Revista UCT by unexpo postgrado

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA

DIRECTORIO DE LA REVISTA UNIVERSIDAD, CIENCIA Y TECNOLOGÍA Directora: Dra. Minerva Arzola

Vol. 16, Nº 62, Marzo 2012 Revista trimestral editada por la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”, UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz. INDIZADA EN:  Actualidad Iberoamericana  Aluminium Industry Abstracts  Corrosion Abstracts  CSA Engineering Research Database  CSA Materials Research Database with METADEX  CSA Recent References Related to Technology  CSA Technology Research Database  Environment Abstracts  LATINDEX  Mechanical & Transportation Engineering Abstracts  METADEX  REVENCYT  Colección SciELO Venezuela (www.scielo.org.ve) REGISTRADA EN:  Ulrich΄s Internacional Periodicals Directory Nuestra Portada:

Imagen del detector de neutrinos Opera, en el Gran Sasso. El experimento ha usado satélites GPS para medir el punto exacto de salida y llegada de los neutrinos. Se trata de partículas sin carga que atraviesan la materia a raudales sin perturbarla. Para poder cazarlos, el Opera usa un muro subterráneo compuesto por 150.000 ladrillos que contienen película fotográfica. El tiempo de desplazamiento también se mide con relojes atómicos de alta precisión. Fuente: Laboratorio de Física Computacional de la Sección de Física UNEXPO (Vicerrectorado Puerto Ordaz)

Editor: Dr. Luis Rosales Comité Editorial (en orden alfabético): Dr. Angel Custodio Dra. Mayra D‟Armas Dr. Herman Fernández Dra. Linda Gil Dr. Luis Rosales Dr. Ovidio León MSc. Sady Zurita Autoridades Nacionales de la UNEXPO Rectora: Lic. Rita Añez Vice-Rectora Académica: Dra. Fraisa Codecido Vice-Rectora Administrativa: Msc. Mazra Morales Secretaria: Ing. Magly de Peraza Autoridades Regionales, Vicerrectorado Puerto Ordaz Vice-Rector: Dr. Ovidio León Director Académico: Ing. Carlos Pietri Director Administrativo: Msc. Miguel Leyton Directora de Investig. y Postgrado: Dra. Minerva Arzola Administración y transcripciones TSU Zorelys Romero Diseño Portada Tec. Miguel Torres Composición: Dra. Mayra D‟Armas Impresión: Dirección de Investigación y Postgrado, UNEXPO Puerto Ordaz

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CONTENIDO

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Vol. 16, Nº 62, Marzo 2012 ISSN 1316-4821

Árbitros AMBIENTE

Rodríguez, Carmen. Calidad de cuerpos de agua: Municipios Heres y Caroní del Estado Bolívar, Venezuela, Marzo-Abril 2010.

Olivo Garrido, M.L., Soto Olivo, A.G. Impactos potenciales de los cambios Climáticos. CALIDAD DE INFORMACIÓN

Ortega Dinarle, Uzcategui Elluz, Guevara María M. EAIF: un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio en Correspondencia con MDA.

Krastek Robert, Ramos Saibel, Duarte Ángel. Formulación de un Modelo Matemático para Optimizar el tiempo de Producción en una Planta Extrusoras de Tubos. MATEMÁTICA

Martínez, Héctor. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier y sus aplicaciones. MATERIALES

Rodríguez Rosa, Paz Alberto, Pereira María, Gutiérrez Delia. Conformado de un material Denso – Poroso a base de Alúmina: Desarrollo del Proceso. REDES INALÁMBRICAS

Pérez García Nelson, Herrera Jorge, Uzcategui José Rafael, Bernardo Peña José. Modelo de Propagación en las Ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta (Colombia) para redes WLAN, 54 Operando en 2.4 GHz, en Ambientes Exteriores. NOTA TÉCNICA Vásquez Carmen, Osal Williams, Sudriá Antoni, Yepez Wilsón, Parra Estrella, Sánchez Itha, Ramírez Pisco Rodrigo, Doyharzabal Julio, Llosas Yolanda. 3RO taller de “Eficiencia 65 Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad de Iberoamérica (EFESOS) 72 Normas de Publicación

Árbitros Dr. Genni Aguilar-Hospital de Clínicas Caroní, Puerto Ordaz

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

CALIDAD DE CUERPOS DE AGUA: MUNICIPIOS HERES Y CARONÍ DEL ESTADO BOLÍVAR, VENEZUELA MARZO-ABRIL 2010 Rodríguez Carmen1 (Recibido octubre 2011, Aceptado febrero 2012) 1

Universidad de Oriente - Núcleo Bolívar – Escuela de Ciencias de la Salud. Sección Bioquímica. Coordinadora del Laboratorio Bacteriológico de Aguas de la UDO-Bolívar carmenrb@gmail.com Resumen: El término calidad de agua comprende las características biológicas, físicas y químicas del agua que afectan su capacidad para sustentar la vida y su idoneidad. El estado Bolívar se caracteriza por sus riquezas hídricas; de sus ríos caudalosos derivan cuerpos de agua que deberían ser evaluados con regularidad. El objetivo de esta investigación fue determinar indicadores bacteriológicos y la caracterización fisicoquímica de cuerpos de agua en dos municipios del estado Bolívar. Se realizó una investigación cuantitativa, descriptiva, transversal y de campo. La muestra estuvo conformada por el agua cruda de 28 fuentes naturales de los ríos Orinoco y Caroní. Se cuantificaron bacterias heterótrofas totales, coliformes totales, fecales, Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium y Pseudomonas según Normas Venezolanas COVENIN. Se realizó examen fisicoquímico parcial: pH, turbiedad, alcalinidad, cloruros, sulfato, dureza total, calcio, magnesio, manganeso, nitritos, hierro total, sílice; por Método Estándar. Los resultados mostraron recuentos bacterianos que exceden la normativa venezolana oficial en tres sectores del río Orinoco-tramo Ciudad Bolívar, así como en 50% y 20% de los balnearios muestreados en los municipios Heres y Caroní respectivamente. Los resultados del examen fisicoquímico parcial se hallaron dentro de los criterios de referencia establecidos para ello y fueron clasificadas como aguas de baja dureza. Palabras clave: Indicadores Bacteriológicos/ Calidad de Agua/ Parámetros Fisicoquímicos/ Estado Bolívar/ Venezuela.

QUALITY OF WATER BODIES. HERES AND CARONI MUNICIPALITIES OF BOLIVAR STATE, VENEZUELA. MARCH-APRIL 2010 Abstract: The term water quality includes biological, physical and chemical properties of the water that affect its ability to sustain life and its suitability. Bolivar State is known for its rich water sources, from its rivers derive water bodies that should be evaluated regularly. The objective of this research was to determine bacteriological indicators and physicochemical characterization of water bodies in two locations of Bolivar State. We performed a quantitative, descriptive, transversal and field investigation. The sample consisted of raw water from 28 natural sources of the Orinoco and Caroni rivers. Total heterotrophic, total coliforms and fecal bacteria, Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium and Pseudomonas were quantified according to COVENIN Venezuelan Standards. Partial physicochemical examinations were done using Standard Method: pH, turbidity, alkalinity, chloride, sulfate, total hardness, calcium, magnesium, manganese, nitrite, total iron, silicon. The results showed bacterial counts that exceed the official Venezuelan law in three areas of the Orinoco River along the Ciudad Bolivar section as well as in 50% and 20% of spas surveyed in municipalities of Caroní and Heres respectively. Physicochemical test results were partially within the reference criteria set for it and were classified as low hardness waters. Keywords: Bacterial Indicators/ Water Quality/ Physicochemical Parameters/ Bolívar State/ Venezuela.

I. INTRODUCCION Un cuerpo de agua es todo sistema natural o artificial de agua en la naturaleza, bien sea estático o dinámico de carácter permanente, semipermanente o estacional. Es un agua natural si proviene de fuentes naturales, tales como ríos, lagos, manantiales; y es un agua cruda si es agua de fuente natural sin ningún tipo de tratamiento [1]. La calidad de un cuerpo de agua es la caracterización física,

química y biológica de aguas naturales para determinar su composición y utilidad al hombre, a la mujer y demás seres vivos; y contaminación de las aguas es la acción y el efecto de introducir materias o formas de energía o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica. El concepto de degradación de las

Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 aguas, incluye las alteraciones perjudiciales de su entorno [2]. En vista de la importancia de la calidad del agua para la salud y del uso recreativo de los cuerpos de agua de origen fluvial del estado Bolívar, el objetivo de esta investigación fue determinar indicadores de calidad bacteriológica y fisicoquímica de aguas naturales ubicadas en los municipios Heres y Caroní de este estado, todo bajo lineamientos de Normas COVENIN, lo cual constituye una referencia para los entes responsables del resguardo de la salud pública a nivel regional. En el desarrollo del artículo se presenta la importancia de determinar la calidad del agua, la clasificación de estos cuerpos de agua según la Normativa Oficial Venezolana, la ubicación geográfica del área estudiada, los materiales y métodos utilizados, valores de referencia de cada parámetro, resultados, discusión de resultados, conclusiones y referencias. II. DESARROLLO 1. Fundamento teórico de la investigación. La contaminación de los recursos hídricos superficiales es un problema cada vez más grave, debido a que éstos se usan como destino final de residuos domésticos e industriales, sobre todo en las áreas urbanas e incluso en numerosas ciudades del continente. Estas descargas son las principales responsables de la alteración de la calidad de las aguas naturales, que en algunos casos llegan a estar tan contaminadas que su potabilización resulta muy difícil y costosa [3]. El agua a través de su paso por el suelo, se carga de minerales que le darán sus características peculiares, pero también puede recoger materia orgánica, gases o microorganismos [4]. Desde el punto de vista microbiológico, el examen de la calidad sanitaria del agua tiene por objeto determinar la presencia de ciertos grupos

de bacterias, que revelen una contaminación reciente por materia fecal o materia orgánica, siendo el criterio más utilizado la determinación de la clase y número de microorganismos que ésta contiene. Tradicionalmente, se han usado más ensayos para microorganismos indicadores que para la determinación de microorganismos patógenos. El grupo de bacterias coliformes ha sido siempre el principal indicador de calidad de los distintos tipos de agua; el número de coliformes en una muestra, se usa como criterio de contaminación y, por lo tanto, de calidad sanitaria de la misma [5]. 2. Normativa Venezolana Para clasificar y controlar la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos, se dispone en Venezuela de la Norma Oficial que clasifica al agua en siete tipos y la analizada en esta investigación se incluye como Agua Tipo 4, Subtipo 4A y que corresponde a “Agua destinada a balnearios, deportes acuáticos, pesca deportiva, comercial y de subsistencia”, “Agua para el contacto humano total”. A su vez contempla los parámetros de interés bacteriológico y fisicoquímico que determinan si el agua es apta o no para el contacto humano total o parcial para cada tipo y subtipo de agua [6]. 3. Materiales y Métodos Se realizó una investigación cuantitativa, aplicada, descriptiva, transversal y de campo. Se evaluaron desde el punto de vista bacteriológico y fisicoquímico un total de 28 muestras de agua de fuentes naturales provenientes de los ríos Orinoco y Caroní, específicamente de los distritos Heres y Caroní, distribuidas de la siguiente forma: - Río Orinoco: diez (10) muestras de cinco sectores del tramo Ciudad Bolívar, cuatro (4) muestras de dos lagunas, cuatro (4) muestras de balnearios (Figura 1). - Río Caroní: diez (10) muestras de agua procedentes de balnearios que forman parte del Bajo Caroní (Figura 2).

Figura 1. Puntos de muestreo Río Orinoco. A) Desembocadura Río San Rafael, B) Sector Buena Vista, C) Balsa de succión CVG, D) Sector Cruz del Perdón, E) La Alameda, y F,G) Lagunas del Río Orinoco. Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

Figura 2. Puntos de muestreo balnearios Río Caroní. A) Playa Bonita, B) Tierra Nueva, C) Kukenan, D) San Juan, E) Mi Bohio, F) Valle Lindo, G) El Rey, H) San Isidro, I) Copacabana. 3.1 Recolección y transporte de muestras [7] Para los ensayos bacteriológicos se usaron botellas de vidrio con capacidad de 250 ml, que se esterilizaron a 121°C de temperatura y 15 libras de presión durante 15 minutos. Para las determinaciones fisicoquímicas se utilizaron envases de vidrio, con tapa, con capacidad de 500 ml, previamente enjuagados con mezcla sulfocrómica, luego se enjuagaron con abundante agua corriente y finalmente con agua destilada. Al tomar la muestra se enjuagó el envase en el agua, se sumergió totalmente utilizando un dispositivo de muestreo, y se dejó que el agua entrase en el envase durante 30 segundos, siempre tomando la muestra de debajo de la superficie, y en el caso de presencia de corriente de agua la muestra se captó en sentido contrario a la misma. Las muestras fueron tomadas desde una lancha a 10 metros aproximadamente de la orilla. Posteriormente fueron trasladadas en cavas portátiles que contenían hielo al Laboratorio Bacteriológico de Aguas y Laboratorio de Bioquímica, ambos ubicados en la Universidad de Oriente, Núcleo de Bolívar; y duplicados de las mismas al Laboratorio de Aguas Las Mercedes de la empresa Hidrocaribe C.A, ubicado en El Tigre, estado Anzoátegui, para ser procesadas antes de 6 horas de haber sido colectadas. 3.2 Métodos Para análisis bacteriológicos se procesaron por duplicado las muestras de agua y sus diluciones con agua peptonada al 0,9% preparadas según la Norma Venezolana [8]. Se cuantificaron bacterias heterótrofas totales por vertido en placa [9], clostridios sulfito-reductores [10], coliformes totales por el método de tubos múltiples [11], coliformes fecales y Escherichia coli [12] y Enterococcus [10]. El análisis fisicoquímico parcial incluyó determinación de pH que se realizó con pHmetro Jemway, turbidez [13],

alcalinidad [14], cloruros [15], sulfatos [16], dureza totalcalcio-magnesio [17], nitritos [18], hierro [19], manganeso [20] y sílice [21]. Para la comparación de resultados y determinar si el agua analizada era apta o no para el contacto humano, se tomaron en cuenta las Normas Oficiales para la calidad del agua en Venezuela [6] que señalan como valores de referencia: Coliformes Totales < 5000 NMP/100 ml y Coliformes Fecales < 1000 NMP/100 ml. La ausencia de Coliformes Totales y Fecales debe expresarse como <2,2 NMP/100ml (Norma COVENIN 3047-93). Para las determinaciones fisicoquímicas la referencia indica como límite máximo permisible: pH 8,5; turbiedad <250 NTU; alcalinidad <500 mg/l; cloruros 600 mg/l; sulfatos 400 mg/l; dureza total 500 mg/l; nitritos 10 mg/l; calcio 200 mg/l; hierro total 1 mg/l. Se utilizó estadística descriptiva y los resultados se presentaron en tablas de frecuencia, se utilizó la media aritmética como medida de tendencia central y la t de Student para establecer la existencia o no de diferencia significativa en cuanto a los parámetros fisicoquímicos. 4. Resultados La Tabla I muestra los recuentos de indicadores bacterianos en muestras del río Orinoco, tramo Ciudad Bolívar, y se evidencia que los niveles más elevados se encuentran en los sectores Desembocadura del Río San Rafael, La Cruz del Perdón y La Alameda, con valores de hasta 106 UFC/100 ml para bacterias heterótrofas totales; además, presencia de Escherichia coli y valores de enterococos de hasta dos diluciones decimales. En la Tabla II se presentan recuentos de indicadores bacterianos de dos lagunas del río Orinoco, con elevación de bacterias heterótrofas, y ausencia de coliformes fecales, E. coli y enterococos en todas las muestras.

Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla I. Indicadores bacterianos en agua del río Orinoco, tramo Ciudad Bolívar. Marzo-abril 2010 Lugar del muestreo (Río Orinoco)

Bacterias heterótrofas totales UFC/100 ml

Clostridios sulfito reductores UFC/100 ml

Coliformes Totales NMP/100 ml

Coliformes Fecales NMP/100 ml

E. coli

7 x 102

Entero-cocos UFC/ 100 ml

1,1 x 10

<2,2

1,5 x 10

3,0 x 10

<2,2

Frente a la balsa de succión CVG

2,4 x 10

9,1 x 10

<2,2

Desembocadura Río San Rafael

2,3 x 104 1,9 x 104

2.100 2.400

1.300 <2,2

Positivo 0

1,2 x 102 0

Sector La Cruz del Perdón

5 x 105

1,0 x 10 Incontables a las 24h 1,3 x 102 Incontables a las 24h Incontables a las 24h Incontables a las 24h Incontables a las 24h

10.000

6.000

Positivo

2,0 x 102

70.000

24.000

Positivo

1,7 x 102

> 100.000

70.000

Positivo

1,7 x 102

> 100.000

70.000

Positivo

2,1 x 102

Sector Buena Vista

Sector La Alameda

1,3 x 10

3,2 x 106 3,8 x 106 3,6 x 106

Tabla II. Indicadores bacterianos en agua de la Laguna Los Francos y Laguna del Medio, municipio Heres-estado Bolívar. Marzo-abril 2010 Lugar del muestreo (lagunas río Orinoco)

Bacterias heterótrofas totales UFC/100 ml

Clostridios sulfito reductores UFC/100 ml

Coliformes Totales NMP/100 ml

Coliformes Fecales NMP/100 ml

Laguna del Medio (mitad de la laguna)

4,8 x 104

1 x 102

130

< 2,2

3,2 x 104

6,0 x 102

< 2,2

6,0 x 103

5,0 x 102

< 2,2

1,2 x 104

8,0 x 102

< 2,2

Laguna del Medio (zona orilla sur) Laguna de Los Francos (mitad de la laguna) Laguna de Los Francos (zona orilla norte)

La Tabla III muestra las determinaciones bacteriológicas realizadas a balnearios del municipio Heres y revela que solo el Balneario Marcella del municipio Heres (25%) mostró recuento de coliformes totales que exceden la

E. coli

Enterococos UFC/ 100ml

norma oficial. Además, el Balneario La Candelaria (25%) mostró presencia de E. coli y enterococos, con valores de coliformes fecales dentro de los límites esperados.

Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla III. Indicadores bacterianos en cuerpos de agua recreacionales del municipio Heres-estado Bolívar. Marzo-abril 2010 Bacterias heterótrofas totales UFC/100 ml

Clostridios sulfito reductores UFC/100 ml

Coliformes Totales NMP/100 ml

Coliformes Fecales NMP/100 ml

E. coli

Enterococos UFC/ 100ml

1,1 x 105

1,0 x 10

620

< 2,2

6,5 x 103

8,3 x 102

2400

620

Positivo

2,3 x 102

Balneario El Bosque

3,1 x 103

1,0 x 10

120

< 2,2

Balneario Marcella

1,0 x 105

3,0 x 10

7000

< 2,2

Balnearios municipio Heres Balneario Militar GN Carlos José Navarro (C/2do F) Balneario La Candelaria (Quebrada de la Virgen)

En cuanto a los análisis bacteriológicos correspondientes a balnearios del río Caroní, la Tabla IV muestra recuentos de hasta 107 UFC/100 ml de bacterias heterótrofas para estos espacios recreacionales, con ausencia de coliformes totales y fecales en el 50% de los balnearios muestreados

(Playa Bonita, Tierra Nueva, Mi Bohio, El Rey y San Isidro). Por otra parte, el 20% de los balnearios (San Juan y Copacabana) presentaron recuentos de coliformes que exceden la norma oficial para este tipo de aguas. En el 50% de los análisis se evidenció Escherichia coli.

Tabla IV. Indicadores bacterianos en cuerpos de agua recreacionales del municipio Caroní-estado Bolívar. Marzo-abril 2010 Balnearios municipio Caroní

Bacterias heterótrofas totales UFC/100 ml

Clostridios sulfito reductores UFC/100 ml

Coliformes Totales NMP/100 ml

Coliformes Fecales NMP/100 ml

E. coli

Playa Bonita

3,4 x 103

1,8 x 10

< 2,2

Tierra Nueva

8,6 x 103

1,0 x 10

< 2,2

Kukenan

1,3 x 10

2,1 x 10

Positivo

San Juan

2,8 x 104

2,3 x 102

+ 10000

6200

Positivo

3,2 x 10

Mi Bohio

8,8 x 103

1,7 x 10

< 2,2

Valle Lindo

6,0 x 104

1,1 x 102

620

230

Positivo

1,1 x 10

El Rey

1,2 x 105

1,7 x 10

< 2,2

San Isidro

2,2 x 103

1,2 x 10

< 2,2

Copacabana

6,4 x 104

1,9 x 102

+ 10000

6200

Positivo

1,0 x 10

Ula Ula

2,0 x 107

3,0 x 102

620

230

Positivo

2,2 x 102

Con relación al análisis fisicoquímico parcial de las aguas de balnearios de municipio Heres y Caroní,, las Tablas V y VI muestran valores dentro de la norma oficial para

Enterococos UFC/ 100ml

todos los parámetros analizados, inclusive algunos de ellos, muy cercanos a cero.

Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

Tabla V. Análisis fisicoquímico parcial a cuerpos de agua recreacionales de municipio Heres del estado Bolívar. Marzo-abril 2010 Balnearios municipio Heres

Turbiedad (NTU)

Alcalinidad (mg/l)

Cloruros (mg/l)

Sulfatos (mg/l)

Dureza total (mg/l CaCO3)

Nitritos (mg/l)

Balneario Militar GN Carlos José Navarro (C/2do F)

7,40

2,40

0,19

0,0576

0,1

284

0,0184

Balneario La Candelaria

7,70

3,10

0,19

0,0601

300

0,0625

Balneario El Bosque

7,50

1,50

0,19

0,0523

0,1

280

0,0223

Balneario Marcella

7,60

4,12

0,05

0,7451

0,1

250

0,0772

(gl=3) 90% de confianza – p>0,05 para todos los parámetros

Tabla VI. Análisis fisicoquímico parcial a cuerpos de agua recreacionales de municipio Caroní del estado Bolívar. Marzo-abril 2010 Balnearios municipio Caroní

Turbiedad (NTU)

Alcalinidad (mg/l)

Cloruros (mg/l)

Sulfatos (mg/l)

Dureza total (mg/l CaCO3)

Nitritos (mg/l)

Playa Bonita

7,60

2,30

0,05

0,0649

0,1

284

0,0957

Tierra Nueva

7,60

2,43

0,05

0,0409

250

0,0736

Kukenan

7,50

9,94

0,05

0,0312

250

0,0920

San Juan

7,40

1,99

0,05

0,0264

250

0,0736

Mi Bohio

7,40

1,57

0,05

0,0673

250

0,0736

Valle Lindo

7,30

1,59

0,05

0,0649

250

0,0920

El Rey

7,40

1,33

0,05

0,0937

250

0,0846

San Isidro

7,40

1,80

0,05

0,0871

250

0,0699

Copacabana

7,20

1,57

0,05

0,0673

0,1

284

0,0077

Ula Ula

7,10

>9,99

0,05

0,0649

250

0,0736

(gl=9) 90% de confianza - p<0,05 para todos los parámetros

El análisis fisicoquímico realizado a aguas de los ríos Orinoco y Caroní con muestreo en pleno cauce, mostró también valores contemplados dentro de la normativa

oficial para los parámetros estudiados. Estos resultados se muestran en la Tabla VII.

Rodríguez, C. Calidad de Cuerpos de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

Tabla VII. Análisis fisicoquímico parcial de agua de los ríos Orinoco y Caroní del estado Bolívar. Marzo-abril 2010 PARÁMETROS DE CAPTACIÓN

RÍO ORINOCO

RÍO CARONÍ

3,50

3,40

Turbiedad (NTU)

2,72

3,21

Alcalinidad (mg/l)

0,05

Cloruros (mg/l)

0,0673

0,0899

Sulfatos (mg/l)

0,1

Dureza total (mg/l CaCO3)

250

Nitritos (mg/l)

0,0244

0,01355

Calcio (mg/l)

Hierro total (mg/l)

0,38

0,74

Manganeso total (mg/l)

Magnesio (mg/l)

Sílice (mg/l)

6,94

2,17

p<0,05 para todos los parámetros

5. Discusión de Resultados El control de calidad de los cuerpos de agua y de los vertidos líquidos incluye la caracterización física, química y biológica de las aguas naturales para determinar su composición y utilidad al ser humano y demás seres vivos. Esta investigación incluyó parámetros bacteriológicos y fisicoquímicos de muestras de agua provenientes de los ríos Orinoco y Caroní del estado Bolívar. El río Orinoco, dada su amplia longitud y caudal, y que además extiende casi las dos terceras partes de su cuenca en Venezuela, debe ser analizado por tramos, sectores o cuerpos de agua que genere, por sus zonas de navegación, o por áreas de contacto humano total o parcial. Es por ello que los indicadores bacteriológicos y sus parámetros fisicoquímicos variarán en función a las actividades humanas que se realicen en el entorno, al igual que en otros ríos. En los cuerpos de agua del río Orinoco analizados en esta investigación destaca la contaminación bacteriana en los sectores Desembocadura del Río San Rafael, La Cruz del Perdón y La Alameda, justamente frente a Ciudad Bolívar, producto de las descargas no controladas que se producen en la margen derecha del río. Es de hacer notar que el sector La Alameda mostró niveles de bacterias heterótrofas totales de hasta 3,6 x 106 UFC/100 ml y recuentos de clostridios sulfito-reductores, coliformes y enterococos superiores a los demás analizados, lo cual pudiera explicarse porque geográficamente está ubicado

río abajo en comparación con los anteriores y el efecto de las descargas es sumativo. En el caso de la Laguna Los Francos y Laguna del Medio no se encontraron resultados que denotaran la presencia de descargas en las mismas; mientras que en los balnearios del río Orinoco, solo el denominado Marcella mostró valores de coliformes totales fuera de la norma oficial. Son exiguas las publicaciones de trabajos similares en los sectores del río Orinoco que se muestrearon en este estudio. En otros sectores del río se estudió la variación de bacterias heterótrofas, coliformes totales y fecales en el Bajo Río Orinoco y se evidenció una alta contaminación en su margen derecha durante la temporada de aguas altas en sectores donde se ubican Ciudad Guayana y su zona industrial (>1600 NMP/100 ml de coliformes fecales) y la población de Los Castillos de Guayana, mientras que en la misma época, en la margen derecha, a la altura de la población El Almacén, antes de Ciudad Bolívar, los niveles de coliformes totales y coliformes fecales fueron muy bajos lo cual coincide con la ausencia de actividades industriales y poblaciones capaces de modificar con sus descargas la calidad de las aguas en este sector [22]. Por otra parte, en una región del Delta del Orinoco, a la altura de la población de Tucupita, se determinaron coliformes totales en cinco estaciones en el primer muestreo y en seis en el segundo; Escherichia coli fue detectada en la mitad de las muestras en ambos períodos, y los recuentos de los organismos heterótrofos aerobios en seis estaciones fueron mayores de 2,0 x 10 3 UFC/100 ml

Rodríguez, C. Calidad de Cuerpo de Agua: Municipio Heres y Caroní del Estado Bolívar. pp. 3-11

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 [23]. En el río Orinoco, también se han señalado recuentos de 3,33 NMP/100 ml para coliformes totales pero sin especificar coordenadas del sector muestreado [24]. Con relación a las determinaciones bacteriológicas realizadas a los cuerpos de agua del río Caroní, en esta investigación se determinaron recuentos de coliformes que exceden la norma oficial para este tipo de aguas en 20% de los balnearios con presencia de Escherichia coli en 50% de los balnearios. Es de hacer notar que los balnearios muestreados se ubican en el Lago de Macagua, excepto el balneario Ula Ula ubicado a 30 min de Ciudad Guayana y cuyas aguas forman parte del embalse Guri. La situación del Lago de Macagua ya ha sido denunciada en oportunidad anterior [25] en la cual se muestrearon, entre otros, tres balnearios que coinciden con los de esta investigación (Kukenán, San Juan, El Rey) y ya mostraban recuentos de coliformes totales y fecales de hasta 930 NMP/100 ml, por encima de la normativa oficial venezolana. A este respecto, se ha señalado la muy comprometida calidad de las aguas que ingresan constantemente al Lago de Macagua, de donde, por cierto, se nutre la Planta de Tratamiento de Toro Muerto, localizada a escasísimos metros del vertedero de la quebrada natural que se conoce con ese mismo nombre, y el drenaje de Morocure, un poco más al sur, que son las dos zonas del cuerpo de agua dulce en estado verdaderamente crítico, pues los análisis microbiológicos indican serios niveles de contaminación por la presencia de coliformes totales y fecales. Se supone que en ambos casos, tanto la quebrada de Toro Muerto como el vertedero de Morocure, debían funcionar como colectores de agua de lluvia desde diferentes puntos de la ciudad hasta el Lago de Macagua. Sin embargo, al parecer múltiples conexiones indeseadas e ilegales, han colmado estos drenajes naturales con aguas residuales de algunas industrias ubicadas en las márgenes del río Caroní, y de cloacas con su consabido contenido de materia orgánica que llega al embalse sin ningún tipo de tratamiento previo [26]. Por su parte, también se señala que la calidad del agua de la cuenca del río Caroní es escasa y dispersa, y entre los planes estratégicos de la cuenca se tiene que para la conservación de las aguas es necesario mejorar e incrementar la evaluación sistemática de las características físicas, químicas y biológicas de las aguas producidas en la cuenca y su variación en el tiempo como consecuencia de los usos agrícolas vegetal y animal, forestal y minero, para garantizar la calidad y cantidad del flujo hidráulico almacenado en el embalse y la operatividad de la infraestructura hidroeléctrica [27]. Con relación a las determinaciones de parámetros fisicoquímicos de pH, turbiedad, alcalinidad, cloruros, sulfatos, dureza total y nitritos realizados en esta investigación, se encontró que se ubicaron dentro de lo establecido por la normativa oficial venezolana; y además,

sin diferencia estadísticamente significativa en cuanto a su procedencia. No se encontraron publicaciones recientes con relación a estas características del agua para el río Caroní, se dispone de datos de hace 25 años al respecto; mientras que para el río Orinoco la información es incompleta. En el Delta del Orinoco se han determinado valores más bajos de pH con un promedio de 5,20 [23]; valores de pH 6,78 en otro sector del río [24, 28]. Sin embargo, todos están dentro del valor permisible el cual señala un máximo de 8,5 para este parámetro. Similar situación se evidenció al determinar alcalinidad, dureza, calcio, magnesio, cloruro y sulfatos en agua cruda del río Orinoco, con valores dentro de los estándares [24]. En definitiva, la interdependencia del recurso agua en cualquier ecosistema o ambiente, reviste gran importancia, por lo que su análisis bacteriológico y fisicoquímico no puede ser obviado en el estudio ambiental de los proyectos. Su análisis debe procurar mantener y mejorar las características de calidad y cantidad del recurso, y asegurar su permanencia para, por una parte, garantizar sus funciones fundamentales en los sistemas naturales, y por otra, suplir su demanda social en condiciones de sustentabilidad ambiental. III. CONCLUSIONES 1. El estudio bacteriológico del agua del río Orinoco, tramo Ciudad Bolívar, indica que el agua procedente de los sectores Desembocadura del Río San Rafael, Sector La Cruz del Perdón y Sector La Alameda no es apta para el contacto humano porque sus recuentos exceden los límites de la norma sanitaria vigente para este tipo de aguas. En las dos lagunas de este río que fueron analizadas, sus recuentos bacterianos están dentro de la norma. 2. De los balnearios muestreados provenientes del río Orinoco (municipio Heres), el 50% son aptos para el contacto humano. En el Balneario La Candelaria hay que prestar especial atención a la presencia de contaminación fecal reciente en el agua (Escherichia coli), aun cuando sus valores de coliformes fecales están dentro del criterio. 4. De los balnearios muestreados provenientes del río Caroní (municipio Caroní), el 80% son aptos para el contacto humano, y de éstos hay que determinar las causas de contaminación fecal reciente al 37,5% de los mismos, ya que mostraron presencia de Escherichia coli, aun cuando sus valores de coliformes fecales están dentro del criterio. 5. En el análisis fisicoquímico parcial de aguas recreacionales de los ríos Orinoco y Caroní, los resultados se ajustaron a los estándares de calidad del Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales (Decreto 883). 6. Las aguas de los ríos Orinoco y Caroní carecen de iones cálcicos y magnésicos a causa del nivel bajo de dureza del agua, lo cual las clasifica como aguas muy suaves que

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 pudieran acondicionarse con tratamientos convencionales para su potabilización. Su contenido en hierro está condicionado por la naturaleza de los suelos de la región. Todos los parámetros analizados se ubicaron dentro de los estándares. 7. Finalmente, es importante destacar la importancia de realizar este tipo de estudios para la prevención, control y/o remediación de los problemas ambientales presentes en tan importantes ecosistemas.

12. Norma Venezolana Covenin 1104-96, Determinación del número más probable de coliformes, de coliformes fecales y de Escherichia coli, 2da revisión, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1996. 13. Norma Venezolana COVENIN 2186-84, Agua potable, Determinación de Turbiedad, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1984.

IV. REFERENCIAS

14. Norma Venezolana COVENIN 2188-84, Agua potable, Determinación de Alcanilidad, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1984.

1. Norma Venezolana COVENIN 2634-2002, Aguas naturales, industriales y residuales, Definiciones, 1ra revisión, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 2002.

15. Norma Venezolana COVENIN 2138-84, Aguas naturales, industriales y residuales, Determinación de Cloruros, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1984.

2. Ley de Aguas, Gaceta Oficial Nº 38.595 del 2 de enero de 2007.

16. Norma Venezolana COVENIN 2189-84, Agua potable, Determinación de Sulfato, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1984.

3. Barrenechea, A. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua, Manual I, Teoría, Tomo I, 2000, pp 2-55. 4. Rodríguez, R., Martínez, C., Hernández, D., Lucas, J., Acevedo, M. Calidad del agua de fuentes de manantial en la zona básica de salud de Sigüenza, Rev Esp Salud Pub, Vol 77, Nº 3, 2003, pp. 423-432. 5. Silva, J., Ramírez, L., Alfieri, A., Rivas, G., Sánchez, M. Determinación de microorganismos indicadores de calidad sanitaria: Coliformes totales, coliformes fecales y aerobios mesófilos en agua potable envasada y distribuida en San Diego, estado Carabobo, Venezuela, Rev Soc.Ven Microbiol, Vol 24, Nº 1-2, 2004, pp. 46-49. 6. MSDS, Ministerio de Sanidad y desarrollo Social, Norma Oficial, “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”, Gaceta Oficial Extraordinaria 5.021, Decreto 883, Caracas, Venezuela, 1996, pp 24. 7. Norma Venezolana COVENIN 2614-94, Calidad del agua y procesamiento de muestras para determinación de coliformes fecales, 1ra revisión, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1994. 8. Norma Venezolana COVENIN 1126-89, Preparación de medios de cultivo para estudio microbiológico, 1ra revisión, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1989. 9.

Norma Venezolana Covenin 902-87, Método para recuento de colonias de bacterias aerobias en placas de Petri, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1987.

10. APHA, American Public Health Association, Standard methods for the examination of water and wastewater, 21th Edition, Washington, DC. Bauer, S. B., and T.A. Burton, 2005, pp 1368. 11. Norma Venezolana Covenin 3047-93, Agua potable, Método de determinación del número más probable de bacterias coliformes, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1993.

17. Norma Venezolana COVENIN 2408-86, Aguas naturales, industriales y residuales. Determinación de Dureza Total y Calcio, Magnesio por cálculo, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1986. 18. Norma Venezolana COVENIN 2317-85, Agua, Determinación de Nitrito, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1985. 19.

Norma Venezolana COVENIN 2120-84, Determinación de Hierro, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1984.

20. Norma Venezolana COVENIN 2382-86, Agua, Determinación de Manganeso, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1986. 21. Norma Venezolana COVENIN 2737-90, Aguas naturales, industriales y residuales, Determinación de Sílice, Fondonorma, Caracas, Venezuela, 1990. 22. Bastardo, A., Bastardo, H., Rosales, J. Diversidad funcional de las bacterias heterótrofas del bajo río Orinoco, Venezuela, Ecotróp, Vol 20, Nº 1, 2007, pp. 15-23. 23. Madrazo, J., Iriarte, M. Condición del agua para beber y preparar alimentos de la población Warao de la Barra de Makareo, Municipio Tucupita, estado Delta Amacuro, Venezuela, INHRR, Vol 36, Nº 1, 2005, pp. 12-16. 24. Mora, V., Cedeño, J. Determinación fisicoquímica y bacteriológica del agua en las etapas de tratamiento en planta de potabilización, UCT, Vol 10, Nº 37, 2006, pp. 41-45. 25. Boccalon, A. Severos niveles de contaminación fecal en vertederos Morocure y Toro Muerto, [En Línea], Disponible: http://www.analitica.com/va/ambiente/opinion/201435 8.asp [Diciembre, 2009], 2001.

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IMPACTOS POTENCIALES DE LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS Olivo-Garrido, M. L.1 y Soto-Olivo, A. G.2 (Recibido mayo 2010, Aceptado febrero 2012) 1

Universidad Central de Venezuela, Facultad de Medicina. Universidad Simón Bolívar. Maestría Desarrollo y Ambiente lourdes_olivo@yahoo.com. alejandrasoto@gmail.com.

Resumen: Cada vez existe mayor consenso científico sobre la incidencia de un factor antrópico en la tendencia ascendente de la temperatura superficial del aire durante los últimos años. Distintos modelos climáticos han proyectado un calentamiento a nivel mundial para fines de este siglo, en un rango comprendido entre 1,0 a 6,4 ºC, dependiendo de varias hipótesis de desarrollo, crecimiento población, uso de energía, entre otras. Este incremento de temperatura impactará de diferentes maneras aspectos, tales como el balance hídrico, las actividades económicas, la biodiversidad, la salud, modos de vida, migraciones y el ascenso del nivel del mar. El objetivo de la investigación es realizar un análisis teórico sobre los impactos potenciales del incremento de temperatura a consecuencia del cambio climático. El estudio consiste en una extensa investigación documental, con el propósito de ampliar los conocimientos sobre los impactos potenciales del cambio climático antropogénico sobre el ecosistema humano, y de renovar el alerta a la comunidad científica y público en general sobre esta problemática. Se propone promover la educación formal e informal para enfrentar las consecuencias del cambio climático. Palabras clave: Cambio Climático/ Impactos/ Temperatura/ Educación

POTENTIAL IMPACTS OF CLIMATE CHANGE Abstract: Every time there is more scientific consensus on the incidence of an anthropic factor in the upward trend in surface air temperature during recent years. Different climate models have projected warming at the global level by the end of this century, at range between 1,0 to 6,4 ° C, depending on several hypotheses development, growing population, the use of energy, among others. This increase in temperature will impact in different ways aspects, such as the water balance, economic activities, biodiversity, health, modes of life, migrations, and sea-level rise. This research objective is referred to perform a theoretical analysis of the potential impacts of the increase in temperature as a result of climate change. The study consists of an extensive documentary research with the aim to extend knowledge about the potential impacts of anthropogenic climate change on the human ecosystem, and renew the alert to the scientific community and public in general on this issue. It aims to promote the formal and informal education to address the consequences of climate change. Keywords: Climate Change/ Impacts/ Temperature/ Education.

I. INTRODUCCIÓN Un tema que estimula la investigación y análisis de los especialistas del área ambiental, es el cambio climático y sus impactos en el mundo, destacando el efecto invernadero como agente causal, y como consecuencia el aumento de temperatura. Existe consenso científico sobre la tendencia ascendente de la temperatura promedio superficial del aire durante los últimos años. Se ha comprobado un aumento de aproximadamente 0,76 °C desde finales del siglo XIX, cambio que seguramente no tiene un origen totalmente natural (1). A través de la aplicación de varios modelos climáticos se ha proyectado el calentamiento a nivel mundial para fines de este siglo, en un rango comprendido entre 1,0 a 6,4 ºC

(2), dependiendo de varias hipótesis relacionadas con el aumento de la población, crecimiento económico, uso de la tierra, sector forestal, cambios tecnológicos, disponibilidad y demanda de energía más el uso de combustibles en el período 1990 a 2100. De manera que ya nos estamos enfrentando a los efectos del cambio climático global, como resultado de las emisiones de origen antropogénico de gases con efecto invernadero (GEI). El ascenso de la temperatura del aire está ocasionando el retiro global de los glaciares de montaña, la reducción de la cubierta de nieve, la fusión más temprana del hielo de ríos y lagos en primavera, las modificaciones en los patrones hídricos, la disminución de la biodiversidad, la alteración de ecosistemas terrestres y acuáticos, la

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 afectación a la salud y en la tasa acelerada de aumento del nivel del mar (2, 3). Esta investigación consiste en una exhaustiva revisión y análisis de los efectos del ascenso de la temperatura del aire sobre los siguientes aspectos: el ciclo hidrológico, el componente terrestre, la salud y glaciares y placas de hielo. II. DESARROLLO 1. Metodología Esta investigación es parte de un estudio amplio sobre cambios climáticos realizado por las autoras. Se caracteriza por ser de tipo documental, basada en la recopilación y análisis de una extensa y actualizada bibliografía especializada, relacionada sobre los impactos del potencial incremento de temperatura del aire en el ecosistema humano, debido al cambio climático antropogénico. Se consultó información analógica y digital, informes técnicos generados por diferentes organismos nacionales e internacionales y material hemerográfico. 2. Revisión y análisis documental 2.1 Impactos de los cambios climáticos Las modificaciones naturales en el clima ya han provocado efectos importantes en distintos aspectos del desarrollo humano. Se han documentado algunas respuestas de las civilizaciones antiguas que estuvieron expuestas a cambios climáticos persistentes, y que posiblemente ocasionaron el colapso del Imperio Maya Clásico, y afectaron Egipto, Mesopotamia y Europa, durante los cuatro siglos de la Pequeña Edad de Hielo (4). Los impactos con origen humano se están observando en muchas partes del mundo y seguirán intensificándose, si no se toman medidas para atenuarlos. A continuación se presentan algunos de los efectos más resaltantes: 2.2 Ciclo hidrológico Con temperaturas más cálidas, el ciclo hidrológico será más vigoroso, produciendo alteraciones en los regímenes de circulación atmosférica con efectos en la frecuencia y estacionalidad de las precipitaciones y en el incremento global en la tasa de evaporación y precipitación (5). De manera que son de esperar sequías e inundaciones con varios grados de severidad en diferentes regiones del mundo. Los cambios en el ciclo hidrológico afectarán actividades y componentes del ecosistema tales como la disponibilidad del agua, biodiversidad, salud humana, modos de vida, actividades económicas (especialmente la agropecuaria), movimientos migratorios y la infraestructura, entre otros.

Se estima que una tercera parte de la población del mundo, se localiza en la actualidad en países sometidos a tensiones por escasez de agua y se prevé que este número aumente aproximadamente a 5.000 millones en el año 2025 (6). Investigaciones recientes también han señalado el efecto que las modificaciones en el clima podrían tener sobre la reducción de las reservas de agua de algunos países, pudiéndose generar conflictos por su acceso (7). En este sentido, se ha indicado que en las próximas décadas, el calentamiento climático va a provocar una modificación en el tema de la seguridad estratégica (8). El Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales de Venezuela investigó el efecto del cambio climático sobre las precipitaciones, utilizando el software magicc/scengen para generar diversos escenarios de emisiones y estimar los cambios futuros de precipitación y temperatura (9). El resultado de este análisis apunta hacia un futuro más seco que la situación actual. Sus conclusiones establecen que los cambios máximos en la precipitación oscilarían entre: 9 % a 13 % (2025) y de 33 % a 40 % (2100). Adicionalmente, señala que las repercusiones del cambio climático sobre los regímenes de humedad y temperatura en Venezuela, se manifestarían en el régimen hídrico, disponibilidad de agua, número de meses húmedos, excesos de agua, confort humano y animal, y el riesgo de incendios. Desde otro punto de vista, se ha planteado que se intensificarán los sucesos meteorológicos extremos (10); otros investigadores apoyan esta aseveración (11), señalando que el aumento en el número de estos eventos durante el último siglo, se correlacionan estrechamente con el incremento en las temperaturas en la superficie del mar. 2.3

Componente terrestre

Las características climáticas influyen sobre la distribución de las especies a través de sus umbrales fisiológicos de tolerancia a la temperatura y precipitación. Actualmente esta distribución está cambiando de acuerdo a la capacidad de dispersión en latitud y altitud (12), que depende de la capacidad reproductora, dispersión de semillas, disponibilidad de corredores migratorios y movilidad, movilidad de las poblaciones (alimento, competencia y relaciones predador-presa), frecuencia de agentes perturbadores (como el fuego) y la disponibilidad de un hábitat adecuado, entre otras (13). Un incremento de apenas 1°C puede causar cambios significativos en la composición, estructura y distribución de ciertas poblaciones vegetales y, de acuerdo con (14), es de esperar un reemplazo de los árboles asociados a bosques maduros (especies de lento crecimiento) por árboles y arbustos de rápido crecimiento asociados con áreas perturbadas.

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Asimismo, se prevé que la distribución de la vegetación se desplace a mayor altitud a un ritmo de 8-10 m por década, por lo que podrían extinguirse algunas especies limitadas a las cumbres montañosas (15). Otros estudios muestran que los márgenes de distribución de algunas especies han estado modificándose: en aves 18,9 km en promedio en Gran Bretaña (16), y mariposas, Euphydryas editha que se han desplazado más al norte y a mayor altitud, 2º en latitud (17). Bajo el escenario del futuro cambio del clima, hay un riesgo de extinciones significativas de especies en muchas áreas de América tropical (18). En el caso de los mamíferos, (19) se ha establecido que casi la tercera parte está amenazada por la extinción, mientras que en aves se estima que más del 72 % de las especies se extingan en algunas áreas (20). Se conocen casos de extinción de especies animales comunes y el incremento de especies raras en el desierto de Sonora, el solapamiento temporal de nichos en anfibios de Inglaterra y sus consecuencias sobre las interacciones tróficas (12) y el colapso poblacional de veinte especies de ranas y sapos en los bosques montanos de Costa Rica por la disminución de la neblina desde 1970 (21). En este último caso, se ha señalado que los anfibios están expuestos a la pérdida de hábitat, a los herbicidas, a la luz ultravioleta, a una enfermedad transmitida por hongos (chytridiomycosis), a las especies invasoras y hasta la influencia del cambio climático (22). Recientemente, resultados de estudios muestran que el ascenso de temperatura también está incidiendo en la reproducción exitosa de varias especies de lagartijos (23). Por otra parte, desde los años 60 en Europa y en América del Norte se han reportado tendencias fenológicas (ciencia que estudia las relaciones de los factores climáticos y los ciclos de los seres vivos) que han provocado problemas de desincronización biológica. Entre los efectos más comunes se hallan aquellos relacionados con actividades propias de la primavera, tales como floración más temprana de plantas; adelanto en el canto, en las puestas y en los procesos de migración de aves y en el desove y coros anticipados en anfibios (12). También se han detectado cambios fisiológicos que indican que el aumento de CO2 atmosférico tiene el potencial de estimular la producción de biomasa aérea y la respuesta específica de crecimiento de las especies (24). En virtud de lo complejo de los factores determinantes, las respuestas de los ecosistemas y de las especies no son sencillas y por lo general oscilarán entre dispersiones

uniformes y progresivas, a esfuerzos caracterizados por grandes avances.

repentinos

Desde otro punto de vista, se conoce que históricamente, la agricultura se ha adaptado a las condiciones cambiantes del clima, pero no se sabe con certeza si estará en capacidad de hacerlo con los cambios climáticos antropogénicos. Además, se debe tomar en cuenta que la competencia por la tierra y el recurso agua, desde otros sectores de la economía, también serán afectados por este fenómeno. Los ascensos de temperatura y en las concentraciones de los GEI, y las alteraciones del ciclo hidrológico, también afectarían la actividad agropecuaria a través de impactos en la productividad de las cosechas, calidad de los suelos, plagas y enfermedades del ganado, entre otros. La respuesta neta de los ecosistemas al incremento del CO2 atmosférico, ya sea directa o indirectamente a través de los cambios de temperatura y disponibilidad de agua, es muy compleja. Probablemente, el incremento gradual de las concentraciones de CO2 tenga sólo un impacto también paulatino en los ecosistemas terrestres (25). Sin embargo, se considera que una atmósfera con concentraciones mayores de CO2, podrían resultar tasas más altas de fotosíntesis y un uso del agua más eficiente de parte de los cultivos (26). Sin embargo, es necesario hacer una diferenciación ya que la intensidad de la respuesta de la fotosíntesis al incremento en la concentración de CO2, dependerá de los pasos fotosintéticos usados por las plantas (27). En la Tabla I se muestran algunos resultados de la aplicación de modelos de circulación general (MCG) considerando un escenario de incremento de temperatura en el rango de 1 a 4,5 ° C y concentraciones duplicadas de dióxido de carbono. Sólo recientemente se comenzó a evaluar el efecto de los cambios climáticos sobre el sector agrícola en Venezuela, a través de modelos de simulación dirigidos a los rendimientos de cultivos anuales en algunas localidades para el escenario intermedio de cambio climático (29). Un estimado del efecto del cambio climático sobre los rendimientos y, consecuentemente, sobre la producción nacional de maíz (Zea mays L.), caraota (Phaseolmmmus vulgaris) y arroz (Oryza sativa L), se muestra en la Tabla II. Para el año 2020, se estimaron disminuciones entre 116 y 204 kg/ha de maíz, entre 42 y 240 kg/ha de caraota y entre 493 y 494 kg/ha de arroz, dependiendo de la localidad (29).

Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla I. Aplicación de modelos de circulación general en la agricultura Región

Cultivo

Impacto en la productividad (%)

China

Arroz

- 78 a + 28

Maíz

- 30 y aumenta

Trigo

Aumento o disminución

Vegetales

Aumento

Europa

Incluye arroz con y sin riego.

Maíz

- 65 a + 6

Mijo

- 79 a -63

Maíz

- 55 a + 62

Trigo

- 100 a + 234

Soya

- 96 a + 58

Maíz

- 61 y aumenta

Trigo

- 50 a +5

Soya

- 10 a + 40

África

Norte América

América Latina

Comentarios

Datos de Francia, España y norte de Europa; con adaptación al efecto de CO2; asume estaciones más largas y menor eficiencia de irrigación. Datos de Francia, Reino Unido y norte de Europa; con adaptación al efecto de CO2; plantea estaciones más largas; aumento de daños por plagas. Datos de Reino Unido y norte de Europa, asume incremento por daños de plagas. Datos de Egipto, Kenia, África de Sur, Zimbabwe; con efecto de CO2. Datos de Senegal. Datos de USA y Canadá, con y sin adaptación y con y sin efecto de CO2. Datos de USA; con incremento con CO2 y adaptación. Datos de Argentina, Brasil, Chile y México; con y sin efecto de CO2. Datos de Argentina, Uruguay y Brasil; con y sin efecto de CO2. Datos de Brasil con efecto de CO2.

Fuente: (28) Tabla II. Reducciones de rendimientos de cultivos en Venezuela

Cultivo Maíz

Reducciones de rendimientos Años 2020 2,3 a 4,4 %

2060 6,2 a 12,0 %

Caraota

2,2 a 13,4 %

8,7 a 43,2 %

Arroz

3,1 a 4,4 %

7,6 a 11,8 %

Fuente:(29) El informe señalado anteriormente, indica que los incrementos en la temperatura mínima parecen ser el factor principal en las reducciones de los rendimientos, mientras que las variaciones en precipitación y otras variables asociadas al balance hídrico, afectarían en menor medida el rendimiento de los cultivos. Para analizar el impacto a nivel de la distribución geográfica de cultivos, los especialistas elaboraron el mapa de uso actual de la tierra, utilizando conjuntamente los mapas de precipitación anual para los años 2020, 2040 y 2060. De esta comparación se evidencia un futuro más seco en general, y se identificaron las zonas en las cuales

se produciría un mayor impacto sobre áreas de uso agrícola (29). 2.4 Salud Se puede afirmar que la cuantificación de los impactos potenciales en la salud como consecuencia de los cambios climáticos es compleja, porque estos efectos dependen de numerosos factores coexistentes e interactuantes que caracterizan la vulnerabilidad de una población particular, y que incluyen aspectos ambientales y socioeconómicos, estado nutricional e inmunológico, densidad de población, acceso a servicios de salud y factores genéticos, entre otros.

Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 De forma general, se pueden identificar efectos en la mortalidad y morbilidad (principalmente cardiovascular y respiratoria) relacionados con el aumento de calor y frío (30, 31). Además de desórdenes alérgicos y respiratorios debido a aumento de contaminantes en el aire, polen y esporas (Figura 1). Adicionalmente, en vista que los cambios temporales y espaciales de las temperaturas, incidirán en los patrones de precipitaciones y de humedad que afectan a la biología y ecología de los vectores y los huéspedes intermedios, se incrementará el riesgo de transmisión de ciertas enfermedades (32). En Venezuela, se han llevado a cabo investigaciones sobre:  Métodos geoespaciales aplicados a la salud pública e impactos epidemiológicos (33, 34). La relación entre

el número de casos de dengue y malaria con series mensuales de lluvia (35, 36).  La vinculación de las condiciones físico-ambientales y socioeconómicas para la identificación de áreas de riesgo epidemiológico para el virus de la fiebre amarilla selvática (37). El rango geográfico, la tasa de desarrollo, la abundancia estacional y la sobrevivencia de los insectos vectores, está fuertemente relacionada con la temperatura del aire, la precipitación y la humedad. Se ha reportado que un aumento en esta temperatura, acelera la tasa metabólica del insecto, incrementa la producción de huevos, provoca que la alimentación con sangre sea frecuente y la reducción del ciclo gonotrófico (38). En el caso de la malaria se ha comprobado el acortamiento del ciclo extrínseco del parásito dentro del vector, lo que incrementa su tiempo de vida (2).

Fuente: (30) modificado por la autora.

Figura 1. Impactos de los cambios climáticos en la salud Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 De manera que se registrará el aumento de la frecuencia en la transmisión potencial de enfermedades infecciosas, mediadas por vectores (malaria, dengue, fiebre amarilla, mal de Chagas, oncocercosis, leishmaniasis cutánea, entre otras), que son sensibles a las condiciones climáticas. Adicionalmente, se estima que podrían expandirse y reaparecer en muchos países enfermedades infecciosas no transmitidas por vectores, tales como el cólera, salmonelosis, esquistosomiasis y giardiasis, como resultado de las mayores temperaturas y un aumento de zonas anegadas (39, 40). Adicionalmente, pueden presentarse daños generales en la infraestructura pública de salud por desastres climáticos y

aumento del nivel del mar, agravados por las migraciones humanas forzadas por los cambios del clima. Las inundaciones podrían desplazar poblaciones enteras, conduciendo a la aparición de enfermedades, efectos fisiológicos adversos y otros tensores (41). En los países en vías de desarrollo, las poblaciones se han vuelto más vulnerables a los desastres, que inciden en brotes de cólera, leptospirosis, malaria y dengue, entre otros (31). En la Tabla III se presentan algunas enfermedades, sus vías de transmisión y la relación con elementos climáticos.

Tabla III. Algunas enfermedades transmisibles y su relación con el clima Enfermedad

Transmisión

Relación clima-epidemias

Cólera

Agente causal, bacteria Vibrio cholerae, por alimentos y agua.

Incremento de la temperatura en el mar y aire. Tienen rol importante el saneamiento y conducta humana.

Malaria

Vector hembra del mosquito Anopheles, parásito Plasmodium.

Cambios en temperatura y precipitaciones asociados con epidemias. Otros factores relevantes son las características del vector inmunidad, población.

Vector díptero Phlebotomus, agente protozoo Leishmania. Reservorios cánidos, roedores.

Incrementos de temperaturas y precipitaciones. Se asocian a epidemias.

Transmisión por agua, un caracol es el huésped intermedio, parásito tremátodo del género Schistosoma.

Incrementos en la temperatura y precipitaciones pueden afectar la transmisión estacional y distribución geográfica.

Oncocercosis

Vector insecto Simulium, parásito filaria Onchocerca volvulus.

Si la temperatura y las precipitaciones aumentan, su densidad poblacional pudiera incrementarse 25 %, incidiendo en su expansión.

Enfermedad de Chagas

Género Rhodonius, Triatoma y Panstrongylus, parásito Trypanosoma cruzy.

Presencia de insectos están relacionada con temperaturas altas, baja humedad y tipos vegetación.

Dengue

Picadura de la hembra del mosquito Aedes transmite el virus.

Temperaturas cálidas, humedad y lluvias se relacionan con epidemias. Son importantes los factores no climáticos.

Virus del Nilo Occidental

Vector hembra del mosquito Culex, agente flavivirus.

Altas temperaturas y fuertes precipitaciones están relacionadas con el comienzo de las epidemias. Los factores no climáticos pueden tener impactos importantes.

Fiebre amarilla

Vector hembra de Aedes y Haemogogus, agente viral. Reservorios mamíferos.

Altas temperaturas y fuertes precipitaciones están relacionadas con epidemias. Factores poblacionales intrínsecos son importantes.

Leptospirosis

Vectores roedores, mamíferos por tejidos o excretas; agente espiroquetas.

Factores de riesgo en situaciones de falta de saneamiento ambiental, anegamientos, pobreza, hacinamiento.

Leishmaniasis

Esquistomiasis o Bilharziasis

Fuente: (30) modificado por la autora. Olivo-Garrido, M. L. y Soto-Olivo, A. G. Impactos potenciales de los cambios climáticos. pp. 12-22

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 2.5 Glaciares y placas de hielo Muchos de los cambios físicos que los científicos han valorado como consistentes con el cambio climático se están observando actualmente, en especial en las regiones polares, ya que allí se manifiestan con más rapidez las alteraciones asociadas con el incremento de temperatura (42). Los estudios sugieren que los niveles del océano pueden irreversiblemente subir en los venideros años, ya que el calentamiento a lo largo de la costa está provocando la fusión de los hielos, con la liberación más rápida de las placas de hielo al mar (43). El Panel Intergubernamental reporta que la última vez que las regiones polares estuvieron más calientes que en la actualidad hace unos 125.000 años, las reducciones en el volumen del hielo polar provocaron un aumento en el nivel del mar de 4 a 6 m (44). Durante la segunda mitad del siglo XX, las capas de nieve disminuyeron en muchas regiones polares, como en el Hemisferio Norte, donde la reducción fue de aproximadamente 7 %. Adicionalmente, la fecha promedio de congelamiento para ríos y lagos se ha atrasado en unos 5,8 días por siglo, mientras que la época promedio de descongelamiento se ha adelantado unos 6,5 días/ siglo en los últimos 150 años (44). En el mar Antártico la extensión del hielo ha disminuido entre 10 y 15 %, desde 1950 a principios de 1970. Se ha señalado que las temperaturas han aumentado cinco veces más que el promedio global en los últimos 50 años, la temperatura actual promedio es 2,5 ºC mayor que la registrada en 1940 (45, 46). Un grupo de científicos del “British Antarctic Survey”, demostraron por primera vez la relación entre la destrucción de las plataformas de hielo y el calentamiento global, así como el desplazamiento acelerado de los glaciares (47). En el océano Ártico la situación es similar, la extensión del hielo se ha reducido 2,7% por década desde 1978 (44). De acuerdo con algunos investigadores (48, 49), las temperaturas medias en el Ártico se incrementaron casi al doble que la media mundial en los últimos cien años y están aumentando más rápidamente que en el Antártico. Científicos de la Universidad de Texas (50), concluyeron que esta capa de hielo está desapareciendo a una tasa creciente de 240 km/ año desde el año 2004. Adicionalmente, los registros señalan que en Alaska durante las tres décadas pasadas, la temperatura promedio subió 2,31 ºC y que su bosque boreal (árboles y arbustos) se está extendiendo hacia el norte a una tasa de 100 km. por 1 ºC de aumento, colonizando progresivamente las regiones anteriormente ocupadas por la tundra (51).

El calentamiento global también está ocasionando la fusión del “permafrost” (capa de hielo sólido permanente) que ha actuado como un sumidero de carbono por miles de años (52, 53), afectando construcciones, hábitats de plantas y animales y generando extensas aperturas en el casquete de hielo perenne del mar Ártico, que de continuar, abriría nuevas rutas comerciales a través de este océano (54). Se conoce la situación de los glaciares en las montañas Himalaya y los de Tianshan, que han disminuido 67 % su superficie durante las décadas pasadas (55), de los lagos glaciales en Nepal y Bután que se han vuelto potencialmente peligrosos para los asentamientos ubicados río abajo, y del Kilimanjaro, Tanzania, donde se reporta una pérdida de 82 % de la capa de hielo desde 1912 (56). En Europa, trece glaciares del Pirineo han desaparecido en apenas una década, de 1993 a 2002, y otros cuatro han disminuido marcadamente su superficie (57). En España, los glaciares de Aragón presentan lenguas de hielo cuya extensión se ha reducido a la mitad desde 1982, de manera que solamente quince sistemas pueden seguir siendo considerados como glaciares. En Suiza, también se ha reportado que los glaciares se han estado adelgazando y retirando desde mediados del siglo XIX (46). Esta situación no es ajena a la zona intertropical, donde también se está observando el retroceso de los glaciares. Algunas investigaciones indican que la mayoría de los glaciares de América del Sur, desde Colombia a Chile y a la Argentina, están reduciendo drásticamente su volumen a una tasa acelerada (58). Registros del siglo XX y XXI también reportan que en Venezuela está ocurriendo el deshielo de los glaciares. En el Pleistoceno, los glaciares merideños cubrían un área aproximada de 200 km2, superficie que se ha estado reduciendo hasta llegar a 1 km2 en el año 1991 (59, 60). III. CONCLUSIONES 1. Existe una tendencia ascendente de la temperatura promedio superficial durante los últimos años seguramente un factor antrópico está interviniendo. 2. Se están presentando impactos en el ciclo hidrológico; en la composición, estructura, distribución y desincronización biológica de ciertas poblaciones vegetales; tasas más altas de fotosíntesis y un uso del agua más eficiente de parte de los cultivos, dependiendo de pasos fotosintéticos; reducciones en rendimientos de cultivos; en la morbi-mortalidad; desórdenes alérgicos y respiratorios y del riesgo de transmisión de ciertas enfermedades; fusión de glaciares y placas de hielo.

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 IV. RECOMENDACIONES 1. Movilizar a los ciudadanos a fin de que concienticen las consecuencias del cambio climático, y para que participen en la prevención y mitigación de estos efectos. 2. Implantar y fomentar los programas de educación formal e informal relacionados con el tema. 3. Impulsar políticas públicas y planes de acción a fin de enfrentar las consecuencias del cambio climático. V. REFERENCIAS 1. Houghton J., Ding Y., Griggs D., Noguer M., Van der Linden P., et al., (2001). Climate change 2001: The scientific basis, Cambridge University Press. p 944. 2. Magrin G., Gay D., Cruz J., Giménez A., Moreno G., et al. (2007). Latin America. Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability. Contribution of working group II to the fourth assessment reports of the Intergovernmental Panel on Climate Change. (eds.) M. Parry, O. Canzini, J. Palutikof and C. Hanson. Cambridge University press, Cambridge, UK, 581-615. 3. Olivo, M. L. (2009). El potencial incremento del nivel del mar como un resultado del cambio climático global en Venezuela: caso Cabo CoderaLaguna de Tacarigua, estado Miranda. Tesis Doctoral. Área Geografía. Facultad de Humanidades y Educación. Área Geografía. Doctorado en Humanidades Mención Honorífica. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Humanidades y Educación. 4. De Menocal, P. (2001). Cultural responses to climate change during the Late Holoceno. Science 292 (5517): 667 - 685. 5. Nicholls R., Wong V., Burkett J., Codgnotto J., Hay R., et al., (2007). Coastal systems and low-lying areas. Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability. Contribution of working group II to the fourth assessment report of the Intergovermental Panel on Climate Change. (eds.) M. Parry, O. Canzini, J. Palukkof, P., van der Linden and C. Hanson. Cambridge University press, Cambridge, U. K. 315-356. 6. PNUMA-Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (2007). Cambio climático-Chile: basta de charla. [Documento en línea]. 02-03-2007. Oficina Regional para América Latina y el Caribe. Unidad de Comunicación e Información Pública. Disponible http://www.pnuma.org/informacion/noticias/200703/02/#02-cambio. Consultado 04-08-2007.

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EAIF: UN FRAMEWORK DE ARQUITECTURA EMPRESARIAL ORIENTADO A SERVICIO EN CORRESPONDENCIA CON MDA Ortega Dinarle1 Uzcátegui Elluz1 Guevara María M1 (Recibido octubre 2011, Aceptado febrero 2012) 1

Departamento de Computación, Facultad de Ciencias y Tecnología Universidad de Carabobo, Venezuela dortega@uc.edu.ve,euzcateg@uc.edu.ve,mguevara@uc.edu.ve

Resumen: El Enterprise Architecture Integration Framework (EAIF) Orientado a Servicios especifica una correspondencia de sus niveles (Personas, Procesos, Aplicaciones y Mecanismos) con los modelos propuestos por la MDA (CIM, PIM y PSM). También se puede establecer una correspondencia entre estos modelos y los artefactos de RUP. A partir de estas correspondencias, se plantea un conjunto de reglas de transformación para generar especificaciones de las clases de EAIF. En esta investigación se utilizó la metodología Investigación Acción y como caso de estudio una aplicación Help Desk. Un primer resultado corresponde con la identificación de los artefactos de RUP generados durante el desarrollo de las aplicaciones, con los distintos niveles de EAIF usando MDA. Posteriormente, con la información de estos artefactos, se genera la especificación de las clases de EAIF, haciendo uso de las reglas de transformación planteadas, logrando obtener una primera versión de la Arquitectura Empresarial de la organización en estudio. Entre los aportes de esta investigación se destaca el enriquecimiento de los lineamientos y especificaciones que conforman al EAIF. Así mismo, se provee una herramienta valiosa para organizaciones interesadas en minimizar la brecha entre sus TIC‟s y sus metas, favoreciendo la toma de decisiones estratégicas efectivas para mantener su posicionamiento competitivo. Palabras clave: Frameworks de Arquitectura Empresarial/ MDA/ Reglas de Transformación/ Orientación a Servicios/ RUP

EAIF: A FRAMEWORD FOR ENTERPRISE ARCHITECTURE SERVICE ORIENTED CORRESPONDENCE WITH MDA Abstract: The Enterprise Architecture Integration Framework (EAIF) specifies a Service Oriented matching levels (People, Processes, Applications and Mechanisms) with the models proposed by the MDA (CIM, PIM and PSM). You can also establish a correspondence between these models and artifacts of RUP. From these correspondences, there is a set of transformation rules to generate specifications EAIF classes. In this study we used the Action Research methodology and case study as a Help Desk application. A first result corresponds to the identification of RUP artifacts generated during the development of applications with different levels of EAIF using MDA. Subsequently, the information in these artifacts is generated specifying EAIF classes, using the transformation rules raised, obtaining a first version of Enterprise Architecture in the organization under study. Among the contributions of this research is that the enrichment of the guidelines and specifications that make up the EAIF. Also, it provides a valuable tool for organizations interested in bridging the gap between the ICT and its goals, promoting the effective strategic decisions to maintain its competitive positioning. Keywords: Frameworks for Enterprise Architecture/ MDA/ Transformation Rules/ Guidance Services/ RUP.

I. INTRODUCCIÓN En la actualidad, para responder a los constantes cambios y tomar las decisiones más acertadas, la mayoría de las organizaciones han comprendido el impacto positivo de tener una visión global de su estado actual y en particular de su Plataforma de Tecnología de Información (TI). Este escenario es bien explicado en el contexto de la Ingeniería del Software y Sistemas de Información, con la denominación de Arquitectura Empresarial (AE). La especificación de la AE de una organización provee el

soporte para el análisis y la planificación, a través de una fotografía del estado actual de la organización y de la TI, así como también permite establecer una proyección del estado futuro deseado. En este sentido, el concepto de AE cada vez gana más interés como herramienta para poder enfrentar los desafíos a los que están expuestas las organizaciones. Con este objetivo se han desarrollado distintos frameworks entre los que podemos mencionar, el Framework de Zachman[1], TOGAF[2] y

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Archimate[3][4] entre otros. Por su parte, el Enterprise Architecture Integration Framework (EAIF) [5][6] es un framework de arquitectura empresarial orientado a la integración, el cual permite obtener una vista integrada y organizada, de los principales aspectos y elementos de una organización y sus respectivas relaciones: procesos, personas, aplicaciones y tecnología. Por otra parte, desde que la OMG anunció a la Model Driven Architecture (MDA) [7] como parte de sus estándares, este concepto ha ganado cada día más importancia en el campo del desarrollo de software. Y es que las numerosas ventajas atribuidas a la MDA lo convierten en una opción a tomar en cuenta, en el desarrollo de cualquier proyecto de software, aunque esto amerite en la mayoría de los casos, una previa preparación por parte de los desarrolladores que no poseen conocimientos al respecto. Al hacer una revisión de los aspectos involucrados en la especificación de una AE y la aplicación de la MDA se pueden encontrar ciertas similitudes. La AE de una organización posee información de tal manera que puede ser clasificada bajo los tres modelos propuestos por la MDA: CIM, PIM y PSM. En este sentido, ya existen versiones de los frameworks TOGAF [8] y Zachman [9] planteando esta solución. Cada uno de estos enfoques, AE y MDA promueven un conjunto de ventajas, las cuales pueden combinarse y convertirse en lineamientos base para la gestión de las organizaciones. El objetivo de este trabajo es, enriquecer EAIF con el enfoque MDA, determinando reglas de transformación que permiten generar elementos correspondientes a los niveles de este framework (Procesos, Personas, Aplicaciones y Mecanismos) a partir de un conjunto de artefactos RUP (Rational Unified Process) generados en el desarrollo de las aplicaciones de software de una organización. A través de esta herramienta se espera que las organizaciones puedan iniciar el desarrollo de su arquitectura empresarial a partir de la información provista por las aplicaciones existentes, y de esta manera minimizar la brecha entre sus TIC‟s y la visión de la organización, beneficiando la toma decisiones estratégicas efectivas favoreciendo su posicionamiento competitivo. Este trabajo está formado por cinco secciones: la primera sección se presenta la introducción, donde se exponen los fundamentos y objetivos de la investigación. Una segunda sección de desarrollo la cual contempla la metodología utilizada, una revisión de los conceptos relacionados y los resultados obtenidos. Finalmente, se presentan la tercera y cuarta sección con las conclusiones y referencias bibliográficas.

II.- DESARROLLO 1. Metodología La

investigación

fue

desarrollada

utilizando

Metodología Investigación-Acción propuesta por Susman y Evered [10], esto dada su adaptación en el contexto de la Ingeniería de Software y Sistemas de Información. A continuación se detallan las cinco fases presentes en el proceso iterativo: 1.- Fase de Diagnóstico: Corresponde a la identificación y descripción de la situación actual. 2.- Fase de Planificación de la Acción: Especifica las acciones que deben ser ejecutadas para mejorar el problema. 3.- Fase de Implementación de la Acción: Se implementa la acción planificada 4.- Fase de Evaluación: Después de ser completadas las acciones, los investigadores evalúan las salidas, utilizando técnicas apropiadas que aporten evidencia de la calidad de las acciones emprendidas. 5.- Fase de Especificación del Aprendizaje: en esta fase se reflexiona sobre los resultados de la fase de evaluación. 2. Conceptos Fundamentales En esta sección se presenta una breve revisión de los conceptos fundamentales relacionados con el desarrollo de esta investigación.  Arquitecturas Empresariales A nivel empresarial existe una motivación conocida como Arquitectura Empresarial (AE) la cual promueve la integración de aplicaciones [6]. La AE se puede definir como un plan maestro de la organización con aspectos de planificación de negocio (objetivos, visión, estrategias); operaciones del negocio (estructura organizacional, procesos y datos); de la automatización y de la infraestructura tecnológica disponible (base de datos, redes) [11]. Una organización que cuente con su arquitectura empresarial, tiene a la mano la información necesaria para enfrentar los constantes cambios, avanzando de manera positiva en su agenda de modernización derrotando las barreras para el progreso. La arquitectura empresarial permitirá a la organización asegurar que su diseño y sus sistemas de información están alineados con la misión de la organización; servirá de guía en la toma de decisiones de desarrollos en SI (Sistemas de Información) y TI, promueve la interoperabilidad entre sistemas desarrollados , promueve la flexibilidad en la infraestructura de SI/TI para adaptarlas a nuevos requerimientos o necesidades de cambio imprevistas , cambios organizacionales así como promueve la longevidad y re-uso de los componentes de la infraestructura. Existen frameworks o marcos de trabajo de AE, los cuales establecen un conjunto de condiciones, conceptos, valores y prácticas para modelar la realidad de las organizaciones [12], como ejemplos se pueden mencionar el Framework Empresarial de Zachman [1], TOGAF [2] , ArchiMate

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 [3][4] y el Enterprise Architecture Integration Framework(EAIF) [5][6]. El uso de estos frameworks se hace aun más relevante en aquellas organizaciones que pretenden ejecutar proyectos de integración, a fin de identificar el estado actual de los elementos involucrados (personas, procesos, sistemas, entre otros) y proponer distintos escenarios a partir de esta realidad.  MDA En el año 2000, la Object Management Group (OMG) [7] publicó un documento con el planteamiento de la Arquitectura Dirigida por Modelos (por sus siglas en Ingles, Model Driven Architecture) la cual se define como un enfoque para el desarrollo de sistema basado en la transformaciones de modelos. Este enfoque se basa en tres clase de niveles de abstracción que guían el desarrollo de la aplicación, estos son: CIM, PIM y PSM. Por su parte, el CIM constituye la vista del sistema independiente de la computación, el PIM representa la vista del sistema independiente de la plataforma y el PSM constituye la vista del sistema específica de una plataforma computacional. Con MDA, una vez que se ha desarrollado un modelo en determinado nivel, se puede derivar, automáticamente el resto de los modelos aplicando las correspondientes transformaciones. Todo esto sugiere una influencia directa en la productividad, portabilidad, interoperabilidad y mantenimiento de la aplicación.  EAIF El EAIF es un framework de arquitectura empresarial orientado a la integración, basado en el Modelo

Conceptual de Integración de Brown [13] y las Vistas de Integración de Sandoe (backward, forward y upward ) [14]. Está formado por cuatro niveles: Procesos, Servicios, Mecanismos y Personas, los cuales corresponden con los procesos de negocio que intervienen en la integración, las aplicaciones empresariales que se adaptan a estos procesos, la implementación de los servicios requeridos y las personas que participan. Adicionalmente, las vistas de integración extienden los niveles de Procesos y Servicios. En cuanto al nivel de Mecanismos está compuesto por la Arquitectura de Software y la Tecnología de Información y Comunicación. La versión original del EAIF contempla una correspondencia con los modelos de MDA y sus niveles: Personas, Procesos, Servicios y Mecanismos. Así mismo se han planteado propuesta de extensión con el enfoque SOA [15]. Es importante resaltar que en esta última versión del EAIF uno de los principales cambios es el cambio de nombre a la Clase Servicio por Aplicaciones, esto responde a la necesidad de evitar confusión con el concepto de Servicio manejado en el enfoque SOA. En la Figura 1 se muestra un esquema completo de ambos enfoques (MDA y SOA) planteado en EAIF [6][15]. Se observa, como el CIM corresponde con los niveles Personas y Procesos, el PIM corresponde con el nivel de Aplicaciones. Con respecto al nivel de Mecanismos, la Arquitectura es parte el PIM ya que es una especificación de alto nivel. Y finalmente encontramos la Tecnología de Información es modelada por el PSM.

Figura 1. Diagrama de EAIF-SOA-MDA. Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 3. Resultados En esta sección se presentaran los resultados que se obtuvieron al aplicar cada una de las fases de la metodología descrita en la sección anterior. 3.1 Fase de Diagnóstico Durante esta fase se identificó el contexto que enmarca al problema y se realizó la revisión bibliográfica de los principales conceptos relacionados a esta investigación. 3.1.1 Descripción del Problema En los últimos años, el tema de la integración de las aplicaciones de software ha ganado mayor atención de parte de las organizaciones que desean mantener y aumentar su nivel competitivo. Este tipo de integración involucra la combinación o fusión de las aplicaciones de software, que aún funcionan de manera independiente. Además, permite flexibilizar la comunicación entre las unidades de la organización y reducir la duplicación de esfuerzos [16]. En respuesta a esta necesidad, se han desarrollado frameworks como el de Zachman [1], TOGAF [2], ArchiMate [3][4] y el Enterprise Architecture Integration Framework (EAIF) [5][6], entre otros.

3.2.1 Obteniendo la especificación del CIM de EAIF a través de artefactos RUP Rational 2004 [18] define que el CIM está conformado, entre otros, por el Modelo de Casos de Usos del Negocio [19]. También el Documento de Especificación de Requisitos de RUP puede ubicarse dentro del nivel CIM. Al comparar estos artefactos y los niveles Personas y Procesos del EAIF, podemos determinar la similitud entre los conceptos que ambos manejan. Por su lado, la Clase Persona del EAIF registra la información de las personas que pertenecen a la organización y el listado de aplicaciones a la cual tiene acceso, información que esta contenida en el Documento de Requisitos de RUP. De forma similar la clase Procesos del EAIF contempla la especificación de los procesos del negocio tales como, nombre del modelo de proceso, objetivo, elementos involucrados en el modelo de proceso, lista de políticas, reglas y restricciones utilizadas en el modelo de proceso en concordancia con la información especificada en el Modelo de Casos de Uso del Negocio. Esta correspondencia se ilustra gráficamente en la Figura 2.

Adicionalmente, se presenta el enfoque de la Arquitectura Dirigida por Modelos (del inglés, Model Driven Architecture, MDA) la cual es una iniciativa de la OMG, que promueve el enfoque de desarrollo de software basado en la transformación sucesiva de modelos correspondientes a distintos niveles de abstracción desde el conceptual hasta la implementación [7]. Este enfoque persigue propiciar la portabilidad, productividad, reutilización, mantenimiento, integración, interoperabilidad y apoyo a la evolución de las aplicaciones de software adaptándose a los cambios en la plataforma tecnológica [17]. Con el surgimiento de nuevos enfoques, como es el caso de MDA, la utilidad y continuidad en el tiempo de cualquier herramienta en el campo de desarrollo de software, como lo son los frameworks de Arquitectura Empresarial, se ve afectada proporcionalmente al grado de su flexibilidad para adaptarse a estas nuevas tendencias tecnológicas. En este sentido, algunos de estos frameworks ya presentan extensiones o adaptaciones de los conceptos relacionados con la MDA, como una forma de garantizar su aplicabilidad a futuro, tales como TOGAF [8] y Zachman [9]. En este sentido, aunque EAIF posee ventajas, se hace necesario establecer mecanismos que faciliten su uso y lograr conservar su carácter competitivo con los otros frameworks. . 3.2 Fase de Planificación e Implementación de la acción En esta fase se describen el conjunto de actividades que se llevaron a cabo para cumplir con el objetivo planteado.

Figura 2. Artefactos de RUP en el nivel CIM de EAIF Es así como basados en esta similitud identificada, se pueden establecer reglas de transformación para obtener la especificación de las clases Procesos y Persona del EAIF, partiendo de los Casos de Usos del Negocio y el Documento de Especificación de Requisitos en particular se utiliza la definición de los Actores del Negocio. Dichas reglas se presentan en la Tabla 1. Las reglas de transformación planteadas en esta sección permiten obtener a partir de un conjunto de artefactos correspondientes al CIM de RUP, un CIM de EAIF.

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla I. Reglas de Transformación para obtener el CIM de EAIF Artefacto RUP

Especificación de Requisitos (Actores del Negocio)

Elementos de EAIF Clase Atributos -rol -objetivos -aplicación Persona

-meta proceso -estrategia Caso de Uso del Negocio

- actividades Proceso - entradas -salidas -producto

3.2.2 Obteniendo la especificación del PIM de EAIF a través de artefactos RUP. En relación a los artefactos generados en RUP aquellos que se consideran del nivel PIM se encuentra el Documento de Especificación de Requisitos en particular la definición de los requisitos no funcionales contenida en este, los Casos de Uso del Sistema y el Diagrama de Implementación. Por su parte según [6], el PIM del EAIF está compuesto por los niveles Aplicaciones y Mecanismos/Arquitectura de Software. El nivel de Aplicaciones describe la información relevante a los paquetes de software o servicios (del enfoque SOA) que

Regla de Transformación

del

- Aquellos actores humanos del negocio se transforman en una instancia de la Clase Persona de EAIF. - Los valores de los atributos rol, objetivos y aplicación se obtienen de la descripción de cada actor. - Cada Caso de Uso del Negocio se transforma en una instancia de la Clase Proceso. - De la descripción del Caso de Uso se logra identificar el valor de los atributos: meta del proceso y estrategia. - Del flujo de eventos de cada Caso de Uso se obtiene información para especificar el atributo actividades que corresponde con el conjunto de actividades del proceso instanciado. Una vez identificadas las actividades del proceso se puede obtener los atributos entrada, salida y producto a partir de un análisis de cada una de ellas. posee la organización la cual puede ser obtenida a partir de los Casos de Usos del sistema y el Diagrama de Implementación. Por su parte la Arquitectura de Software como su nombre lo indica, especifica lo relacionado a los estilos arquitectónicos y patrones arquitectónicos utilizados en el diseño del sistema, las propiedades de calidad que la aplicación propicia. Toda esta información puede extraerse a partir del Documento de Especificación de Requisitos. En este sentido, podemos realizar una correspondencia entre los artefactos RUP y los niveles Aplicación y Arquitectura de Software de EAIF, tal como se muestra gráficamente en la Figura 3.

Figura 3. Artefactos de RUP en el nivel PIM de EAIF Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Las reglas de transformación para obtener la especificación de las clases Aplicación y Mecanismos (Arquitectura) las cuales conforman el PIM del EAIF, partiendo de los artefactos RUP se describen en la Tabla II.

Las reglas de transformación planteadas en esta sección permiten obtener a partir de un conjunto de artefactos correspondientes al PSM de RUP, un PSM de EAIF.

Tabla 2. Reglas de Transformación para obtener el PIM de EAIF Artefacto RUP

Elementos de EAIF Clase

Caso de Uso del Sistema

Especificación de Requisitos

Diagrama de Implementación

Aplicación

Mecanismos (Arquitectura)

Aplicación

Atributos

Reglas de Transformación

Cada Caso de Uso del sistema formará parte de la lista Funcionalidades de funcionalidades que se le asociará a la aplicación.

Características de calidad

Cada requisitos no Funcionales identificado, formara parte de la lista de características de calidad de la aplicación.

Subsistemas

Cada nodo del tipo “sistema” formara parte del listado de subsistemas externos relacionados a la aplicación.

3.2.3 Obteniendo la especificación del PSM de EAIF a través de artefactos RUP. El PSM de RUP puede estar conformado por el Documento de Especificación de Requisitos y el Diagrama de Despliegue. En términos de EAIF el PSM está definido por el nivel de Mecanismo/Tecnología de Información. En este nivel, se especifica la Tecnología a utilizar para el desarrollo (Hardware, Software, Base de Datos, Comunicaciones). A partir del Documento Especificación de Requisitos se puede determinar los paquetes de software que se utilizara para el desarrollo de la aplicación, información relevante para el atributo software de la Clase Tecnología de Información. Así mismo del Diagrama de Despliegue provee información relevante al hardware, base de datos y comunicaciones requeridos en el desarrollo de la aplicación. La correspondencia entre los artefactos RUP y los niveles Aplicación y Arquitectura de Software de EAIF descrita anteriormente se muestra gráficamente en la Figura 4. Luego de haber identificado el conjunto de artefactos relacionados al nivel PSM del EAIF se establecen reglas de transformación que permitan obtener la especificación de la Clase Mecanismos (Tecnología de Información) partiendo del documento de Especificación de Requerimiento y Diagrama de Despliegue tal como se muestra la Tabla III.

Figura 4. Artefactos de RUP en el nivel PSM de EAIF

3.3 Fase de Evaluación. En esta fase, se utilizan los resultados obtenidos en la sección anterior y se aplican al caso de estudio seleccionado. 3.3.1 Descripción del Problema. En esta sección se describe la aplicación seleccionada como caso de estudio. El Help-Desk es una aplicación, la cual forma parte del Proyecto Link-all [20], la cual ha sido desarrollada con el enfoque SOA y Servicios Web. Básicamente la aplicación cumple con los siguientes requerimientos: • Gestión de incidentes: Incluye todo el manejo de los incidentes reportados por los usuarios, sus cambios de estado y su posterior resolución. Existe también un mecanismo inteligente de asignación de incidente a los diferentes técnicos. • Comunicación en línea de usuarios y técnicos: Incluye un recurso por el cual los usuarios pueden chatear en línea con los técnicos. • Generación de reportes: Incluye la generación de reportes gráficos de mediciones sobre incidentes. Se incluye aquí también los mecanismos de auto respuesta y envío de mensajería a los usuarios.

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla III. Reglas de Transformación para obtener el PIM de EAIF Artefacto RUP

Documento Especificación de Requisito

Elementos de EAIF Clase Atributos Mecanismos (Tecnología de Información)

Regla de Transformación Cada recurso Software utilizado para el desarrollo de la aplicación, formara parte del atributo “software” de la Clase Tecnología de Información.

software

Los nodos que representen recursos hardware formaran parte del atributo que lleva el mismo nombre en la Clase Tecnología de Información del EAIF.

Modelo de Despliegue

Mecanismos (Tecnología de Información)

hardware

Si el nodo es una base de datos, entonces será parte del atributo “basededatos”.

base de datos

Si el nodo es del tipo software no se considera esta información relevante para esta clase.

comunicaciones software

Cada asociación pasa a formar parte del atributo “comunicaciones” de la Clase Tecnología de Información. Los artefactos que representen un archivo ejecutable o un archivo fuente, formarán parte del atributo “software” de la Clase Tecnología de Información.

3.3.2 Especificación del Help Desk con UML La herramienta Help Desk fue desarrollada haciendo uso de la metodología planteada por [21]. Parte de los resultados de estos artefactos se muestran en las siguientes secciones 3.3.2.1 Actores del Negocio Como parte del Documento de Especificación de Requisitos desarrollado para esta aplicación se encuentra que se han identificado tres actores principales: Administrador, es un actor que se encarga de gestionar y administrar los incidentes reportados; el Usuario es el actor encargado de reportar los Incidentes y el Técnico, el cual se encarga de encontrar las soluciones a los Incidentes reportados por los usuarios al Help Desk. 3.3.2.2 Diagrama de Casos de Usos de Negocio Para la aplicación Help Desk el modelo de casos de usos del Negocio consta de cinco casos principales a saber Transiciones, Ayuda en Línea, Reporte de Incidente, Acceso a base de Conocimientos y Alertas, tal como se ilustra en la Figura 5.

Figura 5. Caso de Uso del Negocio para la aplicación Help Desk Del documento de Modelado de Negocio, se extrae la especificación del Caso de Uso Reporte de Incidente como se puede observar en la Figura 6.

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Figura 6. Especificación Caso de Uso Reporte de Incidentes

3.3.3 Instanciación de las Clases del EAIF aplicando las reglas de transformación. Por restricciones de espacio, nos enfocamos a desarrollar la instanciación de las clases Personas y Procesos del EAIF, utilizando como insumo la información suministrada por artefactos antes presentados y aplicando las reglas de transformación (sección 3.2) propuestas para estas dos clases. Es así como podemos observar en la Figura 7 las instancias de la clase Persona, y en la Figura 8 instancia de la clase Proceso.

propuestos y obtener una versión de la arquitectura empresarial de la organización utilizando EAIF, considerando sólo los procesos involucrados en el desarrollo del sistema de software estudiado.

3.4 Fase de Especificación de Aprendizaje Basados en la correspondencia de RUP con MDA, se ha logrado relacionar un conjunto de artefactos de desarrollo de software (en los tres niveles planteados por la MDA) con los distintos niveles del EAIF. Es a partir de esta correspondencia, que sugerimos a una organización que posee documentación generada de RUP-MDA, utilizarla como insumo fundamental para iniciar la definición de su arquitectura empresarial aplicando las reglas de transformación propuestas. Así mismo, se puede concluir que los Diagramas de Casos de uso del negocio aportan información requerida para realizar la especificación del nivel de Procesos en el EAIF. De la misma manera, a partir de la Especificación de Requisitos (actores del negocio) se puede instanciar la clase Personas del EAIF. Este análisis puede extenderse al resto de los diagramas (Casos de Usos del Sistema, Diagrama de Implementación y Diagrama de Despliegue)

Figura 7. Especificación de la Clase Persona EAIF generadas a través del Documento de Requisitos de la aplicación Help Desk

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Figura 8. Especificación de la Clase Proceso de EAIF generada a través del Modelo de Casos de Usos del Negocio de la aplicación Help Desk

III. CONCLUSIONES 1. Establecer una correspondencia entre los niveles Personas, Procesos, Aplicaciones y Mecanismos del EAIF y el enfoque MDA puede contribuir significativamente en la elaboración de la especificación de una AE de cualquier organización, promoviendo la consistencia entre la información manejada por el departamento de TI y el arquitecto empresarial. 2. Las reglas de transformación planteadas permiten definir un moldeo CIM de EAIF a partir de un modelo CIM de RUP, de igual forma se obtiene un PIM de EAIF a través de un PIM de RUP y finalmente se puede generar un PSM de EAIF a partir de un PSM de RUP. 3. Con este planteamiento EAIF se convierta en una herramienta para facilitar y motivar al mismo tiempo, a las organizaciones a alinear la TI con la visión de la organización, creando una arquitectura empresarial base, la cual pudiera ser enriquecida en distintas iteraciones. A largo plazo, las organizaciones contarían con una AE, para facilitar la toma de decisiones estratégicas efectivas para propiciar su competitividad en el mercado.

4. Como trabajo futuro, se considera el desarrollo de un proyecto para generar las herramientas CASE de soporte para la automatización de las reglas de transformación que en esta investigación se plantean y de esta manera facilitar la aplicación de las mismas. 5. Así mismo se considera importante evaluar en un futuro la bidireccionalidad de la relación establecida entre los artefactos de RUP y las clases de EAIF, considerando el caso, cuando una organización cuente con una AE especificada con EAIF, y pueda utilizar esta especificación en el desarrollo de aplicaciones de software siguiendo un proceso de desarrollo.

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Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 3. Página official de ArchiMate. http://www.opengroup.org/archimate/doc/ts_archimate 4. Enterprise Architecture Development and Modelling Combining TOGAF and ArchiMate http://www.vianova-architectura.org/files/magazine/Lankhorst.pdf 5. Losavio F “et al”. "Experimenting with the Expressive Power of an Enterprise Architecture Framework". TEAA 2006. Berlin. LNCS 4473. pp 255-269.2007. 6. Ortega D. “Arquitecturas Empresariales”. Universidad Central de Venezuela. Tesis Doctoral. 2006. 7. Object Management Group. Model Driven Architecture. Disponible desde http://www.omg.org/mda/. Consultado en Diciembre 2010 8. The Open Group in association with Object Management Group. “ TOGAF ADM and MDA”. May 2004. 9. Object Management Group. “ The Zachman Framework and the OMG's Model Driven Architecture”. Septiembre 2003. Disponible desde http://www.omg.org/mda/mda_files/09-03WP_Mapping_MDA_to_Zachman_Framework1.pdf Consultado en Mayo 2010 10. Baskerville, R. Investigating Information Systems with Action Research. Communications of the Associationfor Information Systems. Octubre, 1999. 11. Schekkerman J. “How to survive in the jungle of Enterprise Architecture Frameworks”. ISBN 1-41201607. Segunda Edición. TRAFFORD. 2004 12. O‟Rourke C., Fishman N., Selkow W. “Enterprise Architecture Using the Zachman Framework”. Thomson Course Technology. 2003.

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Ortega, D. et al. EAFIT: Un Framework de Arquitectura Empresarial Orientado a Servicio. pp. 23-32

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FORMULACIÓN DE UN MODELO MATEMÁTICO PARA OPTIMIZAR EL TIEMPO DE PRODUCCIÓN EN UNA PLANTA EXTRUSORAS DE TUBOS Krastek Robert1 Ramos Saibel1 Duarte Ángel2 (Recibido octubre 2011, Aceptado febrero 2012) 1

Área de Ingeniería, Universidad Nacional Abierta, Centro Local Portuguesa, Venezuela, Centro de Ingeniería de Fabricación, UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz, Venezuela. rkrastek@una.edu.ve, sairamos@una.edu.ve, angelduarte1@gmail.com

Resumen: Los modelos constituyen una herramienta muy importante en el área de ingeniería, ya que estos simplifican las operaciones de un determinado problema, por ejemplo a través de la representación matemática de un sistema de producción, sirviéndonos de apoyo en la toma de decisiones en las organizaciones de mediana y gran complejidad. Por esta razón, esta investigación consistió en la formulación de un modelo matemático para optimizar el tiempo de producción en una planta extrusora de tubos. Se utilizó la metodología de la Investigación de Operaciones a través de las siguientes fases: 1) identificación de la problemática, 2) construcción y formulación del modelo matemático de programación lineal, 3) validación del modelo y 4) la implantación del modelo matemático. El modelo matemático planteado tomó en cuenta las siguientes variables: los tiempos de producción por especificaciones de cada tipo de tubo y extrusora e igualmente las capacidades semanales de producción por cada extrusora en unidades producidas. En este artículo se presenta los resultados obtenidos con la ejecución de los dos primeros pasos de la metodología señalada, en donde se puede ver que el modelo matemático formulado tuvo la capacidad de manejar un número alto de variables de decisión, como una representación óptima del proceso de fabricación de tubos de Policloruro de Vinilo o PVC a través de la minimización de los tiempos de producción. Palabras clave: Modelo matemático/Optimización/Producción/Extrusión de tubos

FORMULATION OF A MATHEMATICAL MODEL TO OPTIMIZE THE TIME OF PRODUCTION IN A PLANT EXTRUSORAS OF PIPES Abstract: Models constitute a very important tool in the engineering area, since these simplify the operations of a determined problem, for example through the mathematical representation of a system of production, suiting our purposes of support in the decision making in the organizations of median and great complexity. For this reason, this investigation consisted in the formulation of a mathematical model to optimize the time of production in a plant extruder of pipes. The methodology of the Operations Research through the following phases was used: 1) identification of the problems, 2) construction and formulation of the mathematical model of linear programming, 3) validation of the model and 4) the implantation of the mathematical model. The put forward mathematical model took the following variables into account: The times of production for specifications of every type of tube and extruder and equally the weekly capacities of production for each extruder in units produced. In this article results once the two first passages of the methodology indicated, where it can be seen that the formulated mathematical model had the capacity of managing a high number of variables of decision, like an optimal representation of the manufacturing process of pipes of Polyvinyl Chloride were gotten from with the execution or PVC through the minimization of the times of production are presented. Keywords: Mathematical model/Optimization/ Production/Extrusion of pipes

I. INTRODUCCIÓN Los modelos o representaciones idealizadas, juegan un papel muy importante en la ciencia y la tecnología, como ejemplo tenemos: los modelos del átomo y de la estructura genética; las ecuaciones matemáticas que describen las leyes físicas del movimiento y las reacciones químicas; las gráficas utilizadas para la representación de

la información; los organigramas y los sistemas contables en la industria, entre otros. Esos modelos son invaluables, ya que extraen la esencia de la materia de estudio, muestran sus interrelaciones y facilitan su análisis. Por otro lado, la Extrusión es un proceso de fabricación importante para la industria, mediante ella se obtienen productos que son de gran utilidad, entre los cuales se

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 destacan las tuberías de Policloruro de Vinilo o PVC. Teniendo en cuenta este contexto, la temática de esta investigación gira en torno a la aplicación de técnicas de ingeniería y de optimización en la formulación de un modelo matemático, el mismo representa el proceso de asignación de recursos al momento de ejecutar las órdenes de producción en una Planta Extrusora de tubos PVC. Este estudio se justifica por el hecho de que los sistemas de producción siempre pueden ser optimizados, incidiendo positivamente en el rendimiento de la fabricación de los productos. Bajo estas premisas, se requiere de herramientas adecuadas para pronosticar comportamientos en estos sistemas que ayuden a tomar decisiones bajo un ambiente de incertidumbre, igualmente que contribuyan a mejorar un proceso de planificación de la producción [1], he aquí la importancia de la utilización de los modelos, ya que a través de ellos podemos representar de una manera más sencilla la realidad bajo estudio. En la industria se ha venido utilizando la Investigación de Operaciones o Investigación Operativa (de aquí en adelante se abreviará como IO) para la optimización de los sistemas de producción, cuyos pasos metodológicos orientaron esta investigación y los cuales consisten en: 1) identificación de la problemática, 2) construcción y formulación del modelo matemático de programación lineal, 3) validación del modelo y, 4) la implantación del modelo matemático [2]. En este artículo se presentan los resultados de los dos primeros pasos de esta metodología para optimizar el proceso de producción de una Planta Extrusora de tubos PVC. II. DESARROLLO La planta industrial donde se realizó esta investigación fabrica tuberías para agua a presión, aguas servidas y tuberías de electricidad (Conduit), con diferentes especificaciones de longitud, diámetro y espesor, utilizando para ello 14 líneas de producción (máquinas extrusoras), las cuales tienen individualmente su propia operatividad en cuanto a tiempos y capacidades de producción, parámetros de temperaturas, entre otros.

de la Extrusora que debe utilizarse para fabricarlo, sin especificar la cantidad a producir, y sin tener en cuenta las capacidades reales de cada Extrusora. Asimismo, se pudo determinar que ante esta situación, el jefe de Planta de Extrusión generalmente basado en su experiencia y sin apegarse a lo especificado en el plan, decide qué Extrusora asignar para la fabricación de un determinado producto, pero esta decisión no siempre es la más conveniente por la cantidad de variables involucradas en el proceso. Tal situación coloca al Jefe de Planta en un escenario decisorio incierto, el cual tiene que responder a lo especificado en las órdenes, ajustando lo indicado en ellas a la operatividad de las Extrusoras. 2. Construcción y formulación del modelo matemático de programación lineal La propuesta de solución a la problemática planteada anteriormente consistió en la formulación de un modelo matemático con la aplicación de técnicas de programación lineal [3], mediante el cual se lograra ajustar las órdenes de producción a la operatividad real de la Planta y así optimizar los tiempos de producción. Para la formulación del modelo matemático se requirió conocer la siguiente información: cantidad de líneas de Extrusoras, tiempos y capacidades de producción de Extrusoras y demanda de los productos. Una vez conocido estos datos y en base a la información de las planillas “Relación de Producción y Cantidad de Material Utilizado” (Anexo A) y “Orden de Producción” (ver Tabla IX), se procedió a tabular los tiempos de producción (Tablas I, II, III y IV) y las capacidades de producción (Tablas V, VI, VII y VIII) para formular el modelo matemático. La Tabla I muestra las siete especificaciones existentes para tubos de Electricidad Conduit de 3 m., para cada especificación se indica una medida de diámetro y espesor, además el tiempo en segundos que tardan las Extrusoras indicadas en fabricarlo. Tabla I. Tiempos de producción en segundos para Tubos de Electricidad Conduit de 3 metros

1. Identificación de la problemática Como paso inicial de esta investigación, se abordó el análisis del proceso de fabricación de tubos en una Planta caso estudio, lográndose detectar los parámetros implicados: tiempo de producción por cada Extrusora, capacidad operativa de cada una de ellas y los tipos de tubos de diferentes especificaciones demandados en la semana. Por otra parte, se detectó que el proceso de producción en esta Planta se ejecuta respondiendo a unas órdenes de producción que especifican las Extrusoras a utilizar y las especificaciones de tubos que fabricaran cada una de ellas (ver tabla IX); en este caso el jefe de Planta de Extrusión recibe semanalmente un plan de producción (que es elaborado en otro departamento de la organización) el cual detalla por cada producto, el número

Especificaciones de tubos

Extrusora 01 (tiempos de producción)

Extrusora 03 (tiempos de producción)

½” x 1.2

0.23

¾”x 1.2

0.24

0.26

1” x 1.2

0.30

0.33

1 ½” x 1.2

0.44

0.40

2” x 1.2

1.12

0.45

3” x 1.5

0.37

4” x 1.5

0.53

No 1

Extrusora 08 (tiempos de producción)

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 La Tabla II muestra las ocho especificaciones existentes para tubos de Aguas a Presión de 6 m., para cada especificación se indica una medida de diámetro y espesor, además el tiempo en segundos que tardan las Extrusoras indicadas en fabricarlo.

La Tabla III muestra las nueve especificaciones existentes para tubos de Aguas Servidas de 6 m. Para cada especificación se indica una medida de diámetro y espesor, además el tiempo en segundos que tardan las Extrusoras indicadas en fabricarlo.

Tabla II. Tiempos de producción en segundos para Tubos Aguas a Presión de 6 metros Extrusora 05 (tiempos de producción)

Extrusora 07 (tiempos de producción)

Extrusora 11 (tiempos de producción)

Extrusora 12 (tiempos de producción)

Extrusora 14 (tiempos de producción)

Especificaciones de tubos

½” x 4.0

¾”x 4.2

1” x 4.9

1 ½” x 5.5

2.57

2” x 6.0

3.27

2 ½” x 7.43

4.05

3” x 8.08

9.00

4” x 9.07

13.13

1.27

1.27 1.55

2.21

2.46

Tabla III. Tiempos de producción en segundos para Tubos Aguas Servidas de 6 metros No

Especificaciones de tubos

Extrusora 05 (tiempos de producción)

Extrusora 07 (tiempos de producción)

Extrusora 08 (tiempos de producción)

Extrusora 09 (tiempos de producción)

Extrusora 10 (tiempos de producción)

Extrusora 14 (tiempos de producción)

2” x 1.8

0.38

2” x 3.2

1.15

3” x 1.8

0.47

3” x 3.2

1.12

4” x 1.8

4” x 2.2

1.10

4” x 3.2

2.03

6” x 2.6

2.23

6” x 3.3

2.00

0.38 1.20

1.00 0.47

1.04

1.04 1.10

1.53

2.22

La Tabla IV muestra la única especificación existente para tubos de Canalón de 3 m., para esta especificación no se

indica medida de diámetro y espesor, pero sí el tiempo en segundos que tarda la Extrusora en fabricarlo.

Tabla IV. Tiempos de producción en segundos para Canalón de 3 metros

La Tabla V muestra las siete especificaciones existentes para tubos de Electricidad Conduit de 3 m., para cada especificación se indica una medida de diámetro y espesor, además la capacidad de producción diaria por Extrusora.

Especificaciones

Extrusora 13 (tiempos de producción)

No tiene

2.24

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla V. Unidades producidas diarias para Tubos de Electricidad Conduit de 3 metros Extrusora 01 (unidades producidas)

Extrusora 03 (unidades producidas)

½” x 1.2

3756

¾”x 1.2

3600

3324

1” x 1.2

2880

2616

1 ½” x 1.2

1968

2160

2” x 1.2

1200

1920

3” x 1.5

2340

4” x 1.5

1632

No 1

Especificaciones de tubos

La Tabla VI muestra las ocho especificaciones existentes para tubos de Aguas a Presión de 6 m., para cada especificación se indica una medida de diámetro y espesor, además la capacidad de producción diaria por Extrusora.

Extrusora 08 (unidades producidas)

La Tabla VII muestra las nueve especificaciones existentes para tubos de Aguas Servidas de 6 m., para cada especificación se indica una medida de diámetro y espesor, además la capacidad de producción diaria por Extrusora.

Tabla VI. Unidades producidas diarias para Tubos Aguas a Presión de 6 metros Extrusora 05 (unidades producidas)

Extrusora 07 (unidades producidas)

Extrusora 11 (unidades Producidas)

Extrusora 12 (unidades producidas)

Extrusora 14 (unidades producidas)

Especificacion es de tubos

½” x 4.0

¾”x 4.2

1”x 4.9

1 ½” x 5.5

492

2” x 6.0

420

2 ½” x 7.43

348

3” x 8.08

156

4” x 9.07

108

996

996 756

612

516

Tabla VII. Unidades producidas diarias para Tubos Aguas Servidas de 6 metros

Especificaciones de tubos

Extrusora 05 (unidades producidas)

Extrusora 07 (unidades producidas)

Extrusora 08 (unidades producidas)

Extrusora 09 (unidades producidas)

Extrusora 10 (unidades producidas)

Extrusora 14 (unidades producidas)

2” x 1.8

2268

2” x 3.2

1152

3” x 1.8

1836

3” x 3.2

1200

4” x 1.8

4” x 2.2

1236

4” x 3.2

696

6” x 2.6

600

6” x 3.3

720

2268 1080

1440 1836

1344

1344 1236

768

600

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 La Tabla VIII muestra la única especificación existente para tubos de Canalón de 3 m., para esta especificación no se indica medida de diámetro y espesor, pero sí la capacidad de producción diaria de la Extrusora en fabricarlo. Tabla VIII. Unidades producidas diarias para Canalón de 3 metros No

Especificaciones

Extrusoras 13 (unidades producidas)

No tiene

600

Se consideró que para una semana particular la Orden de Producción fue la indicada en la siguiente tabla: Tabla IX. Orden de Producción Semanal

planilla “Relación de Producción y Cantidad de Material Utilizado” y en la planilla “Orden de Producción”. Para definir las variables de decisión, se debe tener en cuenta la producción de cada especificación de producto (i) utilizando cada extructora (j), por lo tanto, las variables quedaron definidas de la siguiente manera:

xij: el número de unidades producidas por cada especificación extructora (j).

del

producto (i) utilizando la

Sea el conjunto I={A,…,Y} donde: I‟  I I‟= “conjunto de índices asociado a las especificaciones requeridas según orden de producción” i  I‟ i=especificaciones, donde i varía de A a Y Con las siguientes especificaciones:

Línea de producción

Orden de Producción

Tubo para electricidad Conduit 2”

Canalización 4”

Tubo de Aguas Servidas 4”x1.8

Tubo de Aguas a Presión 1”

Tubo de Aguas a Presión ½”

Canalón

Tubo de Aguas a Presión 2”

La Orden de Producción Semanal de la Tabla IX, es emitida por una unidad externa a la Planta de Extrusión y en ella no se especifica la cantidad de tubos a producir. El Ingeniero de Planta tiene que ajustar el Plan de Producción de acuerdo a los parámetros de cada Extrusora (línea de producción) emitido en una hoja de control llamada “Relación de Producción y Cantidad de Material Utilizado” (Anexo A). Según datos tomados en Planta se labora 115 horas semanales. En base al problema y a la propuesta de solución, se formuló el modelo matemático con el propósito de minimizar los tiempos de producción para cumplir en menor tiempo las órdenes de producción y así optimizar esta actividad. La función objetivo quedó definida por la minimización de los tiempos de producción por especificaciones de productos [4]. Las restricciones que se identificaron fueron las capacidades, demanda y tiempos de producción semanal de las extrusoras, estos datos fueron suministrados en la

A: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de ½” de 1.2 mm B: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de ½” de 4.0 mm C: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de ¾” de 1.2 mm D: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de ¾” de 4.2 mm E: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 1” de 1.2 mm F: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 1” de 4.9 mm G: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 1 ½” de 1.2 mm H: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 1 ½” de 5.5 mm I: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 2” de 1.2 mm J: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 2” de 1.8 mm K: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 2” de 3.2 mm L: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 2” de 6.0 mm M: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 2” ½‟ de 7.43 mm N: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 3” de 1.5 mm O: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 3” de 1.8 mm P: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 3” de 3.2 mm Q: Tubo de Aguas a Presión de 6 m de 3” de 8.08 mm R: Tubo de electricidad Conduit de 3 m de 4” de 1.5 mm S: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 1.8 mm T: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 2.2 mm U: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 3.2 mm V: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 4” de 9.07 mm W: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 6” de 2.6 mm X: Tubo de Aguas Servidas de 6 m de 6” de 3.3 mm Y: Canalón de 3 m Sea el conjunto J={1,..,14} donde: J‟  J J‟= “conjunto de índices asociado a las Extrusoras requeridas según orden de producción” j  J‟ j= Extrusoras, donde j varía de 1 a 14 1: Extrusora 01, 3: Extrusora 7: Extrusora 07, 8: Extrusora 10: Extrusora 10, 11: Extrusora 13: Extrusora 13, 14: Extrusora

03, 5: Extrusora 05, 08, 9: Extrusora 09, 11, 12: Extrusora 12, 14.

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Se definió como función objetivo del modelo, minimizar el tiempo global de producción dado por la sumatoria de los tiempos de producción por las cantidades de de cada especificación de producto (i) utilizando cada extrusora (j) dadas en el Orden de Producción, de esta manera la función objetivo quedó definida en la ec. (1) como: Y

Minimizar z =

  t ij x ij i  A j 1

(1)

Donde (tij) son los tiempos para la producción de cada especificación de producto (i) utilizando la extrusora (j)

expresados en minutos. Definición de las restricciones: a) Restricciones de Capacidades de Producción: Son las que permiten relacionar la capacidad de producción para elaborar cada especificación de producto (i) utilizando la extructora (j), por lo que se consideran las siguientes capacidades semanales (ver “Relación de Producción y Cantidad de Material Utilizado” en el Anexo A):

x A1  17.998

xC1  17.250

x E1  13.800

xG1  9.430

x I 1  5.750

x A3  17.998

xC 3  15.928

x E 3  12.535

xG 3  10.350

x I 3  9.200

x F 5  2.933

xJ 5  10.868

x K 5  5.520

x B 7  4.773

x F 7  2.473

x K 7  5.175

xJ 8  10.868

xR8  7.820

x N 8  11.213

xO8  8.798

xP8  5.750

xT 8  5.923

xU 8  3.335

x K 9  6.900

xO9  6.798

xS 9  6.440

xU 9  3.680

xS10  6.440

xT 10  5.923

xU 10  2.875

x D11  3.623

x B12  4.773

xY 13  2.875

xH 14  2.358

x L14  2.013

xM 14  1.668

xQ14  748

xV 14  518

xW 14  2.875

x X 14  3.450

Donde (

pi ) representa la capacidad de producción de las Extrusoras por cada especificación de producto.

b) Restricciones de Demanda de Producción: Son las que permiten relacionar la demanda de producción para elaborar cada especificación del producto (i) utilizando la extrusora (j): (expresadas en semanas). Estas restricciones se obtuvieron relacionando cada especificación de tubo con las extrusoras que lo produce; por lo que al producirse la sumatoria de las variables las mismas tienen que ser mayores o iguales a la demanda del producto.

b.3) Para Tubo de Aguas Servidas:

xJ 5  xJ 8  d J

xL14  d L

xU 8  xU 9  xU 10  dU

xT 8  xT 10  dT

xW 14  dW

xK 5  xK 7  xK 9  d K

xS 9  xS10  d S

xX 14  d X

b.4) Para Canalón: Donde (di) representa la demanda de producción semanal por cada especificación. b.1) Para Tubo de electricidad Conduit:

xA1  xA3  d A

xC1  xC 3  dC

xR8  d R

xE1  xE 3  d E

xG1  xG 3  dG

xN 8  d N

xI 1  xI 3  d I b.2) Para Tubo de Aguas a Presión:

xB 7  xB12  d B

xH 14  d H

xQ14  dQ

xF 5  xF 7  d F xM 14  d M

xV 14  dV

xD11  d D

xP8  d P

xY 13  di c) Tiempos mínimos de utilización de las extrusoras: son los tiempos semanales para producir cada especificación de producto (i) utilizando la extructora (j). Se tiene en cuenta los tiempos de producción dados en las Tablas I, II, III y IV; posteriormente a estos valores, se les realizó la transformación a minutos semanales. Los tiempos de producción no deben exceder a 115 horas semanales o lo que es lo mismo 6900 minutos semanales de labor de la Planta de Extrusión. Las restricciones de este tipo fueron las siguientes:

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

0.38x A1  6900 0.38x A3  6900 2.35x F 5  6900 2.766 x F 7  6900 1.2 x P8  6900

1.066 xS 9  6900

0.004 xC1  6900 0.005x E1  6900 0.004 xC 3  6900 0.005x E 3  6900 1.25x K 5  6900

0.007 xG1  6900 0.007 x I 3  6900 1.45x B 7  6.900

0.006 x N 8  6900 0.008x R8  6900

0.783xO8  6900

1.2 x I 1  6900 0.006 xG3  6900 1.333x K 7  6900 0.633x J 8  6900

2.05xU 8  6900 1.166 xT 8  6900 1.883xU 9  6900 1.066 xS10  6900

1x K 9  6900 1.166 xT 10  6900

0.783xO9  6798 2.366 xU 10  6900

2.95x H 14  6900

3.45x L14  6900

9 xQ14  6900 13.216 xV 14  6900 2.383xW 14  6900

2 x X 14  6900

0.633x J 5  6900

1.916 x D11  6900

1.45x B12  6900

4.008xM 14  6900

2.4 xY 13  6900

La formulación general del modelo matemático quedó diseñada en base al modelo conceptual de la programación lineal, este modelo significa el ajuste del plan de producción, representando la optimización del tiempo de producción con las restricciones de capacidades, demanda y tiempos de producción de las Extrusoras. A continuación se muestra el modelo dado en la ec. (2):

 t j J '

Minimizar

z = i I '

Sujeto a:

x ij  p i

x ij (2)

para todo i  I’, para todo j  J’

x jJ '

 di

para todo i  I’, para todo j  J’

t ij xij  6900 para todo i  I’, para todo j  J’ Donde pi es la capacidad de producción de las extrusoras.

di es la demanda semanal por especificación y extrusoras. tij son los tiempos de producción.

III. CONCLUSIONES 1. Una vez aplicados los dos primeros pasos de la metodología IO al caso de estudio de esta

investigación, siguientes:

llegaron

las

conclusiones

2. Es de gran importancia la formulación de un modelo matemático para resolver problemas en organizaciones que manejan información de mediana y gran complejidad, como lo es una Planta Extrusora de tubos PVC, ya que este modelo puede constituirse en una herramienta poderosa para la toma de decisiones que involucra un número considerable de variables de decisión contempladas en el proceso de extrusión de este tipo de tubos, que de una manera manual podría ser muy difícil de calcular y con un alto grado de incertidumbre. 3. De igual forma este modelo puede manejar un conjunto de restricciones representado por aquellos recursos que se agotan, que de no utilizarse de una manera óptima, podía incidir negativamente en los resultados de la producción. 4. El estudio se basó en las dos primeras fases metodológicas de la IO, por esta razón, se pudo obtener la identificación del problema, la construcción y la formulación del modelo matemático el cual representó a través de variables de decisión el comportamiento general del sistema de la Planta de Extrusión. 5. La formulación del modelo matemático fue diseñado utilizado la técnica de programación lineal, el cual describió de una manera natural el modelo a través de una función objetivo y un conjunto de restricciones, facilitando así la identificación de las variables de decisión involucradas en el problema.

IV. REFERENCIAS 1. Segovia D. y Mejía M. (2009). “Desarrollo de un modelo de optimización de los procesos productivos de un laboratorio farmacéutico aplicando

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 4. Robles O. y Vázquez R. (2008). “Un modelo de Programación No Lineal para la planeación de la producción de Gas y Petróleo”. Revista Científica: Información Tecnológica. Volumen 19, Pág. 25-32.

programación lineal entera mixta con múltiples objetivos”. Revista Científica: Sistema e Informática. Facultad de Ingeniería Industrial. Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Perú Volumen 12, Pág. 55-61.

5. Muñoz, V. (2008) “Optimización de la Producción en una Terminal Marítima de Contenedores”. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Cataluña.

2. Hillier y Lieberman (2002) “Investigación de Operaciones”. Séptima edición. McGrawHill/Interamericana Editores, S.A.

6. Krastek, R. (2006). “Sistema Automatizado de Control de la Producción en la Empresa Uraplast C.A.” Proyecto de Grado en Ingenieria de Sistemas. Universidad Nacional Abierta. Venezuela

3. Taha, H. (2004). “Investigación de Operaciones”. Séptima edición. Editorial Guillermo Trujado Mendoza, México D.F.

ANEXO A

TUBO PULG. C O N D U I T 3 METROS

MILIMETROS

½”

17,9 x 1,2

¾”

23,4 x 1,2

23,4

21,4

0,395

0,24”

150

3.600

17.250

59,25

1.422

6813,75 1 CONTEN + 380 TUBOS

BAUSAN PEQ.

1”

29,6 x 1,2

29,6

27,4

0,506

0,30”

120

2.880

13.800

60,72

1.457

6982,80

BAUSAN PEQ.

1, ½” PB

44,2 x 1,2

44,2

41,6

0,767

0,44”

1.968

9.430

62,75

1.506

7232,81 2 CONTEN + 280 TUBOS

BAUSAN PEQ.

2”

55,8 x 1,2

55,8

53,2

0,975

1’,12”

1.200

5.750

48,75

1.170

5606,25

BAUSAN PEQ.

TUBO PULG. C O N D U I

EXT. N° 01. MARCA: BAUSANO M2 46. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 46. SEGÚN FAB. PROD.: 20 -50 KG X HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS KGS x CONTENEDOR O TIPO DE PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA x DIA SEMANA CARRO x DIA CABEZAL MILIMETROS 17,9 16 0,297 0,23” 156,5 3.758 17.998 48,48 1.115,50 5345,40 ½ CONTEN + 1056 TUBOS BAUSAN PEQ.

MILIMETROS

1 CONTEN + 780 TUBOS

2 CONTENEDORES

EXT. N° 03. MARCA: BAUSANO M2 46. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 46. SEGÚN FAB. PROD.: 20 -50 KG X HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS KGS x CONTENEDOR O TIPO DE PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA x DIA SEMANA CARRO x DIA CABEZAL MILIMETROS 17,9 16 0,297 0,23” 156,5 3.756 17.998 48,48 1115,50 5345,40 ½ CONTEN + 1056 TUBOS BAUSAN PEQ.

½”

17,9 x 1,2

¾”

23,4 x 1,2

23,4

21,4

0,395

0,26”

138,5

3.324

15.928

54,7

1312,80

6291,56 1 CONTEN + 104 TUBOS

BAUSAN PEQ.

1”

29,6 x 1,2

29,6

27,4

0,506

0,33”

109

2.616

12.535

55,15

1323,60

6342,71

BAUSAN PEQ.

1, ½” PB

44,2 x 1,2

44,2

41,6

0,767

0,40”

2.160

10.350

69,03

1.656,72

7938,45 2 CONTEN + 480 TUBOS

2”

55,8 x 1,2

55,8

53,2

0,975

0,45”

1.920

9.200

1872,00

1 CONTEN + 516 TUBOS

BAUSAN PEQ.

T 3 METROS

TUBO PULG. AGUAS NEGRAS 3 METROS

AGUAS BLANCAS

MILIMETROS

8970

2 CONTEN + 720 TUBOS

EXT. N° 05. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 120 KG X HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS KGS x CONTENEDOR O PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA x DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS 50 47,1 0,9 0,33” 94,5 2.268 10.868 86,26 2046,24 9781,20 3 CONTEN + 288 TUBOS

2”

ESP

50 x 1,8

2”

ESP

50 x 3,2

45,5

1,6

1’, 15”

1.152

5.520

76,8

1843,20

8832

1”

33,40 x 4,9

33,4

23,6

3,817

2’,21”

25,5

612

2.933

97,45

2338,80

11195,26

BAUSAN PEQ.

TIPO DE CABEZAL RN 30.

1 CONTEN + 492 TUBOS

RN 30

1 CARRO + 12 TUBOS

RN 30

6 METROS

NOTA: LA SEMANA SE TOMA COMO 116 HORAS, YA QUE SE PIERDEN APROXIMADAMENTE 6 HORAS ENTRE ARRANQUE Y PARADA DE PLANTA.

Krastek, R. et al. Formulación de un Modelo Matemático para optimizar el tiempo de producción. pp. 33-41

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

TUBO PULG.

MILIMETROS

EXT. N° 07. MARCA: BAUSANO M2 46. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 100 - 180 KG x HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS KGS x CONTENEDOR O PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA x DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS

AGUAS BLANCAS 1/2”

21,34 x 4,0

21,34

13,5

1,896

1’,27”

41,5

996

4.773

78,68

1888,32

9049,60

6 METROS 1”

33,40 x 4,9

33,4

23,6

3,817

2’, 45”

21,5

516

2.473

82,06

1968,48

9439,44

50 x 3,2

45,5

1,6

1’,20”

1.080

5.175

1728,00

8280

2”

3 METROS

ESP

TUBO PULG. ESP ESP ESP ESP ESP

50 x 1,8 75 x 1,8 75 x 3,2 110 x 2,2 110 x 3,2

3”

ESP

75 x 1,5

4”

ESP

100 x 1,5

3 METROS

PULG. 2” 3” 4” 4”

TUBO

PULG.

AGUAS 4” NEGRAS 4” 4”

3 METROS

TUBO

1 CONTEN + 420 TUBOS

RN 30

ESP ESP ESP

72,8

1,2

0,37”

97,5

2.340

11.213

117

2808

13455,60

7 CONTEN + 2 TUBOS

R S T 80

100

97,9

1,65

0,53”

1.632

7.820

112,2

2692,80

12903

8 CONTEN + 64 TUBOS

R S T 80

TIEMPO x TUBO 1,00” 0,47” 1’,04” 1’,53”

TUBO x HORA 60 76,5 56 32

TUBO x DIA 1.440 1.838 1.344 768

KGS x CONTENEDOR O SEMANA CARRO x DIA 2 CONTEN + 120 TUBOS 11040 11481,09 5 CONTEN + 166 TUBOS 8 CONTEN EDORES 13524 4CONTEN + 96 TUBOS 13248

TIPO DE CABEZAL R S T 80 R S T 80 R S T 80 R S T 80

EXT. N° 08. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FABRIC. PROD.: 120 KG x HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS KGS x CONTENEDOR O PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA x DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS 8 CONTEN EDORES 110 x 1,8 110 107,4 2,1 1’,04” 56 1.344 6.440 117,6 2822,40 13524 110 x 2,2 110 107,4 2,35 1’,10” 51,5 1.236 5.923 121,02 2904,48 13919,05 7 CONTEN + 60 TUBOS 110 x 3,2 110 106 3,6 2’,22” 25 600 2.875 90 2160,00 10350 3 CONTEN + 96 TUBOS

TIPO DE CABEZAL R S T 80 R S T 80 R S T 80

50 x 3,2 75 x 1,8 110 x 1,8 110 x 3,2

MILIMETROS PB

TIPO DE CABEZAL RN 30. R S T 80 R S T 80 R S T 80 R S T 80

CAMISA MACHO MILIMETROS 50 45,5 75 72,4 110 107,4 110 106

PESO 1,6 1,365 2,1 3,6

TUBO x SEMANA 6.900 8.798 6.440 3.680

KGS x HORA 96 98,80 117,6 115,2

KGS x DIA 2304,00 2395,92 2822,40 2764,80

MILIMETROS

PULG.

AGUAS BLANCAS ¾”

RN 30

EXT. N° 08. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FABRIC. PROD.: 120 KG x HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS KGS x CONTENEDOR O PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA x DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS 50 47,1 0,9 0,38” 94,5 2.268 10.858 85,26 2046,24 9781,20 3 CONTEN + 288 TUBOS 75 72,4 1,305 0,47” 76,5 1.836 8.798 99,83 2395,92 11481,39 5 CONTEN + 164 TUBOS 75 45,5 2,475 1’,12” 50 1.200 5.750 123,75 2970 14231,25 3 CONTEN + 198 TUBOS 110 107,4 2,35 1’,10” 51,5 1.236 5.923 121,02 2904,48 13919,05 7 CONTEN + 60 TUBOS 4CONTEN + 24 TUBOS 110 106 3,6 2’,03” 29 696 3.335 104,4 2505,60 12006

MILIMETROS ESP ESP ESP ESP

RN 30.

1 CARRO + 216 TUBOS

MILIMETROS

2” AGUAS 3” NEGRAS 3” 3 METROS 4” 4” CONDUIT

1 CARRO + 496 TUBOS

TIPO DE CABEZAL

26,67 x 4,2

EXT. N° 11. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 120 KG x HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBOx KGS x KGS x KGSx CONTENEDOR O PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS 26,67

18,2

2,578

1’, 55”

31,5

756

3.623

81,2

1948,96

9340,09 2 CARRROS + 36 TUBOS

TIPO DE CABEZAL RN 30

6 METROS

TUBO PULG. AGUAS BLANCAS ¾”

MILIMETROS PB

21,34 x 4,0

EXT. N° 12. MARCA: LUIGI BANDERA 2B 65. HUSILLOS RECTOS; DIAM. = 63. SEGÚN FAB. PROD.: 120 KG x HORAS CAMISA MACHO TIEMPO TUBO x TUBO TUBOx KGS x KGS x KGSx CONTENEDOR O PESO x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS 21,34

13,5

1,896

1’, 27”

41,5

996

4.773

78,68

1888,41

6 METROS

TUBO PULG. CANALON 3 METROS

___

MILIMETROS __

TUBO PULG. AGUAS NEGRAS 3METROS

________

MILIMETROS

9049,60

1 CARRO + 496 TUBOS (2 CARROS)

EXT. N° 13. MARCA: CINCINNATI CM 65. HUSILLOS CONICOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 250 KG x HORAS CAMISA MACHO TIEMPO x CANAL x CANAL CANALx KGS x KGS x KGSx CONTENEDOR O PESO CANAL HORA x DIA SEMANA HORA DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS _____

_____

4,1

2’, 4”

600

2.875

102,5

2.460 11787,50 2 CONTEN + 120 CANALON

EXT. N° 14. MARCA: CINCINNATI CM 65. HUSILLOS CONICOS; DIAM. = 66. SEGÚN FAB. PROD.: 250 KG x HORAS CAMISA MACHO PESO TIEMPO TUBO x TUBO TUBO x KGS x KGS x KGS x CONTENEDOR O x TUBO HORA x DIA SEMANA HORA DIA SEMANA CARRO x DIA MILIMETROS 160 154,8 5,7 2’, 23” 25 600 2.875 142,5 3.420 16387,50 7 CONTEN + 61 TUBOS

6”

160 x 2,6

6”

ESP

160 x 3,3

160

154,8

5,1

2’

720

3.450

153

3.672

TIPO DE CABEZAL RN 30

TIPO DE CABEZAL CANALON

TIPO DE CABEZAL RK 16

17595 9 CONTEN + 27 TUBOS

RK 16

1½”

48,56 x 5,5

48,56

38,4

6,473

2,57”

20,5

492

2.358

132,69

3184,71 15263,33 3 CARROS + 27 TUBOS

RK 11

2” AGUAS BLANCAS 2 ½ ”

80,33 x 6,0

80,33

48,5

8,908

3,27”

17,5

420

2.013

155,89

3741,36

17931,80 3 CARROS + 75 TUBOS

RK 11

6METROS

73,03 x 7,43

73,03

13,32

4’,05”

14,5

348

1.668

193,14

4635,36 22217,76 4 CARROS + 52 TUBOS

RK 11

3”

88,90 x 8,08

88,90

17,849

9’

6,5

156

748

116,01

2784,44

13351,05 2 CARROS + 36 TUBOS

RK 11

4”

114,30 x 9,07

114,30

100

26,086

13’,13”

4,5

108

518

117,38

2817,28

13512,54 2 CARROS + 28 TUBOS

RK 11

Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

UNA NOVEDOSA DEFINICIÓN DE LA TRANSFORMADA FRACCIONARIA DE FOURIER Y SUS APLICACIONES Martínez S., Héctor E. (Recibido noviembre 2011, Aceptado febrero 2012) Universidad Nacional Experimental de Guayana. Departamento de Ciencias y Tecnología. Área de Matemática. Email: hmartine@uneg.edu.ve Resumen: En este trabajo abordaremos el tópico de la transformada fraccionaria de Fourier continua desde el punto de vista del cálculo fraccionario, la cuál es una generalización de la transformada clásica de Fourier. Generalmente la transformada clásica de Fourier es la herramienta que es utilizada para resolver los modelos de ecuaciones diferenciales fraccionarios, esto a pesar de que se incurre en un error básico cuando se aplica la potencia reales o complejos que como bien es sabido no cumple la regla básica de tener una correspondencia biunívoca entre la función de partida y su transformada. Este fue nuestra motivación para introducir una nueva definición de la transformada fraccionaria de Fourier, la cual resuelve el problema que presenta la transformada de Fourier mencionado anteriormente. La definición de esta transformada está basada en la derivada fraccionaria la cuál es una generalización de la derivada ordinaria, para más detalles ver [6]. Además analizamos y desarrollamos las demostraciones de algunos teoremas relacionados con esta transformada así como también sus propiedades más importantes entre las cuales están la linealidad y la conmutatividad entre otras. Esta transformada mantiene sus propiedades frente a los operadores fraccionarios es decir son de una gran utilidad dentro de la rama de los modelos fraccionarios que no son locales, ella es muy importante en la modelización de la dinámica de procesos distorsionados sobre medios tortuosos. Por otra parte se describe un ejemplo de una ecuación diferencial fraccionaria ver [6] donde se aplica esta transformada para encontrar la solución de esta ecuación diferencial. Finalmente se expresan algunas aplicaciones interesantes basadas en modelos fraccionarios, entre los cuales están: Difusión anómala, fenómenos de transporte y superdifusión, entre otros. Palabras clave: Derivada Fraccionaria/ Transformada Fraccionaria de Fourier (FRFT).

A NOVEL DEFINITION OF THE FRACTIONAL FOURIER TRANSFORM AND ITS APPLICATION Abstract: On this work we try the subject of the fractional Fourier transform from vanishing point of the fractional calculus. This integral transform is a generalization of the classical Fourier transform. In general the Fourier transform is used to solve fractional differential equation , it without take account that became one basic error when we applied the real o complex power since it is not keep the rule of the correspondence biunivocal between the function and its transform of Fourier. It argument expressed above was our motivation to defined a novel definition of the fractional Fourier transform, which to solved this problem that has the Fourier transform. It definition is based on the fractional derive which is a generalization of the ordinary derive, to detail see [6]. Besides we analyzed and development the proof of several theorem relationship with this transform so as its properties more important between are: Linearity, commutability between others. Besides it described one example where we applied it to find the solution of one differential equation fractional see [6] . On the other hand we observed the fractional Fourier transform defined of this way keep its properties front the fractional operators that is a tool very important for the modelization of dynamic process on tortuous means. Finally we described several interesting applications using fractional models between which are: Anomalous diffusion, chaotic transport, superdiffusion, between other. Keywords: Fractional Derive/ Fractional Fourier Transform

I. INTRODUCCIÓN En esta investigación tratamos el tema de la transformada fraccionaria de Fourier, definimos y estudiamos la nueva transformada fraccionaria de Fourier continua desde el punto de vista del cálculo fraccionario, esta transformada integral tiene las mismas propiedades frente a los

operadores diferenciales fraccionarios que la transformada de Fourier ordinaria. Antes definimos algunos operadores fraccionarios entre los cuales están: La derivada fraccionaria y la derivada fraccionaria Riemann-Liouville, Integral fraccionaria y la integral fraccionaria Riemann-Liouville.

Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Por otra parte se expresa la relación de esta transformada con los operadores, dilatación, traslación, convolución y derivación. Además se describen dos teoremas importantes, uno que computa la transformada fraccionaria de Fourier de cualquier función exponencial y el otro la transformada fraccionaria de Fourier de la derivada fraccionaria respectivamente,

Por otra parte es de hacer notar algunos casos particulares interesantes de la derivada fraccionaria definida en (1) los cuales son los siguientes:

A modo de ejemplo aplicamos esta transformada para resolver ciertas ecuaciones diferenciales fraccionarias. Finalmente se expresan algunos modelos fraccionarios donde esta transformada integral tiene su aplicación entre estos modelos están: Teoría de los materiales, proceso de transporte, flujo de fluidos, propagación de ondas y teoría de electromagnetismo.

Si  = 0 entonces D 0 = D 

Si  = 1 entonces D 1

Si  = ½ entonces D 1 / 2 = ½(D  - D  ).



1. Preliminares En esta sección se presentan las definiciones de la función Gamma, además de las definiciones de algunos operadores fraccionarios entre los cuales se encuentran: la derivada fraccionaria y la integral fraccionaria.

Sea Re(  )>0, t  (0,  ] la función Gamma está definida





Nota 1: El operador D 1 / 2 puede ser interpretado como la inversión del potencial fraccionario Riesz de dimensión uno, el cual es un objeto de gran interés en el campo de las aplicaciones.

Sea <  0, [a, b]

 R,

n = -[  ]

 N y u una función

medible de Lebesgue es decir u  L 1 (a,b). Entonces las integrales fraccionarias Riemann-Liouville de orden  están definidas como: 

(I  a f )(x) = 

(I  a f )(x) =

e t t  1 dt



Definición 1.0 (Función Gamma). 



= -D 

Definición 1.2 (Integral fraccionaria).

II. DESARROLLO

como:   



  

( x  t ) 1 f (t )dt , con (x > a) (t  x) 1 f (t )dt , con (x < a)

Definición 1.3 (Derivada fraccionaria). Definición 1.1 (Derivada fraccionaria). Sea 0<



  R, y u una función medible de

Lebesgue es decir u

 L 1 (a < b).

Definimos la derivada fraccionaria de u de orden como: 





(D  u)(x) = (1-  )(D  u)(x) -  (D  u)(x)  D

donde y Liouville.

 D

,  (1)

, son las correspondientes derivadas de

n  a

f ))](x)

(2)



n  a

f ))](x)

(3) respectivamente.

Definición 1.4 (Integral fraccionaria). Sea 0 <   1,

  R, y u una función medible de

Lebesgue es decir u 

fraccionaria D  coincide con la derivada ordinaria para cualquier valor de

  R y  = 1, puesto que:

D  = (1 -  )(

u)(x) - ( 

= (1 -  )



(D  u)(x) = [D I (D  u)(x) = [D I

Observación 1: Podemos observar que la derivada

En las condiciones de la definición anterior las derivadas de Riemann- Liouville de f de orden 'a' a la derecha e izquierda, son:

1 D

du dx

+ 

du dx

1 )(D 

u)(x)

du dx

Es decir, la derivada fraccionaria es una generalización de la derivada ordinaria o que la derivada ordinaria es un caso particular de la fraccionaria.

 L 1 (a, b).

Definimos la integral fraccionaria de u de orden como: 





(I  u)(x) = (1  )(I  u)(x) -  (I  u)(x) 

, 

(4)



donde I  y I  , son las correspondientes integrales de Liouville 2. La Transformada Fraccionaria de Fourier Ahora introduciremos una nueva definición de la transformada fraccionaria de Fourier de orden

Martínez, H. Una novedosa definición de la Transformada Fraccionaria de Fourier. pp. 42-46

 , 

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 desde el punto de vista del cálculo fraccionario, definida sobre un espacio de Lizorkin  (R).

En lo que sigue analizaremos la relación de la FRFT con

Definición 2.1 (Funciones test). Sea S el espacio de las funciones test es decir, el espacio de las funciones infinitamente diferenciables  (x) sobre R tal que:

 m,k ( )

│x│

= Sup (1 +

con x  R , m

 N0,k  N0

│

(x) │) < 

(N 0 = N

 {0})

Además, se denota por V(R) como el conjunto de las funciones   S que satisface que: n

d  = 0 para x=0, con n = 0,1,2… xn El espacio de Lizorkin  (R) es la imagen inversa de Fourier el espacio V(R) en el espacio S, es decir:

 (R) = {   S : ( )  V(R) } Definición 2.2 (Transformada fraccionaria de Fourier (FRFT) Sea    (R), la transformada fraccionaria de Fourier de orden  , (0<  <1), se define como sigue: 

ˆ ( )  (  )( )    (t )e (, t )dt  donde

e (, t )

2.1 Relación de la FRFT con algunos operadores conocidos.

 h ( ) con x, h

R

e (, t ) =

 >0

 (x) donde x  R,

   (R),  > 0,  h ( ) =  ( x  h) (   )( x) =  (x) , entonces

Sean

 ( h ( ))( )

sign

 (  ( ))( )

i!!



(  )( )



(  )(

 ) , con   R. 

En particular si  =1, se produce las mismas propiedades para la transformada clásica de Fourier esto es:

( h ( ))( ) = e

sign

i!!



( )( )

1  ( )( ) ,   R.  

Seguidamente abordaremos dos lemas que relacionan los operadores convolución y derivación con la FRFT.

si │ω│≤ 0

Lema 2 (Operador convolución)

i! !

si │ω│≥ 0

Sean k,

De lo anterior se tiene que la transformada fraccionaria de Fourier viene dada por:

(  )( ) =

cuales

Lema 1 (Operadores traslación y dilatación)}

 (  ( ))( )

e (, t ) = e

  los

 ( x  h)

(   )( x)

i! !

y dilatación

vienen definidos de la siguiente manera:

es el kernel de la transformada

fraccionaria de Fourier y se define como sigue:

h

los operadores traslación







 (t )e

isign( )!!

e (, t )

hacemos  =1, el kernel de la transformada fraccionaria de Fourier coincide con el kernel de la transformada  it

clásica de Fourier e es decir la transformada fraccionaria de Fourier es una generalización de la transformada ordinaria de Fourier.

(R),

 > 0,

 (k   )( )

entonces

( k )( )(  )( )

En particular si  =1, se produce las mismas propiedades para la transformada clásica de Fourier esto es:

(k   )( ) = (k )( )( )( )

Observación 2: Podemos observar que si en el kernel de la transformada fraccionaria de Fourier

 

Lema 3 (Operador derivación) Sean

 

(R),

d (  )( ) d con   R.

 > 0, 1





entonces

1









(it ) (t )e

isign( )!!

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 =1,

En particular si

Ejemplo 1. Sea la siguiente ecuación diferencial fraccionaria:

se tiene que:

d ( )( ) d







(it ) (t )e it dt





(D  ; x u )( x, t ) = ( D t )( x, t ) , con x  R, t > 0 (6) C

Ahora aplicando el operador transformada fraccionaria de Fourier

2.2 Dos teoremas importantes de la FRFT. Ahora se expresan dos teoremas importantes uno que calcula la FRFT de cualquier función exponencial y el otro que computa la FRFT de la derivada fraccionaria. Teorema 1 (La FRFT de una función exponencial) Sean

 

 > 0, m  N y

(R),

(   )( x) =

 (x) ,

entonces

(  )( ) = (sign( )   ) (  )( ) con



(ic ( )( , x (, t )) =( C D ;t  ; x )(, t ) (7) Ahora aplicamos la transformada clásica de Laplace a ambos lados de la ecuación (7) se obtiene lo siguiente:

m 1

s  ( L , x u )( , s)   s  1k ( ; x g k )( x)

 R.

k 0

 =1, se tiene m (i ) ( )( ) , con  R.

En el caso particular cuando hacemos que:

a ambos lados de la ecuación (6) se tiene

 ic ( )( L , x u)(, t ) =

 ; x

que:

( m )( )

Es decir:

s  1k ( ; x g k )( x)  k 0 s  ic (  )

m 1

( L , x u )( , t )  



Teorema 2 (FRFT de la derivada fraccionaria D  )



Sean  >0,   R y Lizorkin  (R) entonces

una función del espacio de

Fourier de la función con respecto a x.

( D )( ) = (ic ( ) )(  )( ) donde C  (  ) = sin(

 2

donde ( ; x u ) es la transformada fraccionaria de

)  isign ( )(1  2 ) cos(



En particular, si hacemos  = 1/2, tenemos que la 



Finalmente realizando algebraicas se obtiene que:

(5)

)

u ( x, t ) 

1 2

m 1

algunas

manipulaciones 1



 t k  e sign( )!!   k 0



1



E ,k 1 (ic (  )t  )( ; x g k )( )d



derivada fraccionaria D 1 =1/2(½( D  - D  ), luego 2

la ecuación (5) se puede expresar como sigue:

( D 1 )( ) = (i sin( )( ))(  )( ) 2 2

3. La FRFT fraccionarias.

las

ecuaciones

diferenciales

En esta sección abordaremos una aplicación de la transformada fraccionaria de Fourier en el campo de la matemática pura específicamente en el tópico de las ecuaciones diferenciales fraccionaria que es un ente matemático muy utilizado en los modelos del cálculo fraccionario. El objetivo primordial de este ejemplo es mostrar que la FRFT es una herramienta muy útil en la resolución de un cierto tipo de ecuaciones.

donde

E ,k 1 (ic ( )t  )

es la función Mittag-Leffer.

Por lo tanto se ha obtenido la solución de la ecuación diferencial fraccionaria dada en la ecuación (6). 4. Modelos fraccionarios En esta sección se presentarán algunos modelos fraccionarios en los cuales la herramienta Principal que se utiliza es la teoría del cálculo fraccionario para modelar ciertos fenómenos que se presentan en la naturaleza, entre estos modelos están los siguientes:  Teoría de los Materiales  Procesos de Transporte  Flujo de Fluidos  Propagación de Ondas  Teoría de Electromagnetismo

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Para obtener más detalle de este de tópico se puede consultar los siguientes trabajos de investigación relacionados con este tema:

IV. REFERENCIAS 1.

Shimizu N. y Zhang, W. Fractional calculus approach to dynamic problems of viscoelastic materials, JSME Internat. J. C, 42(4), (1999) pp. 825-837.

B. Berkowits y H. Sche, Theory of anomalous chemical transport in random fracture networks, Phys. Rev. E, 57(5), (1998) pp. 5858-5869.

D. del Castillo-Negrete, Chaotic transport in zonal ows in analogous geophysical and plasma systems, Phys. Plasma, 7(5), (2000) pp. 17021711.

iv Propagación de Ondas, el artículo de A. Hanyga, Wave propagation in poroelasticity: Equations and solutions [4].

A. Hanyga, Wave propagation in poroelasticity: Equations and solutions, Geophysical journal International, 137(2), (1999) pp. 319-335.

v En teoría de Electromagnetismo, el trabajo de N. Engheta, On the role of fractional calculus in electromagnetic theory [5]

N. Engheta, On the role of fractional calculus in electromagnetic theory, IEEE Antenn. Propag., 39(4), (1997) pp. 35-46.

A.A. Kilbas y J. J. Trujillo, Differential equation of fractional order: methods, results and problems. II, Appl. Anal., 81(2), (2002) pp. 435-493.

N. Engheta, On the role of fractional calculus in electromagnetic theory, IEEE Antenn. Propag., 39(4), (1997) pp. 35-46.

B.J. West, M. Bologna y P. Grigolini, Physics of fractal operators, Springer-Verlag New York Inc., 2003.

A.A. Kilbas y J.J. Trujillo, Dierential equation of fractional order: methods, results and problems. II, Appl. Anal., 81(2), (2002) pp. 435493.

i. En teoría de los Materiales, el trabajo de N. Shimizu y W. Zhang, Fractional calculus approach to dynamic problems of viscoelastic materials [1]. ii. En procesos de Transporte, el trabajos de B. Berkowits y H. Sche, Theory of anomalous chemical transport in random fracture networks [2]. iii. En flujo de Fluidos, el artículo de D. del CastilloNegrete, Chaotic transport in zonal ows in analogous geophysical and plasma systems [3].

III. CONCLUSIONES 1.

Entre los aportes significativos que presenta esta investigación, está una propuesta

de una nueva definición de la transformada fraccionaria de Fourier desde el punto de vista del cálculo fraccionario con sus respectivas propiedades.

Las demostraciones de las propiedades del núcleo de esta transformada integral, así como también las demostraciones de las propiedades de la transformada fraccionaria de Fourier. Entre las futuras investigaciones de este tópico se encuentran: La extensión multidimensional de la transformada fraccionaria de Fourier y el estudio de sus propiedades. La aplicación de la transformada fraccionaria de Fourier utilizando la derivada fraccionaria a otros campos de la matemática pura y aplicada. La Implementación de un código Matlab para esta transformada integral, para el estudio del caso discreto.

10. B.J. West, M. Bologna y P. Grigolini, Physics of fractal operators, Springer- Verlag New York Inc., 2003.

11. Y.F. Luchko, H. Mart__nez y J.J. Trujillo, Fractional Fourier transform and some of its applications, Frac. Cal. Appl. Anal., 11(4), (2008) pp. 457-470.

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CONFORMADO DE UN MATERIAL DENSO-POROSO A BASE DE ALÚMINA: DESARROLLO DEL PROCESO Rodríguez Rosa1, Paz Alberto1, Pereira María2, Gutiérrez Delia2 (Recibido febrero 2011, Aceptado enero 2012) 1

Universidad Metropolitana, 2Universidad Simón Bolívar rkrastek@una.edu.ve, sairamos@una.edu.ve, angelduarte1@gmail.com Resumen: Las cerámicas porosas han sido utilizadas en diversas aplicaciones como: procesos de refinación, filtración, sensores, entre otros; gracias a sus propiedades como absorción, permeabilidad y conductividad térmica. Estas piezas porosas pueden ser elaboradas por diversas vías, sin embargo una de las más innovadoras es el conformado por gelificación térmica de biopolímeros como polisacáridos y proteínas, utilizando agentes surfactantes; debido a que es una tecnología que resulta poco agresiva en términos ambientales. En este trabajo se realizó un estudio preliminar sobre la capacidad de formación y estabilidad de espuma del sulfato de dodecilo sódico, usado como agente surfactante (espumante) en dispersiones de alúmina. Se determinó la concentración óptima de la solución surfactante a utilizar (0.004M), preparándose dispositivos porosos de alúmina utilizando dicha solución. A continuación, se evaluaron algunos parámetros esenciales como: Cantidad del agente espumante y tipo de agitación. Las piezas conformadas fueron analizadas por MEB, BET, análisis estereológico y principio de Arquímedes. Los resultados obtenidos evidencian la formación de una cerámica porosa, con un porcentaje de porosidad (debido al agente espumante) de 52.3% y con un tamaño de poro 47 – 77 µm (frecuencia 50%). En cuanto al método de incorporación de la espuma en la dispersión de alúmina, se determinó que el más adecuado era el que, simultáneamente aplicaba agitación magnética y agitación por aspas, puesto que fue el único método que permitió la mezcla total entre la espuma y la dispersión de alúmina. Palabras clave: Surfactante: Sulfato de Dodecil Sódico/ Dispersión de Alúmina/ Agarosa/ Gel Casting.

CONFORMED DENSE/POROUS MATERIAL BASED AN ALUMINA: PROCESS DEVELOPMENT Abstract: The porous ceramics have been used in various applications such as refining, filtration, sensors, among others, due to its properties as absorption, permeability and thermal conductivity. These porous parts can be produced in various ways, but one of the most innovative is formed by gel casting of biopolymers such as polysaccharides and proteins, using surfactants, this technology is a little aggressive in environmental terms. In this paper we conducted a preliminary study on the training capacity and foam stability of sodium dodecyl sulfate, used as surfactant in alumina dispersions. We determined the optimal concentration of surfactant (foaming) solution to be used (0.004M). Alumina porous devices were prepared using 0.004M solution of the surfactant concentration, and evaluated some key parameters such as foaming agent quantity and type of agitation. Conformed pieces were analyzed by SEM, BET, Stereological analysis and Archimedes' principle. The results show the formation of a porous ceramic, with a percentage of porosity (due to the foaming agent) of 52.3%, with a pore size from 47 to 77 microns (frequency 50%). As for the method of incorporation of the foam in the dispersion of alumina, it was determined that the most appropriate was that simultaneously applied magnetic stirring and agitation blades, it was the only method allowed complete mixing between the foam and dispersion of alumina. Keywords: Surfactant: Sodium Dodecyl Sulfate / Alumina Dispersions /Agarose / Gel Casting

I. INTRODUCCIÓN Debido al agotamiento de las principales fuentes de energía como: el petróleo y gas natural; al surgimiento de leyes ambientales cada vez más estrictas es diversos países, se ha observado un incremento en el desarrollo de dispositivos que sean capaces de utilizar fuentes de energía renovables; que resulten “amigables” con el medio ambiente. Una de las respuestas a este problema,

son las celdas de combustible de óxido de sólido (SOFC) que podrían ser usadas en aplicaciones de alta eficiencia y de bajo impacto ambiental. Estos dispositivos operan generando energía (eléctrica-calor) y agua como producto de la reacción. Actualmente para este tipo de celdas los niveles de eficiencia disminuyen, por su configuración tipo “sándwich” (Electrodo poroso – Electrolito Denso – Electrodo Poroso), debido a la formación de resistencias eléctricas generadas en la interfase presente entre los

Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 electrodos y el electrolito, [1-5]. Diversas investigaciones orientan la utilización de cerámicas porosas, hacia la constitución de celdas de combustible de oxido sólido SOFC, éstas resultan muy atractivas debido a su amplio rango de aplicaciones, dada su alta porosidad, elevada permeabilidad a los gases y alta resistencia térmica. En años recientes, una nueva forma de cerámicas porosas ha estado en desarrollo, con resultados de porosidad superiores al 50%; lo cual resulta adecuado para aplicaciones en biomateriales. La estructura cerámica se forma por la aglomeración de las partículas, para generar lo que se conoce como cuerpo verde; este proceso se puede llevar a cabo por diversos métodos, entre los que se destaca la vía líquida, que será la utilizada en el presente trabajo. El objetivo de esta metodología es la retención de la estructura homogénea de la suspensión, mediante la gelificación de la suspensión con aditivos aglomerantes orgánicos que pueden formar geles [6-8]. El uso de polisacáridos con propiedades gelificantes termorreversibles es una técnica de consolidación relativamente nueva en cerámica [9-10]. El creciente interés por el uso de los aglomerantes solubles en agua está basado fundamentalmente en la compatibilidad medioambiental de muchos polisacáridos, y en su doble papel de aglomerante-consolidante. En lo referente a estos compuestos, estos pueden exhibir dos tipos de comportamiento frente a la gelificación: por calentamiento o por enfriamiento. Los aditivos que gelifican al enfriar son las gelatinas, los polisacáridos derivados del agar-agar (agar, agarosa) y carragenatos, entre otros. Al enfriar sus disoluciones, se conforma una red tridimensional entre las moléculas poliméricas y el líquido, lo cual genera geles de muy alta resistencia térmica, incluso a bajas concentraciones. Por otro lado, la macro y mesoporosidad depende del método de preparación. Para obtener este tipo de porosidad en materiales cerámicos, generalmente, en el proceso de elaboración del cuerpo verde, se agregan aditivos tales como como agentes espumantes, los cuales durante la etapa de polimerización y posterior gelificación permiten generar espumas estables. Por otra parte, estos aditivos bajo el tratamiento térmico posterior (sinterización), se evaporan o se queman (crakeo), dejando el espacio que ocupaban, libre para formar los poros. Adicionalmente, la sinterización se utiliza para aumentar la densificación cuerpo verde y elevar el contacto entre las partículas adyacentes, aportándole al material cerámico una mayor dureza y estabilidad [11-14]. Recientemente se han reportando la fabricación de cerámicas porosas utilizando agentes espumantes para la incorporación de aire a la matriz de Al2O3 [12-14]. Pereira et al [15] plantearon una metodología para la obtención de dispositivos denso-porosos utilizando ciertas condiciones experimentales, sin embargo no se

obtuvieron los niveles de porosidad superiores al 50%, reportados para estos dispositivos [16,17]. La presente investigación, constituye una extensión de dicho trabajo y una metodología alterna para el proceso de conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. El procedimiento involucra la adición, a la suspensión de alúmina, de un agente espumante que actúa como generador de poros, utilizando diferentes métodos de agitación. Dicha metodología se llevó a cabo a través de tres etapas, la primera consistió en la determinación de la estabilidad de la espuma generada por el agente surfactante (espumante), sulfato de dodecil sódico, la segunda, elaboración de dispositivos denso- porosos, a partir de suspensiones de alúmina bajo diferentes condiciones de: temperatura, mecanismos de agitación, adición de diversos agentes: dispersantes (Duramax, citrato de amonio), gelificante (Agarosa) y el surfactante que actúa como formador de poros (Sulfato de dodecil sódico), finalmente, en una última etapa, los cuerpos obtenidos son sinterizados y caracterizados por análisis estereológico, principio de Arquímedes, Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y por la isoterma Brunauet, Emmett y Teller (BET). II. DESARROLLO 1. Materiales y metodología Etapa I Para la generación de porosidades en la piezas es necesario utilizar el agente surfactante en una concentración tal que la espuma generada sea estable en el tiempo [18,19]. Se evaluó la estabilidad de la espuma generada por el agente surfactante, en función de la concentración micelar crítica (cmc) a través de dos métodos A) Tensión Superficial, utilizando el tensiómetro de Du Nouy y B) Volumen máximo de espuma (capacidad espumante). Etapa II Se elaboró una suspensión base optimizada con 71% en peso seco de -Al2O3, grado comercial (CVG Bauxilum), la cual tiene un tamaño promedio de partículas de 3,24± 0,05 m y un 99,45 % de pureza, dispersada con 0,8% de Duramax D-3005 (Rohm and Haas, USA) o dispersada con 0,8 % de citrato de amonio tribásico, respecto al peso seco de alúmina [20]. Como gelificante se adicionó agarosa (Agarosa Di-LE Hispanagar, España), hasta una concentración de 0,75% respecto al peso seco de alúmina, a partir de una disolución de agarosa al 3% [9,10]. Por último como agente espumante se utilizó una solución de sulfato de dodecil sódico al 0.004 M. En la Tabla I se muestran las condiciones asociadas al proceso experimental.

Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Tabla I. Condiciones aplicadas a los dispositivos de alúmina elaborados Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8

Defloculante Duramax Citrato de amonio Duramax Citrato de amonio Citrato de amonio Citrato de amonio Citrato de amonio Citrato de amonio

Cantidad de solución espumante ±0,02 0,00 mL 0,00 mL 6,00 mL 6,00 mL 2,00 mL 4,00 mL 6,00 mL 10,00 mL

Tipo de agitación empleada. Magnética Magnética Magnética Magnética Magnética/Hélice Magnética/Hélice Magnética/Hélice Magnética/Hélice

Etapa III Los dispositivos obtenidos fueron secados a temperatura ambiente por 24 h y posteriormente en una estufa (Memmert 854) a 110 ± 5ºC por 24 h. Después del secado el cuerpo verde adquiere la resistencia suficiente para ser manipulado sin fracturarse. Finalmente se realizó el proceso de sinterización a 1450 ºC durante 2h con una velocidad de calentamiento de 5 ºC/min, sin meseta previa [15]. Las piezas elaboradas sinterizadas, fueron caracterizadas morfológicamente en un microscopio electrónico de barrido (MEB Philips XL30 y Carl Zeiss DMS-950). El análisis estereológico realizado sobre las imágenes obtenidas por MEB (fotomicrografías) permitió determinar la fracción porosa y el tamaño promedio de los poros con su respectiva frecuencia (estadística) observados tanto en la fase densa como en la fase porosa, utilizando el programa Digimizer, versión 5. Finalmente se evaluó el área superficial específica utilizando la metodología BET. 2. Resultados y discusión 2.1 Estabilidad del agente espumante. Los líquidos puros sólo permiten obtener espumas transitorias, por lo que, para alcanzar un grado de razonable de estabilidad de la espuma, es preciso involucrar un componente con actividad superficial, en pocas palabras, un agente surfactante (espumante). Estos compuestos tienen la capacidad de migrar hacia la interfase líquido/gas, disminuyendo la tensión superficial; este fenómeno provoca la generación de espumas mucho más estables [21]. La escogencia del sulfato de dodecil sódico como agente espumante, se basó en el trabajo realizado por Salvini et al. [18] donde descartan el uso de surfactantes catiónicos, debido al colapso de las burbujas

formadas en la espuma (espumas inestables), mientras que al utilizar surfactantes aniónicos: olefina sulfonada y alquil benceno sulfonado, dicho colapso no tenía lugar, produciéndose por tanto, espumas estables. Esta estabilidad fue evaluada y determinada, a su vez, a partir de los valores de (cmc). En este trabajo, al utilizar sulfato de dodecil sódico (aniónico), como agente espumante, el valor alcanzado de (cmc), a partir de los dos métodos empleados, es prácticamente el mismo, 0,004M. (Figura 1) y coincide con el reportado por Salvini et al. 2006 [18].

Figura 1. Determinación de la concentración micelar crítica por: (A) Tensión superficial (B) Volumen máximo de espuma Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

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Volumen de espuma (cm3)

Este valor, al ser bajo, indica que también será baja la cantidad de surfactante a añadir para obtener un máximo volumen de espuma, esto queda corroborado a través de

la evaluación de la estabilidad de la espuma en el tiempo, a esta concentración. Ver Figura 2.

1240 1220 1200 1180 1160 1140 1120 1100 1080 1060 0

Tiempo (min)

Figura 2. Estabilidad de la dispersión a una concentración de 0.004 M del agente espumante. Lo anteriormente expuesto encuentra aplicación en la formación de cuerpos porosos a base de alúmina. En la fabricación de cerámicas porosas, se han utilizado agentes espumantes para la incorporación de aire a una dispersión de Al2O3 [12-14], los cuales se agregan durante la elaboración del cuerpo verde y posteriormente, durante el proceso de sinterización, se evaporan o se queman (crakeo), dejando libre el espacio que ocupaban, generando, entonces la porosidad requerida [13,16,20]. 2.2 Conformado de las piezas cerámicas porosas En la Figura 3, se observan las fotomicrografías de los cuerpos sinterizados de las muestras 1 y 2, gelificadas con una solución de agarosa al 3%. Se puede observar en

ambas fotomicrografías la presencia de porosidades de un tamaño comprendido entre 1.25 a 3.35 ± 0.05μm, indicando estos valores, una formación de estructuras microporosas, originadas por la falta de difusión en estado sólido de las partículas de alúmina; debido a que el tamaño de partícula utilizado resulta ser muy grande (3.23 μm) para generar una pieza cerámica de alta densificación. Adicionalmente no existen diferencias estructurales en los cuerpos sinterizados, con respecto al uso de diferentes agentes defloculantes (Duramax para la muestra 1, y citrato de amonio tribásico para la muestra 2) en la elaboración de la suspensión de alúmina; indicando que este aditivo no modifica el grado de densificación de las muestras cerámicas.

Figura 3. Fotomicrografía de las piezas sinterizadas a 1000X de aumento. A) Muestra 1. B) muestra 2. Las fotomicrografías de la Figura 4, muestran los resultados obtenidos para las muestras 3 a la 7, utilizando agitación magnética y variando la cantidad volumétrica del agente espumante. La concentración de la solución

gelificante de agarosa se mantuvo fija (3%) [9,10]. Se observó la formación de porosidades, pero esto ocurre, aparentemente, por la falta de sinterización y no por la acción del agente espumante, debido a que se obtienen

Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 microporos y estructuras iguales a las muestras sin agente espumante (Muestras 1 y 2). Las irregularidades que se muestran en la Figura 4-A, se deben, probablemente, a la coalescencia de las burbujas en la superficie de la suspensión, dado que éstas no se incorporaron al seno de

la dispersión. Esta inestabilidad en la espuma se debe posiblemente a la disminución significativa de la concentración del agente espumante en la suspensión de alúmina, por debajo de la (cmc).

Figura 4. Fotomicrografía de la muestra 7 sinterizada, a diferentes aumentos: A) 100X. B) 1000X. †

†

Las fotomicrografías de las muestras 3, 4, 5 y 6, poseen una estructura igual a la muestra 7. Resultados no mostrados.

Ahora bien, cuando se agrega un volumen de 10 mL del agente espumante y se modifica el método de agitación, utilizando simultáneamente, agitación por aspas y agitación magnética, se logra incorporar la mayor cantidad de espuma al seno de la suspensión de alúmina, esto hace que se generen poros de gran tamaño (mayores a 40 µm, con frecuencia del 50%), como se muestra en la Figura 5, donde se observa su interconexión a lo largo de toda la estructura. El hecho de generar estructuras porosas va asociado a beneficios de ciertas propiedades físicas en materiales cerámicos, como permeabilidad y conductividad térmica [1]. A su vez, estos resultados son comparables a los obtenidos por diversos autores, utilizando la metodología del conformado de cuerpos denso-porosos [16, 17, 22]. Adicionalmente, en las muestras donde se modificó el método de agitación no se detectó presencia de interfase y se determinó que el porcentaje volumétrico de

porosidades era de 52,3%. Al comparar este valor, con el reportado por Fuji et al. 2006 [17] en su trabajo de cerámicas porosas vía gelcasting (53.4%), se logra apreciar que ambos son cercanos, lo cual indica que la metodología empleada, para la incorporación de espuma estable en la suspensión de alúmina pareciera ser la adecuada. Sin embargo, una magnificación a 2000X (figura 5b) de una región sin poros, permite visualizar una microporosidad con poros de diámetro comprendido entre 1 y 4 m, lo que sugiere que existe una falta de sinterización de la muestra 8, alcanzándose una porosidad total del material de un 87.9%, producto de la combinación de los poros generados por el agente espumante (53,4%), y los generados por la falta de sinterización, mientras que para las muestras sin agente espumante (muestras 1 y 2) se alcanzó una densificación de un 75% como valor máximo.

Figura 5. Fotomicrografía de la muestra 8 a distintos aumentos. a) 100x. b) 2000X.

Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Por otra parte, en la Tabla II se reportan los valores obtenidos de área superficial específica en m2/g, de las muestras conformadas, utilizando la metodología BET. Se puede observar que las muestras sin el agente espumante poseen la menor área superficial, debido la ausencia de mesoporos. Cuando se comparan los valores obtenidos para las muestras 3 y 4, (agitación magnética), con los obtenidos para las muestras 5-8 (agitación mixta: magnética/hélice) se observa un aumento del área superficial debido a la incorporación de aire y formación de espuma estable (como ya se mencionó), que genera un aumento en la porosidad. Por último, el aumento en diez veces el área superficial de la muestra 8, induce a pensar que el volumen agregado (10 mL) del agente formador de poros (sulfato dodecil sódico) y el método de agitación combinado, resultan más eficientes en la generación de poros ya que se aumenta el área de contacto en las piezas conformadas. Esto fue también observado a través del análisis por MEB. Tabla II. Valor del área superficial específica de cada muestra sinterizada, BET.

Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8

Área Superficial (m2/g) ± 0.01 1.18 1.20 4.60 4.60 7.03 7.03 7.03 10.10

III. CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados obtenidos, a través de la elaboración de las piezas cerámicas, se puede concluir que es factible la obtención de un dispositivo con una elevada porosidad volumétrica, superior al 52%, que puede ser generada por dos vías, la primera: adición de un agente surfactante (espumante), en este caso sulfato de dodecil sódico, el cual al volatilizarse durante la etapa de sinterizado promueve la aparición de espacios libres, lo que conlleva a una generación de poros. la segunda: incorporación simultánea de dos técnicas de agitación de la suspensión de alúmina con el agente espumante: magnética y hélice; permitiendo así la incorporación de aire a la suspensión, a través de la formación de espumas estables en el tiempo. IV. REFERENCIAS 1. Kingery W., Bowen H., Uhlmann D. “Introduction to

Ceramics” Canada: John Wiley & Sons, Inc. Segunda edición, pp 9 (1976). 2. Perry R., Green D., Maloney J. “PERRY Manual del Ingeniero Químico”. México: McGraw-Hill. Sexta Edición. (Tomo III, pp 9,3-9,20). 3. Koelher T.M. “High temperature ceramic fuel cell measurement and diagnostics for application to solid oxide fue cell systems”, U.S. Department of Energy, pp. 3.1-3.3, octubre (2001) 4. Kawada T.; Yokokawa H. “Materials and characterization for solid oxide fuel cell”, Key Engineering Materials, Vol.125-126, pp 187-248, (1997). 5. W. Jaschinski, A. Nagel. “Possibilities and limits in the shaping of ceramic powders”, Interceran 42 (3) 1135-1139 (1993). 6. G. Y. Onoda, L. L. Hench (eds). “Ceramic Processing Before Firing”, John Willey & Sons, N. Y., EEUU (1978). 7. J. S. Reed. “Introduction to the Principles of Ceramic Processing”, 2a ed., John Willey & Sons, N. Y., EEUU (1995). 8. F. F. Wang (ed). “Treatise on Materials Science and Technology, Vol. 9: Ceramic Fabrication Processes”, Academic Press, N. Y., EEUU (1978). 9. J. Millán Miranda. “Conformado de Materiales Cerámicos por Gelificación Térmica de Polisacáridos”, Tesis Doctoral, U. A. M., Madrid, España (1995). 10. Potoczek M. “Gelcasting of alumina foams using agarose solutions”. Ceramics International 34 (3), 661-667 (2008). 11. Chi W., Jiang D., Huang Z., Tan S. “Sintering behavior of porous SiC ceramics”. Ceramics International. 30, 869-874 (2004). 12. Lee J.S., Park J.K. “Processing of porous ceramic spheres by pseudo-double-emulsion method”. Ceramics International 29, 271–278 (2003). 13. R. Moreno. “Tendencias en el conformado de suspensiones cerámicas”, Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr, 39 (5) 601-608 (2000). 14. J. M. keller, J. D. French, B. D. M. McDonough, B. Gold, C. Cloutier, L. Carinci, E. V. Horn, K. Ewsuk, W. Blumenthal. “Industry, Government Team to Improve Ceramics Manufacturing”, Am. Ceram. Soc. Bull., 77 (10) 52-57 (1998). 15. M. Pereira, R. Rodríguez, C. Muci, A. Millán. “Conformado de estructuras denso/porosas por colado de suspensiones acuosas con agarosa, para aplicaciones en celdas SOFC” Universidad, Ciencia y Tecnología Vol 12, N° 47 pp 107-112 (2008)

Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

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Rodríguez, R. et al. Conformado de un material denso-poroso a base de alúmina. pp. 47-53

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

MODELO DE PROPAGACIÓN EN LAS CIUDADES DE MÉRIDA (VENEZUELA) Y CÚCUTA (COLOMBIA) PARA REDES WLAN, OPERANDO EN 2.4 GHz, EN AMBIENTES EXTERIORES Pérez García Nelson1, Herrera Jorge2, Uzcátegui José Rafael1, Bernardo Peña José3 (Recibido agosto 2011, Aceptado octubre 2011) 1

Grupo de Investigación de Telecomunicaciones, Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela 2 Universidad de Pamplona, Departamento de Telecomunicaciones, Cúcuta, Colombia 3 Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Oriente, Barcelona, Venezuela perezn@ula.ve

Resumen: A pesar de que en la literatura se reportan numerosos trabajos relacionados con modelos de propagación desarrollados para predicción de cobertura en la banda no licenciada de redes inalámbricas de datos de 2,4 GHz, tanto en ambientes interiores como en ambientes exteriores, ninguno de ellos se refiere a condiciones de propagación (morfología, topografía, propiedades atmosféricas, entre otras) típicas de Venezuela o similares. En este sentido, en el presente artículo se desarrolla un modelo para ambientes exteriores, basado en mediciones realizadas en las ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta (Colombia), ciudad ésta con características de propagación similares a algunas ciudades de Venezuela, tal como San Cristóbal. El modelo obtenido presenta un mejor desempeño, en términos del error relativo, que los modelos de la literatura con los que fue comparado. Palabras clave: Redes Inalámbricas de Datos/ Cobertura/ Ambientes Exteriores/ Modelo de Propagación.

WLAN PROPAGATION MODEL IN MERIDA (VENEZUELA) AND CUCUTA (COLOMBIA) CITIES, OPERATING AT 2.4 GHz IN EXTERIOR ENVIRONMENTS Abstract: Although in the literature are reported numerous papers related to propagation models developed for coverage prediction in the unlicensed wireless network data of 2.4 GHz, for both indoors and in outdoor environments, none of them refer to the (morphology, topography, atmospheric properties, etc.) typical propagation in Venezuela or the like. In this sense, in this article a model for outdoor environments is developed based on measurements made in the cities of Merida (Venezuela) and Cúcuta (Colombia); this city with propagation characteristics similar to some cities in Venezuela as San Cristobal. The development model predicts the received signal level and presents a better performance, in terms of relative error, when it is compared with some of the literature models. Keywords: Wireless Data Networks/ Coverage/ Outdoor Environments/ Propagation Model

I. INTRODUCCÍON En las últimas dos décadas, las redes de datos que operan con tecnología inalámbrica en la banda de frecuencias libres de 2,4 GHz han experimentado un amplio desarrollo, originando con ello una gran penetración de este tipo de redes y su utilización en distintas aplicaciones para la trasmisión de datos. Ello ha motivado al desarrollo de modelos, métodos, técnicas, etc., que permitan, por un lado, mayor precisión en la planificación y dimensionamiento de dichas redes, y por otro lado, el mejor desempeño de las mismas en términos de velocidad de transmisión, coexistencia con otras sistemas inalámbricos de comunicaciones, entre otros.

En el caso específico de la planificación y dimensionamiento de las redes inalámbricas de datos, un importante aspecto es la predicción de su cobertura, para lo cual se requiere de modelos de propagación que contemplen la o las frecuencias de operación de interés. En el caso de ambientes exteriores, estos modelos toman en cuenta la morfología, topología, condiciones atmosféricas, entre otros, propias del o los ambientes para los cuales son desarrollados. En ese sentido, en la literatura se consiguen un significativo número de modelos de propagación (macrocelda o microcelda) que pueden ser aplicados para la banda de 2,4 GHz, entre los cuales destacan: Young [1], Lee [2], Longley-Rice [3], Okumura [4], Okumura-

Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Hata [5], Extendido de Hata o COST-231 Hata [6], Sakagami-Kuboi [7] y Walfisch-Bertoni [8]. Sin embargo, ninguno de los citados modelos, así como otros, han sido desarrollados en base a las condiciones de propagación típicas de Venezuela o regiones similares. Precisamente, en el presente artículo se describe el desarrollo de un modelo de propagación semi-empírico para la banda de 2,4 GHz, desarrollado a partir de un conjunto de medidas realizadas en ambientes exteriores en las ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta (Colombia), ciudad ésta con características de propagación similar a varias ciudades de Venezuela, tal como San Cristóbal.

do = distancia de referencia = 1,6 km n = varía según el entorno y la frecuencia (es dado más adelante) f = frecuencia de operación (MHz) fc = Frecuencia de referencia = 900 MHz FA = Factor de ajuste = Fheb Fh m FPT FGeb FGm

Fh eb = Factor de ajuste por la altura de la estación base Fh m = Factor de ajuste por la altura del móvil FPT = Factor de ajuste por la potencia del transmisor

FGeb = Factor de ajuste por la ganancia de la antena de la estación base

II. DESARROLLO 1. Modelos de propagación en ambientes exteriores

FG m = Factor de ajuste por la ganancia de la antena del móvil

En esta sección se presentan las principales características de algunos de los modelos de propagación para ambientes exteriores encontrados en literatura, que han sido desarrollados, la mayoría de ellos, de forma similar a como se desarrollará el modelo objeto del presente artículo.

Tabla I. Parámetros del modelo de Lee Terreno

 0



Espacio libre

-45

Área abierta

-49

4,35

Considera una metrópolis con edificios altos. En este caso, las pérdidas de propagación vienen dadas por [1]:

Suburbano (Norteamérica)

-61,7

3,84

L(dB)  - G eb - G m  20 log h eb  20 log h m  40 log d   (1)

Urbano (Norteamérica)

-70

3,68

Urbano (Norteamérica)

-64

4,31

Urbano (Japón)

-84

3,05

A. Modelo de Young

Donde: Geb = Ganancia de la antena de la estación radio base (dBi) Gm = Ganancia de la antena del móvil (dBi) heb = Altura de la antena de la estación radio base (m) hm = Altura de la antena del móvil (m)  = Factor de densidad de edificios (25 dB para grandes ciudades) El modelo en cuestión es válido para frecuencias entre 150 MHz y 3,7 GHz B. Modelo de Lee

 h ( m)  Fh eb   eb   30,48 m   P ( W)  FPT   T   10 W 

  f   10 n log   f   c

  - 10 log FA  

(2)

 h ( m)  Fh m   m   3m 



 G (unidades lineales)  FGeb   eb   4 (unidades lineales) 

FGm  Gm (unidades lineales)

Desarrollado para tierra plana, con bastantes imprecisiones para terreno no plano, es considerado “el modelo de Norteamérica”. Las pérdidas de propagación vienen dadas por [2]:  d L(dB)  10 log   o  10  log   do

2 n 3

para f c  450 MHz y área suburbana / área abierta para f c  450 MHz y área urbana

Donde:

 o = potencia medida a 1,6 km del transmisor, dados en la Tabla I  = coeficiente de pérdidas de la potencia con la distancia, dado en la Tabla I d = distancia entre el transmisor y el receptor (km)

 2   3

para h m  10 m para h m  3 m

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 C. Modelo de Longley-Rice Modelo basado en un algoritmo numérico, que se aplica principalmente a sistemas de comunicación punto a punto, en la banda de frecuencia desde 40 MHz hasta 100 GHz, para todo tipo de terreno. El modelo de Longley-Rice [3] considera la geometría del perfil del terreno y la refractividad de la troposfera. Para la línea de horizonte se utiliza principalmente el modelo de reflexión en tierra plana [4], y las pérdidas por difracción para obstáculos aislados se determinan utilizando el modelo de “filo de cuchillo” [4]. Para las predicciones de tropodifusión se utiliza la teoría de dispersión [9]. Este modelo también se conoce con el nombre de Modelo de Terreno Irregular (ITM = Irregular Terrain Model). El modelo requiere de gran cantidad de información, la cual no siempre está disponible, por lo que su utilización no siempre es posible. D. Modelo de Okumura Es uno de los modelos más utilizados en la estimación de las condiciones de propagación en áreas urbanas [4]. Es aplicable a frecuencias de operación en el rango de 200 MHz a 2 GHz (normalmente extrapolado hasta 3 GHz). Se basa en el uso de curvas que permiten determinar el valor de la atenuación media (Amu) en función de la frecuencia de operación y la distancia del enlace. Asimismo, incluye factores de corrección por la altura de las antenas transmisora y receptora ( Fh eb y Fh m ), así

Figura 1. Atenuación media en el modelo de Okumura

como por el tipo de ambiente o área ( FAREA ). De esta manera, la pérdida viene dada por:

L(dB)  L el (dB)  A mu (dB)  Fheb  Fh m  FAREA (3) Donde Lel es la pérdida en el espacio libre dada por [10]:

Lel (dB)  32,44  20 log f (MHz)  20 log d(km)

(4)

La atenuación media Amu y el factor de corrección por el tipo de ambiente o área FAREA, se determinan a partir de las Figuras 1 y 2 [4]. Adicionalmente, h  FG eb  20 log eb   200 

Fh m

  hm   10 log   3      hm  20 log  3    

para 10 m  h eb  1000 m

para h m  3 m

Figura 2. Factor de corrección por tipo de ambiente o área

para 3 m  h m  10 m

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 E. Modelo de Okumura-Hata

F. Modelo de Sakagami-Kuboi

Con el propósito de tornar el modelo de Okumura más fácil de aplicar, Hata [5] estableció fórmulas matemáticas empíricas, válidas para el rango de frecuencias de 150 MHz a 1,5 GHz, para describir la información gráfica dada por Okumura. La formulación de Hata es dada por:

Es otra formulación matemática del modelo de Okumura. Las ecuaciones fueron obtenidas mediante el uso de múltiple regresión no lineal a una parte de datos recolectados en Tokio, Japón [7]. Las pérdidas de propagación de este modelo se determinan a partir:

Áreas urbanas

L(dB)  100 - 7,1log W  0,023   1,4log h s

L (dB)  69,55  26,16logf - 13,82log(heb ) urbana - a(h m )  (44,9- 6,55logh eb ) log d

  h  6,1log H - 24,37 - 3,7   hT   o 

(5)

Donde “d” es válida de 1 km a 20 km, y a h m  es un factor de corrección que depende de altura del móvil y la frecuencia, dado por: ahm   1,1log f - 0,7  hm - 1,56 log f - 0,8

   

  log h eb  

 43,32 - 3,1log h eb  log d  20log f  e13 log f - 3,23 

(9)

Donde: W = Ancho de la calle (entre 5 m y 50 m)

para ciudades pequeñas o medianas

8,29 log 1,54 h m 2 - 1,1  para ciudades grandes y f  400 M Hz a(hm )   2 3,2 log 11,75 h m  - 4,97 para ciudades grandes y f  400 M Hz 

Áreas suburbanas

 = Ángulo del suelo respecto a la dirección del rayo directo (entre 0 e 90) hs = Altura de los edificios a lo largo de la calle (de 5 m a 80 m) H = Altura media de los edificios (entre 5 y 50 m) heb = Altura de la antena de la estación radio base

  f  L(dB)  L urbana - 2 log   - 5,4   28 

(6)

Áreas rurales o abiertas

L(dB)  L urbana - 4,78 log f 2  18,33 log f - 40,94 (7)

h T = Altura del terreno en la estación en la radio base o El modelo de Sakagami-Kuboi es válido para frecuencias desde 450 MHz has 2,2 GHz, y para distancias entre transmisor y receptor desde 0,5 km hasta 10 km.

G. Modelo Walfisch-Bertoni E. Modelo Extendido de Hata (COST-231 Hata) Una versión del modelo de Okumura-Hata más utilizada, es la conocida como “Modelo Extendido de Hata” o “Modelo COST- 231 Hata, el cual tiene como principal característica la extensión del rango de frecuencia hasta 2 GHz y la incorporación de un factor de corrección para el tipo de ambiente en la expresión (5). Las pérdidas de propagación son dadas por [6]:

L(dB)  46,3  33,9 log f - 13,82 log(h eb ) - a(h m )  (44,9 - 6,55log h eb ) log d  C M

(8)

Donde CM es igual a 0 dB, para ciudades medianas y áreas suburbanas, y 3 dB, para centros metropolitanos. Adicionalmente, el factor a h m  se determina con las

Basado en la Teoría Uniforme de Difracción (UTD = Uniform Theory Difraction) [11], este modelo permite estimar las pérdidas de propagación en ambientes urbanos considerando la difracción de la señal en el techo de los edificios. La Figura 3 ilustra la geometría considerada para este modelo. En este modelo, las pérdidas de propagación se determinan a partir de [8]:

L(dB)  89,55  A  21 log f  38 log d   (10) d2  18 log h eb - h ed   18 log 1   17 h eb - h ed   Donde el factor A, que incluye la influencia de los edificios, es dado por:

mismas expresiones empleadas por el modelo de Okumura-Hata.

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012  w  2  A  5 log    (hed  hm ) 2   9 log w  2     2 (hed  hm )    20 log tan 1   w   

Con hed siendo la altura media de los edificios (en metros) y en “w” la separación entre edificios (en metros).

Las medidas del nivel de señal recibido fueron tomadas en intervalos de un (1) segundo, durante 60 segundos, en cada punto de medición, durante días diferentes. Para ello se utilizó la herramienta computacional Ethereal [13]. Este procedimiento se repitió para cada uno de los ambientes considerados: urbano, semiurbano y abierto (rural). 3. Entornos y mediciones realizadas En total, se consideraron siete (7) escenarios, distribuidos de la siguiente manera:

Por su parte, H es: H = heb – hed El rango de frecuencia es válido desde 300 MHz has 3000 MHz, y la distancia entre transmisor y receptor es dada en km.

Mérida, Venezuela  Calle residencial (Urbano-1).  Patio Central del Núcleo La Hechicera, Universidad de Los Andes (Semiurbano-1).  Estacionamiento “H” del Núcleo La Liria, Universidad de Los Andes (Semiurbano-2).  Área semiurbana, con vegetación densa (Semiurbano-3).

Cúcuta, Colombia  Calle residencial (Urbano-2).  Área semiurbana, con vegetación densa (Semiurbano-4).

 Área rural, con escasa vegetación (Rural-1). Figura 3. Geometría utilizada en el modelo de WalfischBertoni

A modo de ejemplo, las Figuras 4 y 5, muestran la disposición del transmisor (AP) y el receptor (computador portátil), en dos (2) de los escenarios mencionados.

2. Set-up experimental El equipo que se utilizó para las mediciones del nivel de señal recibida consistió en un AP´s (Access Point) o Enrutador Inalámbrico haciendo las veces de transmisor; y un computador portátil con tarjeta inalámbrica de red IEEE 802.11a/b/g, fungiendo como receptor. El transmisor se instaló sobre un mástil a una altura de 3 metros, y fue configurado para irradiar una potencia de 100 mW (20 dBm), en el canal 6 de la banda no licenciada de 2,4 GHz. La ganancia de la antena empleada fue de 5 dBi. A su vez, el receptor se instaló a una altura de aproximadamente un (1) metro, con una ganancia de antena de 0 dBi y una sensibilidad de -98 dBm. Las pérdidas de alimentación en el transmisor y en el receptor se asumen de 1 dB y 0,5 dB, respectivamente. Las mediciones fueron realizadas cada 5 metros, de acuerdo a la Recomendación ITU-R P.1406 [12], la cual indica que para depurar mediciones con las correspondientes al presente trabajo, es conveniente separar el desvanecimiento rápido (debido a la múltiple trayectoria) del desvanecimiento lento (producto del apantallamiento). Esto se logra, efectuando mediciones “a lo largo de una distancia de unas 40 longitudes de onda”. Se recomiendan al menos “36 medidas en cada distancia, para así obtener un valor medio con una precisión de 1 dB con el 90% de probabilidad”.

Figura 4. Disposición del AP y del computador portátil, para las mediciones realizadas en el Patio Central del Núcleo La Hechicera, Universidad de Los Andes

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

Figura 5. Disposición del AP y del computador portátil, para las mediciones realizadas en el Estacionamiento “H” del Núcleo La Liria, Universidad de Los Andes En la Figura 6, se muestra el gráfico de dispersión de los valores del nivel de señal recibida en función de la distancia, para los siete (7) escenarios mencionados anteriormente.

Tal como se puede observar en la Figura 6, la tendencia de cada uno de los gráficos de dispersión es el esperado decrecimiento del nivel de señal recibida con el aumento de la distancia entre transmisor y receptor. Y si bien no se puede inferir nada concluyente acerca de las tendencias de los mencionados gráficos en función del ambiente considerado, destaca el hecho de que para el entorno “Rural-1”, como era de esperarse es que se alcanza la mayor distancia de cobertura (145 m), con niveles de potencia recibida superiores a cualquier de los otros entornos que alcanzaron al menos los 100 m de distancia de cobertura (“Urbano-2”, “Semiurbano-1” y “Semiurbano-2”). 4. Desarrollo del nuevo modelo de propagación A partir de los modelos de propagación existentes en la literatura, anteriormente mencionados, las pérdidas de señal (L) se pueden representar de forma general como sigue:

L(dB)  A  10  log d

(11)

Donde “A” es un factor que incluye las pérdidas de potencia con la altura del transmisor, múltiples reflexión, obstáculos, entre otros.; y “” es el ya mencionado el exponente de pérdidas de la potencia con la distancia. Figura 6. Nivel medido de señal recibida en función de la distancia

Por ejemplo, en el caso del modelo de pérdidas en espacio libres “” es igual a 2. Para el modelo de tierra plana “”

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 es igual a 4 [4]. En el caso del modelo extendido de Hata, “” depende de la altura de la estación radio base (heb). Ahora bien, dado que las mediciones realizadas se refieren al nivel de potencia recibida y no a las pérdidas de la señal, la expresión (11) es equivalente a la de potencia, cambiando los signos de los dos (2) términos de la misma (los términos que aparecen sumando en una ecuación de pérdidas de potencia, deben aparecer substrayendo en la correspondiente ecuación de potencia recibida). Por tanto, se tiene:

PR (dBm)  A - 10  log d

(12)

Donde PR representa el nivel de señal recibida, “d” es dada en metros y los parámetros de “A” y “” se obtienen mediante regresión lineal, utilizando la herramienta computacional de uso libre OpenOffice [14]. A continuación, se muestran los resultados obtenidos para los parámetros de ajuste “A” y “”, para cada uno de los tres (3) ambientes considerados (en el caso de los entornos urbanos y suburbanos, se procedió previamente a determinar el promedio de los niveles de señal recibida para cada una de las distancias de medición para un mismo entorno).

PR u (dBm)  27,51 - 22,59 log d (para ambientes urbanos)

(13.1)

PR su (dBm)  26,38 - 21,67 log d

rural, resultado cónsono con la teoría, en virtud de las menores pérdidas que se espera que hayan en ambientes abiertos. Adicionalmente, comparando el valor de “” para el ambiente urbano (en realidad, se trata, tal como se mencionó anteriormente, del promedio de las mediciones obtenidas para los dos ambientes urbanos considerados) objeto de las mediciones del presente trabajo, se tiene que el mismo es significativamente menor al que, por ejemplo, se obtiene con el modelo extendido de Hata, el cual típicamente se encuentra en el rango comprendido entre 3 y 4 [15]. Esto se debe a que las mediciones base para el modelo extendido de Hata fueron realizadas en Tokio, Japón, ciudad con una elevada densidad de edificaciones, razón por la cual las pérdidas son mayores a las existentes en los ambientes urbanos de las ciudades de Mérida y Cúcuta. Ahora bien, con el fin de obtener un modelo general que sea válido para los tres (3) entornos, se considera una dependencia directa de los ambientes semiurbano y rural en relación al ambiente urbano. Esto se hace igualando, de forma genérica, las ecuaciones (13.1) y (13.2), así como las ecuaciones (13.1) y (13.3). De esta forma, se tiene:

PR u (dBm)  PR su (dBm)  K1 (dB)

(14.1)

PR u (dBm)  PR ru (dBm)  K 2 (dB)

(14.2)

Donde:

(para ambientes suburbanos)

(13.2)

PR ru (dBm)  25,63 - 20,75 log d

K1 = Factor de corrección para ambientes suburbanos K2 = Factor de corrección para ambientes rurales

(para ambientes rurales)

(13.3)

Donde:

PR = Potencia recibida para ambientes urbanos u

La Tabla 3 muestra los valores de K1 y K2, obtenidos a partir de la media de los resultados, punto a punto, de las expresiones (14.1) y (14.2), respectivamente. Tabla 3. Valores del K

PR = Potencia recibida para ambientes suburbanos su

-2,28

PR = Potencia recibida para ambientes rurales r

0,92

De las expresiones (13.1), (13.2) y (13.3), se deducen los valores estimados de “” para cada uno de los tres (3) ambientes considerados. Estos valores se resumen en la Tabla 2. Tabla 2. Valores del parámetro “” Terreno



Urbano

2,23

Semiurbano

2,17

Rural

2,08

De la Tabla 2 se concluye, como era de esperarse, que el parámetro “” disminuye a medida que el entorno tiende a

Por tanto, la nueva formulación para la predicción de la potencia recibida del modelo desarrollado en el presente trabajo es: Ambiente Urbano

PR u (dBm)  27,51 - 22,59 log d

(15.1)

Ambiente Suburbano

PR su (dBm)  PR u (dBm) - K1

(15.2)

Ambiente Rural o Abierto

PR ru (dBm)  PR u (dBm) - K 2

(15.3)

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 Donde K1 y K2 son dados por la Tabla 3. Las Figuras 7 y 8 muestran la comparación de los valores medidos y estimados (con la formulación inicial y la nueva formulación), para los ambientes suburbano y rural, respectivamente, del nivel de potencia recibido

-4,26 %; mientras que en la Figura 8, el error relativo máximo es de -5,18%. A. Expresión Definitiva para la Predicción de Pérdidas de Propagación Las pérdidas de potencia se determinan a partir de [15]:

LdBm   PT (dBm)  GT (dBi )  G R (dBi )  LT (dB)  L R (dB)  PR (dBm)

(16)

Donde: PT = Potencia del transmisor GT = Ganancia de la antena transmisora GR = Ganancia de la antena receptora LT = Pérdidas de alimentación en el transmisor LR = Pérdidas de alimentación en el receptor Por lo que, a partir de la expresiones (15.1), (15.2), (15.3) y (16), y considerando los parámetros de operación del set-up experimental, se tiene que las pérdidas de propagación de acuerdo al modelo desarrollado en el presente artículo serán dadas por: Ambiente Urbano

L(dB)  51,01  22,59 log d Figura 7. Comparación de los valores estimados, para ambiente suburbano, con las expresiones (13.2) y (15.2)

(16.1)

Ambiente Suburbano

L(dB)  51,01  22,59 log d  K1 (16.2) Ambiente Rural o Abierto

L(dB)  51,01  22,59 log d  K 2 (16.3) Las expresiones (16.1), (16.2) y (16.3), son válidas, preferiblemente, para frecuencia de operación igual a 2,4 GHz, altura de la estación base de 3 m, altura del móvil de 1 m, y distancia entre el transmisor y receptor desde 5 m hasta 150 m. 5. Comparación de resultados Para evaluar el desempeño del modelo desarrollado, se hace una comparación con los modelos de propagación existentes en la literatura que pueden ser aplicados para las condiciones correspondientes a los entornos donde se realizaron las mediciones objeto del presente artículo. De esta manera, los modelos a ser utilizados para la comparación son el de Young y el COST-231 Hata.

Figura 8. Comparación de los valores estimados, para ambiente rural, con las expresiones (13.3) y (15.3)

En la Figura 7, el error relativo máximo entre los valores estimados por las dos (2) expresiones consideradas es del

Las Figuras 9a, 9b y 9c, muestran los resultados obtenidos para los ambientes urbano, suburbano y rural, respectivamente. Se observa que el modelo desarrollado presenta un mejor desempeño, en relación a los valores medidos, que los modelos de la literatura considerados para la comparación. En los tres (3) entornos e modelo de Young subestima las pérdidas de propagación. Para el caso del ambiente suburbano, el modelo COST-231-Hata

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 está más próximo de los valores medidos que en los otros dos ambientes, pero sigue presentando menor desempeño que el del modelo desarrollado. El mejor desempeño del modelo desarrollado se puede comprobar en las Figuras 10a, 10b y 10c, en las se observa que para los tres (3) entornos los error relativos siempre es menor para el modelo en cuestión.

III. CONCLUSIONES 1. Se desarrolló un nuevo modelo de propagación para la estimación de las pérdidas de propagación en una red WLAN operando en 2,4 GHz, ambientes exteriores, en las ciudades de Mérida (Venezuela) y Cúcuta (Colombia). El desarrollo en cuestión se basó en mediciones del nivel de señal recibida realizadas en redes WLAN, operando en la mencionada frecuencia

(a)

(2,4 GHz), en tres (3) tipos de ambientes o entornos: urbano, suburbano y rural. 2. El modelo desarrollado consideró como variable independiente la distancia entre transmisor y receptor. No obstante, dado que las mediciones se llevaron a cabo en ambientes diferentes, así como en diversos días y horarios, el modelo en cuestión también consideró la morfología, topología y efectos de las variaciones leves del índice de refracción. 3. Los parámetros de ajuste de las expresiones matemáticas obtenidas para el modelo desarrollado fueron obtenidos utilizando regresión lineal. El desempeño del modelo en cuestión, al ser comparado con algunos de los modelos de propagación para ambientes exteriores existentes en la literatura, específicamente, Young y COST-231 Hata, fue siempre superior, estimando, en algunos casos, con gran precisión las pérdidas de propagación.

(b)

Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 (c) Figura 9. Desempeño del modelo desarrollado: a) Ambiente urbano; b) Ambiente suburbano; c) Ambiente rural

(a)

(b)

IV. RECOMENDACIONES 1. Realizar mediciones en una mayor cantidad de ambientes exteriores, extendiéndolas a diversos lugares de Venezuela o ciudades de otros países con características de propagación similares, con el fin de que el o los modelos obtenidos tengan una mayor versatilidad en su aplicación en relación a las zonas geográficas del país. Adicionalmente, a medida que

aumenta el número de medidas, se disminuyen los errores inherentes al proceso de medición como tal. 2. Incorporar en las mediciones más bandas de frecuencia, ampliar el rango de la distancia entre transmisor y receptor, y variar las alturas del transmisor y receptor. 3. Finalmente, se sugiere emplear equipos de medición de precisión, como por ejemplo, analizador de espectro o medidor de campo. No obstante,

Pérez García, N. et al. Modelo de propagación para redes WLAN operando en 2.4 GHz. pp. 54-64

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 considerando las limitaciones técnicas de rigor que se tienen al utilizar uno o ambos equipos de medición (disponibilidad real de dichos equipos, costo de los mismos, alimentación eléctrica, entre otros), se puede optar por realizar mediciones simultáneas, en algunos entornos, con uno de los equipos sugeridos y un computador portátil (como el empleado en las mediciones objeto del presente artículo), y levantar curvas de calibración que permitan utilizar posteriormente sólo un computador portátil y ajustar los resultados obtenidos según las curvas de calibración. V. REFERENCIAS 1. Seybold J. “Introduction to RF Propagation”. John Wiley & Sons, Inc., New York, 2005. 2. Lee W.C. “Mobile Design Fundamentals”, John Wiley, New York, 1993.

8. Walfisch J., Bertoni H.L. “A Theoretical Model of UHF Propagation in Urban Environments”. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 36, No. 12, pp. 1788-1796, December 1988 9. Casciato M.D. “Radiowave Diffraction and Scattering Models For Wireless Channel Simulation”. Tesis de Doctorado, University of Michigan, Estados Unidos, 2001. 10. Parsons J.D. “The Mobile Radio Propagation Channel”. 2nd Edition, John Wiley & Sons, Londres, Inglaterra, 2000 11. Kouyoumjian R., Prabhakar, P. “A Unifm Geometrical Theory of Diffraction for na Edge in a Perfectly Conducting Surface”. Proceedings of the IEEE, Vol. 62, No. 11, pp. 1448-1461, November 1974.

3. Longley A.G., Rice P.L. “Prediction of Tropospheric Radio Transmission Loss Over Irregular Terrain”. ESSA Technical Report ERL 79–ITS 67, Julio 1968.

12. Recommendation ITU-R P.1406-1. “Propagation Effects Relating to Terrestrial Land Mobile and Broadcasting services in the VHF and UHF Bands”. Ginebra, Suiza, 2007

4. Yacoub M.D. “Foundations of Mobile Radio Engineering”. CRC Press, 1993.

13. Ethereal (Agosto 2011). “Powerful Multi-Platform Analysis”. Disponible en http://www.ethereal.com/

5. Hata M. “Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services”. IEEE Transactions on Vehicular Technolgy, Vol. VT-29, No. 3, pp. 317-325, August 1980

14. OpenOffice.org (Agosto 2011). “OpenOffice.org”. Disponible en http://www.openoffice.org/

6. COST Telecommunications. “Digital Mobile Radio Towards Future Generation Systems - COST 231 Final Report”, Bélgica, 1999.

15. Pérez García N. “Cálculo de Cobertura de Sistemas WLL e LMDS”. Dissertaçao de Mestrado em Engenharia Elétrica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC/Rio), Brasil, Abril 2000.

7. Garg V. K., Wilkes, J. E. Wireless and Personal Communications Systems, Prentice Hall PTR, 1996.

AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado por el Consejo de Desarrollo Científico, Humanístico, Tecnológico y de las Artes (CDCHTA), Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela, bajo el proyecto I-967-06-02-A.

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NOTA TÉCNICA 3RO TALLER DE “EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA LA SEGURIDAD Y LA SOSTENIBILIDAD DE IBEROAMÉRICA (EFESOS)” Vásquez, Carmen1 Osal, William1 Sudriá, Antoni2 Yépez, Wilson3 Parra, Estrella4 Sánchez, Itha5 Ramírez-PiscoRodrigo6 Doyharzabal, Julio7 Llosas, Yolanda8 (Recibido septiembre 2011, Aceptado febrero 2012) 1

Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO, Barquisimeto, Venezuela. 2Doctor por la Universidad Politécnica de Cataluña. 3Escuela Politécnica del Ejército, Ecuador. 4 Universidad Nacional de Colombia, Colombia. 5 Instituto de Investigaciones Eléctricas, México 6Departamento de Ingeniería Eléctrica del CITCEA-UPC 7Universidad Tecnológica Nacional, Argentina. 8Universidad de Oriente, Cuba cvasquez@unexpo.edu.ve, carmenluisavasquez@gmail.com

Resumen: Los estudios de las emisiones de los gases de efecto invernadero causados por la producción de la energía eléctrica con fuentes no renovables incrementan el interés por la Eficiencia Energética. Ésta busca establecer oportunidades de ahorro manteniendo los niveles de bienestar de los clientes del servicio. Debido a su importancia, desde el año 2007 se desarrolla la Acción de Coordinación EFESOS del CYTED con el objeto de potenciar las oportunidades y el intercambio de los resultados de la investigación de sus miembros. En el 3 ER Taller EFESOS se presentaron los programas que en ésta área se han presentado entre los distintos países. Este trabajo busca dar a conocer la información relevante presentada durante en dicho Taller. Se concluye que es imprescindible el intercambio de experiencias para generar iniciativas que a su vez permitan generar conocimiento en el área y el desarrollo de la Eficiencia Energética como herramienta para incrementar la seguridad y la sostenibilidad en Iberoamérica. Palabras clave: CYTED/ EFESOS/ Eficiencia Energética.

Abstract: The studies of greenhouse gas emissions caused by the production of electric power based on non renewable sources increase the interest for Energy Efficiency. This seeks to establish saving opportunities maintaining the electrical service user´s quality of life. Due to their importance, in the year 2007 the EFESOS Coordination Action of the CYTED is developed in order to boost the opportunities and the exchange of research results within its members. In the 3th EFESOS Workshop the topics presented referred to different programs that in these programs in the different contrys. This paper shows the outstanding information presented during the Workshop. Among its conclusions it is established the need to exchange experiences to generate initiatives to allow new knowledge generation in this subject and the development of Energy Efficiency as a tool to increase the security and the sustainability in Iberoamérica. Keywords: CYTED/ EFESOS/ Energy Efficiency

I. INTRODUCCIÓN Como se menciona en [1], a raíz de la Convocatoria del 2007 del CYTED [2] se integra la Acción de Coordinación: Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad en Iberoamérica (EFESOS) [3], en el área dedicada a la Energía. En el marco de esta Acción se ha planificado la 4TA Reunión Ordinaria de sus miembros en la ciudad de Santa Fe, Argentina, se realiza el 3 ER Taller EFESOS, en el cual asistieron 120 participantes, representantes del sector académico e industrial. Estos Talleres han servido adicionalmente para mostrar los programas de eficiencia energética que han llevado los

entes gubernamentales de cada país. El motivo de este trabajo es describir los estos programas de eficiencia energética que han sido motivo de su discusión en los distintos Talleres EFESOS implementados. II. DESARROLLO 1. Índices de eficiencia de consumo en países miembros de efesos Según [4, 5] para el 2008 el consumo de energía eléctrica territorial anual de los países Argentina, Brasil, Chile, Colombia, Cuba, Ecuador, España, México y Venezuela, miembros de EFESOS, se muestra en la Tabla 1. Con esta

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 información se pueden obtener diversos índices de eficiencia que permitan comparar el uso que se le da a la energía eléctrica en cada país, así por ejemplo en la Figura 1 se muestra el consumo de energía eléctrica per cápita, donde destacan como los tres (3) primeros España, Venezuela y Chile. Sin embargo la Figura 2 muestra la relación entre el consumo y el PIB, estos países se pueden

agrupar en dos (2), los que tienes una relación superior a los 5 US$/kWh, como son España, Colombia, Cuba, Ecuador y México, en ese orden, que generan mayor ingreso bruto por unidad de energía. Y en el segundo grupo se encuentran los países Brasil, Venezuela, Argentina y Chile. Ambas figuras fueron realizadas a partir de los datos de la Tabla I.

Tabla I. Consumo de Energía Eléctrica per cápita en algunos países miembros de EFESOS País

Número de Habitantes

PIB millones US$

Extensión Territorial (km2)

Consumo de Energía Eléctrica (GWh/año)

Argentina

39.882.980

328.465

2.736.690

106.048

Brasil

191.971.506

1.575.150

8.459.420

416.770

Chile

16.803.952

169.458

743800

55.756

Colombia

45.012.096

243.765

1.109.500

43.977

Cuba

11.237.154

68.625**

109.820

14.709

Ecuador

13.481.424

54.685

276.840

10.623

España

45.555.716

1.604.230

499.090

286.818

México

106.350.434

1.088.130

1.943.950

216.529

Venezuela

27.935.000

314.150

882.050

85.955

*Datos tomados del informe de http://data.worldbank.org/ ** Fuente: http://cubasource.org

Consumo Eléctrico (kWh per capita) España Chile Venezuela Argentina Brasil México Cuba Colombia Ecuador 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Figura 1. Consumo de Energía per cápita en países miembros de EFESOS.

Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

Chile Argentina Venezuela Brasil México Ecuador Cuba Colombia España 0

Figura 2. PIB Per Cápita en algunos países miembros de EFESOS.

2. Importancia de la eficiencia energética La producción de gases efecto invernadero, a partir de la generación de energía eléctrica con combustibles fósiles, la dependencia de la sociedad moderna a este tipo de energía y la sostenibilidad de las empresas del sector son uno de los principales problemas que preocupa y se debaten en la Acción de Coordinación EFESOS del CYTED, como eje central. El incremento en las concentraciones de los gases efecto invernadero, el dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4), óxido nitroso (N2O), hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6), se debe en gran medida a la generación de energía eléctrica y el consumo de los combustibles fósiles. La comunidad científica internacional considera que el crecimiento no controlado de estos gases provoca un incremento entre 2 a 50 C de temperatura sobre la superficie de la tierra. Esto ocasiona un aumento del nivel del mar, alteraciones climáticas (sequías e inundaciones) y pérdidas económicas. Adicionalmente el uso de la energía eléctrica está implícito en todas las labores del ser humano, su aplicación ha sido diversa. Ésta nace con la humanidad, por la necesidad de incrementa las horas de luz del día y preservar los alimentos. Por su gran utilidad, controlabilidad, inmediatez de utilización y limpieza en los usuarios finales se convierte en la forma de energía más utilizada, siendo un elemento clave en el desarrollo económico de los países, que tradicionalmente han establecido una relación entre su consumo y el PIB. La primera fuente de energía fue el fuego, pero en ese tiempo era agotable, según se consumieran todas las reservas

naturales que se utilizaban para principalmente la madera de los árboles.

producirla,

Actualmente, el incremento acelerado del consumo de energía eléctrica, para satisfacer las necesidades humanas, el monto requerido que implican el crecimiento de los sistemas eléctricos y los impactos al medio ambiente, y en general a la humanidad, han resaltado la importancia de la Eficiencia Energética, como un punto clave que permita mantener los niveles de calidad de vida y confort mitigando los efectos negativos que se producen por la generación de esta energía. La Eficiencia Energética implica una nueva forma de pensar de científicos, académicos y de los actores del sector gubernamental e industrial. Esto se demuestra con algunas declaraciones dadas por los organismos encargados de establecer las políticas ambientales [1], donde la Eficiencia Energética se trata como un tema social, con miras a que los ahorros obtenidos permitan incrementar el acceso de la energía a las personas que no la dispongan o en programas sociales que lo requieran. Esfuerzos importantes se están realizando en este tema como son:  La sustitución de equipos por tecnologías más eficientes.  La educación de los usuarios sobre las ventajas de la eficiencia energética, del ahorro de energía y los beneficios derivados en relación al medio ambiente.  La implementación de medidas fiscales para promover el uso de equipos de consumo eficiente y de normativas que establecen las condiciones que deben cumplir el diseño de las nuevas edificaciones

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 para estar en armonía con el medio ambiente y con un menor y más eficiente consumo de energía.

3. Programas de eficiencia energética en países miembros de EFESOS Los programas de eficiencia energéticas son las implementados generalmente por los gobiernos centrales, a través de los entes Ministeriales dedicados a incentivar el uso racional de la energía y disminuir el impacto al ambiente. Según Sánchez [6], dentro de estos programas se encuentra: Etiquetado (etiquetas voluntarias y obligatorias) de equipos electrodomésticos, la Normalización de eficiencia (Transformación de mercado), la Administración de demanda (cambio de horario), la Sustitución de equipos (lámparas, refrigeradores, aires acondicionados), Financiamiento de equipo eficiente (reducción de consumos), entre otros.

3.1 La Normalización de la Eficiencia Energética El concepto más simple de Normalización es el de simplificar, unificar y especificar. Las normas contienen las especificaciones técnicas, establecidas por consenso entre los fabricantes, usuarios y otros interesados, fundamentadas en los resultados de la ciencia, la tecnología y la experiencia, que garantice el progreso de la comunidad [6]. Este proceso está ligado a las actividades comerciales, en el marco de la Organización Mundial del Comercio (TBT, por sus siglas en inglés), en el Código de Buena Conducta para la elaboración, adopción y aplicación de las normas técnicas [7]. La normalización de la eficiencia energética establece los límites de consumo en los productos o servicios que se fabrican, producen o comercializan en los países, a través de la trazabilidad de protocolos de referencia, y la manera de la evaluación de la conformidad y de la difusión de sistemas de información al consumidor, generalmente implementados de forma de etiqueta [6]. Ésta tiene como objetivo que los gobiernos promueven una competencia entre fabricantes para que se desarrollen productos que cumpla con ciertas especificaciones energéticas, manteniendo los otros criterios de mercado, y con la aceptación de los usuarios, es decir, la transformación del mercado. Cuando las normas desarrolladas por instituciones son acogidas por entes gubernamentales, ya que sus implicaciones regulan la seguridad de la vida animal, vegetal o ambiental, éstas pasan a ser de carácter obligatorio por Ley y facultarán a una Institución para su aplicación, creando un sistema de evaluación de conformidad para su certificación. Dentro de estas instituciones en los países miembros de EFESOS se encuentra, por ejemplo, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) [8], el Concejo Nacional de Electricidad (CONELEC) [9], la

Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) [10], Comité de Electricidad (CODELECTRA) [11] de Colombia, Ecuador, México y Venezuela, respectivamente. Las instituciones encargadas de la eficiencia energética han desarrollado a nivel nacional normas que regulan la eficiencia energética en equipos de uso final como: refrigeradores, lámparas, equipos de aire acondicionado, lavadoras, motobombas, cocinas o estufas, calentadores, televisores y otras. A manera de ejemplo en [1] se muestra la reducción lograda, entre un 10 a un 50% del consumo de energía eléctrica, a través de la aplicación de uno de sus programas relativos a eficiencia energética en refrigeradores o neveras en México. Según [12] en el proceso de normalización se pueden distinguir dos (2) grandes etapas, la de elaboración de una norma, que concluye con su emisión, y su aplicación. Esta última etapa concluye con la certificación del cumplimiento de un producto o el dictamen de verificación del cumplimiento de un sistema con la norma. La certificación es la actividad que consiste en afirmar que un producto o servicio se ajusta a las especificaciones establecidas en las normas, con la expedición de un documento en el que se da fe de este cumplimiento. Para lograr esta certificación se debe contar con entidades cuya función es reconocer las competencias técnicas de los organismos de certificación, laboratorios de prueba y unidades de verificación. Los fabricantes de equipos han logrado reducir sus consumos energéticos introduciendo mejoras e innovaciones en sus productos. A manera de ejemplo los fabricantes de neveras y refrigeradores han logrado reducir sus consumos a partir de incrementar del aislamiento térmico en las puertas y de los gabinetes, de la superficie del área del evaporador y el condensador, del capacidad de disipación de calor del evaporardor y del condensador, del empleo de motores y compresores más eficientes y, por lo tanto, logrando la disminución de las pérdidas. 3.2 El Etiquetado Para mantener al consumidor informado de cuáles son los equipos eléctricos más eficientes se han diseñado una serie de etiquetas que permiten identificar estas características. En algunos países estas etiquetas pueden ser de carácter obligatorio o voluntaria, pero las mismas tienen el mismo fin: mantener al cliente informado sobre los consumos energéticos para que esta información influya en su decisión de compra. En Venezuela la Norma COVENIN 3235-1999[13], referida a Etiquetado de Refrigeradores y Congeladores, estable que los mismos deben tener identificado en una etiqueta amarrilla, como se muestra en la Figura 3, la Guía de Consumo que establece el consumo anual de estos equipos. Esta información permitiría comparar la energía consumida en un año de equipos de refrigeración,

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UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 por ejemplo, de la misma capacidad en pie cubico y usarlo a la hora de seleccionar la compra. Otros países como Brasil utilizan el Sello Procel [14], como se muestra en la Figura 4, para el certificado de equipos electrodomésticos. A nivel Europeo y en muchos

países se está utilizando la etiqueta que contiene la Clase Energética de los equipos eléctricos, como se muestra en la Figura 5 [15]. La cifra de consumo o emisiones no puede dar por si solo una visión intuitiva se consume mucho o no, por eso se refieren a la clase energética que va de la A hasta la E.

Figura 3. Etiqueta amarrilla de equipos de refrigeración.

Figura 4. Sello Procel de Brasil

Figura 5. Etiqueta de Clase Energética

3.3 Administración de demanda Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 El comportamiento de la demanda de energía se debe a diversos factores como: la potencia de los equipos a ser instalados y los factores de demanda y diversidad (que son función de los patrones de consumo de los usuarios), entre otros. Es decir, que a través de modificaciones de los patrones de consumo, con criterios de eficiencia, se pueden lograr obtener curvas de demandas más horizontales que disminuyan sus valores máximos y garanticen la mejor distribución de los recursos energéticos que se disponen. En México se tiene el programa de Cambio de Horario de Verano (CHV) [16, 17], similar a otros lugares del

mundo, que implica cuyo propósito es el mayor aprovechamiento de la luz natural en este país. Dentro de los beneficios que tienen programas como este se pueden listar: la disminución de la energía que se utiliza para la iluminación artificial principalmente en usuarios residenciales, desarrollo de una conciencia energética, reducción del uso de combustibles y de la producción de contaminantes, menores situaciones de riesgos por asaltos y accidentes en horas nocturnas, tener la posibilidad de realizar actividades de ocio en las tardes y poseer el mismo horario que sus principales socios comerciales. La Tabla II muestra los ahorros obtenidos por los 10 años de implementación de este programa en México.

Tabla II. Ahorros obtenidos en México por el CHV [17] Concepto Ahorros en consumo de energía eléctrica Combustibles fósiles ahorrados Emisiones Evitadas de Bióxido de Carbono Postergar el crecimiento de la demanda (promedio anual) Inversiones diferidas

Unidad

Resultado 1996-2006 12.264 27.501 17.418

Millones de kWh Millones de BEP* Miles de toneladas de CO2

2006 1.131 2.754 1.427

931

796

Millones de pesos

10.474

8.077

*Barriles Equivalentes de Petróleo

3.4. Sustitución de equipos y financiamiento de equipo eficiente Como punto común entre los diferentes países miembros de EFESOS se ha implementado programas de sustitución de equipos por las tecnologías conocidas como más eficientes. Entre estos se destaca la sustitución de bombillas por las lámparas fluorescentes compactas (CFL, por sus siglas en inglés) y equipos de refrigeración y enfriamiento por los de menor consumo, entre otras, que generalmente han sido financiados por instituciones gubernamentales. A nivel industrial se ha incrementado la implementación de los variadores de velocidad y de los motores más eficientes, que se basan en el desarrollo de nuevas tecnologías para reducir sus pérdidas y, por lo tanto, su consumo. En el sector eléctrico destacan las nuevas implementaciones de equipos más eficientes como los transformadores de distribución construido con material de núcleo amorfo, que entre otras cosas disminuye las pérdidas y el calor generado, alargando su vida útil. III. CONCLUSIONES 1. Es imprescindible el intercambio de experiencias para generar iniciativas que permitan incrementar el conocimiento en el área y el desarrollo de la Eficiencia Energética como herramienta para incrementar la seguridad y la sostenibilidad en Iberoamérica.

2. Se requiere de un gran esfuerzo conjunto en todos los niveles sociales, políticos y culturales de los países que deseen fomentar y aplicar medidas para la reducción del consumo de energía, hacer más eficiente su utilización y reducir los efectos negativos que se tienen sobre el medio ambiente, por la generación, el uso y consumo de la energía. IV. REFERENCIAS 1. Vásquez C. et. al, “1ER Taller Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad de Iberoamérica (EFESO)”, Revista Universidad, Ciencia y Tecnología, Vol. 13, No. 53, Venezuela, 2009, pp 345-354. 2. CYTED: Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, (2008, Diciembre), [Online] disponible en http://www.cyted.org/ 3. EFESOS: Eficiencia Energética y Seguridad para Iberoamérica, (2008, Diciembre), [Online] Disponible en: http://efesos.espe.edu.ec/BIENVENIDO.html 4. The World Bank (2009). http://data.worldbank.org/ 5. Cubasource (2009). http://cubasource.org

Disponible

en: en:

6. Sánchez I., “Proyecto EFESOS: Eficiencia, Seguridad y Sostenibilidad para Iberoamérica”, 3ER Taller

Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012 EFESOS, IEE, Santa Fé, Argentina, Marzo, 26, 2009, p. 8. 7. Torres, H. et. al. “Energía Eléctrica, Un producto con Calidad-CEL-”. Editoral ICONTEC. Colombia, 2006, pp 27-53. 8. ICONTEC. Instituto Colombiano de Normas Técnicas. Disponible en: http://www.icontec.org.co/Home.asp?CodIdioma=ES P 9. CONELEC. Consejo Nacional de Electricidad. Disponible en http://www.google.co.ve/search?hl=es&q=CONELEC &aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai= 10. CONUEE. Comisión Nacional para el uso eficiente de la energía. http://www.conuee.gob.mx/wb/ 11. CODELECTRA. Comité de Electricidad. Disponible en http://www.codelectra.org/. 12. Acoltzi, H., Evaluación De La Conformidad De Normas Oficiales Mexicanas De Eficiencia

Energética. 2DO Taller EFESOS, IEE, México, Marzo, 26, 2009, p. 15.

Cuernavaca,

13. COVENIN 3235-1999. Refrigeradores. Refrigeradores-congeladores y congeladores. Etiquetado y reporte de consumo de energía. CODELCTRA, 1999, pp 12. 14. Electrobras. Sello Procel. Disponible en http://www.eletrobras.gov.br/ELB/procel/main.asp. 15. Clase Energética de los equipos eléctricos. 16. Rodrigo, G., et. al. El cambio de Horario de Verano: ahorros de consumo y de demanda y reducción de los contaminantes. Boletín marzo-abril 1997, pp 16. Disponible en http://www.iie.org.mx/publica/bolma97/tec3ma97.htm 17. Maqueda, M. y Pérez, H. Metodología de evaluación del cambio de horario de verano en México: 10 años de aplicación. Boletin IEE. Tendencias Tecnológicas. Enero-Marzo 2008. pp 10. Disponible en http://www.iie.org.mx/boletin012008/tenden.pdf.

AGRADECIMIENTO Los autores quieren agradecer a las instituciones CYTED y EFESOS por el apoyo brindado para la elaboración de este Taller.

Vásquez, C. et al. Taller de Eficiencia Energética para la Seguridad y la Sostenibilidad. pp. 65-71

NORMAS DE PUBLICACIÓN “Universidad, Ciencia y Tecnología” (UCT), es una publicación, indizada y arbitrada, que se edita en cuatro números anuales que constituyen un volumen, siendo marzo, junio, septiembre y diciembre los meses de publicación. La revista está destinada a dar a conocer, dentro y fuera del país, las realizaciones científicas y tecnológicas de la UNEXPO, así como las que se realicen en otras universidades y centros de investigación industrial en el país y en el exterior, en las especialidades de Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería Metalúrgica, Ingeniería Mecánica, Ingeniería Industrial, Bioingeniería, Ambiente, Ciencias de la Ingeniería, Mecatrónica, Telecomunicaciones, Rural, Ferroviaria, Energética e Hidráulica y áreas conexas.

de ocho (8) páginas.

1. Condiciones Generales Las contribuciones técnicas que se publiquen deberán estar enmarcadas en los requisitos fijados por la presente norma y aceptadas por el Comité Editorial. Los trabajos publicados en UCT son de su propiedad, con las excepciones que se estipulan en el Convenio de Publicación y no podrán ser reproducidos por ningún medio sin la autorización escrita del Editor. Los autores deberán indicar nombre y apellido, título académico, lugar de trabajo, cargo que desempeñan y dirección completa, incluyendo teléfono, fax y correo electrónico.

2.6. Cartas al Editor Son aquellas que reportan una idea sin entrar en detalles. El Comité Editorial se reserva el derecho de seleccionar los Artículos Técnicos y los Artículos de Ingeniería Aplicada consignados para publicación, después de consultar por lo menos a dos árbitros. Los artículos remitidos para su publicación tienen que ser inéditos. No serán aceptados aquellos que contengan material que haya sido reportado en otras publicaciones o que hubieran sido ofrecidos por el autor o los autores a otros órganos de difusión nacional o internacional para su publicación.

2. Contribuciones El Comité Editorial acepta seis tipos de contribuciones para publicación: Artículos Técnicos, Artículos de Ingeniería Aplicada, Comunicaciones, Revisiones, Notas Técnicas y Cartas al Editor

3. Presentación Todas las contribuciones deberán prepararse en procesador de palabras Microsoft Office Word® tipeadas a una sola columna, a espacio sencillo, en papel tamaño carta, tipo de letra Times New Roman, tamaño 10, justificado, con un espaciado (6 puntos) entre párrafos, sin sangría y con márgenes de por lo menos 2,5 cm. Anexando su versión digital. Los Artículos Técnicos y los de Ingeniería Aplicada deberán tener una extensión máxima de 15 páginas, incluyendo un máximo de 10 ilustraciones (figuras + tablas) (Ver ítem 5)

2.1. Artículos Técnicos Son aquellas contribuciones que además de informar novedades y adelantos en las especialidades que abarca UCT, son el resultado de un trabajo de investigación, bien sea bibliográfico o experimental, en el que se han obtenido resultados, se discutieron y se llegaron a conclusiones que signifiquen un aporte innovativo en Ciencia y Tecnología. 2.2. Artículos de Ingeniería Aplicada Son el resultado de trabajos de grado (Especialización, Maestría y Doctorado) o de investigación en el ámbito universitario e industrial, bien sea experimental y/o no experimental, que signifiquen un aporte tecnológico para la resolución de problemas específicos en el sector industrial. 2.3. Comunicaciones Son reportes de resultados originales de investigaciones de cualquier campo de las ciencias básicas o aplicadas, dirigidas a una audiencia especializada. Podrán ser hasta

2.4. Revisiones Son artículos solicitados por invitación del Comité Editorial y comentan la literatura más reciente sobre un tema especializado 2.5. Notas Técnicas Son aquellas contribuciones producto de investigaciones destinadas a informar novedades y/o adelantos en las especialidades que abarca UCT. Podrán presentarse en una extensión máxima de diez (10) páginas, incluyendo un máximo de 10 figuras y tablas, las que deberán cumplir las condiciones que para ellas se establece en el ítem 5.

4. Composición Los Artículos Técnicos y de Ingeniería Aplicada deberán ordenarse en las siguientes secciones: Título en español, Nombre completo de los autores, Resumen en castellano y palabras clave, Titulo en inglés, Resumen en inglés (Abstract) y “Key words”, Introducción, Desarrollo, Conclusiones, Referencias Bibliográficas. a) Título en español. Debe ser breve, preciso y codificable, sin abreviaturas, paréntesis, fórmulas ni caracteres desconocidos, que contenga la menor cantidad de palabras que expresen el tema que trata el artículo y pueda ser registrado en índices internacionales. El autor

UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Volumen 16, N° 62, marzo 2012

deberá indicar también un título más breve para ser utilizado como encabezamiento de cada página. b) Nombre completo de los autores. Además de indicar nombre y apellido de los autores, en página aparte se citará título académico, lugar de trabajo, cargo y dirección completa, incluyendo teléfono, fax y correo electrónico. c) Resumen en castellano y palabras clave, señalando en forma concisa los Objetivos, Metodología, Resultados y Conclusiones más relevantes del estudio, con una extensión máxima de 200 palabras. No debe contener abreviaturas ni referencias bibliográficas y su contenido se debe poder entender sin tener que recurrir al texto, tablas y figuras. Al final del resumen incluir de 3 a 10 palabras clave que describan el tema del trabajo, con el fin de facilitar la inclusión en los índices internacionales. d) Título, Resumen y Palabras clave en inglés (Abstract y key words). Es la versión en inglés de Título, Resumen y Palabras Clave en castellano. e) INTRODUCCIÓN. En ella se expone en forma concisa el problema, el objetivo del trabajo y se resume el fundamento del estudio y la metodología utilizada. Se debe hacer mención además al contenido del Desarrollo del artículo. f) DESARROLLO. Se presenta en diversos capítulos.  Métodos y Materiales: donde se describe el diseño de la investigación y se explica cómo se llevó a la práctica, las especificaciones técnicas de los materiales, cantidades y métodos de preparación.  Resultados: donde se presenta la información y/o producto pertinente a los objetivos del estudio y los hallazgos en secuencia lógica  Discusión de resultados: donde se examinan e interpretan los resultados y se sacan las conclusiones derivadas de esos resultados con los respectivos argumentos que las sustentan. g) CONCLUSIONES. En este capítulo se resume, sin los argumentos que las soportan, las conclusiones extraídas en la Discusión de los Resultados, expresadas en frases cortas, sucintas. h) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (o simplemente REFERENCIAS). Debe evitarse toda referencia a comunicaciones y documentos privados de difusión limitada, no universalmente accesibles. Las referencias deben ser citadas y numeradas secuencialmente en el texto con números arábigos entre corchetes. (Sistema Orden de Citación) Al final del artículo se indicarán las fuentes, como se expresa a continuación, en el mismo orden en que fueron citadas en el texto, según se trate de: Libros: Autor (es) (apellido e iniciales de los nombres), título del libro, número de tomo o volumen (si hubiera más de uno), número de edición (2da en adelante), lugar de edición (ciudad), nombre de la editorial, año de publicación, número(s) de página(s).

Artículos de revistas: Autor(es) del artículo (apellido e iniciales de los nombres), título del artículo, nombre de la revista, número del volumen, número del ejemplar, fecha de publicación, número(s) de página(s). Trabajos presentados en eventos: Autor(es), (apellido e iniciales de los nombres), título del trabajo, nombre del evento, organizador del evento, lugar, fecha, número(s) de página(s). Publicaciones en medios electrónicos: si se trata de Información consultada en Internet, se consignarán todos los datos como se indica para libros, artículos de revista y trabajos presentados en eventos, agregando página Web y fecha de consulta; si se trata de otros medios electrónicos, se indicarán los datos que faciliten la localización de la publicación. En cualquiera de los casos, si los autores fueran más de tres, citar solamente al primero y añadir a continuación “et al”. 5. Ilustraciones. Incluir en el texto un máximo de 10 (diez) ilustraciones (Figuras + Tablas) 5.1. Figuras Todos los gráficos, dibujos, fotografías, esquemas deberán ser llamados figuras, numerados con números arábigos en orden correlativo, con la leyenda explicativa que no se limite a un título o a una referencia del texto en la parte inferior y ubicadas inmediatamente después del párrafo en que se citan en el texto. Las figuras deben ser en original, elaboradas por los autores. No se aceptan figuras escaneadas. Las fotografías deben ser nítidas y bien contrastadas, sin zonas demasiado oscuras o extremadamente claras. 5.2. Tablas Las tablas deberán numerarse con números romanos y leyendas en la parte superior y ubicarse también inmediatamente después del párrafo en que se citan en el texto. Igual que para las figuras, las leyendas deberán ser explicativas y no limitarse a un título o a una referencia del texto. 6. Unidades Se recomienda usar las unidades del Sistema Métrico Decimal. Si hubiera necesidad de usar unidades del sistema anglosajón (pulgadas, libras, etc.), se deberán indicar las equivalencias con el Sistema Métrico Decimal. 7. Siglas y abreviaturas Si se emplean siglas y abreviaturas poco conocidas, se indicará su significado la primera vez que se mencionen en el texto y en las demás menciones bastará con la sigla o la abreviatura. 8. Fórmulas y Ecuaciones Los artículos que contengan ecuaciones y fórmulas en caracteres arábigos deberán ser generadas por editores de ecuaciones actualizados con numeración a la derecha.

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