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87

Invest Apl Innov 1(2), 2007

Investigación

aplicada einnovación

Volumen 1-Nº 2Segundo semestre 2007Lima-Perú

Editorial ........................................................................................................................................................

Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos ................ Adolfo Marchese García

Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes conguraciones deoperación .............................................................................................................. Giancarlo Obando Díaz

Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual ...... Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera

El supervisor como management para generar sinergia .................... Christian León Porras

¿Calidad a través de acreditaciones internacionales ó acreditaciones internacionalesa través de la calidad? ..................................................................................... Pablo Moreno Romaní

Inuencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero Sae 1045 medianteensayo de impacto ....................................................... Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido

Medición de ujo en líquidos con válvulas de control .......................... Henry Gómez Urquizo

Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exactapor realimentación ........................................ Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna

Autositonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos..................................................................................................................................... Manuel Manyari Rivera

Monitoreo de estaciones mecatrónicas: Laboratorio – TECSUP .................................................................................................................................. Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo

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ISSN 1996-7551



88


Director:Alberto Bejarano

Comité Editorial:Adolfo Marchese GarcíaDaniel Mendiburu ZeballosDante Muñoz Díaz

Elmer Ramirez QuirozHernán Zapata Gamarra

Colaboradores:Adolfo Marchese GarcíaChristian León PorrasDenis Chávarry HernándezErnesto Godines De la CruzElmer Mendoza TrujilloGiancarlo Obando DíazHenry Gómez UrquizoJessica Vlásica MalpartidaJorge Rodríguez LlapaMercè Gisbert CerveraManuel Manyari RiveraManuel Vizcarra BellidoPablo Moreno Romaní Raúl Medrano Tantaruna

Corrector de estilo:Jorge Alvarado Cevallos

Diseño, diagramación:

OnTime Publicidad & Marketing

Impresión:Stampa Gráfica S.A.C.

Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacionaldel Perú:2007-04706

TECSUPArequipa: Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis

Bustamante y Rivero. Arequipa, PerúLima: Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú

Publicación SemestralTecsup se reserva todos los derechos legales dereproducción del contenido, sin embargo se autoriza parafines didácticos la reproducción total o parcial, siempre ycuando se cite la fuente.

NotaLas ideas y opiniones contenidas en los artículos son de responsabilidad

de sus autores y no refleja necesariamente el pensamiento de nuestrainstitución.



89


EDITORIAL

Complacidos por los favorables comentarios recibidos sobre nuestra primera edición,

nos es muy grato publicar el segundo número de la revista Investigación Aplicada e

Innovación, cuyo esfuerzo se ha renovado y acrecentado gracias a las sugerencias

recibidas y que se enmarcan en los procesos de mejora continua que practicamos. Nos

sentimos muy reconocidos por las notas y entrevistas en la prensa escrita, televisión ypáginas web, donde han comentado el lanzamiento de nuestra revista y en especial,

el contenido de sus artículos.

Esta revista, como todas las actividades que se realizan en Tecsup, es guiada por los

valores que compartimos en la institución: ética, cooperación, calidad, innovación

y pasión. Es la colaboración de los docentes y estudiantes en la investigación de

diferentes áreas tecnológicas, y también en la preparación y la revisión de los artículos,

lo que hace posible su publicación.

Con ella esperamos contribuir a mejorar la calidad de los productos y servicios

que ofrecen las empresas peruanas en el mercado interno y en todo el mundo.

En la actualidad se está dando un intercambio de gran cantidad de productos a

mayor número de destinos, lo cual crecerá en un futuro próximo como parte de la

globalización, lo cual es cada vez más importante en la cultura de los empresarios

y ciudadanos de nuestro país. Por ello es indispensable incrementar la investigación

aplicada y la innovación para ser más competitivos en este escenario universal.

Alberto BejaranoDirector Académico



90


Caracterización geometalúrgica de minerales auríferosCharacterization geometallurgical of auriferous minerals

Adolfo Marchese García

RESUMEN

En la metalurgia extractiva de minerales auríferos, es

posible encontrar el oro incluido y/o asociado a diferen-

tes minerales. Esto nos lleva necesariamente a estudios

de caracterización del mineral a el fin de determinar laocurrencia del oro y su comportamiento frente a los pro-

cesos extractivos, para seleccionar los procesos ambien-

talmente aplicables en el beneficio, extracción y recupe-

ración del metal valioso.

En este trabajo técnico se realizó la caracterización

geometalúrgica del mineral con el objeto de identificar

los procesos aplicables técnica, económica y ambien-

talmente en el beneficio y extracción de oro a partir

de mineral de mina. Se realizó la caracterización mi-

neralógica, fisicoquímica y metalúrgica de un mineral

aurífero de la zona norte del país, para determinar los

parámetros que más influyen en los procesos de extrac-

ción y seleccionar así las tecnologías más adecuadas de

implementación.

Cada composito fue caracterizado mineralógica, fisico-

química y metalúrgicamente, determinando las carac-

terísticas más influyentes en los procesos extractivos.

Los resultados obtenidos indican que el oro presente en

el mineral se presenta en un tamaño muy fino (menor

75 micrones), y que la gran mayoría está como libre o

expuesto. Por tal motivo se requiere que el mineral sea

molido finamente para su posterior tratamiento de cia-

nuración convencional por agitación.

ABSTRACT

On the extractive metallurgy of auriferous ores, it’s pos-

sible to find gold included and/or associated to differ-

ent minerals. This aspect obliges to take characterization

studies in order to know how the gold is on the ore andits behaviour on extractive processes. In this way will be

possible to select a treatment process considering envi-

ronmental criteria.

Mineral characterization was done in order to proposeeconomic and ecologic processes for treating a gold ore.

Thus, were done mineralogical, physicochemical, and

metallurgical studies on an auriferous ore from north

zone of the country with the objective of determining

the most important parameters on the extraction pro-

cesses and select viable technologies of treatment.

Each composite was characterized mineralogically,

physicochemically and metallurgically determining the

main influential aspects on extractive processes. Results

obtained show that gold is present in a fine size (lessthan 75 µm) and the majority is free. For that reason, the

ore must be grinded very fine in order to be treated by a

treatment of direct cyanidation by agitation.

PALABRAS CLAVES

Caracterización mineralógica, caracterización fisicoquí-

mica, caracterización metalúrgica, cianuración, extrac-

ción, recuperación.

KEY WORDS

Mineralogical characterization, physicochemical characte-

rization metallurgical, cyanidation, extraction, recovery.

INTRODUCCIÓN

Como parte del desarrollo del proyecto investigativo

se realizó la caracterización mineralógica, química, fisi-

coquímica y metalúrgica para dos diferentes muestras

de mineral provenientes de un yacimiento con reser-vas de mineral aurífero.



91


Al inicio, un experto mineralogista caracterizó microscópica-

mente cada una de las muestras, clasificándolas en dos tipos

de mena: minerales oxidados y minerales sulfurados. A partir

de allí, se unieron las muestras de un mismo tipo tecnológi-

co de mena y se conformaron dos compositos: composito 1

(mineral oxidado) y composito 2 (mineral sulfurado).

Cada composito fue sometido a caracterización mineralógi-

ca, química, fisicoquímica y metalúrgica, determinando las

características más influyentes en los procesos extractivos.

METODO EXPERIMENTAL

a. Caracterización Mineralógica: Los dos tipos de mena

fueron analizados por difracción de rayos X y micros-

cópica por la técnica de análisis de material particu-

lado en secciones delgadas pulidas. Como resultado

de esta caracterización se determinó la composiciónmineralógica, la ocurrencia y distribución del oro en

los finos, livianos y pesados.

b. Caracterización Química: Se determinaron las leyes de oro

y plata de cada una de las muestras, a través de las técnicas

de ensayo al fuego convencional y ensayo al fuego com-

binado con el método de absorción – atómica. Además se

determinaron las concentraciones de algunos elementos

que pudieran interferir en los procesos de extracción.

c. Caracterización Fisicoquímica: Debido a que losprocesos metalúrgicos extractivos requieren del ma-

nejo de pulpas es necesario determinar algunas carac-

terísticas fisicoquímicas del mineral, tales como: den-

sidad, nivel de acidez, tipo de sales solubles, velocidad

de sedimentación, viscosidad de pulpa y porcentaje

de retención de líquidos.

d. Caracterización Metalúrgica: Con el fin de determinar

la respuesta del mineral frente a los procesos de bene-

ficio y extracción, y de esta manera predecir su com-

portamiento metalúrgico, se realizaron una serie de

ensayos para determinar: Índice de Bond, distribución

del oro por fracciones granulométricas, grado de lixivia-

bilidad y la distribución del oro en diferentes matrices.

RESULTADOS Y DISCUSION

Caracterización Mineralógica: Las tablas 1 y 2 contienen

los resultados del análisis microscópico de cada composito,

donde se muestran las composiciones mineralógicas pre-

sentes en la mena, la ganga y las alteraciones por óxidos.

La presencia de minerales consumidores de cianuro y

de oxígeno, tales como los óxidos de hierro y sulfuros de

hierro, respectivamente, indican que durante el proceso

de lixiviación, el composito oxidado será controlado por

la concentración de cianuro y para el composito sulfura-

do el control lo ejercerá el oxígeno disuelto.

Por otra parte, los dos compositos contienen cantidades

significativas de arcilla, situación que dificulta el proceso

de lixiviación, puesto que las arcillas aumentan la viscosi-

dad de la pulpa y dificultan la difusión del oxígeno en la

solución. Este problema es más crítico para el composito

sulfurado por presentar, además, minerales consumido-res de oxígeno. Otros minerales que se presentan en pe-

queñas cantidades como la galena, calcopirita y esfalerita

actúan relativamente como consumidores de cianuro.

Mediante la caracterización mineralógica se determinó

también la ocurrencia del oro y el tamaño promedio de

las partículas de oro.

Según las microfotografías tomadas por el mineralogista,

la mayor ocurrencia de oro es en forma libre o asociado a

óxidos. No se encontró oro incluido en sulfuros, lo que des-

carta la necesidad de aplicar un pretratamiento al proceso

de cianuración para la exposición y/o liberación del oro.

Tabla 1 - Composición mineralógica del composito oxidado.

Tabla 2 - Composición mineralógica del composito sulfurado.Trazas = <0.5%

%

trazas

40

trazas

trazas

trazas

Mena

Oro electrum

Pirita

Galena

Esfalerita

Arsenopirita

%

40

10

1

trazas

trazas

trazas

Ganga

Cuarzo

Moscovita

Zircón

Pirrotita

Clorita

Turmalina

%

8

1

trazas

trazas

Óxidos

Hematita-Goethita

Rutilo

Magnetita

Ilmenita

%

trazas

3

trazas

trazas

Mena

Oro electrum

Pirita

Calcopirita

Galena

%

40

15

trazas

trazas

Ganga

Cuarzo

Moscovita

Zircón

Pirrotita

%

40

trazas

trazas

Óxidos

Hematita-Goethita

Magnetita

Rutilo

Trazas = <0.5%

Figura 1 - Ocurrencia del oro en cada compost.

Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos



92


Es importante resaltar que el tamaño de las partículas de

oro es muy pequeño, inferior a 100 micrones, lo que indica

que será necesario reducir el mineral hasta granulometría

fina para lograr exponer o liberar el oro. Además, a este

tamaño, la cinética de extracción de oro es rápida, ya que

el área de contacto con la solución lixiviante es grande.

En la tabla 3 se presentan los porcentajes en peso de fi-

nos, livianos y pesados que conforman cada uno de los

compositos.

En la tabla 4 se presentan los resultados de los porcenta-

jes de oro distribuido en finos, livianos y pesados.

Alrededor del 50% del mineral de cada composito se en-

cuentra en los finos, además la cantidad de oro presente

en ellos es alta, alrededor del 30%, lo cual corrobora la

ocurrencia del oro libre a tamaños muy finos.

El oro presente en los livianos está asociado o incluidoa la sílice, por esta razón puede ser recuperable por los

métodos convencionales de cianuración, ya que depen-

de del grado de liberación o exposición del oro durante

las operaciones de conminución.

La mayor cantidad de oro se encuentra en el mineral pe-

sado, es decir en los sulfuros y óxidos.

Según estos resultados, el uso de procesos de concentra-

ción gravimétrica o lavado (para eliminar arcillas), previos

al proceso de cianuración, no son aplicables a este mine-

ral, ya que acarrearía a pérdidas considerables de oro al

descartar los finos. Sin embargo, es posible pensar en el

tratamiento de finos y pesados por separado, dependien-

do de los resultados metalúrgicos, ya que como se puede

observar, el porcentaje de mineral pesado es bajo (15%) y

contiene más del 65% del oro.

Caracterización Química: Se determinaron las leyes deoro y de plata de cada composito, cuyos resultados se pre-

sentan en la tabla 5. En la tabla 6 se presentan las leyes

determinadas para algunos elementos importantes.

La relación Au:Ag del composito oxidado y del sulfurado es 2

y 0.6, respectivamente, y según ella es posible aplicar proce-

sos de recuperación con carbón activado. Para minerales con

elevadas cantidades de plata y bajas de oro, no se recomienda

usar carbón activado, ya que la plata compite con el oro du-

rante el proceso de adsorción, haciendo que se manejen altos

inventarios de carbón activado para recuperar pequeñas can-

tidades de oro, lo cual no es rentable a nivel industrial.

El telurio es un elemento que se encuentra frecuente-

mente en menas auroargentíferas puede estar compues-

to de oro-telurio, lo cual no responde a los procesos de

lixiviación, e impide la extracción del oro, dándole refrac-tariedad química al mineral.

Tabla 3 - Porcentajes en peso de finos, livianos y pesados para cadacomposito.

Composito

Oxidado

Sulfurado

Finos (%)

46.49

64.01

48.16

42.50

Livianos (%)

41.56

17.82

36.63

46.55

Pesados (%)

11.95

18.22

15.21

11.02

Tabla 4 - Distribución del oro en los finos, livianos y pesados paracada composito.

Tabla 5 - Leyes de oro y de plata de cada composito.

Composito

Oxidado

Sulfurado

Ley de oro (g/t)

12.04

17.68

Ley de plata (g/t)

6.08

29.64

Tabla 6 - Leyes de algunos elementos presentes en cada composito.

Composito

Oxidado

Sulfurado

Finos (%)

46.49

64.01

48.16

42.50

Livianos (%)

41.56

17.82

36.63

46.55

Pesados (%)

11.95

18.22

15.21

11.02

Porcentaje de oro (%)

Composito

Oxidado

Sulfurado

Te

(g/t)

27.0

34.6

As

(g/t)

371

315

Sb

(g/t)

5,2

6,2

Zn

(g/t)

340

1570

Cu

(g/t)

347

410

Pb

(g/t)

180

811

Fe

%

12,6

13,4

S

%

0,034

3,247

Densidad (g/cm3)

Densidad aparente

Densidad real por

picnómetro

60 tyler

1.113

2.86

100 tyler

1.053

2.85

200 tyler (75 um)

0,833

2.82

Composito oxidado

Composito sulfurado

Densidad (g/cm3)

Densidad aparente

Densidad real por

picnómetro

60 tyler

1,112

2,86

100 tyler

1,093

2,83

200 tyler (75 um)

0,909

2,83


Tabla 7 - Densidades reales y aparentes de cada composito.



93


El arsénico y el antimonio pueden estar presentes como

arsenopirita (FeAsS) y estibina (Sb2S3). Estos minerales

son perjudiciales durante el proceso de cianuración, por-

que la arsenopirita consume oxígeno formando un pro-

ducto que se adhiere a la partícula del oro inhibiendo la

reacción con el cianuro y la estibina es un fuerte consu-

midor de cianuro y oxígeno.

Las cantidades de zinc, cobre, plomo, hierro y azufre co-

rroboraron la presencia de esfalerita (ZnS), calcopirita

(CuFeS2), galena (PbS), pirita (FeS

2) y hematita (Fe

2O

3). El

composito sulfurado contiene altos porcentajes de azu-

fre, zinc y plomo con respecto al oxidado, debido a la pre-

sencia de estos sulfuros metálicos.

Caracterización Fisicoquímica: Durante la caracteriza-

ción fisicoquímica se determinaron algunos parámetros

que brindan información para la selección del procesoy posterior diseño de los equipos que serán parte de la

planta de procesamiento.

a. Determinación de densidad: Los resultados de las

densidades a diferentes granulometrías para cada

composito se presentan en la tabla 7.

Las diferencias notables de densidades reales por des-

plazamiento con respecto a la malla 200 fueron debido a

la presencia de arcillas que, al estar a una granulometría

fina y en contacto con agua, se hinchan al atrapar parte

del líquido en su estructura cristalina. Esta diferencia fue

más notoria en el composito oxidado debido a la mayor

cantidad de arcillas que este contenía.

b. Determinación de sales solubles: La presencia de sa-

les solubles en los compositos fue negativa, no se en-

contraron sales ferrosas, sales férricas, sales de cobre ni

sales de zinc. Esto indicó que no sería necesario pensar

en el lavado del mineral antes de la cianuración, para

prevenir el consumo de cianuro por estas sales.

c. Determinación del grado de acidez: La determina-

ción del pH fue un parámetro necesario para evaluar

el consumo de reactivos, teniendo en cuenta que el

proceso de cianuración se realiza en un rango de pH

de 10,5 a 11. El pH fue estimado utilizando agua desti-

lada y cloruro de calcio, siguiendo los procedimientos

indicados en la norma ASTM D 4972-89. Los resultados

se presentan en la tabla 8.

Según los resultados de pH, los dos compositos tienencarácter ácido y sería necesario antes del proceso de cia-

nuración, la adición de cal para elevar el pH a los niveles

requeridos.

La diferencia del pH al usar agua destilada y cloruro de

calcio es causada por la existencia de compuestos de

aluminio que se disuelven en soluciones de cloruro de

calcio y afectan la acidez de la pulpa.

d. Determinación de las velocidades de sedimentación:

Los ensayos de velocidad de sedimentación proporcio-

naron ciertos criterios de selección para los procesos

de separación sólido-líquido. Por medio del método de

Coe-Clavenger, se determinaron las curvas de velocidad

de sedimentación que se presentan en la tabla 9.

Se observa que el composito oxidado presenta velocida-

des de sedimentación menores a todas las granulome-

trías, debido posiblemente a la mayor cantidad de arci-

llas que dificultan el proceso de sedimentación.

Con el fin de acelerar las velocidades de sedimentación

y obtener menores áreas de espesamiento, sería conve-

niente evaluar algunos reactivos que actúen como agen-

tes floculantes como los polímeros sintéticos.

e. Determinación de la viscosidad: La viscosidad es

una medida de las características reológicas de un

fluido, en este caso las pulpas minerales. El equipo

usado para su determinación fue un viscosímetro ro-tatorio de agujas.

Tabla 8 - Acidez de cada composito.

Composito

Oxidado

Sulfurado

Agua destilada

5.25

5.45

Cloruro de calcio

4.37

4.9

pH

Tabla 9 - Velocidades de sedimentación a diferentes granulome-trías para los compositos.

Velocidades de

Sedimentación

cm/min

Composito Oxidado Composito Sulfurado

60 Tyler

0.908

100 Tyler

0.786

200 Tyler

0.275

60 Tyler

0.967

100 Tyler

0.700

200 Tyler

0.371

Figura 2 - Curvas de sedimentación a 200 mallas Ty para los doscompositos. Pulpa 25% sólidos.




94


Se determinaron las viscosidades de pulpas a diferentes

porcentajes de sólidos para ambos compositos, con el fin

de estimar el porcentaje de sólidos apropiado para el ma-

nejo de pulpas, especialmente en el proceso de agitación.

Se observa que la viscosidad del composito oxidado es

mayor que la del sulfurado para todo el rango de porcen-

taje de sólidos. Este comportamiento se debe a la mayor

cantidad de arcillas que tiene el composito oxidado.

Para porcentajes de sólidos mayores al 40% se presenta

un aumento excesivo en la viscosidad para ambas mues-

tras. Por este motivo se estima este porcentaje como

apropiado para el manejo de pulpas durante los proce-

sos que requieran agitación. No es aplicable tratar pulpas

con porcentajes de sólidos menores al 40%, ya que se re-

querirían equipos con mayores capacidades para tratar

la misma cantidad de mineral.

f. Determinación del porcentaje de retención de lí-

quidos: Los resultados de las pruebas para la deter-

minación del porcentaje de retención de líquidos a

diferentes granulometrías se muestran en la tabla 10.

Los porcentajes de retención de líquidos para ambas

muestras son altos. Este comportamiento predice la difi-

cultad para la implementación de procesos de filtración.

El composito oxidado presentó porcentajes de retención

de líquidos mayores al sulfurado. Esto se debió nueva-

mente a la presencia de arcillas y finos que retienen y

obstaculizan la filtración de las soluciones.

Caracterización Metalúrgica: Con la caracterización

metalúrgica se determinó la respuesta del mineral a los

procesos de beneficio y extracción.

a. Determinación de la distribución de oro y plata

por fracciones granulométricas: Esto se realizó con

el fin de establecer el rango de granulometría en quese encuentra el oro.

La mayor cantidad de oro se encuentra en la granulome-

tría fina, malla 200 Tyler (75 micrones), lo que corrobora

que el oro se encuentra a un tamaño muy fino. Por tal mo-

tivo, no es aplicable la implementación de procesos de

concentración gravimétrica convencional, ya que se per-

dería parte del oro en los relaves de concentración. Para

lograr exponer o liberar el oro, se deberá moler entonces

el mineral hasta una granulometría fina.

b. Determinación del grado de lixiviabilidad: Se de-

terminó por el ensayo de lixiviación de botella, usando

como reactivo lixiviante el cianuro de sodio (NaCN). El

grado de lixiviabilidad de una mena aurífera se clasifi-

ca de acuerdo con el porcentaje de oro o plata disuel-

tos a las 96 horas de tratamiento con cianuro.

Los resultados para cada composito se presentan en la

tabla 11. En la tabla 12 se presenta la clasificación del tipo

de mena según el grado de lixiviabilidad.

Tabla 10 - Porcentajes de retención de líquidos a diferentes granu-lometrías para los compositos.

Composito

Composito oxidado

Composito sulfurado

60 Tyler

30.0

25.2

100 Tyler

32.5

27.0

200 Tyler

35.3

30.7

Porcentaje de retención de líquidos (%)

Tabla 11 - Porcentaje de oro y de plata disueltos a las 96 horas delixiviación en botella.

Composito

Composito oxidado

Composito sulfurado

Oro disuelto (%)

87.12

94.06

Plata disuelta

48.71

84.77

Figura 3 - Curvas de viscosidad de pulpas minerales a diferentes porcentajes de sólidos en peso.

Figura 4 - Distribución de oro y de plata para cada composito.

Figura 5 - Distribución de oro y de plata para el composito sulfu-rado.




95


Según la cantidad de oro disuelto, los dos compositos se

pueden clasificar como altamente lixiviables, lo que indi-

ca que los dos compositos no presentan refractariedad a

la cianuración.

El grado de lixiviabilidad, de acuerdo a la plata disuelta,

clasifica al composito oxidado como difícilmente lixivia-

ble y el composito oxidado como medianamente lixivia-

ble.

c. Lixiviación Diagnóstico: La lixiviación diagnóstico

puede ser usado como el primer paso en la investiga-

ción de los problemas experimentados en una planta.

Este ensayo permite determinar matrices que confor-

man el mineral, cuyos resultados se presentan en la

tabla 13.

En la tabla 13 se observa que la mayor parte del oro se en-cuentra como libre o expuesto. Esto justifica el alto grado

de lixiviabilidad del mineral y el tamaño del oro fino. Por

otra parte, el composito sulfurado presenta solamente el

1% del oro en sulfuros, lo que corrobora la no refractarie-

dad de este mineral y, por lo tanto, no es necesario pensar

en un pretratamiento para la disolución del oro.

CONCLUSIONES

• Los resultados obtenidos indican que el oro presente

en el mineral es de un tamaño muy fino (<75 micro-

nes), y que la gran mayoría está como libre o expuesto.

Por tal motivo, se requiere que el mineral sea molido

finamente para su posterior tratamiento directo de

cianuración.

• Se determinó que el proceso de tratamiento apropia-do para este tipo de mineral es la cianuración conven-

cional con agitación, observándose que la granulo-

metría fina es apropiada para este tipo de proceso.

• La implementación de procesos para la recuperación

del oro disuelto, tales como el proceso CIP (Carbón•In-

Pulp) o el proceso CIL (Carbón-In-Leaching), resulta-

rían apropiados para este mineral, ya que la cantidad

de arcillas presentes dificultan los procesos de separa-

ción sólido-líquido. Además, las cantidades de planta

disueltas en la solución son bajas y no representarían

excesivos consumos de carbón.

• Finalmente, se concluye que los dos compositos

presentan comportamiento metalúrgico bastante

similares, por lo que pueden ser mezclados durante

el procesamiento y tratamiento del mineral a escala

industrial.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Domic, E. Hidrometalurgia; Fundamentos, procesos y

aplicaciones. Chile. Andros Impresos. 2001.

2. Cárdenas, A. Metalurgia Extractiva del Oro. Bolivia. Im-

prenta FOCET “lmral”. 1994.

3. Hurlbut, C. Manual de Mineralogía de Dana. España.

Editorial Reverté. 1978.

4. L. Lorenzen, J. S. J. Van Deventer. The identification of

refractoriness in gold ores by the selective destruction

of minerals. Minerals Engineering. Vol. 6. Os. 8-10,

1993.

5. ASTM E 400-71 Standart test method for spectrogra-phic analysis of ores, minerals and rocks by the Fire

assay preconcentration technique. Reapproved 1988.

6. Brent, J. H. Dissolution chemistry of gold and silver in

different lixiviants. Mineral processing and Extractive

Metallurgy Review. Volumen 4, 1998.

7. Tecsup. Archivo de informes de investigación metalúr-

gica del Dpto. Química-Metalurgia, años 1995-1997.

Tabla 13 - Ocurrencia del oro en los dos compositos.Tipo de ocurrencia.

Tipo de

ocurrencia

Oro libre o expuesto

Oro en sulfuros

Oro en óxidos o carbonatos

Oro en sílice y silicatos

Composito

Oxidado

97

0

0

3

Composito

Sulfurado

94

1

0

5

Porcentaje de oro (%)

Tabla 12 - Grado de lixiviabilidad de un mineral de acuerdo con el porcentaje de oro disuelto.

Oro disuelto (%)

<65

65 – 85

>85

Grado de lixiviabilidad

Difícilmente lixiviable

Medianamente lixiviable

Altamente lixiviable




96


Producción de biogás en reactores anaeróbicosbajo diferentes conguraciones de operación

Biogas production in anaerobic reactors under different

operation congurations

Giancarlo Obando Diaz

RESUMEN

El biogás, obtenido del proceso de fermentación de la

materia orgánica (biomasa que incluye residuos anima-

les, vegetales, entre otros) en ausencia de oxigeno (reac-

tores anaeróbicos o biodigestores) básicamente es unamezcla de metano y dióxido de carbono. Las propiedades

combustibles, que le otorga el metano, pueden ser apro-

vechadas para operar diversos sistemas que van desde la

cocción de alimentos y la iluminación hasta la generación

de energía eléctrica/mecánica, y abastecimiento de redes

de distribución de gas (locales o públicas); en pequeña

escala, la cocción de alimentos y la iluminación represen-

tan los principales usos de este combustible renovable.

Para el dimensionamiento de un biodigestor, deben con-

siderarse, básicamente, los materiales utilizados en suconstrucción, el tipo de operación (c/s calentamiento,

agitación, etc.), la disponibilidad de materia orgánica y las

condiciones climáticas.

Con el objetivo de analizar, tanto en laboratorio como en

campo, los niveles más favorables para la producción de

biogás y para la degradación de la materia orgánica, en el

presente artículo se hace un levantamiento de las herra-

mientas necesarias para la evaluación de la operación de

un reactor anaeróbico.

ABSTRACT

The biogas, a biomass (including animal and vegetable

wastes, and others) fermentation product in absence

of oxygen is, basically, a methane and carbonic dioxide

mixture. Its combustible properties, due to the methane,

could be used in many systems like stoves for cooking,

gas lamps, power generation and gas grid supplying (lo-

cal or public); in small-scale systems, the stoves for coo-

king and lamps for illumination represent the main usesfor this renewable fuel.

Materials for construction, operation type (with or without

heating and mixer system), organic matter availability and

local climate have to be considerated for digester sizing.

With focus in the more favorable conditions analyzing forbiogas production and for organic matter biodegradation,

in this article some tools for anaerobic reactor operation

are evaluated.

PALABRAS CLAVES

Biodigestor, biogás, reactor anaeróbico, estiércol de bovi-

no, efecto invernadero, biofertilizantes.

KEY WORDS

Digester, biogas, anaerobic reactor, cow manure, bio-fertili-

zers, global warming effect.

INTRODUCCIÓN

Actualmente, factores como la disponibilidad de ener-

gía, la optimización de procesos y las crecientes exi-

gencias ambientales vienen incentivando el desarrollo

sustentable para el acompañamiento del crecimien-

to económico de los países. En ese sentido, sistemas

energéticos basados en fuentes renovables de energía

cumplen un papel importante en la substitución del

petróleo y sus derivados. Las fuentes renovables más

promisorias son la energía solar, la eólica y la biomasa.

La biomasa fue la principal fuente de energía utilizada

hasta el inicio del siglo XX. En los últimos años, prin-

cipalmente a partir de la década de 1990, las diversas

legislaciones ambientales impulsaron el re-inicio de las

investigaciones tecnológicas sobre sistemas de con-

versión que aprovechan ese recurso. En ese sentido,el estudio de procesos termoquímicos (combustión



97


directa y gasificación) y biológicos (digestión anaeró-

bica) viene permitiendo el desarrollo de equipamien-

tos capaces de mejorar el potencial energético de esa

fuente de baja densidad energética a fin de consolidar

su aprovechamiento.

Las mayores fuentes de biomasa se encuentran en las

áreas rurales y agroindustriales, donde la cantidad de

residuos orgánicos (restos de cosechas, estiércol animal,

efluentes agroindustriales, entre otros) es significativa y

puede justificar la implementación de sistemas para su

aprovechamiento energético en pequeña escala, permi-

tiendo así la creación de plantas de generación descen-

tralizadas para el consumo in situ por sistemas aislados

y/o para integración a la red pública (Díaz, 2006).

Las haciendas lecheras, así como los sistemas de cría de

animales en confinamiento para producción de carne(reses, aves, cerdos, etc.), entre otras, presentan algunas

particularidades que las tornan muy interesantes en ese

sentido. Por un lado existe una gran cantidad de resi-

duos orgánicos (principalmente el estiércol animal), para

los cuales es necesario darles un destino adecuado, y

por otro una gran demanda de energía para el manejo,

tratamiento y conservación de los productos (leche, car-

ne, vegetales, frutas), principalmente en haciendas mas

alejadas de los centros de comercialización.

A pesar de conocerse las ventajas de la utilización dela tecnología de la digestión anaeróbica para el tra-

tamiento adecuado de los residuos orgánicos, con in-

cidencia en la reducción de las emisiones toxicas a la

atmósfera (metano principalmente), aspectos econó-

micos, operacionales, culturales y de disponibilidad de

energía, limitan su proliferación.

Sobre los aspectos operacionales inciden tanto la fal-

ta de capacitación de los operadores, la ausencia de

sistemas de control de temperatura y pH, los residuos

ajenos a la biomasa degradable que ingresa al biodi-

gestor. Diversos autores afi rman que tanto el control de

la temperatura como la agitación de la biomasa confi-

nada en el reactor permiten obtener niveles más favo-

rables para la producción de biogás; dada esta afirma-

ción, diversos parámetros deberán ser evaluados para

determinar su factibilidad técnico-económica.

1. La digestión anaeróbica

La Digestión Anaeróbica (DA) consiste en un proceso

de dos etapas para descomponer la materia orgánica

(sólidos volátiles) en la ausencia de oxigeno, produ-

ciendo biogás y efluente como producto. En la primera

etapa, los sólidos volátiles (SV) son convertidos en áci-

dos grasos por bacterias anaeróbicas conocidas como

formadoras de ácidos. En la segunda etapa, los ácidos

son convertidos en biogás por otras bacterias conoci-

das como formadoras de metano.

Independientemente de la cantidad exacta de estiércol

producido, su manejo adecuado se torna una necesi-

dad a fin de evitar la acumulación y sus consecuencias

(emisiones contaminantes, mal olor, atracción de mos-

cas, entre otras). La instalación de un biodigestor surge

como una solución para reducir las emisiones de me-

tano, disponer de un combustible y hasta generar una

ganancia adicional a través de la generación de crédi-

tos de carbono mediante la implantación de proyectos

del Mecanismo de Desarrollo Limpio. (Díaz, 2006).

El biogás básicamente es una mezcla de metano y dióxi-

do de carbono, además de otros gases en pequeñas can-

tidades. Su poder calorífico y la densidad influencian en

la operación del equipamiento conversor y en el dimen-

sionamiento de los equipamientos de almacenamiento y

compresión, respectivamente. Esos parámetros varían se-

gún la composición del biogás (tablas 1, 2 y 3) composición

que varía con la calidad de la materia orgánica y las carac-

terísticas del proceso de digestión, principalmente. Por lo

general, se considera que el poder calorífico inferior (PCI)

de un biogás con contenido de 50 a 80% de metano, varía

entre 17.820 y 28.440 kJ/m3 (CCE apud BAYER et al., 2000).

Substrato

Estiércol de vaca

Estiércol de caballo

Estiércol de puerco

Estiércol de ovelha

Estiércol de aves

Estiércol humano

Restos de maíz

Restos de arroz

(kg/unid./año)

6.000,00

5.000,00

3.000,00

800,00

25,00

250,00

9.988,00

3.379,00

(kg/unid./d)

16,44

13,70

8,22

2,19

0,07

0,68

27,36

9,26

Resíduos

(m3/kg fresco)

0,04

0,06

0,05

0,15

0,09

0,04

0,19

0,19

(m3/unid./año)

223,00

286,00

156,00

121,00

2,28

12,00

1.898,00

642,00

(m3/unid./d)

0,61

0,78

0,43

0,33

0,01

0,03

5,20

1,76

Biogás

Rendimento

* por unidad animal/humano o hectárea.

Fuente: Verástegui & Matero (1979) Tabla 1 - Producción de biogás a partir de diferentes sustratos.

Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación



98


2. Utilización del biogás

Un proyecto típico para la generación de energía a partir

de biogás consiste, básicamente, de un biodigestor, un

sistema de manejo del gas y un equipamiento conver-

sor. La remoción del CO2 diluido en el CH

4 permite elevar

el poder calorífico del biogás y facilita la compresión delmismo (WALSH et al., 1988; JENSEN & JENSEN, 2000). Ya la

remoción del sulfuro de hidrógeno (H2S) evita el deterio-

ro prematuro de las máquinas transformadoras de ener-

gía, pues este sulfuro, cuando mezclado con agua, forma

ácido sulfhídrico, que es altamente corrosivo. De los usos

finales del biogás, la combustión directa y la operación

de motores de combustión interna (MCI), son los más co-

munes en explotaciones rurales (Tabla 4).

En áreas alejadas de la red pública de distribución, existe

una cultura de uso de grupos generadores accionados

por motores de ciclo Otto y ciclo Diesel para generaciónde la energía eléctrica necesaria para los sistemas de

ordeño, refrigeración, iluminación, servicio de limpieza,

entre otros.

Silva (1995) afirma que los motores de combustión inter-

na pueden ser modificados sin grandes complicaciones

para operar parcial o totalmente con el biogás en lugar

de los combustibles fósiles normalmente utilizados (ga-

solina, kerosene, diesel, entre otros).

3. Biodigestores

No existe un único diseño de biodigestor de aplicación

universal, la práctica enseña que los biodigestores de-

ben ser desarrollados según sean las necesidades del

local de instalación, en que varían las características y la

disponibilidad de la biomasa a tratar, el clima y hasta los

hábitos culturales, entre otros. El tipo de funcionamiento

del biodigestor permite clasificarlos en continuos y dis-

continuos.

Los biodigestores discontinuos fueron los primeros en

ser utilizados y básicamente constan, al igual que los

biodigestores continuos, de un depósito impermeable a

líquidos y gases, provistos de accesos de carga y descar-

ga de la biomasa, además de una salida para el biogás

producido y muchas veces un inóculo que propicia la fer-

mentación. La producción de biogás es intensa durante

20 a 50 días, dependiendo de la temperatura de opera-

ción; registrada una caída sensible en el flujo de biogás,

se lo descarga, para dar inicio al siguiente ciclo.

Estos biodigestores son adecuados para procesar mate-

riales orgánicos de descomposición lenta y/o baja dis-

ponibilidad. La instalación de un banco de biodigestores

discontinuos permite reducir el inconveniente de una

producción discontinua de biogás. Ya los biodigestores

continuos sufren una carga y descarga continua de bio-

masa, lo que propicia una producción constante de bio-

gás, para su utilización es necesaria una alta disponibili-

dad de materia orgánica.

4. El efecto de la temperatura y la agita-ción de la biomasa connada, en el desem-peño del biodigestor

La realización y la eficiencia de la digestión anaeróbi-

ca dependen de condiciones específicas de operación,

como el tipo de sustrato confinado, la temperatura y pH

del mismo, la concentración de sólidos y tiempo de re-

tención de la biomasa en el biodigestor, entre otros. Un

mayor control de estos parámetros, permite la optimiza-

ción del proceso de la digestión anaeróbica, así como la

concepción de biodigestores más eficientes. La alteración

abrupta de estos factores influencia el desempeño globaldel proceso.

Fuente: Jensen & Jensen (2000)

Componente

CH4 (metano), % en volumen

CO2 (dióxido de carbono), % en volumen

N2 (nitrógeno), % en volumen

H2S (gás sulfhídrico), ppm

NH3 (amoníaco), ppm

Biogás

55-70

30-45

0-2

~500

~100

Tabla 2 - Composición típica del biogás.

Fuente: Walsh et al. (1988)

Combustible

Gás Natural

Propano

Butano

Gasolina

Diesel

Carbón bituminoso

Leña húmeda (10%)

Equivalencia

0,60 m3

0,88 l

0,79 l

0,63 l

0,57 l

0,70 kg

1,60 kg

Tabla 3 - Equivalencia aproximada de 1,0 m3 de biogás (60% deCH4).

Fuente: Massotti (2003); Werner et al. (1989)

Utilizado

Cocción para 1 persona

Iluminación (lámpara 40W)

Iluminación (limpia)

Generación de electricidad

Refrigeradora por absorción

Accionamiento de MCI

Consumo

0,24-0,33 m3/d

0,283 m3/h

0,12 m3/h

0,62 m3/kWh

2,5 m3/d

0,424 m3/h/HP

Tabla 4 - Usos finales del biogás.




99


Según sea el tipo de bacteria desarrollada en la bioma-

sa, pueden distinguirse 3 niveles de temperatura, siendo

las bacterias criofílicas aquellas que actúan a tempera-

turas inferiores a 20°C, las bacterias mesofílicas actúan

entre 30 y 40°C y las bacterias termofílicas, entre 45 y

60°C. Un sustrato a mayor temperatura permite que las

reacciones biológicas (metabolismo) ocurran mas rápi-

do, requiriéndose un menor volumen de biodigestor,pero se torna necesaria la inclusión de un sistema de

calentamiento y/o aislamiento del biodigestor, que in-

fluencia en el costo de las instalaciones (BENINCASA et

al., 1991).

Por otro lado, Werner et al. (1989) señala que para obte-

ner permisibles costos de operación de un biodigestor

se requiere una temperatura tal, que permita menores

tiempos de retención, pero que aseguren la fermenta-

ción de la biomasa. Así mismo, indica que la producción

de biogás no depende de la temperatura y si del tipo de

biomasa confinada.

El requerimiento de energía útil para el control de

la temperatura representa un alto costo, que limita

el uso del proceso termofílico, sin embargo, apunta

Rodrigues & Barbosa (1998), este requerimiento de

energía no es una limitante para residuos orgánicos

desechados a altas temperaturas, como es el caso de

la viñaza que sale de la destilería de alcohol a aproxi-

madamente 80°C.

4.1. Calentamiento del biodigestor

Existen tres tipos de calentamiento del biodigestor: inter-

no, externo y directo.

• Calentamiento interno: Realizado a través de la cir-

culación de agua en serpentines, cuya temperatura no

debe sobrepasar los 54,4 °C para prevenir la formación

de incrustaciones de la biomasa en las tuberías. Se

recomienda una superficie de calentamiento de 930

cm2 para cada 2,84 m3 de digestor (BENINCASA et al.,

1991).• Calentamiento externo: El calentamiento es efectua-

do por la circulación de materia orgánica en fermenta-

ción a través de un intercambiador de calor localizado

fuera del biodigestor. Una bomba permite tal circu-

lación además de promover la agitación (mezcla) de

la biomasa confinada. El riesgo de obstrucción de las

tuberías debe ser llevado en cuenta al aplicar este mé-

todo (BENINCASA et al., 1991).

• Calentamiento directo: Realizado mediante la in-

yección directa de vapor o gases calientes en el in-

terior de la biomasa en fermentación (BENINCASA et

al., 1991).

4.2. Agitación de la biomasa

La agitación permite mantener una distribución homo-

génea del sustrato y una temperatura uniforme. Así mis-

mo, se reduce la formación de costra en la superficie de

la biomasa confinada. Sathianathan (1975; apud BENIN-

CASA et al., 1991) resalta el efecto positivo de la agitación

leve de la biomasa sobre el incremento de la velocidadde las reacciones; ya una fuerte agitación, indica el autor,

ocasiona el efecto contrario.

Por otro lado, un sistema de agitación se hace necesario

en biodigestores que superan los 100 m3 de capacidad.

Este proceso puede ser realizado por agitadores mecá-

nicos y/o por un sistema de recirculación de biogás (in-

yección por bombeo). Independientemente del método

usado, esta debe realizarse varias veces al día.

En la tabla 5 se observa las ventajas de incluir un agita-

dor y un calentador de biomasa en el reactor anaeróbico.

Una mayor producción de biogás es alcanzada con el sis-

tema de agitación a pesar de ser menor la temperatura

controlada en el reactor; este valor casi duplica a la refe-

rencia sin agitación.

5. Herramientas para la determinación deparámetros de operación

La cantidad de biogás producido, la cantidad de sólidos

totales del afluente, los solidos volátiles destruidos en el

proceso de la digestión anaeróbica y el pH son paráme-

tros que permiten evaluar la factibilidad de usar un siste-

ma de calentamiento para el control de la temperatura

de fermentación.

5.1. Sólidos totales, sólidos volátiles y pH

El análisis de estos tres factores es necesario para co-

nocer la degradación de los sólidos en la biomasa con-

finada en el biodigestor. Los sólidos totales (ST [%]) son

evaluados a partir de pequeñas muestras húmedas, en

una balanza se determina el peso húmedo (PU [kg]) y,

después de someter las muestras a un proceso de se-

cado prolongado (105ºC y 18 horas, aproximadamente),

el peso seco (PS [kg]). Seguidamente, el contenido de

sólidos totales, es calculado según la fórmula (ARCURI,

1986; RODRIGUES & BARBOSA, 1998):

Tabla 5 - Efecto de la agitación, por recirculación de biogás, en la producción de biogás.

Fuente: Werner et al. (1989)

Parámetros

Temperatura (°C)

Producción de biogás (m3)

Sin agitación

28,7 a 31

0,130 a 0,260

Con agitación

26,7 a 27,8

0,313 a 0,387




100


(1)

Las muestras secas, obtenidas en el paso anterior, son apro-

vechadas para el cálculo del contenido de sólidos volátiles

(SV [%]), para esto, estas son sometidas a temperaturas de

300 a 600ºC, posteriormente son enfriadas hasta alcanzar latemperatura ambiente; en una balanza electrónica es deter-

minado el peso de las cenizas (PC [kg]). Arcuri (1986; apud

RODRIGUES & BARBOSA, 1998) propone para el cálculo:

(2)

Generalmente, dada la dificultad de acceso al biodigestor

para la toma de muestras (carga y descarga) elpH apenas

es determinado al inicio y al final del proceso.

5.2. Producción de biogás

En los sistemas de digestión anaeróbica tanto el volu-

men y la composición del biogás generado, son utili-

zados como indicadores de la eficiencia del proceso,

pudiendo así mismo, controlarse el proceso de fermen-

tación. Por otro lado, Maia (1981, apud CAETANO 1985)

indica que la tasa de producción de metano constituye

una buena herramienta para impedir problemas opera-

cionales, siendo necesario, para ello, cuantificar el biogás

producido.

El método utilizado para la cuantificación del biogás de

un biodigestor o un banco de biodigestores depende de

la fase del proyecto. En la fase del pre-proyecto (biodi-

gestor aun no instalado) esta se hace a partir de las ca-

racterísticas de la biomasa a utilizar (Tabla 1). Cuando ya

está instalado el biodigestor, generalmente son utiliza-

dos medidores basados en la variación de nivel de una

columna líquida; procesos más sofisticados consideran

sensores de presión, sensores fotoeléctricos y circuitos

electrónicos.

Cuando se evalúa un pre-proyecto, el volumen de bio-

gás a producir puede determinarse según el procedi-

miento desarrollado por El Panel Intergubernamental

para los Cambios Climáticos (Intergovernanmetal Panel

on Climate Change - IPCC), esta metodología permite

calcular la emisión total de metano (ETCH4), según las

características y tipo de manejo de los residuos orgáni-

cos (IPCC, 1996). Para el volumen del biogás producido

por día, se tiene:

(3)

Donde el contenido de metano en el biogás (%CH4) es

un valor que se encuentra entre 50 y 70%, para biomasas

que presentan carbohidratos y grasas, como componen-

tes principales. La emisión diaria de metano del sistema

de gerenciamiento de estiércol animal- SGEA es calcula-

do por:

(4)

Siendo n el número de animales, FECH4

,SGEA

el factor de

emisión de metano de un SGEA (Fig. 01), en kg/vaca/dia,

calculado por:

(5)

Donde FCM es el factor de conversión de metano (tabla

7), que depende del SGEA utilizado y el clima; Bo es el po-

tencial de producción de metano (tabla 6); CH4 es la masa

específica del metano (kg/m3).

Tabla 6 - Potencial de producción de metano y sólidos volátiles deganado lechero.

Figura 1 - Tratamiento del estiércol en biodigestor de manta flexible.

Región

América del Norte

Oeste Europeo

Este Europeo

Oceanía

América Latina

África

Medio Oriente

Asia

Masa

(kg)

600

550

550

500

400

275

275

350

Bo

(m3CH4/kgSV)

0,24

0,24

0,24

0,24

0,13

0,13

0,13

0,13

SV

kg/animal/d

5,2

5,1

4,1

3,5

2,9

1,9

1,9

2,8

Características del ganado lechero

Fuente: IPCC (1996)




101


5.2.1. Medidor de columna de líquido

En este proceso, la cuantificación se hace indirectamente

a través de la variación de nivel de líquido de un recipien-te receptor de gas para otro frasco receptor de líquido.

Keenan & La Greca (1976; apud CAETANO, 1985) propo-

nen hacer el cálculo del volumen de gas producido se-

gún la siguiente fórmula:

(6)

Donde V es el volumen de gas observado (m3); T y p repre-

sentan la temperatura (°C) y presión (mmHg) a la que V es

medido, respectivamente, y pw

es la presión de vapor de la

columna líquida a la temperatura T (mmHg).

5.2.2. Gasómetro uctuante

Este sistema esta constituido por dos recipientes sobre-

puestos de manera invertida, formando un recipiente

para el almacenamiento del biogás, llamado de gasó-

metro. La parte móvil superior se encuentra inmerso

en un sello de agua y la inferior, como es el caso de los

modelos indianos, constituye el cuerpo del biodigestor.

En este proceso la cuantificación está basada en el des-

plazamiento del recipiente superior y el diámetro delgasómetro. Rodrigues & Barbosa (1998) cuantificaron el

volumen de gas producido VG (m3) por un biodigestor

de funcionamiento discontinuo, desarrollado en el Brasil,

con gasómetro de PVC, según:

(7)

Donde H1 (figura 2) representa la diferencia entre el ni-

vel superior del gasómetro (NG) y del agua (NA), en la

parte externa (m); Hagua

es la diferencia entre los niveles

de agua, externo e interno en el gasómetro (m) y A1

es

el área transversal del gasómetro (m2); así se tiene que:

(8)

Donde Hagua

es obtenido a través de:

(9)

(10)

Donde p es la presión interna del gasómetro (kPa); Patm

es la presión atmosférica (atm); p es la densidad del agua

(1000 kg.m-3); g es la aceleración de la gravedad (9,8 m.s -2);

W es el peso total del gasómetro; E es el empuje debido al

volumen desplazado por la parte inmersa del gasómetro

y f el factor de transformación de atm para kPa (101,325).

De la igualdad obtenemos:

(11)

Donde m es la masa del gasómetro; H es la altura del gasóme-

tro (m); H2 es la parte del gasómetro inmerso en el agua (m).

5.3. Eciencia del biodigestor

La eficiencia de un biodigestor está ligada a la reducción

de los sólidos volátiles de la materia orgánica (biomasa +

agua = afluente) y su cálculo está basado en la relación

que existe entre la Tasa de Aplicación de Material Orgáni-

co (TAMO) y la Velocidad de Descomposición de Sólidos

Volátiles (VDSV ), según (BATISTA, 1981).

(12)

Donde TAMO relaciona el total de sólidos volátiles del

afluente, que ingresan al biodigestor, (SVa), el volumen del

mismo (VB), al tiempo de retención y a la concentración

de sólidos volátiles, según:

(13)

Tabla 7 - Factor de conversión de metano (FCM).

SGEA

Laguna anaeróbica (lagoon)

Lodo (liquid)

Almacenamiento sól ido (solid storage)

Lote seco (drylot)

Pastaje (pasture/range)

Estiércol en establo y usado

como fertilizante (daily spread)

Digestor (digester)

Quema como combustible (burned for fuel)

Otros

Frio

90,0%

10,0%

1,0%

1,0%

1,0%

0,1%

10,0%

1,0%

templado

90,0%

35,0%

1,5%

1,5%

1,5%

0,5%

10,0%

1,0%

caliente

90,0%

65,0%

2,0%

5,0%

2,0%

1,0%

0,0%

1,0%

Clima

Fuente: IPCC (1996)

5 - 10,0%

Figura 2 - Esquema de un biodigestor discontinuo con gasómetro.




102


La Velocidad de Descomposición de Sólidos Volátiles está

relacionada a la cantidad de sólidos volátiles que se degrada

en el biodigestor, expresado en unidades de masa por volu-

men de biodigestor y tiempo, según (EMBRATER, 1981):

(14)

CONCLUSIONES

• El biodigestor representa una potencial herramienta

para la creación de una sociedad rural auto-suficien-

te que produzca prácticamente lo requerido para cu-

brir las necesidades materiales, sobrando exceden-

tes suficientes para comercializarlos o cambiarlos

por recursos esenciales que falten al sistema o que

deban venir de afuera.

• Un proyecto típico para la generación de energía a

partir de biogás consiste, básicamente, de un bio-digestor, un sistema de manejo del gas y un equi-

pamiento conversor; su operación satisfactoria

esta basada, principalmente, en la proyección del

sistema global para la máxima demanda, utilizando

materiales de construcción de gran disponibilidad

local y capacitando a los operadores para el man-

tenimiento de los parámetros adecuados de opera-

ción.

• Para el análisis de los parámetros que gobiernan

la operación de un biodigestor se requiere imple-

mentar, más que un sistema, una rutina para el le-

vantamiento de datos que nos ayuden a verificar la

eficiencia del reactor y la digestión anaeróbica, así

como la eficacia de la tecnología implementada. Las

herramientas dispuestas auxilian en esa labor. Por

otro lado, el análisis de esos parámetros permitiría

establecer las ventajas y desventajas técnico-econó-

micas de la inclusión de sistemas de calentamiento

y/o agitación.

• Los biodigestores discontinuos son muy utilizados

en bancos de prueba (laboratorio) para la determi-

nación de los parámetros que gobiernan la digestión

anaeróbica, debido a su simplicidad de instalación yoperación, permitiendo, de esta manera, una mejor

visualización de tales parámetros.

• En trabajos posteriores serán aplicados los concep-

tos y herramientas abordadas en este trabajo para

la determinación de los parámetros de operación

de biodigestores con agitadores y/o sistemas de

calentamiento de la biomasa confinada. Así mismo,

se recomienda que trabajos de investigación, que fo-

menten el uso de la tecnología de la digestión anae-

róbica, deben ser elaborados tanto por la comunidad

científica como por el sector empresarial para el co-rrecto tratamiento de los residuos orgánicos, cuyas

emisiones (metano, principalmente) repercuten ne-

gativamente sobre el medio ambiente, promoviendo

el calentamiento global.


1. BAYER M.M; MARINHO, J.N; PANNIERSELVAM, P.V. Es-

tudo de engenharia de processo e custo para valori-zação de biogás via cogeração de energia auxiliado

por computador. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE EN-

GENHARIA QUÍMICA, XIII., 2000, São Paulo. Anais ...

Águas de São Pedro, São Paulo. 2000

2. BENINCASA, M.; ORTOLANI, A.F.; LUCAS JR., J. Biodi-

gestores convencionais. Faculdade de Ciências Agrá-

rias e Veterinárias - UNESP, Jaboticabal, 25 p.1990.

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104


Enseñanza y aprendizaje en el aula virtualTeaching and learning in virtual environments

Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera

RESUMEN

La evolución acelerada de la tecnología ha cambiado

nuestra forma de vivir, trabajar y aprender. La Sociedad

del Conocimiento concibe los procesos de gestión de la

información como camino obligado para generar cono-

cimiento, base sobre la que hoy se sustenta la compe-titividad en todos los órdenes de la vida económica y

social.

En las últimas décadas los cambios en la sociedad y los

modos de transmitir la información han hecho de las

Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC’s)

un recurso necesario en los procesos de formación.

En este artículo pretendemos reflexionar sobre las for-

mas de enseñar y aprender en un aula virtual. El uso de

las TIC’s en este tipo de formación, hace que se generennuevas estrategias metodológicas. Veremos el proceso

desde la perspectiva del docente virtual como elemento

facilitador y desde la perspectiva del estudiante como

agente activo. Analizar las interacciones entre ellos y re-

flexionar sobre sus roles y actitudes, tendrá como con-

secuencia el éxito en este tipo de formación.

ABSTRACT

The accelerated evolution of the technology has changed

our lifestyle as well as our way of working and learning. The

process of changing an Information Society for a Knowl-edge one carries on a new conception of the information

management process as a mandatory way to generate

knowledge. Today, it is the base on which the competitivity

in all aspects of economic and social life is supported.

In last decades, the society changes and the way how

information is transfered have made of Information and

Communication Technologies (ICT’s) a necessary resource

for formation process.

In this paper, we pretend to reflex on the ways of teach-ing and learning in a virtual classroom. The use of ICT’s in

this kind of formation makes us to generate new meth-

odological strategies. We will observe the process from

the virtual teacher perspective as a facilitator element

and from the student perspective as an active agent. To

analyse the interactions between them and to reflex ontheir rolls and attitudes will bring us success in this kind

of formation.

PALABRAS CLAVES

Enseñanza/aprendizaje, aula virtual, estudiante virtual,

docente virtual, estrategias.

KEY WORDS

Teaching/learning, virtual classroom, virtual student, vir-tual teacher, strategies.

INTRODUCCIÓN

La formación virtual en la actualidad, después de ha-

ber pasado por una serie de etapas y niveles, es una

alternativa viable en la formación y profesionalización

de aquellos que por diversos motivos no pueden asis-

tir a un aula presencial. Esa demanda ha hecho que

empresas, universidades y centros de enseñanza supe-

rior, analicen, planifiquen y pongan en marcha nuevos

entornos de formación apoyados en las TIC’s; en otras

palabras lo que llamamos aprendizaje en red, forma-

ción virtual, teleformación, e-learning.

La formación virtual ha sido cuestionada sobre su efec-

tividad debido a los casos de deserción y por quienes

piensan que la educación presencial es irremplazable.

Sin embargo, no podemos negar el gran impacto que

las TIC’s tienen en la formación de las personas. La for-

mación virtual permite una mayor flexibilidad para

el alumno, como por ejemplo: la capacidad de acce-

der y participar de experiencias educativas variadasdesde escenarios distintos al aula presencial como la



105


propia casa, el lugar de trabajo o centros de recursos

multimedia; la capacidad de adecuar el ritmo y hora-

rios de trabajo a sus intereses personales; la posibilidad

de compartir el control del contenido y el proceso de

aprendizaje y el mantener espacios de relación social

entre los participantes.

El éxito de la formación virtual requiere que los actoreso elementos participantes interactúen de manera pla-

nificada, metolodológica y estratégica, en la búsqueda

de un objetivo en común lo cual es, sin lugar a dudas,

“aprender”, “formarse”, lo cual se logrará creando nue-

vas actitudes, motivaciones y conocimientos tanto en

docentes como en estudiantes. Ambos tienen que ser

capaces de interactuar en un mismo escenario viendo

a la tecnología como un medio y no como una finali-

dad.

Sangrá (2001: 2) nos dice que “El aprendizaje en am-

bientes virtuales es el resultado de un proceso, tal y

como valoraríamos desde la perspectiva humanista, en

el que el estudiante construye su aprendizaje”. El cons-

tructivismo es uno de los pilares de la formación vir tual.

Esta teoría aplicada a la formación virtual busca que el

sujeto sea capaz de traspasar las fronteras del medio

como fuente de información y a partir de allí otorgarle

significados, reorganizarla, procesarla internamente y

finalmente crear conocimiento.

Es nuestro interés principal reflexionar sobre los proce-

sos de enseñanza-aprendizaje en un aula virtual y los ro-les de sus participantes, así como dar pautas sobre mé-

todos y estrategias para el éxito de la formación en ella.

Para lograrlo, les alcanzamos las siguientes reflexiones:

1. El aula virtual: un entorno para el apren-dizaje

En la formación virtual al igual que en la formación pre-

sencial, convergen conceptos de orientaciones y didác-

ticas diversas, las cuales en conjunto deben actuar de

acuerdo con los objetivos y finalidades educativas de

cada institución.

En formación virtual, un elemento imprescindible es el

entorno en que se desarrolla, siendo la diferencia más

notoria con respecto a la formación presencial. El entor-

no, que es un espacio al cual llamamos aula virtual o cam-pus virtual, será el medio de conexión y comunicación

entre los elementos del proceso formativo y los servicios

que se ofrecen.

En un aula virtual, la palabra clave es interactividad, inte-

racción sincrónica (en tiempo real) y asincrónica (en tiem-

po diferido). Se trata de ofrecer a distancia las mismas po-

sibilidades de comunicación que existen en un aula real.

Levy (1999: 14) señala que: “Lo virtual no es en modo al-

guno, lo opuesto a lo real, sino una forma de ser fecunda

y potente que favorece los procesos de creación, abre

horizontes y cava pozos llenos de sentido bajo la super-

ficialidad de la presencia física inmediata”. Podemos afir-

mar entonces que el aprendizaje se producirá a pesar de

que el profesor no se encuentra frente a los alumnos.

El entorno debe proporcionar herramientas necesarias

para facilitar la comunicación, la participación y la cola-

boración. Para ello se proveen una serie de servicios que

permitan las tutorías, las simulaciones, las pruebas prác-

ticas y el seguimiento.

Las herramientas de comunicación otorgan nuevas di-mensiones al espacio interactivo que van desde la mani-

pulación de objetos o procesos no presentes, participar

en sesiones de trabajo y experiencias de aprendizaje

entre grupos dispersos y acceder a recursos y materiales

didácticos variados.

La tabla 1, describe diferentes situaciones de aprendiza-

je, haciendo uso las de herramientas de comunicación en

un aula virtual.

Situación de

aprendizaje

Interacción

Síncrona

Interacción

Asíncrona

Herramienta

de comunicación

Chat, Comunicación instantánea,

Videoconferencia, Audioconferencia,

Pizarra electrónica, Navegación

compartida, Votaciones, Aplicaciones

compartidas: calendario

Correo electrónico

Listas de distribución

Conferencia electrónica o Foro

Formación

SemiPresencial -Virtual

Los estudiantes interactúan entre sí y con el docente virtual mediante el uso de

herramientas que combinan texto, imagen y sonido.

Las TIC’s ejercen en este caso de facilitadoras de comunicación entre el docente y

el grupo clase, así como fuentes de información.

Los entornos tecnológicos de formación son el elemento a destacar en este caso,

pues, basados en él, el estudiante interactuará con los contenidos, con el docente,

con sus compañeros.

Los estudiantes descargan tareas y recursos de información y el docente se limita

a orientar y tutorizar al estudiante telemáticamente.

Importante es el papel del centro de recursos o biblioteca virtual.

Tabla 1 - Herramientas para la interacción en el aula virtual.

Vlásica, J. G isbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual



106


Dependiendo del programa académico y de las nece-

sidades particulares de formación, el entorno deberá

integrar los materiales didácticos y los mecanismos de

evaluación adecuados para lograr el autoaprendizaje.

Los materiales didácticos juegan un papel importante en

la formación virtual. La intervención del docente no pue-

de separarse de la creación de los materiales didácticos,los cuales tienen que adaptarse a los alumnos y basarse

más en el diseño pedagógico que permite aprender. El

docente puede trabajar con otros profesionales especia-

lizados en diseño, pero es su conocimiento sobre la for-

ma de trabajar con esa información lo que los convierte

en materiales didácticos. La elaboración de materiales de

calidad es una condición necesaria para el éxito del pro-

ceso formativo y deben responder a las necesidades de

formación previamente detectadas, teniendo en cuenta

el perfil del estudiante al que va dirigido

En la figura 1 se observa el ciclo de comunicación del

proceso formativo virtual, siendo el estudiante el centro

del mismo.

Finalmente un entorno virtual debe poseer herramien-

tas y mecanismos de gestión, que permitan automatizar

ciertas tareas administrativas y servirá de apoyo a los

actores implicados en el seguimiento y evaluación de

actividades.

2. El rol del docente virtual

Como explicamos previamente, la perspectiva de la

educación tradicional muestra al profesor como única

fuente de información y sabiduría y a los estudiantes

como receptores pasivos, pero debemos reconocer que

las nuevas corrientes pedagógicas buscan que los pro-

fesores de aula incentiven la opinión crítica, el razona-

miento y el constructivismo en los estudiantes. Además,en la actualidad acudir a Internet como fuente de in-

formación es un acto natural en la gran mayoría de los

estudiantes, por no decir en todos.

El proceso de enseñanza/aprendizaje en entornos tec-

nológicos nos obliga a reconceptualizar el papel del do-

cente. Este ya no es sólo el que enseña, sino el que faci-

lita, promueve y guía el aprendizaje del estudiante. Esta

educación no se entiende tanto como logro o resultado

sino más bien como el proceso de enseñar a aprenderal estudiante. No se trata tan sólo de que el estudiante

adquiera conocimientos y competencias, sino de desa-

rrollar su capacidad para aprender a aprender.

El docente virtual debe propiciar prácticas individuales

y ejercicios colectivos mediante tareas puntuales orien-

tadas a proporcionar al estudiante una serie de técnicas

y contribuir a desarrollar sus estrategias de aprendizaje

que le permitan utilizar óptimamente la investigación

y sus capacidades de estudio durante el desarrollo de

su aprendizaje. Además esta nueva forma de comunica-

ción obliga al docente a desarrollar habilidades para es-

cribir y dialogar no sólo con los estudiantes sino entre

colegas, expertos, etc.

Salmon (2000), ha realizado estudios sobre el rol tutorial

(e-moderating) y, a partir de investigaciones, ha defini-

do un modelo para la interacción del docente con los

estudiantes, el cual ha dividido en cinco grandes etapas

o fases: acceso y motivación, socialización, intercambio

de información, construcción del conocimiento y desa-

rrollo.

En la figura 2 se muestran las etapas del modelo, en el

cual la intensidad de la interacción del tutor con los es-

tudiantes varía, en función de las fases y de las necesida-

des establecidas por cada una de ellas. Inicialmente, hay

poca comunicación, pero esta se intensifica medida en

que se establecen vínculos más fuertes y mayor necesi-

dad por parte de los estudiantes, fundamentalmente en

la fase donde se comparte información y se construyen

los conocimientos, previéndose que posteriormente

exista una mayor autonomía por parte del estudiante.

Figura 1 - La comunicación entre los elementos del proceso forma-tivo virtual.

Figura 2 - Modelo para explicar las fases de moderación e interacti-vidad en un curso virtual.




107


Salmón dice, además, que los docentes virtuales o mode-

radores, como ella los llama, deben ser especialmente se-

leccionados, formados y desarrollados y que estos deben

poseer ciertas características y cualidades, que detallamos

a continuación:

Comprensión de los procesos online

El docente que ha tenido alguna experiencia de aprendi-zaje online podrá sentirse identificado con el estudiante,

lo cual hace que se logre una empatía con las situaciones

y retos del mismo. Es importante además que el docente

sepa establecer lazos de confianza con sus estudiantes.

Tendrá que ser capaz de promover debates, resumir, re-

formular, desafiar y monitorear la comprensión.

Habilidades técnicas

Es fundamental que el docente virtual sea hábil en el uso

de las TIC’s como medio para potenciar el aprendizaje.

Debe ser capaz de explotar las características del entorno,

crear espacios de comunicación e interacción, crear y ma-

nejar conferencias, etc.

Destrezas en la comunicación online

La comunicación es aspecto clave en la formación vir-

tual. El docente virtual tiene la responsabilidad de rela-

cionarse de forma positiva con los estudiantes, siempre

con un estilo cortés y respetuoso. Los mensajes que

genere deben ser dinámicos y personalizados. Debe

procurar en lo posible estimular la interacción entre los

estudiantes.

Experto en contenidos

El conocimiento y experiencia hacen que el docente

virtual ponga a disposición de sus estudiantes material

apropiado y recursos de utilidad. Son estas características,

sumadas a la creatividad, las que hacen que proponga y

avive debates interesantes.

Características personales

Un docente virtual debe tener determinación y motiva-

ción. Debe ser capaz de adaptarse a nuevos contextos

de enseñanza, métodos y audiencias. Es importante su

actitud positiva y dedicación por la enseñanza virtual.

Windham (2005: 61) para The Net Generation, nos dice

que “cuando un estudiante elige un aula virtual, él aún

desea retos, exploración y desarrollar su creatividad. Esto

implica que el docente virtual encuentre el modo de ofre-

cer a los estudiantes un método de exploración e investi-

gación dentro del currículo”.

Es importante además mencionar que esta reconceptua-

lización en los roles de los docentes virtuales les permitirá

poner en marcha todas sus capacidades al servicio de supropia formación.

3. El rol del estudiante virtual

Lo primero que debe preguntarse una persona que desea

formarse en un entorno virtual, es si esta modalidad de

aprendizaje es la adecuada para él o ella, es decir cues-

tionarse aspectos como por ejemplo: ¿si tiene la necesi-

dad y motivación de hacer ese curso en ese momento?,

¿será capaz de autogestionarse y encontrar nuevos mé-

todos de aprender?, ¿será capaz de interactuar a travésde medios de forma disciplinada y constante? Finalmente

si será capaz de ver al profesor como alguien que guiará

su aprendizaje y a los compañeros como miembros de un

grupo de trabajo virtual activo.

El aspecto más importante que debe contemplar una per-

sona que desee formarse en la virtualidad es cuán motivado

está para hacerlo de este modo. La motivación finalmente

se verá reflejada como valor añadido en el conocimiento y

en el uso de las herramientas de comunicación.

Un estudiante virtual requiere saber usar las TIC’s a nivel deusuario básico, entre las habilidades que deben tener están:

usar la computadora, escribir documentos, navegar en Inter-

net, crear, leer y enviar correos electrónicos, enviar mensajes

instantáneos (chat), descargar y enviar archivos adjuntos, crear

presentaciones en power point, crear hojas de cálculo, etc.

El aprendizaje de los estudiantes resalta la importancia de

considerar las variables cognitivas, metacognitivas, moti-

vacionales y conductuales. Para que un estudiante virtual

logre el éxito académico, este tiene que poner a prueba

su voluntad y habilidad. Si decide que el puede hacerlo,

es decir que tiene los conocimientos y destrezas necesa-

rias (cognición) y si realmente quiere hacerlo, es decir si

tiene la voluntad y la intención de hacerlo (motivación),

es entonces cuando realmente pondrá en marcha su pro-

yecto de aprendizaje en un medio de formación virtual.

Los estudiantes virtuales tienen que crear sus propios

códigos y lenguajes para ser capaces de asimilar sus

procesos de aprendizaje. Los intereses, necesidades y cir-

cunstancias de cada uno determinan la planificación y el

control del aprendizaje.

Duart (2000: 95) explica en la tabla 2, diferentes elementos

referentes a la motivación formativa.

Tabla 2 - La motivación como variable formativa.

Estudiante

Materialesdidácticos

Accióndocente

Los elementos motivadores parten de:

- La necesidad personal de formación.

- El interés por los contenidos del curso.

- La significación personal de los aprendizajes.

Forman un todo sistemático que debe tener en cuenta:

- El perfil del estudiante que los usará.

- El modelo de formación en el que se incluyen.

- La significación de los contenidos que incluyen.

Tiene que procurar el desarrollo de las siguientes capacidades:

- Trabajo autónomo del estudiante.

- Planificación del aprendizaje.

- Relación conceptual/redes conceptuales.

Motivación




108


Podemos apreciar claramente que la motivación debe es-

tar presente no sólo en el estudiante, sino que deben ser

los materiales y el docente quienes completen el círculo

motivador. Además la interacción que exista entre el es-

tudiante y los materiales, entre el estudiante y el docente

y la interacción entre los mismos docentes incentivará la

reflexión y propiciará las actividades en ambientes de de-

bate, tales como los foros, chats y correo electrónico.

El estudiante virtual debe saber reconocer sus habilida-

des, capacidades, destrezas y recursos y además debe te-

ner la capacidad de generar otros nuevos o mediante la

asociación o reestructuración de otros preexistentes. La

capacidad de saber reconocer nuestros propios recursos

hará que podamos elaborar finalmente un plan de acción.

Es el mismo estudiante quien puede crear estrategias

para incrementar la motivación, la atención, la concen-

tración y en general el aprovechamiento de los propios

recursos cognitivos.

4. Estrategias y características del apren-dizaje en la formación virtual

Según la Real Academia Española, método es el modo

de obrar o proceder, hábito o costumbre que cada uno

tiene y observa, mientras que estrategia es “el arte, traza

para dirigir un asunto en fin del objeto deseado”. Las es-

trategias se han añadido a la psicología del aprendizaje y

la educación para resaltar el carácter procedimental del

aprendizaje. En la formación virtual las estrategias de en-

señanza y aprendizaje son un aspecto substancial, debi-do a su misma naturaleza.

La didáctica es un aspecto que no podemos dejar de

mencionar, pues se define como las situaciones que el do-

cente propone al estudiante para facilitar su aprendizaje.

Existen diferentes modelos didácticos que proponen

diversas metodologías. Están los modelos didácticos di-

rectivos y otros nada directivos. Hay unos que estimulan

la individualización mientras otros proponen la colabora-

ción y cooperación en el proceso de enseñanza-aprendi-

zaje. Carretero (2006: 88) en la Formación sin Distancia.

Esteban (2003), clasifica a las estrategias de aprendizaje

en diferentes tipologías, según las actividades cognitivas

a realizar:

• Asociativas: Actividades simples, con operaciones

básicas y elementales que no trabajan estrictamente

la información. Sirven para proporcionar una base

para posteriores conocimientos.

• De elaboración: Promueven nuevas estructuras de

conocimiento y la relación entre diferentes conoci-

mientos. Sirven, pues, de andamiaje al aprendizajemediante la elaboración de significados.

• De organización: Establecen relaciones internas

entre elementos que componen los materiales de

aprendizaje y los conocimientos previos que posea

el alumno. Entre las estrategias de organización con-

sideradas se suelen citar las clasificaciones; la cons-

trucción de redes de conocimientos (networking);

estructuras de nivel superior (covariación, compara-

ción, colección, descripción y respuesta), cada una delas cuales implica una técnica cognitiva específica;

los mapas conceptuales; mentales, etc.

• Estrategias de apoyo: Son aquellas que en lugar de

dirigirse directamente al aprendizaje de los materiales,

contribuyen incrementando la eficacia de ese apren-

dizaje, mejorando las condiciones en que se produce

(incrementan la atención, la motivación, la concentra-

ción, etc).

En la formación virtual se requiere que el estudiante cons-

truya su propio conocimiento. Es necesario, por lo tanto,

que el docente proponga actividades que pudieran ser:

situaciones reales, prácticas y motivadoras que permitan

la reflexión de los mismos y que puedan de ese modo

aportar con sus ideas, proponer debates, etc.

Algunas técnicas que se pueden aplicar a la formación

virtual podrían ser:

• Videoconferencias y video: Disertaciones o técnicas

expositivas, demostraciones, interrogatorios, evalua-

ciones, debates, entrevistas, círculos concéntricos, etc.

• Trabajos en grupo: Mediante estudios de casos, tor-menta de ideas, estudio intensivo de un problema,

etc.

• Prácticas de laboratorio: Mediante la realización de

experimentos sencillos o más complicados, dirigidos

por el docente, y que pueden ser grabados en video o

recreados mediante una simulación animada.

• Simulaciones: Donde se plantea el análisis de una si-

tuación real mediante una práctica simulada grabada

en video o recreada mediante animación.

• Juegos de roles: Los estudiantes interpretan diferen-

tes papeles en una situación simulada.

La actividad constructiva según Pere Marqués (2005) re-

quiere que los estudiantes sean capaces de:

• Comprender y planificar las tareas a realizar.

• Seleccionar y organizar la información disponible de

manera crítica y creativa (la información se puede or-

ganizar significativamente de muchas maneras distin-

tas).

• Elaborar la información (para comprenderla) e inte-

grarla significativamente en sus conocimientos pre-

vios atendiendo a visiones multiculturales.• Transferir y aplicar estos conocimientos a la vida real,




109


más que reproducirlos mecánicamente (en los exáme-

nes).

• Evaluar y contrastar los objetivos establecidos y los re-

sultados obtenidos.

Las TIC’s permiten diferentes formas de lectura no lineales

en donde el sujeto va creando y recreando los contenidos

en función de sus intereses, aptitudes y actitudes frente alobjeto de estudio, lo que le obliga a desarrollar habilida-

des del pensamiento distintas ya que requiere apropiarse

del conocimiento para aplicarlo a su práctica cotidiana,

reflejando lo que es la aplicación del aprendizaje signifi-

cativo.

Windham (2005:56-58) en su obra The Net Generation

nos explica algunos principios básicos para que las

generaciones actuales puedan aprender en el mundo

de la tecnología, pues el uso de esta implica una serie

de “distracciones” y el objetivo trazado de aprendizaje

muchas veces se queda en el camino. Estos principios

hablan de:

• Interacción: Que permite la comunicación con las

personas (estudiantes y profesores) y también con el

material de estudio.

• Exploración: Así como hemos aprendido a navegar

en Internet a través de enlaces, lo mismo se debe ha-

cer con nuestros objetos de estudio.

• Relevancia: Implica que un estudiante finalice sus

estudios con la suficiente capacidad para afrontar

un mundo laboral, y que lo aprendido en el aula nosea tan perecedero como la tecnología que cambia

a diario.

• Multimedia: Los docentes deben proponer ele-

mentos multimedia para mantener la atención del

alumno.

• Instrucción: Principio que obliga al estudiante a ir en

búsqueda de información verdadera, a través de bi-

bliotecas, revistas especializadas, etc. Además deben

tener las suficientes habilidades para buscarla.

5. Cómo lograr el éxito en el aprendizajevirtual

Schrum y Hong (2002) sugieren siete dimensiones re-

lacionadas con el éxito de los estudiantes en el apren-

dizaje virtual:

• El acceso a las herramientas: Los estudiantes sin regu-

lar acceso a las herramientas adecuadas, ya sea en casa,

en el centro de estudios o en el trabajo, tienen mayor

dificultad en seguir una formación virtual. Aquellos que

tienen al alcance las herramientas consideran tener una

pequeña ventaja porque pueden concentrarse en suaprendizaje en su propio horario.

• Experiencia tecnológica: No es suficiente el acceso a

las herramientas adecuadas, los estudiantes necesitan

tener un nivel de seguridad en el uso de las mismas.

• Preferencias de aprendizaje: Los estudiantes deben

reconocer sus propias habilidades y estilos para inte-

ractuar en un ambiente virtual. Esto quiere decir que

los estudiantes que necesiten escuchar los debates

de sus compañeros de clases, necesitarán compensaresta falta de otra manera, lo cual podría ser mediante

sesiones de chat o videoconferencias. Los estudiantes

deben tomar ventaja del aspecto visual del entorno

por las diferentes formas en que el material es presen-

tado. Otros estilos indican que algunos prefieren el

trabajo grupal al trabajo en solitario.

• Hábitos de estudio y habilidades: Los estudiantes

aprecian el control que pueden tener en su aprendi-

zaje, lo cual se demuestra en la responsabilidad de

completar y presentar las actividades propuestas. Se

ha demostrado que entregar mucho material y mu-

cho trabajo al mismo tiempo es contraproducente.

Los docentes deben dar cierta flexibilidad a los estu-

diantes para que aprendan por sus propios medios.

• Metas y propósitos: El éxito en la formación virtual

se ve reflejado en el grado de motivación de los parti-

cipantes.

• Factores del estilo de vida: Los estudiantes deben

estar alertas en la responsabilidad de conducir sus

vidas y necesitarán en este caso determinar si están

dispuestos a dedicar 10 a 20 horas diarias de estudio.

Tendrán que determinar además si tienen flexibilidad

de horarios. Los docentes virtuales recomiendan quelos estudiantes puedan equilibrar los complejos as-

pectos de sus vidas con sus programas de estudio.

• Trato personal y características: Los estudiantes en

línea exitosos tienden a comprometerse fuertemen-

te, dedicando tiempo y esfuerzo en su formación. Los

educadores concuerdan en que la falta de voluntad y

la autodisciplina son factores críticos en el éxito de los

estudiantes.

A los que nosotros añadiríamos todos aquellos relacio-

nados con la capacidad comunicativa, tanto síncrona

como asíncrona, del estudiante en entornos tecnológi-

cos. Su capacidad y la eficacia de las herramientas tec-

nológicas de comunicación es lo que realmente marca-

rá el nivel de éxito óptimo del proceso de aprendizaje.

RESULTADOS

A continuación mostramos algunas reflexiones sobre

las características de los estudiantes del futuro, es de-

cir aquellos niños que han nacido y crecen bajo la in-

fluencia de las TIC’s e Internet.

- Saben usar las TIC’s para procesar la información y

como instrumento cognitivo que puede liberarles




110


de determinados trabajos de rutina y potenciar sus

procesos mentales, tales como: la observación, la

exploración, la búsqueda, la comparación, el orde-

namiento, la clasificación y la toma de decisiones.

• Utilizan las TIC’s para comunicarse en el ciberespa-

cio, ampliando así su entorno de relación con otros

compañeros, docentes, etc. Discuten y aprenden

unos de otros; así van construyendo un aprendizaje

social.

• Conocen las herramientas que los medios brindan,

las cuales establecen un nuevo modelo de apren-

dizaje, basado en el descubrimiento y la participa-

ción. Además se relacionan con un nivel superior

de pensamiento, que les permitirá tomar decisio-

nes sobre cómo reunirse, organizarse, analizar y

compartir información.

• Tienen la capacidad de aprender en la red. Saben

aprovechar los nuevos entornos virtuales de apren-

dizaje.

• Tienen la capacidad de acceder a la información

de forma interactiva, dejando de lado el modo se-

cuencial, es decir, saben participar en varias activi-

dades a la vez: navegan en algún material nuevo y

establecen hipervínculos con servidores y fuentes

de información en todas partes.

• Serán capaces de mantener comunicaciones mul-

timedia con un aparato móvil desde cualquier

parte del mundo, pues tienen la capacidad sufi-

ciente y necesaria para utilizar el sistema con efi-ciencia.

• Tendrán la capacidad de aprender haciendo, así el

aprendizaje se vuelve más experimental y se re-

fuerzan las teorías constructivistas para el aprendi-

zaje.

• Interactuarán con mayor facilidad y preferirán las

plataformas de contenidos, sin dejar de lado los li-

bros.

• Serán capaces de generar proyectos con estudian-

tes, profesores y la comunidad en general que les

permita hacer un uso significativo de las TIC’s dis-ponibles. Además de estimular en ellos hábitos de

investigación, para lo cual cuentan con una gran

capacidad de abstracción, análisis y síntesis.

• Tendrán la necesidad de interactuar en la solución

de problemas del mundo real, para lo cual busca-

rán participar constantemente de simulaciones

virtuales, juegos de roles, etc.

Estas reflexiones son para nosotras motivo suficiente para

seguir apostando y esforzándonos en la investigación de

este tipo de formación que se mueve a futuro con unarapidez vertiginosa.

CONCLUSIONES

• La formación virtual aporta unas ventajas que pue-

den justificar su rápida expansión: la posibilidad de

utilizar materiales multimedia, la fácil actualización

de los contenidos, la interactividad, acceso al curso

desde cualquier lugar y en cualquier momento, la

existencia de un feed-back de información inmedia-to, de manera que el docente conoce si el estudiante

responde al método y alcanza los objetivos fijados

inicialmente.

• Internet, la red de redes, contribuye a aumentar el

acceso a la información y permite la comunicación,

condición necesaria para construir conocimiento. En

un entorno de formación virtual la construcción del

conocimiento es tarea también de los estudiantes y

no sólo del docente, el medio o de las herramientas.

El estudiante, al interactuar con los docentes y demás

compañeros en un entorno virtual se encuentra conla posibilidad de aprender a partir de sus intereses,

curiosidades o experiencias, en lugar de seguir un ca-

mino preestablecido por el propio docente con una

tendencia, normalmente, homogeneizadora.

• La estrategia didáctica que el docente virtual aplique

a su grupo de estudiantes debe integrar una serie

de actividades e interacción entre los mismos. Estas

estrategias deben proporcionar motivación, informa-

ción y orientación para que ellos definan su propio

proceso de aprendizaje.


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112


El Supervisor como managementpara generar sinergia

The supervisor like management to generate synergy

Christian León Porras

RESUMEN

En este artículo se enfatiza que el supervisor globalizado

debe convertirse en el management dentro de la orga-

nización, sabiendo conducir a su personal a través de ha-

bilidades humanas que generan liderazgo hacia él, lo cual

conduce a los objetivos estratégicos propuestos por la alta

gerencia, bajo el pilar existencial laboral contemporáneo:

“Gana – Ganar”, pues el supervisor se legitima en sus subordi-

nados cuando la gente lo sigue ya que son motivados por él.

Finalmente, el “sentido del deber” de todo buen supervisor,

está en servir al cliente interno y deberse al cliente externo.

ABSTRACT

In this article there is emphasized that the included super-

visor must turn into a management inside the organization,being able to drive to his personnel across human skills that

generate leadership towards him and this drives to the stra-

tegic aims proposed by the high management, under the

existential labour contemporary prop: “Win - Win”., since the

supervisor is legitimized in his subordinates when the people

follow it since they are motivated by him. Finally the “sense

of the duty “ of every good supervisor, this one in serving the

internal client and to be drunk to the external client.

PALABRAS CLAVES

Supervisor, management, inteligencia emocional, lideraz-

go y equipo de trabajo.

KEY WORDS

Supervisor, management, emotional intelligence, leaders-

hip and team of work.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad se diserta en seminarios, congresos,cursos, mucho sobre liderazgo y sus clasificaciones, fi-

losofan si el líder nace o se hace. Varias escuelas de ne-

gocios, por medio del MBA o Maestría en Administración

de Empresas, enfatizan en tener en sus diversas mallas

curriculares la receta para generar habilidades geren-

ciales de liderazgo. No obstante, el concepto de líder

proviene de la palabra inglesa leader, que traducido al

castellano significa: guía. Y al buscar en el diccionario

de la Real Academia Española, vemos que líder significa

“Persona a la que un grupo sigue reconociéndola como

jefe u orientadora”.

Un líder siempre tiene seguidores y por ende influye

e inspira en ellos. Sus rasgos de personalidad gene-

ralmente son notoriamente resaltantes a la vista en

un grupo social, ya que su lenguaje no verbal indicapostura firme, mirada fija y segura, genera tranquili-

dad porque proyecta seguridad en sí mismo y conta-

gia emociones, demostrado en una investigación que

realizó el profesor Sigal Barsade en la Universidad de

Yale . En primera instancia todos sus miembros se be-

nefician. Empero, ¿se beneficiará la humanidad? El líder

como tal debe tener claro que esas mínimas decisiones

que tome tienen que beneficiar a la humanidad, así de

grandilocuente.

Habiéndonos enfocado en el concepto real del líder,

podemos introducirnos en la concepción del supervi-

sor, quien es el que ejerce la inspección superior en tra-

bajos realizados por otros. Pero no es un líder, debería

transformarse en uno de ellos, ¿podrá conseguirlo? Las

aptitudes emocionales son susceptibles de ser desarro-

lladas, si es que uno tiene la firme decisión actitudinal

para hacerlo. Y como en gran medida el liderazgo pasa

por aptitudes emocionales que influyen en las perso-

nas, podríamos decir entonces que el líder se hace a tra-

vés de su formación evolutiva que nutre su autoestima,

además de sobreponerse a las circunstancias adversas



113


que la vida, felizmente, nos brinda con la finalidad de

fortalecernos y aprender de ellas para mejorar día tras

día.

Un aspecto importante que el supervisor contempo-

ráneo no debe dejar de lado en su labor diaria dentro

de una organización, es la de entrenar sus habilidades

humanas dirigidas hacia sus colaboradores, es decir,

facultades como la comunicación asertiva, la empatía,

destreza para motivar, adecuadas relaciones interper-

sonales, capacidad de negociación, entre otras, y muy

relevante su facultad para generar sinergia, es decir el

todo es más que la suma de sus partes; entre las ha-

bilidades de sus subordinados, formando equipos de

trabajos sólidos.

En la actualidad, los empleadores y los especialistas en

gestión humana están de acuerdo que lo más impor-tante para la contratación de nuevo personal en em-

presas grandes o multinacionales (como lo demostró

el estudio realizado en la Petroquímica AMACO en el

año de 1994) sobre todo en cargos gerenciales, más

que la pericia técnica o conocimientos especializados,

es la inteligencia emocional o aptitudes emocionales o

habilidades humanas, ya que estas son las que generan

verdaderamente el motor de crecimiento en una orga-

nización, creando ambientes de trabajos que benefician

la salud mental colectiva y potencian fortalezas en los

colaboradores.

Peter Drucker, filósofo en las ciencias empresariales,

tanto del siglo XX como del XXI y creador del concep-

to de management, manifestaba que esta disciplina en

términos simplistas no es otra cosa que maximizar las

fortalezas y minimizar las debilidades del conocimien-

to, sin embargo señalaba que lo más importante no era

la cantidad de conocimiento, sino su productividad y

que el conocimiento es un medio para la acción. Lo que

se puede interpretar de estos comentarios y mi aporte

personal, es que el supervisor en este mundo globali-

zado debe de ser un management de las competencias

(el conocimiento es parte de la estructura de compe-

tencias) de sus subordinados, formar cuadros de man-

dos y establecer las condiciones favorables para que el

trabajo bajo condiciones de presión, sea un estimulante

que nos lleva a la planificación y organización de las di-

versas responsabilidades que tenemos en función a un

tiempo cada vez más es escaso y decirle no a la culturadel incendio. Volviéndonos proactivos, que no significa

únicamente el tener la iniciativa, sino hacer que las cosas

sucedan, ser creadores de nuestro propio porvenir.

El sentido del deber que tendría que poseer el supervisor

globalizado, aparte de cumplir con los objetivos estraté-

gicos que su puesto de trabajo demanda, es la de forjar

futuros líderes laborales, y esto podrá hacerlo cuando se

preocupe verdaderamente por su personal, se mimetice

con ellos estimulando la capacidad empática que todo

líder debería tener, descubra sus potencialidades y las

INVESTIGACIÓN EN AMACO: Multinacional Petroquímica cede central Nebraska

AptitudesEmocionales

Habilidades Técnica e intelecto

73%

27%

¿Cuál es exactamente la importancia que tiene la aptitud emocional para la excelencia, comparada con las habilidades

técnicas y el intelecto?

León C. – El supervisor como management para generar sinergia



114


maximice, creando un ambiente de cohesión, confianza

colectiva y solidaridad entre sus miembros; en otras pa-

labras, un equipo de trabajo. Premiando en público y lla-

mando la atención en privado, poseyendo el aplomo de

que al obtener resultados el supervisor – management

debe expresar: “mi equipo lo hizo”, cuando las cosas no

resultan como se esperó, debe decir “hay que ver la ma-

nera de mejorar sobre la base de lo aprendido” y final-

mente si los resultados son fatales y desastrosos, debe

decir: “yo soy el responsable y asumo las consecuencias”

y no buscar culpables para que el más débil asuma las

consecuencias, como suele pasar en nuestro país.

Con esta acción logra ejemplaridad como pilar para legi-

timarse frente a sus subordinados, sabiendo que existe

una filosofía explícita en que todos ganamos con nues-

tro esfuerzo. Es allí donde se logra consolidar la filosofía

de trabajo en equipo, viendo que su supervisor al mar-gen de buscar ser servido, tiende a servir y apoyar a su

personal, conceptualizando como una cultura el servicio

per sé hacia los demás integrantes de la compañía, ge-

nerando un efecto multiplicador positivo. Estas acciones

repotencian actitudes sólidas para los diversos cambios

organizacionales y del mercado que se avizoran.

Finalizando, comentaremos a modo de epílogo que no

se puede contar con una cultura de servicio al cliente

externo sino se genera dentro de la empresa, una cul-

tura de servicio al cliente / proveedor interno que al finde cuentas son todos los trabajadores del conocimiento

que aportan sus competencias para llegar a las metas

que plantea la alta dirección.

CONCLUSIONES

• Un líder debe tener conciencia que sus decisiones,

aunque parezca insignificante, deben tener una tras-

cendencia que beneficie no sólo al grupo humano

que lidera, sino también a la humanidad.

• El supervisor tiene que entrenar sus habilidades hu-

manas o aptitudes emocionales en el día a día, y esto

es generalmente en su centro de labores, en actitudes

que nutran emocionalmente a sus colaboradores.

• Los especialistas en gestión humana están conven-

cidos que lo más importante para la contrataciónde un ejecutivo es el peso que tiene su inteligencia

emocional.

• El supervisor debe convertirse en un management

dentro de la organización y frente a sus colaborado-

res, maximizando las potencialidades y minimizando

las debilidades de estos. También tiene que liderar

con el ejemplo en sus acciones que busquen la filo-

sofía de equipo: el ganar – ganar.

• No se puede contar con una cultura de servicio al

cliente externo sino se genera dentro de la empresa,

una cultura de servicio al cliente / proveedor inter-

no.


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León C. – El supervisor como management para generar sinergia



115


¿Calidad a través de acreditaciones internacionales oacreditaciones internacionales a través de la calidad?¿To get quality through international accreditation or to get

international accreditation through quality assurance?

Pablo Moreno Romaní

RESUMEN

Las acreditaciones nacionales o internacionales, de las ca-

rreras de ingeniería y tecnología, se logran demostrando

que la calidad de los procesos administrativos y de do-

cencia cumplen los estándares establecidos por la profe-sión para la cual se preparan los estudiantes.

El producto final de una buena educación superior es que

el egresado se inserte exitosamente al mercado laboral

y tenga un desarrollo de carrera que le permita ser exi-

toso. En esa línea, las instituciones de educación superior

que logran vincular sus planes curriculares y experiencias

prácticas con las tendencias de la industria y del mercado

laboral; es decir, aquellas que han tomado acciones estra-

tégicas orientadas a desarrollar y consolidar la relación

con los sectores social y productivo, son las que contribu-

yen efectivamente a la satisfacción de las necesidades de

la sociedad en su conjunto.

La iniciativa peruana del Instituto de la Calidad para la

Acreditación de Carreras de Ingeniería y Tecnología (ICA-

CIT), la actual coyuntura económica del país nos prepara

para tomar el camino por el cual se han decidido otros

países como Hong Kong, Corea e Irlanda y poder correr la

ola de la globalización.

El objetivo de este trabajo es llamar la atención de que

la situación económica favorable, la ventaja comparativa

del Perú y la iniciativa del ICACIT por liderar procesos de

acreditación nacional e internacional forman un escena-

rio oportuno para que los directivos tomen las decisiones

correctas de auto- evaluar las carreras de ingeniería y tec-

nología que conducen.

ABSTRACT

National or international engineering and technology pro-gram accreditations will be achieved by demonstrating qua-

lity of administrative and learning processes and by the fulfi-

llment of standards established by the profession for which

students will prepare.

The final “good” of a high education is formed and well

equipped graduates who are successfully inserted into

the labor market. In that way, universities and institutes,

that manage curricular plans and practical experiences

with the tendencies of the industry and the labor market,

those that have decided to strategically orient themselves

to develop and to consolidate the relation with the social

and productive sectors, are those that contribute indeed

to the satisfaction of the needs of the society as a whole.

The objective of this paper is to create awareness, on the

favorable economic situation, the comparative advantage

of Peru and the initiative of the ICACIT to lead processes in

national and international accreditation, hoping that this

would generates an appropriate panorama so directors

can make right decisions to evaluate engineering and te-

chnology programs.

PALABRAS CLAVES

Acreditación, constituyentes, calidad educativa, objetivos

educacionales, resultados, globalización, ingeniería, tecnología.

KEY WORDS

Accreditation, constituencies, educational quality, program objec-

tives, program outcomes, engineering, technology, globalization.

INTRODUCCIÓN

Cada vez se escuchan más fuerte los campanazos de laglobalización. Hay países para los cuales el concepto



116


no es nuevo y se remonta a los años de la caída del

Muro de Berlín por allá por 1989. A esta realidad mun-

dial se asocia la ventaja comparativa de las naciones y

la competitividad de las empresas. En el primer caso,

nos referimos a la abundancia o escasez de recursos de

los que dispone un país y en el segundo la eficiencia

con que las empresas invierten recursos económicos y

humanos en la producción de bienes y servicios.

¿Cómo son las condiciones de producción de bienes y

servicios que forman parte de nuestra oferta exportable y

de consumo interno respecto a otros países?, ¿Cómo está

la situación de la educación superior en el Perú cuando

pensamos en la globalización?, ¿En qué están pensando

los directivos de las universidades e institutos de ingenie-

ría y tecnología?

Claramente se nota una relación entre las preguntasexpuestas y es posible que se nos ocurran muchas res-

puestas.

Desarrollar carreras eficaces, es decir cuyos egresados

logren insertarse con éxito al mercado laboral, pasa por

conocer la totalidad de los procesos involucrados en la

ejecución de un currículo; implementar planes o progra-

mas de mejora continua y optar por acreditaciones inter-

nacionales cuyos beneficios recaigan sobre los egresados

y docentes.

Compararnos y lograr las mejores prácticas de edu-

cación superior del mundo permitirán, en el largo pla-

zo, aprovechar la ventaja comparativa de nuestro país

dándole mayor valor agregado a los recursos naturales

y geográficos; formar e insertar egresados al mercado

laboral para que incrementen la productividad y com-

petitividad de las empresas y aporten al desarrollo eco-

nómico y social del país.

En el presente trabajo se presentan algunas definiciones

de la calidad en la educación así como la definición de

acreditación. Se presenta la situación actual de las carre-

ras de ingeniería y tecnología en el Perú; las iniciativas ac-

tivas peruanas que apuntan a preparar carreras con egre-

sados globales. Así mismo, se presenta el camino que han

tomado otros países para poder correr sobre la ola de la

globalización.

Finalmente se describe la experiencia de la carrera de

Electrónica y Automatización Industrial en Tecsup, al ser

reconocida internacionalmente, por ABET, el comité deacreditación de carreras de ingeniería y tecnología de

Estados Unidos, como sustancialmente equivalente al ba-

chelor of engineering technology.

Calidad de la educación superior

La calidad de la educación superior “es un concepto plu-

ridimensional que debería comprender todas sus funcio-

nes y actividades: enseñanza y programas académicos,

investigación y becas, personal, estudiantes, edificios,

instalaciones, equipamiento y servicios a la comunidad y

al mundo universitario. Una auto-evaluación interna y un

examen externo [1].

Acreditación

La acreditación de acuerdo al Accreditation Board for En-

gineering and Technology (ABET), es la garantía de que

una carrera o programa logra estándares de calidad es-tablecidos por la profesión para la cual se prepara a los

estudiantes. Por ejemplo: una carrera de ingeniería o

tecnología acreditada debe alcanzar los estándares de

calidad que la profesión de ingeniería o tecnología ha

establecido.

De acuerdo a datos de la Asamblea Nacional de Rectores,

en el Perú se ofrecen cerca de 1 200 carreras en institu-

ciones de educación superior. El 62% de ellas pertenecen

a las ramas de las ciencias sociales y apenas el 38% de

ellas pertenecen a las ramas de la ingeniería y tecnología.“Las economías latinoamericanas van hacia industrias

con mayores requerimientos tecnológicos, para producir

exportaciones de mayor valor agregado. Necesitan más

técnicos…”[2], y más ingenieros.

En estos años hemos podido conocer a la mayoría de los

directores de las carreras de ingeniería, responsables de

proyectos de acreditación, responsables de institutos tec-

nológicos del Perú, jefes de oficinas de acreditación, coor-

dinadores de calidad de la educación, en todos los casos,

tanto de instituciones públicas y privadas. Los problemas

recurrentes que se tienen para implementar procesos de

calidad son: falta de presupuesto, falta de recursos huma-

nos capaces, falta de tiempo y falta de decisión de los di-

rectivos, por mencionar algunos.

Pero en las oportunidades en las que nos encontramos

con muchos de ellos hemos planteado algunas pregun-

tas, que aunque parecen de elementales respuestas no

lo son: ¿cada cuánto tiempo se actualizan los planes

curriculares y quiénes participan en la actualización?,¿cómo está distribuida la teoría y la práctica?, ¿cuáles

Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?



117


son los Objetivos Educacionales de las Carreras que

deben lograr los egresados estando activos en el mer-

cado laboral?, ¿Cuáles son los Resultados de las Carre-

ras que deben ir alcanzando los estudiantes conforme

avanzan en su formación?, ¿Cuántos egresados tienen

las carreras?, ¿Cuántos de ellos están trabajando?, ¿En

qué mercado se encuentran las carreras?, ¿Cómo se

comporta el número de postulantes a las carreras que

se ofrecen?.

Lo que se pretende al plantear éstas preguntas es incen-

tivar el pensamiento crítico sobre: ¿Para qué se necesita

el presupuesto que falta?, ¿Para qué se necesita el recur-

so humano capaz?, ¿Para qué se necesita el tiempo que

falta? Quizá al ensayar buenas respuestas encontraremos

por qué los directivos no toman las decisiones que debe-

rían tomar.

Hablar de acreditación es hablar de calidad. Al pensar en

calidad, en varias de las citas anuales de la Semana de la

Calidad que se desarrollan desde hace varios años en el

Perú y en las conferencias de la última Convención Mine-

ra realizada en Arequipa, donde asisten emprendedores y

académicos, hay consenso que para implementar proce-

sos de calidad lo primero que hay que lograr es el íntegro

apoyo de las más altas autoridades de las instituciones.

Son ellos los que pueden responder las ocho preguntas

arriba expuestas.

Mi experiencia me ha enseñado que no hay ningún país

que tenga todo ni que no quiera todo. Hace mucho tiem-

po que sabemos cuál es el estado de la enseñanza supe-

rior del Perú; tratar de responder ¿por qué está como está?,

a estas alturas del partido es pernicioso. La propuesta es

que se revisen para, establecer procesos administrativos

y educativos, y mejorarlos. Para ello, se debe emplear es-

tándares comprobados internacionalmente; cuya base es

justamente la revisión y mejora continua.

¿Querer es poder?, ¡Hacer es poder!

La UNESCO se refiere, en el artículo 6 de la Declaración

Mundial sobre la Educación Superior en el Siglo XXI, a la

calidad como “La pertinencia de la educación superior

que debe evaluarse en función de la adecuación entre lo

que la sociedad espera de las instituciones y lo que estas

hacen”.

Irlanda tiene la producción más alta de Europa estimada

en 44 500 dólares per cápita (Perú: 6 600 dólares) [3]; so-bre el 10% de los cuatro países más grandes, ocupando el

segundo lugar después de Luxemburgo. Su crecimiento

entre 1995-2004 ha sido en promedio de 7%; pasó de ser

un país agrícola a uno industrial de 46 %; exportando el

80 % de su producción que ocupa al 29 % de la fuerza

laboral.

Según la Organización Mundial de Comercio, durante los

años setenta, Perú, Corea y Hong Kong eran economías

cuyas exportaciones anuales totales alcanzaban aproxi-

madamente 1 000; 2 500 y 1 000 millones de dólares res-

pectivamente. Hoy en día mientras Perú ha multiplicado

sus exportaciones por 24, Corea lo ha hecho por 284 veces

y Hong Kong por 105 veces.

El ex Primer Ministro de Irlanda, en el último CADE realiza-

do en Arequipa opinó: “Dar el salto de país en desarrollo

hacia país desarrollado se llama “educación” y es aquello

que distingue al “Milagro Irlandés” y sus logros económi-cos.

La decisión por invertir en la educación y apertura hacia

el exterior le ha dado a Irlanda, Corea y Hong Kong resul-

tados extraordinarios.

Acuerdos internacionales

En el mundo de la ingeniería y tecnología de los países

más desarrollados se han creado tres principales acuer-

dos. Los Acuerdos de Washington, Sydney y Dublín. A tra-vés de estos acuerdos, los signatarios, entes independien-

tes que promueven la calidad de la educación superior,

reconocen la equivalencia de las carreras de ingeniería y

tecnología acreditadas.

Para echar a andar estos acuerdos, los signatarios han

intercambiado información y han examinado sus proce-

sos, políticas y procedimientos con el fin de conceder los

reconocimientos y acreditaciones de las carreras de inge-

niería y tecnología de programas académicos y llegar a la

conclusión de que son comparables.

Así, han desarrollado criterios de evaluación que aplican a

los programas de las carreras que lo solicitan. Ellos acredi-

tan y reconocen como sustancialmente equivalentes a los

programas comparándolos con las carreras de los países

signatarios.

Los países a los que pertenecen estos signatarios son

Estados Unidos, Japón, Malasia, China, Canadá, Australia,

Inglaterra, entre otros, y por supuesto a los dos milagroseconómicos llamados Irlanda y Hong Kong.




118


¿Qué se está haciendo en el Perú?

Para citar el ejemplo de la minería, en el Perú, esta acti-

vidad en el 2006 aportó el 6,6% del PBI; el 63% del valor

total de las exportaciones; el 19% de los tributos totales;

el 36% del impuesto a la renta. Representa inversiones

identificadas para el período 2007-2014 que ascenderían

a valores entre USD 8 400 a 10 000 millones [4].

Esta actividad genera 95,000 empleos directos y 400,000

indirectos y US$ 1400 millones en compras internas. Es de-

cir es la actividad más importante junto con textiles y pro-

ductos agroindustriales. El Reporte de Inflación para Sep-

tiembre 2007 del BCR expresa que en el presente año los

términos de intercambio en la balanza comercial se incre-

mentarían 3,0 por ciento, por la evolución más favorable de

las cotizaciones de los metales respecto a lo esperado en

mayo. Pero que tendrían una corrección en los años 2008 y2009, por menores precios de los minerales ante un menor

crecimiento mundial y altos precios de petróleo.

Dado que la minería es una actividad de producción a

menores costos, ¿Cómo estamos preparando a los inge-

nieros, tecnólogos y técnicos del sector para que sean

más productivos frente al escenario esperado?.

Las carreras de ingeniería y tecnología en el Perú, inicia-

ron proyectos para acreditar su calidad, con el objetivo de

enaltecer dichas profesiones.

Hace cuatro años cinco carreras de ingeniería y tecnología

se embarcaron en proyectos para obtener el reconocimien-

to internacional de acreditación. Ahora son 26 las carreras

que apuntan a obtener una acreditación con el objetivo de

enaltecer a sus egresados en dichas profesiones.

El Instituto para la Calidad y Acreditación de Carreras de

Ingeniería y Tecnología, ICACIT, lidera estos procesos de

Auto Evaluación que el Accreditation Board for Enginee-

ring and Technology (ABETv), de Estados Unidos, exige

para medir la situación educativa y administrativa de las

instituciones educativas y hacer comparables las carreras

entre los dos países.

Los criterios de evaluación consideran: Objetivos Educacio-

nales y resultados específicos de las carreras, planes de me-

jora continua, características específicas de las carreras, nivel

profesional y académico de la plana docente, infraestructura,

estructura organizacional y soporte financiero. El fin de estos

proyectos es lograr, tales estándares locales, que sean com-parables y se puedan lograr acreditaciones internacionales.

La primera experiencia exitosa

De manera concreta, la carrera de Electrónica y Automa-

tización Industrial de Tecsup ha logrado recibir el reco-

nocimiento internacional de ABET, y es considerada una

carrera similar a las que se dictan en Estados Unidos que

otorga el Bachelor of Engineering Technology.

Acorde con la visión de “Ser la institución peruana de edu-

cación superior líder en tecnología, con prestigio y certifi-

cación internacional”, Tecsup inició en el 2003 el proyecto

de acreditación de la carrera de “Electrónica y Automati-

zación Industrial”, evaluándola primero de manera interna

para constatar que reúna condiciones correspondientes

al rango al que aspiran “Bachelor of Engineering Techno-

logy” de Estados Unidos; es decir, que su plana docente, el

plan de estudios, la infraestructura y recursos financieros,

que intervienen en la formación están acorde con las exi-gencias que se definieron, y aseguran que lo que se dice

que hace efectivamente se hace.

Estas condiciones tienen que ser continuamente revisa-

das y deben proponer acciones concretas de mejora a

cada una de las variables relacionadas con la educación

y administración de una carrera acreditable y sobre todo

debe ser similar en calidad y experiencias a una que se

dicte en Estados Unidos.

Modelo propio: el plan de mejora continua(PMC)

El PMC es un sistema dinámico desarrollado en Tecsup,

que define las acciones de Medición, Evaluación y Mejora

de los Objetivos y Resultados de las carreras, y que tiene

por finalidad sistematizar la optimización en los servicios

educativos y administrativos que se brinda.

La ejecución del PMC permite medir, mediante la aplica-

ción de 14 herramientas de medición, cualitativa y cuan-

titativamente, el logro de los objetivos de corto plazo lla-

mados Resultados de los Programas y objetivos de largo

plazo, llamados Objetivos Educacionales. Ver: Figura 1:

“Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup”.

El hecho que los alumnos y egresados logren estos dos

elementos permite que el programa logre su misión y por

ende se alcancen la misión y visión de la institución.

El logro de los OEP se mide a través de la aplicación de

4 herramientas de medición: (1) encuestas a egresados,(2) encuestas a empleadores, (3) seguimiento de los movi-




119


mientos de todos los egresados para conocer la evolución

laboral, remunerativa y plan de desarrollo profesional, y

(4) reuniones del Comité Técnico Consultivovi.

El logro de los Resultados se mide a través de la aplica-

ción de 5 herramientas de medición: (1) los criterios de

desempeño, que permite una medición directa de las ha-

bilidades, conocimientos que los alumnos deben ser ca-

paces de hacer y conocer, (2) medición del desempeño de

estudiantes en pasantías en empresas, (3) medición del

desempeño de los estudiantes en prácticas de tres meses

en la empresa, (4) encuestas a estudiantes sobre Resul-

tados, (5) entrevistas a estudiantes, para medir el grado

en que cada uno de ellos entiende la diversidad cultural

y cómo perciben su responsabilidad social y ética en el

ejercicio de la profesión y la necesidad de educación a lo

largo de la vida; así como su nivel de comunicación.

Los Objetivos de los cursos se miden durante la ejecución

de cada asignatura a lo largo de la carrera. Una vez que se

miden el logro de los OEP y Resultados los cinco entes de

evaluación proponen mejoras.

¿Qué se hace con lo que se mide?

En la etapa de evaluación se toma la información obteni-

da de la medición con la finalidad de proponer acciones

de mejora al logro y formulación de los Objetivos Educa-

cionales de los Programas, (OEP) y Resultados de los Pro-

gramas. La evaluación se lleva a cabo a través de cinco

entes de evaluación: (1) Comité Central de Mejora, (2) Co-

mité de Programa, (3) Comité Técnico Consultivo, (4) Co-

mité de Servicios a Estudiantes y Egresados y (5) Jefatura

del Departamento. En este proceso están involucrados

los docentes, alumnos, egresados, miembros de empre-sas, personal administrativo y directivo de Tecsup.

Un ejemplo es la medición del logro de los Objetivos Edu-

cacionales del Programa Mantenimiento de Maquinaria

de Planta, realizado de acuerdo al cronograma de ejecu-

ción del Plan de Mejora Continua, para el 2006 y 2007; la

próxima medición se realiza en enero del 2008.

Las acciones de mejora se implementan por cada jefe de

departamento. El comité que genera las acciones de me-

jora verifica en sus reuniones periódicas la implementa-

ción y resultados obtenidos y conserva las evidencias del

trabajo realizado en agendas y actas de reuniones.

Proyecto de acreditación

La acreditación exigió trabajo interno y externo. El

trabajo interno consistió en la asignación de recursos

para la realización del proyecto; la conformación del

equipo de trabajo; conocimiento de los criterios de

evaluación de ABET, capacitación del equipo de traba-

jo; capacitación del personal administrat ivo y docente;

así mismo, de los alumnos, egresados y empleadores

de los egresados. Se trabajó un inventario de los pro-

cesos de la gestión educativa y administrativa de apo-

yo, y con todo eso se elaboró un auto estudio o auto

evaluación, sobre la base de los criterios de evaluación

de ABET que consideran los OEP, Resultados, Plan deMejora Continua, Características de la Carrera o Progra-

Figura 1 - Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup.

Tabla 1 - Medición de las OEP del programa Mantenimiento demaquinaria de planta.

Tabla 2 - Logro de los OEP período 2006-2007.




120


ma, Nivel profesional y relación industrial de la Plana

Docente, Infraestructura, Equipamiento y Software, Dis-

posición de Recursos Financieros, Características Espe-

cíficas de la Carrera con Relación al Nivel de Bachelor

in Engineering Technology de Estados Unidos. En esta

auto-evaluación se describieron todas las fortalezas y

debilidades de la carrera y se determinaron las brechas

para trabajar en la mejora de manera eficiente.

Etapas de la acreditación

Se realizaron visitas de campo en dos etapas. Una visita

de capacitación del equipo de Tecsup a Estados Unidos

y dos visitas de evaluadores norteamericanos a la sede

de Tecsup. Durante las visitas a Tecsup, revisaron proce-

sos académicos y administrativos, se entrevistaron con

los directivos, jefes de departamento, docentes, alum-

nos, egresados y miembros de empresas. Las visitas tu-vieron una duración de tres días.

RESULTADOS

La acreditación o reconocimiento internacional se lo-

gra mostrando carreras que tienen sus procesos ad-

ministrativos y de docencia identificados. Es necesa-

rio demostrar que estos procesos son medidos y los

resultados obtenidos, evaluados para determinar las

mejoras en los objetivos de corto y largo plazo de las

carreras.

Se logró la acreditación a través de la calidad de la ense-

ñanza demostrada.

La mejora de la calidad de las carreras de ingeniería y

tecnología en el Perú tienen la gran posibilidad de apro-

vechar los conocimientos de la experiencia realizada por

Tecsup.

Han participado en las evaluaciones de la carrera de Elec-

trónica y Automatización Industrial, voluntarios del Institu-

te of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), asociación

técnico-profesional mundial dedicada a la estandariza-

ción. El Dr. Tom Cain ex Presidente Mundial del IEEE y el

Dr. Mario González profesor de la Universidad de Austin-

Texas; el experto en acreditación el Dr. Fred Emshousen, de

la Universidad de Purdue de Indiana. Frank Hart, decano

de la Escuela de Tecnología en Ingeniería y Ciencias de la

Computación de Bluefield State College de West Virginia;

el Dr. Scott Dunning de la Universidad de Maine y David

Baker, del Rochester Institute of Technology todos recono-cidos en la docencia e investigación en USA.

CONCLUSIONES

Queda expuesto que la situación económica es favo-

rable, que el Perú tiene ventajas comparativas y que el

ICACIT se encuentra en buen momento. El escenario es

oportuno para que los directivos de las facultades de

ingeniería y tecnología vayan a sus puestos de trabajo

y pregunten sobre los objetivos de corto y largo plazo

de las carreras que dirigen para considerar los principios

orientadores de las instituciones de educación superior

y los intereses de los constituyentes (docentes, egresa-

dos y empresas).

Las condiciones para presentarse a procesos de evaluación

internacional son pruebas para las que se debe estar prepa-

rado. Las acreditaciones y reconocimientos internacionales

se logran con calidad en la enseñanza y en la administración

de recursos que demuestran las carreras e instituciones efi-caces. La calidad se refiere a una vía para la mejora continua

de las carreras.

La decisión de directivos, las posibilidades y exigencias

que se abren al Perú en términos de competitividad y

productividad y la, quizá, única interacción en América

Latina alrededor de una institución como el ICACIT, for-

man esa ola que nos llevará a ser parte de los tres princi-

pales acuerdos: Washington, Sydney y Dublín en donde

se reconocerá la equivalencia de las carreras de ingeniería

y tecnología del Perú y a nuestros egresados como egre-

sados del mundo.

i Institución peruana que lidera procesos de acredita-

ción y auto- evaluación.

ii Declaraciones específicas de habilidades, conoci-

mientos, aptitudes, experiencias que los egresados

van a poder demostrar a los pocos años de haber

egresado.

iii Declaraciones específicas de habilidades, conoci-

mientos, aptitudes, experiencias que los alumnos van

a poder demostrar al momento de su graduación.iv Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía

v Accreditation Board for Engineering and Technology;

establecida en 1932 congrega a 28 sociedades pro-

fesionales y técnicas en ciencias aplicadas, computa-

ción, ingeniería y tecnología de Estados Unidos.

vi Los Comités Técnicos Consultivos están conformados

por miembros de empresas de producción y servi-

cios que emplean a egresados de Tecsup, docentes,

jefes de departamento y coordinadores de la oficina

de calidad. Estos comités se reúnen para conocer las

tendencias de la industria y las inversiones que ellosrealizan en activos fijos.




121



1. Declaración Mundial sobre la Educación Superior en

el Siglo XXI: Visión y Acción [citada 9 de Octubre 1998];

Se consigue en <www.unesco.org/education/edu-

cprog/wche/declaration_spa.htm>

2. Oppenheimer, Andrés. Cuentos Chinos: El engaño de

Washington, la mentira populista y la esperanza de

América Latina- 9ª ed.- Buenos Aires: SUDAMERICANA,

2006.

3. The World Fact Book [citada 08 de Octubre 2007]; Se

consigue en <www.cia.gov/library/publications/the-

world-factbook/index.html>

4. Banco Central de Reserva del Perú, Panorama Actual yProyecciones Macroeconómicas; septiembre 2007.




122


Infuencia de la temperatura de revenido en la tenacidad

del acero SAE 1045 mediante ensayo de impactoInuence of the temperature of anneling in the fracture

toughness of the steel SAE 1045 by means of test of impact

Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido

RESUMEN

El objetivo del presente trabajo es la evaluación del com-

portamiento del acero SAE1045 cuando estan previa-

mente expuesto a un tratamiento térmico de templado y

revenido, es sometido a un ensayo de impacto. Para estose mecanizó las probetas de acuerdo con normas ASTM,

posteriormente se procedió a realizar un tratamiento

térmico de temple y revenido a dichas probetas en un

horno eléctrico con control electrónico de temperatura;

finalmente se deja enfriar las probetas a temperatura am-

biente y se mide la dureza obtenida. Para el estudio de la

influencia de la temperatura en el revenido del acero SAE

1045 se realiza el ensayo de impacto a las probetas reve-

nidas a diferentes temperaturas (500, 600 y 700º C). De

este estudio se deduce que efectivamente el aumento de

la temperatura de revenido, incrementa la tenacidad del

acero, pero sacrifica la dureza y permite conocer patrones

falla por impacto de componentes mecánicos siguiendo

las normas de ensayos de materiales de la ASTM.

ABSTRACT

The target of the present work is the evaluation of the

behavior of the steel SAE1045 when been previously ex-

posed to a thermal treatment of quench and anneling, it

is to subject a test of impact. For this the specimen test

were mechanized in accordance with norms ASTM, later

one proceeded to realize a thermal treatment of quench

and anneling to the above mentioned specimen test in

an electrical oven with electronic control of temperature;

finally it allows itself to air cool the specimen test to tem-

perature enviroment and the obtained hardness measu-

res itself. For the study of the influence of the tempera-

ture in the anneling of the steel SAE 1045, carries out the

test of impact to the anneling specimen test for different

temperatures (500, 600 and 700º C). Of this study it is de-

duced that really the increase of the temperature of an-neling, increases the fracture toughness of the steel, but

sacrifices the hardness and allows to know that it failure

patterns for impact of mechanical components following

the norms of test of materials of the ASTM.

PALABRAS CLAVES

Ensayo de impacto, templado, revenido, patrón de falla,

tenacidad.

KEY WORDS

Impact test, quench, anneling, failure pattern, fracture

toughness.

INTRODUCCIÓN

Nuestro país se encuentra en una fase de desarrollo muy

amplia en cuanto a proyectos de ingeniería. La calidad

de los aceros (en cuanto a sus propiedades mecánicas) a

emplear es determinante en el éxito o fracaso de dichos

proyectos, que en algunos casos pueden llegar a miles de

millones de dólares de pérdidas.

El desconocimiento del comportamiento de los aceros so-

metidos a diferentes temperaturas de trabajo implica que

las estructuras o construcciones mecánicas colapsen. Un

claro de ejemplo de la influencia de la temperatura en el

cambio de las propiedades mecánicas fue el hundimiento

del Titanic sólo por mencionar uno.

El ensayo de impacto permite evaluar la energía absorbi-

da en la zona elástica de la curva esfuerzo deformación

en una probeta de acero, bajo ciertas condiciones, carac-

terizándose dicha energía en una fractura que puede ser

frágil o dúctil. Este ensayo ha sido empleado desde hace

60 años para evaluar las propiedades mecánicas de losmateriales. El ensayo de Charpy es muy importante ya que



123


nos permite relacionar el aspecto empírico con el com-

portamiento del material durante su vida útil en función

de su calidad.

La metodología de trabajo para el presente ensayo fue

la siguiente: se prepararon nueve probetas normalizadas

según la norma de la ASTM (American Society for Testing

and Materials- sección ensayos de impacto), luego se pro-

cedió a templar en aceite las probetas, se dejó enfriar a

temperatura ambiente y se realizó el revenido de dichas

probetas a diferentes temperaturas (500ºC, 600ºC y

700ºC) dejándolas enfriar de forma natural al medio am-

biente.

Una vez que todas las probetas alcanzaron la temperatura

ambiente se procedió a medir su dureza para verificar su

cambio de propiedades. Finalmente se realizó el ensayo

de impacto a estas probetas siguiendo los procedimien-tos normalizados.

Mediante los resultados obtenidos se comprobó que a

una mayor temperatura de revenido del acero SAE 1045

se logra un incremento de la tenacidad del mismo, pero

disminuyendo su dureza, coincidiendo con los funda-

mentos teóricos de comportamiento de los aceros.

La presente investigación nos permitirá tener un mejor

conocimiento del comportamiento de los aceros en apli-

caciones industriales, como por ejemplo: los resortes deválvulas de motores de combustión interna, los cuales

son sometidos a tratamientos térmicos de templado y re-

venido y adicionalmente nos permitirá realizar un mejor

diagnóstico de falla por impacto de componentes mecá-

nicos, ya que la probeta ensayada por impacto nos dará

un patrón de falla característico de rotura.

Ensayo de impacto

Este ensayo se caracteriza por evaluar la energía de im-

pacto que absorbe el material, cuya capacidad de resistir

el impacto de un golpe se suele llamar tenacidad. El ensa-

yo permite apreciar la influencia de ciertos factores en el

comportamiento mecánico de materiales en condiciones

de trabajo.

Este ensayo consiste en golpear mediante una maza

(martillo de impacto) una probeta que se sitúa en el so-

porte de la máquina de ensayo, la maza que está acopla-

da al extremo del péndulo se deja caer desde una altura

que controla velocidad de aplicación de la carga en elmomento del impacto, cuya energía absorbida por la pro-

beta produce su fractura, lo que se determina a través de

las diferencia de energía potencial del péndulo antes y

después del impacto.

La fabricación de las probetas debe ser hechas de acuer-

do a norma; en caso contrario esto provocaría concentra-

ción de esfuerzos, tensiones en zonas puntuales, no per-

mitiendo un adecuado análisis.

Otro aspecto importante es la temperatura ambiente y

condiciones de ejecución de la prueba; al momento de

realizar el ensayo es recomendable utilizar las pinzas con

las características que indica el estándar.

Al ser impactada la probeta por la maza, se va a producir

una fractura, básicamente puede ser de dos tipos: frágil y

dúctil, característica que depende de su capacidad para

absorber energía durante el ensayo. La fractura se da endos partes: la formación de la grieta y su respectiva pro-

pagación en función de la energía absorbida.

Tratamiento térmico

Es someter un material a un proceso térmico que tiene

por finalidad cambiar o alterar las propiedades del acero.

Es decir que, para un determinado contenido de carbono

se puede obtener un acero altamente resistente y frágil

o de una baja resistencia y elevada tenacidad, lo cual se

dará de acuerdo con la aplicación buscada.

Dentro de los tratamientos térmicos más usados se tiene:

templado, recocido, revenido y normalizado.

En la presenta investigación nos centraremos en el tem-

plado y revenido.

Templado: Tratamiento térmico donde se busca obtener

que el acero esté constituido por martensita. La veloci-

dad de enfriamiento es rápida para evitar la transforma-

ción de la austenita en ferrita y perlita.

Revenido: Al realizar un enfriamiento rápido en el templa-

do, la martensita obtenida es muy frágil, lo cual imposibilita

su uso, entonces se somete el material a un proceso de re-

venido de la martensita, lo cual permite mejorar las propie-

dades mecánicas del acero en la ductibilidad y tenacidad.

Procedimiento experimental

Material Analizado:El material seleccionado para su estudio en este trabajo

Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto



124


ha sido el acero SAE 1045 de fabricación nacional que tie-

ne las siguientes características:

Etapas del ensayo:

La primera etapa del ensayo consistió en el mecanizadode 12 probetas para el ensayo de impacto, por lo cual se

procedió a maquinar dichas probetas utilizando máqui-

nas herramientas convencionales y respetando las di-

mensiones y tolerancias especificadas en la norma ASTM

E23-05 punto 7. La probeta elegida a mecanizar fue de

tipo A.

La segunda etapa del ensayo fue realizar el tratamiento

térmico de templado a las probetas, lo cual se hizo en un

horno de inducción con control digital de temperatura,

logrando alcanzar las temperaturas recomendadas (800º

C, para asegurar la austenización de las probetas ensa-

yadas), eligiendo como medio de enfriamiento el aceite

para las probetas de la número 2 a la 9 y enfriando por

agua a la probeta número 1. A las tres probetas restantes

no se les realizó tratamiento térmico de templado, con el

fin de tener un valor normal de propiedades mecánicas.

La tercera etapa consistió en realizar un revenido a 9 pro-

betas en horno eléctrico, 3 probetas se revinieron a 500º

C, 3 probetas a 600 º C y finalmente 3 probetas a 700º C(límite de revenido). El enfriamiento de las probetas fue

de forma natural hasta alcanzar la temperatura ambien-

te. Para medir las temperaturas de las probetas se utilizó

un medidor láser de temperatura con el objetivo de no

tocar las probetas y causar una variación de temperatura,

(la precisión de este instrumento es de 0,1 º C). Se eligió

dichos rangos de temperaturas por ser usuales en la in-

dustria.

La cuarta etapa del ensayo fue realizar la medición de du-

rezas a las 12 probetas aplicando el estándar ASTM E-92-

82 reaprobado 2003, en una máquina de ensayo con in-

dentadores normados para medición de dureza Vickers.

La fórmula de cálculo de dureza Vickers en función de las

características geométricas de la huella es:

HV = 2Psen(a/2)/d2 = 1.8544P/d2

Donde:

P: Fuerza en kgf

d: Diagonal en mm.

a: Ángulo del diamante.

La fuerza aplicada para el presente ensayo fué de 20kgf

para las probetas revenidas y 50kgf para las probetas sin

tratamiento.

La quinta etapa consistió en someter las 12 probetas a en-

sayos de impacto por el método Charpy de acuerdo con la

norma ASTM E23-05 punto 8.3, dentro de los parámetros

de temperatura ambiente recomendados 20 ± 5 º C. Elequipo utilizado cuenta con un certificado de calibración

vigente al momento de realizar el ensayo, cabe mencio-

nar que este equipo cuenta con un sistema de adquisi-

ción de data de energía, el cual toma en cuenta la fricción

del aire al momento que el martillo cae para impactar las

probetas.

Tabla 1 - Composición química del acero SAE 1045.

Elemento

C

Mn

P

S

Acero SAE 1045

0,45%

0,75%

0,04%

0,050%

Tabla 2 - Propiedades mecánicas del acero SAE 1045.

Elemento

SAE 1045

Límite de Fluencia

kg/ cm2

4500

Resistencia a la

tracción en kg/ cm2

7500

Figura 1 - Probetas preparadas de acuerdo a ASTM E23-05. Tipo A.

Figura 2 - Posicionamiento de la probeta en la máquina de ensayode impacto.




125


RESULTADOS

Los resultados obtenidos en los ensayos de impacto por

el método Charpy a las probetas revenidas y al natural nos

muestran lo siguiente:

Analizando los resultados se aprecia claramente que la

resiliencia se incrementa a medida que aumenta la seve-

ridad de revenido, los valores del acero al natural mues-

tran un promedio de 54.18 J/cm2, el cual comparado con

el promedio del primer revenido a 500ºC deja ver un gran

salto en la capacidad de absorber la energía de impacto.

Nótese que la dureza del acero con un revenido de 700ºC

tiene un valor próximo al del acero al natural, sin embargo

su resiliencia es notablemente mayor.

Analizando ahora los aceros revenidos se aprecia que me-

jora su tenacidad; comparando el revenido a 600ºC (113,16

J/cm2) con el de 500ºC (71,54 J/cm2) mejora su resiliencia

en 132% de valor apreciable, sin embargo el mayor saltoen resiliencia se da en el revenido de 700ºC (183,51 J/cm2)

con respecto al de 600ºC (113.16 J/cm2) obteniendo una

mejora de 89%, pero si comparamos el de 700ºC con el

revenido de 500º el incremento es de 339%.

La evolución de la dureza va en sentido inverso a la tem-

peratura de revenido, esto debido a que la martensita va

aliviando sus tensiones y en temperaturas altas se trans-

forma en otros constituyentes más estables, este análisis

es tema de otra investigación.

CONCLUSIONES

Después de haber concluido satisfactoriamente los ensa-

yos de impacto, se llegó a las siguientes conclusiones:

• Se verificó que el incremento de la temperatura en eltratamiento térmico de revenido mejora la tenacidad

en el acero SAE 1045 , de una capacidad de absorción

de energía de impacto de 54,18 J/cm2 a 183.51 J/cm2

estando apto este material para trabajar en condicio-

nes superiores de energía de impacto.

• Para el acero SAE 1045, se recomienda realizar un tem-

ple en aceite, debido a que el temple en agua resul-

ta ser muy severo para este material. En los ensayos

Charpy realizados, la probeta numero 1 templada al

agua se fisuró por la excesiva tensión interna, produc-

to de la mayor velocidad de enfriamiento en agua.

• Observando las fracturas de las probetas se nota clara-mente que las revenidas a 500ºC presentan una frac-

Figura 3 - Probetas con Revenido a 500º C después de la prueba deimpacto.

Figura 4 - Probeta sin tratamiento térmico después del impacto.

Resiliencia

(J/cm2)

Promedios

(J/cm2)

Dureza

Vickers Hv

Al natural

Revenido a 500ºC

Revenido a 600ºC

Revenido a 700ºC

49,20

69,78

115,96

176,48

59,15

73,31

115,96

198,21

54,18

71,54

107,56

175,84

54,18

71,54

113,16

183,51

212,80

441,00

321,00

286,00

Tabla 3 - Valores de resiliencia obtenidos en el ensayo Charpy.

Figura 5 - Curvas de Resiliencia de las probetas ensayadas a dife-rentes temperaturas de revenido del acero SAE 1045.

Figura 6 - Curvas de Resiliencia vs. Temperatura de Revenido delacero SAE 1045.

Influencia del revenido en laResilencia del Acero SAE 1045

250.00

200.00

150.00

100.00

50.00

0.00

1 2 3

Al natural

Revenido a 500ºC

Revenido a 600ºC

Revenido a 700ºC

Evolución de la Reciliencia en función de laTemperatura de Revenido

200.00

150.00

100.00

50.00

0.00

1 2 3

Promedios

3

SinTratamiento

Revenidoa 500º C

Revenidoa 600º C

Revenidoa 700º C




126


tura de 90º, lo cual indica que se trata de una fractura

frágil, además que su superficie presenta un grano

fino producto de un correcto procedimiento de tem-

ple, mientras que las probetas sin revenido presentan

una fractura parcial.

• La fractura de las probetas revenidas a 600ºC y 700ºC,

presentan una fractura ondulada, lo cual indica la dis-

minución de las tensiones internas, pero la superficiepresenta una mayor rugosidad e incremento del ta-

maño de grano, verificado por la disminución de la

dureza de estas probetas.

• Las formas de las fracturas obtenidas en los ensayos

Charpy nos pueden permitir establecer patrones tí-

picos de falla de aceros que hayan sido sometidos a

templado y revenido y que se utilicen en aplicaciones

industriales.


1. American Society for Testing Materials. ASTM. Section

3. Volume 03.01. Standard Practices por Force Verifi-

cation of Testing Machines. Designation E4-03.

2. American Society for Testing Materials. ASTM. Section

3. Volume 03.01. Standard Terminology Relating to

Methods of Mechanical Testing. Designation E6-03.

3. American Society for Testing Materials. ASTM Section

3. Volume 03.01. Standard Test Methods for Notched

Bar Impact Testing of Metallic Materials.Designation

E23-05.

4. Ortega Y. Revista Mexicana de Física. Prueba de Im-

pacto: Ensayo Charpy. Departamento de Física de

Materiales, Facultad de Ciencias Físicas. Universidad

Complutense de Madrid, 28040. Madrid. España. Junio

2006.

5. José Antonio Pero-Sanz Elorz. Aceros. Metalurgia Físi-ca, Selección y Diseño. Editorial Dossat. Madrid. Espa-

ña. 2004.

6. William F. Smith. Javad Hashemi. Fundamentos de la

Ciencia e Ingeniería de Materiales. Cuarta Edición. Edi-

torial Mac Graw Hill. 2004.

7. Donald Askeland. Pradeep Phule. Ciencia e Ingeniería

de Materiales. Editorial Thomson. Cuarta Edición. 2004.

8. José Antonio de Saja Sáez. Miguel Rodríguez. Maria

Luz Rodríguez. Materiales. Estructura, propiedades y

aplicaciones. Editorial Thomson. 2005

9. Fernández. Cano.Sanz.Trucoli Tecnología Industrial II.

Bachillerato. Editorial Anay. 2001

10. Zwick Roell. Instruction Manual for Pendulum Impact

Testers. 2006.

11. American Society for Testing Materials. ASTM Section

3. Volume 03.01. Standard Test Methods for Vickers

Hardness of Metallic Materials. Designation E92-82.




127


Medición de ujo en líquidos con válvulas de controlLiquid Flow Measurement with Control Valves

Henry Gómez Urquizo

RESUMEN

Los medidores de flujo para conductos cerrados más co-

nocidos son los de placa orificio, los cuales aprovechan

la diferencia de presión que se produce a través de una

restricción en el conducto para medirla y luego calcularel flujo que produce la caída de presión. De otro lado,

una válvula de control utiliza un tapón y un asiento para

estrangular el área y variar el caudal; es decir, la válvu-

la tiene un orificio cuya sección transversal es constante,

pero por la acción del obturador el paso es variable. Este

arreglo es semejante a la disposición física que se tiene en

un medidor de flujo tipo placa orificio.

Por lo tanto, las ecuaciones que permiten calcular el flujo

por un medidor placa orificio, también serían válidas para

calcular el flujo a través de una válvula de control. En esta

investigación se han establecido las relaciones matemá-

ticas del flujo en función de la posición del vástago y la

presión diferencial, teniendo en cuenta cómo afecta la

instalación sobre el comportamiento de la válvula en una

aplicación a presión variable. Estas relaciones matemá-

ticas, se han probado experimentalmente, aplicándolas

a un sistema modular con diferentes válvulas de control

para medir el flujo con agua en condiciones semejantes a

las industriales. Los resultados obtenidos muestran que

nuestra hipótesis es válida en un rango específico y en

condiciones especiales.

ABSTRACT

The well known flowmeter for tubing are plate orifice,

these one use the differential pressure through a restric-

ted tube, to measure and after that compute de flow rate

produced by differential pressure. In the other side, a

control valve uses a plug and a seat arrangement to res-

trict the area and vary the flow rate; that means, we have

in the valve an orifice which transversal section is cons-tant, but because the plug action the passing is variable.

This arrangement looks like the physical arrangement in a

plate orifice flowmeter. This way, the equations to compu-

te the rate flow in a plate orifice flowmeter, will be valid to

compute the flow rate thought a control valve. In this pa-per, we have defined the flow rate mathematical relations

as a functions of spindle stroke and differential pressure,

taking into account how the installations on control valve

performance affects in application with variable pressure.

These mathematical relations we have tested experimen-

tally, applying to a modular system with different control

valves to measure the water rate flow in conditions like in-

dustry. The outcomes obtained show that our hypothesis

is valid for specific range and special conditions.

PALABRAS CLAVES

Capacidad de válvula, característica inherente, caracterís-

tica instalada, medición de flujo.

KEY WORDS

Valve capacity, inherent characteristic, installed characte-

ristic, flow measurement.

INTRODUCCIÓN

Para controlar el flujo de líquidos a través de tuberías se

requiere por lo general de tres tipos de instrumentos: el

medidor de flujo, el controlador de flujo y la válvula de

control. Independientemente de la tecnología utilizada

por el medidor de flujo, este finalmente convierte algún

parámetro físico proporcional al flujo a una señal estanda-

rizada que se transmite al controlador; el cual mediante

el algoritmo de control apropiado, establece la diferencia

entre el valor deseado de flujo y el valor real para entre-

gar a la válvula de control otra señal que compense estadiferencia.



128


El cálculo del flujo mediante la lectura de la caída de pre-

sión a través de una restricción en una tubería, es tal vez

la técnica de medición más comúnmente utilizada en

aplicaciones industriales. Las caídas de presión genera-

das por una amplia variedad de restricciones geométricas

han sido bien estudiadas a lo largo de los años y están

bien documentadas en textos de instrumentación y con-

trol [1], así como en Internet [2].

El control del flujo por una tubería requiere de una vál-

vula de control, si consideramos que la válvula de control

permite variar el caudal mediante el estrangulamiento

del conducto, es decir, en la válvula se tiene un orificio

cuya sección transversal es constante, pero gracias a la

presencia de un tapón u obturador, la luz a través de ella

es variable de acuerdo a su posición. Este arreglo es muy

semejante a la disposición física que se tiene en un medi-

dor de flujo tipo placa orificio.

Se ha visto que cuando restringimos el paso de un fluido

a través de un conducto se origina una presión diferencial

que obliga a que el fluido transcurra a mayor velocidad

por el estrangulamiento. Esta presión diferencial, según el

principio de medición de los medidores placa orificio, está

relacionada con el flujo a través de la tubería. Por lo tan-

to las ecuaciones de la medición de flujo con medidores

placa orificio son válidas para el flujo a través de válvulas

de control.

Así, en un lazo de control de flujo, si la presión diferencial

generada por la válvula de control puede relacionarse con

el flujo, entonces el medidor de flujo puede ser completa-

mente eliminado y sólo utilizar la válvula como medidor

y regulador de flujo. Esta idea se ha desarrollada mate-

máticamente y contrastado experimentalmente. Aunque

la idea puede aplicarse a todo tipo de fluidos, para los

propósitos de esta investigación, sólo se ha considerado

como fluido el agua fresca.

Medición de ujo por presión diferencial

El flujo Q a través de un medidor de presión diferencial

convencional como el de la Figura 1 está dado por la

Ecuación 1.

(1)

donde Cd es el coeficiente de descarga y dP es la presión

diferencial medida a través del medidor; esto resulta de

tomar la diferencia de las presiones P1 y P2, es decir antesy después de la placa orificio.

Esta ecuación es la forma general del flujo en función de

la presión diferencial, sin embargo para líquidos, la ecua-

ción 2 es la más utilizada por los fabricantes de medido-

res de flujo [3].

(2)

Aquí, 5,668 es un coeficiente que se deriva del tipo de

unidades utilizada, Fa es el factor de expansión del orificioque depende del tipo de material del medidor, K es el

coeficiente de flujo, d es el diámetro del orificio, dp es la

presión diferencial a través del medidor y gf es la grave-

dad específica del fluido.

Coeciente de ujo de válvulas de control

El método más aceptado para el dimensionamiento de

válvulas de control es conocido como el procedimiento

del Cv. El Coeficiente de Flujo o Cv de una válvula depen-

de del tipo, diámetro y grado de apertura del dispositivo

obturador.

La fórmula básica para el cálculo del Cv en líquidos es:

(3)

Donde Q es el caudal para líquidos en (gal/min) y en con-

diciones estándar (60 °F y 14,7 psia); PV es la pérdida de

carga en la válvula en (psig); P1 es la presión aguas arriba

(psia); P2 es la presión aguas abajo (psia) y es la densidadrelativa del líquido respecto del agua a 60 °F.

Figura 1 - Medidor placa orificio.

Figura 2 - Válvula de control.

Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control



129


Según norma ANSI/ISA [ ], la determinación del Cv para

fluidos incompresibles como el agua, está dada por la

ecuación:

(4)

Se ha introducido el factor N1 de acuerdo a las unidades

utilizadas, Fp es un factor de corrección para cuando se

tiene reductores o accesorios para acoplar la válvula a la

instalación, Gf es la gravedad específica del fluido y ∆P es

la presión diferencial.

Cálculo del ujo en válvulas de control

Primer método: flujo en función de la carrera del vástago de

la válvula.

Cuando una válvula de control se instala en un proceso

que es impulsado por una bomba, la presión que cae en

la válvula es variable (Figura 3), por lo tanto su caracterís-

tica de caudal inherente sufre profundas alteraciones. El

grado de las alteraciones depende del proceso, del tipo

de instalación, resistencias relativas al fluido, etc. En esa

situación, la característica de caudal inherente (Cv) pasa a

denominarse característica de caudal instalada (Cvr).

En función de la relación PR que hay entre la caída de pre-

sión a través de la válvula y la caída de presión total del

sistema, la característica de caudal instalada puede alte-

rarse considerablemente. Lo que es más interesante aún,es que si la característica de caudal inherente fuera lineal,

esta tiende a la apertura rápida conforme la relación en-

tre las presiones disminuya, mientras que las característi-

cas inherentes igual porcentaje y parabólica modificada

tienden a lineal según se puede apreciar en la Figura 4.

Obteniendo la característica instalada de una válvula

y mediante análisis de regresión se puede determinar

un modelo matemático que permitiría el cálculo del

flujo en términos del desplazamiento del vástago de

la válvula.

Segundo Método: Flujo en función de la presión diferencial.

Si de la Ecuación 4 despejamos el término Q, tendremos

la posibilidad de determinar el flujo conociendo la caída

de presión en la válvula, esta ecuación se parece a la Ecua-

ción 2 para medidores placa orificio. Ahora los términos

N1, Fp y f permanecen constantes en una instalación, el

único que cambia de acuerdo a la posición de la válvula

será el valor de Cv.

Esta relación ya ha sido establecida en textos de la espe-

cialidad [ ], entonces se tendría:

(5)

donde Cv es la capacidad de válvula; N1 es una constante

para el dimensionamiento de la válvula en unidades de

flujo volumétricas, que puede ser 0,0865 cuando se use

m3/h y kPa, ó 0,865 cuando se use m3/h y bar y será 1,00

cuando se use gpm y psia; FP es un factor de corrección

que tiene en cuenta las pérdidas de presión debido a las

conexiones que se utilizan para insertar la válvula en el

circuito de tuberías. Estas pérdidas se deben a la utiliza-

ción de reductores, codos o tees, el factor no tiene di-

mensiones y es igual a 1,00 cuando no se usan estos ac-cesorios, sin embargo cuando se usen, el F

P a considerar

debe hallarse experimentalmente o buscarse en tablas.

P1 y P

2 son las presiones aguas arriba y aguas abajo de la

válvula y es la densidad relativa del líquido respecto del

agua a 60 °F.

Reemplazando los valores conocidos en la Ecuación 5, ha-

ciendo =1 que sería la densidad relativa del agua en con-

diciones ambientales y considerando que la capacidad

de válvula real Cvr

esta representando a todos los factores

que afectan el flujo, obtenemos la Ecuación 6.

(6)

De igual forma como en el método anterior, por análisis

de regresión obtenemos un modelo matemático para cal-

cular el flujo en términos de la presión diferencial.

Implementación

Para verificar los dos métodos de determinación del flujo

se ha utilizado los módulos de experimentación que se

muestran en la Figura 5.

Figura 3 - Instalación a presión variable.

Figura 4 - Características instaladas.

Característica instalada




130


Los módulos de experimentación dispuestos según el

esquemático de la Figura 6 permiten la medición de las

variables de interés con el mínimo de perturbaciones de

acuerdo a recomendaciones ANSI/ISA [6].

Los módulos comprenden los siguientes equipos:

• Tanque: Tanque abierto de almacenamiento de agua

fresca con una capacidad de 160 litros.

• B: Bomba centrífuga monoblock Hidrostal de 1 pulga-

da de diámetro

• Motor eléctrico WEG 230 VAC 3 de 1,9 HP.

• VSD: Variador de velocidad Allen Bradley CAT1305.

• V1, V3: Válvulas manuales esféricas de 90° de 1”.

• M1, M2: Manómetros de presión de 0 a 300 psi de ¼”.

• MF: Medidor de flujo electromagnético Foxboro de 1” .

• V2: Válvula de prueba isoporcentual de 1” Hoffmann.

• FIT 10: Transmisor Indicador de flujo Foxboro IMT25 con

tubo de flujo 9100

• PIT 10: Transmisor indicador de presión diferencial EJA

110A de Yokogawa

• TT10: Transmisor de temperatura tipo RTD Jumo

• Carga: 6 metros de tubería flexible transparente de 1”

de diámetro

• AS: Sensor de distancia LVDT RS AC 25

RESULTADOS

En el experimento usamos una válvula Hoffman M9S025

de 1” isoporcentual con cuerpo de válvula modular de

hierro fundido, tipo globo con un solo asiento. El diáme-

tro del asiento es de 24,2 mm y el vástago desarrolla un

recorrido de 20 mm. El valor de Cv para esta válvula es

de 12, lo que quiere decir que se tendrá 12 gpm al 100%

de apertura, siempre que la caída de presión a través de

la válvula sea de 1 psi para el agua a 60 °F.

En aplicaciones donde la presión es variable, no podemos

usar el valor de Cv=12 gpm que da el fabricante. El valor

de Cv real debemos determinarlo experimentalmente

de acuerdo a las condiciones de nuestra instalación. Ha-

ciendo lecturas en un medidor de flujo electromagnético

Foxboro, en un medidor de presión diferencial Yokogawa

y un sensor de distancia RS se obtuvieron los datos de la

Tabla 1. La precisión especificada por los fabricantes es

de +/- 0,25% de la lectura en condiciones de operaciones

referenciales.

Por el primer método:

Se observa en los datos obtenidos que el mayor valor

para el flujo es de 7,4 gpm, éste sería el Cvr

de nuestra

válvula. Al representar los valores de flujo en forma nor-

malizada en términos del desplazamiento del vástago H,

obtenemos la característica instalada de la Figura 7, aquí

podemos compararla con la característica inherente de la

válvula [7].

En la curva instalada, observamos cierto patrón de co-

rrespondencia a partir del 23% de apertura de válvula;

para determinar la relación existente en ese interva-lo, hacemos un análisis de regresión cuadrático con

Figura 5 - Módulos de experimentación.

Figura 6 - Representación esquemática de la instalación.

Tabla 1 - Datos medidos y calculados.




131


ayuda del software Minitab. El modelo matemático

que representa ese intervalo se muestra en la Figura

8. Entonces, el valor del flujo para el intervalo com-

prendido entre el 23 y 100% del desplazamiento del

vástago sería:

(7)

Utilizando la Ecuación 7 se ha obtenido el flujo Qc y su

error relativo mostrados en la tabla 1. El máximo error re-

lativo logrado es de 2,8%.

Por el segundo método:

Mediante la Ecuación 6 sabemos que el flujo Q esta rela-

cionado con la presión diferencial, si graficamos el flujo

en función de la raíz de la presión diferencial, obtenemos

la curva que describe el comportamiento de la capacidad

de válvula instalada Cvr. Esta relación la podemos obser-

var en la Figura 9. Aplicamos el mismo procedimiento

que en el primer método, hacemos el análisis de regre-

sión cuadrática con el software Minitab y obtenemos la

curva modelada de la Figura 10.

El modelo matemático logrado, representa el flujo en tér-

minos de la raíz de la presión diferencial, esta relación es

la Ecuación 8 que nos permite calcular los valores del flujo

mostrados en la tabla 1.

(8)

Debemos observar que el error relativo máximo obtenido

es de 1,7%, el cual es menor que en el método anterior.

DISCUSIÓN

Los métodos desarrollados permiten determinar el flujo

en una instalación a presión variable, considerando como

variables independientes por separado a la posición del

vástago de la válvula o a la presión diferencial que cae

en la válvula. Un segundo factor que debe determinarse,

es la influencia de las características de la instalación en

el funcionamiento de la válvula. Este factor sólo puederecogerse de la instalación, por lo que se hace necesaria

la medición del flujo a través de la válvula de control en

un primer momento con ayuda de un medidor de flujo

patrón. El levantamiento inicial de esta información per-

mitirá a futuro poder determinar el flujo sin necesidad del

medidor de flujo patrón, siempre y cuando las condicio-

nes de la instalación no varíen.

La influencia de la instalación en la medición del flujo a

través de la válvula de control está fuertemente ligada a

la presión que cae en la válvula con respecto a la presión

total del sistema. Esta relación es la que determina las

diferentes características instaladas que se muestran en

la Figura 4, esto obliga a aplicar cualquiera de los mé-

todos cada vez que se tenga un cambio en esa relación

de presión. También hay que cuidar que no se produzca

cavitación.

Otro factor a tener en cuenta es la histéresis de la válvula,

sabido es que una válvula presenta cierto juego o tole-

rancia en el mecanismo que transmite el movimiento del

actuador hacia el obturador. Este juego mecánico hace

que la válvula alcance diferentes posiciones del vástagocuando está abriendo o cerrando el asiento de válvula

Figura 7 - Característica instalada según modelo matemático.

Figura 8 - Análisis de regresión para la característica instalada.

Figura 9 - Curvas del flujo en función de la raiz (dP).

Figura 10 - Análisis de regresión para el flujo en función de la raíz(dP).




132


para una misma señal de entrada. Este efecto se puede

minimizar con la ayuda de un posicionador de válvula,

pero siempre existirá.

Los métodos mostrados en este trabajo se pueden aplicar

a todo tipo de fluidos, inclusive gases o aire. Atmanand y

Konnur (1999) [8], ya aplicaron una variante de la medi-

ción de flujo en términos de la posición del vástago, perolo hicieron para el aire y utilizando el método gravimétri-

co o a presión constante, desgraciadamente no hemos

podido encontrar en la bibliografía revisada mayor infor-

mación sobre nuestra metodología.

CONCLUSIONES

• Se ha mostrado dos métodos para la medición de flujo

a presión variable en instalaciones donde se tiene ya

un medidor de flujo. Luego de haber caracterizado la

instalación existente y determinado las relaciones de

presión que cae en una válvula o la posición del vásta-

go en cada instante, se puede prescindir del medidor

de flujo convencional y utilizar la válvula de control

como medidor placa orificio.

• Los métodos de medición de flujo presentados, sólo

se pueden aplicar luego de haber caracterizado la in-

fluencia de la instalación sobre el comportamiento de

la válvula y de haber seleccionado adecuadamente la

región de trabajo de la válvula. De esta forma al hacer

el análisis de regresión, nos aseguramos que el mode-

lo matemático logrado permita predecir los valores de

flujo con el mínimo error.• Durante las pruebas experimentales, hemos podido

utilizar válvulas de diferentes características, tanto

las lineales, isoporcentuales y de apertura rápida; las

que mejor se prestan para la aplicación de los mé-

todos desarrollados, son las válvulas isoporcentuales

y parabólicas. Las otras válvulas modifican su curva

característica por la influencia de la instalación ha-

ciendo que la curva sea más pronunciada y se parez-

ca a una válvula ON-OFF, con esto al hacer el análisis

de regresión obtenemos modelos matemáticos que

arrojan errores en la medición de flujo que superan

el 30%.


1. Acedo Sánchez, J. Control Avanzado de Procesos. Teo-

ría y Práctica. Ediciones Diaz de Santos S.A. Madrid

2003:10-16.

2. Omega. A Flow Measurement Orientation, Transactio-

ns in Measurement and Control, Vol 4: 16-33. Disponi-

ble en URL: http:www.omega.com

3. ABB Inc. Flowmeter Handbook. For knowledge. For

Reliability. For performance. Warminster, PA. 2004: p.

22.

4. ANSI/ISA-75.01.01-2002 (60534-2-1 Mod). Flow Equa-

tions for Sizing Control Valves Fourth Printing: 15 Au-

gust 2005

5. Fisher, Emerson Process Management, The Control

Valve Handbook Fourth Edition, Fisher Controls Inter-

national LLC 2005, p 114.

6. ANSI/ISA-75.02-1996. Formerly ANSI/ISA S75.02-1996.

Control Valve Capacity Tests Procedures.

7. Control Valve Characteristics. Internacional site for

Spirax Sarco. Disponible en www.spiraxsarco.com/re-

source/steam-engineering-tutorials.8. Atmanand M. A. and Konnur M. S. A Novel Method of

Using a Control Valve for Measurement and Control of

Flow. IEEE Transactions On Instrumentation and Mea-

surement. Vol 40. No 6. December 1999.




133


Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna

RESUMEN

Los sistemas físicos reales son no lineales y por lo tanto sus

modelos matemáticos responden generalmente a dichas

características. El método clásico para su control radica

en determinar un modelo linealizado cercano a un puntode operación, lo que limita su acción a dicho rango.

En el presente trabajo, usaremos el modelo matemático

de un motor de inducción basado en las ecuaciones de-

terminadas en la referencia [1], y aplicaremos el método

de control avanzado denominado “Linealización exacta

por realimentación”, que permite tener un modelo linea-

lizado del motor para todo su rango de operación. Para

comprobar el modelo usamos la técnica de control de

campo orientado con algoritmos de control clásico con-

trolando el flujo magnético y la velocidad del motor; el

resultado es simulado mediante el software SIMULINK.

ABSTRACT

The real physical systems are non-linear, and therefore

their mathematical models usually respond to those cha-

racteristics. The classic method for control lies in deter-

mining a linearized model near to a point of operation,

limiting their action to that rank. In this paper, we use a

mathematical model of an induction motor based on the

equations identified in the reference [1], and implement

advanced control method called “Exactly feedback Linea-

rization”, which provides a linearized model of motor for

its entire operating range. To verify the model we use the

technique of Field Oriented Control with classic control

algorithms controlling the magnetic flux and velocity of

motor; the result is simulated by the software SIMULINK.

PALABRAS CLAVES

Linealización exacta, motor de inducción, control no li-neal, control de campo orientado.

KEY WORDS

Feedback linearization, induction motor, nonlinear con-

trol, field oriented control.

INTRODUCCIÓN

El objetivo del presente artículo es comprobar mediante

simulación, la técnica de control avanzado usando Linea-

lización Exacta por Realimentación aprendidas durante

el curso de Control No Lineal del programa de Maestría

en Ingeniería de Control y Automatización, ver la referen-

cia [3]. La Figura 1 muestra el fundamento del método

usado. El sistema no lineal escogido es un motor de in-

ducción, cuyo modelo matemático presentado se basa en

las ecuaciones matemáticas desarrolladas en la referencia

[1]. Para las consideraciones de la simulación del modelo

recomendamos ver la referencia [2].

Modelo matemático del motor de induc-ción

De la referencia [1]: Un motor de inducción está conforma-

do por tres bobinados en el estator y tres bobinados del

rotor. Por estudios realizados en la simetría de máquinas

eléctricas, se pueden representar las tres fases bobinadas

por medio de dos bobinados en el estator y dos bobinadosen el rotor. La dinámica entonces se describe como:

Simulación del control no lineal de un motor de inducción

usando linealización exacta por realimentaciónSimulation of nonlinear control of induction motor using

exactly feedback linearization

Figura 1 - Fundamento de linealización exacta por realimentación.



134


(1)

(2)

Donde

RS , R

r: resistencia del devanado

del estator y del rotor

iS , i

r: corriente del estator y rotor

uS : voltaje de entrada del estator

: flujo concatenado

Los subíndices s y r corresponden al estator y rotor res-

pectivamente, (a, b) son los ejes de referencia del estator,

(d’,q’) son los ejes de referencia del rotor, es el ángulo de

rotación del rotor con respecto al estator, np es el número

par de polos, es la velocidad del rotor.

(3)

Las ecuaciones de transformación de (d’, q’) a (a, b) son las

siguientes:

(4)

(5)

Aplicando las transformaciones (4) y (5) y usando las ecua-

ciones (1), (2) y (3) se obtiene

(6)

Considerando que el circuito magnético es lineal y que la

inductancia mutua es igual y despreciando pérdidas en el

hierro, las ecuaciones magnéticas son las siguientes:

(7)

Donde y son auto inductancias y M es la inductancia

mutua. Eliminando , , , en la ecuación (6) pormedio de la ecuación (7), se obtiene:

(8)

El torque producido por la máquina es expresada en tér-

minos de flujo del rotor y corriente del estator tal como:

(9)

Por lo tanto la dinámica del rotor es:

(10)

Donde J es el momento de inercia del rotor y de cualquier

herramienta acoplada a este y TL es el torque de la carga.

Adicionando la dinámica del rotor (10) a la dinámica elec-

tromagnética (8) y acomodando las ecuaciones en la for-

ma de espacio de estados, toda la dinámica del motor

de inducción bajo la presunción de iguales inductancias

y circuito magnético lineal son dadas por el modelo de

5to orden:

(11)

Ordenando la ecuación (11) se obtiene:

Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación



135


(12)

Las constantes son:

Sea el valor estimado de . Sumando y restando

en la primera ecuación del sistema (12). Sea el vector

de estado y el vector de con-

trol , suprimiendo los subíndices r y s para

podemos escribir el sistema (12) en

forma compacta como:

(13)

Donde:

Control del motor de inducción

Control orientado al campo

Para aplicar esta técnica es necesario realizar la transfor-

mación de los ejes de coordenadas fijos del estator (a, b)

al de los ejes en giro del rotor (d, q).

Primero definimos:

(14)

De donde se puede deducir que:

Las transformaciones que relacionan ambos sistemas de

coordenadas son:

(15)

(16)

Reemplazando la ecuación (14) en las ecuaciones (15) y

(16) se obtiene:

(17)

Ahora definimos las variables de estado en las nuevas

coordenadas:

(18)

Y la realimentación de estado:

(19)

El sistema (12) quedará transformado en:

(20)

Para eliminar los términos no lineales de la tercera y cuarta

ecuaciones de (20), definimos la siguiente ley de control:

(21)

Si reemplazamos (21) en (20) se obtiene el sistema de lazocerrado:




136


(22)

De la ecuación (22) observamos que el flujo tiene una di-

námica lineal

(23)

Y puede ser independientemente controlado por , utili-

zando un controlador PI, como el siguiente:

(24)

Cuando el flujo es regulado por la constante de refe-

rencia , se tendrá que la dinámica de la velocidad

será también lineal

(25)

Y puede ser independientemente controlado por , uti-

lizando dos lazos anidados de controladores PI, como el

siguiente:

(26)

Si y son definidas como salidas, el control orientado

al campo logra una linealización asintótica de la entrada y

salida. Los controladores PI usados son para contrarrestar

la variación de los parámetros.

Para realizar la simulación consideramos los datos de unmotor trifásico mostrados en la Tabla 1.

SimulaciónLinealización exacta por realimentación

La Figura 2 presenta el programa redactado en SIMULINK

para simular el efecto de controlar la velocidad (valor

deseado: 200 rad/s) y flujo del motor (valor deseado: 1,3

weber) mediante linealización exacta por realimentación

de estados. Se puede observar los bloques que confor-

man al programa así como las ecuaciones introducidas en

cada una. Las Figuras 3, 4 y 5 muestran los resultados del

control de velocidad y flujo. Se ha considerado un torquemáximo de 70 N-m (ver la Figura 5) para un motor de in-

ducción estándar de 15kW.

Descripción

Resistencia del estator

Resistencia del rotor

Corriente del estator

Flujo del estator

Corriente del rotor

Flujo del rotor

Voltaje de entrada

Velocidad angular

Número par de polos

Ángulo de rotación

Inductancia del estator

Inductancia del rotor

Inductancia mutua

Inercia del rotor

Torque de carga

Torque eléctrico del motor

Valor

0,18Ω

0,15Ω

1,3 Wb

220 rad/s

1

0,0699 H

0,0699 H

0,068 H

0,0586 kg-m2

70 N-m

potenc. promedio 15 kW

Símbolo

Tabla 1 - Datos del motor trifásico.

Figura 2 - Programa implementado en Simulink.

Figura 3 - Valor de velocidad acercándose a la referencia 200 rad/s.




137


CONCLUSIONES

• Se cumple el objetivo de comprobar que el método

de linealización exacta por realimentación permite

usar controladores clásicos para el control de sistemas

no lineales, tal como un motor de inducción en el pre-

sente caso.• Para el modelo matemático del motor se ha conside-

rado que sus valores de resistencia son constantes, lo

que en la práctica no corresponde debido a que las

cargas causan calentamiento de las bobinas y como

consecuencia la variación de dichos parámetros. Se

concluye que, para un control más preciso debemos

adicionar un algoritmo que varíe el valor de la resis-

tencia de acuerdo a la temperatura estimada por me-

dida de la corriente o en todo caso se debe utilizar un

control adaptivo.• El control basado en la técnica FOC es mucho mejor

que el antiguo método conocido como Escalar o V/

Hz pues se está considerando el modelo matemático

del motor. En la actualidad existen otras técnicas de

control de velocidad y torque de motores de induc-

ción, basados en observadores y modelos matemáti-

cos que tienen en cuenta el cambio de temperatura

de los devanados del motor, consiguiendo un control

más efectivo.

• Durante la simulación se ha considerado que el motor

trabaja a condiciones nominales de carga.

BIBLIOGRAFÍA

1. Marino, R., Peresada, S., Valigi, P. Adaptive Input-Output

Linearizing Control of Induction Motors, Rev. IEEE

Transactions on Automatic Control; 38 (2), febrero

1993: 208-221.

2. Seron, M.M. Control No Lineal del Motor de Inducción.

Se consigue en URL: http://www.eie.fceia.unr.edu.

ar/~marimar/snl/snl01_tp.pdf.

3. Ingar, C. Curso: Control No Lineal, 2006 semestre 2,

Apuntes de clase del programa de Maestría en In-geniería de Control y Automatización, PUCP, Lima-

Perú.

Figura 4 - Valor de flujo acercándose a la referencia 1,3 Weber.

Figura 5 - Valor de torque nominal.




138


Autosintonización on-line de controladores basadoen modelo y localización de polos

On-line auto tuning of controllers based on model

and pole location

Manuel Manyari Rivera

RESUMEN

Diversas técnicas para la sintonización de controlado-

res PID han sido formuladas en los últimos años. Este

artículo describe un algoritmo eficaz de auto-sintoniza-

ción on-line de controladores PID basado en identifica-

ción de sistemas usando mínimos cuadrados recursivos(RLS). Los parámetros del controlador PI/PID son fijados a

través de localización de polos y con condiciones iniciales

establecidas estratégicamente de modo a no desestabili-

zar el sistema a lazo cerrado. Para mostrar los resultados

del presente trabajo fueron hechas simulaciones en MAT-

LAB® con diversas plantas de primer y segundo orden.

ABSTRACT

In the last years, diverse techniques for tuning PID con-

trollers have been formulated. This article describes an

effective algorithm for auto tuning online PI and PID

controllers, based on systems identification and using

recursive least squares (RLS). Parameters of PI/PID contro-

llers are fixed through pole location and initial conditions

were established strategically for do not turn unstable

the system in closed loop. In order to show the results

of this work, simulations in MATLAB® with diverse plants

have been presented.

PALABRAS CLAVE

Identificación de sistemas, PID, localización de polos, sin-tonización on-line, control de procesos.

KEY WORDS

System identification, PID, pole location, online auto-tu-

ning, process control.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, diversas técnicas para la sintoniza-

ción y diseño de controladores han sido estudiadas, en

especial los controladores PI y PID, debido a su gran utili-

zación en la industria y a las flexibilidades y desempeños

de implementación que estos controladores presentan.

En este contexto, diversas técnicas de sintonización hansido propuestas (Ziegler and Nichols, 1942), (Astrom,

1995), (Basilio and Matos, 2002) entre otros. El primero de

ellos (Ziegler and Nichols, 1942), propuso una técnica que

es ampliamente usada en problemas prácticos de sinto-

nización de controladores, ya sea en el mundo industrial

como en las aplicaciones de investigación. Esta técnica se

basa en la observación de ciertos parámetros de la diná-

mica de la planta para hacer el cálculo de los parámetros

de los controladores P, PI y PID, de acuerdo con unas reglas

de sintonización establecidas (Ziegler and Nichols, 1942).

Una de las desventajas de éste método es el elevado porcen-

taje de overshoot en su respuesta de salida, que en algunas

aplicaciones puede resultar indeseable y hasta intolerable.

Otra propuesta hecha por (Astrom, 1995), ofrece una téc-

nica de auto-sintonización basada en la conmutación y la

adaptación del controlador para adecuarse a las caracte-

rísticas de la planta. Para ciertas aplicaciones esta técnica

resulta complicada y con poca performance para otras,

dependiendo del proceso en cuestión.

Por otro lado, un importante paso que un diseñador siem-

pre toma en cuenta es obtener el modelo de la planta,

para identificar, analizar y diseñar. Todo esto bajo la premi-

sa que: entre mayor conocimiento se tenga de la planta,

mayor capacidad de ejercer control se obtendrá.

Una técnica simple y ampliamente usada para la identifi-

cación de sistemas es el método de mínimos cuadrados.

En este trabajo se puede encontrar referencias de algunos métodos de sinto-

nización de controladores, dados en los últimos años.



139


Esta técnica permite identificar plantas de forma off-line y

on-line a través de algoritmos recusirvos.

En el presente artículo. Se presenta un método de sintoni-

zación de controladores basado en identificación de siste-

mas y localización de los polos de la planta. Este algoritmo

utiliza identificación con mínimos cuadrados recursivos

(RLS), ajusta los parámetros del controlador de forma a

localizar los polos de forma conveniente y establece las

condiciones iniciales de las variables de identificación y

controladores en forma estratégica con la finalidad de no

desestabilizar la planta en lazo cerrado ni causar transicio-

nes indeseables de la planta.

Este artículo está organizado como sigue: La teoría de

controladores, criterios para la localización de polos de

la planta y especificaciones de diseño, son analizados en

Fundamentos. El método de mínimos cuadrados recur-sivos en Identificación de Sistemas. Las condiciones de

inicialización, ejemplos del algoritmo y algunas simula-

ciones, son presentadas en Discusión y Resultados y final-

mente se dan algunas Conclusiones.

FUNDAMENTOS

Es bien conocido que los controladores PID brindan una

señal de control que es proporcional al error entre el set-

point y la salida (P), proporcional a la integral del error (I)

y proporcional a la derivada del error (D), más específica-mente:

(1)

Nótese que en (1), los parámetros a calcular y/o sintoni-

zar son K P, K

I y K

D, los cuales serán materia de estudio en

el presente trabajo. Este tipo de controladores tienen la

capacidad de eliminar el error en régimen estacionario

ante una referencia tipo escalón y la habilidad de antici-

par cambios en la salida (Basilio and Matos, 2002), puesto

a que contiene un integrador, el cual cumple con gran

parte de estas características funcionales. Sabemos que

la función de transferencia del controlador PID puede ser

expresada por:

(2)

Comúnmente los procesos reales pueden ser modelados

como plantas de primer y segundo orden, sistemas deorden superior pueden ser aproximados por plantas de

segundo orden sin comprometer en gran parte el mode-

lamiento de sus dinámicas. Considere la planta de segun-

do orden como siendo modelada por la siguiente función

de transferencia por:

(3)

Podemos expresar la función de transferencia del contro-

lador PI como:

(4)

Haciendo un análisis en el plano complejos, de (4) se pue-

de notar la presencia de un polo en el origen y un cero en

. Una forma simple y eficaz de eliminar la dinámica de

uno de los polos de G(s) es localizando el cero de C(s) en–a, es decir:

(5)

Dicha eliminación de polo y cero nos permite reducir el

orden de la función de transferencia y disminuir la com-

plejidad del problema. De tal forma tenemos que:

(6)

Es fácil ver que la función de transferencia a lazo cerra-

do queda reducida a un sistema de segundo orden de la

forma:

(7)

Dadas algunas especificaciones de diseño, podemos

crear una ecuación característica de diseño, entonces

aproximamos el denominador de (7), a:

(8)

Luego podemos obtener los parámetros de sintonización

del controlador según (5) y (8):

(9)

Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos



140


De esta manera se tiene un sistema de segundo orden con

error en régimen permanente nulo ante una entrada de

tipo escalón. Cabe destacar que este tipo de respuestas,

tienen buen índice de rechazo a perturbaciones externas

por el hecho de tener un integrador en el controlador.

IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS

Uno de los objetivos de la ingeniería es poder obtener

el modelo matemático de los diferentes fenómenos de la

naturaleza, para así poder analizarlos y predecir su con-ducta futura. En este contexto, en la ingeniería de control

vemos que es importante el conocimiento del modelo

matemático de las plantas y sistemas a ser controlados,

pero por la necesidad técnica de diversas áreas, se creó la

teoría de identificación de sistemas.

Esta teoría nos permite tener una aproximación experi-

mental del modelo de los procesos. Dentro de la identifi-

cación de sistemas, se tiene una técnica muy usada, como

lo es los mínimos cuadrados. En un problema de mínimos

cuadrados la variable calculada es dada por:

(10)

Donde:

• , son funciones conocidas.

• , parámetros desconocidos.

• , parámetros experimentales.

El objetivo es determinar los parámetros desconocidos de

tal forma que las variables y los valores experimentales

sean los más cercanos posibles a la variable medida

La ecuación (10) podemos expresarla en forma vectorial

a través de:

(11)

Ahora defínase la función pérdida como una función delerror:

(12)

TEOREMA: La función J( ) es mínima para ’ tal que:

Si la matriz es no singular, el mínimo es dado por:

(13)

El método de mínimos cuadrados puede aplicarse para

la identificación de sistemas dinámicos discretos y conti-

nuos a través de un cambio de variables y una discretiza-

ción en N parámetros.

Es decir:

• u(1), u(2), ..., u(N) secuencia de entrada aplicada a un sis-

tema,• y(1), y(2), ..., y(N) secuencia de salida.

Es bien conocido que un sistema dinámico, continuo e inva-

riante en el tiempo puede ser expresado en su equivalente

discreto, esto es, en una función de transferencia discreta:

(14)

Del mismo modo, formamos una matriz de parámetros

expresada por:

(15)

Sea (N), el vector que denota los mínimos cuadrados esti-

mados basados en N mediciones, entonces introducimos

las ecuaciones de parámetros en función de N:

(16)

La estimación de ’(N) utilizando mínimos cuadrados es

dada por:

(17)

De la misma manera, para N+1 muestras podemos rees-cribir la ecuación como:

Figura 1 - Estructura de control a lazo cerrado.




141


(18)

Siendo que la matriz es positiva definida, la so-

lución de estimación conocida como Mínimos Cuadrados

Ponderados (Weighted LS) en la forma recursiva, viene

dada por:

(19)

Donde:

L(N+1) es la ganancia de estimación, además tenemos:

A partir de estas ecuaciones recursivas podemos estimar

los coeficientes de la función de transferencia discreta, lue-

go de ello, es simple convertir a su equivalente continuo, es

decir, calcular G’(s), el modelo aproximado de G(s). Una vez

estimado el modelo de la planta, se aplicará las ecuaciones

de la sección anterior, es decir las ecuaciones (8) y (9).

DISCUSIÓN

Diferentes esquemas y metodologías de control PID vie-

nen siendo ampliamente aplicados en los sistemas de

control de procesos. Es importante el cálculo de los pará-

metros del controlador PID debido a su gran importancia

e influencia en la performance del control. Un problema

encontrado en los sistemas es su variabilidad en el tiem-

po, por tanto se requiere de una reformulación del proble-

ma de sintonización.

En este sentido, un algoritmo de sintonización on-line

que estima los parámetros de la planta y posteriormente

calcula las ganancias del controlador, se comportaría de

una forma eficaz y sin necesidad de paradas o pruebas.

Este trabajo desenvuelve una solución a este problema

con una estrategia de sintonización on-line que calcula

los parámetros del controlador a partir del modelo, todo

esto efectuado en tiempo real según figura 2.

RESULTADOS

Para comprobar los resultados del presente trabajo se

realizaron simulaciones utilizando como herramienta el

SIMULINK de MATLAB. Se ejecuto el algoritmo de estima-

ción de parámetros e inmediatamente el cálculo de los

coeficientes del controlador. Los resultados alcanzados

fueron satisfactorios.

Un punto importante en el desenvolvimiento de este

trabajo, es la inicialización de condiciones, es decir, los

valores iniciales para el algoritmo de estimación y cál-

culo de ganancias. Vemos que en la función de transfe-

rencia del controlador se tiene un polo en el origen y un

cero en , si este cero tuviera un valor inicial menor,

es decir a la izquierda del polo de la planta en el plano

s, y en K P un valor bajo, el sistema puede tener una res-

puesta al escalón de tipo monotónica o subamortigua-

da, de tal forma que no representa gran influencia en lafase transitoria hasta la sintonización de acuerdo con las

especificaciones de diseño. Partiendo del modelo ini-

cial de la planta G’(s) se procede al establecimiento de

las condiciones iniciales del estimador de parámetros

y el calculo inicial de los coeficientes del controlador. A

continuación se muestra un ejemplo ilustrativo de este

algoritmo. Sea la planta:

Con un tiempo de muestreo h=0.05 s, tenemos la siguien-

te función de transferencia discreta:

Aplicando el algoritmo de sintonización propuesto se lo-

gró identificar la planta, tal como muestra la figura 3, así

como también el cálculo de los coeficientes del controla-

dor, ver figura 4. Para la inicialización de los parámetros setomó en cuenta el criterio antes descrito.

Figura 2 - Bloques funcionales del sintonizador.




142


De la figura 4, es fácil notar que los coeficientes calcula-

dos convergen a:

Los cuales fueron hallados para una especificación de di-

seño =0.7. Con tal controlador se puede tener un siste-

ma que rápidamente alcanza el set-point con un mínimo

de sobrepaso y además tiene rechazo a perturbaciones

de salida, tal como muestra la figura 5. Cabe destacarse la

importancia de la excitación de la planta para obtener un

correcto modelo nominal.

CONCLUSIONES

• En este trabajo fueron estudiadas técnicas de identi-

ficación de sistemas, localización de polos y conside-

raciones asociadas a algoritmos on-line, considerando

condiciones iniciales y cumplimiento de especificacio-

nes de diseño. En las simulaciones hechas, se pudo no-

tar que las características del controlador son capaces

de rechazar perturbaciones de salida de tipo escalón,

ruidos de medición y perturbaciones de entrada.

• Dentro de los trabajos a realizarse en base a este al-

goritmo, está su implementación para sistemas y pro-

cesos reales, incluyendo sistemas con tiempo muerto.

Como trabajos futuros se prevé la implementación

del algoritmo presentado para la obtención de pará-

metros para las instrucciones PID en ControladoresLógicos Programables (PLCs) y de esta manera con-

trolar plantas modulares reales de los laboratorios de

TECSUP, tales como control de nivel en tanques, con-

trol de temperatura en cámaras térmicas, entre otros;

usando conjuntamente MATLAB® y RSLOGIX® a través

de OPC O DDE en la implementación del algoritmo.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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7. Ziegler, J. G. and Nichols, N. B. (1942), “Optimal set-

tings for automatic controllers”, Trans. ASME, Vol. 64,pp. 759–768.Figura 3 - Polos de la planta identificados con WRLS.

Figura 4 - Coeficientes del controlador, calculados a partir delmodelo identificado.

Figura 5 - Respuesta al escalón unitario, incluyendo una perturba-ción de salida tipo escalón.




143


Monitoreo de estaciones mecatrónicas:Laboratorio – TECSUP

Monitor of mechatronic station: Laboratory - TECSUP

Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo

RESUMEN

El presente trabajo explica la implementación de un sis-

tema de monitoreo y supervisión de cuatro estaciones

Mecatrónicas en el laboratorio de Tecsup. El objetivo es

fomentar la importancia del monitoreo y supervisión delos sistemas de producción, así como la forma de configu-

rar las redes de comunicación industrial. Para tal efecto

se utilizó una red Profibus DP para enlazar los PLC’s que

controlan las estaciones de trabajo, esta red, a su vez, es

monitoreada por una estación maestra vía Ethernet.

ABSTRACT

The present work explain the implementation of a moni-

toring and supervision system of four workstations me-

chatronics in laboratory of Tecsup. The objective is encour-

age the importance of the monitoring and supervision of

the production systems, as well as showing the form to

configure the industrial communication networks. For

such effect a network Profibus DP was used to connect

PLC’s that control the workstations, this network is moni-

tored by a masterful station via Ethernet.

PALABRAS CLAVES

Mecatrónica, Supervisión, Scada, Ethernet.

KEY WORDS

Mechatronics, Supervision, Scada, Ethernet.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad todos los procesos de manufactura y

cualquier proceso en general necesitan ser monitorea-

dos, por ello, los fabricantes tienden a la integración de

sus procesos de modo que todos se comuniquen. Unode los principales obstáculos al realizar el monitoreo de

los procesos es la elección de los componentes de la red,

así como la tecnología adecuada para su realización. En

el trabajo que presentamos se muestra la secuencia uti-

lizada para realizar el monitoreo de estaciones, utilizandoequipos con capacidad de comunicación y redes indus-

triales.

Descripción de las estaciones mecatrónicas

En el laboratorio de sistemas mecatrónicos de Tecsup

contamos con 8 estaciones, de las cuales se han tomado

4 de ellas para poder realizar su monitoreo, a continua-

ción presentamos un detalle del funcionamiento de las

estaciones elegidas:

1. Estación de distribución:

La estación de distribución es un dispositivo de alimen-

tación. Según VDI 3420, los dispositivos de alimentación

son unidades que realizan funciones de carga, orden y

alimentación de piezas al siguiente proceso. Además, los

dispositivos de alimentación también pueden facilitar el

orden de las piezas de acuerdo con las características de

dimensiones, peso, etc.

Figura 1 - Estación de distribución.



144


Se utilizan en almacenes con alimentación por gravedad, ali-

mentadores vibratorios, transportadores inclinados, tolvas, etc.

1.1 Módulo de almacén apilador

El módulo de almacén apilador del tipo cilíndrico sepa-

ra piezas apiladas. Un cilindro de doble efecto expulsa la

pieza más baja del almacén, mientras que las piezas supe-

riores caen por gravedad, accionando un interruptor queindica la disponibilidad de la pieza siguiente.

1.2 Módulo de transferencia

El módulo de transferencia es un brazo manipulador neu-

mático. Este brazo es movido mediante un motor de giro

limitado. Las piezas de trabajo se sujetan por una ventosa

de vacío y trasladadas a la siguiente estación. La detección

de las posiciones finales se realiza por medio de sensores.

2. Estación de vericación

Los principales elementos constitutivos de la etapa de ve-

rificación son la adquisición de información (real), su com-

paración con las características especificadas (referencia)

y el resultado de ello: “pieza buena/rechazada” o “si/no”. El

principal constituyente de la medición es la comparación

de características (valores actuales) con referencias espe-

cíficas variables (valores de consigna).

Las características de verificación estándar son, por ejem-

plo, verificación de la disponibilidad, identidad, forma,

tamaño, color, peso y orientación de una pieza. La veri-

ficación en la producción automatizada, en oposición a

la producción manual, asume un papel importante. En la

producción manual, las piezas rechazadas pueden clasi-

ficarse inmediatamente. En la producción automatizada,

las piezas rechazadas pueden producir interferencias en

el proceso de producción o paradas del sistema.

Los objetivos de la estación de verificación son:

• Determinar la naturaleza del material.

• Verificar la altura.

• Separar la pieza o ponerla a disposición de la siguiente

estación.

Según VDI 2860 la verificación, de la misma forma que la

medición, es un subtérmino de la función de manipula-

ción ‘comprobación’.

2.1 Módulo de detección

La detección del material o del color se realiza con la ayu-

da de tres sensores de proximidad del tipo inductivo, ca-

pacitivo y óptico:

El sensor de proximidad inductivo detecta las piezas me-

tálicas.

El sensor de proximidad capacitivo detecta las piezas me-

tálicas y de plástico.

El sensor de proximidad óptico detecta las piezas de color

rojo y piezas metálicas.

Las características de cada pieza se detectan por medio

de las combinaciones lógicas de las señales de salida.

2.2 Módulo elevador

Las piezas se elevan desde el módulo de detección al

módulo de medición por medio del módulo elevador. Un

cilindro de elevación y un cilindro de expulsión se utili-

zan como actuadores. La detección de las posiciones alto

y bajo se realiza por medio de sensores de proximidad

magnéticos o inductivos.

2.3 Módulo de medición

El módulo de medición consiste en un sensor analógicopara la medición de la altura de la pieza. Es un potenció-

metro lineal cuyo valor analógico medido debe procesar-

se posteriormente a través de un PLC con entradas analó-

gicas o por medio de un convertidor AD.

3. Estación de procesos

La expresión ‘proceso’ es un término que cubre los proce-

sos de producción tales como mecanización, formación,

tratamiento y ensamblaje.

Figura 2 - Estación de verificación. Figura 3 - Estación de procesos.

Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup



145


El tratamiento es el cambio de características intrínsecas

del material y/o de las características superficiales de los

objetos. El ensamblaje es la unión permanente de varios

objetos.

La finalidad de la estación de procesos es:

• Procesar los diferentes tipos de piezas, rojas o negras

de plástico y metálicas de aluminio.

• Verificar los resultados después del procedimiento.

Según VDI 2860, la formación es la creación de objetos

geométricamente definidos partiendo de un material sin

forma. El cambio de forma es el cambio de perfil geomé-

trico y/o las dimensiones de los objetos.

3.1 Módulo de mesa de indexación

La mesa giratoria de indexación es accionada por un mo-

tor reductor de corriente continua. Las posiciones de la

mesa se establecen por medio de levas movibles en la

parte giratoria que son detectadas por medio de un sen-

sor inductivo de proximidad.

En la mesa, hay dispuestos agujeros en el centro de cada

una de las posiciones de trabajo, de forma que la presen-

cia de la pieza puede detectarse por medio de un sensor

de proximidad óptico.

3.2 Módulo de verificación del taladrado

La pieza procesada del módulo de taladrado se verifica

para comprobar la presencia del agujero. Si este es co-rrecto, el cilindro de verificación alcanza la posición final

extendida, el sensor de final de carrera produce una se-

ñal.

3.3 Módulo de taladrado

El módulo de taladrado realiza agujeros en las piezas. Un

cilindro de doble efecto retiene la pieza. La máquina de

taladrado es accionada por un motor de velocidad cons-

tante de 24 VDC. La máquina de taladrado se mueve eléc-

tricamente con la ayuda de unidades de guía. Las posicio-

nes superior e inferior se detectan por medio de sensores

de proximidad inductivos.

4. Estación de manipulación

La manipulación es un subconjunto del flujo de materia-

les. Las subfunciones adicionales son el transporte y el

almacenamiento.

Las funciones de la estación de manipulación son:

• Sacar piezas de la estación de procesamiento y• Clasificar piezas según sus características.

Según VDI 2860 la manipulación es la creación, cambio de-

finido o mantenimiento temporal de una configuración es-

pecial especificada de objetos geométricamente definidos.

5. Integración de las estaciones

Las estaciones se agrupan una tras otra hasta formar un

proceso productivo, a continuación se presenta el caso en

estudio, se trata de las estaciones de distribución, verifica-

ción, procesos y manipulación.

Propuesta de monitoreo

Para realizar el monitoreo de las estaciones mecatrónicas

se utiliza una red Profibus DP para las cuatro estaciones,

se cuenta con un maestro profibus con capacidad de co-

municación Ethernet y cada estación de trabajo dispone

de un HMI Touch Panel. A continuación se muestra en la

figura, el detalle de las redes propuestas:

Figura 4 - Estación de manipulación.

Figura 5 - Estaciones integradas.




146


Para enviar los datos a la estación maestra se conecta

todos los PLC que controlan las estaciones vía una red

Profibus DP, adicionalmente se cuenta con una estación

de ingeniería con la finalidad poder acceder a las CPU´s

de cualquiera de las estaciones en red y poder realizar

algún cambio en la programación si es que fuese nece-

sario.

Los PLC’s de la red que controlan cada estación se han

configurado como esclavos, estos envían los datos del

proceso al PLC maestro vía la red Profibus; el PLC maes-

tro tiene capacidad de comunicarse vía Ethernet, este PLC

envía todos los datos de las estaciones esclavas hacia una

estación de supervisión que cuenta con software Scada.

Se puede observar en la figura 6, que el medio de transmi-

sión entre el PLC maestro y la estación de supervisión es

inalámbrico, para ello tanto el PLC como la estación cuen-

tan con acces point.

Conguración de redes de estaciones me-

catrónicas

Cada estación tiene un control local que se encuentra

en el tablero de cada una de las estaciones, desde allí se

puede arrancar y parar el proceso, estos son reemplaza-

dos por un panel de operador desde donde se pueden

realizar funciones adicionales al tablero local. Este panel

se conecta al PLC vía el puerto MPI.

A continuación se muestra la configuración de la red Pro-

fibus DP que enlaza a los controladores del proceso:

Figura 6 - Propuesta de monitoreo

Figura 7 - Pantallas del Panel de la estación de procesos.

Figura 8 - Pantallas del Panel de la estación de manipulación.




147


Como se observa en la figura 9, se han asignado las di-

recciones 2 al 5 de la red DP a cada PLC que controlan las

estaciones y configurados como esclavos. Al PLC maestro

se le ha asignado la dirección 11 de la red. Se ha consi-

derado que todas las entradas y salidas de cada estación

envíen su información mediante palabras cuya dirección

está asignada de acuerdo con las direcciones de red de

cada PLC, así por ejemplo todas las entradas y salidas de

la estación de distribución que ocupan 2 Bytes, se envían

a través de la palabra AW2 hacia el PLC maestro, este a su

vez recibe esta data a través de las entradas EW2. De esa

misma forma se realiza para las entradas a los esclavos

que vienen de las salidas del PLC maestro, esto se genera-

liza para cada PLC.

El PLC maestro ahora envía todos los datos hacia la esta-

ción de supervisión, esto se logra utilizando Ethernet.

Para que el PLC maestro se comunique con la red Ethernet

es necesario asignarle una dirección IP, esto se logra en la

configuración de hardware del PLC, como se puede ver en

la figura 11 se le ha asignado la dirección 192.168.14.202

al PLC maestro.

Una vez configurada la dirección IP la configuración dered queda de la siguiente manera:

Figura 9 - Configuración de la red Profibus DP.

Figura 11 - Configuración de dirección IP.

Figura 10 - Transmisión de datos hacia la estación de supervisión. Figura 12 - Configuración de redes.




148


Con esta configuración, los PLC’s esclavos transfieren los

datos del proceso al Maestro vía red Profibus. Este a su vez

está conectado a la red Ethernet.

Los datos que son monitoreados se encuentran en el

Maestro y para monitorearlos se utiliza el software Scada

Win CC con driver Protocol Suite vía TCP/IP. A continua-

ción se muestra la configuración de la conexión:

Como se podrá apreciar, para conectarse al PLC es nece-

sario identificar su dirección IP y el número de ranura co-

rresponde al slot donde se encuentra alojado el CPU del

PLC, en este caso slot 2.

Conguración de pantallas de monitoreo

Se implementaron pantallas de monitoreo para cada es-

tación utilizando el software WinCC instalado en la esta-

ción de supervisión. Todas las entradas y salidas de las es-

taciones se configuran en el administrador de variables,

tal como se muestra en la siguiente figura:

Con los tag definidos se realizan los enlaces en las panta-

llas, a continuación se muestra la pantalla principal:

La siguiente pantalla es la correspondiente a la estación

de distribución:

CONCLUSIONES

• El desarrollo de un proyecto SCADA exige el uso de

tecnología, por ello será necesario que las variadas

alternativas tecnológicas de comunicación que se

presentan en el desarrollo del proyecto, sean expe-

rimentadas para lograr la mayor optimización del

sistema.

• En la actualidad el uso de Ethernet Industrial se está

difundiendo en la mayoría de aplicaciones industria-

les, por ello es importante presentar soluciones que

demuestren su uso.

• Las tendencias en los procesos de manufactura es

al uso de sistemas mecatrónicos, integrando sus

procesos mediante redes de comunicación, las

cuales pueden ser desarrolladas utilizando herra-

mientas software y harward disponibles en el mer-

cado.


1. Dorantes D, Manzano M, Sandoval G, Vásquez V; Au-

tomatización y control: Prácticas de Laboratorio. Ed.

Mc Graw Hill; 2004.

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sional; <www.automation.siemens.com/fea/html78/downmodule.htm> (enero 2007)

Figura 13 - Parámetros de conexión TCP/IP.

Figura 14 - Configurando las variables.

Figura 15 - Pantalla principal.

Figura 16 - Pantalla de la estación de Distribución.




149


6. Ebel F, Scharf S, Löffler C, Terzi E; Sistema Modular de

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Campus ArequipaUrb. Monterrey Lote D-8 José Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, PerúT: (54)426610 - F: (54)426654MAIL: [email protected]

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