras, y un contenido mínimo de 56 % de cobre y máximo
Posteriormente es sometido a operaciones de molienda y en-
de 59 % del mismo. Presenta además muy buena suspensibi-
vasado.
lidad en el agua de más del 80% en peso, con una humectabilidad máxima de 60 segundos, que por lo general se formula como polvo mojable en agua.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Se obtiene aproximadamente 93 % de rendimiento.
SAYÁN RIVERA, Rosa Maria; FRANCIA QUISPE, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”
La siguiente secuencia de reacciones tiene suceso este método: Cu + 2 HCl + ½ O2
Î CuCl2 + H2O
Cu + CuCl2
Î 2 CuCl
Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre a) Producción de Oxicloruro de cobre a partir de Oxido de cobre (I) Digestión
2 CuCl + 2 HCl + ½ O2
Î 2 CuCl2 + H2O El oxido de cobre (I) es colocado en un reactor, donde se reali-
6 CuCl + 3 H2O + 3/2 O2
Î CuCl2.3Cu(OH)2 + 2 CuCl2
zará el ataque ácido; el ácido clorhídrico se bombea al reactor, donde se encuentra el oxido de cobre (I).
4 CuCl2 + 3 Ca(OH)2 + H2O
Î CuCl2.3CuO.4H2O + 3 CaCl2 El ataque ácido del ácido clorhídrico debe garantizar la mayor
b. Método del ácido sulfúrico
oxidación del cobre, dándose así la máxima formación de Cu2+.
El cobre metálico es colocado en un reactor discontinuo (ba-
Se debe hacer uso de un medio oxidante; con esto se propor-
cht), donde llega mediante bombas la solución mezclada y
cionará el medio para la optima producción de licores de clo-
disuelta de ácido sulfúrico, sal industrial (NaCl) y agua.
ruro cúprico.
El cobre reacciona con la solución de mezcla ácida, se co-
La mezcla se deja reaccionar por 2 días aproximadamente.
2+
mienza a oxidar el cobre, formando Cu , la reacción termina al alcanzar un pH entre 1 a 3, formándose gran cantidad de
Neutralización
espuma. La solución empieza a tornarse de un color verde oscuro.
Con agitación continua, se agrega soda cáustica para poder
Seguidamente, se bombea el HCl al 36 % (en relación de 3:1
(I), y así poder precipitar el oxicloruro de cobre.
neutralizar la mezcla del ácido clorhídrico con el oxido de cobre
86
con el agua), luego de agregar el HCl, la coloración desaparece pasando a su estado inicial de pH 1.
La adición de soda cáustica depende del pH de la mezcla; la neutralización termina cuando el pH se encuentra en el inter-
Después de una hora aproximadamente se agrega la solu-
valo de 5.5 a 6, y el color de la suspensión es de un celeste ver-
ción amoniacal (en relación de 1:3 con el agua); precipitando
doso claro, color específico del oxicloruro de cobre.
así el oxicloruro de cobre. Sedimentación La reacción se considera terminada cuando el pH de la solución llega a los valores comprendidos entre 5 y 6.
La suspensión se deja sedimentar por un tiempo de 2 horas, para asegurar que todo el oxicloruro se encuentre en la parte
La siguiente secuencia de reacciones tiene suceso en el mé-
inferior del reactor. El licor sobrenadante o licor madre que se
todo del ácido sulfúrico, detallado anteriormente:
encuentra en la parte superior, se retira por medio de un sifón. Esta solución de licor madre puede ser recirculada para el nue-
2 H2SO4 + 2 H2O
Î 2 H2SO4.H2O
2 H2SO4.H2O + 4 NaCl
Î 4 HCl + 2 Na2SO4 + 2 H2O
4 Cu + O2
Î 2 Cu2O
2 Cu2O + 4 HCl
Î 4 CuCl + 2 H2O
4 CuCl + O2 + 4 HCl
Î 4 CuCl2 + 2 H2O
vo proceso, ya que contiene cobre como cloruro, hidróxidos, etc. Lavado y secado Terminada la operación de sedimentación, el producto se descarga a un tanque de lavado; el precipitado es sometido a sucesivas lavadas para eliminar cualquier tipo de impurezas (el agua de lavado se mezcla con el licor madre).
4 CuCl2 + 4 H2O + 6 NH4OH
Î CuCl2.3[Cu(OH)2].4H2O + 6 NH4Cl En esta operación se agregan aditivos y humectantes tal como el WANIN, o como el Pagasol HR al tanque de lavado. General-
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SAYÁN RIVERA, Rosa Maria; FRANCIA QUISPE, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”
mente se mezcla mediante un agitador, luego se bombea a
PROCEDIMIENTO
un secador. Modelo Experimental en Laboratorio El secado del producto se da a un incremento de temperatura de 70º C, a una temperatura de 110º C aproximadamente.
HCI = Óxido de cobre (II)
Molienda y envasado Licor
Precipitado
El producto previamente secado, pasa por un molino para + 400 mL de HCI
realizar una disminución de su tamaño. Seguidamente es envasado y comercializado tanto al exterior como al interior del país.
Licor
Precipitado
b) Etapas del proceso productivo para la obtención de oxicloruro de cobre: Soda ETAPA I Diagrama 1. Modelo Base en el método de experimentación
Obtención de licores de cloruro de cobre Î CuCl + CuCl2 + H2O + H+
Cu2O + 3 HCl
Para la obtención de soluciones de cloruro cúprico se han evaluado las reacciones con ácido clorhídrico. Mientras que para la
ETAPA II
obtención de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de clo-
Neutralización con soda cáustica y precipitación de oxi-
ruro cúprico, se han evaluado las reacciones con soda cáustica y
cloruro de cobre
otras con lechada de cal.
4 CuCl2 + 6 NaOH + H2O
Î 3 CuO.CuCl2.4H2O + 6 NaCl
Se realizaron siete (07) tipos de pruebas de laboratorio donde se usaron cantidades estequiométricas de los reactivos funda-
REACTIVOS
CONCENTRACIONES
Cu2O
30% de humedad
HCl
33 %
NaOH
50 %
mentales: Cu2O, HCl, NaOH y en algunas ocasiones lechada de cal. Las variables fueron la neutralización a diferentes pH, la aireación, el calentamiento, el tiempo de enfriamiento y reposo para la formación de precipitado de oxicloruro de cobre. Se compa-
Tabla 1. Reactivos utilizados
raron los porcentajes de rendimiento de cada método de labo-
En el siguiente cuadro se expresan las cantidades a utilizar de las materias primas para obtener 100 g de oxicloruro de cobre como producto principal (estimados a partir de la estequimetría de las reacciones):
ratorio.
RESULTADO L S s ,AS PRUEBAS ANTERIORMENTE MENCIONADAS SE REALIZARON
REACTIVOS
CANTIDAD A UTILIZAR (g)
Cu2O al 70%
223.73
HCl al 33%
604.97
NaOH al 50%
131.22
más de una vez para cerciorar que los resultados obtenidos fuesen los correctos y adquirir más destreza y práctica en la producción de oxicloruro de cobre en laboratorio. s %N TODAS LAS PRUEBAS EFECTUADAS AL TÏRMINO DEL ATAQUE CON HCl, se forma un sedimento blanco de cristales de cloru-
Tabla 2. Gramos de reactivo para producir 100 g de CuO.CuCll2
ro cuproso (CuCl) y un licor de coloración oscura, que está constituido por una mezcla de cloruro cuproso en solución.
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87
SAYÁN RIVERA, Rosa Maria; FRANCIA QUISPE, Josefina. ”Método alternativo para la producción de oxicloruro de cobre”
s $ESPUÏS DE LA LIXIVIACIØN DEL ØXIDO DE COBRE )) CON ÉCIDO
ACERCA DE LOS AUTORES
clorhídrico al 33 % de concentración, se debe realizar un proceso de oxidación para así poder obtener mayor con-
Rosa María Sayán
centración de cobre en solución como cloruro cúprico, y con esto asegurar un mejor rendimiento en la produc-
Química, con maestría en Química,
ción de oxicloruro de cobre.
mención en Físicoquímica. Experiencia docente universitaria mayor de 20
s El pH es una variable muy importante en el proceso de
años y de desarrollo y conducción de
producción de oxicloruro de cobre, ya que el oxicloruro
laboratorios químicos. Participación
de cobre precipita solo a un intervalo de pH de 5.5 a 6,
en procesos de autoevaluación. Publi-
mientras que al subir el pH, estará precipitando hidróxido cuproso, el cual tiene una coloración amarilla intensa. s
%L OXICLORURO DE COBRE DEBE SER LAVADO INTENSAMENTE para así poder eliminar impurezas.
s
%L HIDRØXIDO CUPROSO ES AMPLIAMENTE UTILIZADO EN LA
cación de libros. Profesora de cursos de extensión. Actualmente de desempeña como docente del departamento de Procesos Químicos y Metalúrgicos de TECSUP. Josefina Francia Quispe
industria de pigmentos. Este hidróxido, en el proceso realizado, tiene como impureza al mismo oxicloruro de
Alumna del sexto ciclo de Procesos
cobre, el cual podrá ser eliminado con lavadas sucesivas.
Químicos y Metalúrgicos de Tecsup, miembro del tercio superior.
CONCLUSIONES s %L OXICLORURO DE COBRE SE OBTIENE A PARTIR DE ØXIDO DE cobre (I) con 30% de humedad como materia prima mediante lixiviación con ácido clorhídrico, reemplazando al tradicional alambrón de cobre o cobre electrolítico.
88 s ,OS COSTOS lJOS DE PRODUCCIØN SON MODERADOS NO SE REquiere de grandes capitales de inversión, por lo que representa una interesante alternativa para la producción de un fungicida frutal de alta demanda mundial.
REFERENCIAS [1] ORMACHEA RAMOS, José A. Estudio de investigación para la obtención de oxicloruro de cobre a nivel de laboratorio. Tesis. Universidad Nacional del Callao. 1992. [2] CAMARGO H. y C.; DUQUE P., O. Obtención de Oxicloruro de cobre a partir de minerales cupríferos. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. 1994. [3] Descripción del proceso productivo. Universidad de Chile. Recuperado del sitio www.u-cursos.cl/ingenieria/2009 [4] SKOOG, Douglas A. Química Analítica. 8o edición. USA: Mac Graw Hill. 2008 [5] AYRES A , Gilbert H. Análisis Químico Cuantitativo. México: Harla. 1978. [6] VOGEL. Arthur I. Química Analítica Cualitativa. Buenos Aires: Kapelusz). 1980
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Un análisis del rendimiento de MPLS en arquitecturas de redes jerárquicas por capas. An analysis of MPLS performance in layered & hierarchical network architectures Dave Hedge, Raymond A. Hansen
Resumen
across the provider network. We then integrate MPLS into the provider network in a layered and hierarchical manner to exa-
MPLS se ha convertido rápidamente en el protocolo estándar
mine those same network performance metrics for the same
de transporte preferido en las redes de empresas grandes y
defined set of traffic flows. Our methodology, results and fin-
medianas. Como el despliegue de servicios sensibles al tiem-
dings, and future work are detailed in this paper.
po es común para estas empresas, se vuelve crítico que las redes tengan la habilidad de soportar este tipo de servicios. En este estudio, se utiliza el simulador NS2 con módulos MPLS para modelar y simular una red a gran escala de un proveedor de servicios de internet implementada durante esta década. Empezaremos por examinar el rendimiento de la red (laten-
Palabras claves MPLS, BGP, Arquitecturas de red, Ingeniería de Trafico, Simulación de red, NS2, Servicios Diferenciados.
Key words
cia extremo a extremo, tiempo de procesamiento por nodo,
MPLS, BGP, Network, Architectures, Traffic Engineering, Network
tiempos de ida y vuelta) utilizando solo BGP como protocolo
Simulation, NS2, Differenced Services.
de ruteo. Estas cifras son analizadas a través de diferentes flujos de tráfico característicos generados por un usuario final y
89
INTRODUCTION
que deben ser transmitidos a través de la red del proveedor. The Internet is built upon many interconnected networks. TheEl siguiente paso consiste en integrar MPLS en la red del pro-
se networks share routing information as to where websites,
veedor de un modo jerárquico basado en capas para exami-
files, and user applications are located through the use of IP
nar los mismos parámetros anteriores y utilizando los mismos
addresses. This type of structure has been employed since the
flujos de tráfico desde el usuario final a través de la red.
beginning of the Internet. However, with the advent and push toward the unified communications network, the transmission
La metodología, parámetros de simulación, resultados, conclusiones y trabajo futuro son detalladas en este paper.
Abstract MPLS has quickly become the preferred network framework for medium to large enterprises. As these companies deploy
of traditional data, voice, and video, the latency required to route traffic using this model has proved difficult for not only service providers but also for customers. Service providers have long wanted to define “Classes” of traffic. These classes correspond to how traffic is routed and serviced
time-sensitive services, the ability of the network to support
on the network. Existing technologies such as DiffServ require
these new services is critical. In this study, we use NS2 with
examination and translation of specific fields within the pac-
MPLS modules to model and simulate a large Internet Service
ket header at each individual hop. This examination process
Provider network as was deployed early this decade. We be-
creates processing overhead which can translate into latency
gin by examining network performance (end-to-end latency,
while traversing the network. In addition to this classification
node processing time, and round trip times) for a BGP-only
process, there is also a route selection process. Currently, routes
deployment of the provider network. These metrics are exa-
are selected based upon best match of the destination address.
mined over a series of defined representative traffic flows
Having to do this at each and every hop is a very time and pro-
sourced from a customer network that requires transmission
cessing intensive process.
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HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”
With these current attributes in mind, the goal of this research
their OC-48 backbone connectivity. This backbone ope-
project was to simulate the difference, in terms of performan-
rates at a rate of 2488.32 Mbps and is a realistic represen-
ce, between a traditional and an MPLS network. In addition
tation of a backbone for a major provider. Between each
to looking at the performance difference, we were also inter-
head-end backbone router, there is a 1 Gbps cross connect.
ested in seeing if expanding MPLS closer to the transmission
It was important to emulate, as closely as possible, a real
host meant that performance from the source to destination
network so that the results that were collected have me-
would increase.
aning from not only a customer perspective but also a Ser-
In the following sections the testing platform, topology, tes-
an actual network, the current implementation does not
ting parameters, results, conclusion and areas for additional
take into account redundancy, outside of basic redundan-
research will be presented.
cy, of the network or the overall recoverability in the event
vice Provider prospective. While this was designed around
of a catastrophic failure within the service provider net-
BASIC METHODOLOGY
work.
For this project, Network Simulator 2.26, NS2, was used to simulate an MPLS topology using the MPLS for Network Simulator module (mns-2.0) from [1]. NS2 simulations were selected over hardware based testing strategy for a multitude of reasons. First was the reduction in the time required to configure a large network versus simulating a stable topology via coding. Second was the issue of stability. We were looking for a simulation that was repeatable over a large number of tests. With a hardware-based network, there is not absolute certainty that the testing platform is going to perform the exact same on each and every test due to the limited control
Figure 1. Service Provider Network Architecture
of the physical environment. Third was the ability to simula-
90
te functionality in a large number of devices which was not feasible with the equipment available. With the current versions of the existing IGPs on available equipment, it was not possible to scale to this magnitude and still provide reliable service. The benefit of the mns-2.0 plug-in is that it provides NS2 the ability to designate MPLS nodes, classify traffic, exchange LDP packets, and build a functional network that is representative of an enterprise-class MPLS network. For this research, we are mostly focused on the LDP processes and the ability to desig-
Figure 2. Sample Regional Network
nate certain nodes as MPLS nodes. [3, 5] b) Service Provider In-Region
Network Topology With the backbone connectivity selected, five regional The network topology was one of the most significant as-
routers were created. These routers would be internal to
pects of this research project. The topology that was deve-
the service provider’s network. These routers provided
loped was based on an actual service provider network, as
the connectivity to the high speed backbone routers and
shown in Figure 1.
service the service provider’s regional hubs. Redundancy was built into the design so that any one hardware failu-
a) Service Provider Backbone
re would still provide for connectivity within the region. This was a design decision that was not tested because we
For the Service Provider network, a regional topology
were not concerned about the recoverability of MPLS for
was developed that would comprise of four major re-
this research project. The main goal of creating an accura-
gions. These regional hubs were selected because of
te topology was such that basic redundancy was needed.
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HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”
For connectivity, these routers were connected via T3
and video session. For these streams, the packet rate was set to
to the head end backbone routers and Metro Ethernet
1.5 Mbps with a packet size of 1000.
between the other regional routers. These connections technologies operate at ~45 Mbps and 10 Mbps respec-
The NS2 testing schedule involved starting all of the UDP/CBR
tively.
nodes prior to the start of the TCP/FTP session. This allowed for packets to be in route prior to the transmission of the TCP
c) Service Provider Regional Hub
handshake and the start of the session. In addition, the time prior to the start of the UDP/CBR session provided ample time
The final service provider consideration was the service provider’s regional hub router. These routers are the
for the LDP message to be communicated through the network depending on what stage the MPLS was implemented.
gateways for customers to gain access onto the service provider’s network. Large provider edge locations were
RESULT L S
selected from prime locations in Figure 1. These routers were connected back into the regional ones using Metro
The results were consistent with the original hypothesis: that
Ethernet connectivity that operates at 10 Mbps.
MPLS provided a performance increase. While this performan-
d) Customer Edge The final network segment was the customer edge. These routers represented actual customer’s networks. Using T1 connectivity, these routers then connect into the regional hub routers. This is also the location where traffic generation and reception occurred for the simulations, allowing the rest of the network to route traffic while not dealing with traffic generation.
ce increase was not in an exponential fashion, there was a clear performance increase from the traditional network to the phased approaches evaluated. The test result, which are presented in the graphs below, include the traditional benchmark, (phase 1), and then each consecutive phase that MPLS was moved from the provider core to the customer premise. Also the traffic is representative of either TCP or UDP protocols only. There was LDP traffic on the network in testing phases that involved the usage of MPLS. Including the LDP traffic only skews the results because the further the MPLS is expanded, the more LDP traffic
Testing & Test Configuration
is needed to build the MPLS table. The simulated test sets were ran twice, with the first test consisted of each of the network
The testing was conducted in five strategic phases that would
links having 5ms of latency and the second sets of tests set to
provide detailed information to capture the performance of
to 15ms of latency.
the network. The phased approach also provided a stable testing platform that could be expanded as the project pro-
First up was the End to End Delay time for all TCP traffic. The
gressed and was repeatable throughout the testing process.
TCP traffic was the test-bed for this experiment. The measure-
As each phase progressed, a series of tests were conducted
ment of End to End Delay is as follows, “End2End delay = time
with data was collected to measure the network performan-
(in seconds) when packet was received by OTHER NODE - time
ce statistics.
(in seconds) when packet was sent by CURRENT NODE.” [2] In
The testing configuration consisted of seven separate traffic
Houston area and the CURRENT NODE was located in the La-
streams. Each of these streams started in one geographical
Guardia area.
this instance, the OTHER NODE was a customer node located in
location and was sent across the network to a different geographical location. All of the streams were 10 hops in length. For testing purposes, and to collect statistics, a single TCP stream was configured from the Houston area to the LaGuardia area. This stream was the main focus of the simulations as it provided the most information statistically due to the nature of the protocol. The six additional streams were constant bit rate UDP streams. The main purpose of these streams was to provide some load to the routers and create traffic in the geographic locations. These streams also presented a similar traffic pattern to VoIP
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Figure 3. Average End to End Delay
91
HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”
As seen in the graph, Figure 3, the first phase, the traditional
still a benefit for pushing the technology as close to the custo-
benchmark, there was an improvement by implementing
mer as possible.
MPLS for the 5 ms network configuration. By expanding the technology, no additional performance benefits were detectable during the testing periods. However, when the backbone latency was increased to 15 ms, the end to end delay remained constant around 66.8 ms. There was no significant drop in the end to end delay time for this configuration. Meaning that there was no significant performance increase between the traditional and MPLSenabled network configurations. Next was the End to End Delay for the UDP background
Figure 5 - Average Delay - Combination
streams. Even though these streams were not the focus of the experiment, the traffic was still being sent across the MPLS
Likewise, the results from the 15 ms testing show an increase in
network. This type of traffic, unlike the TCP traffic, is more
performance that mirrors the 5 ms testing. However, unlike the
consistent with traffic that is time-sensitive. Therefore, an im-
5 ms testing, there was no performance increase by enabling
provement in delivery time would be beneficial in marketing
MPLS on the Provider backbone. Instead, the latency drop oc-
and also to the customer who is looking at implementing a
curred after the transition of the Service Provider backbone to
unified network.
MPLS.
CONCLUSION The simulation’s goal was to explore the hypothesis that a MPLS-enabled network would be faster than a traditional network. For the most part, this theory was validated by the data
92
collected at each of the expansion points while testing. The data collected shows that there is a clear performance for both TCP and UDP traffic on a MPLS-enabled network when compared to a traditional network. While this performance Figure 4 - Average Delay - UDP only
increase does not appear at the same location for each protocol, it does occur as some point during the expansion process.
As the graph, Figure 4, illustrates, there is a performance im-
When looking at traditional traffic patterns, a combination of
provement associated with the implementation of MPLS for
both TCP and UDP traffic, there is a performance improvement
configurations, as captured by the close descending slope.
that is similar to what is seen when isolating the protocol inde-
However, the initial performance improvement does not oc-
pendently.
cur at the provider core level as was noted with the 5ms TCP results. The 15 ms tests returned results that closely mirror
Based on the data that was collected, this opens up many areas
the results of the 5 ms tests, yielding the same performance
for a Service Provider to offer new services and customers to re-
increase.
evaluate their connectivity. The advantage to the Service Provi-
Finally, a composite graph of both TCP and UDP traffic over
offer new services to their customers. These new services could
ders would be to implement MPLS throughout the network to the network during all of the phases of testing is presented
include queued traffic. While MPLS by itself does have a perfor-
below.
mance benefit, the more impressive capabilities are to provide
As seen from the graph, Figure 5, there is a clear performance
through the network efficiently. With these abilities, the capital
benefit by moving from a traditional network to any MPLS
needed to provide such as service could be recovered rather
enabled network. While the largest gain, for both traffic ty-
quickly as existing infrastructure could remain in place while as
pes, occurs closest to the Service Provider network, there is
either lower level queue types or traditional connectivity.
traffic classification and to queue that traffic and then move it
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HEDGE, Dave; HANSEN, Raymond. “An analysis of MPLS Performance in layered & hierarchical network architectures”
By taking into account the performance of the 15 ms laten-
project were to be replicated in a physical environment, some
cy testing, we ask the question of whether or not link laten-
additional research would need to be conducted as to how the
cy has a factor as to where MPLS should be deployed. This
Service Provider could provide MPLS service to the customer
phenomenon makes sense because as the additional latency
edge while still maintaining the current security and service
time plus the time for route processing, negatively affects
controls that are in place.
network performance. Looking at UDP and the average graph for both protocols, it shows that the performance increase
An example of existing controls that are in place include Vir-
occurs following the implementation of MPLS on the router
tual Forward and Routing tables (VRF). These tables allow for
prior to that link.
the Service Provider to segment a network, creating a Virtual Network within their physical network. One significant rea-
The findings of this research project also suggest that an
son for doing this is the ability to run non routable network
opportunity exists to further categorize Customer needs. It
address ranges and then broadcast them to other Service Pro-
may no longer be a matter of how much bandwidth a cus-
vider routers running Multiprotocol Border Gateway Protocol
tomer has at their disposal. If the Service Provider were to
(MP-BGP). If a customer has multiple sites across the world, the
implement a queuing technique, it would then allow the customer to purchase their connectivity in terms of queue priority. Not every business would need to have traffic placed
provider can segment the assigned IP ranges so that only other sites that are part of the same customer network receive routes to those locations.
into a high priority queue. If that business was only utilizing the “best effort” queue, then there could be financial savings for doing so. This research projects evaluation of the combination of both UDP and TCP streams and the associated impact on the response delay times provides the basis for future opportunity as well. With the enterprise network moving towards unified networks, the data shows that over an MPLS-enabled network, there is a better chance of a phone call or video conference remaining at acceptable limits and delivering performance
In addition to the usage of private vs. public IP address, the issue of using an IGP for a large scale network requires additional evaluation. Additional research would need to be conducted as to how well an IGP would scale to support a Service Provider network and how the network would respond to flaps within the network. With the need for convergence as part of all IGPs, clarity regarding how they would provide the stability and reliability of BGP while delivering MPLS is important to Service Providers and their clients.
that is comparable to separate services. The final aspect to investigate is to examine whether the impleThe result is cost savings for enterprises due to the bundling of these services onto an existing network.
mentation point of MPLS affects the performance of the overall network. Since this project was designed to look at whether the implementation of MPLS provided any performance increase
The next step in this research would be implementing a
and not whether link latency determined where the technolo-
hardware-based environment. While the simulated network
gy should be implemented, by changing the latency on back
provided an excellent testing platform, there is still the issue
bone links, there was a clear indication that there was an effect
of hardware and how the hardware performs.
on the performance compared to a network with links that had all the same amount of latency.
This final step would also bring to light any additional issues or areas of study that would be needed to be addressed in
Acknowledgements
order to bring MPLS to the customer premise. This work was enacted and completed in colaboration with Re-
Future Work and Study
natto Gonzales of Tecsup in Lima, Peru.
While NS-2 provided a great platform to test from, there is
REFERENCES
still a difference between simulation and physical implementation. Such important difference between a simulated envi-
[1] Bertrand, G. Tutorial for the simulation of MPLS networks
ronment and a hardware environment would be the physical
with the Network Simulator (NS). Gilles Bertrand - PhD
router configuration and hardware selection. MPLS requires
candidate - TELECOM Bretagne. [Online] [Cited: Nov-
an IGP router protocol to build the Label Switch Path (LSP) to
ember 12, 2008.] http://www.rennes.telecom-bretagne.
switch packets between nodes within the MPLS cloud. If this
eu/~gbertran/pages/tutorials_ns.html#sujet1.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
93
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ACERCA DEL AUTOR Raymond Hansen is an Assistant Professor of Computer and Information Systems Technology at Purdue University in West Lafayette, Indiana. Professor Hansen’s primery areas of
94
interest are network engineering, wired & wireless network systems administration, enterprise network management, and wired & wireless network security. Professor Hansen’s teaching interests include wired and wireless network design, engineering, administration, and management along with security of enterprise networks. Dave Hedge is a recent graduate of the internationally recognized Computer & Information Technology program at Purdue University. He received his degree with a specialization in Network Engineering Techonology and focused on infrastucture operations and management. Dav e is now using those operations and management skills for his employer, ExxonMobile Corporation in Houston, Texas.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación Discontinuous biodigesters construction and their behavior analysis under different operation conditions Giancarlo Obando
Resumen
Abstract
Los desechos orgánicos, producto de procesos industriales,
The organic wastes product, industrial and agroindustrial pro-
agroindustriales o comerciales, constituyen hoy en día un
cesses, constitute a serious problem that contributes to Global
grave problema que libera gases de efecto invernadero al
Warming, encompassing on the environments’s health inhabi-
medio ambiente, repercutiendo sobre su salud y la de la vida
tants, compromising the future of new generations.
terrestre. As part of the treatments known, the biological methods are Como parte de los tratamientos conocidos, los métodos bio-
gaining acceptance since it allows to degrade the organic mat-
lógicos van ganando aceptación desde que permite degra-
ter with the consequent obtaining of a renewable fuel; the bio-
dar la materia orgánica con la consecuente obtención de un
gás.
producto con alto poder combustible: el biogás. The development of anaerobic digestion technology to cover El desarrollo de la tecnología de digestión anaeróbica para
the needs of small and medium scale regional farmers is attrac-
cubrir las necesidades de agricultores de pequeño y medio
tive to the research field.
porte en la región, se constituye como atractivo para el campo de la investigación.
Therefore, in this environment 3 biodigestors were built to assess the influence of heating and mixing process. In addition
En ese entorno, se construyeron 3 biodigestores para evaluar
was built a biogás quantification system (floating type).
la influencia de factores como la temperatura y la agitación sobre la fermentación anaeróbica. Además, se construyó un
It was determinated that both the temperature and the agita-
sistema de cuantificación de biogás tipo campana flotante.
tion influence on the anaerobic fermentation behavior, therefore reducing the production time of biogás.
Se determinó que tanto la temperatura como la agitación influencian en el comportamiento de la fermentación anae-
Likewise, under Arequipa´s climatic conditions a heating and
róbica de la materia orgánica, acortando el tiempo de pro-
mixing systems is not required; the anaerobic digestion just re-
ducción de biogás.
quires more time to set the levels of daily biogás production.
Finalmente, se determinó que para las condiciones climáticas
Palabras claves
de la ciudad de Arequipa, un biodigestor puede prescindir del sistema de agitación y calentamiento. El proceso demandaría
Biodigestión termofílica, valorización de residuos orgánicos,
un mayor tiempo para establecer los niveles de producción
cuantificación de biogás, biodigestor.
diaria de biogás.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
95
OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”
Key words
de acidogénesis y metanogénesis, mientras va ocurriendo la producción de metano y dióxido de carbono, principal-
Organic residues valorization, thermophilic digestion, digester, biogás quantification.
mente. Como resultado se obtiene biogás y efluente (Biol y Biosol) con características fertilizantes, ambos productos estables [4].
INTRODUCCIÓN El biogás, dado su alto contenido de metano (60 a 75 %), tieEl crecimiento económico se encuentra estrechamente rela-
ne propiedades combustibles y el efluente es considerado
cionado con el consumo de energía y el incremento de los
como un potencial mejorador de suelos, dado su alto conte-
niveles de emisiones nocivas al medio ambiente. Esa relación
nido de nutrientes estabilizados.
es directamente proporcional y la sustenta el consumo de combustibles fósiles.
Para asegurar una producción continua de biogás es necesario alimentar diariamente con sustrato orgánico, de prefe-
La energía renovable ha sido aprovechada desde siglos pa-
rencia molido (trozado o destrozado) y en forma líquida, con
sados en la diversificación de la matriz energética de algunos
el menor contacto posible con el ambiente.
países; sin embargo la aparición del petróleo truncó la consolidación de esta tecnología, pero desde la década del 90, la
Para Werner, Stohr y Hees (1989) un biodigestor de 10 m³,
comunidad científica ha retomado el desarrollo de tecnolo-
alimentado con el estiércol de 5 cabezas de ganado o 12 cer-
gía basada en fuentes de energía renovable como la bioma-
dos, produce, aproximadamente, 2 m3 de biogás y 100 litros
sa, la energía solar y la eólica; siendo competitivos conforme
de biofertilizante por día. Ese biogás es suficiente para que
se incremente el precio del petróleo o se agoten sus reservas
una familia de 6 a 8 integrantes pueda cocinar sus 3 comidas
mundiales.
y operar un refrigerador todo el día así como 2 lámparas por 3 horas, u operar un generador eléctrico por 1 hora.
Desde tiempos remotos, el ser humano hizo uso de la bioma-
96
sa para satisfacer sus necesidades básicas de alimentación y
El estiércol animal puede ser mezclado con residuos orgáni-
confort térmico; en los últimos años, la digestión anaeróbica
cos de plantas para mantener una adecuada producción de
se ha tornado adecuada para el procesamiento de los resi-
biogás; esta mezcla no debe exceder el 10 % de Sólidos Tota-
duos orgánicos, con la posibilidad de reducir las emisiones
les. El estiércol de los rumiantes es particularmente adecua-
al medio ambiente, propias de su proceso de putrefacción,
do para iniciar la fermentación porque ya contiene bacterias
recuperar un recurso combustible renovable (biogás) y un
metanogénicas, además de una baja relación carbono/nitró-
importante fertilizante orgánico.
geno, entre 9 y 25.
Tecsup, con el objetivo de consolidar la tecnología de la di-
El excesivo contenido de amoniaco (relación C/N por debajo
gestión anaeróbica en nuestro país, viene promoviendo la in-
de 8:1) inhibe la actividad bacteriana.
vestigación mediante el Proyecto de Desarrollo y Promoción de Tecnología Basada en Fuentes de Energía Renovable en el
El estiércol de ganado presenta una menor producción de
Laboratorio de Máquinas Térmicas de TECSUP.
gas que el obtenido de pollos o cerdos, debido a que extraen gran cantidad de nutrientes del forraje y el remanente pre-
En este entorno fueron construidos 3 biodigestores con
senta alta resistencia a la fermentación anaeróbica [8].
diferentes parámetros de operación para la evaluación de las ventajas y desventajas de asumir procesos de calenta-
El bajo contenido orgánico de la orina, poco contribuye en la
miento y/o agitación en biodigestores para la ciudad de
producción global de biogás, pero mejora sustancialmente
Arequipa.
el poder fertilizante del efluente y contribuye con la dilusión del sustrato alimentado al biodigestor.
FUNDAMENTOS La cantidad y calidad del biogás esta definida por el conte-
La digestión anaeróbica
nido, en el sustrato, de sólidos totales (ST, medido en kgST/ m³) y sólidos volátiles (SV, medido en kgSV/m³). Estos valores
La digestión anaeróbica permite degradar la materia orgáni-
generalmente se expresan como porcentaje de peso (Tabla
ca en ausencia de O2 desarrollándose procesos simultáneos
1 y 2).
Invest Apl Innov 3(2), 2009
OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”
Rango de producción de biogás (l/kgVS)
Producción promedio de biogás (l/kgVS)
340-550
450
Vaca
150-350
250
Sustrato (estiércol)
nos, tortas, mieles o forrajes, ya que el efluente puro posee una concentración de aminoácidos esenciales similar al grano de soya [5]. Mediante quemadores de biogás se puede cocinar e iluminar, con una eficiencia de 60 a 80 % (Tabla 3). Este deberá ser cali-
Gallinas
310-620
460
Caballo
200-350
250
Oveja
100-310
200
Paja de maíz
350-480
410
Paja de arroz
170-280
220
1l de agua
30-40 l
8-12
Algas
380-550
460
5 l de agua
110-140 l
30-40
~60 l/h
-
120-140 l
~40
10-20 l
~3
1/2 kg de legumbres
160-190 l
~60
persona y por comida
150-300 l/d
brado para obtener el menor consumo [5]. Consumo de biogás por:
Bagazo
140-190
160
3 l de caldo
Residuos vegetales
300-400
350
1/2 kg de arroz
Aguas servidas
310-640
450
1 tortilla frita
ST (%)
SV (%)
Sólidos del estiércol fresco
Orina
Ganado
Producción diaria de estiércol en % del peso vivo Estiércol
Especies
Tabla 1. Producción de biogás de varios tipos de biomasa agrícola [9].
5
4-5
16
13
Consumo de biogás
Tiempo (min)
Tabla 3. Consumo de biogás para cocina [8], [9].
Peso vivo (kg)
La evolución de los biodigestores ha permitido, a lo largo del tiempo, utilizar materiales disponibles localmente para su construcción, como ladrillo, cemento, metálico o plástico. Por otro lado, la viabilidad económica ha permitido, para empren-
135 - 800
dimientos de pequeño y medio porte, biodigestores de bajo
Búfalo
5
4-5
14
12
340-420
costo (bolsa de polietileno), muy utilizados en Vietnam, Colom-
Cerdo
2
3
16
12
30- 75
bia, entre otros países. Asimismo, en todos ellos puede variarse
Ovejas
3
1 - 1,5
30
20
30 - 100
el régimen de operación: continuo o discontinuo [2], [5]. Esto de-
Cabras
3
1 – 1,5
30
20
30 - 100
pende de la cantidad de materia orgánica que se tenga disponi-
Pollos
4,5
25
17
1,5 - 2
20
15
50- 80
Humano
1
2
ble y de los usos finales que se le de a los productos [4], [3].
Parámetros de influencia
Tabla 2. Producción promedio de estiércol como porcentaje del peso vivo de animales estabulados [9].
La agitación permite mejorar el contacto entre microorganismos activos del sustrato (biomasa), evitando la sedimentación
Dada la diferencia en el contenido de sólidos totales y agua
y la espuma, y mejorando la distribución de la temperatura.
de cada una de las distintas materias orgánicas usadas como sustrato, en biodigestores continuos es recomendable utilizar
Como cualquier otro proceso microbiano, el metabolismo
una proporción de 5 a 10 % y de 25 % para aquellos biodi-
incrementa con la temperatura, e influencia en el tiempo re-
gestores operados bajo el régimen discontinuo. Mayores con-
querido para completar la fermentación; esto es el Tiempo de
centraciones tienden a inhibir el metabolismo.
Retención Hidráulica [6]. Estos factores son inversamente proporcionales. Además, mayores temperaturas reducen el tiempo
El efluente del biodigestor, que pierde todo el olor caracterís-
de sobrevivencia de agentes patógenos como la salmonela.
tico del estiércol que lo originó, puede ser utilizado en el mejoramiento de suelos arcillosos y arenosos que son pobres en
Una mayor temperatura no afecta la producción total de biogás,
humus, y como medio nutritivo de los vegetales bajo cultivo
pues esta depende del tipo de biomasa utilizada. La fermenta-
hidropónico y cultivos orgánicos en invernadero o el campo.
ción anaeróbica requiere una minima temperatura de 15 °C.
El efluente puede ser utilizado también como alimento para
La fermentación anaeróbica de la materia orgánica puede esta-
animales, al mezclarlo, para mejorar su gustocidad, con gra-
blecerse en diferentes rangos (Tabla 4).
Invest Apl Innov 3(2), 2009
97
OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”
Rango
Mín. (°C)
Ópt. (°C)
Máx. (°C)
TRH (días)
Psicrofilico
4 a 10
15 a 18
25 a 30
Sobre
Mesofilico
15 a 20
28 a 33
35 a 45
30 a 60
Termofilico
25 a 45
50 a 60
75 a 80
10 a 16
s "IODIGESTOR "$ SIN SISTEMA DE CALENTAMIENTO NI AGItación. Denominado biodigestor estándar o control.
100
Tabla 4. Tiempo de retención hidráulica para distintos rangos de fermentación anaeróbica.
Un sistema de calentamiento se sustenta siempre que la temperatura ambiente sufra grandes variaciones por largos periodos de tiempo. En climas cálidos, los digestores funcionan sin calentamiento pero hay que aumentar el TRH. Así, Carrillo (2003) afirma que a mayores temperaturas se da una mejor producción de biogás por cada sólido volátil,
Figura 2. Disposición de los biodigestores construidos a partir de cilindros metálicos de 220 litros.
como se muestra en la Figura 1.
El BD-03 fue construido, al igual que el BD-02 y BD-01, a partir de un cilindro metálico de 220 litros en cuya parte inferior se instaló un desagüe de 2” de diámetro con válvula de PVC. La salida del biogás fue dispuesta en la parte superior, mediante una tubería y válvula de PVC de ¾”. El BD-02 fue equipado con un agitador mecánico dispuesto
98
de forma concéntrica en el cilindro-biodigestor. El agitador está conformado por 2 carretes plásticos aletaFigura 1. Influencia de la temperatura sobre la producción de biogás [1].
dos (3 paletas de acero galvanizado) y asegurados a lo largo de un tubo de acero SAE 1020
PROCEDIMIENTO
de 2” de diámetro (Figura 3).
Para la investigación se construyeron 3 biodigestores metálicos operados bajo el régimen discontinuo y cargados con
Figura 3. Agitador mecánico del
estiércol de ganado lechero.
BD-02 (diseño en Solid Edge v20).
Cada uno de los biodigestores presenta las siguientes particularidades (Figura 2):
En el BD-01 se montó un intercambiador de calor (IC) de tubo de acero Schedule 40 de 2” de diámetro dispuesto y soldado de forma concéntrica con el cilindro de 55 galones (Figura 4).
s "IODIGESTOR "$ SISTEMA DE CALENTAMIENTO INDIrecto por resistencia eléctrica y sistema de agitación por bomba centrífuga.
El IC se encuentra inundado de agua que es calentada por una resistencia eléctrica de 4500 vatios, colocada en la parte inferior del mismo. En el otro extremo se instaló una válvula de alivio y
s "IODIGESTOR "$ SISTEMA DE AGITACIØN MECÉNICA central, de operación manual y periódica.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
otra para reposición del nivel de agua. Una bomba centrífuga trifásica de 60 LPM recircula la materia orgánica, desde la parte
OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”
inferior a la superior del cilindro, generando la homogeneiza-
La fermentación de la materia orgánica en ausencia de oxi-
ción de la mezcla (estiércol y agua) y promoviendo un mejor
geno, ocurrida al interior del biodigestor (BD), recipiente her-
intercambio de calor con el agua caliente.
mético, puede generar elevadas presiones que sobrepasen la
Además, para accionar simultáneamente la resistencia eléc-
manómetros verticales de nivel de agua (manguera transpa-
trica y la bomba centrífuga se instaló un controlador electró-
rente de 5/8) que cumplen las veces de válvula de seguridad.
nico de temperatura (EKC-101).
Una presión por encima de 20 kPa (2000 mmHg) ocasionaría
resistencia mecánica del mismo, por lo que fueron instalados
el vaciado gradual del manómetro, controlando así la presión interna del BD (Figura 6).
Figura 4. Diseño del sistema de calentamiento y agitación del BD-03 (software Solid Edge v20)
Para cuantificar el biogás producido en cada biodigestor, se construyó un medidor común de campana flotante, consistente en 2 cilindros (105 y 220 l) dispuestos de forma invertida uno dentro del otro (Figura 5). El biogás se almacena entre los cilindros y un sello de agua
99
hermetiza el sistema (bajo el Principio de Arquímedes). Con el ingreso de biogás, la campana superior se desplaza verticalmente y esa presión de almacenamiento puede variarse con
Figura 6. Manómetros de nivel de agua (sistema de seguridad)
el incremento de peso sobre la campana. Fabricados los biodigestores, fueron sometidos a pruebas de hermeticidad con aire comprimido y agua. Posteriormente se cargaron con una mezcla de agua y estiércol fresco de vacas lecheras estabuladas (3,3 kgSV), utilizándose una proporción agua/estiércol de 4:1, recomendada para biodigestores operados en régimen discontinuo (25% de ST). Consecuentemente, cada biodigestor fue cargado con 180 kg de mezcla (80 % de la capacidad total) (Figura 7). Se establecieron los parámetros de operación de los BD´s, programando una temperatura de trabajo de 40 °C para el BD-01 con una variación de 1 °C y una frecuencia de agitación de 3 veces al día (8 am, 12 am y 4 pm), durante 1 minuto, para el BD-02. Figura 5. Medidor de gas tipo campana flotante Diseño en Solid Edge v20)
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Finalmente, las propiedades combustibles del biogás se comprobaron mediante su combustión.
OBANDO, Giancarlo. â&#x20AC;&#x153;ConstrucciĂłn de biodigestores discontinuos y anĂĄlisis de su comportamiento bajo diferentes regĂmenes de operaciĂłnâ&#x20AC;?
El BD-01, que fuera operado en el rango termoďŹ lico mĂnimo EstiĂŠrcol
Agua
(36 kg x 3)
(108 kg x 4)
(entre 25 y 45 °C), prĂĄcticamente iniciĂł su producciĂłn al dĂa siguiente de haber sido cerrado, siendo registrados 9,5 litros al sexto dĂa de operaciĂłn.
Mezcla - biomasa (540 kg)
En la Figura 8 se puede apreciar una menor pendiente en la producciĂłn de biogĂĄs, permitiendo una reducciĂłn en el tiempo
BD-01
BD-02
BD-01
(180 kg)
(180 kg)
(180 kg)
de retenciĂłn hidrĂĄulica (TRH) del BD-02 y BD-03. Pasados los 40 dĂas, se registrĂł una producciĂłn de aproximadamente 40 litros de biogĂĄs por dĂa en el BD-02 y BD-03, indican-
MediciĂłn de biogĂĄs
do que a pesar de haberse reducido el TRH en el BD-02, dada la
(Tipo campana flotante)
â&#x20AC;&#x153;agitaciĂłnâ&#x20AC;?, el BD-03 alcanzĂł la misma producciĂłn por dĂa. Almacenamiento
UtilizaciĂłn del biogĂĄs
(cĂĄmaras de caucho y polietileno)
(VerificaciĂłn del poder combustible)
El funcionamiento errĂĄtico, dado el corte de suministro elĂŠctrico, del BD-01 mantuvo la producciĂłn de biogĂĄs con una ďŹ&#x201A;uctuaciĂłn de temperatura entre los 17 y 35 °C.
CombustiĂłn directa (cocina adaptada)
En el dĂa 22 se registrĂł una falla en el suministro de agua de reposiciĂłn del intercambiador de calor del BD-01, lo que porvo-
GeneraciĂłn de electricidad
cĂł el sobrecalentamiento de la resistencia elĂŠctrica y posterior
(Generador elĂŠctrico 1200 w)
corto circuito. Esto generĂł el desbalance prolongado (2 dĂas) Figura 7. Diagrama de ďŹ&#x201A;ujo del proceso de digestiĂłn anaerĂłbica imple-
en el metabolismo de las bacterias; cayendo abruptamente la producciĂłn de biogĂĄs, no siendo posible su recuperaciĂłn.
mentado para la investigaciĂłn.
RESULTADO L S
El biogĂĄs producido en la primera semana no presentaba ade-
Inicialmente el anĂĄlisis de los resultados se centrĂł en los pri-
que no fuera evacuado al inicio de las mediciones, correspon-
100
cuados Ăndices de inďŹ&#x201A;amabilidad debido a la presencia de aire
meros 21 dĂas, debido a que se registraron fallas en la opera-
diente al volumen de almacenamiento de cada BD (20 % del
ciĂłn del BD-01 por fallas esporĂĄdicas en el suministro elĂŠctri-
volumen total) y del medidor comĂşn de biogĂĄs.
co de la instalaciĂłn. Dados los resultados obtenidos en la experimentaciĂłn preliDe los resultados, mostrados en la Figura 8, se aprecia la va-
minar, se procediĂł a modiďŹ car el sistema de calentamiento del
riaciĂłn en la producciĂłn al modiďŹ car los parĂĄmetros de ope-
BD-01 e independizar la cuantiďŹ caciĂłn del biogĂĄs, haciendo un
raciĂłn.
medidor de campana ďŹ&#x201A;otante para cada biodigestor (Figura 9). Asimismo, se modiďŹ cĂł la mezcla estiĂŠrcol-agua, utilizĂĄndose
ProducciĂłn de biogĂĄs (litros)
ProducciĂłn diaria de biogĂĄs
30 litros del eďŹ&#x201A;uente del BD-03 y 150 litros de mezcla con una proporciĂłn de 4 partes de agua por cada parte de estiĂŠrcol de
vacas lecheras (3,3 kgSV). Con las modiďŹ caciones se disminuyĂł el tiempo de calentamiento del BD-01, debido a que la transferencia de calor mejorĂł. Iniciado el nuevo proceso, se pudo veriďŹ car que el BD-03 iniciĂł
DĂas
)+
)+
)+
la producciĂłn mucho antes que los otros dos. Lo que indica que las bacterias estabilizadas sin agitaciĂłn ni calentamiento, del proceso anterior, consiguen promover una mayor producciĂłn por tenerse las mismas condiciones de operaciĂłn. Al cabo del 4o
Figura 8. ComparaciĂłn de la producciĂłn de biogĂĄs de los biodigestores.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
dĂa la producciĂłn de los 3 era evidente, y de aproximadamente 10 litros por dĂa.
OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”
s 0ARA LAS CONDICIONES CLIMÉTICAS DE LA CIUDAD DE !REQUIPA (alta radiación solar) no se justifica un proceso de calentamiento, puesto que una vez estabilizada la actividad bacteriana, al cabo de 50 días de retención hidráulica, la producción se vuelve estable. s ,A HOMOGENEIZACIØN DE LA MEZCLA POR AGITACIØN MECÉNICA y manual se muestra como la más indicada cuando se requiere reducir el tiempo de retención hidráulica del biodigestor. s 3E COMPROBØ QUE A PESAR DE SER REDUCIDO EL 42( CON LA implementación de un sistema de calentamiento y/o agiFigura 9. Planta de biogás modificada. Intercambiador de calor del BD-
tación, la cantidad de biogás producida solo depende de la
01 y medidores de campana flotante independientes (Solid Edge 20)
calidad de la materia orgánica confinada en el biodigestor.
CONCLUSIONES
s ,AS MODIlCACIONES HECHAS SOBRE LOS BIODIGESTORES PERMItirán mejorar la precisión en la cuantificación del biogás.
s %L INCREMENTO DE LA TEMPERATURA CONJUNTAMENTE CON LA
Próximos trabajos serán implementados para mostrar la
agitación, se mostraron como apropiadas en la reducción
especialización en el desarrollo de la tecnología de la di-
del tiempo de retención hidráulica.
gestión anaeróbica.
s 3I EL PROCESO DE CALENTAMIENTO ES INTERRUMPIDO ABRUPTA-
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ser accionada manualmente. Se recomienda establecer
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un mecanismo electromecánico que agite automática y
Ingenieria Sanitaria y Ciencias del Ambiente. División de
periódicamente la mezcla.
salud y ambiente.
s ,A DOBLE FUNCIØN DE LOS MANØMETROS DE NIVEL DE AGUA SE
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mostró adecuada para evaluar la presión generada en los
en geomembrana (pvc) y plástico de invernadero en clima
biodigestores: la opción de válvula de alivio lo torna más
medio para el tratamiento de aguas residuales de origen
interesante siempre que el objetivo sea producir biogás a
porcino”. Livestock Research for Rural Developmentt 14 (1)
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s ,A RADIACIØN SOLAR DEL LOCAL PERMITIØ UNA MEJOR RESPUESTA
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dings Biodigester Workshop March 2002. Recuperado el 5
12 °C en el día no representó un problema en la produc-
de mayo del 2006: http://www.mekarn.org/procbiod/con-
ción.
tents.htm
Invest Apl Innov 3(2), 2009
101
OBANDO, Giancarlo. “Construcción de biodigestores discontinuos y análisis de su comportamiento bajo diferentes regímenes de operación”
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ACERCA DEL L AUTOR Giancarlo Obando es Ingeniero Mecánico, Magíster en Ingeniería Mecánica con especialidad en Mecánica de los Fluidos. Se ha desempeñado
102
como asesor en temas relacionados con la producción y uso de biogás. Actualmente se desempeña como docente en el área de Mecánica de Tecsup, sede Arequipa, donde dirige el programa piloto de Desarrollo y Promoción de Tecnología Basada en Fuentes de Energía Renovable.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control, utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto Distance training in automation and control technologies using virtual laboratories with remote access Henry Gómez
Resumen
requiere de un computador con conexión a Internet para poder acceder en forma remota a los laboratorios de Tecsup y así
En minería como en cualquier otra actividad económica, la
disponer de todo su equipamiento.
generación del valor agregado depende de los recursos naturales disponibles, la infraestructura del sistema productivo y
Abstract
de la competitividad del recurso humano. La competitividad del personal de planta esta estrechamente vinculada a las ha-
In mining, as in any other economical activity, the generation of
bilidades técnicas que puedan exhibir en la gestión eficiente
added value depends on available natural resources, infrastruc-
del sistema de producción. Esto se torna particularmente crí-
ture of production system and human resource competitive-
tico cuando se dan condiciones favorables para el crecimien-
ness. The competitiveness of plant personnel is in close relation
to, se ponen en marcha planes de modernización o amplia-
to the technical skills that can be used for the efficient mana-
ción de la capacidad instalada, se tienen nuevas tecnologías
gement of the production system. This is stressful when there
de producción, pero no se cuenta con el personal capacitado
are favorable conditions for growth. Starting modernization or
para operar y mantener estos sistemas.
expansion plans, there are new technologies but there are not trained people to operate and maintain these systems.
La solución a esta problemática es la implementación de planes de reconversión o programas de capacitación del personal clave que pueda asumir el reto de operar y mantener las nuevas tecnologías. Esta opción implica asignar recursos al entrenamiento, reservar tiempo para la capacitación y desarrollar toda la logística necesaria para facilitar el desplazamiento del personal a los centros de entrenamiento.
The solution to this problem is the implementation of retraining plans or training programs for the key people, who can take on the challenge to operate and maintain these new technologies. This option implies the assignation of resources, reserved time for the training, and the development of the logistics to make the movement of people to the training centers easier. In this paper, we explore an innovative solution to this problem,
En éste trabajo, exploramos una solución innovadora a esta problemática, haciendo uso de las modernas Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC); se implementa una modalidad de entrenamiento virtual con acceso remoto a laboratorios de experimentación. Esta modalidad, a diferencia de los clásicos sistemas e-learning, no solo brinda la información teórica necesaria, sino que también la fortalece mediante la experimentación y la prueba de equipos y sistemas como suele hacerse en programas de entrenamiento presencial. Esto hace posible el desarrollo de algunas habilidades técnicas y competencias que solo se pueden lograr mediante la interacción del personal con las nuevas tecnologías. Solo se
Invest Apl Innov 3(2), 2009
using modern information and communications technologies (ICT); building a modality of virtual training with remote access to laboratories for experimentation. This modality, in comparison to classic e-learning systems, besides the theoretic information, strengthens the learning process by means of experimentation, test of equipments and systems as we do in face to face training programs. These make possible the development of some technical skills, competences that only we can achieve by means of interaction with people and new technologies. We only need a computer with internet connection from our job place to access in remote way to laboratories of Tecsup to then use the equipment.
103
GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”
Palabras Claves
mulados y/o emulados. Luego, cuando ya se ha alcanzado cier-
Entrenamiento virtual, laboratorios remotos, e-learning
para desarrollar experimentos específicos con equipo e instru-
to dominio del conocimiento, los estudiantes están preparados mentos reales. Los experimentos simulados por software de al-
Key Words
guna manera reemplazan al profesor, aquí nace el concepto del “e-teacher” [3]. Ahora, a pesar de la utilidad de los experimentos
Virtual training, remote labs, e-learning
simulados, se ha notado que los experimentos reales son más
INTRODUCCIÓN
aún más interesantes, cuando se hacen con las últimas tecno-
La educación con jóvenes en la formación profesional espe-
el alumno.
atractivos para los estudiantes que la simulación. Y estos son logías e incluyen en forma clara y explícita algunos retos para cífica requiere de una metodología y un adecuado balance
104
entre los conocimientos teóricos adquiridos y el desarrollo
Los laboratorios ideales son aquellos en los cuales cada estu-
de destrezas y habilidades mediante la ejecución de tareas
diante tiene un módulo de experimentación y además no tiene
o experimentos en la práctica, esto se conoce como “Learn
restricciones de tiempo. Sin embargo las IES generalmente no
& Works Tasks” [1]. Este concepto, el de aprender haciendo
tienen los recursos necesarios para brindar estas facilidades.
(Learning by doing) o aprendizaje experimental, trae com-
La solución a esto lo constituyen los laboratorios remotos. La
plicaciones ya que obliga a que los Centro de Formación
Internet ha hecho posible una nueva clase de laboratorios, los
Profesional (CFP) o Instituciones de Educación Superior (IES)
laboratorios remotos interactivos con experimentos reales que
proporcionen la infraestructura y el equipamiento necesario
cuentan con dispositivos de medición, transductores y demás
para dotar de estas capacidades a sus alumnos.
objetos necesarios para una investigación.
David A. Kolb (1994), el mayor exponente del aprendizaje ex-
El presente trabajo tiene por objetivo demostrar que la capa-
perimental, propuso un modelo de cuatro etapas para repre-
citación y entrenamiento en tecnologías de automatización y
sentar el proceso de aprendizaje. El proceso empieza con una
control en la modalidad a distancia, es una alternativa viable
experiencia concreta, seguido por una observación reflexiva.
para las poblaciones de jóvenes y adultos que se encuentran
La reflexión luego se asimila como una teoría mediante la
alejadas de los centros de entrenamiento especializado. Esto
conceptualización abstracta para finalmente probar una hi-
es posible, gracias a la utilización de los llamados laboratorios
pótesis nueva o reformulada en una nueva situación [2].
virtuales de acceso remoto o simplemente Laboratorios Remo-
El proceso de aprendizaje es aún más complejo para los adul-
aprendizaje semejantes a las que se logran bajo la modalidad
tos, ese público que aspira reinsertarse o mantenerse en el
presencial.
tos (LR), los cuales permiten la realización de experiencias de
mercado laboral mediante la Formación Profesional Ocupacional (FPO) y la Formación Profesional Continua (FPC), ellos
Esta modalidad, también denominada de telepresencia, utiliza
necesitan saber primero por que deben aprender algo; lue-
los recursos e infraestructura de los laboratorios reales que se
go, necesitan que se les reconozca el hecho de que pueden
utilizan en la capacitación presencial y, mediante las TIC, los po-
actuar de manera autónoma sin depender del profesor. Ade-
nen a disposición de los estudiantes de los lugares remotos.
más, la experiencia previa que tienen la utilizan para relacionarla con cada detalle del proceso de aprendizaje. Por otro
FUNDAMENTOS
lado, los adultos están motivados para aprender aquellas cosas que necesitan saber y son capaces de hacer para poder
Definición conceptual
aplicarlas en su vida diaria o en el trabajo. Finalmente, aunque los adultos pueden ser influenciados por motivaciones
Un laboratorio remoto es el conjunto de equipos e instrumen-
externas en el proceso de aprendizaje, la mejor motivación
tos reales que se pueden operar y controlar remotamente,
son las propias presiones internas.
utilizando una interfaz específica. Estos equipos pueden ser
Considerando entonces los escenarios ya descritos y teniendo
equipos industriales reales como los que se tienen en un banco
en cuenta la necesidad de la experimentación en el proceso
de pruebas de cualquier planta industrial. Estos laboratorios re-
de aprendizaje, la moderna pedagogía en tecnología sugiere
quieren de recursos específicos de las TIC para gestionar tanto
que los estudiantes deben iniciarse en la experimentación
el acceso a los usuarios del sistema como a los equipos integra-
mediante objetos simulados e instrumentos de medición si-
dos en dichos sistemas [4].
didácticos como los módulos de laboratorio de cualquier IES o
Invest Apl Innov 3(2), 2009
GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”
Estado del arte
Experimentos tipo batch o por lotes:
La idea de utilizar en forma remota los equipos de un labo-
En este tipo de experiencias, el estudiante especifica todos los
ratorio de experimentación con fines educativos, se remonta
parámetros que gobiernan la ejecución de un experimento an-
a principios de los noventa. En el trabajo de Aburdene et al.
tes que empiece el mismo. La sesión de laboratorio consiste en
[5], se propone un esquema básico de acceso remoto a los
enviar un protocolo de prueba con toda la información nece-
equipos de un laboratorio y como compartirlo con otras IES.
saria para el experimento, ejecutar el experimento y luego ad-
El artículo de Aktan y Bohus [6] se considera como el primer
quirir la información para analizar los resultados. Normalmente,
trabajo importante que se enfoca en la enseñanza del control
este tipo de experimentos se ejecuta de manera rápida y no
automático a través de Internet y, desde entonces, se han lle-
requiere de reservación de sesiones.
vado a la práctica varias implementaciones reales. Entre estas realizaciones destacan por ejemplo el laboratorio de sistemas
Experimentos con sensores:
dinámicos del Instituto Tecnológico de Stevens, Nickerson et al. [7], y el laboratorio de control de la Universidad de Siena,
En un experimento con sensores, el estudiante usualmente no
Casini et al. [8]. Estos laboratorios ofrecen la posibilidad de
puede especificar ningún parámetro aunque sea posible se-
experimentar sobre módulos de control como el control de
leccionar los datos de un sensor en particular. En la ejecución
nivel, el control de temperatura o el control de servomoto-
del experimento se recibe la información en forma digital o en
res. Otros módulos de experimentación de acceso remoto se
gráficos de tendencias. Este tipo de interfaces, a veces, muestra
pueden encontrar en la Web del Comité Español de Automá-
herramientas para filtrar o procesar posteriormente la informa-
tica (SEA-IFAC) [9].
ción; es el caso de aquellas que permiten activar alarmas o en-
La importancia de esta herramienta pedagógica en la actualidad es tan gravitante que organismos supranacionales están destinando en la actualidad fondos para investigaciones sobre su impacto en la educación. CYBERLAB es el proyecto más significativo, por ejemplo, y ha culminado con la creación de un proveedor de servicios para la integración de laboratorios en red [10]. PEARL es otro proyecto enfocado al desarrollo de LR para investigar su impacto pedagógico y validar su desarrollo [11]. MARVEL es un proyecto de envergadura que se propone desarrollar un entorno mixto de equipos y maquinarias reales con entornos de aprendizaje virtual para dar soporte a trabajos orientados al proceso con aprendizaje cooperativo distribuido [12].
vío de notificaciones por e-mail. Los experimentos con sensores frecuentemente tienen un flujo de datos muy asimétrico. Esto puede tomar desde unos cuantos bits hasta un flujo de datos mucho mayor que puede consumir mayor ancho de banda. Algunos sensores envían la información de manera continua sin garantizar si esta llega completa a su destino. Otros pueden almacenar temporalmente la información y, mediante comandos apropiados, pueden ser accesados en forma remota. Experimentos interactivos: En un experimento interactivo, el estudiante típicamente con-
El ámbito de aplicación de esta ayuda pedagógica no solo
figura una serie de parámetros inicializa el experimento y lue-
abarca las áreas de control y automatización, va más allá in-
go monitorea el desarrollo del experimento; puede cambiar
clusive; por ejemplo, para el estudio de la física y otras ramas
los parámetros de control si es necesario. Conceptualmente,
de la ciencia. Es el caso de los proyectos muy exitosos de física
un experimento interactivo puede ser concebido como una
descritos por Bodo Eckert et al. [13]. Estas experiencias cuen-
secuencia de intervalos de monitoreo y ajustes de control. En
tan con una muy buena metodología de aprendizaje a tra-
general, los intervalos de control tienen muchas de las caracte-
vés de la investigación de fenómenos que experimentamos
rísticas de los experimentos tipo batch y los intervalos de mo-
a diario. Además, proporciona suficiente material didáctico
nitoreo son como los experimentos con sensores. Los registros
para motivar al estudiante en los fenómenos de la física.
de una sesión experimental normalmente incluyen la hora en que sucede un evento y los datos que arrojan los sensores, así
Tipos de experimentos con laboratorios remotos Antes de especificar los detalles de los laboratorios remotos, empezaremos por distinguir los tres tipos de experimentos de laboratorio que se pueden poner en línea a través de Internet:
Invest Apl Innov 3(2), 2009
como otra forma de documentación que puede incluir imágenes o video.
RESULTADO L En la Figura 1 podemos observar los elementos básicos que conforman un laboratorio remoto. Los módulos didácticos son
105
GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”
los que se disponen en un laboratorio convencional, pero
tudiantes. Una alternativa muy versátil para brindar estas facili-
que han sido implementados con sistemas de adquisición de
dades, entre otras, es el Skype (www.skype.com). Este software
datos, interfaces de I/O, cámaras de video y/o captadores de
ha llegado a convertirse en un estándar de facto para aplicacio-
sonido para proporcionar la información desde el laboratorio
nes de comunicación síncrona que brinda video, telefonía por
hacia el usuario, y viceversa. El servidor que cuenta con las
Internet y chat.
aplicaciones de software necesarias para gestionar los accesos de usuarios por Internet, por un lado, y por el otro facilitar las interfaces a los módulos didácticos. Finalmente, los usuarios que deben contar con una conexión a Internet y un código de acceso al servidor de aplicaciones remotas.
Figura 3. Configuración local de un relé de protección en una subestación didáctica de generación eléctrica Figura 1. Arquitectura básica de un laboratorio remoto
106
Figura 4. Configuración remota y prueba del funcionamiento de un relé de Figura 2. Componentes de un laboratorio remoto
Esta arquitectura al detalle se observa en la Figura 2. Para brindar acceso al usuario local o remoto al módulo didáctico,
protección de una subestación didáctica de generación eléctrica
Implementación de laboratorios remotos
es necesario digitalizar todas las señales de entrada y/o salida a través de los módulos transductores. Esto se logra median-
Un ejemplo de las facilidades en laboratorios remotos ya des-
te módulos de hardware con interfaces estandarizadas como
critos se observa en la Figura 3 y la Figura 4. En estas se tiene
GPIB, RS232, USB entre otras. La organización, visualización,
primero a un usuario local configurando los parámetros de fun-
procesamiento y acceso a la información se logra con los
cionamiento de un relé de protección de generación GE 60 de
módulos de software, los cuales, a través de las interfaces de
General Electric en un experimento tipo batch. Esto se hace en
usuario, permiten su interacción.
una subestación didáctica en media tensión con ayuda de un equipo probador de relés DRTS-6 de ISA en los laboratorios de
El trabajo en equipo es normalmente la metodología utili-
Sistemas de Potencia de Tecsup Arequipa. En la Figura 4 se tiene
zada en los experimentos desarrollados en laboratorios pre-
la configuración remota y prueba de funcionamiento del relé
senciales. De igual modo, en los laboratorios remotos debe
de protección de generación desde el domicilio del usuario. Se
existir un eficiente mecanismo de comunicación entre los es-
observa claramente en pantalla el panel del relé de protección
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GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”
y la curva de disparo de este luego de una prueba con el pro-
La red AS-I, utiliza un cable estandarizado IDC de dos hilos para
bador de relé. También se notan imágenes de ambos lados
interconectar los diferentes módulos AS-I. Estos módulos se
de la conexión por Internet, el laboratorio y el domicilio del
alimentan con 24VDC y reciben la información en modulación
usuario. Con esta aplicación se brinda acceso a un laboratorio
APM desde una estación maestra AS-I por el mismo cable IDC. El
de sistemas de potencia desde cualquier parte del mundo.
master AS-I debe ser configurado y programado con las direc-
Otro ejemplo de laboratorio remoto en el campo de la au-
entrada salida existentes en la red (Figura 6). La configuración
ciones de las estaciones esclavas y los tipos de las unidades de tomatización es el módulo experimental para configuración
y programación del master AS-I se hace con ayuda del software
y monitoreo de redes en protocolo Actor Sensor Interface
AS-Interface Control de Bihl + Wiedermann descargable des-
(AS-I). Este módulo permite realizar tareas de configuración,
de Internet. Este, vía conexión RS 232, se conecta a un Servidor
programación y monitoreo de un proceso secuencial de va-
Serial Anybus que es un Gateway que convierte los datos que
riables discretas en un entorno interactivo [14].
recibe por el puerto serial y los encapsula en protocolo TCP/ IP para enviarlos por una red Ethernet. Las conexiones a la red
El proceso implementado en un módulo didáctico ADIRO
Ethernet del Servidor Serial y de la cámara IP Dlink, se hacen a
(Figura 5) es un alimentador doble que consiste de dos sur-
través de un switch, de allí al servidor Web y finalmente a un
tidores por gravedad, removibles, para almacenamiento de
router que ofrece a Internet la interfaz gráfica que se muestra
cilindros o bloques con perfil cilíndrico de 50 mm de diá-
en la Figura 7.
metro de lado. Cuenta con un cilindro de doble efecto con interruptores tipo reed y válvulas de control de flujo de una vía que empuja la pieza trabajada para su retiro del surtidor. Los elementos sensores y actuadores están conectados a unidades esclavas Siemens convertidoras de protocolo AS-I de 4 entradas/4 salidas ó 2 entradas/2 salidas.
107 Figura 5. Módulo de automatización remota con red AS-I
Figura 7. Interfaz del usuario remoto del modulo de automatización con red ASI
Figura 8. Interfaz del usuario remoto de un módulo de experimentación en electrónica
Otro laboratorio con el que hemos experimentado el acceso remoto es el laboratorio de electrónica con módulos UniTrain de Lucas Nülle [15]. Este módulo brinda la posibilidad de hacer Figura 6. Arquitectura del modulo de automatización
pruebas en circuitos eléctricos-electrónicos y realizar medicio-
remota con red AS-I
nes de señales eléctricas con instrumentos virtuales como mul-
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GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”
tímetros, osciloscopios y graficadores. Además cuenta con
formación, el uso de estándares de comunicación, la fabricación
fuentes de tensión continua y alterna, generadores de seña-
de equipos basados en microprocesadores con puertos de co-
les analógicas y digitales todos ellos configurables desde una
municación estandarizados y software con entornos amigables
computadora local o remota. También tiene una interfaz para
son la clave de esta nueva propuesta de educación a distancia.
lectura y escritura de señales eléctricas de entrada/salida analógica y digital (Figura 8).
CONCLUSIONES
Esta implementación es muy apropiada para demostraciones
s ,A INFRAESTRUCTURA Y LOS EQUIPOS DE ALGUNAS )%3 SE PODRÓAN
reales del funcionamiento de circuitos eléctricos y electróni-
acceder a través de Internet, conformando redes de labora-
cos básicos, es capaz de ser analizado desde un acceso remo-
torios remotos que facilitarían el entrenamiento en lugares
to, pero en una conexión punto a punto utilizando el proto-
alejados, como por ejemplo centros mineros o comunida-
colo Virtual Networking Compute (VNC) [16]. Este protocolo
des aledañas a estos.
de acceso remoto a interfaces gráficas de usuario trabaja al nivel del buffer de tramas y se aplica a todos los sistemas
s ,AS DINÉMICAS DE TRABAJO EN GRUPO QUE REQUIEREN UNA CO-
operativos y aplicaciones. El protocolo opera con cualquier
municación fluida entre sus integrantes, se ve resuelta con
medio de transporte disponible, tal como TCP/IP. Uno de los
soluciones de mensajería instantánea, telefonía o video
extremos de la conexión con el cual el usuario interactúa
que se implementan en los laboratorios remotos.
(que es un display y/o un dispositivo de entrada/salida) se llama Cliente VNC o Viewer. El otro extremo donde cambia
s
%L USO DE EQUIPOS QUE UTILICEN ENTRADAS Y SALIDAS GENÏRICAS
el buffer de tramas origen (que es el sistema Windows y sus
o estándares ha facilitado la implementación de módulos
aplicaciones) se conoce como el Servidor VNC.
didácticos para acceso remoto. Adicionalmente, se requiere de un sistema de gestión de reservas y del uso de los módu-
DISCUSIÓN
los didácticos empleados en los laboratorios remotos para facilitar el acceso a los estudiantes en forma permanente.
Sin lugar a dudas, Internet es una herramienta poderosa que nos comunica de manera inmediata y brinda acceso a
108
REFERENCIAS
todo tipo de fuentes de información. Con esta tecnología, las distancias no interesan, puesto que la información esta a un
[1]
WILHELM, Bruns et al. (2002). Final Report: Distributed Real
clic del que la necesita. Esto ha permitido la implementación
and Virtual Learning Environments for Mechatronics and
de sistemas de educación a distancia mediante las técnicas
Teleservice (DERIVE). European IST Research and Develop-
del e-learning. Sin embargo, cuando de entrenamiento o
ment Project.
capacitación especializada se trata, no es suficiente tener la información disponible mediante los cursos virtuales. Sino
[2]
MULLER, Dieter. (2005). MARVEL- Mechatronics Training in
que, además, se debe brindar al estudiante la posibilidad de
real and Virtual Environments. Concepts, Practices, and Re-
desarrollar destrezas y habilidades mediante la interacción
comnedations. Bremen.
con equipos y sistemas como los que se encuentran en un laboratorio real de experimentación.
[3]
Marozas, V. Jurkonis, R. Lukosevicius, A. Development of virtual and Remote Lab Experimentation System for
En un entrenamiento en tecnologías de automatización y
Electronic Engineering. Biomedical Engineering Institute,
control, se tiene inherente la necesidad de la interacción del
Kaunas University of Technology, Lithuania.
estudiante con equipos e instrumentos de uso industrial, disponibles solo en laboratorios especializados y de uso res-
[4] ALIANE, Noudine; FERNANDEZ, Javier; MARTINES, Aída y
tringido por limitaciones de tiempo y capacidad de atención.
ORTIZ,, Jaime. (2007). Un Laboratorio de Ingeniería de Con-
Este equipamiento, debidamente preparado y con acceso
trol Basado en Internet. Universidad Europea de Madrid.
desde Internet, constituyen los laboratorios virtuales de ac-
Información Tecnológica Vol 18(6), 19-26.
ceso remoto que acercan al estudiante al centro de entrenamiento.
[5]
ABURDENE, M.F; MASTASCUSA, E.J. y MASSENGALE, R. (1991). “A proposal for a remotely shared control systems
El acceso remoto a equipos e instalaciones de un laboratorio
laboratory”. Proceedings of the ASEE, Frontiers in Educa-
real, hoy en día son posibles gracias a las tecnologías de la
tion Conference, 589-592, USA-Lafayette.
información y de comunicaciones. La digitalización de la in-
Invest Apl Innov 3(2), 2009
GÓMEZ, Henry. “Entrenamiento a distancia en tecnologías de automatización y control utilizando laboratorios virtuales de acceso remoto”
[6]
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ACERCA DEL L AUTOR
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[7]
NICKERSON, J.V., CORTER, J.E. y ESCHE, S.K. (2007). A mo-
Ciencias con mención en Automatiza-
del for evaluating the effectiveness of remote engineering
ción e Instrumentación y con estudios
laboratories and simulations in education. Computers &
de Doctorado en Ingeniería de Produc-
Education, 49(3), 708-725
ción. Realizó cursos de especialización en Electrónica de Potencia en Colom-
[8]
CASINI, M.; PRATTICHIZZO, D. y VICINO, A. (2004).”The
bia, Automatización Industrial, Redes y
Automatic Control Telelab: A Web-based Tecnology for Distance Learning”. IEEE Control Systems Magazine, 24(3),
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36-44. Actualmente es Jefe del Departamento de Electrotecnia de [9]
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Tecsup Arequipa.
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Invest Apl Innov 3(2), 2009
Asignación de pérdidas de potencia complejas usando seguimiento de flujo de potencia Allocation of complex power Losses Using Power Flow Tracing Yuri P P. Molina
Resumen
Key words
En este artículo se presenta un método basado en el segui-
Electric losses, proportional sharing, cross effect, losses alloca-
miento de los flujos de potencia activa y reactiva para asignar
tion, flow tracing.
las pérdidas complejas entre los generadores y cargas. Se utiliza el método de la división proporcional para realizar el se-
INTRODUCCIÓN
guimiento de los flujos, considerando el efecto cruzado de los
110
flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas complejas.
La reestructuración del sector eléctrico consiste básicamente
Basándose en esta premisa, se determina la participación in-
en la separación de los servicios de electricidad, el acceso abier-
dividual de todos los generadores y cargas en las pérdidas
to a la red de transmisión y la apertura de mercados de energía
del sistema; inclusive si hay más de un generador o carga en
eléctrica. La separación de los servicios de electricidad se refie-
la misma barra. Los resultados muestran que la asignación
re a la asignación de las distintas funciones de la industria eléc-
para generadores y cargas individuales es más ventajosa, ya
trica para las diversas entidades corporativas (concesionarias).
que es capaz de reflejar mejor la influencia de cada agente en
Es decir, la separación del sector eléctrico en concesionarias de
las pérdidas del sistema. Por último, el método propuesto se
generación, transmisión y distribución, que pasaron a ser trata-
compara con otros métodos disponibles en la literatura, utili-
dos como negocios diferentes y administrados por empresas
zando un sistema de prueba de 5 barras.
distintas. El aspecto clave fue la introducción de la competencia en el sector eléctrico, a fin de reducir los precios de la energía
Abstract
para los consumidores. Debido a esto, se torna mucho más importante determinar la responsabilidad de los agentes del
This article presents a method based on flow tracing of active
sistema (generadores y cargas) en los servicios prestados o re-
and reactive power to allocate complex losses among gene-
queridos por ellos. En esta nueva estructura de mercado, debi-
rators and loads. It uses the proportional sharing principle to
do a la pluralidad de propietarios en la generación, transmisión
carry out the flow tracing, considering the cross effect of acti-
y distribución, la tarea de asignar las pérdidas del sistema de
ve and reactive power flows in complex losses. Based on this
transmisión entre los agentes (generadores y cargas) es un reto,
premise, the individual participation of all generation or load
y se torna aún más complicado debido a las características de la
at the same bus is determined, even if there is more than one
no-linealidad y la no-separabilidad de las pérdidas.
generator or load at the same bus. The results show that the allocation for individual generators and loads is more advan-
Existen varios métodos propuestos para resolver este proble-
tageous, since it can better reflect the influence of each agent
ma, sin embargo, las premisas elegidas para cada uno de ellos
in system losses. Finally, the proposed method is compared to
determinan sus ventajas y desventajas. En seguida se presenta
other methods available in the literature, using a 5-bus test
una breve descripción de los métodos más conocidos en la li-
system.
teratura.
Palabras claves
El método de Pro Rata presentado en [1]-[2] es uno de los más clásicos. Este método es conocido por su sencillez en la com-
Pérdidas eléctricas, división proporcional, efecto cruzado,
prensión y aplicación. Se caracteriza por asignar las pérdidas
Asignación de Pérdidas, seguimiento de flujos.
eléctricas en proporción a la potencia de cada generador o de cada carga.
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MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
En [3]-[4] se proponen métodos basados en el seguimiento
tienen una influencia sobre las pérdidas activas, así como la po-
de los flujos para asignar las pérdidas del sistema. En gene-
tencia activa tiene un efecto sobre las pérdidas reactiva. Esta
ral, este metodo utiliza los resultados de un flujo de potencia
consideración sigue la misma línea descrita en [10]. Esta altera-
conjuntamente con el principio de la división proporcional
ción promueve una mejora en el desempeño del método en la
(PS). Los métodos propuestos de asignación de pérdidas ba-
medida que la consideración del efecto cruzado refleja mejor el
sados en el PS se han desarrollado teniendo en cuenta la to-
comportamiento real de un sistema de potencia.
pología de la red, de forma similar al problema del transporte, donde la asignación de las pérdidas se basa en la distribución
iii) El tratamiento independiente de generación y carga en la
de los flujos en la red.
misma barra se extiende para un conjunto de generadores y cargas situado en la misma barra, es decir, un tratamiento in-
Los métodos basados en teoría de circuitos se presentan en
dividual para cada generador (carga) en lugar de considerar la
[5]-[6]. El uso de las leyes básicas de circuitos eléctricos, los
suma de las generaciones (cargas), como se hace en la mayoría
torna interesantes en términos de simplicidad de la com-
de los artículos. Esta modificación amplía la consideración del
prensión y aplicación.
efecto cruzado, porque si existe una influencia cruzada de los flujos de potencia en las pérdidas complejas, ciertamente habrá
Los métodos basados en teoría de los juegos también han sido utilizados, debido al hecho de que todos los participantes comparten el mismo sistema de transmisión de electricidad.
diferencia en el resultado de la asignación si se hace individualmente para un generador (carga) en lugar de la asignación al conjunto de generadores (cargas).
Siendo así, todos pueden cooperar con la intención de lograr los mejores beneficios posibles. Por lo tanto, es posible definir el problema de asignación de pérdidas como un juego cooperativo [7]. En [8]-[9] se encuentran aplicaciones de la teoría de los juegos para el problema de la asignación de pérdidas.
El método propuesto en este trabajo considera que tanto los generadores como las cargas son responsables por las pérdidas, coexistiendo en una especie de cooperación de beneficio mutuo, lo que implica una interrelación que los torna mutuamente indispensables (sin cargas no hay pérdidas, y sin generación
En [10] se propone una formulación matemática para la
tampoco), correspondiendo al binomio generador carga [13].
asignación de las pérdidas complejas considerando el efecto cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las
FUNDAMENTOS
pérdidas de potencia activa y reactiva. En otras palabras, el autor formula matemáticamente ecuaciones que determi-
El principio de la división proporcional
nan la parcela de pérdidas de una línea que corresponde a cada uno de los agentes del sistema.
Este principio tiene por objeto identificar cómo están distribuidos los flujos en la red de transmisión y asociarlos a generadores
Este trabajo presenta un método basado en el seguimiento
y cargas. El principio de la división proporcional asume que el
de los flujos de potencia activa y reactiva para asignar las pér-
nodo es un mezclador perfecto de los flujos que llegan a él, así
didas complejas entre los agentes (generadores y cargas). El
que es imposible determinar la ruta que seguirá un electrón [3].
método presentado mejora las premisas del principio de la división proporcional (PS) en tres puntos, a fin de satisfacer
La siguiente figura ilustra la idea del principio de la división pro-
algunas de sus deficiencias:
porcional:
i) Este artículo trata generación y demanda coexistentes en un barra de manera independiente en lugar de considerar la potencia líquida en la barra, como se ha hecho en la mayoría de los métodos basados en seguimiento de los flujos, como por ejemplo, en [3], [4], [11] y [12]. Esta modificación mejora el desempeño del método para examinar los efectos independientes de generadores y cargas que coexisten en una misma barra en las pérdidas de las líneas de transmisión. ii) Se toma en cuenta el efecto cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas activa y reactiva. En otras palabras, se asume que la potencia reactiva en las líneas
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Figura 1. Ejemplo de la aplicación del PS
111
MOLINA, Yuri. â&#x20AC;&#x153;AsignaciĂłn de PĂŠrdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potenciaâ&#x20AC;?
Usando el nodo i como referencia, vemos que hay cuatro lĂ-
En seguida, se realiza la suma de sus mĂłdulos y se divide entre
neas conectadas a ĂŠl, dos de los cuales contienen ďŹ&#x201A;ujos en-
dos.
trando y dos contienen ďŹ&#x201A;ujos saliendo. El ďŹ&#x201A;ujo total que llega
Pi< j Pj < i
al nodo i es igual a 100 MW, de los cuales 40 % son prove-
Pi<MĂĄx
Pi<Min j j
(1)
2
nientes del nodo j y 60 % del nodo k. Observe que del nodo i salen 70 MW en la direcciĂłn del nodo m. Por lo tanto, apli-
Por lo tanto, se supone que el ďŹ&#x201A;ujo de potencia que pasa a tra-
cando el principio de la divisiĂłn proporcional se obtiene que
vĂŠs de la lĂnea i â&#x20AC;&#x201C; j que no corresponde a
Pi < j
sin pĂŠrdidas.
70.(60/100) = 42MW W representa la contribuciĂłn del ďŹ&#x201A;ujo de la LĂnea k-i para la lĂnea i-m y 70.(40/100) = 28MW representa la
Es importante destacar que la representaciĂłn del sistema en
contribuciĂłn del ďŹ&#x201A;ujo de la LĂnea j-i para la lĂnea iâ&#x20AC;&#x201C;m. Tenga
tĂŠrminos de ďŹ&#x201A;ujos medios se torna incoherente con respecto a
en cuenta que las pĂŠrdidas elĂŠctricas no se tienen en cuenta.
la ley de corrientes de Kirchhoff (LCK) y, consecuentemente, se debe alterar los valores de las generaciones y demandas a ďŹ n
El procedimiento para asignar las pĂŠrdidas utilizando el prin-
de cumplir esta ley. Sin embargo, en este trabajo se optĂł por
cipio de la divisiĂłn proporcional debe ser separado en dos
utilizar los valores de las generaciones y demandas obtenidas
etapas, asignando la mitad de las pĂŠrdidas para las cargas y
del ďŹ&#x201A;ujo de potencia, ya que esta inconsistencia no trae signiďŹ -
luego la otra mitad para los generadores.
cativas alteraciones en los resultados de la asignaciĂłn.
PROCEDIMIENTO
El siguiente paso es calcular las contribuciones individuales de los agentes (generadores y cargas) en los ďŹ&#x201A;ujos de las lĂneas
El mĂŠtodo propuesto se divide en dos etapas. El primer paso
del sistema. El cĂĄlculo se inicia con el montaje de la matriz de
es el seguimiento de los ďŹ&#x201A;ujos de potencia activa y reactiva
distribuciĂłn del sistema que relaciona los ďŹ&#x201A;ujos de llegan a un
a ďŹ n de determinar las contribuciones individuales de cada
barra con las potencias inyectadas en las barras de origen de
agente en los ďŹ&#x201A;ujos de las lĂneas. TambiĂŠn, determinar la can-
los ďŹ&#x201A;ujos. El montaje de esta matriz es un proceso simple y se
tidad de potencia suministrada por un generador que efecti-
describe en los pĂĄrrafos siguientes.
vamente llega en cada carga, asĂ como la cantidad de potencia consumida por una carga proveniente de cada generador
112
El ďŹ&#x201A;ujo total que entra en la barra i puede ser calculado suman-
del sistema. El algoritmo de seguimiento de ďŹ&#x201A;ujo propuesto
do la potencia generada en la barra y los ďŹ&#x201A;ujos que llegan a ella
en este artĂculo se basa en el principio de la divisiĂłn propor-
a travĂŠs de las lĂneas. MatemĂĄticamente:
cional.
Pi PGi 3 % Pj<i
to de los ďŹ&#x201A;ujos conjuntamente con las ecuaciones propues-
(2)
j D_ iu
En la segunda etapa, se utilizan los resultados del seguimienDonde:
tas en [10] para asignar las pĂŠrdidas elĂŠctricas. El mĂŠtodo
Pi
: Flujo total que entra en la barra i;
PGi
: Potencia generada en La barra i;
50 % para cada categorĂa se presentĂł en la introducciĂłn.
Pj < i
: Flujo en la lĂnea j â&#x20AC;&#x201C; i;
A. Seguimiento de los Flujos
_ uj
: Conjunto de las barras que estĂĄn conectadas y in-
propuesto en este trabajo considera una responsabilidad del 50% de las pĂŠrdidas totales para los generadores y 50% para las cargas y tiene en cuenta el efecto cruzado de los ďŹ&#x201A;ujos en las pĂŠrdidas del sistema. La justiďŹ cativa para la asignaciĂłn de
yectan potencia en la barra i. El proceso descrito aquĂ se aplica para el seguimiento del ďŹ&#x201A;ujo de potencia activa y reactiva en la direcciĂłn de generado-
La ecuaciĂłn (2) puede ser modiďŹ cada, considerando que:
res para las cargas. El seguimiento de los ďŹ&#x201A;ujos en la direcciĂłn de cargas para los generadores se puede hacer de manera similar. En [3] se puede veriďŹ car en detalle los procedimien-
Pi< j c ji Pj
c ji
Pj < i
tos aquĂ descritos.
Pj
(3)
Por lo tanto, tenemos: Para determinar el ďŹ&#x201A;ujo medio a lo largo de una lĂnea, se debe conocer el ďŹ&#x201A;ujo mĂĄximo Pi-jmĂĄxx (calculado en el origen) y el ďŹ&#x201A;ujo mĂnimo Pi-jmin (calculado en el destino) que pasa en la lĂnea.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Pi PGi % 3 c ji Pj j D_ iu
(4)
MOLINA, Yuri. â&#x20AC;&#x153;AsignaciĂłn de PĂŠrdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potenciaâ&#x20AC;?
TambiĂŠn se puede escribir las expresiones citadas arriba en
Posteriormente, se debe multiplicar la contribuciĂłn de poten-
la forma de matriz. En primer lugar se debe reorganizar a la
cia activa del generador en la inyecciĂłn de potencia nodal en
siguiente forma:
cada barra por la contribuciĂłn porcentual de esa barra para el
PGi Pi < 3 % c ji Pj j D_ iu
ďŹ&#x201A;ujo en la lĂnea y de esta manera obtener la parcela con la cual (5)
el generador en cuestiĂłn contribuye para el ďŹ&#x201A;ujo de la lĂnea. Por ejemplo, suponiendo que el generador 1 (G1) aporta 15 MW (informaciĂłn obtenida de(8)) para la inyecciĂłn de potencia nodal
Por lo tanto, (5) puede ser escrita matricialmente:
en la barra 1 y que el 30% de la potencia lĂquida de esa barra
PG DP
(6)
va a la lĂnea 1 - 2 (informaciĂłn obtenida de (9)). Multiplicando estos dos valores, obtenemos la contribuciĂłn de G1 para el ďŹ&#x201A;ujo
Donde:
de la lĂnea 1 - 2.
PG : Vector de las potencias generadas en las barras;
DespuĂŠs de implementar todos los pasos descritos en los pĂĄrrafos anteriores, se obtienen las parcelas con las que los generadores del sistema de contribuir a las lĂneas de ďŹ&#x201A;ujo. Por lo tanto
D : Matriz de distribuciĂłn;
se debe comenzar el proceso de asignaciĂłn de las pĂŠrdidas. P : Vector de las Inyecciones de potencia en las barras.
B. AsignaciĂłn de las PĂŠrdidas La matriz D es obtenida de acuerdo con las siguientes conObtenidas las contribuciones individuales para los ďŹ&#x201A;ujos en las
diciones:
lĂneas de ďŹ&#x201A;ujo, se debe determinar un criterio para la asigna-
1
, para i = j
(7)
Dij < c ji , para j D _ iu 0
ciĂłn de las pĂŠrdidas a los agentes. En el PS original, se multiplica las pĂŠrdidas de la lĂnea por la parcela de ďŹ&#x201A;ujo debido al agente
, otras posiciones
en cuestiĂłn, obteniendo asĂ un reparto directamente proporcional a las contribuciones individuales de cada agente al ďŹ&#x201A;ujo
Si D <1 existe, entonces, P PG D tor P se obtienen por:
<1
y el elemento i del vec-
total en la lĂnea.
113 La consideraciĂłn del efecto cruzado lleva a la necesidad de de-
n
Pi 3 % Dik<1 PGk
(8)
terminar cuĂĄnto inďŹ&#x201A;uencia la potencia activa en las pĂŠrdidas de potencia reactiva y cuĂĄnto de la potencia reactiva inďŹ&#x201A;uencia
k 1
Donde el elemento D P representa la contribuciĂłn de la
en las pĂŠrdidas de potencia reactiva. En [10], el autor propone
potencia activa del generador k en la inyecciĂłn de potencia
cuantiďŹ car este efecto a travĂŠs de las siguientes ecuaciones:
<1 ik Gk
nodal en la barra i.
Pi Loss
El siguiente paso es determinar las contribuciones individuales para las lĂneas, es decir, se debe determinar la parcela con
( Pi PL Qi QL ) PL2 QL2
PLLoss
(10)
la cual cada generador contribuye para los ďŹ&#x201A;ujos en las lĂneas. En primer lugar, es necesario determinar el porcentaje del ďŹ&#x201A;ujo lĂquido que sale de una barra en direcciĂłn a las otras.
QiLoss
El proceso utilizado para obtener esta informaciĂłn es similar
( Pi PL Qi QL ) PL2 QL2
QLLoss
a la observada en el montaje de la matriz de distribuciĂłn. El montaje de la matriz Contij es muy simple y se reduce a la determinaciĂłn del factor c ji . Por lo tanto: Donde:
Contij c ji , para j D _ iu
(9) 2iloss: PĂŠrdidas activas asignadas al agente i;
Donde: Qiloss: PĂŠrdidas reactivas asignadas al agente i;
Contij
: Matriz que relaciona los ďŹ&#x201A;ujos que circulan entre
las barras.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
2Lloss: PĂŠrdidas activas totales en la lĂnea;
(11)
MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
QLloss: Pérdidas reactivas totales en la línea;
igual a cero. Por lo tanto, de acuerdo con el PS, las pérdidas activas que se asignan a ésta barra son nulas.
2i: Potencia activa en la línea debido al agente i; Qi: Potencia reactiva en la línea debido al agente i; 2L: Flujo de potencia activa total en la línea; QL: Flujo de potencia reactiva total en la línea. Figura 2. Sistema-ejemplo de tres barras
El uso simultáneo del algoritmo de seguimiento de flujos y las ecuaciones (10) y (11) permiten la obtención de las parcelas de las pérdidas totales en las líneas que pertenecen a cada uno de los agentes, considerando el efecto cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdidas activa y reactiva, ya que toda la información requerida por las ecuaciones anteriores se pueden obtener a partir del seguimiento de los flujos.
C. Modificación en el PS El proceso descrito en los dos ítems anteriores devuelve un
Figura 3. Nueva visión del sistema-ejemplo de tres barras
resultado para el caso en que se considera generaciones (de-
114
manda) equivalentes en las barras. En este trabajo se consi-
Sin embargo, si consideramos la impedancia equivalente de la
dera los generadores y las cargas que coexisten en una deter-
carga 3 sumada a la impedancia de la línea 2 - 3, verificamos que
minada barra como agentes independientes, por lo que sus
este valor es menor que la impedancia equivalente de la barra
efectos sobre las pérdidas del sistema son diferentes.
de carga 2. Procedemos a analizar esta situación a través de las leyes de circuitos eléctricos; se puede decir que el flujo de salida
1) Justificativa para el tratamiento independientemente
del generador 2 debería dividirse entre las dos impedancias co-
de generación y carga que coexisten en una misma
nectadas a la barra (similar al divisor de corriente). Por lo tanto,
barra
a pesar de ser representada por una impedancia equivalente de menos valor que la barra de carga 2, es razonable suponer que
Según una de las premisas del PS, no se puede determinar la
parte del flujo generado en 2 seguirá hasta la barra 3.
fuente y el destino de un electrón presente en un punto del sistema. Por lo tanto, aprovechando esta afirmación, es acep-
Sobre la base de las declaraciones anteriores, es necesario
table extenderla para el caso de la coexistencia de generado-
realizar el proceso de asignación teniendo en cuenta todos
res y cargas en la misma barra. Siendo así, se hace la siguiente
los generadores y cargas del sistema como participantes in-
pregunta:“Si no se puede determinar el origen o el destino de
dependientes en los flujos de las líneas. En otras palabras, es
un electrón presente en cualquier lugar del sistema, ¿cómo es
conveniente asignar las pérdidas a los agentes del sistema sin
posible afirmar que toda la potencia consumida por la carga
considerar generación (demanda) líquida en las barras.
es proveniente de un determinado generador?”. 2) Extensión del tratamiento independiente de generadoLa respuesta para esta pregunta no es obvia. Suponiendo que
res y cargas en una barra
los elementos de una barra pueden interactuar con los elementos externos a su barra, se puede explicar esa interacción
El tratamiento independiente cuando generador y carga co-
a través de un ejemplo sencillo.
existen en una barra, se puede extender al caso en que varios generadores y cargas que comparten la misma barra. La justifi-
En la Figura 2, se observa un sistema de tres barras represen-
cativa para esta extensión reside en la consideración del efecto
tado con sus generadores, sus cargas y las impedancias de las
cruzado de los flujos de potencia activa y reactiva en las pérdi-
líneas. Analizando específicamente la barra 2, se observa que
das complejas.
tiene una generación (demanda) líquida de potencia activa
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
Debido al efecto cruzado, se espera que los generadores y cargas con características diferentes, aunque compartan la misma barra, tengan diferentes impactos en las pérdidas del sistema. Así pues, la suma de los agentes de la misma categoría para obtener un equivalente no traduciría adecuadamente sus contribuciones individuales para las pérdidas en las líneas de transmisión. 3) Modelaje del sistema El tratamiento independiente se logra a través de un cambio en los datos de entrada (antes del seguimiento de los flujos). En primer lugar, se tiene que modelar el sistema para que todos los generadores y las cargas estén separados en barras virtuales conectadas a la barra original a través de líneas de transmisión virtuales sin pérdidas. Obviamente, cada nueva barra creada debe ser conectada a la barra en la que el generador (carga) estaba conectado originalmente. Así, la potencia líquida inyectada y enviada para las barras originales siguen siendo las mismas, sin alterar los flujos de las líneas originales del sistema. Para explicar estas afirmaciones, a continuación se muestra un ejemplo de un sistema de tres barras en su configuración original (ver Figura 4) y, en seguida, se verifica el mismo sistema después de pasar por el modelaje
Las Líneas 4-1, 5-2, 6-2, 2-7, 3-8 y 3-9 se crearon para modificar el sistema. Por estas líneas pasarán las mismas potencias activas y reactivas generadas o consumidas por los agentes conectados a las barras de origen. Por ejemplo, si el generador G1 genera 15 MW/10 MVAr, el flujo en la línea 4-1 será exactamente 15 MW/10 MVAr. Incluso con el cambio en el sistema, el algoritmo de seguimiento de flujos propuesto inicialmente es capaz de determinar la parcela con la que cada agente del sistema contribuye al flujo en las líneas nuevas y originales, y por lo tanto se puede saber cuánto contribuye cada generador para cada carga, y viceversa.
RESULTADO L S
propuesto (ver Figura 5). En esta sección, el método propuesto se compara con otros dos Figura 4 - Ejemplo - Sistema de 3 barras
métodos: El PS y el método propuesto en [4] modificado. El sistema de prueba de 5 barras presentado en [5] fue modificado
La Figura 4 muestra el diagrama unifilar de un sistema diferen-
de modo que existiera más de un generador o carga en algunas barras, manteniendo su valor total generado/consumido. Como el método propuesto en [4] asigna las pérdidas sólo a las cargas, este fue modificado a fin de obtener los resultados de la asignación también para los generadores. Así, en este artículo, este método será llamado Abdelkader Modificado. La siguiente figura muestra el sistema de prueba usado en este artículo:
te al habitual. Los métodos tradicionales ignoran la existencia de dos generadores en la barra 2, puesto que tales métodos asignar las pérdidas para un generador equivalente que está formado por la suma de las potencias generadas por cada uno de los dos generadores sin tener en cuenta las participaciones individuales de estos generadores en las pérdidas del sistema. Lo mismo ocurre para las dos cargas en la barra 3. La Figura 5, a su vez, consiste en una representación del sistema de la Figura 4 de acuerdo con el modelaje propuesto en este artículo: Figura 6. Sistema-prueba de cinco barras Figura 5. Ejemplo – Sistema de 3 barras modificado
Invest Apl Innov 3(2), 2009
115
MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
Las Tablas 1 y 2 muestran las direcciones y magnitudes de los
Estas hipótesis hechas por estos dos métodos enmascaran la
flujos en las líneas de flujo y de las generaciones y demandas
contribución real de cada agente. El método propuesto tiene
en las barras, respectivamente:
como objetivo explicar esta participación, tornando más justa la asignación de las pérdidas.
k
m
Pkm
Qkm
Pmk
Qmk
(MW)
(MVAr)
(MW)
(MVAr)
PLoss QLoss (MVAr) (MW)
1
2
113,92
17,24
-108,84
-0,04
5,08
17,20
2
3
-53,66
-19,96
54,69
22,08
1,03
2,12
3
5
-17,31
12,46
17,55
-13,10
0,24
-0,64
3
4
-42,42
7,70
43,90
-3,11
1,47
4,59
5
4
-41,37
-2,19
42,41
5,20
1,05
3,02
5
1
-66,18
-9,71
67,53
14,10
1,34
4,39
Barra
1
2 Tabla 1. Flujos en las líneas 3
1
2
3
4
116
5
Tensión
Angulo
(p.u.) p
(grados) g
1,050
0
0,990
1,033
1,050
1,015
Activa (MW) 1
2
Reactiva (MVAr) 1
2
Carga
45
-
15
-
Generación
226,44
-
46,341
-
Carga
100
62,5
5
15
Generación
-
-
-
-
-10,17
-6,70
Carga
80
-
20
-
Generación
37,475
37,475
40
22,246
1,22
Carga
50
-
20
-
Generación
36,31
100
21,089
1
Carga
80
10
5
20
Generación
-
-
-
-
-4,33
4
5
Total
Barra
Abdelkader Modificado
PS P
Q
P
Q
Propuesto P (MW)
Q (MVAr)
(MW)
(MVAr)
(MW)
(MVAr)
1
2
1
2
Carga
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
-
0,00
-
Generación
3,37
10,79
3,36
10,96
3,29
-
10,74
0,00
Carga
4,01
9,66
4,01
10,20
2,09
1,36
6,53
4,19
Generación
0,00
0,00
0,00
0,00
-
-
-
-
Carga
0,09
0,00
0,16
0,00
0,59
-
1,57
-
Generación
0,00
4,12
0,00
2,17
0,20
0,17
0,30
0,28
Carga
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
-
0,03
-
Generación
1,73
0,42
1,67
2,26
0,39
1,06
1,08
2,95
Carga
1,00
5,68
1,01
5,09
0,89
0,16
2,69
0,32
Generación
0,00
0,00
0,00
0,00
-
-
-
-
Carga
5,10
15,34
5,17
15,29
3,58
1,52
10,83
4,51
Generación
5,10
15,34
5,03
15,39
3,88
1,22
12,11
3,22
Total
10,20
30,68
10,20
30,68
5,10
5,10
15,34
15,34
Tabla 3 - Resultados de la asignación para las barras
Se observa que, aunque se considere que tanto el generador como la carga presentes en una misma barra pueden interac-
Tabla 2. Datos de las generaciones y demandas en las barras
tuar con otros elementos de red de forma independiente, se verifica que la carga de la barra 1, se mantiene con asignación
A continuación, presentamos los resultados de la asignación
nula. La justificación para tal evento se encuentra en la direc-
para las barras. El carácter “-” presente en las columnas corres-
ción de los flujos presentes en las líneas conectadas a esta ba-
pondientes al método propuesto, representa la no existencia
rra. Dado que no existen líneas llevando potencia a ésta barra,
de generador o carga en las barras.
el algoritmo de seguimiento de flujo para la carga no considera la participación de esta carga en ninguna de las líneas; por lo
Los métodos PS y Abdelkader Modificado realizan la asigna-
tanto la carga en cuestión no interactúa con los elementos ex-
ción de las pérdidas para un equivalente en las barras, por lo
ternos a su barra.
que en la tabla no están separadas las asignaciones para generadores y cargas que coexisten en las barras. Cabe señalar
La asignación de la potencia reactiva a los generadores de la
también que estos dos métodos consideran que cuando el
barra de 4 muestra un hecho interesante. El método propues-
generador y carga coexisten en una barra, solo uno de los dos
to asigna mayor valor a la unidad generadora 2, aunque la po-
puede interactuar con el resto del sistema, ya que el genera-
tencia reactiva generada por este generador es mucho menor
dor suministra toda la potencia demandada por la carga, o la
que la generada por la unidad de generación 1. Esto se explica
carga consume toda la potencia generada en la barra. De esta
por la enorme diferencia entre la potencia activa generada por
manera, la tabla muestra claramente que cuando hay mayor
cada uno de ellos, donde la unidad de generación 1 produce
generación que consumo, la carga presente en aquella barra
36,01 MW en la unidad de generación de 2 produce 100 MW.
recibe una asignación nula, y cuando existe mayor consumo
Este ejemplo muestra claramente la necesidad de considerar
que generación, el generador tiene una asignación nula.
los generadores que coexisten en una barra como agentes independientes en el sistema, dado que la consideración del
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
efecto cruzado tiende a reflejar mejor la contribución de
A seguir son presentadas dos tablas, donde la primera contiene
cada agente en las pérdidas del sistema.
los datos de las generaciones y demandas en las barras y el segundo contiene los datos de las asignaciones para el sistema IEEE-30 utilizando el método propuesto
La barra 3 tiene también otro ejemplo interesante porque, aunque los dos generadores contribuyen con la misma generación de potencia activa, estos tienen asignación de pér-
1
2
1
2
Carga
11,70
10,00
12,70
10,00
Generación
25,00
25,00
40,434
8,00
del efecto cruzado de los flujos en las pérdidas del sistema, 2
dado que la diferencia en la generación de potencia reactiva dará lugar a asignaciones diferentes a cada uno de los generadores.
7
El sistema IEEE-30 utilizado en [5] también fue modificado a
Carga
20,80
2,00
1,00
9,90
Generación
-
-
-
-
Carga
15,00
15,00
15,00
15,00
Generación
20,50
2,00
4,00
20,30
Carga
6,00
0,20
0,10
1,50
Generación
-
-
-
-
Carga
8,10
0,10
2,40
0,10
Generación
-
-
-
-
8
fin de tener más de un generador o carga en algunos barras, manteniendo su valor total generado / consumido. Las barras
14
de 2 y 8 cuentan con dos generadores, mientras que las barras de 2, 7, 8, 14 y 15 contienen ahora dos cargas. El método
15
propuesto es capaz de asignar las pérdidas para varios gene-
Reactiva (MVAr)
Activa (MW)
Barra
didas diferentes. Una vez más, se explica este hecho a través
radores o cargas presentes en cada barra; sin embargo, para exhibición de las pruebas se utilizaron como máximo dos de
Tabla 4. Generaciones y demandas en las barras
cada categoría con la finalidad de exponer claramente los re-
con más de un generador/carga
sultados.
Generador 1 Barras
Generador 2
Q (MVAr)
P (MW)
1
4,46
5,67
-
-
2
0,37
0,23
0,35
0,28
5
0,02
-0,46
-
8
0,02
-0,84
11
0,08
13
0,10
Total
Carga 1 Barras
Q (MVAr)
Q (MVAr)
P (MW)
Q (MVAr)
2
0,09
0,08
0,08
0,07
3
0,05
0,06
-
-
-
4
0,22
0,21
-
-
0,01
-0,71
5
1,62
1,53
-
-
1,38
-
-
7
0,53
-0,19
0,07
-0,46
0,93
-
-
8
0,10
-0,13
0,10
-0,13
10
0,10
0,34
-
-
12
0,20
0,85
-
-
14
0,14
0,42
0,01
0,06
15
0,20
0,65
3e-3
0,01
16
0,08
0,28
-
-
17
0,19
0,67
-
-
18
0,09
0,28
-
-
19
0,24
0,72
-
-
20
0,05
0,15
-
-
21
0,37
1,41
-
-
23
0,09
0,30
-
-
24
0,25
0,69
-
-
26
0,12
-0,39
-
-
29
0,07
-0,26
-
-
30
0,36
-0,76
-
-
5,16
6,91
0,263
-0,45
Cargas 5,05
6,91
0,36
-0,43
Total
Tabla 5. Resultados de la asignación para el sistema IEEE-30
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Carga 2
P (MW)
Generadores
P (MW)
117
MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
Los resultados son los esperados y siguen la misma línea del
del efecto cruzado, por ejemplo, donde los generadores de la
sistema de prueba de cinco barras. En la barra 8, donde hay
misma potencia activa reciben asignaciones diferentes.
dos cargas idénticas, se verifica que hay una asignación igual a ambas, tanto de potencia activa como reactiva, lo que de-
REFERENCIAS
muestra que el método es capaz de distinguir entre las cargas y los generadores de acuerdo con sus potencias consumidas
[1]
y generadas, respectivamente.
CONEJO, A. ARROYO, J. y GUIJARRO, A. “Transmission loss allocation: A comparison of different practical algorithms”, IEEE Transactions on Power Systems, pp. 571-576, 2002.
En la barra 2, donde las dos unidades generadoras proveen 25 MW al sistema, hay una asignación diferente de pérdidas
[2]
de potencia activa para estas unidades. Una vez más, se expli-
ILIC, M. GALIANA, F. y Fink, L.“Power System Restructuring: Engineering and Economics”, 1998.
ca este evento debido a la influencia del flujo de potencia activa en las pérdidas de potencia reactiva del sistema, porque
[3]
BIALEK.“Tracing the Flow of Eletricity”, IEE Proceedings on
existe una diferencia en la generación de potencia reactiva
Generation, Transmission and Distribution, pp. 313-320,
de estas dos unidades. Por lo tanto, efectos diferentes en las
1996.
pérdidas del sistema. [4] La barra 8 contiene otro caso interesante. Los generadores
S. ABDELKADER,.“Transmission loss allocation through complex power flow tracing,” vol. 22, 2007.
de esta barra tienen enorme diferencia en la potencia activa generada, pero a pesar de que el generador 2 suministra el
[5]
SILVA, B. da. Uma “Metodologia para Alocação de Perdas
equivalente de 9,76 % de la potencia suministrada por el ge-
Ativas de Transmissão em Ambiente Competitivo”. São
nerador 1, las pérdidas asignadas al generador 2 son aproxi-
Luís, Brasil: Dissertação de Mestrado, UFMA, 2007.
madamente la mitad de las pérdidas asignadas a generador 1. Esta diferencia se debe a la generación de potencia reacti-
118
[6]
Lima, D. A. Alocação de perdas e custos pelo uso do sistema
va, donde el generador 1 proporciona el equivalente a 19,7 %
de transmissão. Tese de Doutorado, UNESP, Ilha Solteira,
de la potencia reactiva suministrada por el generador 2. Así, la
2007.
consideración del efecto cruzado hace que las asignaciones de las pérdidas activas y reactivas para estos dos generadores
[7]
T , X. H. y LIE, T. T. “Allocation of transmission loss cost TAN
tengan valores no proporcionales a su generación de poten-
using cooperative game theory in the context of open
cia activa y reactiva, respectivamente.
transmission access”, IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, pp. 1215-1219, 2001.
CONCLUSIONES [8]
MOLINA, Y. P., SAAVEDRA, O. R. y Prada, R. B. “On the Par-
Los análisis realizados demostraron que la propuesta de tra-
tition of Transmission Losses Among Generators”, IEEE
tamiento individual de generador y carga coexistentes en
Transactions on Power Systems, vol. 23, pp. 1883-1885,
una barra es relevante. Esta importancia es sustentada en las
Nov. 2008.
pruebas, donde se puede ver que los generadores y cargas que dividen una misma barra tienen diferentes efectos en las
[9]
MOLINA, Y. , PRADA, R. y SAAVEDRA, O. “Allocation of
pérdidas de las líneas del sistema. La influencia de la potencia
Transmission Loss Cost Using Game Theory”, IEEE Lausan-
activa (reactivo) en las pérdidas de potencia reactiva (activa)
ne Power Tech, pp. 407-412, 2007.
es la principal justificación para el tratamiento independiente. Por otra parte, la extensión de este tratamiento independien-
[10] ABDELKADER, S. “Transmission loss allocation in a dere-
te para el caso en más de un generador / carga que dividen la
gulated electrical energy market,” Electrical Power Sys-
misma barra, también es necesario.
tems Research, pp. 962-967, 2006.
El efecto cruzado está bien justificado por los ejemplos ex-
[11] BIALEK. “Topological generation and load distribution
puestos, teniendo en vista que la consideración de ese efec-
factors for supplement charge allocation in transmission
to tiende a diferenciar agentes aparentemente similares. En
open access”, IEEE Transactions on Power Systems, pp.
los resultados obtenidos a través del método propuesto, se
1185-1193, 1997.
pueden identificar los casos en que se verifica la influencia
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MOLINA, Yuri. “Asignación de Pérdidas de Potencia Complejas Usando Seguimiento de Flujo de Potencia”
[12] Bialek, J. “Allocation of transmission supplementary to real and reactive loads,” p. 1185–1193, 1998. [13] MOLINA, Y. Alocação de Demandas e Perdas Complexas via Teoria dos Jogos. Tesis Doctoral, PUC- Rio, Rio de Janeiro, Brasil, 2009.
ACERCA DEL AUTOR Yuri P. Molina es Ingeniero Eléctrico con maestría en Sistemas de potencia. Sus áreas de interés se centran en el planeamiento y operación de sistemas eléctricos de potencia, inteligencia artificial aplicada a los sistemas de energía y los servicios complementarios de potencia reactiva.
Actualmente se desempeña
como docente del departamento de Electrotecnia industrial de Tecsup.
119
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico Evaluation of the use of textile fibers as thermal isolators Julio Monjarás
Resumen
una serie de muestras que poseen mejores propiedades aislantes sin la necesidad de calcular sus coeficientes de conductivi-
El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar de una serie
dad térmica
de muestras de fibras textiles cuales poseen mejor propiedad de aislamiento térmico y cuantificar el ahorro de energía al
Abstract
utilizarla como resistencia térmica entre dos medios a diferente temperatura, dicho trabajo fue encomendado por una
This research work, requested by a textile company, had as its
empresa textil.
objective to evaluate a series of textile fiber samples which have better thermal isolating properties, and quantify the sa-
120
La metodología aplicada es de tipo exploratoria/descriptiva,
ving energy when using it as a thermic resistance between two
enmarcada en un diseño experimental.
environments at different temperatures.
Se evaluó cada una de las muestras de fibra textil utilizán-
The methodology used is of exploratory / descriptive type, fra-
dolas como resistencias térmicas, para ello se construyeron
med in a experimental design.
dos cámaras: una interna más pequeña que simula una habitación, y otra más grande donde se simuló la temperatura
It was evaluated each of the requested presentations for textile
ambiente en época de invierno.
fibers had better isolating characteristics using them as thermic resistances, for this purpose, two boxes were constructed;
En la cámara interna se mantuvo una temperatura constante
an internal, smaller one which simulated a room; and a bigger
de 30 °C; esta temperatura se logró gracias al equipo de cale-
one, where the natural environment temperature in winter
facción que se instaló en su interior.
time was simulated.
La temperatura ambiental se simuló en la cámara externa en
The internal box was kept at a constant temperature of 30 °C,
la cual se instaló un sistema de refrigeración para proporcio-
through a heating equipment installed inside.
nar la temperatura de invierno de 0 °C, la que fue controlada para que permanezca constante a lo largo del tiempo.
The natural environment temperature was simulated in the external box, in which a refrigeration system provide a winter
Se evaluó el ahorro de energía y economía realizada por el
temperature of 0°C, which was controlled in order to remain
uso de fibra textil con mejores propiedades aislantes en com-
constant throughout time.
paración con una fibra comercial. Saving energy and economy were evaluated with the use of Los hallazgos de la investigación permitieron identificar que
textile fiber with better isolating characteristics compared with
las muestras de fibra textil con mejores propiedades aislantes
a commercial fiber.
fueron las denominadas N.° 1 y N.° 8. El utilizar materiales con mejores propiedades térmicas consigue un ahorro de ener-
The research findings allowed to identify that the textile fiber
gía en el funcionamiento de los equipos de calefacción.
samples with better isolating characteristics were the N°1 and N° 8. The use of thermic resistant materials with better thermic
La evaluación de las curvas y los tiempos de enfriamiento sir-
properties pernuts energy saving in the heating equipment
ve como un método indirecto alternativo para identificar de
functioning.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”
The evaluation of the curves and cooling times work as an indirect alternative method to identify, from a series of samples
(1)
which one has better isolating properties, without the need of calculating their coefficients of thermic conductivity.
La evaluación del coeficiente de conductividad térmica de fibras textiles mediante la ecuación (1) se complica, ya que el
Palabras claves
espesor de la fibra tiene que ser lo suficientemente grueso para poder medir las temperaturas de las superficies T1 y T2, y para
Curva de enfriamiento, tiempo de enfriamiento, resistencia
obtener dicho espesor se tendría que juntar y presionar varias
térmica, fibras textiles
fibras, lo cual afectaría en el resultado de la medición.
Key words
La alternativa planteada para averiguar cual es el mejor aislante
Cooling curve, cooling time, thermic resistance, textile fi-
equipo de la Figura 2, en el se determina como varía la tem-
de calor de una serie de muestras de fibras textiles es utilizar el bers.
INTRODUCCIÓN
peratura en función al tiempo del interior de una cámara de aire “T1” inicialmente caliente a una temperatura “T0”, cuando se separa con una muestra de fibra textil “2” de otro ambiente exterior que está a una temperatura fría constante “Tfria”.
Para averiguar cuál es el mejor aislante térmico de una serie de materiales, normalmente se determina el coeficiente de conductividad térmica, el cual es una medida de la capacidad del material para conducir calor. Un valor elevado de la conductividad térmica indica que el material es buen conductor del calor y un valor bajo indica que es un buen aislante. La evaluación del coeficiente de conductividad se calcula confeccionando un aparato experimental como se muestra en la Figura 1.
121
Figura 2: Equipo para determinar la variación de temperatura respecto al tiempo
La muestra que traiga como consecuencia un mayor tiempo de enfriamiento de la temperatura T1 en un mismo rango de temperaturas, será la que mejor propiedades aislantes tenga. Para poder determinar cual de las muestras encomendada por Figura 1: Equipo para determinar el coeficiente de conductividad
una empresa textil tiene mejores propiedades aislantes, se definieron los siguientes objetivos de estudio:
El material para evaluar el coeficiente de conductividad de
1. Determinar el tiempo de enfriamiento del aire interior para
espesor “L” y área “A” conocidos, se calienta por un lado me-
un mismo rango de temperaturas cuando se utilizan como
diante un calentador de resistencia eléctrica de potencia
resistencia térmica diferentes fibras textiles
conocida. Si las superficies exteriores del calentador están bien aisladas, todo el calor generado “ ” por la resistencia,
2. Analizar las curvas de enfriamiento del aire del interior de la
se transferirá a través del material cuya conductividad se va
cámara en función del tiempo cuando se deja enfriar libre-
determinar. Conociendo los valores del espesor y del área y
mente.
midiendo las dos temperaturas de las superficies del material T1 y T2, cuando se alcanza estado estacionario de trasferencia de calor, el coeficiente de conductividad se calcula por la ecuación (1)
Invest Apl Innov 3(2), 2009
3. Evaluar el ahorro de energía consumida por un equipo calefactor al calentar el aire dentro de un ambiente al utilizar como resistencia térmica la fibra con mejores propiedades aislantes en comparación con otra de confección similar.
MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”
FUNDAMENTOS Tiempo de enfriamiento en régimen transitorio h1 = Coeficiente de transferencia de calor por convección por Para calcular la variación de la temperatura T1, asumimos que
lado del aire caliente
la temperatura promedio del aire, “T1” , del compartimiento interno es la misma en cualquier punto de su interior; lo mis-
h2 = Coeficiente de transferencia de calor por convección por
mo con la temperatura “T2” en la fibra textil (Figura 2)
lado del aire caliente
Realizando un balance de energía para el aire del interior de
C = Calor específico
la cámara se tiene:
R = Densidad (2)
Realizando un balance de energía para la fibra textil se tiene:
V = Volumen t = Tiempo La muestra que genere un mayor tiempo de enfriamiento de
(3)
la temperatura T1 en un mismo rango de temperaturas, será la que mejor propiedades aislantes tenga. En la Figura 3 se observa la tendencia de una gráfica de enfriamiento
Las dos ecuaciones diferenciales lineales simultáneas pueden resolverse, sabiendo que inicialmente el aire caliente se encuentra a una temperatura “T0”, lo que implica que las condi-
122
ciones iniciales son: T1 = T2 = T0 en t = 0 Resolviendo obtenemos: Figura 3 : Curva de enfriamiento
Equipo y control de la temperatura fria de la cámara externa Donde:
Para tener una temperatura externa constante, se construyó una cámara externa de refrigeración debidamente aislada, que funciona con un ciclo de compresión de vapor y que utiliza como refrigerante R22. El control de temperatura de la cámara está basado en dos controladores Stand Alone modelo 900-TC8ACVGTZ25, fabricado por Allen Bradley y el controlador EKC 101 fabricado por Danffoss, cada controlador implementa un lazo de calefacción y refrigeración respectivamente. La variable de proceso o de interés es observada mediante sensores de temperatura tipo PT-100, los que han sido cableados hacia la entrada RTD de cada controlador. Como elementos actuadores para el sistema, se tiene:
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”
s 5NA RESISTENCIA ELÏCTRICA DE 7 CON SU RESPECTIVO ventilador, lo cual permite una distribución uniforme del calor en el interior de la cámara. Dicha resistencia es energizada por acción de un relé de estado sólido que es comandado por las salidas DC del controlador Allen Bradley. s 5NA VÉLVULA SOLENOIDE LA CUAL SE CIERRA CUANDO LLEGUA A LA temperatura de cámara. Al cerrarse la válvula solenoide, un presostato de baja presión enviará la señal eléctrica
Figura 5: Equipo de refrigeración por compresión de vapor
para que el compresor del sistema de refrigeración se apague.
En la Figura 6 se observa el sistema de control de temperatura fría de la cámara externa.
Cuando el punto de operación de la cámara se encuentra a temperaturas bajas, típicamente 0 °C, el controlador Allen Bradley pone en funcionamiento un control ON-OFF de tres puntos con acoplamiento de mallas. Con dicho esquema se consigue un lazo de control de frío que actúa con el lazo de calor, lo cual permite un encendido constante del sistema de refrigeración y activación temporal del circuito de calefacción. Con ello se logra una temperatura nominal que oscila entre los +/- 0.5 °C. Para evitar que el sistema de refrigeración se apague en el controlador EKC 101, se configuró una temperatura de cámara ligeramente menor que la del controlador Allen Bradley, típicamente en -2 °C.
123 Figura 6: Sistema de control de temperatura fría de la cámara externa
En la Figura 4 se observa la cámara externa de refrigeración, y en la Figura 5 el equipo de refrigeración por compresión de vapor utilizado.
Equipo y control de la temperatura del aire caliente de la cámara interna Para tener la temperatura del aire caliente constante dentro del ambiente, se construyó una cámara interna debidamente aislada, dejando un lado libre para colocar la muestra de fibra textil a ensayar. El control de temperatura interna de la cámara lo realiza un controlador EKC 101 marca Danffoss. La temperatura del aire caliente es medida mediante un sensor de temperatura tipo PT-100, el cual ha sido cableado hacia la entrada RTD del controlador. Como elemento actuador para el sistema, se tiene una resistencia eléctrica de 2000 W con su respectivo ventilador, lo cual permite una distribución uniforme del calor en el interior de la cámara. Dicha resistencia es energizada por acción de un relé de estado sólido que es comandado por las salidas del controlador EKC 101.
Figura 4: Cámara externa de refrigeración utilizada
Cuando el punto de operación del aire caliente se encuentre en un valor típicamente de 30 °C, el controlador EKC 101 pone
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”
en funcionamiento un control ON-OFF, lo cual permite la acti-
el registro de la temperaturas internas y externas de las cáma-
vación temporal del circuito de calefacción, con ello se logra
ras a partir de ese instante.
una temperatura nominal que oscila alrededor de 30 °C. Para registrar las temperaturas se utiliza un juego de sensores En la Figura 7 se observa la cámara interna aislada y en la
de temperatura, los cuales se conectan a una computadora a
Figura 8, la cámara interna con la muestra de fibra textil co-
través de una interfase Power link marca Pasco, y mediante el
locada.
Software Data Studio se van registrando las temperaturas tanto interna como externa a lo largo del tiempo de enfriamiento En la Figura 9 se observa las temperaturas registradas en la computadora Como el Software registra la temperatura a lo largo del tiempo, se calculó el tiempo de enfriamiento para cada muestra entre el rango de temperaturas de 30 a 10,5 °C y se pudo confeccionar una tabla de tiempos de enfriamiento para analizar y deducir conclusiones de cuál es la muestra con mejores propiedades aislantes.
Figura 7: Cámara interna aislada
124
Figura 9: registro de temperaturas internas y externas mediante el software Data Studio Figura 8: Cámara interna con muestra de fibra textil colocada
Registro de la temperatura del aire frío y del aire caliente durante de la prueba
Medición del ahorro de energía consumida por el equipo calefactor de la cámara interna Una vez identificada la muestra que posee mejores propieda-
Para realizar la prueba con cada muestra de fibra textil , esta
des aislantes, se coloca en el espacio libre de la cámara interna;
se coloca, debidamente estirada, en la cara libre de la cámara
se enciende el equipo de refrigeración de la cámara externa y el
interna; se encienden el equipo de refrigeración de la cámara
de calefacción de la cámara interna, se espera que se alcancen
externa así como el equipo de calefacción de la cámara inter-
condiciones estables y se procede a medir la energía consumi-
na y se espera que alcance condiciones estables de tempera-
da por el calefactor en un lapso de 2 horas. Después se hace lo
tura tanto interna como externamente.
mismo con otra muestra con propiedades aislantes menores: el ahorro de energía nos proporciona un indicador del potencial
Una vez alcanzadas las condiciones estables se proceda a
de ahorro de energía al utilizar materiales con mejores propie-
apagar el equipo calefactor de la cámara interna y se realiza
dades aislantes.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
MONJARÁS, Julio. “Evaluación del uso de fibras textiles como aislante térmico”
En la Figura 10 se muestra el equipo medidor de energía mar-
3
30.0
10.5
0.97
27.86
1579.5
26.33
ca Fluke utilizado.
12
30.0
10.5
0.93
27.84
1513.0
25.22
4
30.0
10.5
1.08
27.49
1134.0
18.90
5
30.0
10.5
1.10
26.70
1034.0
17.23
18
30.0
10.5
1.07
27.79
989.5
16.49
19
30.0
10.5
1.00
27.35
908.5
15.14
17
30.0
10.5
1.02
27.21
698.5
11.64
11
30.0
10.5
0.78
27.80
673.5
11.23
7
30.0
10.5
0.97
24.72
551.0
9.18
10
30.0
10.5
1.19
28.60
361.0
6.02
9
30.0
10.5
1.19
28.62
320.5
5.34
14
30.0
10.5
0.97
24.95
285.0
4.75
13
30.0
10.5
1.95
24.91
137.5
2.29
15
30.0
10.5
1.30
26.44
132.5
2.21
Figura 10: Medidor de energía utilizado Tabla 1: Mediciones para las 19 muestras de fibra textil
RESULTADOS Para poder analizar cuál de las muestras tiene mejores propieLa curva de enfriamiento para la muestra de fibra textil 1 se registra en la Figura 11.
125
dades aislantes, se confeccionaron las curvas de enfriamiento en un solo diagrama, como se observa en la Figura 12. Figura 11: Curva de enfriamiento muestra 1
Las mediciones de la investigación encomendada para las 19 muestras de fibra textil por la empresa se presentan en la Tabla 1.
Promedio
Segundos
Minutos
Tiempo de enfriamiento
Promedio
“Humedad relativa
Final
Temperatura de Cámara externa (°C)
Inicial
Número de muestra
PRUEBAS EN FRÍO Temperatura detámara Interna (°C)
1
30.0
10.5
0.84
28.98
3289.5
64.83
8
30.0
10.5
0.94
32.20
2907.0
48.46
2
30.0
10.5
0.92
27.32
2296.8
38.28
16
30.0
10.5
1.05
28.98
2222.0
37.03
6
30.0
10.5
1.05
26.62
1615.5
26.93
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Figura 12: Curvas de enfriamiento para las 19 muestras de fibra textil
El tiempo de enfriamiento de la cámara interior cuando se coloca como resistencia térmica cada una de las muestras de fibra textil, se presenta en la Figura 13.
MONJARĂ S, Julio. â&#x20AC;&#x153;EvaluaciĂłn del uso de ďŹ bras textiles como aislante tĂŠrmicoâ&#x20AC;?
Figura 13: Tiempo de enfriamiento para las 19 muestras de ďŹ bra textil
ďŹ car de una serie de muestras cual posee mejores propiedades aislantes sin la necesidad de calcular sus coeďŹ cientes
El ahorro de energĂa consumida por el equipo de calefacciĂłn
de conductividad tĂŠrmica
de la cĂĄmara interna con un volumen de 1.6 m3 cuando se usa como medio de resistencia tĂŠrmica dos muestras simila-
REFERENCIAS
res en confecciĂłn pero de propiedades aislantes diferentes se muestra en la Tabla 2.
[1] CENGEL, Yunus A. Transferencia de Calor. MĂŠxico D.F. : 2o EdiciĂłn. 2004.
Muestra
â&#x20AC;&#x153;EnergĂa consumida KW/Horaâ&#x20AC;?
â&#x20AC;&#x153;Tiempo Horasâ&#x20AC;?
0.275
2
0.328
2
17 Diferencia
[2] Kreith, Frank y Bohn, Mark S. Principios de Transferencia de
0.053 kw/ hora
Calor. MĂŠxico D.F.; 2001 ; = -ORTON 7 % Y (EARLE * 7 3 Physical Properties of Textile Fibres. 7ASHINTON $# o ediciĂłn, 2008.
Tabla 2: Ahorro de energĂa del sistema de calefacciĂłn
ACERCA DEL AUTOR DISCUSIĂ&#x201C;N Julio MonjarĂĄs Salvo es Ingeniero MeEvaluando las curvas de enfriamiento de la Figura 12, se ob-
cĂĄnico Electricista. Con estudios de
serva que las dos que estĂĄn por encima de las demĂĄs presen-
MaestrĂa en Ing. MecĂĄnica con Men-
ta mejores propiedades aislantes, ya que la temperatura para
ciĂłn en TurbomĂĄquinas y en GestiĂłn
un mismo tiempo de enfriamiento es mayor. AdemĂĄs, se pue-
Integrada del Conocimiento, el Capi-
de observar que el rango de temperaturas en las que se tiene
TAL )NTELECTUAL Y LOS 2ECURSOS (UMA-
mejor performance de resistencia tĂŠrmica estĂĄ por debajo de
nos por la Universidad PolitĂŠcnica de
los 14 °C para las muestras 1 y 8
Madrid. Posee amplia experiencia en el ĂĄrea de IngenierĂa TĂŠrmica y Entre-
126
Analizando la Figura 13, se observa que las muestras con
NAMIENTO DE 2ECURSOS (UMANOS %XPOSITOR DE LOS CURSOS DE &OR-
mayor tiempo de enfriamiento son las N.° 1 y 8. Respecto al
maciĂłn de Formadores por Competencias, MĂĄquinas TĂŠrmicas,
consumo de energĂa del equipo de calefacciĂłn de la cĂĄmara
Calderos y Seminarios de Calidad. Es inspector de Ensayos No
interna, esta es menor cuando se utiliza la presentación N.° 1.
Destructivos por Ultrasonido Nivel 1, CertiďŹ cado por Krautkamer. Actualmente es Jefe de Estudios Generales y Coordinador
SerĂa necesario ampliar la investigaciĂłn para cuantiďŹ car el ahorro de energĂa en equipos de calefacciĂłn de ediďŹ caciones reales, usando como medios aislantes materiales con mejores propiedades tĂŠrmicas (cortinas de ventanas, por ejemplo)
CONCLUSIONES s ,OS TIEMPOS DE ENFRIAMIENTO DE LA CĂ&#x2030;MARA INTERNA SON mayores cuando se colocan como resistencia tĂŠrmica las muestras N° 1 y 8. Las curvas de enfriamiento de estas muestras siempre estĂĄn por encima de las demĂĄs, lo que permite concluir que son estas muestras las que tienen mejores propiedades tĂŠrmicas. s !L UTILIZAR TĂ?RMICAS MATERIALES CON MEJORES PROPIEDADES tĂŠrmicas, se conseguirĂĄ un ahorro de energĂa en el funcionamiento de los equipos de calefacciĂłn. s ,A EVALUACIĂ&#x2DC;N DE LAS CURVAS Y LOS TIEMPOS DE ENFRIAMIENTO sirve como un mĂŠtodo indirecto alternativo para identi-
Invest Apl Innov 3(2), 2009
de la OďŹ cina de Calidad Educativa de Tecsup Arequipa.
Modelo de gestión del conocimiento Model of management knowledge Rafael Vera
Resumen
nagement proposed appears as a solution to the problem of determining the managerial value.
El presente trabajo propone una forma de resolver el problema de la necesidad de gestionar los conocimientos en una or-
Palabras claves
ganización para incrementar la calidad. Este estudio se plantea a partir del recojo de las diferentes teorías administrativas
Modelo de gestión del conocimiento, metodología del cuadro
y sistémicas, pasando por comprender la complejidad de las
de mando integral, valor empresarial, reglas de negocio, bases
diferencias de pensar, decidir y actuar que tienen los ejecuti-
de conocimiento, flujos de conocimiento, gestión de la calidad
vos, como generadores de conocimiento. Son ellos quienes
ISO 9001 y sistema de calidad
necesitan conocer los resultados de sus acciones y de cómo estas contribuyen a las fases de la cadena de producción.
Key words
El modelo se basa en la integración cognoscitiva de los si-
Model of management of the knowledge, methodology of the
guientes conceptos: reglas de negocio, bases y flujos de co-
picture of integral control, managerial value, rules of business,
nocimientos. Para su aplicación, la metodología del cuadro
bases of knowledge, flows of knowledge, management of the
de mando integral se relaciona con los temas de las motiva-
ISO quality 9001 and quality system
ciones administrativas y la gestión de la calidad ISO 9001. La aplicación del cuadro de mando integral enfocado en el modelo de gestión propuesto se presenta como una solución al
INTRODUCCIÓN
problema de determinar el valor empresarial.
Planteamiento de la investigación
Abstract
En la actual coyuntura económica y empresarial en que la competitividad es un “sine qua non” para la supervivencia de las
The present work proposes a way of solving the problem of
empresas, surge la necesidad de conocer en cada momento el
the need of managing the knowledge in an organization to
progreso de las actividades de valor como una forma de deter-
increase the quality. This study is presented from gathering
minar cuán competitiva es una empresa en el tiempo. Ello per-
the different administrative and systemic theories, happe-
mitirá realizar los ajustes y los cambios necesarios en la gestión,
ning for understanding the complexity of the differences of
determinando las actividades de valor con el fin de manejarlas
thinking, deciding and operating that the executives have as
eficazmente y mejorar la competitividad de la empresa.
generators of knowledge. It’s them who need to know the results of his actions and of how these contribute to the phases
Definición del problema de investigación
of the production line. Para definir el problema, se plantea responder la siguiente preThe model is based on the cognitive integration of the
gunta general:
following concepts: rules of business, bases and flows of knowledge. For application, the methodology of the Balance
¿Cómo determinar y gestionar las actividades de valor en una
Scorecard is related to the topics of motivations of manage-
empresa con un mercado altamente competitivo, empleando
ment and management of the ISO quality 9001. The applica-
la gestión del conocimiento y una metodología estratégica de
tion of the Balance Scorecard focused in the model of ma-
gestión enfocada en el conocimiento?
Invest Apl Innov 3(2), 2009
127
VERA, Rafael. â&#x20AC;&#x153;Modelo de gestiĂłn del conocimientoâ&#x20AC;?
ANTECEDENTES
Finalmente, la corriente de la facilitaciĂłn del conocimiento sus-
La gestiĂłn del conocimiento se orientĂł a ser un paradigma
acciones de los trabajadores del conocimiento y no en los pro-
fundamental para el desarrollo de cualquier organizaciĂłn
cesos humanos y cotidianos implicados.
tenta que la administraciĂłn del conocimiento se centra en las
inteligente. Actualmente se viene trabajando en sus fundamentos como base para lograr su aplicaciĂłn y mejora en la
Para el caso de la segunda corriente, la ingenierĂa del conoci-
obtenciĂłn de beneďŹ cios para las organizaciones.
miento, mencionaremos el trabajo de Amparo Alonso (IDCAM, p 49), en el que propone un sistema con un software capaz de
Existen varias corrientes agrupadas en comunidades que
soportar la representaciĂłn explĂcita del conocimiento en un
estudian la forma como integrar los conocimientos en las
dominio especĂďŹ co, y de explotarlo a travĂŠs de los mecanismos
actividades organizacionales. Dos de estas corrientes mĂĄs
apropiados de razonamiento para proporcionar un comporta-
importantes son la facilitaciĂłn del conocimiento y la ingenie-
miento de alto nivel en la resoluciĂłn de problemas. Esta idea se
rĂa del conocimiento, las cuales a continuaciĂłn se expondrĂĄn
fundamenta en los siguientes conceptos:
brevemente. s 3ISTEMAS "ASADOS EN #ONOCIMIENTO 3"# Tratan de proLa corriente de la facilitaciĂłn del conocimiento es sostenida,
blemas poco estructurados en los que se encuentran requi-
entre otros pensadores, por Ikujiro Nonaka (FLCDC, p. vii),
sitos subjetivos, entradas inconsistentes, incompletas o con
quien expone que el conocimiento no se puede administrar,
incertidumbre, y que no pueden ser resueltos aplicando
solo propiciar. TambiĂŠn argumenta que los administradores
algoritmos clĂĄsicos o la investigaciĂłn operativa.
deben abocarse a la creaciĂłn de conocimientos, no a su control, y que la facilitaciĂłn del conocimiento incluye el propiciar
128
s )NGENIERĂ&#x201C;A DEL #ONOCIMIENTO )# Es la disciplina tecnolĂł-
relaciones y conversaciones, asĂ como compartir el conoci-
gica que se centra en la aplicaciĂłn de una forma sistĂŠmica,
miento en todos los rincones de la organizaciĂłn, e inclusive
disciplinada y cuantiďŹ cable al desarrollo, funcionamiento y
mĂĄs allĂĄ de fronteras geogrĂĄďŹ cas y culturales.
mantenimiento de los Sistemas Basados en Conocimiento.
La creaciĂłn del conocimiento organizacional para la facilita-
Los SBC tienen como uno de sus principales orĂgenes el desa-
ciĂłn del conocimiento supone cinco pasos destacados y con-
rrollo de la inteligencia artiďŹ cial (IA), lo que se puede apreciar en
secutivos, los cuales son:
su arquitectura en particular, tal como se presenta en la ďŹ gura siguiente.
s #OMPARTIR EL CONOCIMIENTO TĂ&#x2030;CITO s #REAR CONCEPTOS A PARTIR DEL CONOCIMIENTO COMPARTIDO s *USTIlCAR LOS CONCEPTOS CON EVALUACIONES RIGUROSAS s
Elaborar un prototipo a partir de los conceptos justiďŹ cados
s
Difundir y compartir el nuevo conocimiento en la organizaciĂłn
Con la visiĂłn de establecer un potencial creciente de los conocimientos en la organizaciĂłn, la facilitaciĂłn del conocimiento se concibe de forma circular considerando cinco factores de facilitaciĂłn, que son los siguientes: s
%L INCULCAR UNA VISIĂ&#x2DC;N DEL CONOCIMIENTO
s ,A CONDUCCIĂ&#x2DC;N DE CONVERSACIONES s ,A MOVILIZACIĂ&#x2DC;N DE AGENTES COMPROMETIDOS CON EL CONOcimiento s ,A CREACIĂ&#x2DC;N DEL CONTEXTO ADECUADO s ,A TRANSMISIĂ&#x2DC;N GLOBALIZADA DEL CONOCIMIENTO LOCAL
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Figura 1: IngenierĂa del conocimiento, Amparo Alonso
Estas dos corrientes, no necesariamente antagonistas, proponen un estudio continuo del conocimiento desde diferentes puntos de vista, contribuyendo al desarrollo de la gestiĂłn del conocimiento y su utilizaciĂłn en beneďŹ cio de las organizaciones.
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
OBJETIVOS
s !NÉLISIS FODA (Fortalezas, Debilidades, Oportunidades, Amenazas)
s $ISE×AR UN MODELO DE GESTIØN DEL CONOCIMIENTO INTEgrando las reglas de negocio, las bases y los flujos de co-
s !NÉLISIS DE )MPACTOS 2IESGOS Y "ENElCIOS 0OTENCIALES
nocimiento. En el tablero, la primera parte se encuentra representada por s !PLICAR LA METODOLOGÓA DEL CUADRO DE MANDO INTEGRAL ENfocado en el modelo de gestión del conocimiento para
un BOTÓN de presentación y las dos siguientes, por dos BOTONES de activación.
determinar el valor en las actividades de una organización.
2. Seguimiento. Este segundo bloque es la columna principal del tablero y se encuentra constituido por la presenta-
CONTENIDO
ción de guías de actividades y por la actividad de control de resultados. Presenta las siguientes partes:
Este trabajo de investigación se inicia desarrollando cuatro etapas:
s $IAGRAMAS DE 'UÓA 0OLÓTICAS Y 2EGLAS DE .EGOCIO
s $ESARROLLO DE UN TABLERO DE MOTIVACIONES PARA LA GESTIØN
s -OTIVACIONES DE 2ESULTADOS /BJETIVOS -ETAS
s $ESARROLLO DE LA GESTIØN DE LA CALIDAD
En el tablero, la primera parte está representada por un BOTÓN de presentación y la segunda parte, por un BOTÓN de activa-
s $ESARROLLO DE LA METODOLOGÓA DEL CUADRO DE MANDO INTE-
ción.
gral 3. Iniciativas. Este último bloque tiene su importancia en la s $ESARROLLO DEL MODELO DE GESTIØN DEL CONOCIMIENTO
determinación de las acciones que se toman para lograr los resultados deseados en la organización. Presenta la si-
DESARROLLO DE UN TABLERO DE MOTIVACIONES PARA P A LA GESTIÓN
guiente parte:
129 s )NICIATIVAS ESTRATÏGICAS %STRATEGIAS Y 4ÉCTICAS
Como un esfuerzo de sistematizar la gestión, mencionaremos el trabajo del las Motivaciones de las reglas de negocio, publi-
En el tablero está representado por un solo BOTÓN de activa-
cado por Business Rules Community (SMBRM).
ción.
El tablero de motivaciones, basado en las Motivaciones de las reglas de negocio, es como un tipo de panel de control de accesos, que permite organizar sistematizadamente la gestión con un sentido interactivo. Esto hace manejable tanto la planificación de las motivaciones como el seguimiento de los indicadores del cuadro de mando integral y, por último, la aplicación de las iniciativas estratégicas planteadas en la organización. Este tablero tiene una división de tres bloques que interactúan entre sí. Estos son los siguientes: 1. Planificación. Es el primer bloque y está constituido por la presentación de las principales motivaciones y por la activación de los análisis fundamentales en la empresa. Presenta las siguientes partes: s -OTIVACIONES DEL .EGOCIO -ISIØN 6ISIØN Figura 2: Tablero de motivaciones
Invest Apl Innov 3(2), 2009
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
El tablero también considera las influencias del entorno y del
s 2ESPONSABILIDAD DE LA DIRECCIØN
comportamiento organizacional de la empresa, representadas por el marco circundante del tablero.
s 'ESTIØN DE LOS RECURSOS
Asimismo, funciona como una interfase básica de las activi-
s 2EALIZACIØN DEL PRODUCTO
dades de gestión, como parte de un mecanismo que se mantiene activo, formando parte de la solución, como veremos
s -EDICIØN !NÉLISIS Y -EJORAMIENTO
más adelante. A continuación, se describen las responsabilidades y acciones
DESARROLLO DE LA L GESTIÓN DE LA L CALIDAD
que deben realizarse en cada una de las etapas: Responsabilidad de la dirección. Esta etapa inicia la secuen-
Entre los proyectos de mejora en toda organización se pue-
cia de calidad, asegurando el apoyo y la participación de la alta
de mencionar la aplicación de las normas ISO 9001 versión
dirección. Ese apoyo es fundamental para darle al sistema de
2000, como un sistema de calidad que está muy de moda ac-
calidad el estatus de alta prioridad en la organización.
tualmente. Viene desarrollándose desde los últimos 20 años, basado en las enseñanzas de pensadores influyentes en el
s #OMPROMISO DE LA DIRECCIØN
mundo de la investigación de la calidad, como W. Edwars Deming y Joseph Juran. Esta teoría fue aplicada con gran éxito
s 0OLÓTICA DE LA CALIDAD
en compañías como General Electric y Motorola. Un sistema de calidad requiere contar con la disposición de todas las
s 0LANIlCACIØN
personas que lleven a cabo actividades en la organización, siempre respaldadas por la alta directiva. Involucra el apro-
s 2ESPONSABILIDAD AUTORIDAD Y COMUNICACIØN
piado manejo de los recursos para efectuar la realización del producto. Continúa con la determinación de los procesos y la
s 2EVISIØN POR LA DIRECCIØN
transcripción de la documentación correspondiente. Luego,
130
realiza los controles mediante mediciones y análisis; por últi-
Gestión de Recursos.- Esta etapa involucra desde controlar la
mo, aplica las mejoras propuestas, las cuales son el resultado
provisión de los recursos hasta mantener un adecuado ambien-
de los análisis. Como los procesos no son estáticos, es nece-
te de trabajo:
sario contar con la inteligencia de los trabajadores del conocimiento para desarrollar innovaciones que originen nuevos
s 0ROVISIØN DE LOS RECURSOS
procesos, se optimicen los actuales o se eliminen los obsoletos; todo dentro de una visión de integración y valoración de
s 2ECURSOS HUMANOS
las actividades del proceso. s )NFRAESTRUCTURA La gestión de la calidad, que emplea la norma internacional ISO 9001 versión 2000, utiliza esta secuencia de etapas:
s !MBIENTE DE TRABAJO
Figura 3: Manual de la norma internacional ISO 9001: 2000
Invest Apl Innov 3(2), 2009
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
Realización del producto. En esta etapa se consideran los
1. Definir el negocio
aspectos para llevar a cabo los procesos de la realización del producto, desde su planificación hasta su servicio posventa: s 0LANIlCACIØN DE LA REALIZACIØN DEL PRODUCTO
2. Realizar el análisis estratégico 3. Elaborar la guía estratégica
s 0ROCESOS RELACIONADOS CON EL CLIENTE 4. Definir los objetivos e indicadores s $ISE×O Y DESARROLLO DEL PRODUCTO s #OMPRAS s 0RODUCCIØN Y PRESTACIØN DEL SERVICIO s
Control de los dispositivos de seguimiento y de medición
5. Realizar las iniciativas de mejora La primera fase de la metodología se centra en definir la visión y la misión de la empresa. La segunda fase realiza el análisis FODA, que es una herramienta de planificación estratégica que busca literalmente identificar las fortalezas, oportunidades,
Medición, análisis y mejora. En esta etapa se planifican e implementan los procesos de seguimiento, medición, análisis y mejora del sistema de calidad. s 3EGUIMIENTO Y MEDICIØN
debilidades y amenazas en el negocio. El análisis FODA utiliza información, tanto del medio interno como del medio externo de la empresa (incluidas las empresas de la competencia). La información obtenida de un análisis FODA es de mucha utilidad para poder evaluar correctamente la situación actual de un ne-
s #ONTROL DEL PRODUCTO NO CONFORME s !NÉLISIS DE DATOS s -EJORA
gocio y tomar las acciones necesarias para lograr los objetivos de la organización. El balance de las perspectivas del cuadro de mando integral establece la base para construir el mapa estratégico que se pre-
DESARROLLO DE LA L METODOLOGÍA Í DEL CUADRO DE MANDO INTEGRAL El cuadro de mando integral tiene cuatro perspectivas re-
senta en la tercera fase.
LA INFORMACIÓN DEL CUADRO DE MANDO INTEGRAL
lacionadas secuencialmente entre sí: Aprendizaje, Internos, Clientes y Finanzas. Cada perspectiva requiere de un trabajo
La definición de los objetivos e indicadores son parte del desa-
en conjunto en la empresa, que empezará sustentando la for-
rrollo de la cuarta fase de la metodología del cuadro de mando
ma c´lomo sus unidades organizacionales se corresponden
integral. Sin embargo, cada perspectiva es una dimensión de la
con las perspectivas.
organización que agrupa objetivos que las áreas se proponen llevar a cabo y que deben contribuir a la obtención de valor
La metodología del cuadro de mando integral (CMI) que se
organizacional. Los objetivos deben ser mensurables, en can-
aplicará se divide en cinco fases secuenciales. El desarrollo de
tidad unos, y en cualidad otros. Los objetivos dan origen a los
cada fase requiere la elaboración y discusión en grupos de
indicadores, que tienen generalmente una fórmula de clase
trabajo motivados. Estas fases son las siguientes:
comparativa, es decir, comparan un evento o un resultado con un todo o un deseo expresado en cantidad o cualidad. Los objetivos pueden tener un conjunto de indicadores que deberán ser medidos cada cierto tiempo. Estos indicadores deben ser controlados para mantenerlos dentro de un rango aceptable con respecto a los umbrales de riesgo existentes. Cada uno debe tener una meta, con un valor referencial para controlar y asegurar que se encuentre en una buena situación estando cerca de este valor. Es necesario realizar proyecciones de los indicadores de acuerdo con los recursos posibles. Esto es propio y tiene que ser realista; la proyección es clave para determinar el valor futuro en la organización.
Figura 4: Metodología del Cuadro de mando integral
Invest Apl Innov 3(2), 2009
131
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
Establecidos los objetivos, identificados los indicadores y
En la pirámide de jerarquía se pueden distinguir tres tipos de
propuestas las metas, se requiere plantear las iniciativas para
indicadores de acuerdo con su uso dentro de la organización:
lograr alcanzar dichas metas. Una iniciativa tiene que ser realista, pero debe surgir de la creatividad y de la innovación de
s
El indicador operativo. Surge de las labores cotidianas de
grupos de trabajo responsables de efectuar y/o controlar los
las áreas o grupos de trabajo técnico-operativos. Su utilidad
indicadores. Esta debe traducirse en estrategias y en tácticas
radica en controlar actividades propias de las áreas.
planteadas para ser ejecutadas por las áreas de la organizas
ción.
El indicador ejecutivo. Surge del seguimiento de los procesos o del conjunto de actividades relacionadas que involucran áreas o grupos de trabajo diferentes. Su utilidad radica en controlar actividades que involucran varias áreas o unidades operativas, e, inclusive, procesos completos del negocio.
s
El indicador gerencial. Surge de consolidar la información obtenida del análisis de los dos tipos de indicadores anteriores. Este indicador tiene estos usuarios principales: directores, gerentes y jefes. Se utiliza para controlar el fun-
Figura 5: Estructura de la información del CMI
cionamiento general de la empresa aplicando cambios esUna iniciativa puede ser compartida por varios indicadores,
tratégicos en actividades primarias de la organización.
inclusive de diferentes objetivos o de diferentes perspectivas. Esta puede ser de consideración general o específica, de un área o de una unidad operativa en especial, lo que dependerá de los recursos y decisiones de la organización.
132
LA JERARQUÍA Í DEL MANEJO DE LOS INDICADORES EN EL CUADRO DE MANDO INTEGRAL Para la revisión de los indicadores se debe considerar desde el cálculo de los valores de sus avances hasta los análisis
Figura 6: Jerarquía del manejo de los indicadores del CMI
evolutivos y estadísticos que se puedan llevar a cabo para corregir desaciertos o proponer mejoras. Para esta actividad se
Los objetivos estratégicos de la empresa también deben ser re-
deben tener determinados los niveles de responsabilidad de
visados bajo los resultados de los indicadores relacionados con
acuerdo con la importancia de la información de cada indica-
cada uno. Sin embargo, esta revisión no será necesariamente
dor. Esto requiere categorizar los indicadores, considerando
periódica. Es posible que, cuando se originen cambios estraté-
su importancia y alcance en la organización. Se puede utilizar
gicos en la empresa, se tenga que revisar los objetivos afecta-
una pirámide de jerarquía de tres niveles, los cuales son:
dos para evaluar su permanencia, actualización o eliminación.
s .IVEL DE LAS UNIDADES OPERATIVAS
DESARROLLO DEL MODELO DE GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO
s .IVEL DE LAS UNIDADES EJECUTIVAS En esta etapa, la organización debe decidir formar un grupo de s .IVEL DE LA ALTA GERENCIA
trabajo con determinados profesionales del conocimiento para que lleven a cabo este modelo con las siguientes actividades:
Según donde se encuentren los orígenes de los indicadores, sus valores fluirán de un lado a otro, debido a que varios de
s
Determinar las primeras reglas de negocio. El modela-
ellos servirán de originadores o reforzadores de otros indica-
miento comenzará describiendo las primeras reglas básicas
dores. Se procederá así hasta llegar, de forma consolidada, a
para los requerimientos, los cuales establecerán las condi-
niveles mayores en la pirámide de jerarquía.
ciones para los flujos de conocimiento que serán transmitidos al universo de sistemas:
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VERA, Rafael. â&#x20AC;&#x153;Modelo de gestiĂłn del conocimientoâ&#x20AC;?
s 2EQUERIMIENTO DE EVALUAR EL COSTO BENElCIO DE LAS inversiones s 2EQUERIMIENTO DE INCREMENTAR LA COMPETITIVIDAD Y LA diferenciaciĂłn
s 3ISTEMAS CORPORATIVOS s 3ISTEMAS DE RECURSOS s 3ISTEMAS DE PRODUCCIĂ&#x2DC;N
s 2EQUERIMIENTO DE DESARROLLAR ACTITUDES PROFESIONALES y laborales s
La integraciĂłn de la plataforma de conocimientos. En esta parte, se presenta la plataforma de conocimientos dividida en cuatro sectores correspondientes con las perspectivas del CMI (Aprendizaje, Internos, Clientes y Finanzas). Cada uno es como una subplataforma, pero juntos conďŹ&#x201A;uyen hacia las reglas de negocio compartidas, donde el ďŹ&#x201A;ujo de conocimientos es alineado para una gestiĂłn de forma integrada. Figura 8: ArmazĂłn para desarrollar el conocimiento
Como se mencionĂł anteriormente, los ďŹ&#x201A;ujos de conocimientos van de la plataforma de conocimientos a los sistemas, pasando por las reglas de negocio. Luego de ser asimilados en los sistemas, continĂşa el ciclo proporcionando nuevos conocimientos que van a las bases de conocimientos, y asĂ se mantiene el ciclo virtuoso. Finalmente, se tiene armada la estructura del ďŹ&#x201A;ujo de conocimientos del modelo.
133
Figura 7: IntegraciĂłn de la plataforma de conocimientos
s Establecer temas estratĂŠgicos para las bases de conocimiento. La conformaciĂłn de las bases de conocimientos implica considerar temas estratĂŠgicos que tienen como ďŹ nalidad llevar a cabo acciones que involucran tendencias administrativas y tecnolĂłgicas actuales. Se propone considerar los siguientes temas estratĂŠgicos, re-
Figura 9: Estructura del ďŹ&#x201A;ujo de conocimientos
lacionados con cada subplataforma descrita: Combinando las relaciones presentadas entre los temas estratĂŠgicos con la plataforma de conocimientos, y la plataforma de conocimientos con las ĂĄreas funcionales, se formarĂĄ la armazĂłn de aprendizaje para el desarrollo de los conocimientos en la empresa. s Ensamblar la estructura del ďŹ&#x201A;ujo de conocimientos. Teniendo desarrollada la plataforma de conocimientos, para completar la estructura del ďŹ&#x201A;ujo de conocimientos, la empresa, con ďŹ nes prĂĄcticos, clasiďŹ cĂł su universo de sistemas en las siguientes agrupaciones:
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s !SPECTO COGNOSCITIVO DEL MODELO En esta parte se juntan las motivaciones con las expectativas de cada integrante de la empresa, asumiendo un compromiso con el proyecto e interiorizando que su participaciĂłn es importante para concluir con ĂŠxito. Desde un inicio y durante todo el proyecto, es necesario mantener en constante evaluaciĂłn a los avances con las premisas para deďŹ nir las estrategias, lo que ayudarĂĄ a la toma de decisiones en el modelo. Cada integrante comprometido con el negocio es como una neurona, al cual tiene que llegarle el impulso elĂŠctrico debido para participar en la creaciĂłn del nuevo conocimiento, y es el grupo o conjunto el que harĂĄ realidad esto. Es necesario
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
que, luego de entrar en producción el proyecto, se sigan
el sistema de calidad. Estas se llevan a cabo mediante el modelo
evaluando los elementos del modelo para su actualiza-
de gestión del conocimiento, cuya finalidad en esta etapa es
ción o enriquecimiento con nuevas reglas y nuevos co-
conseguir la determinación del valor en las actividades de la
nocimientos. La integración de los elementos descritos
empresa.
en este desarrollo proporcionará el modelo de gestión del conocimiento de la solución.
Figura 10: Esquema del modelo de gestión del conocimiento
INTEGRACIÓN PARA P A LA GESTIÓN DE L CALIDAD A TRAVÉS LA V DE LA L GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO Figura 11: Esquema de la integración para la calidad
Para esta etapa se procede a la recopilación de los conoci-
134
mientos necesarios que están diseminados por toda la em-
La determinación del valor organizacional se da en los grupos
presa. Luego, se pasa a la transcripción de los conocimientos
de importancia de la organización. Las actividades de calidad
recopilados, tanto tácitos como explícitos, a documentos con
deben enfocarse en estos grupos y trabajar para satisfacer es-
un formato estandarizado, para su tratamiento y almacena-
tratégicamente los requerimientos y necesidades de cada uno
miento. Esta actividad se llevó a cabo con el inventariado de
de ellos. Regularmente las organizaciones trabajan con cada
la documentación correspondiente con lo dispuesto por las
grupo de acuerdo con su rubro, sin descuidar ninguno de ellos.
normas del manejo de documentación del ISO 9001 versión
Por ejemplo, para una empresa de telecomunicaciones podría
2000 que, en su cláusula 4.2.1, establece documentar y man-
darse el siguiente orden:
tener el sistema de calidad como medio para asegurar que el
s #LIENTES
s 2EGULADOR
con esta base de conocimientos, producto del proceso de
s %MPLEADOS
s 3OCIEDAD
documentación, se pasa a la implementación del cuadro de
s )NVERSIONISTAS
producto cumpla con los requisitos especificados. Contando
mando integral donde se realiza una serie de entregables, los cuales son productos del manejo de los conocimientos ya
En la integración para la calidad, mientras que las primeras re-
formalizados.
glas de negocio en la normativa ISO permiten describir correctamente los procesos, es decir, le da a la empresa una orienta-
La integración para el caso se establece con las relaciones de
ción a los procesos, en el tablero de motivaciones de gestión
los tres temas siguientes:
(TMG) se presenta la descripción de las reglas del negocio en la parte de Diagramas de Guía (Políticas y Reglas de Negocio). En
s #-) ,A METODOLOGÓA DEL CUADRO DE MANDO INTEGRAL
la metodología del CMI, las principales reglas se encuentran en relación con el control estricto de los indicadores. Esto requiere
s 4-' %L TABLERO DE MOTIVACIONES DE GESTIØN
que sean formulados de tal manera que se tengan que cumplir con un valor que, como un semáforo, debe mantenerse dentro
s )3/ ,A NORMA INTERNACIONAL )3/ VERSIØN
de un rango positivo (verde), evitar caer en una zona de riesgo (amarillo) y, sobre todo, evitar caer en la zona de peligro (rojo).
Las relaciones de la integración refuerzan mutuamente la metodología del CMI con la gestión de la planificación y con
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VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
La integración para la calidad está dirigida a lograr la determinación del valor en la empresa. Ambos están relacionados mediante el modelo de gestión del conocimiento. Los conocimientos de los aspectos significativos de cada grupo de importancia están acumulados en bases de conocimiento de la organización, de las cuales fluyen los conocimientos hacia las áreas correspondientes para su utilización. Esto también involucra el uso de las reglas de negocio para alinear los flujos de conocimientos con las motivaciones de la empresa, considerando los aspectos condicionantes y a veces cambiantes de cada grupo de importancia.
RESULTADO L S Implementación de la solución Figura 12: Esquema de la determinación del valor
La presente solución se implementa como parte del desarrollo
Como se indicó anteriormente, la principal base de conoci-
de telecomunicaciones. En seguida, se presentan los formatos
mientos que se considera en el proyecto es la del sistema de
de los entregables de la aplicación de la metodología del cua-
calidad de ISO en que los flujos de conocimiento permitirán
dro de mando integral, ordenados mediante sus cinco fases.
que la organización pueda reproducir las mejores prácticas
Además se describen, para cada fase, sus respectivas relaciones
en diferentes áreas, teniendo como fuente de conocimientos
con los otros dos temas:
del sistema de calidad para la certificación ISO de una empresa
esta base. Esto tiene relación con el bloque de iniciativas del tablero de motivaciones de gestión (TMG) donde se desarro-
Primera fase:
llan las estrategias y las tácticas para mejorar los procesos o
CMI - Definir el negocio
para corregir actividades de algún proceso afectado; es de-
TDM - Motivaciones del negocio
cir, cuando un indicador relacionado se encuentra en la zona
ISO - Responsabilidad de la dirección
amarilla o en la zona roja. En la metodología del CMI, se en-
ENTREGABLE 1: Definición del negocio
cuentra la fase “realizar iniciativas de mejora” donde se listan
ENTREGABLE 2: Diagrama de la unidad de trabajo
las iniciativas que surgen como soluciones a los problemas encontrados.
Figura 13: Esquema de la integración para la gestión de la calidad a través de la gestión del conocimiento
Invest Apl Innov 3(2), 2009
135
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
Figura 14: Formato de entregable # 1 “Definición del negocio”
Figura 16: Formato de entregable # 7“Matriz de selección de objetivos”
Quinta fase: CMI - Definir las iniciativas TDM - Iniciativas estratégicas ISO - Medición, análisis y mejoramiento ENTREGABLE 9: Relación de iniciativas
136
Figura 15: Formato de entregable # 2“Diagrama de la unidad de trabajo”
Segunda fase: CMI - Realizar el análisis estratégico TDM - Análisis FODA ISO - Medición, análisis y mejoramiento ENTREGABLE 3: Análisis interno ENTREGABLE 4: Análisis externo Tercera fase:
Figura 17: Formato de entregable # 8 “Ficha de indicador”
DESARROLLO DEL APLICATIVO DE LA L SOLUCIÓN
CMI - Elaborar la guía estratégica TDM - Diagramas de guía
Análisis del aplicativo
ISO - Responsabilidad de la dirección ENTREGABLE 5: Síntesis estratégica ENTREGABLE 6: Mapa estratégico Cuarta fase: CMI - Definir los objetivos e indicadores TDM - Motivaciones de resultados
La elaboración del aplicativo se comenzará con la recopilación de los requerimientos de los futuros usuarios del aplicativo que serán seleccionados y confrontados. Así, podemos decir que los requerimientos corresponden a los siguientes cuatro puntos: s .ECESIDAD DE REGISTRAR PERIØDICAMENTE LOS VALORES DE LOS indicadores y ver la tendencia que presentan
ISO - Medición, análisis y mejoramiento ENTREGABLE 7: Matriz de selección de objetivos ENTREGABLE 8: Ficha de indicador
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s &ACILIDAD DE CAMBIO DE LOS PARÉMETROS DE CONTROL DE LOS INdicadores de acuerdo con mejoras que se planteen
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
s %STABLECER UN ACCESO DE LOS INDICADORES A TRAVÏS DE LAS redes corporativas s 6ISUALIZAR SEGÞN NIVELES JERÉRQUICOS DE LA ORGANIZACIØN A los indicadores correspondientes
Especificación del proceso (EP) El flujo de la información en la organización tiene dos aspectos importantes, que son determinados por:
Diseño de datos. En esta etapa se trata de transformar el modelo de la información creado durante el análisis en la estructura de datos necesario para implementar el aplicativo. Diseño arquitectónico. Esta representación de la estructura modular del programa se puede obtener del modelo de análisis y de la interacción de los subsistemas definidos dentro del modelo del análisis. La siguiente figura presenta el diseño arquitectónico del aplicativo.
s %L MEDIO DE TRANSMISIØN
Diseño de interfases. Ventanas de acceso y de consulta de in-
s ,A UTILIDAD DE LA INFORMACIØN
dicadores:
Especificación del control (EC) Es necesario tener un control del acceso a los valores de los indicadores. La formalización, a través de la asignación de responsabilidades y accesos para la interrelación con el aplicativo, tiene los siguientes derechos: s !DMINISTRADOR s 'ESTOR s ,ECTOR
Descripción de objetos El aplicativo tiene dos módulos básicos: Evolución y Estadística. Figura 19: Página de consulta de indicadores
Estos módulos son propuestos para apoyar al análisis, presentando la evolución periódica del indicador y su comportamiento estadístico.
Ventanas de consultas para análisis:
Diseño del aplicativo
Ventana de Reportes:
El modelo de diseño presenta cuatro etapas que, para su me-
Diseño procedimental. En esta etapa se produce la transfor-
jor manejo, pueden realizarse de forma consecutiva:
mación de los elementos estructurales del aplicativo en una
s $ISE×O DE DATOS
descripción procedimental de los componentes de software.
s $ISE×O ARQUITECTØNICO s $ISE×O DE INTERFASES s $ISE×O PROCEDIMENTAL
Curva de Control. Con los valores obtenidos de los avances del indicador (recomendable con los últimos 7 periodos), se obtienen la media y la desviación estándar con las cuales se determinan la zona de control de 2Zigma; la holgura, que está dada por la media más 2Zigma; el valor de delta, que es la diferencia entre el límite A y la holgura; y el rendimiento, que es el porcentaje de cuántas veces 2Zigma hay en delta. En la interfase de consulta de reportes se presentan tres tipos de consultas: s
Figura 18: Transformación del modelo de análisis en uno de diseño
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Indicadores no actualizados, con más de 10 días de tolerancia
s )NDICADORES QUE SALIERON FUERA DEL LÓMITE ES DECIR ESTÉN EN zona roja
137
VERA, Rafael. “Modelo de gestión del conocimiento”
s Indicadores que, estadísticamente, tienen que ser revisados
Esto se refleja en la satisfacción de los clientes y, con-
porque tienen una tendencia negativa o muy positiva, lo
secuentemente, en una mejor situación financiera de la
que indica que no fueron correctamente dimensionados
empresa. – Otra de las conclusiones expone que el CMI se presenta como una herramienta que proporciona a los ejecutivos información actual y les da la posibilidad de proyectarse para conseguir logros y evitar peligros en el ciclo de vida de la empresa. Esta solución se sustenta en la inteligencia de las personas que emplean estratégicamente los sistemas y documentan sus acciones especiales, las que al ser traducidas, interpretadas y analizadas se convierten en conocimiento. Luego, este conocimiento es almacenado en la base de conocimiento establecida, de
Figura 20: Curva de control
donde será transmitido para su uso en la empresa. Toda esta actividad también está sustentada en el modelo de gestión del conocimiento, registrándose los nuevos cono-
– El tablero de motivaciones de gestión se presenta como
cimientos surgidos en la documentación elaborada para el
un real reforzamiento a la aplicación de la solución. Es
sistema de calidad del ISO 9001 versión 2000.
como una interfaz interactiva que, sobre la base de las primeras motivaciones del negocio (Misión, Visión), acti-
CONCLUSIONES
va los análisis de la situación actual y de los valores obtenidos (FODA y De Impacto). Luego, establece las políticas
138
s El modelo de gestión del conocimiento presentado no tie-
y las reglas de negocio (Diagramas de Guía), lo que per-
ne la intención de ser un aplicativo más de la organización,
mite realizar el seguimiento a las motivaciones de resul-
sino una forma de manejar los conocimientos en ella para
tados (Objetivos, Metas). Finalmente, sobre la base de los
determinar el valor de las actividades del negocio.
conocimientos obtenidos del análisis de los indicadores, se pueden aplicar las iniciativas estratégicas (Estrategias
s ,A METODOLOGÓA DEL #-) APLICADA EN LA INVESTIGACIØN PRO-
y Tácticas) que permitirán lograr las metas establecidas,
porciona importantes beneficios a la empresa, entre los
asegurando así un control continuo y estratégico en la
cuales se pueden mencionar los siguientes:
disposición de obtener el valor agregado.
– Las relaciones causa-efecto de las diferentes perspectivas y el análisis de sus correspondientes indicadores
– La norma internacional ISO 9001 versión 2000, interre-
permiten identificar las acciones clave en la produc-
lacionada con el tablero de motivaciones y con la me-
ción. Así, sobre la base de ello, se pueden eliminar los
todología del cuadro de mando integral, fortalece al
“cuellos de botella” que retardan las operaciones en la
sistema de calidad, viabilizando el cumplimiento de las
producción.
cláusulas requeridas para la certificación de los procesos de la empresa.
– El manejo de los indicadores erradicó el viejo paradigma que afirmaba que las actividades, como las de
s %STE TRABAJO POR LO TANTO HA TENIDO A BIEN PRESENTAR UN MO-
recursos humanos, no eran medibles y no contribuían
delo de gestión del conocimiento para ser adoptado por
a generar valor a la organización. La contribución de
cualquier organización con un proactivo modo de pensar.
las personas a los grandes objetivos de la organización está garantizada. Para ello, la empresa debe adoptar
REFERENCIAS
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Invest Apl Innov 3(2), 2009
139
Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de en pepinillo y en tomate. Effect of sodium bicarbonate and vegetal oil on the control of leandria momordicae in cucumber and alternaria solani in tomato. Roberto Ramírez Otárola RESUMEN
mate Jumbo AG-592. Se realizaron 5 evaluaciones de la severidad de la enfermedad, las cuales se iniciaron 39 días después
Fueron conducidos dos ensayos en un campo experimental
del transplante, siendo repetidas cada 14 días inicialmente y
agrícola ubicado en Sao Paulo, Brasil. Se utilizó un diseño es-
luego cada 7 días. Se determinaron las curvas de desarrollo epi-
tadístico de Bloques Completamente al Azar con 4 repeticio-
demiológico de la enfermedad y la productividad del cultivo
nes.
en cada tratamiento. Se concluyó que: a) la quinta hoja de las plantas es la mas adecuada para el estudio epidemiológico de
140 En el primer ensayo, el objetivo fue evaluar la eficiencia de
esta enfermedad; b) el iprodione presentó efecto positivo en el
aplicaciones semanales de bicarbonato de sodio (5, 10 y 15
control del patógeno en estudio cuando fue aplicado solo o en
g/l), comparados con el ingrediente activo benomyl (0,5 g/l),
combinación con bicarbontato de sodio o aceite vegetal; c) no
para el control del hongo Leandria momordicae y su efecto
se encontraron diferencias estadísticas significativas en el con-
en el rendimiento del pepinillo híbrido Premier. Se realizaron
trol de Alternaria entre aplicaciones de Iprodione ó bicarbona-
5 evaluaciones de la severidad de la enfermedad, las cuales
to de sodio aplicados aisladamente; d) la mayor productividad
se iniciaron 28 días después del transplante, siendo repetidas
y número de frutos se obtuvo con los tratamientos: bicarbona-
cada 14 días. Se determinaron las curvas de desarrollo epi-
to de sodio, iprodione y aceite vegetal + iprodione.
demiológico de la enfermedad y la productividad del cultivo en cada tratamiento. Se concluyó que: a) la cuarta hoja de las
Abstract
plantas es la mas adecuada para el estudio epidemiológico de esta enfermedad; b) el benomyl disminuye la tasa de de-
Two experiments were carried out under field conditions in
sarrollo epidemiológico de la enfermedad; c) el bicarbonato
Sao Paulo State, Brazil. The statistical design was randomized
de sodio no afectó significativamente la tasa de desarrollo de
blocks, replicated four times.
la enfermedad, aun cuando a dosis de 10 g/l proporcionó un aumento significativo del rendimiento del cultivo, equivalen-
In the first experiment, the efficiency of different levels of so-
te al del benomyl .
dium bicarbonate (0,5, 1 and 1,5 %) compared with benomyl (0.05%), sprayed weekly, on the control of cucumber net spot
En el segundo ensayo, el objetivo fue evaluar la eficiencia
(Leandria momordicae) , were studied on cucumber cv Premier.
de aplicaciones semanales de bicarbonato de sodio (10 g/l),
The disease severity was rated, five times, at 14 days interval
Natural Oil - aceite vegetal de uso agrícola (10 ml/l) y el in-
which, started 28 days after the transplanting date, and the epi-
grediente activo iprodione (0,75 g/l), aplicados aisladamente
demiological development curves were determined. The Fruit
ó en combinaciones de a dos productos, para el control del
yield of each experimental plot was also evaluated. The results
hongo Alternaria solanii y su efecto en el rendimiento del to-
showed that the evaluation of the disease severity in the fourth
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RAMÍREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”
leaf were more adequate for studying the cucumber net spot
En la horticultura alternativa, así como en la convencional, exis-
epidemics. Disease severity was lower in benomyl treatment.
te una preocupación por generar alternativas que permitan la
The highest fruit yields were obtained with the treatments
reducción de los fungicidas convencionales. Una línea de inves-
benomyl and sodium bicarbonate (1 %), with no statistical di-
tigación busca la utilización de productos biocompatibles (bi-
fferences among them.
carbonatos y aceites) [2], [8] como los fungicidas. Tales produc-
In the second experiment, the efficiency of sodium bicarbo-
ambiental, son una alternativa muy interesante en el control de
nate (1 %), Natural Vegetable oil (1 %) and iprodione (0,075
enfermedades en hortalizas.
tos, debido a su baja toxicidad en mamíferos y su mínimo daño
%), sprayed weekly alone or in combination of two, on the control of tomato early blight ((Alternaria solani) , were studied
El presente estudio fue realizado con el objetivo de evaluar, en
on tomato cv Jumbo AG-592. Disease severity was rated at 14
condiciones de infección natural, el efecto del bicarbonato de
days interval (the first five) or 7 days interval (the last two eva-
sodio en el desarrollo del hongo Leandria momordicae en pe-
luations), which started 39 days after transplanting date, and
pinillo (Cucumis sativus L.), y del bicarbonato de sodio y aceite
the epidemiological development curves were determined.
vegetal en el desarrollo del hongo Alternaria solanii en tomate
The Fruit yield of each experimental plot was also evaluated.
(Lycopersicon esculentum Mill). Adicionalmente, otro objetivo
The results showed that the evaluation of the disease severity
fue evaluar el efecto de las enfermedades sobre el rendimiento
in the fifth leaf were more adequate for studying the tomato
de dichos cultivos.
early blight epidemics. Iprodione plus sodium bicarbonate or vegetable oil provided better disease control. Iprodione and
FUNDAMENTOS
sodium bicarbonate provided also efficient control, although with no statistical differences among them. Sodium bicarbo-
Como método de control de enfermedades de plantas, se ha
nate, iprodione and vegetable oil plus iprodione resulted in
utilizado exclusivamente fungicidas, a pesar de sus problemas
the highest yield and fruit number.
de contaminación, generación de resistencia y costos elevados.
Palabras clave
Actualmente, existe una corriente de investigación que busca identificar tecnologías de producción ecológicamente mas
Leandria momordicae, Alternaria solani, fungicidas agrícolas
adecuadas. En esta línea, el uso de bicarbonatos y aceites se ha
de baja toxicidad, bicarbonato de sodio, aceite vegetal.
tornado en una alternativa interesante para el control de enfermedades fungosas. Los bicarbonatos no son eficientes como
Key words
tratamiento de prevención de hongos. Su acción es fungicida al contacto directo con los patógenos, inhibiendo la formación y
Leandria momordicae, Alternaria solani, low toxicity agricultu-
germinación de conidias de diferentes hongos [2], [8].
re fungicides, sodium bicarbonate, vegetable oil. Varios polímeros (aceites vegetales, aceites minerales, antitrans-
INTRODUCCIÓN
pirantes, ceras y siliconas), han sido utilizados como barrera natural sobre la superficie de las hojas contra la penetración del
Los cultivos hortícolas son exigentes en altas inversiones,
tubo germinativo de ciertos hongos patogénicos. Estos polí-
siendo el alto consumo de pesticidas un componente muy
meros no son fitotóxicos, son permeables a gases y biodegra-
importante del costo de producción de los mismos. Estas
dables; pudiendo inclusive ser utilizados en combinación con
aplicaciones de pesticidas pueden originar consecuencias
fungicidas convencionales. Existen reportes de mejora de la efi-
dañinas para el ambiente, para el consumidor y para los apli-
ciencia en el control de los hongos Alternaria solanii y Septoria
cadores de pesticidas. Por ejemplo, en el cultivo del tomate
lycopersicii en tomate, mediante el uso del antitranspirante GZM
en Brasil, la tasa de consumo de fungicidas fue reportada en
combinado con el fungicida Carbendazim [1].
23,3 kg/ha campaña; el mayor valor de consumo entre todos los cultivos producidos en el país [6].
La eficiencia fungicida del bicarbonato de sodio y ciertos aceites aumentó cuando estos productos fueron usados en combi-
Investigaciones recientes han demostrado que es posible la
nación, debido al incremento de la adherencia del ión bicarbo-
reducción de esos consumos de modo significativo median-
nato en las hojas [2], [8].
te la implementación de programas de Manejo Integrado de Plagas, sin disminuir los rendimientos ni perjudicar la apa-
Por otro lado, el Leandria momordicae en pepinillo y el Alter-
riencia de los productos cosechados [7], [4].
naria solanii en tomate son dos patógenos que causan muy
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141
RAMÍREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”
importantes pérdidas, principalmente en el Brasil. El control
Los 5 tratamientos fueron distribuidos en un diseño de Bloques
convencional de estas enfermedades no es eficiente, pues
Completamente al Azar con 4 repeticiones, totalizando 20 par-
ocasionan pérdidas de cosecha superiores al 50% [3].
celas. Cada parcela estuvo constituida por 40 plantas.
PROCEDIMIENTO
Para determinar la evolución de la enfermedad, se hicieron 5 evaluaciones. Estas se iniciaron 28 días después del transplante y fueron repetidas cada 14 días. Las evaluaciones fueron basa-
Los dos experimentos (uno con pepinillo y otro con tomate) fueron conducidos en condiciones de campo experimental
das en el porcentaje del área foliar afectada (escala de notas
agrícola ubicado en Jaboticabal, Estado de Sao Paulo, Brasil
del 1 a 6), de acuerdo con la metodología desarrollada para el
(21° 45´ 20” de latitud sur y 48° 45´ 58” de longitud oeste). El
cultivo de la papa [6].
clima de la región, conforme a la Clasificación de Köpen es de tipo Cwa subtropical, con lluvias de verano, presentando
Durante la cosecha, las dos hileras centrales de cada parce-
precipitación media anual de 1400 mm y temperatura media
la fueron usadas para la determinación de la producción, así
anual de 22°C.
como número y peso promedio de frutos comerciales.
El suelo del campo experimental es un Latosol Rojo Oscuro – fase arenosa. Los resultados del análisis químico de suelos a 20 cm de profundidad muestran una alta fertilidad (Tabla 1) Experimento 1: Efecto del bicarbonato de sodio sobre la epidemia de Leandria momordicae en pepinillo. Se utilizó el pepinillo híbrido Premier, altamente susceptible a Leandria momordicae, pero resistente al resto de enfermedades fungosas. Se utilizaron plantines de 12 dias de edad en vivero. La fertilización del suelo fue 220- 400- 240 kg/ha de N,
142
P2O5 y K2O respectivamente, de acuerdo a los requerimientos resultantes del análisis de suelos. Los tratamientos fueron: 1 Testigo 2 Benomyl (0,5 g/l) 3 Bicarbonato de sodio (5 g/l) 4 Bicarbonato de sodio (10 g/l) 5 Bicarbonato de sodio (15 g/l) Desde el día 22 luego del transplante, las plantas fueron trata-
Figura 1. Escala diagramática: 0 %, 2,5 %, 12 %, 25 %, 50 % y mas de 50 %
das semanalmente, hasta completar 9 aplicaciones.
de área foliar lesionada por Leandria momordicae, que corresponden a los índices de severidad de la enfermedad 1, 2, 3, 4, 5 y 6. [1].
Experimento 1. Pepinillo 2. Tomate
P resina
M.O.
pH em
mg. dm-3
K
Ca
Mg
H + Al
SB
g.dm-3
Cacl2
100
34
6,0
5,3
47
23
25
75
100
75
66
32
5,9
3,1
80
25
10
11
118
92
mmolc.dm-3
V %
Tabla 1. Resultado del análisis químico del suelo experimental. Jaboticabal, Sao Paulo.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
T
RAMÍREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”
Experimento 2: Efecto del bicarbonato de sodio y aceite
Datos originales (x)
vegetal sobre la epidemia de Alternaria solanii en tomate. Transformación logística = ln (x/(1-x)); Se utilizó el tomate cultivar Jumbo AG-592, que presenta plantas de crecimiento indeterminado para consumo fresco.
Los datos originales fueron transformados en valores mayores a
Este cultivar es altamente susceptible a Alternaria solani, pero
0 y menores a 1 (proporción de enfermedad)
resistente al resto de enfermedades fungosas. Se utilizaron plantines de 32 días de edad en vivero. La fertilización del
Para cada hoja evaluada (3 en pepinillo y 4 en tomate), cada
suelo fue 200 - 400 - 240 kg/ha de N, P2O5 y K2O respectiva-
transformación (2) y cada tratamiento (5 en pepinillo y 7 en to-
mente, de acuerdo a los requerimientos resultantes del aná-
mate) se determinó una ecuación de recta con la forma:
lisis de suelos. x = a + bt Los tratamientos fueron: 1 Testigo 2 Iprodione (0,75 g/l)
Donde: x = proporción de la enfermedad
3 Bicarbonato de sodio (10 g/l) 4 Aceite vegetal (10 ml/l) 5 Bicarbonato de sodio (10 g/l) + aceite vegetal (10 ml/l)
a = cantidad de inóculo inicial b = tasa aparente de infección
6 Bicarbonato de sodio (10 g/l) + Iprodione (0,75 g/l) t = tiempo desde el inicio de la enfermedad 7 Aceite vegetal (10 ml/l) + Iprodione (0,75 g/l) El aceite vegetal usado fue Natural Oil (Arbole Agrícola y Comercio Ltda.)
143 Desde el día 12 luego del transplante, las plantas fueron tratadas semanalmente, hasta completar 12 aplicaciones. Los 7 tratamientos fueron distribuidos en un diseño de Bloques Completamente al Azar con 4 repeticiones, totalizando 28 parcelas. Cada parcela estuvo constituida por 40 plantas. Para determinar la evolución de la enfermedad, se hicieron 7 evaluaciones. Estas se iniciaron 39 días después del transplante y fueron repetidas cada 14 días (las 5 primeras) o cada 7 días (las 2 últimas). Las evaluaciones fueron basadas en el porcentaje del área foliar afectada (escala de notas de 1 a 5), de acuerdo con la metodología desarrollada para el cultivo del tomate [5]. Durante la cosecha, las dos hileras centrales de cada parcela fueron usadas para la determinación de la producción, así como el número y peso promedio de los frutos comerciales.
Análisis epidemiológico Se realizó un análisis de regresión lineal en cada ensayo, con-
Figura 2. Escala diagramática: 0 %, 2,5 %, 12 %, 25 % y 50 % de área foliar
siderando los datos originales y la transformación logística,
lesionada por Alternaria solani, que corresponden a los índices de severi-
del modo siguiente:
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dad de la enfermedad 1, 2, 3, 4 y 5. [5].
RAMÍREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”
RESULTADO L S
De acuerdo a los datos de la Tabla 3, se encuentran diferencias significativas entre los valores de B para todos los métodos de
A. Efecto de los métodos de control en la severidad de las enfermedades
control cuando fueron comparados con el Benomyl (0,5 g/l), el cual tuvo el menor valor de B del ensayo. Se concluye que el Benomyl influye significativamente en la disminución del desarrollo del hongo en comparación con el resto de tratamientos.
Pepinillo
Entre las dosis de bicarbonato de sodio la de 10 g/l mostró el En pepinillo, los mayores valores de R2 fueron obtenidos me-
menor valor de B.
diante la determinación de la severidad de la enfermedad en la cuarta hoja a partir del ápice de la planta. Se considera entonces a esta hoja como la más adecuada para el estudio
Tratamiento
epidemiológico de Leandria momordicae (Tabla 2) Valores de Coeficientes de determinación de las ecuaciones de las curvas epidemiológicas obtenidas evaluando la cantidad de enfermedad a través de la severidad de la misma Tratamiento Testigo
N.° Hoja
Log i t
Testigo
Ecuación / curva
Valores de los Parámetros Estadísticos
Epidemiológica
F p/ reg. L in
R
54,95**
0,868
68,34**
0,890
45,01**
0,845
44,18**
0,843
57,05**
0,872
Y = -2,8412 + 0,1399 x
Benomyl (0,5
Y = -1,7230 +
g/L)
0,0292 x
Bicarbonato
R*2
de Sodio (5
4
0,919
g/L)
5
0,917
Bicarbonato
6
0,916
de Sodio (10
Y = -2,8327 + 0,1267 x Y = -2,8415 + 0,1257 x
g/L) Benomyl
4
0,837
Bicarbonato
(0,5 g/L)
5
0,810
de Sodio (15
6
0,890
Y = -2,8357 +
g/L)
0,1299 x
** significativo a nivel de 1% de probabilidad
144 Bicarbonato de Sodio (5 g /L)
Bicarbonato de Sodio (10 g /L)
4
0,951
5
0,948
6
0,930
4
0,953
5
0,941
quinta hoja a partir del ápice de la planta. Se considera enton-
6
0,936
ces a esta hoja como la mas adecuada para el estudio epide-
Tabla 3: Efecto de los diferentes métodos de control en la curva epidemiológica de Leandria momordicae
Tomate En tomate, los mayores valores de R2 fueron obtenidos mediante la determinación de la severidad de la enfermedad en la
miológico de Alternaria solanii (Tabla 4). Bicarbonato de Sodio (15 g /L)
4
0,944
5
0,936
6
0,929
Promedio de 4° hoja Promedio de 5° hoja Promedio de 6° hoja Promedio General
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Tratamiento
N° Hoja
Log i t
Testigo
4
0,965
5
0,955
6
0,950
7
0,944
Iprodione
4
0,947
(0,75 g/l)
5
0,939
R*2
0,921 0,910 0,920 0,917
Tabla 2: Determinación de la hoja mas adecuada para el estudio epidemiológico de Leandria momordicae
Valores de Coeficientes de determinación de las ecuaciones de las curvas epidemiológicas obtenidas evaluando la cantidad de enfermedad a través de la severidad de la misma
RAMÍREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”
el efecto positivo del Iprodione y el bicarbonato de sodio en el
6
0,966
7
0,960
4
0,962
5
0,972
6
0,949
7
0,945
Iprodione
Y = -2,2974 +
Aceite vegetal
4
0,962
(0,75 g/l)
0,0666 x
(10 ml /l)
5
0,954
Bicarbonato
6
0,940
de Sodio
7
0,930
(10g/l)
Bicarbonato de Sodio (10 g /l)
Bicarbonato de Sodio (10 g /l) + aceite vegetal (10 ml/l)
4
0,911
5
0,947
control del patógeno.
Tratamiento
Testigo
Ecuación / curva Epidemiológica Y = -2,8449 + 0,1015 x
Y = -2,6772 + 0,0893 x
Aceite vege-
Y = -2,8439 +
tal (10 ml/l)
0,1012 x
Valores de los Parámetros Estadísticos F p/ reg. L in
R
63,91**
0,843
43,65**
0,792
61,95**
0,839
63,98**
0,843
64.48**
0,844
47,79**
0,805
Bicarbonato de Sodio (10g/l) +
6
0,903
aceite vege-
7
0,911
tal (10ml/l)
Y = -2,9056 + 0,1060 x
Bicarbonato Bicarbonato de Sodio (10 g /l) + Iprodione (0,75 g/l)
de Sodio 4 5
7
ml/l) +
(10g/l) + Iprodione
6
Aceite vegetal (10
0,839
Y = -2,0911 + 0,0567 x
0,900
(0,75 g/l)
0,930
Aceite vege-
0,951
tal (10 ml/l)
Y = -1,9429 +
+ Iprodione
0,0490 x
145 123,70**
0,909
(0,75g/l) 4
0,952
5
0,958
6
0,940
7
0,958
** significativo a nivel de 1% de probabilidad Tabla 5: Efecto de los diferentes métodos de control en la curva epidemio-
Iprodione (0,75 g/l)
lógica de Alternaria solani
B. Efecto de los métodos de control en la producción de los cultivos
Promedio 4° hoja
0,934
Promedio 5° hoja
0,946
Promedio 6° hoja
0,940
Promedio 7° hoja
0,943
ficativamente afectada por el método de control de Leandria
Promedio General
0,941
momordicae (Figura 3). El producto Benomyl fue el que propor-
Tabla 4: Determinación de la hoja mas adecuada para el estudio epidemiológico de Alternaria solani
Pepinillo La producción de frutos comerciales de pepinillo fue signi-
cionó mejor resultado de control, aun sin mostrar diferencias significativas en relación al control con bicarbonato de sodio (10 g/l). La mejor dosis de este producto alternativo fue de 10
De acuerdo a los datos de la Tabla 5, los valores de B muestran que los tratamientos 6 (bicarbonato de sodio 10 g/l + Ipro-
g/l, que fue la única dosis significativamente superior en productividad (38 %) en relación al tratamiento testigo.
dione 0,75 g/l); 7 (aceite vegetal 10 ml/l + Iprodione 0,75 g/l) y 2 (Iprodione 0,75 g/l) no tuvieron diferencias significativas
La dosis de 15 g/l de bicarbonato produjo una disminución en
entre si presentando los menores valores de B. Se constató
el rendimiento del cultivo, lo cual podría deberse al efecto fitotóxico de dicha dosis.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
RAMÍREZ, Roberto. “Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomate”
Benomyl fue significativamente superior en número de frutos
No se encontró efecto positivo del bicarbonato de sodio ó del
comerciales. Entre los tratamientos con bicarbonato, la dosis
aceite vegetal en el rendimiento, al ser mezclados con iprodio-
de 10 g/l produjo mayor número de frutos.
ne. El aceite vegetal no mostró eficiencia en el control de la enfermedad. El peso promedio de los frutos comerciales, no fue afectado por el método de control utilizado (Tabla 7). El mayor número de frutos comerciales se constató en los tratamientos que mostraron las mayores producciones, pero sin existir diferencias significativas.
Figura 3: Efecto de los diferentes métodos de control de Leandria momordicae en la producción de frutos comerciales en pepinillo
El peso promedio de los frutos comerciales, no fue afectado por el método de control utilizado (Tabla 6). Frutos Comerciales Tratamiento
146
Número (millares/ha)
Peso Promedio (g)
Figura 4: Efecto de los diferentes métodos de control de Alternaria solani
Testigo
105,5 b
147,5 a
momordicae en la producción de frutos comerciales de tomate
Benomyl (0,5 g/l)
180,5 a
150,0 a
110,0 b
142,5 a
Tratamiento
Número (millares/ha)
Peso Promedio (g)
140,0 b
152,5 a
Testigo
496,0 a
100 a
Iprodione (0,75g/l)
667,0 a
110 a
119,0 b
152,5 a
662,0 a
110 a
D.M.S. (5%)
1,64
0,19
C.V.
6,41
5,62
553,0 a
100 a
505,0 a
100 a
605,8 a
110 a
684,0 a
100 a
Bicarbonato de Sodio (5 g/l) Bicarbonato de Sodio (10 g/l) Bicarbonato de Sodio (15 g/l)
Frutos Comerciales
Bicarbonato de Sodio (10 g/l) Aceite vegetal (10 ml/l)
Tabla 6: Efecto de los diferentes métodos de control de Leandria mo-
Bicarbonato de So-
mordicae en el número y peso medio de frutos comerciales de pepinillo
dio (10 g/l) + Aceite vegetal (10ml/l)
Tomate
Bicarbonato de
La producción de frutos comerciales de tomate no fue signi-
Sodio (10 g/l) +
ficativamente afectada por los métodos de control de Alter-
Iprodione (0,75 g/l)
naria solanii (Figura 4). Los tratamientos que mostraron la ma-
Aceite Vegetal
yor eficiencia en el control del desarrollo de la enfermedad
(10ml/l) + Iprodio-
(bicarbonato de sodio, iprodione, aceite vegetal + iprodione,
ne (0,75g/l)
bicarbonato de sodio + iprodione), fueron los mismos que
D.M.S. (5%)
241,61
10,00
generaron los mayores rendimientos. El bicarbonato de sodio
C.V.
17,36
5,71
aumentó 36% la producción, al ser comparado con el testigo. Este resultado sugiere que esta sustancia es promisoria para
Tabla 7: Efecto de los diferentes métodos de control de Alternaria solani
el control de la enfermedad, de modo que se sugiere realizar
en el número y peso medio de frutos comerciales de tomate
nuevos estudios.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
RAMĂ?REZ, Roberto. â&#x20AC;&#x153;Efecto del bicarbonato de sodio y del aceite vegetal sobre las epidemias de leandria momordicae en pepinillo y alternaria solani en tomateâ&#x20AC;?
CONCLUSIONES
[6]
REIFSCHNEIDER FJB, LOPES CA, COBBE RV. (1989). Manejo integrado das doencas. Circular TĂŠcnica de CNPHortalicas, (7), 1-15.
Los dos ensayos permitieron concluir lo siguiente: s ,A DETERMINACIĂ&#x2DC;N DE LA SEVERIDAD DE LA ENFERMEDAD EN LA
[7]
University of California. Statewide Integrated Pest Mana-
cuarta hoja de la planta de pepinillo fue mas adecuada
gement Project. (1998). Integrated Pest Management for
para el estudio epidemiolĂłgico de Leandria momordicae.
Tomatoes (4a. ed.) Oakland: University of California Publication Services.
s ,A DETERMINACIĂ&#x2DC;N DE LA SEVERIDAD DE LA ENFERMEDAD EN la quinta hoja de la planta de tomate fue mas adecuada para el estudio epidemiolĂłgico de Alternaria solani.
[8]
Ziv O, Zitter TA (1992). â&#x20AC;&#x153;Effects of bicarbonates and ďŹ lms forming polymers on cucurbit foliar diseasesâ&#x20AC;?. Plant Disease, (76) (5), 513-517
s %L "ENOMYL FUE EL PRODUCTO MĂ&#x2030;S ElCIENTE PARA EL CONTROL de Leandria momordicae, mientras que el bicarbonato de
ACERCA DEL L AUTOR
sodio no afectĂł signiďŹ cativamente el desarrollo de dicho patĂłgeno.
Roberto RamĂrez OtĂĄrola Sarmiento es Ingeniero AgrĂłnomo, con maestrĂa en
s .O SE ENCONTRARON DIFERENCIAS ESTADĂ&#x201C;STICAS SIGNIlCATIVAS
ProducciĂłn Vegetal por la Universida-
entre bicarbonato de sodio e iprodione en el control de
de Estadual Paulista, Sao Paulo, Brasil.
Alternaria solanii en tomate.
Varios aĂąos de su vida profesional se han desarrollado en actividades de
s "ENOMYL Y BICARBONATO DE SODIO G L PRESENTARON
producciĂłn agrĂcola en condiciones
producciĂłn y nĂşmero de frutos comerciales en pepinillo
desĂŠrticas vinculado a empresas de
signiďŹ cativamente superiores al testigo.
agroexportaciĂłn.
s "ICARBONATO DE SODIO IPRODIONE Y ACEITE VEGETAL IPROdione proporcionaron los mejores rendimientos y nĂşmero de frutos en tomate.
REFERENCIAS [1]
HAN,, JS (1990). â&#x20AC;&#x153;Use of antitranspirants epidermal coatings for plant protection in Chinaâ&#x20AC;?. Plant Disease, (74) (4), 263-266
[2]
HORSTT RK, KAWAMOTO SO, Potter LL. (1992). â&#x20AC;&#x153;Effect of sodium bicarbonate and oils on the control of powdery mildew and black spots in rosesâ&#x20AC;?. Plant Disease, (76) (3), 247-251
[3]
JONES JB, JONES JP, STALL RE, ZITTER TA. (2001). Plagas y Enfermedades del Tomate (2a. ed.) Madrid: Mundiprensa.
[4]
JONES JP (1991). Early blight. En JB Jones, JP Jones (Ed). Compedium of tomato diseases. Saint Paul: The American Phytopathological Society.
[5]
KONNO YT. (1990). Efetividade de fungicidas in vitro a atravĂŠs de tĂŠcnicas de aplicacao em cultivares de tomateiro no controle de Alternaria solani. Jaboticabal Sao Paulo: Faculdade de Ciencias Agrarias e Veterinarias.
Invest Apl Innov 3(2), 2009
Actualmente se desempeĂąa como Director de Tecsup Trujillo.
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