cubana ingenierÍa i de o v - rci.cujae.edu.curci.cujae.edu.cu/files/vol_1_no_2_2010.pdf · dr....

2 Vol.

I20

10

LABORATORIO VIRTUAL ASISTIDO CON MATLAB PARA UN SISTEMA MULTIVARIABLE INDUSTRIALLABORATORIO VIRTUAL ASISTIDO CON MATLAB PARA UN SISTEMA MULTIVARIABLE INDUSTRIAL

ESTUDIO DE CONSUMO DE AGUAEN COMUNIDADES RURALESESTUDIO DE CONSUMO DE AGUAEN COMUNIDADES RURALES

MODELACIÓN DE FILTROS SUMERGIDOS AIREADOSMODELACIÓN DE FILTROS SUMERGIDOS AIREADOS

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE SERVICIOSDE VOIP EN PRESENCIA DE AQMEVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE SERVICIOSDE VOIP EN PRESENCIA DE AQM

APLICACIÓN DE LA LÓGICA DIFUSA AL ANÁLISIS DE RIESGO POR RAYOAPLICACIÓN DE LA LÓGICA DIFUSA AL ANÁLISIS DE RIESGO POR RAYO

CUBANA

NGENIERÍARevista

DE

I

CUBANA

NGENIERÍARevista

DE

I

Revista del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana, Cuba

Vol. I, No. 2, 2010mayo-agosto

DIRECTOR Y EDITOR TÉCNICODr. Gonzalo González ReyVicerrectoría de Investigación y PosgradoInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujaee-mail: [email protected]

MIEMBROS DEL COMITÉ EDITORIALDr. José Pérez LazoVicedecano de Investigación. Facultad de Ingeniería Civile-mail:[email protected]. Alejandro Cabrera SarmientoVicedecano de Investigación. Facultad de Ingeniería Eléctricae-mail:[email protected]. Orestes Llanes SantiagoVicerrector de Investigación y Posgradoe-mail:[email protected]. Rafael Antonio Pardo GómezDirector del Centro de Investigaciones Hidráulicase-mail:[email protected]. Maria Sonia Fleitas TrianaVicedecana de Investigación. Facultad de Ingeniería Indus-triale-mail:[email protected]. Alejandro Rosete SuárezVicedecano de Investigación. Facultad de Ingeniería Informá-ticae-mail:[email protected]. Osvaldo Gozá LeónFacultad de Ingeniería Químicae-mail:[email protected]. Tania Rodríguez MolinerVicedecana de Investigación.Facultad de Ingeniería Mecánicae-mail:[email protected]. Agnes Sarolta Nagy SzonjasCentro de Investigación de Microelectrónicae-mail:[email protected]. Nilda Caballero StevensUnidad Docente Metalurgiae-mail:[email protected]. Leonardo Goyos PérezFacultad de Ingeniería Mecánicae-mail:[email protected]. Luz del Alba Raña GonzálezDirectora de Ingeniería del Transporte. Facultad de Inge-niería Mecánicae-mail:[email protected]. Ramón González CaraballoDirector de Geociencias. Facultad de Ingeniería Civile-mail:[email protected]. Ángel Regueiro GómezDepartamento de Ingeniería Biomédica. Facultad de In-geniería Eléctricae-mail:[email protected]

La correspondencia puede dirigirse a:Revista Cubana de IngenieríaCalle 114, No. 11901, e/ 119 y 127, Apartado 6028, Cujae,C.P.: 11901, Marianao, Ciudad de La Habana, Cuba.e-mail:[email protected]

REVISTA CUBANADE INGENIERÍAREVISTA CUBANADE INGENIERÍA

Dra. Elsa Magdalena Herrero TunisCentro de Referencia de Enseñanza Avanzadae-mail:[email protected]. José Ricardo Díaz CaballeroDirección de Marxismo Leninismoe-mail:[email protected]

REVISORES INVITADOSIng. Frank Amores Sánchez. Agencia de Protección Con-tra Incendios. Cuba.Ing. José Felipe Pomares Orbea. INEL. Cuba.

EDITOR EJECUTIVOYusnier Ferrer GranadoJefe de Departamento de Ediciones y Gabinete de Comunica-cióne-mail:[email protected]

EDITORALic. Mayra Arada Oteroe-mail:[email protected]

DISEÑO DE CUBIERTAAlex Álvarez Martíneze-mail:[email protected]

DISEÑO INTERIORYaneris Guerra Turróe-mail:[email protected]

COMPOSICIÓN COMPUTARIZADA Y REALIZACIÓNMaritza Rodríguez Rodrígueze-mail:[email protected]

REVISORA DE TEXTOS EN INGLÉSClementine Simson

Nuestra Revista pueder ser visitada a través del sitio web:http://rci.cujae.edu.cu

mailto:[email protected]

mailto:e-mail:[email protected]






















http://rci.cujae.edu.cu

PROPÓSITOS Y ALCANCE

VISIÓNLa Revista Cubana de Ingeniería se propone contribuir a la comunicación entre los

profesionales de la ingeniería y se concibe como un foro en el que se presentan artículoscientífico-técnicos en las variadas áreas de la ingeniería, con un destaque de resultadosnovedosos y aportes de relevancia para la profesión. De esta manera, la revista se proponecontribuir a la actualización de profesionales, investigadores, profesores y estudiantes deingeniería, a la discusión científica nacional e internacional y, por consiguiente, al desarrollotecnológico y científico de Cuba en el área de la ingeniería.

PÚBLICOLa Revista Cubana de Ingeniería se dirige especialmente a la comunidad académica y científica,

nacional e internacional, centrada en el tema de la ingeniería. Ingenieros, investigadores,profesores o gerentes que trabajen en alguna de las ramas de la ingeniería o en cualquierciencia o tecnología afín constituyen el universo de lectores y contribuyentes de la revista.

TEMÁTICA Y ALCANCE DE LA REVISTAUna lista, que no pretende ser completa, de los temas de interés para la revista incluye contenidosen la solución de problemas, aplicaciones y desarrollo de la ingeniería civil, eléctrica, electrónica,hidráulica, industrial, informática, química, mecánica, mecatrónica y metalúrgica, además decontenidos asociados con la ingeniería de materiales, bioingeniería, transporte, geofísica,reingeniería y mantenimiento. También se consideran apropiados, artículos orientados a laformación de las nuevas generaciones de ingenieros, incluidos los programas de estudio, lastecnologías educativas, la informática aplicada, la gerencia universitaria y las relaciones universidad-industria.

Puesto que la práctica de la ingeniería obliga cada vez más a la interacción de sus diversasdisciplinas, esta revista le asigna la primera prioridad de publicación a los artículos donde sepreste atención a la integración multidisciplinaria, a los desarrollos interdisciplinarios y a lasaplicaciones prácticas.

A fin de asegurar una alta calidad del contenido, todos los trabajos publicados serán arbitrados.

COMPORTAMIENTO TERMODINÁMICO DE ROTORES PARA

COMPRESORES DE TORNILLO CON NUEVO PERFIL /COUPLED THERMODYNAMIC BEHAVIOR OF NEW

SCREW COMPRESSORS ROTORS PROFILE

Arístides Rivera TorresJosé Martínez Escanaverino

PREDICCIÓN DE DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS MEDIANTE

EL USO DE LA SIMULACIÓN / PREDICTION OF CASTING

DEFECTS USING SIMULATION TECHNIQUES

Tania Rodríguez MolinerAndrés Parada ExpósitoUrbano Ordóñez Hernández

INGENIERÍA MECÁNICA

11

ESTUDIO DE CONSUMO DE AGUA EN COMUNIDADES

RURALES / STUDY OF WATER CONSUMPTION IN RURAL

COMMUNITIES

Marlene Fornaguera Vázquez

Vol. I, No. 2, 2010Tres números al año

SUMARIO/CONTENTS

APLICACIÓN DE LA LÓGICA DIFUSA AL ANÁLISIS DE

RIESGO POR RAYO / FUZZY LOGIC APPLICATION INRISK ANALYSIS DUE TO LIGHTNING

Yelennis Godoy ValladaresOlga Susana Suárez Hernández

INGENIERÍA ELÉCTRICA

ANÁLISIS DE LA COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA

EN SISTEMAS CONTAMINADOS CON ARMÓNICOS / ANALYSIS

OF THE REACTIVE POWER COMPENSATION INCONTAMINATED SYSTEMS WITH HARMONICS

Secundino Marrero RamírezIleana González PalauArístides A. Legrá Lobaina

LABORATORIO VIRTUAL ASISTIDO CON MATLAB PARA UN

SISTEMA MULTIVARIABLE INDUSTRIAL / VIRTUAL

LABORATORY ATTENDED WITH MATLAB FOR THE

MULTIVARIABLE INDUSTRIAL SYSTEM

Daniel Guzmán del RíoSecundino Marrero RamírezÁngel O. Columbié NavarroCleto de Souza Cavalcante Leal

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE SERVICIOS DE VOIP EN

PRESENCIA DE AQM / EVALUATION OF THE QUALITY OF

SERVICE OF VOICE OVER INTERNET PROTOCOL (VOIP)USING ACTIVE QUEUE MANAGEMENT (AQM)

Vitalio Alfonso RegueraFélix F. Álvarez PalizaPedro Arco RíosCarlos A. Rodríguez López

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

05

SEMÁNTICA E INTEROPERABILIDAD DE PROCESOS /SEMANTIC AND PROCESS INTEROPERABILITY

Félix O. Fernández PeñaYariel Ramos MorenoAlejandro Rosete Suárez

INGENIERÍA INFORMÁTICA13

21

29

53

59

65


PROBLEMAS SOCIALES DE LA CIENCIA Y LATECNOLOGÍA

HUMANISMO Y TECNOLOGÍA / HUMANISM AND

TECHNOLOGY

José Ricardo Díaz Caballero

71

INGENIERÍA QUÍMICAMODELACIÓN DE FILTROS SUMERGIDOS Y AIREADOS /MODELLING OF SUBMERGED AND AERATED FILTERS 75

Miguel A. Díaz MarreroFarah de Armas

EDITORIAL 04

INGENIERÍA HIDRÁULICA

39

INGENIERÍA INDUSTRIALMECANISMO OPERATIVO MODELO PARA EL APRENDIZAJE

ORGANIZACIONAL EN MPYMES DEL SECTOR COMERCIAL

/ OPERATIVE MECHANISM MODEL FOR THE

ORGANIZATIONAL LEARNING IN MPYMES OF THE

COMMERCIAL SECTOR

Gilberto López OrozcoMaría Sonia Fleitas TrianaMaría Dolores Gil Montelongo

49

EDITORIAL .....................................................................................................

Se conoce que la estabilidad del crecimiento económico de un país tiene importantescomponentes en el proyecto industrial, en el factor humano y en la proyección estratégica desu desarrollo. En Cuba, las facultades de ingeniería realizan un particular aporte a la anteriorafirmación, pues constituyen una significativa fuente de respuesta a los problemas tecnológicosy sociales, cada vez más complejos, asociados con la organización de la producción y laaplicación de la ingeniería.

Este particular aporte de las facultades de ingeniería, es materializado con el trabajo de susprofesores, investigadores e ingenieros, que enfrentan en forma directa e inteligente nuestra,muchas veces difícil, realidad del país, que trabaja por crear una infraestructura industrialpotenciadora de la economía y, a la vez, necesitado de un efectivo equipamiento y urgentedesarrollo industrial.

En este sentido, nuestro segundo número de Revista Cubana de Ingeniería, muestraresultados y trabajos destacados en temas tan versátiles como el uso de técnicas desimulación para la predicción de defectos en piezas fundidas y el modelado del comportamientode un filtro sumergido y aireado ante variaciones de parámetros operacionales, hasta laevaluación del impacto del manejo activo de colas en la calidad de servicio de las aplicacionesde voz sobre IP y la aplicación de la teoría de la lógica difusa en el análisis de riesgo porimpacto de rayo, incluyendo unos apuntes sobre humanismo y tecnología que ilustran conbastante precisión el estado de cosas en que ha devenido hoy día el complejo y multifacéticoámbito de la relación tecnología-sociedad. En particular, queremos destacar la coincidencia,de varios de los autores presentes en este segundo número del año, en considerar lastécnicas de modelado y simulación como efectivas herramientas de ingeniería que permitenenfrentar con creatividad y generalización problemas cada vez más complejos, resistentes ala especialización y solo solucionables con un enfoque multidisciplinario e interdisciplinario.La presencia de artículos con autoría de profesores de la Universidad de Pinar del Río, elInstituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, la Universidad Central de Las Villas y el InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, revelan que los profesores universitarios cubanosson capaces de hacer buena ingeniería asociada con investigaciones en toda la red nacionalde instituciones de Educación Superior. De esta forma, Revista Cubana de Ingenieríacontribuye y se honra con la divulgación de importantes resultados de investigacionesnacionales, que de forma general, ayudan a la comunicación, reconocimiento y buen desarrollodel trabajo e intercambio científico.

Dr. Gonzalo González ReyDirector y Editor Técnico

Revista Cubana de Ingeniería

PROPÓSITOS Y ALCANCE

VISIÓNLa Revista Cubana de Ingeniería se propone contribuir a la comunicación entre los

profesionales de la ingeniería y se concibe como un foro en el que se presentan artículoscientífico-técnicos en las variadas áreas de la ingeniería, con un destaque de resultadosnovedosos y aportes de relevancia para la profesión. De esta manera, la revista se proponecontribuir a la actualización de profesionales, investigadores, profesores y estudiantes deingeniería, a la discusión científica nacional e internacional y, por consiguiente, al desarrollotecnológico y científico de Cuba en el área de la ingeniería.

PÚBLICOLa Revista Cubana de Ingeniería se dirige especialmente a la comunidad académica y científica,

nacional e internacional, centrada en el tema de la ingeniería. Ingenieros, investigadores,profesores o gerentes que trabajen en alguna de las ramas de la ingeniería o en cualquierciencia o tecnología afín constituyen el universo de lectores y contribuyentes de la revista.

TEMÁTICA Y ALCANCE DE LA REVISTAUna lista, que no pretende ser completa, de los temas de interés para la revista incluye contenidosen la solución de problemas, aplicaciones y desarrollo de la ingeniería civil, eléctrica, electrónica,hidráulica, industrial, informática, química, mecánica, mecatrónica y metalúrgica, además decontenidos asociados con la ingeniería de materiales, bioingeniería, transporte, geofísica,reingeniería y mantenimiento. También se consideran apropiados, artículos orientados a laformación de las nuevas generaciones de ingenieros, incluidos los programas de estudio, lastecnologías educativas, la informática aplicada, la gerencia universitaria y las relaciones universidad-industria.

Puesto que la práctica de la ingeniería obliga cada vez más a la interacción de sus diversasdisciplinas, esta revista le asigna la primera prioridad de publicación a los artículos donde sepreste atención a la integración multidisciplinaria, a los desarrollos interdisciplinarios y a lasaplicaciones prácticas.

A fin de asegurar una alta calidad del contenido, todos los trabajos publicados serán arbitrados.

COMPORTAMIENTO TERMODINÁMICO DE ROTORES PARA

COMPRESORES DE TORNILLO CON NUEVO PERFIL /COUPLED THERMODYNAMIC BEHAVIOR OF NEW

SCREW COMPRESSORS ROTORS PROFILE

Arístides Rivera TorresJosé Martínez Escanaverino

PREDICCIÓN DE DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS MEDIANTE

EL USO DE LA SIMULACIÓN / PREDICTION OF CASTING

DEFECTS USING SIMULATION TECHNIQUES

Tania Rodríguez MolinerAndrés Parada ExpósitoUrbano Ordóñez Hernández


11

ESTUDIO DE CONSUMO DE AGUA EN COMUNIDADES

RURALES / STUDY OF WATER CONSUMPTION IN RURAL

COMMUNITIES


Vol. I, No. 2, 2010Tres números al año

SUMARIO/CONTENTS

APLICACIÓN DE LA LÓGICA DIFUSA AL ANÁLISIS DE

RIESGO POR RAYO / FUZZY LOGIC APPLICATION INRISK ANALYSIS DUE TO LIGHTNING

Yelennis Godoy ValladaresOlga Susana Suárez Hernández


ANÁLISIS DE LA COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA

EN SISTEMAS CONTAMINADOS CON ARMÓNICOS / ANALYSIS

OF THE REACTIVE POWER COMPENSATION INCONTAMINATED SYSTEMS WITH HARMONICS

Secundino Marrero RamírezIleana González PalauArístides A. Legrá Lobaina

LABORATORIO VIRTUAL ASISTIDO CON MATLAB PARA UN

SISTEMA MULTIVARIABLE INDUSTRIAL / VIRTUAL

LABORATORY ATTENDED WITH MATLAB FOR THE

MULTIVARIABLE INDUSTRIAL SYSTEM

Daniel Guzmán del RíoSecundino Marrero RamírezÁngel O. Columbié NavarroCleto de Souza Cavalcante Leal

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE SERVICIOS DE VOIP EN

PRESENCIA DE AQM / EVALUATION OF THE QUALITY OF

SERVICE OF VOICE OVER INTERNET PROTOCOL (VOIP)USING ACTIVE QUEUE MANAGEMENT (AQM)

Vitalio Alfonso RegueraFélix F. Álvarez PalizaPedro Arco RíosCarlos A. Rodríguez López


05

SEMÁNTICA E INTEROPERABILIDAD DE PROCESOS /SEMANTIC AND PROCESS INTEROPERABILITY

Félix O. Fernández PeñaYariel Ramos MorenoAlejandro Rosete Suárez

INGENIERÍA INFORMÁTICA13

21

29

53

59

65


PROBLEMAS SOCIALES DE LA CIENCIA Y LATECNOLOGÍA

HUMANISMO Y TECNOLOGÍA / HUMANISM AND

TECHNOLOGY


71

INGENIERÍA QUÍMICAMODELACIÓN DE FILTROS SUMERGIDOS Y AIREADOS /MODELLING OF SUBMERGED AND AERATED FILTERS 75

Miguel A. Díaz MarreroFarah de Armas

EDITORIAL 04


39

INGENIERÍA INDUSTRIALMECANISMO OPERATIVO MODELO PARA EL APRENDIZAJE

ORGANIZACIONAL EN MPYMES DEL SECTOR COMERCIAL

/ OPERATIVE MECHANISM MODEL FOR THE

ORGANIZATIONAL LEARNING IN MPYMES OF THE

COMMERCIAL SECTOR

Gilberto López OrozcoMaría Sonia Fleitas TrianaMaría Dolores Gil Montelongo

49

EDITORIAL .....................................................................................................

Se conoce que la estabilidad del crecimiento económico de un país tiene importantescomponentes en el proyecto industrial, en el factor humano y en la proyección estratégica desu desarrollo. En Cuba, las facultades de ingeniería realizan un particular aporte a la anteriorafirmación, pues constituyen una significativa fuente de respuesta a los problemas tecnológicosy sociales, cada vez más complejos, asociados con la organización de la producción y laaplicación de la ingeniería.

Este particular aporte de las facultades de ingeniería, es materializado con el trabajo de susprofesores, investigadores e ingenieros, que enfrentan en forma directa e inteligente nuestra,muchas veces difícil, realidad del país, que trabaja por crear una infraestructura industrialpotenciadora de la economía y, a la vez, necesitado de un efectivo equipamiento y urgentedesarrollo industrial.

En este sentido, nuestro segundo número de Revista Cubana de Ingeniería, muestraresultados y trabajos destacados en temas tan versátiles como el uso de técnicas desimulación para la predicción de defectos en piezas fundidas y el modelado del comportamientode un filtro sumergido y aireado ante variaciones de parámetros operacionales, hasta laevaluación del impacto del manejo activo de colas en la calidad de servicio de las aplicacionesde voz sobre IP y la aplicación de la teoría de la lógica difusa en el análisis de riesgo porimpacto de rayo, incluyendo unos apuntes sobre humanismo y tecnología que ilustran conbastante precisión el estado de cosas en que ha devenido hoy día el complejo y multifacéticoámbito de la relación tecnología-sociedad. En particular, queremos destacar la coincidencia,de varios de los autores presentes en este segundo número del año, en considerar lastécnicas de modelado y simulación como efectivas herramientas de ingeniería que permitenenfrentar con creatividad y generalización problemas cada vez más complejos, resistentes ala especialización y solo solucionables con un enfoque multidisciplinario e interdisciplinario.La presencia de artículos con autoría de profesores de la Universidad de Pinar del Río, elInstituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, la Universidad Central de Las Villas y el InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, revelan que los profesores universitarios cubanosson capaces de hacer buena ingeniería asociada con investigaciones en toda la red nacionalde instituciones de Educación Superior. De esta forma, Revista Cubana de Ingenieríacontribuye y se honra con la divulgación de importantes resultados de investigacionesnacionales, que de forma general, ayudan a la comunicación, reconocimiento y buen desarrollodel trabajo e intercambio científico.

Dr. Gonzalo González ReyDirector y Editor Técnico

Revista Cubana de Ingeniería

Recibido: octubre 2009 Aprobado: diciembre 2009Publicado: Ingeniería Energética, Vol. XXVIII, No. 1, 2007*

Revista Cubana de Ingeniería, 1(2), 5-11, 2010

Aplicación de la lógica difusaal análisis de riesgo por rayo


ResumenEn este trabajo se aplica la teoría de la lógica difusa al análisis de riesgo por rayo sobre la base delos criterios recogidos en la IEC 62305-2, con el objetivo de desarrollar una herramienta sencilla, defácil utilización y entendimiento, que le brinde al diseñador la posibilidad de una mayor interpretacióna la subjetividad envuelta en el análisis, utilizando el lenguaje apropiado para evaluar las característi-cas de la instalación en estudio y el riesgo de impacto por rayo. Este tema se extenderá a otroartículo, que será publicado en un próximo número de la Revista.

Palabras clave: análisis de riesgo, lógica difusa, rayo

Yelennis Godoy ValladaresCorreo electrónico:[email protected] de Proyectos de la Industria Básica (EPROB), Ciudad de La Habana, CubaOlga Susana Suárez HernándezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNLas edificaciones están expuestas al daño producido por

el impacto directo o indirecto de las descargas atmosféricas.Distintas protecciones se diseñan e instalan para evitar oreducir las pérdidas de vidas humanas, de los servicios alpúblico y de patrimonio cultural. El análisis de riesgo deimpacto por rayo constituye la herramienta para que losdiseñadores evalúen la necesidad de protección y disponganlas medidas más adecuadas en dependencia de la situaciónen la que se encuentre el objeto a proteger.

Existen normas internacionales de análisis de riesgo yvarios países han desarrollado sus normas nacionales. EnCuba estaba aprobada la NC 96-02-09, la cual plantea unprocedimiento que no abarca todo el estudio de riesgo;

recientemente el Comité Electrotécnico Cubano (CEC) aprobóla IEC 62305-2 que propone un análisis profundo pero a suvez muy extenso y de difícil comprensión.

En este trabajo se introducen los conceptos y utilidadesde la lógica difusa en el análisis de riesgo de impacto porrayo.

SISTEMA DIFUSOPara el análisis de riesgo utilizando la lógica difusa, se

establece un sistema difuso principal. Este tiene tresvariables de entrada y una variable de salida, como semuestra en la figura 1.

En el esquema del sistema difuso se observa que, laevaluación lingüística del componente de riesgo (R

x) depende

* Este artículo ha sido seleccionado de la base de publicaciones del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,sometido a revisión técnica y a una edición mejorada para su publicación en Revista Cubana de Ingeniería.

mailto:electr�nico:[email protected]


Aplicación de la lógica difusa al análisis de riesgo por rayo

R e v i s t a C u b a n a d e I n g e n i e r í a6

de las evaluaciones lingüísticas del número promedio anualde eventos peligrosos N

x, de la pérdida resultante (L

x) y de la

probabilidad de daño (Px), así como la relación entre ellas.

Para evaluar cada uno de los componentes de los riesgosR

1, R

2 y R

3, se ajusta el sistema difuso principal.

SISTEMA DIFUSO

DE INFERENCIA

Rx

Lx CONJUNTOS

LINGÜÍSTICOS

Nx CONJUNTOS

LINGÜÍSTICOS

Px CONJUNTOS

LINGÜÍSTICOS

Fig. 1. Sistema difuso de análisis de riesgo.

PROCEDIMIENTO PARA EL ANÁLISISDEL RIESGO APLICANDO LÓGICA DIFUSA

Se aplica el siguiente procedimiento:1. Identificación del objeto que se va a proteger y sus

características.2. Identificación de todos los tipos de pérdida en el objeto

y el riesgo relacionado R (R1, R

2 y R

3).

3. Identificación de los componentes de riesgo (Rx) para

cada tipo de pérdida identificada.4. Evaluación lingüística de R

x para cada tipo de pérdida

identificada:a) Cálculo de N

x.

b) Selección de Px.

c) Evaluación lingüística de Lx.

d) Obtención de las funciones de membresía de Nx, L

x y P

x.

e) Obtención de la salida Rx.

5. Evaluación de la necesidad de protección:a) Si ningún R

x de cada R se evalúa lingüísticamente como

no tolerable, entonces no hay necesidad de adoptar omejorar las medidas de protección contra rayo.

b) Si algún Rx de un R se evalúa lingüísticamente como

no tolerable, entonces hay necesidad de adoptar medidasde protección contra rayo o mejorarlas.

6. Identificación del tipo de protección a adoptar, según elR

x evaluado de no tolerable.7. Reevaluación de la necesidad de protección variando P

x

en el Rx evaluado de no tolerable.

Identificación del objeto que se va a proteger y suscaracterísticas

Según el objeto a proteger se relacionan los datosnecesarios para el análisis de riesgo. La tabla 1 sirve deguía para el diseñador.

Identificación de todos los tipos de pérdidas en elobjeto y el riesgo relacionado R (R

1, R

2 y R

3)

Dependiendo de las características del objeto a proteger ysu contenido se identifican las pérdidas que pueden ocurriry los riesgos que se relacionan a las mismas.

Tabla 1Datos y características del objeto a proteger

Características de la edificación

Parámetro Símbolo Valor

Dimensiones (m) L; W; H

Factor de ubicación Cd

Densidad de descargas atierra (1/km2/año)

Ng

Características de la línea eléctrica que entra a laedificación

Parámetro Símbolo Valor

Longitud (m) Lc

Altura de la línea (m) Hc

Altura (m) de la edificaciónconectada al extremo b delservicio

Hb

Transformador Ct

Factor de ubicación de lalínea

Cd

Factor ambiental Ce

Identificación de los componentes de riesgo (Rx) para

cada tipo de pérdida consideradaTeniendo los riesgos de las pérdidas que pueden ocurrir y

conociendo las características del objeto a proteger seidentifican los componentes de dichos riesgos apoyándoseen las expresiones siguientes:

R1 = R

A + R

B + R

C + R

M + R

U + R

V + R

W + R

Z (1)

R2 = R

B + R

C + R

M + R

V + R

W + R

Z (2)

R3 = R

B + R

V (3)

Evaluación lingüística de Rx para cada tipo de pérdida

identificada

a) Cálculo de Nx.Se calcula Nx para cada componente de riesgo identificadoa partir de las características del objeto a proteger y utilizandolas expresiones dadas en la tabla 2.b) Selección de Px.Según las protecciones contra rayo instaladas en elobjeto a proteger se selecciona la probabilidad de dañoapoyándose en las tablas dadas en la referencia 1.

Yelennis Godoy Valladares - Olga Susana Suárez Hernández

R e v i s t a C u b a n a d e I n g e n i e r í a 7

EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDADDE DAÑO A VIDAS HUMANAS

La probabilidad de que una descarga atmosférica en laedificación cause daño a las vidas humanas (P

A) depende

de las medidas de protección contra rayos típicas adoptadaspara evitar dicho daño.

Los valores de PA se proponen en tres conjuntos difusos.

El conjunto baja corresponde a edificios con una eficienteequipotencialización del suelo o aislamiento eléctrico de losbajantes expuestos.

El conjunto media corresponde a la colocación denotificaciones de aviso.

El conjunto alta corresponde a cuando no hay medidasde protección.

EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDAD DEDAÑO FÍSICO

La probabilidad de que una descarga atmosférica en laedificación cause daños físicos (P

B) depende del nivel de

protección contra rayos (LPL) alcanzado en la edificación.Los valores de P

B se proponen en siete conjuntos

difusos.El conjunto muy baja corresponde a la edificación con

un techo de metal o un sistema de salida de aire conprotección completa en todas las instalaciones del techocontra impactos directos de rayos, y un marco continuode metal o de hormigón reforzado que actúe como bajantenatural.

El conjunto baja corresponde a la edificación con unsistema de salida de aire que cumpla con un sistema deprotección de rayo (LPS) clase I, y un conjunto continuo deelementos metálicos o de hormigón reforzado que actúe comobajante natural.

El conjunto media 1 corresponde a la edificación protegidapor un LPS clase I.

El conjunto media 2 corresponde a la edificación protegidapor un LPS clase II.

El conjunto media 3 corresponde a la edificación protegidapor un LPS clase III.

El conjunto alta corresponde a la edificación protegidapor un LPS clase IV.

El conjunto muy alta corresponde a la edificación cuandono está protegida por un LPS.

EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDADDE FALLO DE LOS SISTEMAS INTERNOSPOR IMPACTO DIRECTO

La probabilidad de que una descarga atmosférica en laedificación cause fallos en los sistemas internos (P

C)

depende de la protección coordinada a través de un conjuntode dispositivos de protección contra sobretensionestransitorias (SPD), estos dispositivos a su vez dependendel LPL para el cual han sido diseñados.

Los valores de PC se proponen en cinco conjuntos difusos:

El conjunto muy baja corresponde a la proteccióncoordinada de dispositivos con mejores característicasde protección en comparación con los requisitos definidospara LPL I.

El conjunto baja corresponde a la protección coordinadade dispositivos para un LPL I.

El conjunto media corresponde a la protección coordinadade dispositivos para un LPL II.

El conjunto alta corresponde a la protección coordinadade dispositivos para un LPL III o IV.

El conjunto muy alta corresponde a cuando no hayprotección coordinada con SPD.

EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDADDE FALLO DE LOS SISTEMAS INTERNOSPOR IMPACTO INDIRECTO

La probabilidad de que una descarga atmosférica cercade la edificación cause fallos en los sistemas internos (P

M)

depende de las medidas de protección contra rayo (LPM)adoptadas, según el factor K

MS que tiene en cuenta el

desempeño de las mismas. En la referencia 1 se muestra lametodología para hallar K

MS. Si hay protección coordinada

con SPD el valor de PM es el menor entre P

SPD y P

MS.

Los valores de la probabilidad PM se proponen en nueve

conjuntos. Los valores de máxima pertenencia en cadaconjunto corresponden a los valores de probabilidad en funciónde K

MS dados en la referencia 1.

EVALUACIÓN DE LAS PROBABILIDADESP

U, P

V, P

W Y P

ZLa probabilidad de que una descarga atmosférica en

un servicio conectado a la edificación cause daño a las vidashumanas (P

U), depende de las características del apantallado

del servicio, de la tensión soportada de impulso de lossistemas internos conectados al servicio, de las medidasde protección típicas (restricciones físicas, notificaciones deaviso, etc.), y del SPD que se encuentra en la entrada delservicio.

Tabla 2Fuente de daño y expresiones de N

x

Fuente de daño Expresiones de Nx

Descargas en laedificación

ND=N

g . A

d . C

d . 10-6

Descargas cerca de laedificación

NM = N

g . (A

m - A

d . C

d) . 10-6

Descargas en unaedificación a la que estáconectado un servicio

NDa

= Ng . A

d . C

d . C

t . 10-6

Descargas en un servicioque entra a la edificación

NL = Ng . AL

. Cd . Ct

. 10-6

Descargas cerca de unservicio que entra a laedificación

NI = N

g . A

I . C

e . C

t . 10-6



La probabilidad de que una descarga atmosférica enun servicio conectado a la edificación cause daños físicos(PV), y la probabilidad de que una descarga atmosféricaen un servicio conectado a la edificación cause fallos en lossistemas internos (P

W) dependen de las características del

apantallado del servicio, de la tensión soportada de impulsode los sistemas internos conectados al servicio y de losSPD instalados.

Si no hay SPD para la conexión equipotencial los valoresde P

U y P

V son igual al valor de P

LD, siendo P

LD la probabilidad

de fallo de los sistemas internos debido a una descarga enel servicio conectado. Si hay SPD para la conexiónequipotencial, los valores de P

U, P

V y P

W son los menores

entre PSPD

y PLD

. De igual modo sucede con el valor de PW

sihay o no protección coordinada con SPD.

Para los valores de la probabilidad PLD

se proponenonce conjuntos difusos. Los valores de máximapertenencia en cada conjunto corresponden a losvalores de probabi l idad [1 ] . En e l caso de laprobabil idad P

V de los r iesgos R

1, R

2 y R

3 y la

probabilidad PW

del riesgo R1, se proponen tres

conjuntos para evaluar los componentes de riesgo encaso de que no haya SPD, los valores de probabilidadque tienen la máxima pertenencia en estos conjuntosson menores que los valores de probabilidad que tienenmáxima pertenencia de los once conjuntos anteriores.

Los valores de máxima pertenencia en cada conjuntocorresponden a los valores de probabilidad P

LD según

la resistencia (Rs) de pantalla del cable y la tensión

soportada de impulso (UW

) del equipo a proteger [1].La probabilidad de que una descarga atmosférica

cerca de un servicio conectado a la edificación ocasionefallos en los sistemas internos (P

Z) depende de las

características del apantallado del servicio, de la tensiónsoportada de impulso del sistema conectado al servicioy de las medidas de protección adoptadas.

Si no hay protección coordinada con SPD, el valor deP

Z es igual al valor de P

LI, siendo P

LI la probabilidad de

fallo de los sistemas internos debido a la descarga en elservicio conectado. Si hay protección coordinada conSPD, el valor de P

Z es el menor entre P

SPD y P

LI.

Los valores de la probabilidad PLI se proponen en catorce

conjuntos difusos. Para el riesgo R1, se agrega un conjunto

para evaluar el componente RZ en caso de que no haya

SPD, el valor de probabilidad de máxima pertenencia deeste conjunto es menor que los valores de probabilidadde máxima pertenencia de los catorce conjuntosanteriores.

Los valores de máxima pertenencia en cada conjuntocorresponden a los valores de probabilidad P

LI según la

resistencia Rs de pantalla del cable y la tensión soportada

de impulso UW

del equipo a proteger [1].c) Evaluación lingüística de L

x.

PÉRDIDAS DE VIDAS HUMANASPOR TENSIONES DE PASO Y CONTACTO

Los valores de las pérdidas de vidas humanas por tensionesde paso y de contacto a su vez, se proponen en tresconjuntos difusos dependiendo de si las personas seencuentran dentro o fuera de la edificación a proteger y delos valores de resistencia de contacto según el tipo desuperficie del suelo o del piso del lugar. Los conjuntos difusoscorrespondientes se muestran en la tabla 3.

En el conjunto baja se proponen los valorescorrespondientes a la relación de las pérdidas de vidashumanas por lesiones debidas a tensiones de paso y contactoque se hallan dentro de la edificación con una resistencia decontacto mayor a 10 kW y las que se encuentran fuera de laedificación con una resistencia de contacto mayor a 1 kW.

En el conjunto media se proponen los valorescorrespondientes a la relación de la pérdida de vidas humanasdebidas a lesiones por tensiones de paso y contacto que seencuentran dentro de la edificación con resistencia decontacto menor e igual a 10 kW.

En el conjunto alta se proponen los valorescorrespondientes a la relación de las pérdidas de vidashumanas que se encuentran dentro de la edificación debidaa lesiones por tensiones de contacto y de paso para unaresistencia de contacto menor e igual a 1 kW.

Tabla 3Evaluación lingüística de las pérdidas L

A y L

U de R

1

Valores de resistencia decontacto según superficie delsuelo o del piso(k )

Conjuntos difusos depérdidas debidas alesiones por tensionesde contacto y de paso

Personasdentro deedificación

Personasfuera deedificación

r < 1 Agrícola, hormigón Alta Baja

1< r 10 Mármol, cerámica Media Baja

r >10Gravilla, alfombra,tapete, asfalto,linóleo, madera

Baja Baja

PÉRDIDAS DE VIDAS HUMANAS DEBIDASAL DAÑO FÍSICO

Los valores de las pérdidas de vidas humanas debidasal daño físico se proponen en treinta conjuntos difusosdependiendo de las medidas adoptadas para reducir lasconsecuencias de un incendio, el riesgo de incendio dela edificación y la pérdida en presencia de un peligroespecial (tabla 4).



PÉRDIDAS DE VIDAS HUMANAS DEBIDASAL FALLO DE LOS SISTEMAS INTERNOS

Los valores de las pérdidas de vidas humanas debidas alfallo de los sistemas internos se proponen en dos conjuntosdifusos según el tipo de edificación (tabla 5).

El conjunto baja corresponde a las edificacioneshospitalarias.

El conjunto alta corresponde a las edificaciones con riesgode explosión.

PÉRDIDAS DEL SERVICIO AL PÚBLICODEBIDAS AL DAÑO FÍSICO

Para los valores de las pérdidas del servicio al públicodebidas al daño físico se proponen nueve conjuntos difusosdependiendo del tipo de servicio, el riesgo de incendio de laedificación a proteger y las medidas de protección adoptadaspara reducir las consecuencias del mismo, como se muestraen la tabla 6.

El conjunto muy baja corresponde a la relación entrelos servicios de televisión (TV), telecomunicación (TLC)y electricidad, de gas y agua, riesgo de incendio bajo,normal o alto y que tengan o no adoptadas medidas deprotección para reducir este.

El conjunto baja corresponde a la relación entre losservicios de TV, TLC y electricidad, de gas y agua, riesgode incendio normal o alto y que tengan adoptadas medidasde protección de operación manual para reducir este.

El conjunto media 1 corresponde a la relación entrelos servicios de TV, TLC y electricidad, de gas y agua,riesgo de incendio normal o alto y no tengan medidas deprotección para reducir este.

El conjunto media 2 corresponde a la relación entrelos servicios de TV, TLC y electricidad, de gas y agua,riesgo de incendio alto o explosión y que tengan adoptadasmedidas de protección de operación automáticas parareducir estos.

El conjunto media 3 corresponde a la relación entrelos servicios de TV, TLC y electricidad, de gas y agua,riesgo de incendio alto o explosión y que tengan adoptadasmedidas de protección de operación manual para reducirestos.

El conjunto media 4 corresponde a la relación entrelos servicios de TV, TLC y electricidad, de gas y agua,riesgo de incendio alto o explosión y no tengan medidasde protección para reducir estos.

El conjunto alta 1 corresponde a la relación entre elservicio de gas y agua, existencia del riesgo de explosióny que tengan adoptadas medidas de protección deoperación automática para reducir este.

El conjunto alta 2 corresponde a la relación entre elservicio de gas y agua, existencia del riesgo de explosióny que tengan adoptadas medidas de protección manualpara reducir este.

El conjunto muy alta corresponde a la relación entreel servicio de gas y agua, existencia del riesgo deexplosión y que no tengan adoptadas medidas deprotección para reducir este.


B y L

V de R

1

r

Lf 0,1

hrf

1 2 5 10 20 50

Protegido0,5

B C9 C11 C14 C16 C18 C18

N C16 C18 C20 C20 C22 C23

A C20 C22 C24 C25 C26 C27

EXP C25 C26 C28 C28 C29 C30


C, L

M, L

W y L

Z

de R1

Tipo de edificación

Conjuntos difusos de laspérdidas de vidas humanasdebidas al fallo de lossistemas internos

Riesgo de explosión Alta

Hospitalaria Baja


B y L

V de R

2

Medidas de protección parareducir las consecuenciasde un incendio

Riesgodeincendio

Pérdida debida adaños físicos

Serviciode gas,agua

ServicioTV, TLC yelectricidad

Una de las siguientesmedidas: extintores,instalaciones de extinciónfijas de operación manual,instalaciones de alarmamanuales, hidrantes,compartimentos a prueba deincendio, vías de escapeprotegidas

Explosión Alta 2 Media 3

Alto Media 3 Baja

Normal Baja Baja

Bajo Baja Baja



PÉRDIDAS DEL SERVICIO PÚBLICODEBIDAS AL FALLO DE LOS SISTEMASINTERNOS

Los valores de las pérdidas del servicio al público debidasal fallo de los sistemas internos se proponen en dos conjuntosdifusos según el tipo de servicio, como se muestra en latabla 7.

El conjunto baja corresponde a los servicios de TV, TLC yde electricidad.

El conjunto alta corresponde a los servicios de gas y agua.

PÉRDIDAS DEL PATRIMONIO CULTURALDEBIDAS AL DAÑO FÍSICO

Los valores de las pérdidas de patrimonio cultural debidasal daño físico se proponen en nueve conjuntos difusosdependiendo del riesgo de incendio de la edificación aproteger y las medidas de protección adoptadas para reducirlas consecuencias del mismo, tal y como se muestra en latabla 8.

Partiendo de las características del objeto a proteger yapoyándose en las tablas de la 2 a la 7, se evalúan de formalingüística las pérdidas identificadas.

d) Obtención de las funciones de membresía de Nx, L

x y P

x.

En el Toolbox Fuzzy de Matlab, se abren los sistemasdifusos de cada componente de riesgo identificado y en elvisor de reglas se introducen los valores de las entradas N

x,

Lx y P

x anteriormente halladas. Estos valores se introducen

en la parte inferior izquierda del visor de reglas, en el íteminput, como se observa en las figuras 2 y 3.

e) Obtención de la evaluación de la salida Rx.

Al introducir los valores de las entradas Nx, L

x y P

x en el

visor de reglas de cada componente de riesgo identificadose obtiene la evaluación de R

x. En las figuras 2 y 3 se observa

el visor de reglas del sistema difuso RX, donde las reglas


B y L

V de R

2

Tipo de servicioConjuntos difusos de laspérdidas debidas al fallo delos sistemas internos

Servicios de gas y aguaA

Servicios TV, TLC yelectricidad

B

Fig. 2. Visor de reglas del sistema difuso Rx1

Evaluación de Rx

no tolerable.

Fig. 3. Visor de reglas del sistema difuso Rx1

Evaluación de Rx

tolerable.


B y L

V de R

3

Medidas de protecciónpara reducir lasconsecuencias de unincendio

Riesgo deincendio

Pérdida debidaa daños físicos

Una de las siguientesmedidas: extintores,instalaciones deextinción fijas deoperación manual,instalaciones de alarmamanuales, hidrantes,compartimientos aprueba de incendio,vías de escapeprotegidas

Explosión Alta 2

Alto Media 3

Normal Baja

Bajo Muy baja



AbstractThis work uses the application of the fuzzy logic to the analysis of risk on the base of the approachespicked up in the IEC 62305-2, with the objective of developing a simple tool, of easy use andunderstanding, which offers the designer the possibility of a bigger interpretation to the subjectivitywrapped in the analysis using the language to evaluate the characteristics of the installation in studyand the risk of lightning impact.

Key words: analysis of risk, fuzzy logic, lightning

Fuzzy Logic Application in Risk Analysis Due to Lightning

activadas están oscurecidas, el gráfico que describe lainferencia está en la parte inferior derecha y el valor numéricoresultante, que expresa si R

x es tolerable o no tolerable,

está en la parte superior derecha.

Evaluación de la necesidad de protección

a) Si los Rx de cada R se evalúan lingüísticamente como

tolerables, entonces no hay necesidad de adoptar o mejorarlas medidas de protección contra rayo. La evaluacióntolerable corresponde a R

x > 1.

b) Si algún Rx de un R se evalúa lingüísticamente como

no tolerable, entonces hay necesidad de adoptar medidasde protección contra rayo o mejorarla. La evaluación notolerable corresponde a R

x > 1.

Identificación del tipo de protección a adoptar, segúnel R

x evaluado de no tolerable

Para reducir el valor de Rx evaluado de no tolerable, se

selecciona una nueva Px adoptando o mejorando las medidas

de protección correspondientes a dicho componente.

Reevaluación de la necesidad de protección variandoP

x en el R

x evaluado de no tolerable

En el visor de reglas se sustituye el valor de Px anterior por

el nuevo valor seleccionado a partir de las medidas de protecciónque se adoptan para disminuir el valor.

El diseñador puede observar directamente que al variar Px

se modifica el valor de Rx hasta que sea no tolerable o hasta

encontrar el valor mínimo de este. En las figuras 2 y 3 seobserva el visor de reglas del sistema difuso R

x, donde se

introducen los valores de las entradas y se obtiene el valor dela salida. En la figura 2 para N

x = 0,415, L

x = 0,5 y P

x = 0,6 se

obtiene Rx = 1,11 no tolerable. En la figura 3 se observa que

al variar Px = 0,6 a P

x = 0,4 se obtiene R

x = 0,613 tolerable.

CONCLUSIONESLa aplicación de las propiedades de la lógica difusa permite

realizar el análisis de riesgo de impacto de rayo a partir delos criterios y la experiencia de especialistas, creándose unsistema difuso que tiene en cuenta la subjetividad envueltaen el análisis y a sus vez constituye una herramienta desencilla utilización.

Los diseñadores tienen mayor interacción con el procesoal poder evaluar de forma lingüística las variables que seinvolucran.

El sistema difuso abarca los razonamientos contenidosen la norma 62305-2, sin embargo, hay una reducción de lacomplejidad en el procedimiento a seguir. También seincluyen los últimos estudios de las características espacio-temporales del número de días de tormenta en el país.

REFERENCIA1. Protection Against Lightning. IEC 62305-2, Part 2: Risk

Management, 2006.

AUTORASYelennis Godoy ValladaresIngeniera Electricista, Máster en Ingeniería Eléctrica,Empresa de Proyectos de la Industria Básica (EPROB),Ciudad de La Habana, Cuba

Olga Susana Suárez HernándezIngeniera Electricista,Doctora en Ciencias Técnicas,Investigadora Titular, Centro de Investigaciones y PruebasElectroenergéticas (CIPEL), Instituto Superior PolitécnicoJosé Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana, Cuba



Análisis de la compensaciónde potencia reactiva en sistemascontaminados con armónicos


ResumenEn este artículo se presentan los resultados obtenidos en la evaluación de una red industrial con presenciade contaminación armónica, donde las cargas no lineales corresponden fundamentalmente a rectificadoresy variadores de velocidad. Se establecieron los armónicos típicos generados por estas cargas y ellopermitió determinar los niveles de distorsión armónica de tensión y corriente para analizar su influencia enla selección del banco de condensadores durante la compensación de la potencia reactiva atendiendo alcomportamiento del sistema ante diferentes estados de carga.

Palabras clave: compensación, armónicos, sistemas de suministro, calidad de energía

Secundino MarreroCorreo electrónico: [email protected] GonzálezCorreo electrónico: [email protected]ístides A. LegráCorreo electrónico: [email protected] Superior Minero Metalúrgico de Moa (ISMM), Holguín, Cuba

INTRODUCCIÓNLa realización de estudios de calidad de energía asociados

a la presencia de armónicos en las redes de suministroindustrial, debe partir de un monitoreo con un comportamiento,que permita la identificación de eventos potencialmenteperjudiciales y su corrección para eliminar los resultadosindeseados en la operación de equipos y sistemas, demanera que se puedan aplicar medidas correctivasatendiendo a las particularidades de cada sistema. [1-3]

Tradicionalmente las fuentes de armónicos han estadoasociadas a convertidores estáticos y rectificadores ensistemas de potencia, pero hoy se han incorporado nuevos

elementos en el sector industrial y en los servicios, comolos balastros electrónicos, arrancadores suaves,compensadores estáticos y otros equipos que presentandispositivos semiconductores de conmutación.

Para la absorción de armónicos, resulta necesarioestablecer criterios y evaluar de forma independiente losdiferentes casos que se presentan en las redes industriales,para lo cual es necesario considerar los conceptos y distintosenfoques del problema en la actualidad.

Este trabajo fue orientado al uso del software Diseño ycálculo de sistema eléctricos (DYCSE), elaborado en elInstituto Superior Minero Metalúrgico de Moa (ISMM), donde





Análisis de la compensación de potencia reactiva en sistemas contaminados con armónicos


se recogen las experiencias obtenidas por los autores deeste artículo, para la evaluación y mejora en la calidad desuministro en redes industriales, apoyados en los modelosde los diferentes componentes de la red que permiten evaluarel comportamiento de las cargas no lineales y la afectaciónque estas introducen al sistema en los niveles de distorsiónarmónica de tensión (THDv) y corriente (THDi).

Las pautas para el análisis de la distorsión armónica estándefinidas en IEEE Std 519-1992, [1,4] donde se muestracómo es posible analizar la contribución armónica de lascargas no lineales en las tensiones y las corrientes delsistema a través de la modelación de las impedancias delos elementos en función de la frecuencia.

COMPENSACIÓN DE REACTIVOE INCIDENCIA DE LOS ARMÓNICOS

Los condensadores son ampliamente usados en lossistemas de distribución para la compensación de la potenciareactiva, el control de tensión y al mismo tiempo para ladisminución de las pérdidas. Los beneficios de su uso hoyestán estrechamente ligados al nivel de contaminaciónarmónica que presentan las redes, lo que en ocasiones exigeel uso de medidas correctivas para su protección endependencia de los niveles de contaminación existentes.

En la referencia 5 se resuelve la compensación de lapotencia reactiva mediante la instalación de bancos decondensadores y, posteriormente se soluciona el problemade los armónicos instalando filtros, pero sin considerar lainterdependencia de ambos problemas. Asímismo, otrosautores [6,7] resuelven el problema al minimizar las pérdidastotales (a frecuencias fundamental y armónica) mediante unnovedoso método de optimización que selecciona ladimensión y localización de filtros pasivos de sintonía simpleen el alimentador.

Corrientes armónicas

La corriente que absorben ciertas cargas, por ejemplo, unrectificador, donde su deformación da lugar a la aparición dearmónicas características (de orden 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23,25...) producto del número de pulsos del rectificador (6, 12,18, 24...) y su magnitud decrece en el orden 1/N.

También pueden aparecer armónicas no características,2, 3, 4, 6, 8, debido a la asimetría de las cargas del equipoconvertidor o de la fuente de alimentación. Los resultadosde las investigaciones relacionadas con la contaminaciónarmónica de cargas no lineales mostradas, [8-10] expresanen diagramas y tablas el orden de la armónica, valor de lacorriente, y se realiza el análisis estadístico para establecervalores medio, máximos, mínimos y la dispersión.

Cuando se efectúa la medición en el sistema, con elobjetivo de conocer las armónicas presentes, es necesariocorrelacionarlas con los estados de carga, donde convieneutilizar valores absolutos, ya que si se utilizan valores relativosrespecto a la componente fundamental (que varía), se correel riego de perder la magnitud real.

En otras cargas como los rectificadores controlados, porejemplo, se nota la acción del control (presente en los hornosde arco eléctricos), donde al inicio de la fusión se odvierteun comportamiento caótico y luego se hace más ordenado,pero de todos modos se observan todas las armónicas.

En los casos en que estén presentes fenómenosperiódicos de varios ciclos, que son 1/2, 1/3, 1/4,…,de lafrecuencia fundamental de la red (denominadossubarmónicos), estos se consideran armónicos de lasfrecuencias 30, 20, 15 respectivamente. Más complejo resultala aparición de interarmónicas, que pueden ser exaltadaspor alguna situación particular, como es el caso deresonancias en el sistema de control. De esto se puedeconcluir que el espectro es continuo y para determinadosvalores de frecuencia, la corriente armónica es sensiblementeelevada y estable, mientras que para otros casos es muyvariable y puede aparecer por ráfagas asociadas atransitorios. Por ello resulta discutible la validez del análisisarmónico en presencia de transitorios, sin embargo, se pasarápor alto este aspecto para analizar la incidencia que tiene lacontaminación armónica en las pérdidas y el factor de potenciadel sistema en redes balanceadas que presentan un altogrado de variación en el régimen de funcionamiento de suscargas. Para ello se analizarán modelos simplificados delos componentes de la red.

Hoy, en algunas empresas del país, no se analizan losefectos de los armónicos en sus instalaciones. Estosarmónicos pueden tener su origen en las propia industria, obien, en la red de suministro eléctrico al haber sidocontaminadas por otros clientes.

Entre los problemas más frecuentes que causan losarmónicos se pueden señalar:

• Interferencias en las telecomunicaciones.• Distorsión en la tensión de la red.• Perturbaciones en los sistemas electrónicos informáticos.• Fallas en transformadores y motores debido al

sobrecalentamiento producido por el aumento de las pérdidasen el núcleo electromagnético y la generación de mayorescorrientes parásitas.

• Funcionamiento defectuoso de relés.• Interrupción en la alimentación debido al disparo de las

protecciones.La solución más frecuente a estos problemas consiste en

instalar filtros para la eliminación de armónicos, es decir,por una parte se debe mejorar el factor de potencia instalandocondensadores, y por otra, se deben incorporar filtros parala protección de los condensadores y la eliminación de losarmónicos si la red lo exige.

Filtros de armónicos

La presencia de armónicos puede plantear problemas tantopara los condensadores instalados como para el resto deaparatos conectados a la red. Por una parte las condicionesde trabajo de los condensadores pueden llegar a serextremadamente duras o inadmisibles y por otro aparecenperturbaciones y distorsiones en el funcionamiento deequipos y el sistema. La solución de la compensación deenergía reactiva en redes con armónicos se realiza

Secundino Marrero Ramírez - Ileana González Palau - Arístides A. Legrá Lobaina


protegiendo los condensadores mediante filtros de proteccióno reduciendo el nivel de armónicos mediante filtros deabsorción.

Los filtros resintonizados o antirresonantes son diseñadospara presentar una frecuencia de resonancia por debajo dela menor armónica que ofrece el sistema (generalmenteel 5to. armónico). El valor de la frecuencia de desintonía seencuentra comprendido entre 179 y 223 Hz, donde lasobretensión en el condensador, dependerá del grado dedesintonía elegido, mientras que el filtro sintonizado presentauna impedancia muy baja para la corriente armónica individual,derivando la mayor parte de esta hacia él y no hacia la redde suministro. El valor de frecuencia de resonancia en estecaso, se encontrará siempre levemente por debajo de laarmónica que se desea eliminar.

MODELACIÓN DE LOS ELEMENTOSDE LA RED

En el análisis y caracterización del sistema en condicionesarmónicas, se requiere especificar modelos para losdiferentes componentes del sistema, teniendo en cuenta sudependencia con la frecuencia. [4,11]

Los elementos del sistema se representan a través deimpedancias lineales o no lineales, donde el primer caso,corresponde a los elementos en que existe una relaciónproporcional entre la tensión y la corriente para las mismascomponentes frecuenciales; mientras que, en el segundo,los elementos no tienen esta relación proporcional en todosu espectro y se pueden representar a través de impedanciaslineales. En este caso se encuentran las líneas, lostransformadores, las máquinas eléctricas y algunas cargas.

A continuación se seleccionan los modelos de loselementos del sistema que serán utilizados para lasimulación.

Modelo de línea corta: Para el análisis armónico elmodelo de una línea (en dependencia de su longitud) puederepresentarse por un circuito RL en serie (figura 1), y en elcaso de los cables resulta necesario considerar lacapacitancia asociada. La resistencia debe corregirsecuando se tiene en cuenta el efecto piel para las altasfrecuencias.

La variación de la resistencia cuando se tienen en cuentael efecto piel puede ser evaluada según la siguienteexpresión: [4]

4,2938,0035,0 2 XXRR dc

4,23,0035,0 XXRR dc

donde:5,0

585001,0

dcRf X

Transformador: En el modelo de la figura 2 la reactanciavaría linealmente con la frecuencia, y la resistencia varía endependencia del efecto piel, utilizándose para el cálculo dela resistencia la expresión:

BdcT AhRR 1

donde:

dcR : Resistencia en ohms.

h : Orden armónico.Coeficientes A y B: Toman los valores de 0,1 y 1,5respectivamente.

Fig. 1. Modelo de la línea.

Fig. 2. Modelo del transformador.

Máquinas sincrónicas: El modelo simplificado másrecomendado (figura 3), consiste en la representación de lamáquina para las secuencias directa o inversa. Losgeneradores modernos no producen voltaje armónicosignificante; por consiguiente, ellos no son consideradosfuentes armónicas y pueden representarse por unaimpedancia conectada a tierra. Frecuentemente sonrepresentados por la reactancia subtransitoria o la reactanciade secuencia negativa.

El modelo más sencillo consiste en un circuito serie RLque representa la reactancia subtransitoria con una relaciónde X/R (a la frecuencia fundamental) entre 15-50. Sinembargo, la resistencia del generador debe corregirse parafrecuencias altas debido al efecto piel.



(1,0 )BdoR R Ah

donde:Rdc : Resistencia de armadura.h : Orden armónico.

Modelación de las cargas no lineales por inyecciónde corriente: En el sistema las cargas no lineales semodelan como fuentes de corriente constante para cadafrecuencia armónica y se calculan con respecto a la corrientede la frecuencia fundamental.

Durante el funcionamiento normal de los convertidores,aparecen armónicas de tensión y/o corrientes en las redes.En el caso de los rectificadores, por ejemplo, se generanarmónicos tanto en el lado de continua como en el de alterna,donde, las del lado continuo son del orden Kph y las dellado alterno son del orden, 1Kph , siendo h el ordenarmónico, p el número de pulsos del rectificador y k un númeroentero positivo.

Rectificador de seis pulsos: Si se aplica la serie deFourier a la onda de corriente de este circuito, entonces sepuede considerar que la inyección de corriente en la entradaAC del rectificador de seis pulsos que se alimenta de untransformador Y-Y se expresa por la ecuación:

1 1 1cos( ) cos(5 ) cos(7 ) cos(111 )

2 3 5 7 111 1

cos(13 ) cos(17 ) ...13 17

a d

wt wt wt wtI xI

wt wt

Donde se reflejan las diferentes componentes de corrientesarmónicas incorporadas al sistema.

Atendiendo a los modelos antes mencionados es posiblepasar al cálculo del flujo armónico, teniendo en cuenta losdistintos métodos recomendados por la literatura [8], de loscuales ha sido seleccionado para este análisis el reparto decarga y la frecuencia fundamental con la interacción armónicapara calcular por separado los flujos.

Fig. 3. Modelo de una máquina sincrónica.

Motor asincrónico: Para las frecuencias armónicas surepresentación obedece básicamente a los modelosconvencionales en la frecuencia industrial, donde es posiblesimplificar su estructura como se observa en la figura 4, aquíse emplea la reactancia equivalente, ya que para altasfrecuencias, el deslizamiento se aproxima a la unidad. Eneste modelo, L es la inductancia de rotor bloqueado y R esla resistencia de amortiguamiento, que representa laspérdidas del motor. La reactancia resultante debe sermultiplicada por h.

Fig. 4. Modelo de una máquina asincrónica.

Cargas: En el estudio de flujo armónico las cargas debaja potencia no se representan individualmente; para elloson utilizados circuitos equivalentes que representan mejorlas características de impedancia del conjunto de cargas.Es posible considerar variaciones en la impedancia delsistema con la frecuencia o con el nivel de carga, tanto paraconsumidores domésticos como para industriales y en estecaso se utiliza el modelo [11] de la figura 5.

ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIOPara evaluar los efectos que tiene la presencia armónica

en la compensación se analizará el esquema de unasubestación que aparece en la figura 6.

Los datos del caso de estudio se presentan a continuación:1. Sistema 10,5 kV, nodo compensador.2. Transformadores: T

1.10,5/ 6 kV, X = 6 %,

T2. 6/0,48 kV, X = 6 %.

Fig. 5. Modelo de cargas.



3. Las líneas L1 y L

2 tienen una longitud de100 m y

50 m respectivamente.4. Potencia de los motores: M

1 = 100 KVA, M

2 =

300 kVA, M3 = 700 kVA, M

4 = 150 kVA.

5. Potencia de las cargas no lineales. Rectificador (RECT.)= 500 kVA y Convertidor (PWM) = 500 kVA.

el valor de 3 % (figura 7), en presencia de un factor depotencia en los nodos inferior a 0,92 como se muestra en latabla 2, lo que satisface lo recomendado por la norma, [1] encuanto a niveles de distorsión armónica, pero requiere deuna mejora del cos para reducir las pérdidas y evitarpenalizaciones de la empresa eléctrica.

Para corregir el factor de potencia se colocarán bancos decondensadores en los nodos con vistas a lograr un valor de0,91 a 0,92 en el nodo del sistema, considerando losdiferentes regímenes de carga en los casos analizadosanteriormente. Las capacidades de los bancos decondensadores utilizados, se muestran en la tabla 3.

Al efectuar la corrección del factor de potencia en losdiferentes casos, se obtiene que el THDv se incrementa ysobrepasa el valor de 5 %, recomendado. [1] Esto se acentúamás en los nodos con cargas elevadas y a pesar de tenermayor incidencia el incremento de las cargas no lineales, alexistir la distorsión armónica, el aumento de las cargaslineales, también eleva el THDv. Estos resultados secomparan en la figura 8. Por otra parte, el incremento delTHDi en las diferentes ramas de los puntos de conexión, sepresentan en la figura 9, donde se observa que su afectaciónes mayor en los condensadores, las líneas y lostransformadores, siendo estos últimos los más afectados,al tener valores muy superiores a los recomendados en lasnormas. Por ello el Código Nacional Eléctrico Americano(NEC) de 1993 y Underwriting's Laboratory (UL), sugieren eluso de transformadores de factor k para la alimentación decargas no lineales.

Fig. 6. Diagrama monolineal de la red.

En el análisis se tendrá en cuenta un sistema balanceadoy no se procederá a colocar filtros para la reducción dearmónicos en las cargas no lineales, con el objetivo deevaluar el comportamiento durante la variación (del 60 %,80 % y el 95 %) de las cargas líneas y las no lineales antesy después de la compensación, para poder determinar eltotal de distorsión armónica de tensión (THDv) en los nodosy el total de distorsión armónica de corriente (THDi) en lasramas de los elementos del sistema. Para ello se analizaránlos casos siguientes:

1. Las cargas del sistema están al 60 %.2. Las cargas del sistema están al 80 %.3. Las cargas del sistema están al 95 %.4. Las cargas lineales (CL) están al 80 %. y las cargas no lineales (CNL) al 95 %.5. Las cargas no lineales están al 80 % y las lineales al

95 %.Los primeros tres casos a evaluar corresponden al sistema

sin la compensación y los dos últimos evalúan la influenciade la variación en las cargas lineales y no lineales enpresencia de bancos de condensadores en los nodos decarga.

Se utilizará el método de inyección de corriente en lasramas donde están las cargas no lineales correspondientesal rectificador de seis pulsos y al PWM que generan corrientesarmónicas con los valores mostrados en la tabla 1.

Al realizar el flujo de carga a frecuencia fundamental, seobserva que en ninguno de los regímenes de cargasestudiados el THDv (antes de la compensación) sobrepasa

Tabla 1Valores de las corrientes armónicas queincorporan las cargas no lineales

Ih [A] PW M Rectificador

5 232 92

7 139 43

11 38 33

13 38 27

17 25 17

19 21 13

23 - 10

25 - 8

29 - 7,7

31 - 6

33 - 3



Estos resultados obtenidos guardan relación conmediciones efectuadas en sistemas en condiciones similares.Sin embargo, al establecer una comparación entre losresultados del cálculo realizado con diferentes herramientasinformáticas, estos pueden diferir entre sí [8,10] debido aque no existe un modelo único para evaluar los elementos

Fig. 7. Comportamiento del THDv, para diferentes regímenesde carga sin compensación de reactivo en el sistema.

Tabla 2Valor del factor de potencia en losnodos antes de la compensación

Valor inicial cos

Nodo1 0,79

Nodo2 0,81

Nodo3 0,80

Nodo4 0,77

Tabla 3Valores de los condensadores de compensación delreactivo en los casos de estudio

Condensadores

Capacidad de los condensadores,MVar

Caso Caso Caso

1 2,3 4,5

C1 0,05 0,08 0,08

C2 0,2 0,28 0,3

C3 0,1 0,15 0,15

del sistema de potencia y las formulaciones para el análisispueden ser diferentes al igual que los métodos matemáticosempleados, aspectos estos que resultan de gran importanciaen el análisis de armónicos. Por ello, otros autores [11]plantean que, para el estudio de armónicos se debencombinar conjuntamente la modelación, medición ysimulación con vistas a poder realizar una evaluación másprecisa del problema y así proceder a seleccionar las mejoressoluciones en cuanto a la colocación de los medios decompensación de la potencia reactiva y los filtros armónicos.

Fig. 8. THDv en los nodos para diferentes regímenes de carga.

Fig. 9. Valores del THDi en las ramas.

CONCLUSIONESLos resultados obtenidos al calcular las tensiones y

corrientes armónicas de un sistema eléctrico estánrelacionados directamente con la adecuada representaciónmatemática de cada uno de sus componentes, donde existeuna estrecha relación entre el incremento de las cargas y lacontaminación armónica, como se observa en los modelosaproximados que se han empleado.

La presencia de armónicos en las redes industrialesindependientemente de que estén por debajo de la norma,debe ser analizada siempre que se proceda a la



compensación de reactivo, con vistas a considerar su efectoen los elementos del sistema al variar las impedancias delas ramas en los nodos donde se compensa el reactivo.Además, el THDv puede superar los valores límitesrecomendados en las normas si no se considera lacolocación de filtros antes de proceder a la compensación.

Los transformadores, condensadores y las líneas en esteorden son los elementos de las ramas más afectados por lacirculación de corrientes armónicas que se evidencia en elTHDi elevado del sistema.

REFERENCIAS1. Norma IEEE 519/92.2. ARRILLAGA, J.; SMITH, B.; WATSON, N. and WOOD, A.

Power System Harmonic Analysis, John Wiley & Sons,1997.

3. SHARON, A. "Flujo de potencia y calidad del suministro",IEEE. Transaction on Power Systems, vol. 13, no. 1, 1999.

4. Recommended Practice for Industrial and ComercialPower Systems Analysis. IEEE. Std 399 -1997.

5. KASIKCI, I. Power Quality Problems and its Solutions.Large Engineering Systems Conference Series. Halifax,Canada, 2000.

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AUTORESSecundino Marrero RamírezIngeniero en Electrónica Industrial, Doctor en CienciasTécnicas, Profesor Titular, Instituto Superior MineroMetalúrgico de Moa (ISMM), Holguín, Cuba

Ileana González PalauIngeniera Electricista, Máster en Electromecánica,Profesora Auxiliar, Instituto Superior Minero Metalúrgicode Moa, Holguín, Cuba

Arístides A. Legrá LobainaLicenciado en Educación, Especialidad Matemáticas,Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Auxiliar, InstitutoSuperior Minero Metalúrgico de Moa, Holguín, Cuba

AbstractThe article is given the evaluation obtained of an industrial network with the presence of harmoniccontamination, where the non lineal loads correspond fundamentally to rectifiers and variators of speed.Where the typical harmonic generated by these loads settled down and allowed it to determine thelevels of harmonic distortion of tension and current to analyze their influence in the selection of thebank of condensers during the compensation of the power it reactivates assisting to the behavior of thesystem before different load states.

Key words: compensation, harmonics, distribution systems, power quality

Analysis of the Reactive Power Compensation in ContaminatedSystems with Harmonics



Laboratorio virtual asistido con Matlabpara un sistema multivariable industrial


ResumenEn el presente artículo los autores presentan y exponen los resultados obtenidos en la conformaciónde un laboratorio virtual asistido con Matlab, para el diseño de un controlador multivariable en unacolumna de destilación. Aquí se expone el estudio de un método de desacoplamiento basado en lamatriz de funciones de transferencia del proceso. El aspecto novedoso de la metodología empleadaradica en el uso de un modelo experimental de una columna de destilación para implementar a travésde la simulación un control por desacoplamiento clásico, con una correspondiente evaluación de sudesempeño. Los resultados finales se muestran en respuestas temporales usando Matlab.

Palabras clave: multivariable, columna de destilación, laboratorio virtual

Daniel Guzmán del RíoCorreo electrónico: [email protected] [email protected] del Estado de Amazonas (UEA), BrasilSecundino Marrero RamírezCorreo electrónico: [email protected] Superior Minero Metalúrgico de Moa, Holguín, CubaÁngel O. Columbié NavarroCorreo electrónico: [email protected] Superior Minero Metalúrgico de Moa, Holguín, CubaCleto de Souza Cavalcante LealCorreo electrónico: [email protected] del Estado de Amazonas (UEA), Brasil

INTRODUCCIÓNEn la última década los recursos informáticos han tenido

un amplio desarrollo, lo que ha permitido que la inversión enel control de los procesos que involucran gastos energéticosimportantes aumente significativamente, permitiendo quetécnicas de control más elaboradas puedan serimplementadas para ahorrar energía. Debido a la grandiversidad de procesos y a cuestiones de política industrial,esas mejorías aún no son hoy difundidas en todas las plantas,actualmente existen, por ejemplo, industrias químicas ytermoeléctricas donde la automatización es deficiente.

De esta forma se comprende que el conocimiento delproceso, el desarrollo de modelos matemáticos dinámicosque representan los fenómenos físico-químicos de lasplantas, la simulación en computadora de suscaracterísticas y por fin, el proyecto e implementación desistemas de control con técnicas avanzadas, es un temade importancia fundamental para el desarrollo actual delsector industrial y disminuir el consumo de portadoresenergéticos importantes. [1]

Dada esta importancia, se hace necesario la introduccióny desarrollo en los niveles superiores de formación y







Laboratorio virtual asistido con Matlab para un sistema multivariable industrial


posgraduación del ingeniero electricista, de control y químico,el estudio de nuevas técnicas de control avanzado, querespondan a este reto actual, aprovechando las facilidadesde recursos que disponen programas tales como el Matlab.

DESARROLLOEn la referencia 2 se trata la utilización de los controladores

multivariables con desacoplamiento en la industria, lo quees analizado por otros autores, [3,4] poniendo en evidenciala importancia de dichos controladores. Al desarrollarse enépocas recientes la implementación de sistemasmultivariables (MIMO), aparecen técnicas dedesacoplamiento de variables, que sin duda mejoran eldesempeño de estos.

Como caso de estudio, para mostrar la metodología aseguir en la realización del laboratorio virtual asistido conMatlab y las simulaciones de este tipo de sistema, seselecciona, por su importancia energética y tecnológica,así como por su extendida existencia en la industria moderna,el modelo de una columna de destilación real, tomado deuna experiencia, [5] este tipo de sistema en su esencia esmuy complejo, dada las interacciones de sus variables y lapresencia entre las mismas del llamado "tiempo muerto",aspecto que lo hace a su vez atractivo para ser analizado aescala virtual, semejante a lo realizado. [1]

Para la correcta implementación y prueba de este tipo desistema multivariable, en un laboratorio virtual asistido conMatlab, es necesario que se cumplimenten las etapas detrabajo explicadas a continuación.

Análisis dinámico del modelo en lazo abiertoPara la correcta selección de la estrategia de control, en

sistemas industriales multivariables, se propone inicialmenterealizar un estudio dinámico de los objetos a regular [2] paraasí poder evaluar sus características, a partir de susprincipales parámetros, como objeto de regulaciónautomática.

En este sistema, existen dos variables de entrada y dosde salida, más una de perturbación, tal y como se muestraen la figura 1. Las variables de entrada o manipuladas son elreflujo del destilado, el flujo de vapor de destilación.

Las variables de salida o controladas son la composiciónde los sedimentos C

8 y la composición del destilado C

4. La

variable de perturbación es el flujo de alimentación delcomponente F

a.

Partiendo del modelo matemático del sistema multivariableindustrial obtenido experimentalmente, [5] así como delresultado del estudio dinámico realizado, se evalúa elcomportamiento de cada una de las variables que intervienenen el proceso, proponiéndose una estrategia de control, quesatisfaga los requerimientos del proceso real. Para realizareste estudio las entradas fueron excitadas con funcionespaso escalón, entorno del valor nominal de operación.

Selección de los mejores pares de variablesAl proponer una estrategia de control para este sistema,

es necesario primeramente seleccionar los pares devariables manipuladas y controladas, por tratarse de unsistema multivariable. Los problemas de control con múltiplesentradas y salidas (MIMO) se encuentran hoy difundidos enlos procesos industriales modernos, que son a su vez máscomplejos que los sistemas con una entrada y una salida(SISO), debido a la interacción que ocurre entre sus variables,la selección de los mejores pares de variables manipuladasy controladas para un esquema de control multilazo es unatarea no trivial.

Las técnicas existentes para esta selección, van desde elRGA de Bristol, hasta la descomposición en valoressingulares (SVD), [1] a partir de la matriz de ganancias de lafunción de transferencia del proceso.

Al descomponer la matriz de régimen estacionario en susvalores singulares se pueden escoger los mejores pares devariables para el control, de ahí que se tenga:

B

d

CC

4 0,7456 0,666-6 0,666-4 0,745-

U

(1)

V

R

QQ

5 0,458-7 0,888 7 0,888-5 0,458-

V

Al tomar el mayor componente de cada uno de los vectoresde la izquierda (U), con el mayor componente de cada unode los vectores de la derecha (V), aparecen los pares devariables manipuladas y controladas para este sistema:

)4 745,0()7 888,0( dV CQ

)998,0()7 888,0( BR CQ

Para la implementación y prueba de los controladores,a partir de la simulación del modelo matemático delsistema, es preciso determinar el período de muestreo[6], el cual depende más de la práctica que de la teoría.Muchas sugerencias y reglas han sido descritas para suselección, en el caso de los controladores multivariables[4,7], Consideraciones prácticas indican que el tiempo de

Fig. 1. Sistema multivariable industrial de destilación.

Daniel Guzmán del Río - Secundino Marrero Ramírez - Ángel O. Columbié Navarro - Cleto de Souza Cavalcante Leal


muestreo debe ser menor que el de la constante de tiempodominante. [3,4] Tomando la constante de tiempo de larepuesta más rápida, en este caso el de la composición deldestilado C

d, el tiempo de muestreo escogido fue de

0,86 min.En el caso del sistema industrial investigado, que

representa un sistema de dos entradas y dos salidas, laestrategia seleccionada fue el controlador multivariable condesacoplamiento estático total, como se muestra en lafigura 2, con método de sintonía secuencial que para sistemasmultivariables fue desarrollada [8] lineales, analizándose dosvariantes, cuando el sistema está descompensando y cuandoya es compensado.

En el presente trabajo se propone aplicar el diseño basadoen la metodología explicada en la referencia 1, a través delarreglo inverso de Nyquist (INA). Estos conceptos y teoremasse encuentran también en los trabajos de autores yamencionados. [10] Otro teorema que describe de una formamás completa la dominancia diagonal es el empleado paragenerar la base del criterio de estabilidad de Nyquist en losdiseños de sistemas MIMO. [11]

El método para reducir las interacciones entre los lazos decontrol a partir del INA, se fundamenta en determinar una matrizinversa de precompensación )(ˆ sKPR y posiblemente una deposcompensación )(ˆ sLPO tal que: )(ˆ)()(ˆ)(ˆ sLsGsKsQ POpPR

,

donde la matriz inversa )(ˆ sQ tiene que ser diagonalmentedominante. Cuando la dominancia es alcanzada, entonceslos controladores pueden ser proyectados como en el casoSISO. La metodología para el diseño del INA basado en lateoría de la dominancia diagonal. [1, 10, 11]

La ventaja de este tipo de desacoplamiento reside en sufacilidad para ser determinado e implementado, realizandolos cálculos y gráficos asistidos con Matlab. Los parámetrosde sintonía para este tipo de controlador van a ser los mismosempleados en la sintonía de un controlador PID multilazo,con el objetivo de poder evaluar la acción de losdesacopladores empleados.

En el caso de la columna de destilación empleada, elsistema necesita un desacoplamiento; el esquema desimulación de la misma se muestra en la figura 3.

La figura 4 muestra el diagrama de Nyquist para cada unade las funciones de transferencias inversas, antes de alcanzarla dominancia diagonal (sistema descompensado), se

observa que solo la función 11g no es diagonalmente

dominante, debido a que las bandas de Gershoring incluyenen su recorrido el punto de origen. El valor de la ganancia (f

i)

al tocar las bandas el eje real negativo para el diagrama de

11g es -0,3 y para 22g es 0,05.

Cuando es proyectado el precompensador, aplicando lametodología del INA, se obtiene )(sQ

y se puede observar

que las funciones alcanzan la dominancia diagonal (sistemacompensado), en figura 5, debido a que las bandas noincluyen en su recorrido el origen. Para el sistema en lazocerrado serían las ganancias anteriormente señaladas f

i.

Fig. 2. Controlador multivariable de un sisema industrialde destilación.

Diseño del controlador multivariable condesacoplamiento estático total

Para problemas de control moderno con grandesinteracciones entre las variables controladas y manipuladas,las configuraciones de un control PID multilazo convencionalpueden no estar aptas a proveer el control más adecuado.En estos casos, otras estrategias de control avanzado, talescomo la estrategia de control multivariable pordesacoplamiento, ofrecen potencial para mejorar sudesempeño.

En el control por desacoplamiento, el objetivo principal esreducir las interacciones adicionando un controladordenominado desacoplador a la configuración convencionalmultilazo. Esto es realizado por la introducción de una funciónde transferencia adicional o compensador de interacciones,junto con el controlador de lazo simple, constituyendoentonces el controlador multivariable desacoplado como semuestra en la figura 2.

Para el diseño y sintonía del controlador multivariabledesacoplado se pueden usar las técnicas dadas en lasreferencias 7 y 9, donde ambos coinciden en afirmar queesta técnica puede ser aplicada a procesos con muchasentradas y muchas salidas, como son los energéticos.Genéricamente un sistema n x n, conduce an2 - n compensadores.

(Columna Wood and Berry )Labo ratorio Virtual

Sistemas MultivariablesCNPq-FAPEAM

ISMM, EST -UEA

RCD

T

RCB4

RCB

Contro ladorM ultivariable

Columna de Destilación

Clock

CD

CB

Fig. 3. Esquema de un laboratorio virtual de simulación de unsistema multivariable industrial de destilación.



Resultado de las simulacionesen el laboratorio virtual

Para evaluar el desempeño del controlador multivariableproyectado son realizadas variaciones en la referencia y lacarga, tipo paso escalón, las desviaciones tomadas seencuentran en el rango permitido por el proceso real.

Los resultados de las simulaciones a lazo cerrado, a travésde los métodos de sintonía propuestos, dan una medida delcomportamiento del controlador multivariable descompensadoy con compensación o desacoplamiento. Los mismos sonmostrados en las figuras 6, 7, 8 y 9 y 10 para las variacionesen el valor de referencia y las figuras 11 y 12 para lasvariaciones en la carga.

-3 -2 -1 0 1-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-0.5 0 0.5 1-0. 4

-0. 3

-0. 2

-0. 1

0

0 0.2 0.4 0. 6 0.8

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

-1 -0.5 0 0.5 1-0. 5

0

0. 5

1

1. 5

Este estudio permite apreciar que al mejorar el desempeñoen las respuestas de las variables analizadas se logra menosgasto energético con el sistema compensado minimizandolas pérdidas de vapor de agua empleado.

Fig. 4. Diagramas de Nyquist para cada una de las funcionesde transferencia inversa antes de alcanzar la dominanciadiagonal (sistema descompensado).

Fig. 5. Diagrama de Nyquist para cada una de las funciones detransferencia inversa al alcanzar la dominancia diagonal(sistema compensado).

Tabla 1Parámetros de sintonía de los controladores PIimplementados a la columna de destilación

Lazo de control kc

Tipo de acciónde control

QV C

d0,021 8,1 Directa

QR C

B0,015 7,6 Directa

Fig. 6. Respuesta de la composición del destilado a lasvariaciones en su referencia, cuando el sistema estácompensado y descompensado.

I

Fig. 7. Influencia de las variaciones en la referencia de lacomposición del destilado sobre la composición del sedimento,cuando el sistema está compensado y descompensado.



Fig. 8. Respuesta de la composición del sedimento a lasvariaciones en su referencia, cuando el sistema estácompensado y descompensado.

Fig. 9. Influencia de las variaciones en la referencia de lacomposición del sedimento sobre la composición deldestilado, cuando el sistema está compensado ydescompensado.

Fig. 10. Influencia de las variaciones en carga de componentesde alimentación F

A del lazo de composición de sedimentos,

sobre la composición del destilado, cuando el sistema estácompensado y descompensado.

Fig. 11. Influencia de las variaciones en carga de componentesde alimentación F

A del lazo del destilado, sobre la composición

del destilado, cuándo el sistema está compensado ydescompensado.

Fig. 12. Influencia de las variaciones de carga de componentesde alimentación F

A del lazo de destilado, sobre la composición

del sedimento, cuando el sistema está compensado ydescompensado.

CONCLUSIONESEn el presente trabajo se demuestra que aprovechando

las facilidades de recursos disponibles en programas talescomo el Matlab, es posible el desarrollo, en los nivelessuperiores de formación y posgraduación, el estudio de nuevastécnicas de control avanzado, que respondan a los retosactuales de control para ahorrar energía e insumos y elevarla calidad del producto final en la industria.

El conocimiento del proceso, el desarrollo de modelosmatemáticos que representan los fenómenos de las plantas,a partir de balances de masa y energía, sintetizados luegoen sus funciones de transferencia y la simulación encomputadora de sus características, y por fin el proyecto eimplementación de sistemas de control con técnicasavanzadas, es un tema de importancia fundamental para eldesarrollo actual del sector industrial y puede ser utilizado



en la docencia, al mismo tiempo como laboratorios virtuales,tal y como está expresado ya en los programas Cperfeccionado y el nuevo D de estudio. Los resultadosobtenidos del diseño y la sintonía del controlador multivariableaplicado a un sistema real asistido con Matlab, muestranque la metodología seguida puede ser aplicada a cualquierotro modelo tomado como caso de estudio de cualquier tipode sistema incluyendo los electroenergèticos.

El sistema con compensación de interacciones demostrómejor desempeño en sus respuestas que el sistemadescompensado, gracias a las simulaciones realizadas,aspectos que son imposibles de apreciar muchas veces enun sistema real on-line.

AGRADECIMIENTOSA la dirección del ISMM, al Departamento de Control de la

Cujae y la EST-UEA, FAPEAM y CNPq, por el soportetécnico y financiero de las actividades realizadas, a losestudiantes y profesores que apoyaron este trabajo.

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AUTORESDaniel Guzmán del RíoIngeniero en Electrónica Industrial, Doctor en Ciencias Téc-nicas, Profesor Titular, Escuela Superior de Tecnología (EST),Universidad del Estado de Amazonas (UEA), Brasil

Secundino Marrero RamírezIngeniero en Electrónica Industrial, Doctor en Ciencias Téc-nicas, Profesor Titular, Departamento de Ingeniería Eléctri-ca, Instituto Superior Minero Metalurgico de Moa (ISMM),Holguín, Cuba

Ángel O. Columbié NavarroIngeniero Metalúrgico, Doctor en Ciencias Técnicas, Profe-sor Titular, Departamento de Ingeniería Eléctrica, ISMM,Holguín, Cuba

Cleto de Souza Cavalcante LealIngeniero Electricista, Máster en Ingeniería Eléctrica, Asis-tente, EST-UEA, Brasil



AbstractIn this paper the authors present and discuss results obtained from on the conformation of apractice of virtual laboratory attended with Matlab, for the design of a multivariavels controller fora distillation column. It' carries out a study of the decoupling method to be implemented, which isbased on the use of the transfer functions matrix of the researched process. The innovativeaspect of the employed methodology lies in the use of the experimental model of a real distilla-tion column in order to implement, through simulation, techniques of classical decoupling withthe correspondent performance evaluation. The final results are shown through the obtainedtime responses using Matlab.

Key words: multivariable, distillation column, virtual laboratory

Virtual Laboratory Attended with Matlab for the MultivariableIndustrial System

5ANIVERSARIO

CUJAE

4

I S PNSTITUTO UPERIOR OLITÉCNICOJ A EOSÉ NTONIO CHEVERRÍA

Recibido: octubre 2009 Aprobado: diciembre 2009Publicado: Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones, Vol. XXVII, No. 2-3, 2006*


Evaluación de la calidad de serviciosde VoIP en presencia de AQM


ResumenSe presenta un comprensivo estudio sobre el impacto del manejo activo de colas (AQM) en la calidad deservicio de las aplicaciones de voz sobre IP (VoIP). Se analiza uno de los algoritmos AQM más repre-sentativos mediante extensas simulaciones, evaluando su efecto en la calidad de voz percibida. Diferen-tes escenarios de red son investigados cambiando la carga de tráfico y alterando los parámetros decontrol. La degradación de la transmisión es vinculada a la percepción de los usuarios por medio demodelos algorítmicos bien conocidos, expresando la satisfacción de estos en la escala MOS. Losprincipales resultados obtenidos muestran que el uso de mecanismos para el manejo activo de colas,como el de detección temprana aleatoria en su versión adaptativa (ARED), mejora significativamente lacalidad de voz percibida.

Palabras clave: análisis de colas, Internet, protocolos

Vitalio Alfonso RegueraCorreo electrónico:[email protected]

Félix F. Álvarez PalizaCorreo electrónico: [email protected]

Pedro Arco RíosCorreo electrónico:[email protected] A. Rodríguez LópezCorreo electrónico: [email protected] Central Marta Abreu de Las Villas (UCLV), Santa Clara, Cuba

INTRODUCCIÓNEl auge de Internet y su continuo incremento en usuarios

y aplicaciones ha convertido a la red global en la plataformade facto para la integración de los servicios. La tendenciaactual muestra a la tecnología IP como el principal vehículoportador de los servicios en las redes de próxima generación.Un elemento indispensable a resolver es el requerimiento decalidad de las aplicaciones sobre el modelo del mejoresfuerzo de las redes IP.

Siendo muchos los factores involucrados en el desempeñode la red; uno de los más significativo es la congestión. Estefenómeno, que en lo adelante será entendido como lasaturación de uno o más enrutadores debido a su incapacidadpara evacuar con suficiente rapidez el tráfico que ingresa,provoca problemas tales como: pérdida de información;

retardos; variación de los retardos entre diferentes segmentosde información; así como la disminución sustancial de lautilización de los recursos de la red o incluso su colapso.

Muchos protocolos y mecanismos han sido diseñados paraevitar la congestión, aplicando múltiples técnicas y operandoen diferentes entornos de la red. El manejo activo de colas,conocido por sus siglas AQM (Active Queue Management),es un mecanismo que se implementa en los enrutadorespara evitar la congestión. Su capacidad para reducir lalongitud de las colas y sus oscilaciones parece ser unacaracterística prometedora para aplicaciones sensibles a lademora y sus variaciones (jitter). Este puede ser el caso delas aplicaciones de voz sobre IP (VoIP). De hecho, variosestudios señalan que el manejo activo de colas mejora lacalidad de servicio de las aplicaciones de multimedia. [1-3]






Evaluación de la calidad de servicios de VoIP en presencia de AQM


Sin embargo, estas aseveraciones están completamentebasadas en mediciones de red (paquetes perdidos, demorasy variación de la demora) y no han sido consistentementevinculadas a la percepción de los usuarios.

Varios diseños para el manejo activo de colas han surgidodesde la propuesta original de random early detection (RED)hecha por Floyd y Jacobson en 1993. [3] La motivación deRED es disminuir los retardos de extremo a extremomanteniendo el tamaño de cola reducido, impedir la pérdidade un gran número consecutivo de paquetes y eliminar elsesgo de la razón de pérdidas contra el tráfico a ráfagas.Este mecanismo señaliza a las fuentes de tráfico antes deque se llene la cola física. La señalización se realizamarcando (usando por ejemplo ECN), [5] o "botando" lospaquetes con cierta probabilidad dependiendo del tamañomedio de la cola. La IETF recomienda, [6] la utilización deAQM en los enrutadores, específicamente el documentopromueve la implementación de RED en Internet.

La configuración de los parámetros de este esquema AQMes muy dependiente de las características de la red, lo cualrepresenta un inconveniente para adaptarse a un conjuntoheterogéneo de escenarios. [7,8] Estas deficiencias hanoriginado serias críticas sobre su utilización. [9]

RED ha evolucionado desde su propuesta original paradar lugar a versiones más actualizadas como Gentle-RED[10],y Adaptive-RED. [11] Además de las variaciones de RED ungran número de nuevos mecanismos AQM han sidoreportados, estudios recientes señalan más de cincuentadiseños AQM desarrollados en los últimos años. [12]

La calidad de voz de los sistemas de VoIP es severamentedañada por factores como la demora, el jitter y la pérdida depaquetes en ráfaga. La percepción de los usuarios también esafectada por el tratamiento realizado por los codecs a la señalde voz.

En una comunicación, los paquetes de voz viajan a travésde la red encapsulados en diferentes protocolos sufriendode eventuales degradaciones. La recomendación G.107 [13]de la UIT describe un algoritmo denominado el modelo-Epara cuantificar el efecto de estas degradaciones en la calidadde la transmisión. El índice arrojado por el modelo-E puedeser fácilmente relacionado con la percepción de la calidadde voz experimentada por una persona.

La compleja interacción entre el mecanismo de control decongestión y el comportamiento de la red hace muy difícilevaluar analíticamente el impacto de AQM en la calidad deservicio de las aplicaciones de VoIP. May Martín et al., [14]hace un simplificado acercamiento al tema asumiendomodelos de tráfico no reales, arrojando resultadosdesfavorables para los algoritmos AQM. En el documentoque sienta las bases para soportar los servicios de emergenciapara la telefonía IP en Internet, [15] los autores plantean queserían necesarios mecanismos más avanzados de AQM paramanejar este tráfico.

La guía para la implementación de calidad de serviciode CISCO no recomienda el uso del manejo activo decolas en presencia de tráfico de voz, adoptando unesquema basado en prioridades. Lo anterior contrasta conlos estudios que promueven el uso de AQM para mejorarla calidad de servicio de aplicaciones de VoIP.

Este trabajo está motivado por la ausencia de estudiosmás profundos sobre la influencia de los mecanismossubyacentes de control de red en la calidad de los serviciosde voz y está estructurado a partir de un amplio conjunto desimulaciones utilizando uno de los algoritmos AQM másrepresentativos. Las mediciones de red asociados a lascomunicaciones de voz son expresadas en registro decalidad de la voz subjetivos por medio de algoritmos bienconocidos. Los resultados muestran que el uso del manejoactivo de colas puede mejorar significativamente la calidadde servicio de las aplicaciones de voz con respecto a losmecanismos de cola tradicionalmente usados.

MANEJO ACTIVO DE COLASUn enrutador convencional mantiene una cola de tamaño

finito donde son almacenados los paquetes que arribancuando los enlaces de salida están ocupados. Si la razónde entrada supera la razón de salida, el número de paquetesalmacenados en la cola comienza a crecer y eventualmentese llena, en estas circunstancias los paquetes que arribanson eliminados. Este esquema es conocido como drop-tail(DT) y es una práctica muy común en los enrutadores.Las colas DT provocan altas razones de pérdidas depaquetes al tráfico en ráfagas predominante en Internet.[16,17] Estas pérdidas de paquetes reducen elrendimiento y originan sincronismo entre las conexionesdel protocolo de control de transmisión (TCP) quecomparten los recursos del enrutador. Además, seintroducen retardos significativamente altos debido a lostiempos de espera en la cola.

El principio de AQM se basa en explotar la naturalezarealimentada del protocolo TCP, señalizando a losemisores de tráfico el peligro de una inminente congestiónantes de que esta ocurra para que actúen en consecuenciadisminuyendo la razón de transmisión. Puede notarse queno todos los protocolos de transporte tienen la capacidadde reaccionar para evitar la congestión. Por ejemplo, elprotocolo de datagrama de usuario, UDP, no responde ala señalización de congestión. Al tráfico soportado poreste tipo de protocolos es denominado tráfico nosensible. Su presencia en enlaces congestionados puedecausar una distribución no equitativa de la capacidad.

El algoritmo utilizado en RED señaliza a las fuentes detráfico antes de que la cola física se llene. La señalizaciónse realiza marcando (usando por ejemplo ECN)[4] o"botando" los paquetes con cierta probabilidad p(a

q)

dependiendo del tamaño medio de la cola.

Vitalio Alfonso Reguera - Félix F. Álvarez Paliza - Pedro Arco Ríos - Carlos A. Rodríguez López


Esta probabilidad es calculada con cada arribo de paquetecomo:

thq

thq

thth

thqp

q a

a

aap máx if

mín if

mínmáx

mínmáx

1

0

)(

donde:mín

th y máx

th: Cotas inferior y superior del tamaño medio de

la cola, dentro de las cuales la probabilidad tiene un comporta-miento lineal con pendiente positiva.máx

p: Máximo valor de probabilidad en ese intervalo.

aq: Tamaño medio de la cola, calculado a partir del valor

instantáneo de la cola q, como:

10 , 1 qqqqq wqwawa

La configuración de los parámetros del algoritmo hademostrado ser muy dependiente de las características dela red [7-9]. Este estudio utiliza la versión adaptativa deRED (ARED). [11] Esta tiene la capacidad de ajustardinámicamente los parámetros del algoritmo según lascondiciones de tráfico imperantes en la red. De acuerdocon sus diseñadores solo es necesario establecer el tamañomedio de cola deseado, o equivalentemente, la demoramedia de los paquetes en la cola.

Una cuestión importante en la configuración del algoritmoAQM es la forma en que será medida la longitud de la cola.Esta medición puede ser relativa a la cantidad de paquetes(modo de paquetes) o la cantidad de bytes (modo de bytes)presentes en la cola. Un estudio presentado por L. Le [18]argumenta que existe un sesgo en la señalización hacia lospaquetes de mayor tamaño cuando se opera en modo de bytes.Esto quiere decir que las aplicaciones que generan pequeñospaquetes (ejemplo aplicaciones de VoIP) pudieran tener untratamiento preferencial cuando se opera en modo de bytes.

TÉCNICAS DE VOIP Y QoSUno de los mayores retos en las redes de próxima

generación (NGN) es ofrecer una calidad de servicio similara la del sistema de telefonía tradicional. Las redes IP y suparadigma del mejor esfuerzo causa severos daños a lacalidad de las aplicaciones de tiempo real. En los sistemasde VoIP, la demora, el jitter y la pérdida de paquetes deterioranla percepción de la voz. Varias técnicas han sidodesarrolladas para reducir el impacto de estos factores en lacalidad de voz.a) Sistemas de VoIP

En una comunicación de VoIP la voz es digitalizada ycodificada utilizando técnicas estandarizadas (ejemplo G.711,G.729, GSM, G.723, etcétera). Las tramas producidas porestos codecs son ensambladas en paquetes comúnmente

pertenecientes al protocolo de tiempo real (RTP), el cuala su vez es encapsulado en datagramas UDP. En el lado delreceptor los paquetes que arriban son desensamblados ycolocados en buffer para absorber las variaciones en lademora introducidas por la red. Finalmente, la señal de vozes reconstruida a partir de las muestras digitalizadas.

Como puede observarse en la tabla 1, los codecs difierenen la razón de bit producida. Esta reducción en elconsumo de ancho de banda es al costo del deterioro dela calidad de la voz, expresada en este caso por el factorde degradación cuyo valor es un indicador de la severidaddel deterioro. Subsiguientes aumentos en la eficienciade la transmisión pueden lograrse utilizando técnicas desupresión de silencio. [19]

Tabla 1Características de los codecs

Codec ReferenciaRazón(kb/s)

Factor dedegradación

MIC G.711 64 0

CS-ACELP G.729 8 10

VSELP GSM 5,6 23

ACELP G.723 5,3 19

Los codecs también pueden introducir demorassignificativas debido al procesamiento de la señal. Ademásde la demora de codificación, a la demora de extremo aextremo también contribuyen la demora de empaque-tamiento, la demora de red, la demora en el buffer dereproducción y la demora de decodificación. Cuando lademora total es mayor que cierto valor (aproximadamente300 ms) se hace difícil mantener una comunicación fluidaentre los interlocutores. Adicionalmente la combinación dela demora y el eco produce un efecto indeseable en lacomunicación. [13] El jitter, mayormente debido aoscilaciones en la longitud de la cola de los enrutadores,causa la llegada de paquetes fuera del tiempo, los cualesson descartados en el extremo de la comunicación. Elreceptor introduce un margen de tiempo para absorber lavariación de los retardos colocando los paquetes en un bufferhasta ser reproducidos. El tamaño requerido para este bufferde reproducción dependerá de la magnitud de las variacionesde los retardos y de la demora media de extremo a extremo.

Debido a la dinámica variación de la demora de red esdifícil establecer a priori un tamaño máximo para el buffer dereproducción. Incluso para una misma comunicación de vozlas demoras pueden variar significativamente. Para resolvereste problema se han desarrollado varios algoritmos paraestablecer la máxima demora introducidas por el buffer dereproducción de forma adaptativa. [20,21] Estas técnicaspermiten reducir significativamente la razón de pérdida depaquetes.



La pérdida de paquetes en ráfagas, principalmenteocasionada por la congestión de red, afecta severamentela calidad de la señal de voz. Según estudio [22] lalocalización de la ráfaga de pérdidas dentro de lacomunicación de voz hace que esta sea percibida de formadiferente. Una ráfaga de pérdidas al final de la conversacióntiene un efecto más perjudicial que si ocurriera al principiode la misma. Este efecto es conocido como efectocercano.

La pérdida de paquetes, ya sea por congestión u otrosproblemas de red o por el arribo tardío de los mismos, puedeser mitigada adicionando redundancia. Por ejemplo,mediante el uso de las técnicas FEC (forward error correction)un paquete perdido puede ser recuperado por las copiasacareadas por paquetes subsiguientes. [20]

Las pérdidas a ráfaga ocasionadas por la congestión dered reducen la eficiencia de estas técnicas. Un métodosimple para minimizar el efecto de la pérdida de paqueteses el uso de PLC (packet loss concealment). [23] Estemecanismo consiste en remplazar los paquetes perdidosinfiriendo los datos de la información aportada por lospaquetes que arribaron previamente. De la misma forma queocurre con las técnicas FEC, los beneficios de las técnicasPLC se desvanecen cuando los paquetes se pierden enráfaga. La combinación de un buffer de reproducciónadaptativo con mecanismos PLC puede brindar una mejorasignificativa en la calidad de la señal audible. [20]

b) Evaluación de la calidad de servicio El registro medio de opinión MOS (mean opinion score)[24]

ha sido tradicionalmente usado para medir la percepciónsubjetiva de una comunicación de voz. El MOS establece unaescala de 1-5, donde el mayor valor equivale a la mejor calidad.Dado que el MOS es un registro subjetivo, difícil de llevar acabo, en algunas situaciones prácticas se emplean pruebasobjetivas como por ejemplo PESQ [25] y PSQM. [26]

La recomendación G.107 de la UIT describe un modelocomputacional, conocido como el modelo-E, que incorpora losfactores de degradación presentes en los modernos sistemasde transmisión de datos. El resultado del modelo es un valorescalar de determinación de índice de calidad, R, el cual secalcula como:

AIe-effIIRR ds 0

donde:R

0: Representa en principio la relación señal/ruido básica.

Is: Combinación de todas las degradaciones que aparecen

de forma más o menos simultánea con la señal vocal.Id: Representa las degradaciones producidas por el retardo.El factor de degradación efectiva del equipo Ie-eff

representa las degradaciones producidas por codecs develocidad binaria baja incluyendo también la degradacióndebida a pérdidas de paquetes de distribución aleatoria, y elfactor de mejora A permite compensar los factores dedegradación cuando existen otras ventajas de acceso parael usuario.

El índice arrojado por el modelo-E puede ser fácilmenteasociado al registro MOS. En la tabla 2 se muestra la relaciónentre ambos índices.

En un estudio publicado en ETSI TR 101[27] se utiliza unmodelo markoviano para incorporar el efecto de la pérdidade paquetes en ráfaga y el efecto cercano a las primerasversiones del modelo-E (las versiones actuales incluyen lapérdida de paquetes en ráfaga).

En el citado trabajo se utiliza un modelo de Gilbert-Elliottpara capturar la naturaleza abrupta en que se manifiesta lapérdida de paquetes. Un período de tiempo con alta razónde pérdida es denominado ráfaga y al período de tiempoentre ráfagas se le denomina calma. El valor de la razón depérdida que delimita la ráfaga de la calma es 6,25 %. Essabido que la transmisión de calma a ráfaga, y viceversa,no tiene un efecto inmediato en la calidad de la vozpercibida [22] como se ilustra en la figura 1. Este elementoes tomado en cuenta para calcular el factor de degradaciónefectiva del equipo. [27]

Recientemente el RFC 3611 [28] incorporó un bloque dereporte de mediciones de VoIP al protocolo de control deRTP (RTCP) que incluye las consideraciones de ITU-T[13]y ETSI-TR. [27] Estas mediciones están destinadas amonitorear las comunicaciones de voz sobre IP. En elpresente trabajo se utiliza el procedimiento que aparece enT. Friedman [28] para evaluar el impacto de AQM en lacalidad de servicio de las aplicaciones de VoIP.

Tabla 2Equivalencia entre valores R y MOS

Satisfacción del usuarioFactor R(límite inf.)

MOS(límite inf.)

Muy satisfechos 90 4,34

Satisfecho 80 4,03

Algunos usuarios insatisfechos 70 3,60

Muchos usuarios insatisfechos 60 3,10

Casi todos los usuariosinsatisfechos

50 2,58

tiempo

calid

ad

perc

ibid

a

tiempo

pérd

idas

Fig. 1. Efecto de la razón de pérdida en la calidad de vozpercibida.



MÉTODO EXPERIMENTALPara medir el efecto del manejo activo de colas en la calidad

de servicio de las aplicaciones de voz sobre IP se realizó unextenso conjunto de simulaciones utilizando el networksimulator versión 2 (NS2). La topología de red usada estácompuesta por un enlace saturado por una mezcla de flujosde larga y corta duración atravesando el enlace en ambossentidos.

La figura 2 muestra la estructura topológica y las principalesfuentes de tráfico usadas. Los tiempos de ida y retorno paralas conexiones TCP varían en el rango de 20 a 400 ms y eltamaño de los segmentos se ajustó a 1000 bytes. También sesimula tráfico no sensible al control de congestión introduciendosesiones UDP.

El mecanismo de control de congestión en estudio fueactivado en los enrutadores con una capacidad máxima en lacola para ciento veinte paquetes. Los parámetros de controldel algoritmo AQM se establecieron siguiendo la guía queaparece en S. Floyd [11]. El tamaño de cola deseado se fijóen veinte paquetes. Esto equivale a una demora promedio enla cola de 40 ms, considerando un tamaño medio de lospaquetes de 500 bytes.

Las comunicaciones de voz fueron simuladas utilizandotráfico de razón de bit constante (CBR). Para esto seestablecieron sesiones UDP con carga útil de 92 bytes porpaquete, ochenta correspondientes a las muestras de audioy doce a la cabecera RTP. Los paquetes fueron enviadoscon una periodicidad de 10 ms para simular un codificadorG.711. No se usaron técnicas de supresión de silencio. Laduración de las comunicaciones de voz se acotó a tresminutos y estas fueron iniciadas secuencialmenteintercalando períodos de diez segundos entre ellas. Lastrazas de los paquetes recibidos en el extremo de lacomunicación fueron almacenadas en un fichero de datos.

Para evaluar la calidad de servicio resultante se procesóel fichero de trazas possimulación. Para asemejar elcomportamiento de un receptor real se introdujo un seudo-buffer de reproducción adaptativo, programando lareproducción de los paquetes en un tiempo equivalente a lademora media de extremo a extremo más cuatro veces ladesviación estándar de la demora.

Los paquetes que arribaron tardíamente son consideradoscomo perdidos en el cálculo del factor de degradación efectivodel equipo. Debido a la localización aleatoria de las ráfagasde pérdidas paquetes dentro de la comunicación de voz nose tuvo en cuenta el efecto cercano. Para el cálculo delfactor de degradación por retardo se asumió una perfectacancelación de eco. Las mediciones reportadas siguen lametodología propuesta por T. Friedman. [28]

IMPACTO DE AQM EN VoIPa) Botando paquetes

Dado que descartar los paquetes es la forma tradicionalde señalizar la presencia de congestión a las fuentes detráfico, primero se analizará este caso. La tabla 3 recoge lasmediciones reportadas por dos llamadas no superpuestasen el escenario de la figura 2 utilizando una cola DT.

Las llamadas de prueba se mezclaron con cincuentaconexiones TCP de larga duración, así como con tráficogenerado por conexiones de corta duración. Las medicionesreportadas en la tabla 3 siguen las definiciones empleadasen Friedman, [28] excepto para la demora m2e, la cual esla demora media en un solo sentido percibida por los usuarios.

Los resultados muestran un comportamiento similar enambas llamadas. El registro medio de opinión de calidadconversacional indica la insatisfacción de prácticamente latotalidad de los usuarios. La pérdida de paquetes en ráfagas yla demora tienen un peso similar en el deterioro de la calidadde la voz. El mayor aporte a la demora la hacen el retardosufrido por los paquetes en la cola y la demora en el buffer dereproducción. La alta carga de tráfico provoca oscilaciones enla cola próximas a la zona de desborde; causando pérdida depaquetes en ráfaga, retardos y variación de los retardos.

La figura 3 muestra la demora de red sufrida por los paquetesde una de las comunicaciones de voz. Puede observarse quela demora es muy variable, lo que implica una gran cantidadde espacio en el buffer de reproducción para absorber el jitter.Por otra parte, la alta ocupación de la cola resulta en unaplena utilización del enlace.

Una reducción de la demora en la cola y sus variacionesmanteniendo o reduciendo la razón de pérdida de paquetesdebe producir un incremento significativo de la calidad de lavoz. En el resto de esta sección se analiza el impacto delmanejo activo de cola en la calidad de servicio de lasaplicaciones de VoIP. Primero se analizará la operación deAQM en el modo de bytes teniendo en cuenta que estapudiera ser favorable para los paquetes de voz. El análisisde la operación en modo de paquetes se verá posteriormenteen esta sección.

r1 r2 2 Mbps

5 ms

10 Mbps, 2 ms

10 Mbps demora variable

tráfico de corta duración

tráfico de larga duración terminal de VoIP

tráfico no sensible

Fig. 2. Topología de red.



Manteniendo la configuración de red antes descrita yactivando ARED en los enrutadores de la figura 2 se puedeobservar una significativa disminución del retardo. Comose ilustra en la figura 4, el mecanismo AQM estabiliza lalongitud media de la cola en un valor próximo al deseado(40 ms). La demora de red promedio es de 58,20 ms conuna desviación estándar de 35,65 ms. Debe notarse que lademora que sufren los paquetes que no tienen que esperaren la cola es de 9,67 ms por lo que la demora promedio en lacola es de 48,53 ms.

Si la reducción del retardo por la acción del mecanismoAQM es algo esperado, la dramática disminución de la razónde pérdidas es un resultado sorprendente (ver tabla 3). Estareducción es causada por el incremento del período de tiempoentre ráfagas y la disminución de su densidad. Esto significaque ARED es capaz de estabilizar el tamaño de la colaalrededor del valor deseado sin imponer una razón de pérdidasagresiva. La reducción de los factores de degradación elevael valor del índice R, dando lugar a un registro medio deopinión para la calidad conversacional por encima de 4,20puntos. Esto representa una satisfacción de los usuariossimilar a la del sistema telefónico tradicional.

El precio pagado por el aumento de la calidad de serviciopara las aplicaciones de VoIP es la disminución de la utilizacióndel enlace, el cual es ahora de un 95 %. En una situaciónpráctica este efecto puede ser mitigado ajustando el valor decola deseado de forma razonable, en virtud de la relación decompromiso que existe entre la utilización y la demora.

Subsiguientes simulaciones revelan que ARED exhibeexcelentes resultados en diferentes condiciones de carga. Lafigura 5 muestra los valores de MOS obtenidos cuando elnúmero de flujos TCP de larga duración varía de 10 a 100.En todos los casos, el índice está por encima de los 4,03puntos (límite inferior para alcanzar una adecuada satisfacciónde los usuarios).

Puede notarse además la diferencia en relación con lacola DT, en cuyo caso la calidad decrece progresivamentecon el aumento de la carga.

Cuando el número de flujos TCP está por debajo de 10, elregistro medio de opinión para calidad conversacional logradopor ARED coincide con los resultados antes expuestos.Experimentos de adiciones disminuyendo el tráfico ofrecidopor debajo de la capacidad del enlace también muestran unaadecuada satisfacción de los usuarios de acuerdo con losregistros obtenidos.

b) Usando ECNSe analiza el impacto del manejo activo de cola en las

aplicaciones de VoIP cuando los paquetes, en vez de serdescartados, son marcados utilizando ECN. En este casouna cuestión importante a tener en cuenta es la forma enque es tratado el tráfico no sensible cuando se produceun evento de marca. La implementación de AREDutilizada descarta los paquetes que no soportan ECN, encontraste con otros algoritmos AQM que los dejan pasarsin real izar ninguna acción sobre estos. Estecomportamiento puede ayudar a evitar que el tráfico nosensible devore la capacidad disponible, pero pudieraimponer una razón de pérdida significativa a los paquetesde voz. Por otra parte, cuando no se toma ninguna acciónsobre los flujos no sensibles se hace más difícil lograr laestabilidad del tamaño de la cola. Ambos aspectos, el tamañode la cola y la razón de pérdida de paquetes, impactanseveramente la calidad de las aplicaciones de voz.

Repitiendo el experimento, ahora con el uso de ECN, seobtienen los resultados mostrados en la figura 6. El registromedio de opinión prácticamente no difiere del obtenido conel régimen de pérdida de paquetes (figura 5).

Tabla 3Mediciones reportadas para las llamadas de prueba

Medición

Llamada No. 1 Llamada No. 2

Cola DT ARED Cola DT ARED

Razón de pérdida (%) 6,26 1,00 6,04 0,91

Razón de descarte (%) 0,00 0,00 0,00 0,00

Densidad de ráfaga (%) 30,95 19,57 31,06 17,62

Densidad de calma (%) 0,71 0,75 0,56 0,69

Duración de ráfaga (ms) 142,33 106,82 143,00 119,47

Duración de calma (ms) 630,81 7 723,91 650,57 8 886,5

Demora m2e (ms) 354,47 205,2 363,25 202,35

Factor R 50,24 85,30 50,05 85,95

MOSCQ

2,59 4,21 2,58 4,23



Ahora la demora de extremo a extremo oscila alrededorde los 190 ms (unos 14 ms por debajo de la antesobtenida tabla 3). Mientras la razón de pérdida de paquetespermanece casi idéntica a la anterior. Esto quiere decir queel mecanismo AQM marca los paquetes acertadamente paracontrolar la razón de emisión de las fuentes TCP. Lautilización del enlace es del 96 %, la cual es ligeramentesuperior a la observada cuando los paquetes eran descartados.

c) Simulaciones complementariasLas simulaciones anteriores se realizaron operando el

mecanismo AQM en modo de bytes. Repitiendo elexperimento inicial para una llamada, pero ahora operandoen modo de paquetes se obtienen los resultados que semuestran en la tabla 4. Usando ARED en este modo seobserva un ligero decrecimiento de la demora de extremo aextremo, manteniéndose prácticamente la misma razón depérdida de paquetes. La utilización del enlace permaneceen el 95 %.

El último experimento fue conducido mezclando treintaflujos TCP con tráfico no sensible. La carga de tráfico ofrecidapor este último se fijó en ¼ de la capacidad del enlacecongestionado. Para el caso de una cola DT se encontróuna exagerada razón de pérdida de paquetes, lo que diolugar a un MOS de 2,53. Usando ARED se mejoraostensiblemente el registro alcanzado con el esquematradicional de manejo de cola según se aprecia en la tabla 4.El registro medio de opinión obtenido es de 3,95 (valorpróximo al registro que indica la satisfacción de los usuarios),con una utilización del enlace de aproximadamente el 97 %.

CONCLUSIONESSe realizó un extenso conjunto de simulaciones para

evaluar el impacto del manejo activo de colas en la calidadde servicio de VoIP. Los factores de degradación de red fueronvinculados a la percepción subjetiva de los usuarios por medio

Fig. 3. Demora de red (ms) usando DT.

Fig. 4. Demora de red (ms) usando ARED.

Fig. 5. Registro medio de opinión incrementando la carga.

Fig. 6. Registro medio de opinión utilizando ECN.

Tabla 4Otras mediciones reportadas con ARED

MediciónModo depaquetes

Tráfico nosensible

Razón de pérdida (%) 1,02 1,78

Razón de descarte (%) 0,00 0,00

Densidad de ráfaga (%) 19,54 19,14

Densidad de calma (%) 0,71 0,84

Duración de ráfaga (ms) 116,15 138,81

Duración de calma (ms) 6554,81 2510,29

Demora m2e (ms) 197,35 231,72

Factor R 85,83 78,05

MOSCQ

4,22 3,95



de modelos algorítmicos bien conocidos. El estudio se centróen uno de los algoritmos AQM más representativos (ARED).Los principales resultados obtenidos son:

• ARED operando en modo de bytes provee un excelentetratamiento a los paquetes de voz, incluso en condicionesde alta carga de tráfico. Ofreciendo una percepción de lacalidad de voz similar a la del sistema telefónico tradicional.

• Cuando se usa ECN los resultados son similares a losobtenidos trabajando en el régimen de pérdida.

• No hay variación significativa en la calidad de serviciocuando el algoritmo opera el modo de paquetes.

Se puede concluir, basados en las simulaciones realizadas,que el uso de mecanismos para el manejo activo de colas,como ARED, significativamente mejoran la calidad de serviciode las l lamadas de voz que atrav iesan enlacescongestionados. Sin embargo, resulta difícil atrapar en unmodelo de simulación la diversidad de escenarios presentesen la red global, por lo que se requiere continuar lainvestigación en este campo mediante la experimentaciónen escenarios reales.

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AbstractThis paper presents a comprehensive study about the impact of active queue management (AQM) onVoice over Internet Protocol (VoIP) quality of service. One of the most representative AQM scheme isanalyzed through extensive simulation and its effect on the perceived quality of voice calls is evaluated.Different network scenarios, changing network loads and different scheme control parameters areinvestigated. Network impairments are related to user perception by means of well known algorithmicmodels, expressing user satisfaction in the MOS scale. The main results obtained show that the useof active queue management schemes like adaptive random early detection (ARED) significantlyimprove the perceived quality of voice calls

Key words: queving analysis, Internet, protocols

Evaluation of the Quality of Service of Voice Over Internet Protocol(VoIP) Using Active Queue Management (AQM)

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28. FRIEDMAN, T.; CACERES, R. and CLARK, A. "RTP Con-trol Protocol Extended Reports (RTCP XR)", RFC 3611,November, 2003.

AUTORESVitalio Alfonso RegueraIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Doctor enCiencias Técnicas, Profesor Auxiliar, Departamento deElectrónica y Telecomunicaciones, Facultad de IngenieríaEléctrica, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas(UCLV), Santa Clara, Cuba

Félix F. Álvarez PalizaIngeniero Electricista, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorTitular, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones,Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Central MartaAbreu de Las Villas (UCLV), Santa Clara, Cuba

Pedro Arco RíosIngeniero Electricista, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorTitular, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones,Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Central MartaAbreu de Las Villas (UCLV), Santa Clara, Cuba

Carlos A. Rodríguez LópezIngeniero en Electrónica, Máster en Telecomunicaciones,Profesor Auxiliar, Departamento de Electrónica yTelecomunicaciones, Facultad de Ingeniería Eléctrica,Universidad Central Marta Abreu de Las Villas (UCLV), SantaClara, Cuba

I Congreso Internacional de Ingeniería Química, Biotecnológica y Alimentaria (CIIQBA 2010) Fecha de realización: Del 29 de noviembre al 3 de diciembre del 2010 Objetivo: Este Congreso se propone el intercambio entre especialistas cubanos y extranjeros en relación con el desarrollo de los procesos químicos, biotecnológicos y alimentarios que permitan establecer acciones a favor de un futuro sustentable. En el evento se abordarán temas relacionados con las siguientes temáticas

• Ingeniería de las reacciones químicas.

• Producción de biocombustibles.

• Tecnología enzimática. • Separación y purificación de biomoléculas. • Biotecnología ambiental. • Biotecnología de alimentos. • Fermentaciones en las industrias biotecnológica y

alimentaria. • Biotecnología minera. • Tecnologías de conservación y procesamiento de

alimentos. • La Nanotecnología y sus aplicaciones en la industria. • Alimentación y nutrición. • Evaluación de propiedades físicas y químicas. • Computación aplicada a la Ingeniería Química.. • Modelación matemática, optimización y simulación de

procesos. • Procesamiento de datos, análisis estadístico y diseño

experimental. • Inteligencia artificial en la Ingeniería Química. • Síntesis e integración de procesos. • El Análisis de Procesos en la problemática Medio

Ambiental. • Química de los coloides. • Aseguramiento de la calidad en los procesos químicos,

biotecnológicos y alimentarios. • Inteligencia artificial en la Ingeniería Química. • Corrosión e ingeniería de los materiales. • Gestión de riesgos tecnológicos. Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control. (HACCP).

Dirección contacto por correo: [email protected].

Recibido: octubre 2009 Aprobado: diciembre 2009Publicado: Hidráulica y Ambiental, Vol. XVII, No.1, 2006*

Revista Cubana de Ingeniería, 1(2), 29 -37, 2010

Estudio de consumo de aguaen comunidades rurales


ResumenSe realizó un estudio en dos grupos de poblaciones de diferente magnitud: uno en cinco pobladosrurales, en la provincia de Sancti Spíritus y el otro en tres caseríos de difícil acceso, ubicados en laSierra Maestra, en la provincia Granma. Según la información disponible, el muestreo de estascomunidades es el único estudio a nivel nacional realizado hasta el momento, para la determinaciónde los consumos de agua en poblaciones rurales. Del análisis realizado, se obtuvieron valores prome-dio de consumo per cápita, tanto para comunidades agrupadas como para caseríos dispersos, valo-res que varían en función del tipo y facilidades del sistema a instalar y de las condiciones de vida delos consumidores, por lo que no se recomienda un valor único. Se realizan recomendaciones de losrangos de dotación y regímenes de suministro a adoptar para poblados rurales agrupados con más dedoscientos habitantes y para caseríos o casas dispersas, implicando un ahorro del agua abastecidasegún las dotaciones y formas de abastecimiento actuales.

Palabras clave: abastecimiento de agua, dotación, consumo de agua

Marlene Fornaguera VázquezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNCon el objetivo de conocer los patrones de consumo de

agua dentro de las viviendas en poblaciones rurales, sudistribución y la variación de la demanda en los días de lasemana, la autora realizó un estudio, [1-3] en dos grupos depoblaciones de diferente magnitud: uno en cinco pobladosrurales (de entre 200 y 750 habitantes), en la provincia deSancti Spíritus y el otro en tres caseríos de difícil acceso,ubicados en la Sierra Maestra, en la provincia Granma.

En esta investigación, [2] se tomaron datos de interéssobre las comunidades en cuestión y las vías de acceso alagua y al saneamiento, a partir de planillas y cuestionariosaplicados a especialistas de la temática en ambas provinciasy a pobladores de los asentamientos, con los que serealizaron mediciones de consumo utilizando recipientes,cuyos volúmenes fueron previamente determinados (métodovolumétrico).

Según la información disponible, el muestreo de estascomunidades es el único estudio a nivel nacional realizadohasta el momento, para la determinación de los consumosde agua en poblaciones rurales.

ESTUDIO DE CONSUMO EN POBLACIONESRURALES AGRUPADAS (CON MÁS DEDOSCIENTOS HABITANTES)Características de las comunidades estudiadas

A partir de un análisis con especialistas de la Delegación deRecursos Hidráulicos en la provincia de Sancti Spíritus [2] seescogieron cinco comunidades rurales con poblacionesmayores de doscientos habitantes, que contaran con sistemade abasto de agua y con características generales queestablecieran diferencias (tabla 1), destacandose que todascuentan con sistemas de abasto domiciliarios, diseñados parauna dotación de 100 Lppd.



Estudio de consumo de agua en comunidades rurales


Tabla 1Comunidades estudiadas

Comunidad

No. 1 2 3 4 5

Nombre La TrincheraEntronque de

Guasimal Frank País La Chispa La Pedrera

Municipio Sancti Spíritus Sancti Spíritus Sancti Spíritus Trinidad Trinidad

Población 560 601 200 323 745

Cantidad de casas 165 230 69 125 217

Tipologíapredominante enlas viviendas

Paredes BloquesBloque ymadera

Bloque ymadera

Bloque ymadera

Bloque ymadera

Techo Tejas y placa Madera Madera Tejas y placa Tejas y placa

Piso Cemento Cemento Cemento Cemento Cemento

Vinculación económica Agricultura

Industrialeslocales,fuentes detrabajo en laciudad

Agricultura,fuentes detrabajo en laciudad

AgriculturaAgricultura,Industriaslocales

Infraestructura yservicios

Electricidad Sí Sí Sí Sí Sí

Abasto de agua Sí Sí Sí Sí Sí

Escuelas PrimariaPrimaria ysecundaria

Primaria PrimariaPrimaria ysecundaria

Calles asfaltadas No No No No No

Alcantarillado No No No No No

Transporte interno No No No No No

Servicios médicos Sí Sí Sí Sí Sí

Abasto de agua

Fuente Subterránea Subterránea SubterráneaSubterránea(manantial)

Subterránea(subyacente y

manantial)

Captación

Bombasumergiblecon motoreléctrico

Bombasumergible conmotor eléctrico

Bombasumergible

Bombahorizontal

Bombahorizontal ygravedad

Tratamiento No tiene Hipoclorito No tiene No tiene No tiene

Tipo de abasto Domiciliario Domiciliario Domiciliario Domiciliario Domiciliario

Saneamiento

TipoLetrina

sanitaria yexcusado

Letrinasanitaria yexcusado


Letrinasanitaria y

fosa séptica


Sanitariamenteseguro

No No No No No



Obtención y procesamiento de datos

En cada una de las comunidades se tomó como mues-tra una cantidad de casas mayor del 10 % del total, la se-lección se realizó logrando una representatividad de todaslas zonas de las comunidades. De la cantidad de casasmuestreadas, se escogieron aquellas que ofrecieron datosconfiables, lo cual se muestra en la tabla 2.

La encuesta de consumo realizada en cada casa visita-da se basó en una planilla a llenar por los pobladores, soli-citándoles además que expresaran sus observaciones so-bre el funcionamiento del sistema de abasto de agua, cadaplanilla estuvo acompañada de una guía explicativa parasu llenado.

Los valores obtenidos en cada una de las casas conencuestas válidas, se procesaron, obteniéndose de esa ma-nera los valores de consumo promedio per cápita diario porcasa (tabla 3).

Análisis del consumo promedio per cápita diario

En la tabla 3, se muestran los consumos promedio percápita obtenidos para cada comunidad, con un promedio de

88,56 Lppd para la muestra en su conjunto. Los consumosper cápita de las comunidades 1 y 3 son mayores en un20 % que los de las comunidades 2 y 5, lo cual se debea que en los poblados 1 y 3 existe una mejor tipología yconfort de las viviendas, mejores fuentes de empleo,mayor cantidad de tomas de agua intradomiciliarias y dedepósitos para almacenar el agua y un sistema de abastocon mejores condiciones.

Lo anterior demuestra que la dotación a considerar parael abasto de agua a poblaciones rurales menores, estáen función del tipo y facilidades del sistema a instalar yde las condiciones de vida de los consumidores, por loque no se recomienda un valor único, sino un rango quevaría entre 70 y 100 Lppd.

En todas las comunidades analizadas el consumopromedio per cápita es menor que la dotación con la quefueron diseñados los sistemas (100 Lppd), sin embargo,existen días con picos de consumo superiores a ese valor(tabla 4 y figura 1).

Tabla 2Casas muestreadas por comunidad

Comunidad Cantidad total de casas

Casas muestreadas Muestras confiables

Cantidad Total (%) Cantidad Total (%)

1 165 20 12,1 18 10,9

2 230 26 11,3 23 10,0

3 139 10 14,5 8 11,6

4 197 14 11,2 13 10,4

5 162 24 11,1 22 10,2

Tabla 3Resumen de los consumos promedio per cápita

ComunidadConsumo promedio percápita (Lppd)*

1 97,3

2 79,8

3 94,2

4 90,2

5 81,3

Promedio de la muestra 88,56

En la tabla 4 y la figura 1 se observan variaciones notablesde consumo entre los días de la semana, siendo los sábadosy domingos los de mayor consumo: alrededor de un 16 %más que el resto de los días de la semana, lo cual se debea que la familia está reunida durante todo el día en la vivienda,realizándose la mayoría de los quehaceres domésticos.

Los sábados se consume menos agua en las comunidades2 y 3 por ser días laborables en las cooperativas dondetrabajan casi todos los habitantes de las mismas. Mientrasque en las comunidades 1, 4 y 5 los trabajadores laborancinco días, descansando el fin de semana, que es cuandose reportan los mayores índices de consumo de agua.

Por ello, al definir la cantidad de agua a suministrar a estosgrupos poblacionales, debe tenerse en consideración quelos días laborables los consumos de agua estarán por debajode los valores de dotación preestablecidos, por lo que esosdías se recomienda reducir el suministro en una cantidad de* Litros por persona diarios.



agua proporcional a esa demanda (16 %), lo cual constituiráun uso más eficiente del recurso, al ahorrar volúmenesestimados en 42 500 000 de m3/año y un ahorro de energíaen aquellas comunidades donde se utilice el bombeo confuentes energéticas no renovables, al adaptar la operaciónde los sistemas de bombeo a la demanda, que se estima enunos 5 500 000 pesos/año.

Perfil de distribución del consumo

De las encuestas también se obtuvieron los datos sobrela distribución del consumo dentro de la vivienda. Lospromedios generales y para cada comunidad por cadaconcepto se muestran en la tabla 5 y están representadosen la figura 2.

Es de destacar que solo un 14 % del consumo total en lavivienda se destina a beber y cocinar, que son los usos querequieren de agua potable, el resto (86 %) se utiliza enactividades que no necesitan de agua tratada, lo cual debeser considerado al decidir la dotación a abastecer, pudiéndosebrindar soluciones de abasto de agua potable con dotacionesmenores y sistemas complementarios que completen lacantidad necesaria de agua sin tratamiento.

Si se tratara solamente el 14 % del agua abastecida alsector rural, se ahorraría anualmente alrededor de 0,29millones de USD en la compra de productos químicos.

Por otra parte teniendo en cuenta que la captación de aguaen las comunidades estudiadas (y en la mayoría de lasbeneficiadas hasta el momento por el PRC) se realizamediante fuentes energéticas no renovables, se justifica unavez más la recomendación de utilizar fuentes alternativascomo la pluvial, salobre u otra, para el agua que no ha de sertratada, disminuyendo así el volumen de agua a bombearutilizando energía no renovable y la cantidad de productosquímicos necesarios.

Los perfiles de consumo obtenidos en la figura 2 secompararon con un estudio realizado por especialistasnorteamericanos de la Oficina Estatal de Ingenieros de NuevoMéxico, donde se hace referencia a la distribución delconsumo típico de agua en viviendas de zonas urbanas, [3]mostrado en la figura 3.

La comparación demuestra que los perfiles de consumovarían grandemente en las zonas rurales con respecto a lasurbanas, debido a las diferencias en condiciones de vida ycostumbres de los pobladores de cada área, así como altipo de sistema de abasto que tenga la vivienda.

Tabla 4Consumo promedio per cápita por día de la semana

Comunidad Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

1 98,4 86,5 93,89 99,3 90,2 114,7 98,2

2 69,5 75,6 77,8 65,7 83,0 84,2 102,8

3 92,9 86,8 91,7 78,6 94,4 97,9 116,9

4 84,6 90,2 84,0 84,6 81,4 109,3 97,5

5 77,4 81,4 76,7 77,3 74,4 96,4 85,2

Promedio 84,6 84,1 84,8 81,1 84,7 100,5 100,1

50

60

70

80

90

100

110

120

Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

Comunidad 1

Comunidad 2

Comunidad 3

Comunidad 4

Comunidad 5

Fig. 1. Comsumos per cápita diarios (Lppd) en las comunidades estudiadas.

(Lpp

d)



Esta diferencia debe ser considerada al concebir lassoluciones de abasto de agua a zonas periurbanas, dondelos hábitos y condiciones de vida se pueden asemejar mása las urbanas que a las rurales.

La descarga sanitaria que en las viviendas urbanas es la demayor consumo de agua, no sobrepasa el 17 % del aguaconsumida en ninguna de las comunidades estudiadas, debidoal uso de dispositivos sanitarios que no utilizan agua en sufuncionamiento, como las letrinas sanitarias y los excusados.

El agua usada para beber y cocinar es casi el doble enel sector rural, ya que todas las comidas son elaboradasen la vivienda. En otros usos dados al agua, en lascomunidades estudiadas, predomina el regado del suelo dela vivienda, cuando este es de tierra.

Todo lo anterior confirma la importancia de tener en cuentael tipo de comunidad y los hábitos y costumbres de lospobladores, al definir la dotación a abastecer.

Tabla 5Distribución del consumo en la vivienda

Concepto

Consumo total (%)

Comunidad1

Comunidad2

Comunidad3

Comunidad4

Comunidad5

Promedio

Tomar 4,3 8,6 7,8 6,2 5,3 6,4

Cocinar 6,6 8,7 7,1 6,5 9,3 7,6

Fregar 11,5 7,1 7,6 10,4 9,9 9,3

Baño 18,5 16,9 16,4 16,6 20,1 17,7

Limpieza 17,0 17,4 24,1 13,2 14,3 17,2

Lavado de ropa 10,7 22,9 12,2 18,7 19,5 16,8

Descarga sanitaria 16,9 10,1 10,4 16,6 13,4 13,5

Riego del jardín 3,1 4,5 6,6 2,9 1,9 3,8

Otros 11,4 3,8 7,8 8,9 6,3 7,7

Total 100 100 100 100 100 100

02468

101214161820

Tom

ar

Coci

nar

Freg

ar

Baño

Lim

piar

Lava

do d

ero

pa

Des

carg

asa

nita

ria

Rieg

o de

lja

rdín

Otro

s

Usos del Agua

Fig. 2. Perfil de distribución del consumo de agua en las comunidades estudiadas.

(%) c

onsu

mo



5%

30%

20%

45%

Beber y cocinar

Baño

Limpieza, lavadoy fregado

Descargasanitaria

Fig. 3. Perfil de consumo en una vivienda urbana [4].

Tabla 6Características generales de los lotes o caseríos estudiados

Lote o caserío El Tres El Cuatro El Siete

Población 63 49 41

Cantidad de casas 18 13 10

Tipologíapredominante de

la vivienda

Paredes Madera Madera Madera

Techo Guano Guano Guano

Piso Tierra Tierra Tierra

Vinculación económica Agricultura Agricultura Agricultura

Infraestruftura yservicios

Electricidad No No No

Abasto de agua Sí No No

Escuelas Primaria No Primaria

Calles asfaltadas No No No

Alcantarillado No No No

Transporte interno No No No

Servicios médicos Sí No No

Fuente cercana SubterráneaSubterránea(manantial)

Subterránea(manantial)

Abasto de agua

Tratamiento No tiene No tiene No tiene

Captación Bomba horizontal No tiene No tiene

Tipo de abasto Pileta pública No tiene No tiene

SaneamientoTipo

Letrina simple oexcusado

No tiene No tiene

Sanitariamente seguro No - -

ESTUDIO DE CONSUMO EN CASERÍOSCaracterísticas de los caseríos estudiados

Para esta investigación, [1,3] se escogieron tres lotes ocaseríos de la comunidad serrana Los Números: el Tres, elCuatro y el Siete, del municipio Guisa, provincia Granma,con condiciones de vida bastante precarias y muy difícilacceso. Sus características generales se muestran en latabla 6; es de destacar que de ellos solo uno, el Tres, tienesistema de abastecimiento de agua, a través de piletaspúblicas, en los otros dos los pobladores se abastecen através del acarreo personal, de manantiales a distancias deentre 600 y 800 m de los caseríos y con desniveles dealrededor de 20 m. significativa.



Obtención y procesamiento de datos

La muestras tomadas estuvieron entre el 45 y el 70 %del total de viviendas de cada caserío y todas resultaronconfiables, como se muestra en la tabla 7.

Las encuestas realizadas en las casas visitadas sebasaron en un cuestionario a llenar por los pobladores, [5] apartir del cual se obtuvo las cantidades de agua obtenidadiariamente, en el Tres a través del sistema de piletaspúblicas, aunque este funciona con ciertas irregularidadesen el suministro, y en el Cuatro y el Siete a través del acarreomanual generalmente dos veces al día, desde manantialesde difícil acceso. Los valores de consumo diarios de todaslas viviendas en cada comunidad fueron procesados,determinándose los valores de consumo promedio per cápitadiarios.

Análisis del consumo promedio per cápita diario

Los valores de consumos promedios per cápita obtenidospara cada comunidad y el promedio de la muestraseleccionada, se muestran en la tabla 8, siendo el Tres elcaserío de mayor consumo promedio, lo cual se debe aque es el único con sistema de abasto de agua, ademáseste es el lote cabecera de la comunidad Los Números ysus condiciones son mejores que las del resto de loscaseríos.

El valor de consumo promedio de la muestra es 44,9 Lppd,mucho menor que la dotación de 100 Lppd, propuesta en lasindicaciones de proyecto del Instituto Nacional de RecursosHidráulicos (INRH) para comunidades rurales. El rango dedotación que se propone para estos caseríos dispersoses de 40 a 60 Lppd.

También en este análisis se puede apreciar la variación delos consumos en los días de la semana (tabla 9 y figura 4),siendo igualmente los sábados y domingos los días de mayorconsumo (16 % por encima del resto de los días de lasemana) por estar la familia en la casa.

Tabla 7Cantidad de casas muestreadas

LoteCantidad total

de casas

Casas muestreadas

CantidadTotal(%)

El Tres 18 8 44,4

El Cuatro 13 7 54

El Siete 10 7 70

Tabla 8Resumen de los consumos promedio per cápita

LoteConsumo promedio per cápita

(Lppd)

El Tres 49,2

El Cuatro 41,7

El Siete 43,9

Promedio de lamuestra

44,9

O sea, que también en este tipo de comunidades, los díaslaborables se debe suministrar una cantidad menor de agua,proporcional a la demanda existente esos días, lo cualcontribuiría a un manejo eficiente del recurso, ahorrandocantidades de agua que se utilizarían en otros fines y quecontribuirían al mejoramiento del entorno.

Tabla 9Consumo promedio per cápita por día de la semana

Comunidad Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

El Tres 47,2 45,7 46,5 43,9 47,2 54,0 59,8

El Cuatro 41,3 41,1 40,1 37,7 39,5 44,1 48,2

El Siete 43,7 39,9 44,4 41,6 39,4 45,9 52,5

Promedio 44,1 42,2 43,7 41,1 42,1 48,0 53,5



Perfil de distribución del consumo

En este estudio no se determinó la distribución cuantitativade los consumos en las viviendas, pero sí se solicitó lainformación sobre los usos dados al agua captada,predominando los siguientes: beber, cocinar, fregar y regarel piso de tierra. El resto de las actividades domésticas queutilizan agua, como lavar o bañarse, las realizan directamenteen fuentes de agua relativamente cercanas.

Es muy recomendable concebir sistemas de abasto deagua complementarios en este tipo de caseríos, de maneraque se mejoren las condiciones de vida de los pobladoresacercándoles el agua para su consumo en las cantidadesnecesarias a través de un sistema adecuado, como porejemplo, piletas públicas, o bombas de mano o de sogadonde la fuente sea subterránea, y se creen lascondiciones precisas para que también puedan captaragua para otros usos a través de otras fuentes como lapluvial.

CONCLUSIONES• Se realizó un estudio de consumo de agua, su

distribución y variabilidad en los días de la semana encinco poblados rurales de entre 200 y 750 habitantes yen tres caseríos de entre 40 y 60 pobladores.

• Es el único estudio a nivel nacional realizado hasta elmomento, para la determinación de los consumos de aguaen poblaciones rurales.

• Del análisis realizado en comunidades agrupadas, seobtuvo un valor promedio de consumo per cápita de 88,56Lppd, con variaciones según la tipología de las viviendas,las fuentes de empleo, el tipo y condiciones de las

instalaciones y la cantidad de depósitos para almacenarel agua.

• En el realizado para caseríos, el promedio de consumoper cápita fue de 45 Lppd.

• La dotación a considerar para el abasto de agua apequeñas poblaciones, varía en función del tipo y facilidadesdel sistema a instalar y de las condiciones de vida de losconsumidores, por lo que no se recomienda un valor único.

RECOMENDACIONES• Se recomienda adoptar rangos de dotación entre 70 y

100 Lppd en poblados rurales agrupados con más de 200habitantes y entre 40 y 60 Lppd en caseríos o casasdispersas, lo cual ahorra un 60 % del agua abastecida segúnlas dotaciones actuales, implicando un estimado de unos228 000 000 m3/año (según datos del INRH de aguasuministrada a comunidades rurales en el año 2002).

• Solo un 14 % del agua consumida en las comunidadesagrupadas, se destina a usos que requieren de agua potable,por lo que se deben considerar soluciones de abastocomplementarias, en las que un sistema suministre lacantidad de agua que será consumida directamente por lospobladores (potable), mientras que el resto del aguanecesaria se obtenga de otras fuentes alternativas;recomendación también válida para los caseríos.

• Se recomienda tratar puntualmente solo el aguanecesaria. Si se tratara solamente el 14 % del aguaabastecida, se ahorraría anualmente en la compra deproductos químicos alrededor de 290 000 dolares (USD).

• Teniendo en cuenta que los días laborables losconsumos de agua estarán por debajo de los valores de

30

35

40

45

50

55

60

65

Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

lpp

d

El Tres

El Cuatro

El Siete

Fig. 3. Consumos per cápita diarios (Lppd) en los caseríos estudiados.



dotación preestablecidos, se recomienda reducir elsuministro esos días en una cantidad de agua proporcionala esa demanda, lo que constituirá un uso más eficiente delrecurso hídrico y un ahorro de energía en aquellascomunidades donde se utilice el bombeo con fuentesenergéticas no renovables, al adaptar la operación de lossistemas de bombeo a la demanda.

• Si se redujera el suministro los días entre semana en un16 %, se ahorra un estimado de 42 500 000 m3/año y unos42 500 000 pesos/año en costo de energía en aquellascomunidades donde se utiliza el bombeo con fuentesenergéticas no renovables.

• El perfil de distribución del consumo en la vivienda entrecomunidades rurales y zonas urbanas es muy diferente, locual se debe considerar al adoptar soluciones para zonasperiurbanas, con hábitos y condiciones de vida más cercanasa las urbanas.

• La cantidad de agua ahorrada, al considerar lasdotaciones que realmente se necesitan, contribuye a unmanejo más eficiente de este recurso, pudiendo darle otrosusos como el ecológico, contribuyendo así al mantenimientodel equilibrio en el ecosistema.

REFERENCIAS1. FORNAGUERA, M. "Proyecto para el abasto de agua

y saneamiento de la comunidad serrana, Los Núme-ros". Nota técnica. Revista Ingeniería Hidráulica yAmbiental. Cujae. 2002, vol. XXIII, no. 2, p. 51-56, Ciu-dad de La Habana, Cuba.

2. FORNAGUERA, M. "Sustentabilidad en abasto de aguay saneamiento". Tesis de doctorado. Cujae, p. 67-76,Ciudad de La Habana, Cuba, 2003.

3. GUERRA, H.; CABRERA , A. y MARTÍNEZ, Y. "Pro-yecto de abasto de agua y saneamiento de la comuni-dad serrana Los Números, municipio Guisa, provinciaGranma". Proyecto de curso. Cujae, Ciudad de LaHabana, Cuba, 2000.

4. GRISHAM, A. y FLEMING, W. "Long-Term Options forMunicipal Water Conservation". American Water WorksAssociation Journal. vol. 81, no 3, p. 34-42, 1989.

5. GUERRA, H. "Análisis y propuesta de mejoramientodel programa rural cubano para abasto de agua y sa-neamiento", Tabajo de diploma. Cujae, Ciudad de LaHabana, Cuba, 2001.

AUTORAMarlene Fornaguera VázquezIngeniera Hidráulica, Doctora en Ciencias Técnicas,Profesora Auxiliar, Centro de Investigaciones Hidráulicas(CIH), Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Study of Water Consumption in Rural Communities

AbstractIn order to know the water consumption pattern within the houses in rural communities, as wellas the distribution and demand variation during week days, measurements were taken in twopopulation groups of different size. One group comprises five rural communities in Sancti Spiri-tus Province, while the other in three mountain isolated communities in Sierra Maestra, GranmaProvince. According to available information this is the only study on national level done up tothis day in search for water consumption in these type of communities. By the analysis of thegathered information mean per capita consumption was calculated for both types of communi-ties. The values of this consumption depend on the type and facilities of the existing systemand life conditions of the inhabitants. For this reason a single value is not recommended,instead it is suggested to a per capita consumption range for population above 200 persons forgrouped housing and for dispersed housing, The use of recommended values for water con-sumption means lower values for water supply according to the means of distribution system

Key words: water supply, sanitation, per capita water consumption.

Proyecto USO+I: Universidad, Sociedad e Innovación:Mejora de la pertinencia de la educación

en las ingenierías de Latinoamérica

Información General

Este es un programa de cooperación regional entre la Unión Europeay América Latina en el ámbito de la Enseñanza Superior, donde las activi-dades son ejecutadas por las instituciones participantes: Universidad deAlcalá de Henares (España, Coordinador Administrativo), Universidad deBoräs (Suecia), Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua-León (Nica-ragua, Coordinador Técnico), Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría (Cuba), Universidad Nacional de Córdoba (Argentina), Univer-sidad Ricardo de Palma (Perú), Universidad de San Carlos (Guatemala) yUniversidad La Serena (Chile).

Datos de contacto:Dr. Prof. Ángel Regueiro Gómez.Coordinador Técnico Proyecto USo+I(Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría)Correo-e: [email protected]éfono: (537) 266-3704, (537) 266-3717, (537) 266-3718.http://www.redusoi.org


http://www.redusoi.org

Recibido: octubre 2009 Aprobado: diciembre 2009


Mecanismo operativo modelopara el aprendizaje organizacionalen MPYMES del sector comercial

INGENIERÍA INDUSTRIAL

ResumenEn el trabajo se expone el diseño de un mecanismo operativo modelo de aprendizaje organizacionalpara MPYMES del sector comercial. El modelo es desarrollado en seis fases: fase previa, orientaciónal aprendizaje, compartir el conocimiento tácito, crear conceptos, justificar los conceptos, construirun arquetipo y expandir el conocimiento. El procedimiento de aprendizaje propuesto permite gestionarel conocimiento de la organización para establecer los procedimientos de trabajo de los manuales deprocedimientos de la organización.

Palabras clave: modelo de aprendizaje, MPYMES

Gilberto López OrozcoCorreo electrónico: [email protected] [email protected] Veracruzana, Xalapa, Veracruz, MéxicoMaría Sonia Fleitas TrianaCorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, CubaMaría Dolores Gil MontelongoCorreo electrónico: [email protected] Veracruzana, Xalapa, Veracruz, México

INTRODUCCIÓNLa gestión del conocimiento constituye un conjunto de

metodologías, sistemas y herramientas informáticas queayudan a las empresas, en lo relacionado con losconocimientos que son claves para su actividad, a: Gestionarsu capital intelectual, gestionar sus necesidades actuales yfuturas, así como a prevenir y evitar los riesgos dedescapitalización, gestionar carencias estructurales ycoyunturales, acumular su base de conocimientos en cadaevento de trabajo creativo individual o grupal, promover lacomunicación e intercambio de ideas y experiencia entreempleados y rentabilizar su base de conocimientos. Lagestión del conocimiento es una forma de gestión que seapoya en experiencias pasadas de la empresa y en nuevosvehículos para el intercambio continuo de conocimientos,

es la capacidad de utilizar los recursos de conocimientodisponibles de forma efectiva y en el tiempo adecuado paralograr los objetivos y metas deseadas por la organización.Para competir hay que cosechar el conocimiento del pasadoy construir sobre él para responder al mercado del mañana.Los retos fundamentales que tiene la gestión del conocimientoradican en: divulgar eficazmente el conocimiento generado,preservarlo y reutilizarlo aplicándolo a nuevas situaciones,transmitirlo eficazmente a las generaciones futuras.

Entre las estrategias utilizadas para la gestión delconocimiento se encuentran: Gestión del conocimiento comoestrategia de negocios, transferencia de conocimiento ybuenas prácticas, conocimiento enfocado al cliente,responsabilidad personal por el conocimiento, gestión de losrecursos intelectuales y la de innovación y creación de





Mecanismo operativo modelo para el aprendizaje organizacional en MPYMES del sector comercial


conocimiento. La mayoría de las empresas usan más deuna estrategia.

La transferencia de buenas prácticas es una estrategiaclave en todos los casos. La Learning Organization es unapoderosa metáfora para impulsar el desarrollo de actividadesde gestión del conocimiento. El éxito a corto y largo plazoson funciones de cuán bien se pone el conocimientodisponible en el punto de acción donde se toman lasdecisiones y se desarrolla el trabajo. Para tener valor, elconocimiento requerido -tácito y explícito- debe estardisponible en el punto de acción en forma económica fácil yapropiada para el uso y en tiempo. Entre los enfoquesvinculados a esta se encuentran: La organización queaprende o Learning Organization, las redes y los centros depráctica y comunidades de práctica y lecciones aprendidas.

En el presente trabajo, se analizan diversas teorías de losclásicos en el tema del aprendizaje organizacional, tomandolos modelos de Slater y Narver y Nonaka y Takeuchi con elobjetivo de establecer un mecanismo operativo modelo parael aprendizaje organizacional en MPYMES del sectorcomercial.

DESARROLLOAprendizaje organizacionalEl aprendizaje es una modificación más o menos continua

del comportamiento que no es producto del proceso naturalde maduración, ocurre como resultado del esfuerzo. [1,2]Es un proceso donde se adquieren conocimientos mediantela experiencia. [3]

Es concebido como una capacidad natural del ser humano,la relación con los procesos organizacionales y el poderpotencializador como estrategia, en una estructura quepropicia la generación de conocimiento a favor de laconstrucción de ventajas competitivas, para garantizar eldesarrollo y evolución de las organizaciones. [4]

Al respecto, Guns indica que es adquirir y aplicar losconocimientos, técnicas, valores, creencias y actitudes queincrementan la conservación, el crecimiento y el progresode la organización. [5]

Otros autores se refiren a que aprender en lasorganizaciones significa someterse a la prueba continua dela experiencia, transformándola en un conocimiento accesiblea toda la organización, y pertinente a su propósito central.

Garvin opina que una organización de aprendizaje es unaorganización capaz de crear, adquirir, y transferirconocimiento, y modificar su comportamiento para reflejarnuevos conocimientos y percepciones. [6]

El aprendizaje organizacional es una competencia quetodas las organizaciones deben desarrollar; mientras mejoresson las organizaciones en el aprendizaje, más probable esque sean capaces de detectar y corregir los errores y desaber cuándo son incapaces de hacerlo. Además, mientrasmás eficaces son en el aprendizaje, más probabilidadestienen de ser innovadoras o de saber cuáles son los límitesde su innovación. [7]

Este concepto involucra a los individuos, a los grupos y ala organización en un proceso dinámico que se define a través

de la interacción social; de allí la dificultad para observarlo.Esto se hace posible solo a través de construccionescompartidas multidimensionales, conformadas al menos portres componentes: orientación al aprendizaje, conocimientocompartido y retención y recuperación delconocimiento. [8,9]

Aprender en las organizaciones significa someterse a laprueba continua de la experiencia, y transformar esaexperiencia en un conocimiento que sea accesible a toda laorganización, y pertinente para su propósito central. [10]

La orientación al aprendizaje se refiere a la actitud de losdirectivos para considerar el aprendizaje como factor clave,a fin de que con esta se logre que los miembros de laorganización comprendan su importancia y se involucren ensu consecución. El conocimiento compartido se relacionacon la capacidad organizacional para difundir el conocimientoentre sus miembros e integrarlo para el logro de los objetivoscomunes, se asocia con tres elementos: Una apropiadacomunicación, el trabajo en equipo y una visión compartida.La retención y recuperación del conocimiento se asocia conla memoria organizacional, esto es, con la estructura parael aprendizaje y con empleo de las tecnologías de lainformación, se basa en dos argumentos fundamentales:Varían de acuerdo con la manera en que las buenasdecisiones, los estímulos y las respuestas pueden seralmacenados y la memoria organizacional no es almacenadaen un solo lugar, puede ser distribuida a través de diferentespartes de la organización. [6]

Ikujiro Nonaka y Hirotaka Takeuchi [11] indican que, lacreación del conocimiento debe ser entendida como unproceso que amplifica organizacionalmente, el conocimientocreado por los individuos y lo solidifica como parte de la redde conocimientos de la organización. El conocimiento secrea por la interacción entre el conocimiento tácito y explicito,mediante cuatro formas de conversión: De tácito a tácito,llamado socialización; de tácito a explicito, o exteriorización;de explicito a explicito, o combinación; y de explicito a tácito,o interiorización, los cuales son generados como una espiral.

La socialización se inicia generalmente con la creaciónde un campo de interacción en el cual los miembros deequipos comparten experiencias y modelos mentales. Laexteriorización empieza con una reflexión colectiva que ayudaa los miembros a anunciar el conocimiento tácito oculto. Lacombinación da comienzo a la distribución por redes delconocimiento recién creado y el existente de otras seccionesde la organización. La interiorización se origina al aprenderhaciendo.

El papel de la organización en el proceso de creación delconocimiento es el de proveer el contexto adecuado parafacilitar las actividades grupales y la creación y acumulacióndel conocimiento en el nivel individual. Las condicionesorganizacionales que facilitan la creación del conocimientoson: Intención; fluctuación slash caos, autonomía,redundancia y variedad de requisitos que permiten o facilitanlas cuatro formas para transformarse en la espiral delconocimiento.

Gilberto López Orozco - María Sonia Fleitas Triana - María Dolores Gil Montelongo


Nonaka [11] propone un modelo integral de cinco fasesdel proceso de creación del conocimiento organizacional quese presenta en la figura 1. El modelo que debe interpretarsecomo un ejemplo ideal del proceso, tiene cinco fases:Compartir conocimiento tácito, crear conceptos, justificar losconceptos, construir un arquetipo y distribuir el conocimientode forma cruzada.

Contenido general de las fases

Fase 1. Compartir el conocimiento tácito: Se adquierea través de la experiencia de los trabajadores.

Fase 2. Crear conceptos: El conocimiento tácito, seconvierte en frases y se cristaliza en conocimiento explícito

Fase 3. Justificar los conceptos: Determinar si losconceptos son en verdad válidos para la organización y parala sociedad.

Fase 4. Construir un arquetipo: El conceptojustificado se convierte en arquetipo y puede pensarsecomo prototipo en caso de desarrollo de un productonuevo y en la innovación de servicios u organizacionales,puede utilizarse como mecanismo operativo modelo.

Fase 5. Expandir el conocimiento: La creación delconocimiento es interminable, una vez que se convierte enprototipo, pasa a un nivel ontológico. [11]

Al comparar los diferentes enfoques de aprendizajeorganizacional se observa que el proceso establecido yexpuesto en las referencias 8 y 9 es más general, sinembargo, establece una primera etapa de orientación alaprendizaje, que no está considerada en el modelodesarrollado por Nonaka y Takeuchi, [11] por su parte, esteúltimo es más explícito al desarrollar en cinco etapas losaspectos que los primeros desarrollan en dos.

MECANISMO OPERATIVO MODELODE APRENDIZAJE ORGANIZACIONAL

En la implantación de un nuevo modelo de organizaciónlos recursos humanos son considerados como el elementomás importante debido a que son los que deben hacerfuncionar a la organización según establece el diseñorealizado, para lo cual se deben establecer adecuadasestrategias de aprendizaje para que todos en la organizaciónaprendan cosas nuevas y compartan sus conocimientos.

Con el objetivo de desarrollar una estrategia de aprendizajeorganizacional que apoye la implantación de un modelo deorganización más flexible y competitivo se definenestrategias orientadas a desarrollar el aprendizajeorganizacional tomando como referencia el modelo deNonaka y Takeuchi [11] precedido por la primera etapa delmodelo de Slater. [8] Las fases que se desarrollarán en estaetapa serán las siguientes:

Orientación al aprendizaje1. Se explicará a los trabajadores sobre el aprendizaje

organizacional y en cómo se aplicará en el diseño de losprocedimientos de trabajo.

2. El responsable del proceso central, dará a conocer alos trabajadores el objetivo general y la identificación delproceso.

Compartir el conocimiento tácito1. Se identificará a los trabajadores que participarán como

expertos en el diseño de cada procedimiento.2. Se reuniran de los expertos para compartir su

conocimiento sobre el procedimiento de trabajo y se definiránentre todos un modelo mental compartido.

Condiciones facilitadorasIntensión

AutonomíaFluctuación Caos creativo

RedundanciaVariedad de requisitos

Conocimiento tácito en la organización

Conocimiento explicito en la organización

Socialización Exteriorización Combinación

Interiorización

Compartir el conocimiento

tácito

Crear conceptos

Justificar conceptos

Construir un arquetipo

Distribuir el conocimiento

Mercado

Interiorización de los usuarios

Conocimiento tácito

Conocimiento explicito en forma de publicidadpatentes, productos, servicios o ambos

de firmas filiales

de los usuarios

Fig. 1. Modelo de cinco fases del proceso de creación de conocimiento organizacional.

Mecanismo operativo modelo para el aprendizaje organizacional en MPYMES del sector comercial


Crear conceptos1. Cada experto escribirá de manera detallada los pasos a

seguir para la ejecución de una actividad.2. Se someterá al consenso ante el resto de los expertos,

para complementar o corregir el procedimiento y escribir entretodos, la primera versión del procedimiento de trabajo.

Justificar los conceptos1. Se evaluará de manera colectiva la alineación de los

procedimientos con la estrategia de la organización.2. Se presentarán los resultados del procedimiento

socializado al responsable del proceso central, que analizarási se encuentra dentro de los lineamientos establecidos por laorganización y en caso necesario aportará comentarios parasu corrección.

Construir un mecanismo operativo modelo1. Se presentará el procedimiento establecido al gerente

general de la organización, que determinará si losprocedimientos son los adecuados para la ejecución en laempresa.

2. Se aprobará de la integración de los procedimientos almanual, estableciéndolo como mecanismo operativo modelo.

3. Una vez aprobados los procedimientos, el especialistaque está elaborando el manual de procedimientos confeccionalos diagramas de flujo de cada uno de ellos

4. El gerente general, aprobará la integración del manual deprocedimientos.

5. Se formalizará en documento escrito los procedimientos.Expandir el conocimiento1. Se convocará a una reunión, con todo el personal de la

empresa para dar a conocer los procedimientos diseñados.2. El responsable del proceso explicará a los trabajadores

de la empresa, los procedimientos a seguir a partir de esafecha, haciendo hincapié en la participación que tuvieron lostrabajadores en el diseño del mismo.

Se distribuye el manual de procedimientos al personal de laempresa.

CONCLUSIONESA partir del mecanismo operativo modelo diseñado, se

hace posible captar el conocimiento existente en la organi-zación y a través de análisis colectivo desarrollar los nuevosprocedimientos de trabajo, que se institucionalizará en elmanual de procedimientos de la organización para expandirel conocimiento que refleje las mejores prácticas de la orga-nización con vistas a su generalización.

REFERENCIAS1. HILDGARD, E. R. and BOWER, G. H. Theories of

Learning. 3ra. ed. New York: Applwton-Centur- Crofts,1975.

2. KIMBLE, G. A.: Hilgard and Marquis Conditioning andLearning, Englewood Cliffs. New York: Prentice Hall, 1961.

3. KOLB, D. I.: Organizational Psichology an ExperimentalApproach, Prentice Hall, 1971.

4. RAMÍREZ, J. P. "Barreras para el aprendizajeorganizacional. Estudio de casos", Pensamiento y ges-tión, no. 22 , 2007.

5. GUNS, B.: Aprendizaje organizacional: cómo ganar y man-tener la competitividad. México: Prentice Hall Hispano-americana, 1996.

6. HERNÁNDEZ, J. A.: "El impacto del aprendizaje en el rendi-miento de las organizaciones", Cuad. Adm., Bogotá Colom-bia, julio-diciembre, 2006, vol.19, no 32, p.11-43.

7. ARGYRIS, C. Sobre el aprendizaje organizacional. Méxi-co: Oxford, 1999.

8. SLATER, S. y NARVER, J. "Market Orientation and theLearning Organization". Journal of Marketing, 1995,vol. 59, no 3, p. 63-75.

9. NICOLINI, D. and MEZNAR, M. "The Social Constructionof Organizational Learning: Conceptual and PracticalIssues in the field". Human Relations, 1995, vol. 48, no2,p.727-746.

10. SENGE, P. La quinta disciplina en la práctica: Barcelo-na, Garnica, 2005.

11. NONAKA, Ikujiro y TAKEUCHI, Hirotaka. Organizacioncreadora del conocimiento. México: Oxford, 1999.

AUTORESGilberto López OrozcoLicenciado en Administración de Empresas, Profesor Titular,Facultad de Contaduría y Administración, UniversidadVeracruzana, Xalapa, Veracruz, México

María Sonia Fleitas TrianaIngeniera Industrial, Doctora en Ciencias Técnicas, Profesora Titular,Facultad de Ingeniería Industrial, Instituto Superior Politécnico, JoséAntonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

María Dolores Gil MontelongoLicenciada en Informática, Doctora en Estudios Organizacionales,Profesora Titular, Facultad de Contaduría y Administración,Universidad Veracruzana, Xalapa, Veracruz, México

AbstractIn the work the design of an operative mechanism model of organizational learning for MPYMES of thecommercial sector is exposed. The model is developed in six phases: previous phase, direction to thelearning, share the tacit knowledge, create concepts, justify the concepts, construct an archetype,expand the knowledge. The procedure of proposed learning allows to manage the knowledge of theorganization to establish the procedures of work of the manuals of procedures of the organization.

Key words: model of learning, MPYMES

Operative Mechanism Model for the Organizational Learningin MPYMES of the Commercial Sector

Recibido: octubre 2009 Aprobado: diciembre 2009Publicado: Ingeniería Industrial, Vol. XVIII, No. 3, 2007*


Semántica e interoperabilidadde procesos

INGENIERÍA INFORMÁTICA

ResumenDiversos procesos de gestión de conocimiento apoyan la labor educativa en la universidad. Esteelemento es de particular importancia en el momento actual de la educación superior en Cuba,involucrada en transformaciones estructurales de la enseñanza, con el objetivo de apoyar el desarrollode la sociedad de la información en el país. En este trabajo se presentan detalles técnicos de laconcepción de un esquema para la integración de múltiples herramientas de gestión de informaciónque apoyan la enseñanza y más allá, la labor educativa integral universitaria en el contexto cubano. Lapropuesta se basa en la definición de una ontología de dominio que describe formal y explícitamentela semántica de los intereses de estudiantes y profesores en pos de facilitar los procesos de conso-lidación de información distribuida en el campus universitario.

Palabras clave: gestión de la calidad, análisis de riesgos, AMFE, laboratorios biológicos, salud ocu-pacional, sistemas integrados de gestión

Félix O. Fernández PeñaCorreo electrónico: [email protected] Ramos MorenoCorreo electrónico: [email protected] Rosete SuárezCorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNLa sociedad de la información se desarrolla de manera

sostenida a nivel mundial cubriendo todas las áreasinstitucionales de la sociedad, entre las cuales es prioritariala educación en general y la educación superior en particu-lar. De hecho, las NTIC están influyendo de manera signifi-cativa en la Educación Superior en todas sus funciones yáreas de gestión, y han permitido además el desarrollo deprogramas académicos que incorporan en algún grado pro-cesos virtuales. [1]

Se hace indispensable lograr una preparación cada vezmás integral en los egresados universitarios; profesionalescreativos, generadores de ideas ante cambios potenciales,

capaces de lograr resultados prácticos en las condicionescambiantes del mercado. La Conferencia Mundial sobreEducación Superior -CMES-, celebrada en París en 1998,bajo los auspicios de la UNESCO, reconoció ampliamentela contribución fundamental de las NTIC a la calidad y perti-nencia de la gestión de la información y el conocimiento quese realiza en el ámbito de la educación superior, además deque la administración haciendo uso de las nuevas tecnolo-gías aumenta la eficiencia de los recursos humanos dispo-nibles.

El presente trabajo se ha desarrollado teniendo como hi-pótesis que la descripción semántica explícita de los recur-





Semántica e interoperabilidad de procesos


sos informacionales en sí mismos facilita: El funcionamien-to de los procesos de integración entre aplicaciones de ges-tión de información distribuidas y la generación de conoci-miento a favor de los usuarios de tales sistemas, medianteesquemas más naturales para la comunicación hombre-máquina.

Sobre la base de los lenguajes ontológicos surgidos apartir de la propuesta de desarrollar una web semántica,definida por Tim Berners-Lee como la web descrita en símisma de una forma que facilite a los programas trabajarcon ella, [2] se ha propuesto como objetivo definir un modelode componentes lo más sencillo posible que permita la ges-tión semántica de recursos informacionales en pos de lainteroperabilidad de procesos de gestión.

El presente trabajo describe los sistemas de gestión deinformación que sirvieron como punto de partida, y sus ca-racterísticas. Así mismo fundamenta el uso de ontologíaspara la descripción semántica de los recursosinformacionales en el entorno de la interoperabilidad de pro-cesos. También se describe la solución propuesta en el en-torno de aplicación en que se desarrolla como caso de estu-dio, para finalmente exponer los principales resultados al-canzados y arribar a conclusiones.

ANTECEDENTESLos sistemas de bases de datos gestionan grandes volú-

menes de datos en pos de obtener información valiosa paralos usuarios. Estos sistemas se basan en un repositorio dedatos con una estructura formalizada. El modelo relacionalde gestión de bases de datos establece, formalizado mate-máticamente, el universo del discurso en función de catego-rías de tipos de datos establecidas, y relaciones existentesentre los elementos de datos definidos. Las interaccionesentre las relaciones son descritas a su vez de forma explíci-ta en cuanto a cardinalidad y grado de dependencia entreellas cuando se disparan eventos de actualización de losdatos.

La gestión de la información en pos de los usuarios de-pende del funcionamiento del gestor de la base de datos yestá en función de las reglas que restringen el dominio delos datos y la política de actualización de los datos, y unconjunto de reglas del negocio que son las que determinanla utilidad de un dato en específico. Sin embargo, estas re-glas están embebidas en el código de los sistemas de ma-nipulación de los datos, resulta muy complejo separarlas ypor lo general, darles mantenimiento también se convierteen una tarea engorrosa (figura 1).

Como puede apreciarse en dicha figura, el significado delos datos está implícitamente formalizado en laestructuración del sistema. Su uso en la generación de in-formación depende de procesos programáticos internos yla estructuración de la validación, verif icación, ymonitorización del comportamiento de los datos dependede la política que se fije para el desarrollo de la aplicación.

En el ámbito de la intranet del Centro de Estudios deIngeniería de Sistemas (CEIS) del Instituto Superior Politéc-nico José A. Echeverría, se han implementado múltiples sis-temas de apoyo a la educación presencial y semipresencial.Existen aplicaciones para el intercambio de materiales com-plementarios a las clases, [3] entre estudiantes y profeso-res (figura 2), servicios de consulta en línea donde tambiénse publican recursos de interés para la labor académica in-cluyendo servicios de noticias, [4] entre otros. La caracte-rística común de estos sistemas radica en que todos, deuna forma u otra, gestionan recursos informacionales. *

De hecho, la estructura de las bases de datos de mu-chos de estos sistemas tienen múltiples puntos en co-mún; sin embargo, la integración de los servicios de in-formación que brindan resulta una tarea harto complica-da puesto que cada aplicación ha sido definida de formaindependiente sin considerar los puntos comunes exis-tentes.

En el año 2004, el CEIS comenzó a incursionar en elcampo del uso de los lenguajes ontológicos desarrolla-dos por las comunidades de web semántica, dígase len-guaje RDF, RDFS, y OWL, cada uno de los cuales ofrecediferentes primitivas de modelación, y por tanto, diferen-tes niveles de complejidad. [5] Definidas por Gruber comouna especificación formal y explícita de una conceptuali-zación compartida, [6] las ontologías constituyen una de-finición formal de relaciones entre conceptos, a partir detaxonomías y un conjunto de reglas de inferencia. [7]

Si bien la definición de OWL como lenguaje para lacreación de bases de conocimientos sigue los principiosde Frames, es importante reconocer que su capacidadde garantizar la persistencia de las reglas y hechos endocumentos XML es un pr incipio básico para lainteroperabilidad e integración de sistemas dispares enel contexto de un ámbito de aplicación. [8]

* Se considera recurso informacional a cada unidad básica indivisible deinformación que conforma la base de información del sistema del que formaparte.[9]

Fig. 1. La gestión de la semántica de la información en sistemasde gestión de información y gestión del conocimiento.

Semántica de los Procesos

Gestor de Datos

Procesador Sintáctico

Gestor de Datos

Procesador Sintáctico

Procesador Semántico

(a) Gestión de Información (b) Gestión del Conocimiento

Félix O. Fernández Peña - Yariel Ramos Moreno - Alejandro Rosete Suárez


Entre los trabajos que demuestran la aplicabilidad de loslenguajes ontológicos para la catalogación de recursosinformacionales en dominios específicos se encuentran losde Hyvönen, [10] que propone el uso de una ontología dedominio para la categorización semántica de los piezas deun museo, Hendler [11] que propone una estrategia de ges-tión de la semántica en sistemas distribuidos basado enagentes, y otros como Willmott [12] que diferencianontologías de lenguaje como subconjunto propio dentro delas ontologías de dominio para describir explícitamente lasemántica de la capa de comunicación en aplicaciones dis-tribuidas basadas en servicios.

El impedimento fundamental encontrado en las propues-tas analizadas está asociado a la dificultad del mantenimientode las ontologías que constituyen la descripción semánticaformal y explícita de las fuentes documentales. Una malacategorización de los recursos informacionales disponibles,lejos de hacer más natural el proceso educativo, puede traerconsigo la interpretación errónea de la información, y laactualización de dicha categorización para un volumen grandede recursos informacionales lo que ocasiona una cantidadde trabajo significativo.

Para la gestión de información en el orden académico, taly como es el interés en la investigación actual, no se cono-ce de la existencia de ontologías que describan el entornode aplicación y permitan la catalogación de la informaciónde que se dispone por la explotación del sistema; por lo quese propuso: La creación de una ontología que responda alos intereses de gestión de información de los usuarios delsistema; la catalogación de la documentación existente, yla adaptación de los mecanismos de recuperación, organi-zación, filtrado y relación en función de garantizar una ges-tión más eficiente de la información.

SOLUCIÓN PROPUESTAPara considerar un mayor grado de flexibilidad de los sis-

temas de gestión, dígase que a partir de fuentesinformacionales se genere o infiera nueva información quedetermine cambios en el comportamiento del sistema de

que se trate, se requiere un mayor nivel de abstracción dela aplicación (figura 1), tal y como se definen los sistemasde bases de conocimiento.

La ventaja del uso de ontologías en este contexto estádada por las implicaciones que tiene el uso de una especifi-cación XML en vez de una estructura propietaria cerrada sobrela capacidad de interoperabilidad que se puede alcanzar entrelos componentes y por tanto sobre la interoperabilidad delos procesos.

Creación de la ontología

Para la creación de la ontología se partió de la identifica-ción de intereses de usuarios y la categorización de las fuen-tes documentales existentes. Cada herramienta de gestiónexistente se considera un módulo en el nuevo sistema inte-grado que permite la interoperabilidad basada en la descrip-ción semántica del contexto de aplicación como una únicaontología de dominio, según las diferentes áreas de impactoque permiten manipular la información acorde con el tipo deusuario de que se trata. Se consideró la posible integraciónde tres sistemas de recursos informacionales, dígase:

1. Sistema de gestión del proceso docente-educativo, queincluye los servicios del sistema cuya interfaz se muestraen la figura 1, dedicado a servir como repositorio de materia-les complementarios a la educación presencial, y otros sis-temas que sirven para divulgar la labor de procesos de ense-ñanza extracurricular.

2. Sistema de noticias, que mantiene actualizado a estu-diantes y profesores en las novedades tecnológicas deactualidad.

3. Servicio de control de investigaciones encargado decontrolar los resultados de investigación del CEIS.

Esta selección se debe a que la concepción inicial de laontología en función de estos sistemas determina suaplicabilidad en áreas fundamentales del trabajo del centro:Investigación y docencia, y porque dichos sistemas contie-nen un conjunto apreciable de recursos informacionales,haciendo mayor el valor de la integración de los mismos.

A partir de la descripción de los intereses de los usuariospotenciales del sistema (estudiantes y profesores de la ca-rrera de ingeniería informática) y del conocimiento de losespecialistas en gestión del conocimiento consultados sediseñó una propuesta de ontología, que luego fue evaluadaen rondas de interacción con expertos. La figura 3 ilustralos conceptos básicos fundamentales que describen el con-texto de aplicación.

La gestión de la semántica según los niveles de abstrac-ción propuestos tiene como beneficios que permite lacategorización de recursos informacionales, tipos de mensa-jes y contenido de mensajes de un sistema distribuido en elcontexto de los intereses de la aplicación, permitiendo así ladefinición de métricas que determinan el grado de conocimientodel sistema en los diferentes subdominios de conocimiento yla relevancia de los recursos y temáticas en general, para unmomento de ejecución determinado, tal y como se ha definidopreviamente, [9,12] y se ilustra en la figura 4.

Fig. 2 . Sistema para el intercambio de materialescomplementarios .[3]



Adaptación de los mecanismos de procesamiento

El incluir un nivel de abstracción superior en laconcepción del sistema de gestión determina la apariciónde mecanismos para el procesamiento de los recursosinformacionales que exploten las nuevas capacidades dedescripción de las fuentes informacionales en los diferentesámbitos en que esta tiene un impacto, dígase: Recupera-ción, organización, filtrado y relación en función de garanti-zar una gestión más eficiente de la información.

Esta filosofía de organización y estructuración de la infor-mación es válida para los tres tipos de aplicaciones inclui-dos en el caso de estudio. Es por ello que la capa deabstracción de aplicación de la propuesta incluye:

1. Un componente Java a través del cual se gestiona ladescripción de recursos informacionales haciendo uso de laontología de dominio definida.

2. Un componente Java a través del cual se generan lasvistas semánticas asociadas a la navegación por los con-ceptos cuya semántica se hace explícita con la ontologíade dominio utilizada.

3. El uso de Jena como biblioteca de clases que permitela interacción con una maquinaria de inferencia OWL espe-cífica para el razonamiento.

4. El encapsulamiento de las funcionalidades en servi-cios cuya interfaz se hace pública según los requerimientosde donde se vaya a utilizar la propuesta.

De esta forma, la integración semántica de las diferentesaplicaciones se realiza en forma homogénea (figura 5). Es-tos procesos están orientados a las capacidades depredicción y razonamiento basados en las reglas incluidasen la ontología de dominio utilizada, y que complementanmecanismos de búsqueda y recuperación de informacióntradicionales haciendo más natural la comunicación hombre- máquina. Se trata de que haya una interacción más naturalentre el proceso automatizado de organización de la infor-mación y el ser humano que interactúa con este.

La figura 5 muestra cómo sería la navegación por la apli-cación que permite la interoperabilidad de los sistemas ba-sados en la ontología de dominio definida.

En la parte izquierda de la figura 6 se visualiza la estruc-tura jerárquica que describe el contexto de aplicación -vistasemántica-, y que constituye un menú arbóreo para la nave-gación por los recursos informacionales disponibles. Paracada elemento que conforma dicha estructura, se controlael conjunto de propiedades que lo caracterizan y las relacio-nes que guarda con otros recursos del sistema. Dichas pro-piedades se muestran como descripción al usuario, dándoleinformación adicional sobre el área de conocimiento activaen el sistema para la recuperación de recursosinformacionales. Semánticamente asociados a los recursosinformacionales que se muestran como noticias en la interfazcliente, se encuentra un conjunto de recursos que se reco-mienda debido a su relación con el contenido principal de laaplicación en el contexto activo de la misma.

Fig. 3. Conceptos principales a partir de los cuales se creóla ontología.

Fig. 4 Niveles de abstracción semántica.

Catalogación de los recursos informacionales

Teniendo como punto de partida la experiencia previa enla descripción semántica de recursos informacionales paraun sistema de recuperación de informacióndistribuido [4,9,12], se ha diseñado un esquema único decatalogación de los recursos informacionales existentes enlas bases de datos de los tres sistemas utilizados comocasos de estudio. Dicho sistema establece las relacionesde pertenencia que existen entre los diferentes recursosinformacionales y los términos definidos en la ontología dedominio.

Este proceso es realmente una labor continua durante laexplotación del sistema, y constituye un factor decisivo enla efectividad del proceso de interoperabilidad de los siste-mas en pos de satisfacer las necesidades globales de infor-mación de los usuarios potenciales.

Owl:

Sistema Digital Software

Inteligencia Artificial

Técnicas de Programación

Ciencias Empresariales

Empresa

Informática Industrial

TeleInformática

Seguridad

Sistema Operativo

Hardware

Ingeniería de Software

Félix O. Fernández Peña - Yariel Ramos Moreno - Alejandro Rosete Suárez


Principales dificultades encontradas

Las dificultades fundamentales encontradas están aso-ciadas a la dificultad del mantenimiento de las ontologíasque constituyen la descripción semántica formal y explícitade las fuentes documentales. Una mala categorización delos recursos informacionales disponibles lejos de hacer másnatural el proceso educativo puede traer consigo la interpre-tación errónea de la información, y la actualización de dichacategorización para un volumen considerable de recursosinformacionales trae consigo un volumen significativo de tra-bajo. Próximos trabajos investigativos han de estar enfoca-dos a tales dificultades.

Fig. 5 Estructura de las capas de abstracción propuestas.

Así mismo, el proceso de actualización de las relacionesentre los recursos informacionales y las entidades que com-ponen la ontología de dominio es otro aspecto cuyo mante-nimiento encarece el ciclo de vida del sistemasustancialmente. Se requiere la evaluación de mecanismosque permitan desarrollar dicho proceso de formasemiautomática.

CONCLUSIONESLa gestión de la descripción semántica explícita consti-

tuye un nivel de abstracción superior en la concepción delos sistemas de gestión de información, que determina unacercamiento hombre-máquina importante a la vez que im-plica un incremento en la complejidad de los algoritmos deactualización de la información. Con el desarrollo de estetrabajo se ha podido comprobar que reviste vital importanciael desarrollo de mecanismos que favorezcan la actualiza-ción dinámica de los sistemas que permitan el mantenimientopor módulos de los mismos con el mínimo de afectacionessobre los esquemas de interacción con los usuarios finales.

Un aspecto que se ha puesto de manifiesto es la necesi-dad de desarrollar herramientas que fa-ciliten el proceso de la creación y man-tenimiento de ontologías, así como delas bases de conocimiento que se creana partir de los esquemas de produccióndefinidos en las ontologías. La defini-ción de estas estructuras es tan soloun primer paso en la concepción de sis-temas que logren una verdaderainteroperabilidad en un nivel de abstrac-ción mayor, en que los componentesde software colaboran con un mayor gra-do de libertad que los sistemas tradi-cionales sintácticos.

REFERENCIAS1. "Declaración de Quito sobre el Rolde las Universidades en la Sociedad dela Información". En Universia: Semina-rio sobre Universidades Virtuales enAmérica Latina y el Caribe. Iesalc-

Orcilac, Quito, Ecuador, febrero, 2003.2. BERNERS-LEE, T. et al. "The Semantic Web". Scientific

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ma de Publicación Digital: Apoyo a la Educación Presen-cial (TeacherHelp ver 1.0)". En II Congreso Internacionalde la Sociedad de la Información y el Conocimiento. Ma-drid, España, mayo, 2003.

4. FERNÁNDEZ PEÑA, F.; ROSTE SUÁREZ, A. y RAMOSMORENO, Y. "La Semántica en la Gestión de Recursos,Informacionales". En UCiencia. Ciudad de La Habana,Cuba, junio, 2006.

5. EHRING, M. "Ontology Mapping an Integrated Approach".En First European Semantic Web Symposium. ESWS2004, Heraklion, Crete, Greece, Springer-Verlag.

Fig. 6. Vistas de descripción semántica para un servicio denoticias.

Aplicación 1

Aplicación 2

Aplicación n

Generador de Vistas Semánticas

Razonador

Plataforma JENA

Ontología



AbstractKnowledge management systems support education at different levels of the education. This is veryimportant for the process in which the higher education of Cuba is involved. Structural transformationsof teaching are focused on supporting the foundation of the information society in the country. Thispaper describes technical aspects of the designing of a model for the integration of multiple knowledgemanagement tools supporting teaching. The proposal is based on the definition of an ontology for theexplicit formal description of the semantic of motivations of students and teachers in the learningprocess. Its target is to facilitate knowledge spreading.

Key words: quality management, risk analysis, FMEA, biological laboratories, occupational health,integrated management systems

Semantic and Process Interoperability

6. GRUBER, T. R.: "A Translation Approach to PortableOntology Specifications". Knowledge Acquisition, vol. 5,no2, p.199-220, 1993.

7. FENSEL, D.: Spinning the Semantic Web,2003. Consulta-da: 10/01/2005:

< h t t p : / / m i t p r e s s . m i t . e d u / b o o k s / c h a p t e r s /0262062321intro1.pdf>.

8. FERNÁNDEZ PEÑA, F. y FERNÁNDEZ SAÚCO, I. "Sis-tema automatizado para la entrada de datos offline sobrela base de la tecnología XML (EXDES)". En II CongresoInternacional de la Sociedad de la Información y el Cono-cimiento, Madrid, España, mayo, 2003.

9. FERNÁNDEZ PEÑA, F.; WILLMOTT, S. y ROSETESUÁREZ, A. "Gestión de Recursos de Información ba-sada en la Semántica de la Intención de los Mensa-jes". En III Jornadas para el Desarrollo de GrandesAplicaciones de Red, Alicante, España, mayo, 2006.

10. HYVONEN, E.; SAARELA, S. and VILJANEN, K."Application of Ontology Techniques to View-BasedSemantic Search and Browsing". En First EuropeanSemantic Web Symposium, 2004.

11. HENDLER, J.: "Agents on the Web". IEEE IntelligentSystems. Special Issue on the Semantic Web,March/April, 2001 vol.16, no 2.

12. WILLMOTT, S. et al. Adapting Agent CommunicationLanguages for Semant ic Web Serv ice Inter-Communication". En Proccedings of the IEEE/WIC/ACM WI-2005, 2005.

AUTORESFélix O. Fernández PeñaIngeniero Informático, Doctor en Ciencias Técnicas, Profe-sor Auxiliar, Centro de Estudios de Ingeniería de Sistemas(CEIS), Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Yariel Ramos MorenoIngeniero Informático, Máster en Informática Aplicada, Ins-tructor, CEIS, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Alejandro Rosete SuárezIngeniero Informático, Doctor en Ciencias Técnicas, Profe-sor Titular, CEIS, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba



Comportamiento termodinámicode rotores para compresoresde tornillo con nuevo perfil


ResumenEn el artículo se evalúa el comportamiento termodinámico de rotores para compresores de tornillo connuevos perfiles, realizado con ayuda del software Scorpath 2000. Ello permite predecir con precisiónel desempeño completo del compresor y su evaluación termodinámica, así como realizar comparacio-nes, en igualdad de condiciones, con el trabajo de otros compresores dotados de perfiles deotros tipos.

Palabras clave: termodinámica, compresores de tornillo, rotores

Arístides Rivera TorresCorreo eletrónico: [email protected] de Pinar del Río, Hermanos Saíz Montes de Oca, Pinar de Río, CubaJosé Martínez EscanaverinoCorreo eletrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNEn este trabajo se realiza una evaluación del

comportamiento termodinámico de rotores para compresoresde tornillo con nuevos perfiles, [1] para lo cual se emplea elsoftware Scorpath 2000 (Perfiles Óptimos de Rotores paraCompresores de Tornillo y su Termodinámica), desarrolladopor el prestigioso Centro de Compresores de la Universidadde Londres, que ha revolucionado los conceptos para elbalance termodinámico de los compresores rotativos detornillo y que históricamente ha estado involucrado en eldesarrollo de perfiles avanzados de rotores para compresoresde tornillo. [2] Los compresores de aire seco y los inundadosen aceite, así como también los compresores de refrigeración

con diversas configuraciones (2/3, 3/5, 4/5, 4/6, 5/6 y 6/7)pueden ser analizados con el propio software.

El sistema Scorpath se basa en un modelo matemáticointegral, que entre los aspectos más importantes, considerala geometría de los rotores y el proceso de trabajo, validadopor los chequeos constantes y la comparación regularmenterealizada con datos medidos y obtenidos en pruebas, yasea en laboratorios experimentales o por numerosos clientesque han adquirido el software. Su gran capacidad de trabajolo ha convertido en una herramienta esencial del diseño decompresores de tornillo y su aplicación trajo consigo unmejoramiento sensible en el funcionamiento de talesequipos. [3] El software Scorpath permite hacer prediccionesprecisas del desempeño detallado del compresor paracualquier aplicación.



Comportamiento termodinámico de rotores para compresores de tornillo con nuevo perfil


MODELO MATEMÁTICO EMPLEADOEN EL SOFTWARE SCORPATH 2000

El proceso de compresión del compresor está descritogeneralmente bajo la suposición de una masa fija de gasideal experimentando compresión adiabática opolitrópica, [ 4-6] donde la relación entre volumen y presiónes de la forma:

constnpv (1)

Este es un exponente constante o variable. La hipótesises adecuada solo cuando las fugas son muy bajas, no hayinyección fluida durante el proceso de compresión y el fluidode trabajo se halla altamente caliente y lejos de la fase devapor saturado.

En los compresores de tornillo, la fuga interna puede serhasta el 40 % del flujo másico de descarga, el aceite y otrosfluidos pueden ser inyectados en cantidades grandes, y elvapor saturado puede ser comprimido.

En tales condiciones, un proceso de compresión oexpansión se describe mejor por medio de un sistema através del cual el gas puede fluir durante la admisión, ladescarga y el proceso de fuga. Estos flujos, a su vez, estándescritos por las ecuaciones de conservación de masa,momento y energía conjuntamente con las ecuaciones detransporte que pueden integrarse numéricamente para cadauna de las posiciones del rotor, lo cual fue reconocido enuna etapa temprana. [7]

El modelo matemático y la simulación computarizada delcompresor han llegado a una etapa donde el diseño tradicionalpor tanteo, ampliamente usado en el pasado, ya no esnecesario. El potencial de estos sistemas es tal, que nohay dudas que se logra una mejor validación, siendo unaherramienta esencial del diseño, y su aplicación trajo consigomejoras en el funcionamiento del compresor.

El modelado matemático se inició para el análisis de loscompresores alternativos, [8,9] siendo extendido para loscompresores de tornillo. [10]

El algoritmo de los procesos termodinámicos y de flujousados, se basa en un modelo matemático que consta deecuaciones que describen los procesos físicos dentro delcompresor de tornillo. El modelo matemático opera con unvolumen instantáneo, el cual se altera con el ángulo derotación o el tiempo, conjuntamente con las ecuaciones deconservación de masa y energía que fluyen por el compresor,y un número de ecuaciones algebraicas que definenfenómenos asociados con el flujo. El conjunto de ecuacionesdiferenciales así obtenidas no puede solucionarseanalíticamente y se resuelve por el método de Runge-Kuttade cuarto orden. [11]

Los compresores de tornillo no trabajan en la condiciónestacionaria típica de los compresores de pistón reciprocante.En los compresores de tornillo, el caudal másico a la entrada

del volumen de control no es igual al de salida, como ocurreen los compresores convencionales, debido principalmentea las fugas. En una máquina de tornillos, las fugas formanuna parte notable del flujo total y juegan un papel importanteporque afectan el caudal másico del flujo y las eficienciasvolumétrica y adiabática del compresor.

El proceso del compresor de tornillo está condicionadopor la compleja geometría que caracteriza la cámara decompresión durante un ciclo completo de trabajo. Estageometría está determinada por las superficies que seconjugan en el tiempo, muchas veces en presencia de aceite.Solo un sistema de ecuaciones diferenciales que tenga encuenta estas condiciones de flujo, continuidad, momento,energía y que sean solucionadas simultáneamente, puedendar un resultado satisfactorio. [11]

La evaluación termodinámica de los compresorescomprende el proceso cíclico del compresor, el diagramapV, el flujo másico, el trabajo, la potencia, la potenciaespecífica y las eficiencias, así como las propiedades delfluido.

El análisis termodinámico incluye las ecuaciones deconservación de la masa y la energía, aplicadas a un volumeninstantáneo del fluido atrapado dentro de la máquina.Considerando además que existe fuga del fluido y que puedeexistir o no aceite u otra inyección fluida, transferencia decalor y la suposición de otras propiedades fluidas.

La conservación de la energía interna se representa por laexpresión:

ddv

pQhmhmddu

outoutinin

(2)

donde: : Ángulo de rotación del rotor principal,

hh : Entalpía específica.

mm : Gasto másico.

pp : Presión del fluido.

QQ : Transferencia de calor..

VV : Volumen de la cámara de trabajo del compresor..

En (2) el subíndice in denota flujo de entrada y el subíndiceout flujo de salida. La entrega total de entalpía del fluidoconsta de los componentes siguientes:

inoosucsucin hmhmhmhm ,lglg (3)

La entalpía total del fluido de salida se expresa en (4)

lllldisdisout hmhmhm (4)

Arístides Rivera Torres - José Martínez Escanaverino


Las condiciones de la ecuación de energía pueden ser

mejor apreciadas mediante el término: lghm , el cual

representa la ganancia de energía debido a la entrega delgas en el volumen de trabajo por la entrega de masa y suentalpía promedio.

Como tal, la entrega de energía cambia dentro del ángulogiratorio. Durante el período de succión, el gas que entra enel volumen de trabajo trae la entalpía del gas que domina enla cámara de succión. También, durante el proceso una cierta

cantidad del gas comprimido, que está dada por lglghm ,

penetra en la cámara de trabajo del compresor a través delas holguras. La masa de este gas, y también su entalpía,está determinada por las ecuaciones de fuga del gas. Elvalor total de la entalpía de entrada se corrige adicionalmente

para el aceite inyectado con el término inoohm , . La pérdida

de energía para el gas que está saliendo del volumen detrabajo está definida por el producto de la masa de salida y

su entalpía media . Para la salida, esto es disdis hm .

El gas comprimido que llega al puerto de descarga,

conjuntamente con llllhm , penetra a través de las holguras

en el volumen de trabajo vecino con una presión inferior. Apesar de que la fracción de masa de aceite en la mezcla essignificativa, su fracción de volumen suele ser pequeña. Lamasa total del fluido incluye el aceite inyectado, el cual

permanece mezclado con el fluido en trabajo. El término Q

representa el intercambio de calor entre el fluido y los rotoresy entre estos y el cuerpo del compresor y de este último conel ambiente. Es tomado en consideración solo por laconvección.

La superficie de intercambio de calor, así como latemperatura de la pared y coeficiente de calor transferido,dependen del ángulo de rotación del rotor principal. Eltrabajo termodinámico suministrado al gas durante el proceso

de compresión es representado por el término ddVp .

Este término es evaluado por los valores locales de presión

y ddV .

La ecuación de continuidad de la masa es:

outin mmddm

(5)

El caudal másico en la entrada está dado por:

osucin mmmm

lg (6)

El caudal másico en la salida está dado por:

lldisout mmm

(7)

Cada uno de los caudales másicos satisface la ecuaciónde continuidad:

Awm

(8)

La densidad instantánea , es obtenida de la masainstantánea atrapada en el volumen correspondienteV , segúnla relación:

Vm (9)

Las ecuaciones de energía y continuidad se solucionanpara obtener U y m .

Conjuntamente con V , la energía interna específica

mUu y el volumen específico mVv , para calcular Ty p se tienen las expresiones siguientes:

a) Para un gas ideal.

RuT 1 (10)

b) Para un gas real.

vTfu ,2 , vTfp ,2 (11)1)

Estas ecuaciones generalmente son independientes, con

T obtenido por la solución numérica del grupo de ecuacionesy p explícitamente de la ecuación de estado.

El modelado de los procesos en una máquina de tornillos,basado en ecuaciones diferenciales, permite hallar loscaudales másico y energético, y aseguran en principio, unareproducción de la termodinámica y el flujo de la máquina.Sin embargo, su capacidad para simular un proceso realdepende fuertemente de cuán aproximado a la realidad seael modelo. Entre los fenómenos más importantes a modelarestá la pérdida de fluido y energía a través de las holgurasentre los rotores y el cuerpo, así como también por losperfiles de los rotores en sus extremos, la transferencia decalor del fluido a su entorno, las pérdidas por fricción delfluido, las propiedades reales del fluido y los cambios defase e interfase.

Como las ecuaciones de conservación de masa y energíaestán en forma diferencial, se logra definir la mayor parte delos fenómenos mencionados como la función derivada delángulo giratorio. Todas estas ecuaciones pueden integrarsesimultáneamente sobre el ciclo entero de compresión o deexpansión. [11]

Las fugas son uno de los fenómenos que más afecta a loscompresores de tornillo. Las trayectorias de fuga sondemasiado estrechas para permitir la medida directa de suárea transversal.

Comportamiento termodinámico de rotores para compresores de tornillo con nuevo perfil


PARÁMETROS INTEGRALES PARAUN COMPRESOR DE TORNILLOEficiencia volumétrica

tv mm (12)

donde:

601 nzm

m

(13)

60

121

znLFFm nn

t (14)

Eficiencia adiabática.

ind

aa W

W (15)

Donde el trabajo adiabático será:

121TTRWa

(16)

El trabajo indicado se define como:

ciclo

ind VdpW (17)

Eficiencia isotérmica viene dada por:

ind

tt W

W (18)

Donde el trabajo isotérmico se define como:

2

11 ln

PP

RTWt (19)

ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE ROTORESCON NUEVO PERFIL PARA UN COMPRESORDE TORNILLO QUE TRABAJA EN SECO

Para el análisis del comportamiento termodinámico de losnuevos perfiles asimétricos logrados a partir de una curva decuarto orden, el programa Scorpath resulta una herramientamuy útil y brinda la posibilidad de conocer el comportamientodel flujo transportado, el trabajo del compresor, su eficienciay optimiza los perfiles logrados.

El programa acepta perfiles definidos por el usuario, realizael procesamiento de los nuevos datos, evalúa la geometríade los nuevos perfiles y el comportamiento termodinámicoen función de las condiciones geométricas, de trabajo y delgas establecidas como datos de entrada. Para este análisisse introducen los datos de las coordenadas del diseñonuevo, [1] que definen el perfil de los lóbulos del rotor principaly de las canales del rotor hembra. El programa define ademásotros elementos geométricos y termodinámicos.

CONDICIONES DE TRABAJO PARAEL ANÁLISIS TERMODINÁMICO

El programa principal del Scorpath simula el proceso de lamáquina por evaluación de un grupo de ecuacionesdiferenciales. La integración de las ecuaciones de masa yenergía produce la variación de presión y de temperatura delgas como una función de ángulo de rotación.

Los rotores evaluados, tienen diámetros exteriores de125 mm, longitudes de 200 mm, holgura radial de 0,06 mmy holgura axial de 0,04 mm, con cuatro y seis lóbulosrespectivamente. El análisis termodinámico se realiza paraun gas ideal, sin considerar la presencia de aceite en lacámara de compresión.

El compresor trabaja con una velocidad periférica del rotorprincipal de 50 m/s, una presión de succión de 100 kPa yuna presión de descarga de 300 kPa, con temperatura en lasucción de 293 K y temperatura en la descarga de 393 K.

Con los datos introducidos se generan los resultados quese plantean posteriormente, así como los perfiles de losrotores, que se muestran a modo de ejemplo en dosposiciones en la figura 1.

Para evaluar las ventajas o desventajas de los nuevosperfiles, se utilizan los datos de dos de los principales perfilesreconocidos, obtenidos con el mismo modelo matemáticodel programa Scorpath 2000, en igualdad de condiciones(tabla 1).

Fig. 1. Perfiles definidos por los autores y generados por Scorpath .

Arístides Rivera Torres - José Martínez Escanaverino


Los nuevos perfiles desarrollados, desde el punto de vistade eficiencia, brindan muy buenos resultados, si se comparancon los perfiles asimétricos de "SRM" y con el perfil "N" deStosic.

CONCLUSIONESEl desarrollo de nuevos perfiles, se ha simplificado gracias a

la aplicación de las técnicas de computación y las facilidadesde la simulación computarizada. Esto ha permitido comoresultado, el desarrollo de nuevos perfiles y el acercamiento aldiseño óptimo del perfil de los rotores para compresores detornillo, que ha evolucionado sustancialmente durante losúltimos años.

El software Scorpath 2000 permite obtener predicciones conprecisión del desempeño completo en detalle de un compresorcon nuevos perfiles y tener una idea de la eficiencia y delcomportamiento del ciclo de compresión.

El nuevo perfil logrado para los rotores a partir de una curvade cuarto orden, según los resultados del análisis de suscaracterísticas termodinámicas, plantea niveles de eficienciaal mismo nivel de los perfiles actuales más eficientes.

El programa empleado, está constituido por un grupo deecuaciones, que relacionan las propiedades de estado ytermodinámicas, solucionado por un modelo matemático queresuelve eficientemente el problema, empleando el método deRunge-Kutta de cuarto orden, con resultados muy interesantes.

REFERENCIAS1. RIVERA, A.. "Nuevos perfiles para rotores de compresores de

tornillo". Tesis de doctorado, Cujae, La Habana, Cuba, 2004.

2. STOSIC, N. Screw Compressors: Future DevelopmentsRoyal its, 2002.

3. FUJIWARA, M. and Osada, Y. "Performance Analysis ofOil Injected Screw Compressors and Their Application".Int J Refrig. 1995, vol. 18, no 4.

4. ARBOM, M. The Design and Application of Rotary Twin-shaft Compressors in the Oil and Gas Process Industry.MEP, London,1994.

5. KONKA, K.H. Schraubenverdichter. VDI-Verlag.Dusseldorf, 1988.

6. RINDER, L. Schraubenverdichter. Springer Verlag.Heidelberg, 1979.

7. SAKUN, I. A. "Vintovie kompresori". Mashinostroenie,Leningrad, 1960.

8. BENSON, R. S. "A Theoretical and Experimental Investi-gat ion of a Gasodynamic Model for a SingleReciprocating Compressor," Int. E. Mech. Sel. 1972, no14,p. 635.

9. STOSIC, N. and Hanjalic, K. "Contribution Towards Mod-elling of Two-Stage Reciprocating Compressors", Int. J.Mech. Sci. 1977, no19, p.439.

10. FUJIWARA, M.; MATSURAGA, T. and WAFARABE, M."Computer Modeling for Performance Analysis of RotaryScrew Compressor", Proceedings of I. Mech.1984, vol.I.

11. STOSIC, N. and HANJALIC, K. "Development and Op-timization of Screw Machines with a Simulation Model,Part II: Profile Generation", ASME Transactions, Jour-nal of Fluids Engineering. 1997, no119, p. 659.

AUTORESArístides Rivera TorresIngeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorTitular, Universidad de Pinar del Río Hermanos Saiz Montesde Oca, Cuba

José Martínez EscanaverinoIngeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, Facultadde Ingeniería Mecánica, Instituto Superior Politécnico JoséAntonio Echeverría, Ciudad de la Habana, Cuba

Coupled Thermodynamic Behavior of New Screw CompressorsRotors Profile

AbstractThe article displays an evaluation of the thermodynamic behavior of screw compressor rotors with newprofiles, obtained with the help of the Scorpath 2000 software. This allows predicting precisely theoperation of the compressor, as well as its thermodynamic evaluation, under equal conditions, with thework of other compressors fitted with rotor profiles of other kinds.

Key words: thermodinamic behaviour, screw compressors, rotors

Tabla 1Indicadores termodinámicos del compresor paradiferentes perfiles

Indicador

Perfil de los rotores

Del autor(vers. 1,8)

SRM N

Flujo másico(kg/s)

0,188 0,170 0,175

Flujo volumétricoreal (m3/s)

9,49 8,56 8,83

Flujo volumétricoteórico (m3/s)

11,8 11,0 10,6

Coeficiente deentrega

0,802 0,776 0,832

Lunes, 24 de Mayo de 2010 13:22

VI CONGRESO CUBANO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO CCIMan 2010

Organizado por el Centro de Estudios en Ingeniería de Mantenimiento

Del 29 de noviembre al 3 de diciembre de 2010

Auspiciado por el Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” Como fue dado a conocer en diciembre de 2009, el VI Congreso Cubano de Ingeniería de Mantenimiento se propone ser un foro para los especialistas vinculados a la actividad del mantenimiento en todas sus vertientes y pretende ser el espacio propicio para intercambiar experiencias y aunar esfuerzos en la búsqueda de soluciones integrales adaptadas al entorno cubano y latinoamericano. Por eso, el Centro de Estudios en Ingeniería de Mantenimiento (CEIM) lanza este segundo llamado a todos los interesados a participar en el citado evento, que formará parte del VI Congreso Cubano de Ingeniería Mecánica y la XV Convención de Ingeniería y Arquitectura, celebrando el aniversario 46 de la Ciudad Universitaria José Antonio Echeverría (CUJAE).

Contactos

Para enviar documentos o solicitar cualquier información sobre el VI Congreso Cubano de Ingeniería de Mantenimiento, dirigirse a: M.Sc. Ing. Armando Díaz Concepción

Secretario del Comité Organizador

[email protected] Centro de Estudios en Ingeniería de Mantenimiento. Ave 114 No 11901 entre 119 y 127

Edificio 12, CUJAE. Marianao

Ciudad de la Habana, Cuba

Teléfono: (537) 266 36 39

E-Mail: [email protected]



Predicción de defectos en piezasfundidas mediante el usode la simulación


ResumenEl uso de técnicas de simulación para predecir defectos en piezas fundidas es una técnica amplia-mente difundida en el mundo. Esto conlleva grandes ahorros de tiempo y recursos, además de au-mentar la calidad de las piezas que se obtienen. Las ventajas son ejemplificadas en este artículo, enel cual se muestran las posibilidades del uso de este tipo de técnicas en el campo de la tecnología dela fundición.Palabras clave: simulación, solidificación, llenado del molde, rechupe

Tania Rodríguez MolinerCorreo electrónico:[email protected]és Parada ExpósitoCorreo electrónico:[email protected] Ordóñez HernándezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNEn la actualidad casi no se concibe un proceso de la vida

cotidiana que no se pueda simular. Por ejemplo, ya nadieaprende a pilotear un avión sin antes haber pasadoinnumerables horas frente a un simulador de vuelo. Todo aquelproceso que ya sea por su alto costo o por su imposibilidadde hacerlo real en determinado momento, puede dejar deutilizar exitosamente este tipo de técnicas. Como planteó elprofesor Scalla Estalella: "La ingeniería también modela sussituaciones. Al fin y al cabo, un modelo no es más que unsistema ideal que se comporta como el real con el grado deaproximación suficiente, pero que es más sencillo de calcular,más fácil de construir, más rápido en reaccionar o másseguro de utilizar. Cualquiera de estas cuatro situacionespuede conducir al ingeniero mecánico a modelar su problema.Pero los modelos son cada vez más complejos, es decir,

más próximos a la situación real. La computadoras, hanpérmitido llevar el cálculo numérico a donde nunca hubierapodido llegar el análisis matemático". [1]

La fundición es un proceso altamente complejo donde secombinan el flujo de metal en la cavidad del molde y latransferencia de calor. La consolidación del método de loselementos finitos ha permitido que este fenómeno entre tantosotros se pueda simular con ventajas evidentes. El uso decomputadoras cada vez más potentes ha permitido lacreación de modelos cada vez más exactos y cercanos a lasituación real.

En el mundo existen diversos software comerciales parasimular la solidificación en piezas fundidas (Magmasoft,NovaFlow & Solid, ViewCast, CastCAE, MAVIS,etc.), [2-7] los cuales están muy extendidos en paísesdesarrollados. En los Estados Unidos se estimaba hace unosaños que al menos la mitad de las piezas que se fundían




Predicción de defectos en piezas fundidas mediante el uso de la simulación


habían sido simuladas. [8] A criterio de los autores, en Cuba,no hay fundiciones que simulen sus tecnologías de fundicióny el uso de este tipo de programas está poco difundido en elcampo de la fundición de piezas.

El presente artículo pretende ejemplificar las claras ventajasdel uso de simuladores de solidificación de manera tal, quesea posible extender su uso con los considerables ahorrospara el país que puede traer consigo.

SIMULACIÓN DE LA SOLIDIFICACIÓNLa tecnología de piezas fundidas tiene como uno de sus

últimos pasos la comprobación de la misma en la práctica,paso que desperdicia una gran cantidad de recursos en casode tener errores la misma. Con mucha frecuencia se realizantecnologías en las que mayormente interviene la experienciade los especialistas y estas necesitan de un número grandede pruebas para llegar al éxito, por supuesto, con unaconsiderable pérdida para la empresa.

Estos problemas se agravan cuando las piezas son degrandes dimensiones, tal como el bloque de cilindros (block)de un determinado motor que puede llegar a pesar 19t.

Como variables de entrada además de la geometría de lapieza, el simulador tiene en cuenta la composición químicade la aleación a fundir, el tipo de mezcla de moldeo, latemperatura del metal y el molde, entre otros parámetros.También tiene en cuenta el movimiento de la pared del moldecuando se usa arena en verde, algo que no hay manera deprever en cálculos manuales de aquellas aleaciones quecomo el hierro fundido se expanden. [9]

Los resultados de la simulación permiten visualizar losprincipales defectos que se deben producir debido al rechupe,así como los tiempos de solidificación en cada elemento dela malla.

La figura 1 muestra los resultados de una corrida delsimulador en una pieza analizada. Todos los elementossombreados en 1a) responden a elementos que presentaránrechupes, y en 1b), el sonbreado de cada elementorepresenta los diferentes tiempos de solidificación.

Estos resultados permiten analizar los nudos térmicos ydiseñar exitosamente, muchas veces con la ayuda desoftware especializados, un adecuado sistema dealimentación y mazarotado. El conocimiento preciso de lostiempos de solidificación de cada elemento de la malla,permite una mejor ubicación y determinación de lasdimensiones de las mazarotas, evitando el usualsobredimensionamiento de las mismas.

Haciendo iteraciones sucesivas se puede llegar a unatecnología que logre obtener una pieza sin defectos, tal comose muestra en la figura 2.

SIMULACIÓN DEL LLENADO DEL MOLDEEl fenómeno de que el metal liquido que está entrando en

la cavidad del molde solidifique antes de copiar toda la formade la misma es conocido como cold shut. Este es uno delos defectos principales que se producen durante el llenadodel molde y se convierte en crítico cuando las piezas tienenpequeños espesores. Piezas con pequeños espesores sehan vuelto muy comunes debido a la necesidad de producirlascada vez más ligeras para disminuir los consumosenergéticos.

La simulación del llenado del molde permite tambiénobservar el régimen del flujo de metal en la cavidad del molde,la posible turbulencia que se formaría y corregir la forma delsistema de alimentación en caso de problemas. [10]

En la figura 3 se muestra una secuencia de imágenes quese corresponden con la simulación del llenado del molde.

Fig. 1a). Resultados de la simulación, analizando los posibles rechupes. La escala de gris comprendedesde 0 a 100% de llenado de cada elemento de la malla.

Tania Rodríguez Moliner - Andrés Parada Expósito - Urbano Ordóñez Hernández


Fig. 1b). Resultados de la simulación, analizando los tiempos de solidificación. La escala de gris comprendedesde 0 a 43,9 s de tiempo de solidificación de cada elemento.

Fig. 2. Resultados de la simulación, analizando los posibles rechupes en la pieza, luego de diseñado el sistema dealimentación y colocadas las mazarotas. La escala de gris comprende desde 0 a 100 % de llenado de cada elemento.Como se puede observar desaparecieron los defectos que se observaban en la figura 1a).

Predicción de defectos en piezas fundidas mediante el uso de la simulación


CONCLUSIONESLa simulación para predecir defectos en piezas fundidas

es una herramienta muy poderosa que trae consigo lassiguientes ventajas:

Disminución del tiempo de puesta a punto de unatecnología de fundición propuesta. Muchas veces este tiempoes crítico para el desarrollo de un prototipo.

Disminución de las pérdidas materiales y energéticas, yaque cuando una tecnología se lleva a la práctica tiene unmargen de error mucho menor.

Obtención de piezas fundidas de mayor calidad.Está demostrado que todo esto conlleva ahorros

considerables para la empresa que lo utilice. Es por estoque no se concibe hoy la fundición sin la simulación, que essinónimo de mejores piezas fundidas en menos tiempo ycon un mayor aprovechamiento de metal.

REFERENCIAS1. SCALLA ESTALELLA, J. J. "Fundamentos científicos

de la ingeniería mecánica". En I Congreso Iberoamericanode Ingeniería Mecánica (Conferencia Inaugural).

2.< www.novacast.se/solidification.htm>.3. <www.meehanite.co.uk/page27. htm>.4. <www.stockton-castings.co.uk/simulation.htm>.5. <www.castingsdev.com/case studies/Allen case study>.6. <www.alphacast-softaware.co.uk/mavisflow.htm>.7. <www.metal-technologies.com/solidify.asp>.

8. <www.wtec.org/loyola/casting/06_03.htm>.9. LING Y., MAMPAEY, F. ; WETTINCK, E. and DEGRIECK, J.

"Experimental and Numerical Analysis of Sand MouldMovement in the Gravity Casting Process". EnProceedings of the Symposium on Computational andExperimental Methods in Mechanical and ThermalEngineering. 1998. Gent, Bélgica.

10. XU, Z. ; MAMAPAEY, A. F. and DEFRANQ, CH."Modelling of Mould Filling and Solidification of Castings".En Proceedings of the Symposium on Computational andExperimental Methods in Mechanical and ThermalEngineering, 1998. Gent, Bélgica.

AUTORESTania Rodríguez MolinerIngeniera Mecánica, Doctora en Ciencias Técnicas, Profe-sora Titular, Departamento de Tecnología de Construcciónde Maquinarias, Facultad de Ingeniería Mecánica, InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciu-dad de La Habana, Cuba

Andrés Parada Expósito,Ingeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorTitular, Profesor Consultante, Departamento de Tecnologíade Construcción de Maquinarias, Facultad de Ingeniería Me-cánica, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría,Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Fig. 3. Secuencia que muestra la simulación del llenado del molde hasta los 2,15 s, las diferentes tonalidades representan lasdiferentes temperaturas del metal a medida que se va enfriando.

1s 1,4s 2,15s

0,4s 0,6s 0,8s

http://www.novacast.se/solidification.htm

http://www.meehanite.co.uk/page27.

http://www.stockton-castings.co.uk/simulation.htm

http://www.castingsdev.com/case

http://www.alphacast-softaware.co.uk/mavisflow.htm

http://www.metal-technologies.com/solidify.asp

http://www.wtec.org/loyola/casting/06_03.htm

Tania Rodríguez Moliner - Andrés Parada Expósito - Urbano Ordóñez Hernández


Prediction of Casting Defects Using Simulation Techniques

AbstractThe aim of the present paper is to show the evident advantages of using simulation techniquesin foundry technologies. The considerable save of time and economic resources that implies theuse of this techniques has spread worldwide. As in Cuba the use is not extended to the foun-dries, we intend to demonstrate the possibilities of the use of simulation software for the devel-opment of casting technologies.

Key words: simulation, solidification, mould filling, shrinkage

Urbano Ordóñez HernándezIngeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorTitular, Profesor Consultante, Departamento de Tecnologíade Construcción de Maquinarias, Facultad de Ingeniería Me-cánica, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Nota de los autores

Todos los resultados de simulación que se muestran en elpresente artículo han sido simulados con el ViewCast. Estesoftware se encuentra en el Departamento de Tecnología dela Construcción de Maquinarias y ha sido desarrollado por elCentro de Fundición WTCM en Bélgica.

VI CONGRESO CUBANO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

METALÚRGICA

Del 29 de noviembre al 3 de diciembre del 2010 en La Habana, Cuba.

En el marco de la 15 Convención de Ingeniería y Arquitectura del Instituto Superior Politécnico ¨José

Antonio Echeverría¨, la Facultad de Ingeniería Mecánica de la CUJAE convoca al VI Congreso Cubano

de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica, CCIM-2010.

El Congreso está dirigido a los profesionales de la comunidad nacional e internacional que laboran en las

ramas mecánica, mecatrónica, metalúrgica y afines.

El CCIM-2010 tendrá como tema central; El conocimiento, la tecnología y la enseñanza de la ingeniería;

factor sustentable del futuro y contará con las siguientes temáticas:

• La ingeniería en las ciencias de la vida.

• El diseño y la manufactura en los sistemas mecánicos y mecatrónicos.

• Las matemáticas aplicadas a los sistemas mecánicos y mecatrónicos.

• La ingeniería de materiales y metalúrgica: sus tecnologías.

• La ingeniería de transporte.

• Las tecnologías energéticas.

• La enseñanza de la ingeniería mecánica y metalúrgica.

Además de las anteriores propuestas y como parte del CCIM-2010, se celebrarán los siguientes eventos:

El VI Congreso Cubano de Ingeniería de Mantenimiento, donde serán abordadas temáticas relacionadas

con esta especialidad.

EL Congreso Latinoamericano de Estudiantes de Ingeniería Mecánica (CLEIM), para el cual convocamos

a la comunidad de estudiantes latinoamericanos de Ingeniería Mecánica, Mectarónica y Metalúrgica.

Las fechas importantes son:

Envío de resúmenes: 30 de junio de 2010.

Notificación de aceptación de resumen: 16 de julio de 2010

Envío de trabajos por extenso: 17 de septiembre de 2010

Notificación de aceptación de trabajos: 15 de octubre de 2010.

Los idiomas oficiales del CCIM-2010 son: español, inglés, portugués.

Para mas información visite: http://www.cujae.edu.cu/eventos/convencion/Sitios/CCIM/

O dirigirse al comité organizador a través del correo: [email protected]

El Consejo editorial de la Revista de Ingeniería Mecánica seleccionará los mejores trabajos para su

publicacion en dicha Revista. En caso necesario se le solicitará a los autores la modificación del artículo

para que cumpla con las normas de redacción de la Revista.

Dirección de la revista: http://www.cujae.edu.cu/ediciones/RMecanica.asp

El CCIM 2010 tendrá como tema central:

“El conocimiento, la tecnología y la enseñanza en la Ingeniería: factor sustentable del

futuro”

CONVOCATORIA VI Congreso Cubano

de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica

CCIM 2010



Humanismo y Tecnología

NOTA: PROBLEMAS SOCIALES DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA

José Ricardo Díaz CaballeroCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Cada día nos sorprende con nuevos cambios. Sin embargo, ese agitado movimiento se va revelando másy más como un proceso en extremo ambivalente y contradictorio. La técnica, "(...) cuya misión es resolverleal hombre problemas, se ha convertido de pronto en un nuevo y gigantesco problema" .[1] Estas palabrasde J. Ortega y Gasset ilustran con bastante precisión el estado de cosas en que ha devenido hoy día elcomplejo y multifacético ámbito de la relación tecnología-sociedad.

Hoy más que nunca se hace sentir la urgencia de pensar en el movimiento de la técnica y la industria.Desastres ecológicos y amenazas sobre la biosfera se suceden a un ritmo inquietante. Las tecnologías danla posibilidad de crear rápidamente nuevas especies animales y vegetales, así como transformar el modode reproducción humano. Nuevas maneras de pensar y de ser en conjunto se elaboran en el mundo de lascomunicaciones y la informática. Los espacios del trabajo, del pensamiento y la comunicación dependen,también de ellos, de la incesante metamorfosis de las disposiciones y dispositivos informacionales. Por elestablecimiento de conexiones siempre más numerosas en dirección del universo no humano (la naturaleza,sus flujos, sus campos y fuerzas, la materia como fuente de energía o soporte de acciones), la técnica esuna de las dimensiones en las que se juega la autotransformación del mundo humano.[2] Resulta innegable el hecho de que, independientemente de otros factores, la vida social se encuentrainfluida en apreciable medida por el estado y los avatares de la técnica y la industria. "Una parte esencialde los problemas políticos de nuestro tiempo –afirma Pierre Lévy- se juegan en el terreno de latécnica (...)" [2] y, pudiera agregarse, una gran parte de los proyectos científicos, tecnológicos y económicosse acometen con intenciones políticas.

Es agobiante el acoso impuesto mediante esas alusiones, mitos y falacias que las grandes trasnacionalesy potencias desarrolladas divulgan sobre la necesidad del cambio tecnológico permanente por motivosmercantiles que no tienen en cuenta las necesidades reales de humanidad. Tales mensajes aluden sutil oexplícitamente a la idea de que quién no se ponga a tono con las últimas novedades del estado del arte enla tecnología, se encontrará de forma irremediable, amenazado, discriminado, humillado y condenado alfracaso. Generalizan un discurso que modifica de forma sutil, imperceptible, la escala de valores del hombremoderno; unen la necesidad de competitividad con la noble búsqueda de algo llamado excelencia, excelenciatípicamente entendida como la consecución de calidad de un producto, cualquiera que este sea. Semejantesmensajes son muy frecuentes hoy en empresas, escuelas y todo tipo de locaciones y relaciones sociales.

¿Se aspira en las empresas a esto o a un tipo de competitividad y excelencia con un sentido más amplioy abarcador que el productivo, capaz de garantizar la mayor calidad de vida, la excelencia social y lasustentabilidad de cada país?

mailto:@gest.cujae.edu.cu



"Construimos nuestros edificios, remarcó una vez Winston Churchill (a raíz de una propuesta paraun nuevo edificio del parlamento), luego nuestros edificios nos construyen a nosotros".[3] LudwingFeuerbach, por su parte, se percató en el siglo XIX que no pensaban de la misma manera quien vivíabajo el techo de una choza y quien vivía bajo el techo de un palacio. Es obvio, las condiciones deexistencia influyen en el modo de pensar y actuar de la gente. La realidad tecnológica es sin dudasparte inseparable de esas condiciones. Ello significa que la ciencia y la tecnología, además de ser unvalor, crean ellas mismas nuevos valores en el hombre y modifican de modo sustancial los ya existentes.Los avatares de la producción y la industria no son solo fenómenos económicos o científico-técnicos,sino que tienen una inmediata e íntima dimensión axiológica. Sin embargo, la aproximación axiológicaa la realidad tecnológica y sus impactos es un asunto complejo.

El problema radica en que las tecnologías, como regla bastante general, son ambiguas, ambivalentesdesde el punto de vista de su significación social. Si se considera que valor es aquello que tienesignificación social, ellas constituyen un valor. Ahora, si se parte de la compresión del valor como unconcepto que, por un lado expresa las necesidades cambiantes del hombre y, por el otro, fija lasignificación social positiva de los fenómenos naturales y sociales para la existencia y el desarrolloprogresivo de la sociedad, el asunto se complica sobremanera, principalmente por dos razones.Primera: no existe un criterio objetivo para discriminar cuáles de las denominadas necesidadescambiantes del hombre son superfluas y cuáles esenciales en un momento histórico-concreto dado.Segunda razón: la propia idea del progreso y su criterio de determinación son bastante discutiblesdesde la perspectiva de los tiempos actuales.

Al igual que existen argumentos y hechos esenciales para justificar la tesis de que la sociedadprogresa, también existe una "bolsa" similar de argumentos y hechos esenciales para fundamentar locontrario. Es, por tanto, en extremo difícil establecer el sentido ascendente o descendente de la líneaque resulta del enfrentamiento de las tendencias progresivas y regresivas si se consideran estas ensu interacción dinámica objetiva, esto es en la unidad real de todos los aspectos y matices quecaracterizan el complejo y multifacético movimiento social. Quizás lo más sensato sea hablar de unprogreso-regreso de la humanidad o de un regreso-progreso o de ambas cosas a la vez.

En resumidas cuentas las interrogantes caen por su propio peso. ¿Existe progreso en la sociedad?¿Son la ciencia, la tecnología y la industria moderna un valor, un anti-valor, un valor anti-valor, un anti-valor valor?

Al parecer las cosas del hombre, que ama lo absoluto, lo bello y lo perfecto, están condenadas a lorelativo y lo sublime.* El propio concepto de verdad no escapa a esta realidad. Si bien es cierto que lanoción acerca de la existencia de la verdad ha orientado la búsqueda humana durante siglos, tambiénes cierto que las festinadas y bizantinas disputas por su tenencia han dificultado la mejor comprensióny comunicación entre los hombres. Del mismo modo, la idea del progreso, siendo un estímulo positivopara la creación, también ha conducido al absurdo de creer (el hombre exhibe una insólita capacidadpara autoengañarse y creer las propias falacias que se inventa) que toda invención o cambio realizadoo en proyecto constituyen un desarrollo, sin embargo, el asunto no para ahí. El hombre siempreencuentra fuertes e irrebatibles argumentos para justificar sus acciones. Por ejemplo, muchostecnólogos consideran que innovar es mejorar en el sentido del progreso y coinciden en aceptar quesiempre, en el pasado, los grandes desarrollos tecnológicos, que luego han resultado inocuos,despertaron terror entre los timoratos conservadores.

Por supuesto, los graves problemas de todo tipo que aquejan al mundo contemporáneo se encargana cada paso de mostrarle al hombre la carencia que tiene de un criterio eficaz para determinar cuálesson en verdad las auténticas necesidades esenciales de la humanidad, así como el imperativo decontar con un principio que le permita reconocer el progreso global de la sociedad. El autor de estetrabajo cree en el progreso, lo presiente, pero se cuestiona los diversos criterios con que históricamentehasta hoy se ha pretendido demostrar su existencia.

* Se emplea aquí el término sublime en el sentido que lo hacían los románticos, es decir, como algograndioso que impresiona y provoca cierto desasosiego.



El denominado progreso tecnológico ha abierto a la humanidad unas posibilidades, en muchoscasos, difíciles de evaluar a plenitud desde la perspectiva actual sin el impostergable concurso de lasCiencias Sociales y Humanísticas. Tal ambivalencia quizás sea la causa de los diferentes y confrecuencia contrapuestos enfoques e interpretaciones que se realizan del fenómeno tecnológico.

Unos autores, haciendo gala de un optimismo acrítico, triunfalista, desmesurado, ven en la tecnologíala solución a todos los males. Otros en cambio, se desvelan con las terribles secuelas y problemasde toda índole que va dejando tras de sí el uso indiscriminado y anárquico de los avances científico-técnicos y alertan sobre las nefastas crisis que se avecinan de no poner coto a tiempo y revertir esastendencias. Algunos estudiosos, convencidos de que el hombre está capacitado para regular demanera sensata y eficaz los desafueros de sus actos en la producción y en general en su interaccióncon el medio natural y social, claman a voz en pecho por reglamentaciones, moratorias y normativas‚éticas y jurídicas para la creación científica y tecnológica así como para su aplicación. Sin embargo,otros llaman la atención hacia el alarmante hecho de que la propia tecnología y la propaganda que laacompaña modifican ostensiblemente los valores éticos de la gente hasta el punto de considerarahora morales muchas cosas que antes literalmente repudiaba. [4]

Existen también quienes afirman que la tecnología es neutra y desplazan la responsabilidadpor sus efectos negativos a las espaldas solo de aquellos que deciden las formas de su utilización.Otros, como Lewis Munford, desenmascaran esa pretendida neutralidad alegando que tal falaciaha servido para eximir a los científicos y tecnólogos de cualquier responsabilidad o compromisosocial respecto a las posibles consecuencias negativas que pudieran desarrollarse. Puede hacersealgo más que aceptar pasivamente la tecnología sugiere Munford, puede y debe elegirse, puedey debe preguntarse al servicio de quién o de qué se quieren poner las máquinas, al de la produccióno al del ser humano. [5, 6]

Muchos son los pensadores que plantean que la técnica, mediante la mecanización de losprocedimientos del trabajo, incrementa el ocio. Otros, por el contrario, consideran que la labor manualeconomizada por las máquinas no desaparece, sino que se desplaza dentro de la organizacióntécnica. [7]

Esta andanada de criterios divergentes es, en buena medida, la respuesta emergente entérminos de las Ciencias Sociales y Humanísticas a la ambivalente andanada de impactos socialesde la tecnología. Se consolidan e institucionalizan en la actualidad ramas del saber como losEstudios Sociales de la Ciencia y la Tecnología, la Filosofía de la tecnología, la Economía de latecnología, la Sociología de la tecnología y otras que abordan el fenómeno tecnológico y susimpactos desde diversas ópticas sociales específicas. Sin embargo, salvo algunas temáticasarchiconocidas, por ejemplo, las cuestiones ecológicas y éticas, se reflexiona todavía muy pocoo nada sobre otras importantes aristas sociohumanistas de la tecnología y la profesión. Esascarencias provocan que, en ocasiones, y sin pleno conocimiento de causa, se mistifique latecnología en las universidades y escuelas. Obviamente, de acentuarse esa situación habrá quepagar un elevado precio algún día.

La tecnología moderna tiene muchas bondades pero también es portadora de riesgos contralos cuales hay que estar prevenidos y adoptar estrategias y políticas definidas para que pasen,en el peor de los casos, como meras enfermedades benignas del progreso y no se truequen enfulminantes enfermedades mortales para la humanidad y el medioambiente. Es preocupante elvolumen creciente de literatura divulgativa, sin hacer referencia ya a otros medios de información,que omite esa cara fea de la moneda. Langdon Winner, actualmente uno de los más prestigiososfilósofos de la tecnología, ha acuñado el término de tecnopornografía para cierto género deensayos que, con pretensiones divulgativas, se dedican de forma abierta y, la mayoría de lasveces, en detrimento del rigor científico, a especular y fantasear sobre presumibles logros yavances tecnológicos que poblarán el futuro. Aunque visto desde fuera no es más que un meroejercicio literario consistente en dar rienda suelta a la imaginación; desempeñan, lo quieran ono, la peligrosa función de omitir, ocultar o disimular una importantísima faceta de la realidadtecnológica actual: sus riesgos, sus peligros y sus repercusiones e impactos. [8]

En este marco de cosas, una de las posibles y necesarias estrategias a seguir para resguardar ala educación del influjo de tales tendencias es reconocer el marcado carácter social que tiene la



tecnología como fenómeno, y propiciar el debate multidisciplinario sociohumanístico de la misma enel curso de la formación profesional.

REFERENCIAS1. ORTEGA GASSET, J. "Meditación de la técnica y otros ensayos sobre ciencia y filosofía",Revista Occidente/Alianza. 1982, p.16, Madrid.

2. LEVY, Pierre. "La técnica no es un ídolo. Siete tesis sobre la tecnociencia", Revista ElectrónicaTopodrilo, 1998.

3. MITCHAM, Carl. "Tres formas de ser con la tecnología". Anthropos,1989, no 94-95, p.13.

4. TESTART, J. El embrión transparente. Barcelona: Juan Gránica, 1988.

5. MUMFORD, L. El mito de la máquina: las técnicas y el desarrollo de la Humanidad. Buenos Aires:Emeco, 1969.6. MUMFORD, L. Técnica y civilización. Madrid: Editorial Alianza, 1971.7 . JUNGER, F. G. Perfección y fracaso de la técnica. Buenos Aires: Editorial Sur, 1968.8. "Sección Informes y Bibliografía Temática", Revista Anthropos, no 94/95, p. XIV.

AUTORJosé Ricardo Díaz CaballeroLicenciado en Filosofía, Doctor en Ciencias Filosóficas, Profesor Titular, Dirección de Ciencias Sociales,Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

Recibido: octubre 2009 Aprobado: diciembre 2009Publicado: Ingeniería Hidráulica y Ambiental , Vol. XXVII , No. 2-3, 2006*


Modelación de filtros sumergidosy aireados

INGENIERÍA QUÍMICA

ResumenSe realiza un estudio del comportamiento de un reactor de cama fija sumergido y aireado a escalapiloto en el tratamiento de un residual sintético. Los objetivos que se persiguen son modelar elcomportamiento de un filtro sumergido y aireado ante variaciones de parámetros operacionales talescomo: concentración de la alimentación, tiempo de retención hidráulico, área de empaquetadura ynivel de aireación. Para ello se realizó un diseño de experimento que fue procesado a través del StatGraphics, determinando la influencia que sobre la remoción de la demanda química de oxígeno tieneestos parámetros o la combinación entre ellos.

Palabras clave: filtros sumergidos y aireados, tratamiento de residuales, biopelícula

INTRODUCCIÓNEn los últimos diez años aproximadamente, debido a los

requerimientos más rigurosos exigidos para los tratamientosde aguas residuales, el aumento de la demanda de espaciolibre y la disminución de costos por mantenimiento, losprocesos de biopelículas comenzaron a ser frecuentementeusados en el campo de las pequeñas plantas de tratamientocomo una alternativa de costo efectiva para ladescontaminación de residuales líquidos.

Este tipo de crecimiento es una de las formas más antiguasy común de vida microbiana con una forma de organizaciónespecialmente elevada.

Dentro del grupo de procesos de biopelículas se encuentranlos reactores de cama fija sumergida, que durantedécadas han sido conocidos por su gran capacidad paraasimilar fluctuaciones de carga, debido a la alta capacidadde adsorción de las biopelículas, así como, por su más

eficiente utilización del espacio si se les compara con lasplantas que utilizan los procesos de lodo activado, teniendoademás una alta eficiencia en la degradación y una bajaproducción de lodo. [1-3]

Son precisamente estas características las que hacen delos reactores de cama fija sumergida, ideales para eltratamiento de aguas residuales municipales y efluentesindustriales.

MATERIALES Y MÉTODOSFormación de biomasa

La biomasa utilizada en el tratamiento fue tomada de unaplanta de tratamiento de residuales humanos, la cual fuesometida a un proceso de aireación mecánica y alimenta-ción batch, adicionándole los nutrientes necesarios de for-ma tal que se garantizara el crecimiento de la masamicrobiana. Cuando se observó que el medio soporte estu-

Miguel A. Díaz MarreroCorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, CubaFarah de Armas MachadoAgencia de Medio Ambiente, Ciudad de La Habana, Cuba



Modelación de filtros sumergidos y aireados


vo cubierto por la película biológica se procedió a alimentaren continuo con la menor de las cargas orgánicas de tra-bajo.

Descripción del sistemaEl esquema de la planta de tratamiento empleada se

muestra en la figura 1. EL experimento se realizó en doscolumnas cilíndricas de vidrio (R1 y R2) de 10 cm de diáme-tro y con un volumen total de 3 L. Ambas columnas seempacaron de manera irregular con medios de soportesdiferentes compuestos por pequeños anillos hasta unaaltura de 34,4 cm, ocupando un volumen de 2,7 L.

Las características de las empaquetaduras utilizadas sepresentan en la tabla 1.

El residual a tratar alimenta al reactor por medio de dosbombas peristálticas (1 y 1´ ), que garantizan los flujosdeseados, desde el depósito de preparación. El aire sumi-nistrado al tratamiento proviene de un compresor (3) pasan-do por dos medidores de flujo (2 y 2´ ) y se distribuye en losreactores a través de difusores de vidrio.

Condiciones experimentalesEl residual sintético se preparó en el laboratorio a partir

de extracto de levadura y peptona con una concentraciónaproximada de 999 y 1 103 mg L -1 respectivamente, medi-dos como DQO, para soluciones preparadas de 1 gL-1 de di-chas sustancias. La concentración para cada experimentose logró mezclando estas sustancias de manera tal que cadauna aportara la mitad de la DQO requerida. La composiciónde nitrógeno para la levadura y la peptona fueron de 11,7 %y 11,2 % respectivamente. Por experiencias anteriores sesabe que este sustrato presenta un adecuado balancenutricional con respecto a la relación DQO:N:P.[4]

Para estudiar el comportamiento del sistema con diferen-tes variables operacionales y su influencia en la eficienciade remoción se realizó un diseño de experimento variandoen dos niveles la concentración inicial del residual, el flujode aireación, el tiempo de retención y las áreas específicade las empaquetaduras.

Combinando estas variables se realizaron dieciséiscorridas experimentales (ocho para cada reactor). En latabla 2 se presentan las diferentes corridas experimenta-les con los valores de cada una de las variables.

Con los datos obtenidos de la tabla 2 se determinaronlos valores de carga orgánica volumétrica (Bv) a utilizar, asícomo las cargas por unidad específica de empaquetadura(Ba), las cuales se muestran en la tabla 3.

Para el caso del flujo de aire (tabla 4), como esteparámetro está relacionado con el volumen del reactor yel área específica de la empaquetadura, para confeccio-nar el modelo se determinó para los dos niveles de airela relación:

)( 2

3

hm

m

AespV

QaireQae

Al finalizar cada corrida se realizaron lavados de los reac-tores con aire, empleando un flujo que permitiera expandir lacama alrededor de 2 cm por un tiempo de 6 h como mínimo.Este procedimiento se realizó con el fin de eliminar cualquierinterferencia que pudiera ocasionar en la eficiencia de remo-ción de la nueva corrida, el exceso de lodo que quedara atra-pado en la cama del reactor.

La temperatura ambiente a la cual se desarrolló el expe-rimento se mantuvo entre los 26 y 30 oC. En cada corridalas características de las corrientes fueron monitoreadasdiariamente según los métodos estándar, realizando las si-guientes determinaciones:

• DQO. Alimentación y efluente de los reactores.• Sólidos. Efluente de los reactores.• pH. Efluente de los reactores.

Fig. 1. Esquema de la planta de tratamiento empleada.

(3)

Tabla 1Características de las empaquetaduras utilizadas

Reactor 1 Reactor 2

Material vidrio plástico

Área del espaciode empaquetadura

520 175

Espacio vacío (%) 80 90

(2) (2´)

(3)

(1) (1´)

R 2 R 1

(3)

Miguel A. Díaz Marrero - Farah de Armas Machado


Tabla 2Diferentes corridas experimentales con los valores de cada una de las variables

CorridaNo.

Área expecífica(m2m-3)

Tiempo de retención(h)

DQO (So)

(mg L-1)

Flujo de aire(Lh-1)

Reactor 1 1 520 6 500 170

2 520 6 500 90

3 520 12 500 170

4 520 12 500 90

5 520 6 1 000 170

6 520 6 1 000 90

7 520 12 1 000 170

8 520 12 1 000 90

Reactor 2 9 175 6 500 170

10 175 6 500 90

11 175 12 500 170

12 175 12 500 90

13 175 6 1 000 170

14 175 6 1 000 90

15 175 12 1 000 170

16 175 12 1 000 90

Tabla 3Valores de carga orgánica volumétrica y carga por unidad de área de empaquetadura

DQO(mg L-1)

Flujo de alimentación(L d-1)

Ba(g m-2 d-1)

Bv(g m-3 d-1)

Reactor 1 500 6 2,13 1 111

500 12 4,27 2 222

1000 6 4,27 2 222

1000 12 8,54 4 444

Reactor 2 500 6 6,35 1 111

500 12 12,69 2 222

1000 6 12,69 2 222

1000 12 25,39 4 444



Tabla 4Flujo de aire alimentado y valores por unidad devolumen del reactor y de superficie deempaquetadora

Flujo de aire(L h-1)

Qae(m3m-2 h-1)

Reactor 1 170 0,12

90 0,064

Reactor 2 170 0,36

90 0,19

Tabla 5Valores medios de los parámetros fijados y porcentajes de remociòn obtenidos

ExperimentoÁrea espacio de empaquetadura

(m2m-3)

Tiempo deretención

(h)Qae

(m3m-2h-1)DqO0(mgL-1)

Remoción(%)

1 520 12 0,064 540,43 92,58

2 175 12 0,36 505,40 94,31

3 520 12 0,12 505,40 95,45

4 175 12 0,19 519,25 91,72

5 520 6 0,064 525,75 88,38

6 175 6 0,36 521,8 91,05

7 520 6 0,12 521,8 90,64

8 175 6 0,19 530,14 86,64

9 520 12 0,12 993,05 90,68

10 175 12 0,19 993,05 83,41

11 520 12 0,064 1116.7 84,76

12 175 12 0,36 1116.7 89,56

13 520 6 0,12 1048.50 87,59

14 175 6 0,19 1048.50 80,37

15 520 6 0,064 1044.83 81,11

16 175 6 0,36 1044.83 86,85

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOSEl análisis de los resultados se centra en modelar el efecto

de las variables de operación seleccionadas, sobre el por-centaje de remoción de la DQO. Con esta finalidad se utili-zó a través del programa Statgraphics, el método de análi-

sis estadístico superficie de respuesta. Este método,permite mediante un conjunto de técnicas matemáticas yestadísticas, realizar la modelación y análisis, en aplicacio-nes donde una respuesta es influenciada por varias varia-bles aunque el objetivo no es optimizar la misma.

En la tabla 5, se presentan, los valores medios de losparámetros fijados y los porcentajes de remoción obtenidosque van a servir de base para el análisis.

Se seleccionó un orden máximo de interacción de dosvariables lo que permite 5 o de libertad para el ajuste delmodelo. A través de un análisis de varianza del porcentajede remoción se determinan los efectos significativos sobre larespuesta y el grado de ajuste del modelo. Los resultadosobtenidos del programa son expuestos en la tabla 6.

En la tabla citada se comprueba que hay efectos quetienen valores de P altos, indicando que ellos no son signi-ficativos. El estadístico R-square indica que el modelo hasido ajustado para responder a un 98,689 7 % en la variabi-lidad de la eficiencia de remoción.



Para simplificar el modelo se excluyen los efectos nosignificativos, que son Aesp, Qae, y las combinacionesAB, BC y BD. El análisis de varianza para la eficienciade remoción, teniendo en cuenta solo los efectos signifi-cativos quedaría de la forma que se presenta en latabla 7.

Otra herramienta que sirve para visualizar los efectos enel orden decreciente de magnitud es el Pareto Chart

(figura 2). El largo de cada barra es proporcional al efectoestandarizado, el cual es el efecto estimado dividido por suerror estándar, lo cual es equivalente a realizar una pruebaestadística T a cada efecto.

La línea vertical en el gráfico define los efectos significa-tivos. Las barras que se extienden más allá de la línea,corresponden a efectos estadísticamente significativos paraun 95 % de nivel de confianza.

Tabla 6Análisis de varianza para la eficiencia de remoción

FuenteSuma de

cuadradosG1 Cuadrado medio F-Ratio P-Valor

A: Aesp 1,003 58 1 1,003 58 1,31 0,305 0

B: Tret 2,917 75 1 2,927 75 3,79 0,109 0

C: Qae 1,254 96 1 1,254 96 1,63 0,257 5

D: So

15,019 5 1 15,019 5 19,53 0,006 9

AB 0,002 024 03 1 0,002 024 03 0,00 0,961 1

AC 8,503 88 1 8,503 88 11,06 0,020 9

AD 6,875 98 1 6,875 98 8,94 0,030 4

BC 0,168 638 1 0,168,638 0,22 0,659 3

BD 1,238 66 1 1,238 66 1,61 0,260 2

CD 9,965 25 1 9,965 25 12,96 0,015 5

Error total 3,844 81 5 0,768 962

Total (corregido) 293,436 15

Tabla 7Análisis de varianza para la eficiencia de remoción. Efectossignificativos

FuenteSuma de

cuadrados G1Cuadrado

medio F-Ratio P-Valor

B: Tret 55,332 6 1 55,332 6 61,50 0,000 0

D: So

35,185 1 1 35,185 1 39,10 0,000 1

AC 5,900 29 1 5,900 29 6,56 0,028 3

AD 10,554 1 10,554 11,73 0,006 5

CD 7,801 1 7,801 8,67 0,014 7

Error total 8,997 7 10 0,899 77

Total (corregido) 293,436 15Fig. 2. Gráfico de Pareto estandarizado (%) Rem.

Efectos estandarizados

+-

0 2 4 6 8

AC

CD

AD

D:So

B:Tret

R-cuadrado 96,933 7 %

R-cuadrado 98, 689 7 %



La ecuación ajustada queda de la siguiente forma:(%) Rem = 87,727 + 0,619 94 . Tret - 0,021 501 2 .So + 0,078 643 7 . Aesp . Qae + 0,000 016 817 7 . Aesp .So + 0,025 383 2 . Qae . So

donde:(%) Rem = (DQOinicial - DQOfinal)100/DQOinicialSo: Concentración inicial del residual (mg/L de DQO).Aesp: Área especifica de empaquetadura (m2/m3).Qae: Flujo de aire por unidad de volumen del reactor y porunidad de área específica de empaquetadura [m3/(m2h)].Tret: Tiempo de retención (h).

Tabla 8aConcentración de la alimentación

So (mg/L) 500 1 000

(%) RemociónAesp (m2/m3) Tret (h) Qa (L/h) (%) Remoción

Reactor 1 520 12 90 92,58 84,76 7,82

520 12 170 95,45 90,68 4,77

520 6 90 88,38 81,11 7,27

520 6 170 90,64 87,59 3,05

Reactor 2 175 12 90 91,72 83,41 8,31

175 12 170 94,31 89,56 4,75

175 6 90 86,64 80,37 6,27

175 6 170 91,05 86,85 4,2

Tabla 8b. Flujo de aire

Qa (L/h) 90 170

(%)Remoción

Aesp(m2/m3) Tret (h) So (mg/L) (%) Remoción

Reactor 1 520 12 500 92,58 95,45 2,87

520 6 500 88,38 90,64 2,26

520 12 1 000 84,76 90,68 5,92

520 6 1 000 81,11 87,59 6,48

Reactor 2 175 12 500 91,72 94,31 3

175 6 500 86,64 91,05 4,41

175 12 1 000 83,41 89,56 6,15

175 6 1 000 80,37 86,85 6,48

El modelo describe satisfactoriamente la variabilidad delporcentaje de remoción para un 96,933 7 % de ajuste. Lainfluencia de cada variable sobre el porcentaje de remo-ción, sigue el siguiente orden decreciente; concentracióninicial del residual, flujo de aire empleado, tiempo de reten-ción hidráulico y área especifica de empaquetadura.

Eficiencias de remoción entre el 80 y 95 % fueronalcanzados para las condiciones experimentales selec-cionadas. La contribución de cada variable al cambio delos porcentajes de remoción se muestra en las tablas8a, b, c y d.



Los resultados obtenidos permiten establecer que unadisminución en el porcentaje de remoción, producida porun aumento de la concentración inicial del residual, pue-de ser compensada a través de un aumento del flujo deaire empleado, lo cual puede verse en el gráfico deinteracción de factores (figura 3), obtenido del modelodesarrollado por el programa Statgraphic, donde se rela-ciona el porcentaje de remoción en función de estas dosvariables manteniendo el resto constantes en su valorcentral.

Tabla 8c. Tiempo de retención

Tret (h) 6 12

(%) RemociónAesp (m2/m3) Qa (L/h) So (mg/L) (%) Remoción

Reactor 1 520 90 500 88,38 92,58 4,2

520 90 1 000 81,11 84,76 3,65

520 170 500 90,64 95,45 4,81

520 170 1 000 87,59 90,68 3,09

Reactor 2 175 90 500 86,64 91,72 5,08

175 90 1 000 80,37 83,41 3,04

175 170 500 91,05 94,31 3,26

175 170 1 000 86,85 89,56 2,71

Fig. 3. Interacción para el porcentaje de remoción.

Tabla 8d. Área de la empaquetadura

Aesp (m2/m3)520

Reactor 1175

Reactor 2(%)

RemociónTret(h) Qa (L/h) So (mg/L) (%) Remoción

12 90 500 92,58 91,72 0,86

12 90 1 000 84,76 83,41 1,35

12 170 500 95,45 94,31 1,14

12 170 1 000 90,68 89,56 1,12

6 90 500 88,38 86,64 1,74

6 90 1 000 81,11 80,37 0,74

6 170 500 91,05 90,64 0,41

6 170 1 000 87,59 86,85 0,74



En esta investigación no se caracterizó el consu-mo de oxígeno, sin embargo, se puede afirmar, quelos niveles de flujo de aire utilizados, garantizaron unproceso aerobio en la oxidación de materia orgánica.Una comparación entre los flujos reportados en la lite-ratura para este tipo de tratamiento en función de lasuperficie del soporte y los empleados en este estu-dio, se muestra en la tabla 9.

Los tiempos de retención utilizados en el sistema, con-tribuyeron a incrementar la remoción entreun 2,7 y 5 %. Resultados similares fueron obtenidos porFang & Yeong [5,6], para un amplio rango de tiempos deretención de (4-14 h).

Como puede apreciarse en los resultados, el empleo deuna mayor área específica de empaquetadura solo ofreceincrementos entre 0,4 y 1,7 en la eficiencia de remoción.Este parámetro puede tener más influencia para cargasmayores.

Con respecto al área especifica de empaquetadura pue-de también estar sucediendo que al aumentar aproximada-mente al triple la misma, para volúmenes iguales de losreactores, el espacio vacío o volumen efectivo disminuyedesde un 90 % a un 80 %, este último inferior al espaciovacío sugerido por la literatura ( 85 %). Es de esperar en-tonces que la selección de una superficie específica muygrande para las cargas orgánicas empleadas produzca unadisminución del área inicialmente diseñada por elsobrecrecimiento de la biopelícula en la estructura del so-porte, y como consecuencia una menor transferencia deoxígeno hacia el interior de la misma, resultados que con-cuerdan con lo planteado por la literatura.

La tabla 10 refleja cómo en el efluente hay una tenden-cia de los sólidos suspendidos totales a aumentar con laconcentración inicial, a pesar de que la producción de lodosen los sistemas de película fija no obedece a un desprendi-miento continuo. Además, se aprecia que los valores másaltos aparecen en los experimentos impares que corres-ponden a la mayor área específica de empaquetadura, queorigina una mayor cantidad de biomasa en el interior delreactor.

CONCLUSIONES1. Se obtuvo un modelo que describe el porcentaje de

remoción de la DQO para filtros sumergidos aireados enfunción de la concentración inicial del residual, flujo de aire,tiempo de retención y área especifica de la empaquetadura,con un coeficiente de ajuste del 96,933 7 %.

2. En los rangos en que se trabajaron las variables inde-pendientes, la influencia de las mismas sobre el porcentajede remoción sigue el siguiente orden decreciente:

a) Concentración inicial del residual.Afecta negativamente al incrementar la concentración de

500 a 1 000 mg/L, llegando en las corridas realizadas hastaun 8,31%.

b) Flujo de aire.Produce incrementos en el porcentaje de remoción al

variar entre 90 y 170 L/h llegando hasta 6,48%.c) Tiempo de retención.Produce incrementos en el porcentaje de remoción cuan-

do se varía de 6 a 12 h llegando hasta un 5,08 %.d) Área específica de empaquetadura.Produce incrementos en el porcentaje y la remoción cuan-

do se varía de 175 a 520 m2m-3 llegando hasta 1,74 %.3. Los resultados obtenidos permiten establecer que una

disminución en el porcentaje de remoción, producida por unincremento de la concentración inicial del residual, puedeser contrarrestada a través de un aumento del flujo de aireempleado, manteniendo constante el área especifica deempaquetadura y el tiempo de retención.

4. En el efluente hay una tendencia de los sólidos sus-pendidos totales a incrementarse con el aumento de la con-

Tabla 9Comparación entre los flujos de aire reportados en laliteratura y los empleados en este estudio

Referencias [m3/(h.m2)](%)

Remoción

Biotechnology 5-15

Bjorn Rusten 0,054 3 - 0,089 70-75

Experimentado 0,064 - 0,36 80-95

Tabla 10Producción de sólidos suspendidos totales

Reactor 1 Reactor 2

ExpDQO

o

(mgL-1)SST

(mgL-1) ExpDQO

o

(mgL-1)SST

(mgL-1)

1 540,43 21,2,5 2 505,40 30,67

3 505,40 370,67 4 519,25 75,33

5 525,75 490,5 6 521,8 64

7 521,8 343,33 8 530,14 56,5

9 993,05 756,67 10 993,05 78

11 1 116,17 980.33 12 1 116,17 72

13 1 048,50 880 14 1 048,50 240

15 1 044,83 923,33 16 1,044,83 74



centración inicial, a pesar que la producción de lodos en lossistemas de película fija no obedece a un desprendimientocontinuo. También se aprecia que los valores mayoresaparecen en el reactor que tiene la empaquetadura de ma-yor área específica, debido a que se origina una mayor can-tidad de biomasa en el interior del mismo.

REFERENCIAS1. DÍAZ, M. y MONTESINO, M. A. "Filtros sumergidos ai-

reados", Revista Ingeniería Hidráulica. Ciudad de La Ha-bana: Cujae. no 1, vol. XXIV, 2003.

2. BEACHELER, V. J.; ZAMBRANO, M. E. y URRUTIA, H. B."Estudio de la cinética de crecimiento de biopelículabacteriana aplicada en el tratamiento de riles". En XIVCongreso de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. 2001, San-tiago de Chile.

3. BEYENAL, H. and LEWANDOWSKI, Z. " Internal andExternal Mass Transfer in Biofilms Grown at VariousFlow Velocities". Biotechnology Program. 2002, vol.18,p.55-61.

4. CASTAÑEDA, E. "Sedimentación y nitrificación en lostratamientos biológicos por lodos activados". Tesis deMaestría. Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba, 1999.

AbstractBiofilm processes have been profusely used during the last ten years. This, due to the more and morerigorous standards for wastewater treatment and the necessity of a better use of the space. Biofilmprocesses include the "submerged fixed bed reactors". Such reactors are characterized by their highbuffer capacity as a consequence of the organic load fluctuations originated by the high capacity ofadsorption of the biofilm. This paper shows the modeling of an aerated fixed bed submerged reactor atpilot plant scale, for the treatment of a synthetic substrate. An experiment design was used. Operationalvariables used were organic matter concentration as COD, hydraulic retention time, packing area andaeration level.

Key words: biofilm, wastewater treatment, aerated submerged fixed bed reactors

Modelling of Submerged and Aerated Filters

5. FANG, H. H. P. et al. "Removal of COD and Nitrogen inWastewater Using Sequencing Batch Reactor withSubmerged Fibrous Parking". En IAWPRC. Regional Conf.(Asian Waterqual 1991), 1991.

6. FANG, H. H. P. and YEON, C. L. Y. "BiologicalWastewater Treatment in Reactor with Fibrous Parking".Journal of the Environmental Engineering. 1993, vol. 119,no 5.

7. "Environmental Processes I. Submerged Fixed Bed Reac-tor". Biotechnology. Second Completely Revised Edition.2002, vol. 11, 350-363.

AUTORESMiguel A. Díaz MarreroIngeniero Químico, Máster en Ingeniería y SaneamientoAmbiental, Profesor Auxiliar, Centro de Ingeniería de Procesos(CIPRO), Facultad de Ingeniería Química, Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de LaHabana, Cuba

Farah de Armas MachadoIngeniera Química, Agencia de Medio Ambiente, Ciudad deLa Habana, Cuba

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INSTRUCCIONES PARA PRESENTACIÓN DE ARTÍCULOS EN LA REVISTA CUBANA DE INGENIERÍA

Primer Autor (nombres y apellidos)1, Segundo Autor (nombres y apellidos)2

1Filiación, dirección, 2Filiación, dirección1e-mail:RESUMEN

A continuación se describen las instrucciones para preparar su artículo y enviarlo a consideración delConsejo Editorial de la Revista Cubana de Ingeniería. Por favor tome en cuenta los siguientes puntos enparticular: escriba el texto de su artículo a una sola columna dentro de los márgenes ya establecidos eneste formato (tamaño de papel A4, márgenes superior e inferior de 2,5cm y márgenes derecho e izquierdode 3 cm); no imprima ningún marco alrededor del texto; el resumen debe ser escrito con no menos de150 palabras y no exceder de 500 palabras; use el tipo de letra 10 pt Times New Roman y renglones coninterlineado de1,5; las referencias deben tener un orden numérico de acuerdo con el orden consecutivode aparición en el texto; las figuras deben tener buena calidad, buena resolución (con 300 dpi) y de sergráficos con trazos bien definidos; estas junto con las tablas deben estar intercaladas en el texto; debenser declaradas convenientemente toda la nomenclatura de los símbolos empleados y las unidadescorrespondientes; el uso del sistema internacional SI de unidades es obligatorio; el texto fundamentaldel artículo debe ser escrito en español, con escritura en inglés y español del titulo, resumen y palabrasclaves; el artículo debe tener una extensión recomendada entre 6 y 10 páginas.Palabras claves: Anote hasta un máximo de cinco palabras o frases, separadas por comas (,).

GUIDELINES FOR PREPARING ARTICLES FOR CUBAN JOURNAL OF ENGINEERING

ABSTRACTThese instructions give you guidelines for preparing papers as proposal to Editorial Board of the CubanJournal of Engineering.……Key words: About five key words or phrases, separated by commas.

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Encabezados o apartadosUse solo dos tipos de encabezados: Los encabezados principales se escriben en mayúsculas y negritasen el lado izquierdo de la columna usando el tipo de letra 10 pt Times New Roman. Se debe dejar un


renglón vacío arriba y abajo del encabezado principal. Los encabezados no se numeran. Los encabezadossecundarios se escriben iniciando con la primera letra mayúscula, usando negritas y el tipo de letra de10 pt. Así mismo, deben ubicarse en el lado izquierdo de la columna y se debe dejar un renglón vacíoarriba y abajo del encabezado secundario.

ECUACIONESPara escribir las ecuaciones en el texto utilice el Microsoft Equation Editor o el MathType. Las ecuacionesse deben escribir centradas dejando un renglón vacío arriba y debajo de las mismas. Numérelasconsecutivamente. Asegúrese de que los símbolos en su ecuación hayan sido definidos antes de queaparezca la ecuación o inmediatamente después. Los símbolos deben aparecer en cursiva.

2α

4acbbx

2 2,1 (1)

Como se muestra en (1), encierre el número de la ecuación entre paréntesis redondos y ubíquelo en laparte derecha de la columna. Cuando se refiera a una ecuación en el texto escriba (1). Cuando se refieraa varias ecuaciones consecutivas en el texto escriba (1)-(3).

TABLAS Y FIGURASCada tabla o figura en el texto debe ser referida. Numere las tablas y figuras por separado yconsecutivamente con números arábigos, por ejemplo: figura 1, figura 2, tabla 1 y tabla 2. De ser posible,ubique las tablas y figuras en el orden mencionado en el texto, y preferentemente en la parte superior oinferior de la columna (hoja), lo más cercano posible a la referencia del texto. Las tablas y figuras nodeben repetir los datos que se proporcionen en algún otro lugar del artículo.

Escriba el título de las tablas sobre las mismas. Las figuras siembre llevarán pie y este se escribirádebajo de cada una, El texto y los símbolos deben ser claros y de dimensiones razonables de acuerdocon el tamaño de la tabla o figura. Debe verificar que las tablas y figuras que mencione en el texto existanen realidad. No colocar bordes en la parte exterior de sus figuras. No utilice la abreviatura para la palabratabla. Deje un renglón vacío entre el título de la tabla y la misma tabla (o entre la figura y su título). Dejedos renglones vacíos arriba y debajo de las tablas o figuras. Las fotografías y figuras deben venir conescala de gris con una resolución de 300 dpi.

CONCLUSIONESAunque una conclusión puede resumir los aspectos fundamentales del artículo, no se requiere unasección de conclusión. De todas formas, es recomendable redactar unas conclusiones finales en elartículo. En caso de que usted haga conclusiones, no utilice el resumen como la conclusión. Unaconclusión podría elaborarse haciendo referencia a la importancia del trabajo o sugiriendo sus aplicacionesy generalizaciones.

RECONOCIMIENTOSEs recomendable que los autores agradezcan a los que han permitido, ayudado y colaborado con laobtención de los resultados referidos en el artículo. En caso de que sea procedente expresaragradecimientos, se sugiere utilizar un encabezamiento típico como: "Los autores desean agradecer…"

REFERENCIASTodas las referencias deben citarse en el texto. Las referencias deben estar identificadas en el textoentre corchetes (paréntesis cuadrados) y agrupadas al final del texto en el orden de aparición. Lasreferencias deben escribirse de acuerdo con los siguientes ejemplos: artículo de revista [1], libro [2],tesis [3], reporte [4], memoria de congreso [5] y documento normativo [6].

1. González Rey, G. y S. A. Marrero Osorio: "Reingeniería de la geometría desconocida de engranajes cónicoscon dientes rectos y curvilíneos", Ingeniería Mecánica, Vol.11, No.3, pp. 13 - 20, Ciudad de La Habana, 2008.2. Arzola, J.: Selección de propuestas, Ed. Científico Técnica, Ciudad de La Habana, 1989.3. Pereda,I.: "Residuos sólidos mineros de la extracción del níquel como estimulantes para la producciónde biogás", Tesis de doctorado, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de LaHabana, 2007.4. Lewicki, D. G. and A. D. Sane: Three-Dimensional Gear Crack Propagation Studies, National Aero-nautics and Space Administration, TR: NASA TM-1998-208827, Washington, DC, Dec. 1998.5. Umezawa, K.; H. Houjoh and S. Matsumura: "The Influence of Flank Deviations on the Vibration ofa Helical Gear Pair Transmitting Light Load, International Power Transmission and Gearing Conference,American Society of Mechanical Engineers, DE-Vol. 43-2, pp. 681-688, 1992.6. ANSI/AGMA ISO 17485-A08: Bevel Gears -- ISO System of Accuracy, American Gear ManufacturersAssociation (AGMA), Alexandria, Virginia, USA, 2008.

PROPUESTAS DE REVISORESSe solicita amablemente a los autores que, en una nota aparte y en el momento de remitir el artículo alConsejo Editorial de la Revista Cubana de Ingeniería, nombren al menos tres personas que considerencapacitadas para realizar el arbitraje del artículo propuesto y fuera de su ámbito de trabajo. La informaciónque se debe remitir de los revisores propuestos es: (1) Nombre y apellidos, (2) Especialidad, (3) Iinstitucióny dirección y (4) email. Se recomienda usar el formato preparado para recomendar los revisores(recomendar-revisores.doc).

CONTACTOSSi tiene alguna pregunta u observación en la preparación de su artículo por favor diríjase a la siguienteirección de correo electrónico: [email protected]


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