Facultad de Ingen I ería - Universidad Autónoma de …...1 Número 9 • 2009 Facultad de Ingen I ería Decano Rafael Came R ano fuentes Director Ingeniería de Sistemas luis antonio

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Facultad de IngenIería

DecanoRafael CameRano fuentes

Director Ingeniería de Sistemasluis antonio GaRCía

Director Ingeniería IndustrialaRtuRo Rojas RinCón

Director Ingeniería ElectrónicajoRGe enRique lópez DuaRte

Director Ingeniería ElectromecánicanéstoR seRGio GutiéRRez

Director Ingeniería Ambientaljuan BenaviDes maRtín

Director Diseño IndustrialalejanDRo otáloRa Castillo

Director Postgrados en IngenieríafeRnanDo sánChez sánChez

Coordinador de Investigaciones de IngenieríaaRmanDo fonseCa CoRRea

Director de la RevistaRafael CameRano fuentes

Consejo EditorialRafael CameRano fuentes Universidad Autónoma de Colombia luini leonaRDo huRtaDo M.Sc. (Universidad Nacional de Colombia)Universidad Autónoma de ColombiaaRmanDo fonseCa Correa M.Sc. (Universidad Nacional de Colombia)Universidad Autónoma de ColombiaCelso liBaRDo mateus pineDa Ph.D. (Unversidad Complutense de Madrid)Universidad Autónoma de ColombiafeRnanDo sánChez sánChez M.Sc. (Universidad Nacional de Colombia)Universidad Autónoma de Colombia

Comité Científicomax GaRzón Ph.D. (University of Illinois, Urbana, USA)University of Memphis, USAesteR feCCi M.Sc.(Universidad Diego Portales, Chile)Universidad Austral de Chile, ChileGeRmán ménDez Ph.D. (Universidad Central de las Villas, Cuba)Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombiaalfonso Reyes alvaRaDo Ph.D. (University of Lincoln, Inglaterra)Universidad de Los Andes, Colombia

EditoreDuaRDo oCampo feRReR M.Sc. Universidad Nacional de ColombiaUniversidad Autónoma de Colombia

PresidenteGelasio CaRDona seRna

Rector juan CaRlos veRGaRa silva

Vicerrector Académico CaRlos aRtuRo RamíRez esCoBaR

Vicerrector AdministrativosaRa Ríos Gast

Secretario GeneralaDelsaBel ChamoRRo RamíRez

ISSN: 1900-1355Suscripciones: Dirección Revista Clepsidra, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Colombia, Calle 12 # 4-31 Bloque 8, Bogotá, Colombia.

Correo electrónico: [email protected]

Teléfono: 3343696 Ext. 313 - 314. Fax: Ext. 314

El contenido de los artículos, reseñas y debates bibliográficos son responsabilidad de sus autores y no comprometen de ninguna forma a la Facultad de Ingeniería, ni a la Universidad Autónoma de Colombia.

PúblIco objetIvo: Docentes, Investigadores y Estudiantes de Ingeniería.

Imagen de carátula: El engranaje simboliza la transmisión de la fuerza del conocimiento hacia la sociedad colombiana y el mundo. La fabrica el proceso de construcción de una sociedad mejor, aporte que hace la universidad con la formación de profesionales de Alta Calidad.

Diseño de carátula: Diana Fonseca Robayo

Diagramación: Doris Andrade B.

Impresión:Stilo Impresores Ltda.Calle 166 Nº 20-60 PBX (571) 670 39 27

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Contenido

SImulador InFormátIco Para curSoS de entrenamIento de equIPoS de oPeracIón de cadenaS de dIStrIbucIón 13Alejandro Clausse, Marcelo Vénere, Víctor Herrero, Lourdes Perea Muñoz

evaluacIón de hongoS entomoPatógenoS Para el control bIológIco del moSquIto culex quInqueFaScIatuS 25Martha Giselle Rivera Pineda, Sandra Patricia Garzón Lozano, Luz Inés Villarreal Salazar

el deSarrollo SoStenIble como Factor artIculador de la geStIón PúblIca dentro de la valoracIón de loS coStoS ambIentaleS 39Fernando Sánchez Sánchez

manejo ambIental del SubProducto vInaza de la obtencIón de bIoetanol a PartIr de remolacha Forrajera (beta vulgarIS l.) medIante la ProduccIón de Proteína unIcelular - FaSe laboratorIo 47Quelbis Román Quintero Bertel, Celso Libardo Mateus Pineda, Martha Giselle Rivera Pineda, Nubia Consuelo Riaño Jiménez, Jennyffer Lizeth Hernández Hernández

aPlIcacIón del eStándar Iec 61850 en loS SIStemaS de ProteccIoneS eléctrIcaS Para SubeStacIoneS de alta tenSIón 53Eduardo José Molina Ochoa, Oscar David Flórez Cediel

eStudIo del deSemPeño de herramIentaS de corte de acero ráPIdo convencIonal y acero ráPIdo SInterIzado en la InduStrIa metalmecánIca 61Jorge Mario Grueso Castillo

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eStudIo y ProgreSo de redeS Plc, enFocado a ServIcIoS de banda angoSta 73Luis Rodríguez Malagon, Juan Rivera Escobar, Gerardo Castang Montiel

caracterIzacIón de la caPa deScarburIzada de un acero SometIdo a tratamIento térmIco 83Henry Hernando Suárez Soler

Espacio estudiantil I+d loS orígeneS de lo IncIerto; nuevaS aPlIcacIoneS en el camPo de la nanotecnología 89 Gerardo Castang Montiel, Fredy Alberto Cuéllar Torres, Edwar Jovani Melo Gutiérrez, Erik Alexey Villareal Pardo

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Editorial

COLOMBIA INCURSIONA EL CINTURÓN DE CLARKE

Rafael Camerano Fuentes Decano

Facultad de Ingeniería Fundación Universidad Autónoma de Colombia

Después de varios intentos fallidos Colombia ha decidido contratar el diseño, fabricación, lanzamiento y validación de desempeño en órbita geoestaciona-ria del Sistema Satelital de Comunicaciones Sociales de Colombia SATCOL, mediante licitación pública N° 003 de 2010. La geografía del país ha impe-dido cubrir a bajo costo más de la mitad del territorio nacional. La Amazonía, la Orinoquía, San Andrés y la Costa Pacífica son más de la mitad de nuestro territorio. Las zonas montañosas y las grandes áreas de los llanos orientales se encuentran incomunicadas por la dificultad de llegar a esos sitios a través de fibra óptica o microonda. Esta situación fue advertida en el documento CONPES 1421 de 25 de marzo de 1977 y desde ese momento se escogió como la alternativa más viable para integrar esas regiones al sistema de telecomu-nicaciones de Colombia la comunicación satelital1.

El satélite se convertirá en un punto espacial de integración de varias enti-dades del Estado con la sociedad. “Propenderá por la implementación y fortalecimiento de programas de gobierno en línea, teleeducación, comercio electrónico, seguridad y agricultura”. El programa de gobierno en línea ya se encuentra en servicio para algunas entidades del estado y se busca con la pla-taforma de telecomunicaciones e informática agilizar todos los procesos. La inclusión de zonas deprimidas y aisladas de la población, de alguna manera se verán beneficiadas.

1 El presente escrito ha sido tomado del documento: Fondo de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. Programa Compartel. Ministerio de Tecnologías de la información y las Comunica-ciones. República de Colombia. Abril de 2010.

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La teleeducación requerirá de nuestra imaginación para llegar a zonas depri-midas con educación de calidad. La modalidad de educación virtual y a dis-tancia serán las dos de mayor desarrollo para atender las necesidades de la población. La Universidad Autónoma con una experiencia acumulada de dos décadas en la formación de especialistas en el uso de TICS como soporte de una mejor educación tendrá que jugar un rol importante. Muchos pro-yectos de la Maestría en Didáctica de la Ciencia, realizados por la primera promoción, tendrán el reto de integrarse al programa de teleeducación.

El proyecto incluye otros frentes de trabajo definidos en los lineamientos de política de telecomunicaciones sociales. El programa COMPARTEL de conectividad de Banda Ancha para instituciones educativas, centros de salud, alcaldías, guarniciones militares y centros de gestión agro-empresarial, fue un primer paso dado en 2004 y que se ve fortalecido con una mayor cober-tura al involucrar el satélite como parte de la red telemática.

El satélite geoestacionario es un reflector de ondas electromagnéticas, algo parecido a un espejo. La señal que transporta información desde tierra, llega al satélite y este la refleja hacia una zona escogida previamente. El satélite realiza algunas funciones importantes: evita la interferencia y aumenta la potencia de la señal. La órbita geoestacionaria es conocida como el Cinturón de Clarke, en honor a Arthur Clarke por haber postulado la existencia de esta importante órbita. La ventaja principal del satélite Geoestacionario es que las antenas receptoras en tierra no requieren sistema de control. Su costo se reduce y muchos más puntos del territorio nacional podrían recibir la señal. La licitación ha establecido como meta al 2019 conectar a más 50.000 sedes de entidades públicas en Colombia. Para el 2012 el satélite SATCOL debe estar en órbita retransmitiendo señales hacia todo el territorio nacional. Desde los casi 36.000 kilómetros de altura no habrá un solo rincón de nuestro territorio que esté aislado de la red telecomunicaciones.

Para la red se ha escogido una tecnología conocida como VSAT. Las peque-ñas estaciones esparcidas por todo el territorio nacional se comunican con una estación más potente –Telepuerto o Hub– que retransmite a las otras estaciones. El ancho de banda es suficiente para incluir en el enlace de salida canales de televisión directa al hogar y televisión de contribución, con ante-nas de 1 metro a 2,4 metros, respectivamente. La utilización eficiente del ancho de banda permite impulsar la televisión social, para que zonas aparta-das puedan tener acceso a la televisión pública.

El presupuesto previsto para SATCOL es del orden de los doscientos cin-cuenta millones de dólares. Trabajará en las bandas Ku y Ka y se ha pedido que en el territorio nacional el ángulo de elevación de las antenas receptoras sea superior a 30° y 40° para tener una excelente señal en el receptor. Este es un privilegio que tienen los países que se encuentran cerca de la línea del Ecuador.

Un aspecto de la negociación de interés para las universidades es que el ofe-rente debe entregar una oferta de entrenamiento y cooperación en ciencia y

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tecnología que debe incluir a 30 profesionales y técnicos colombianos para el control del satélite. 45 becas para maestrías y 25 becas para doctorados en temas espaciales.

La Universidad Autónoma es consciente del papel protagónico que jugará la universidad colombiana en cubrir las necesidades de profesionales alta-mente capacitados para dar soporte técnico, tecnológico y científico a la nueva red satelital SATCOL. Todos nuestros programas académicos, sin excepción, tendrán mucho que decir y proponer para enriquecer los conteni-dos que emprenderán el largo viaje que culminará en los rincones más apar-tados del país. Indudablemente la incursión de Colombia en el Cinturón de Clarke representará un gran avance en la integración nacional y en el rescate de valores culturales.

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SimulAdoR infoRmátiCo PARA CuRSoS dE EntREnAmiEnto dE EquiPoS dE oPERACión dE CAdEnAS dE diStRibuCiónAlejandro Clausse, Marcelo Vénere, Víctor Herrero, Lourdes Perea Muñoz

Presenta el desarrollo del simulador informático DLS (Distributed Logistic Simulation) que se opera distribuido en red (LAN o Internet) orientado a soporte de cursos universitarios y entrenamiento “in-company”. El sistema permite que los instructores diseñen los trabajos prácticos de los cursos en forma ágil, mediante la carga de parámetros de control (lead times, tamaño de inventarios, número de productos, etc.). DLS puede ser adaptado para simular una gran variedad de escenarios logísticos transmitiendo los conceptos prin-cipales de la teoría de cadenas de distribución, como gestión de inventarios, determinación y negociación de precios, comunicación de información entre jugadores, etc. El simulador fue aplicado en dos cursos para evaluar el grado de respuesta de grupos de estudiantes, mostrando excelente resultados.

EVAluACión dE honGoS EntomoPAtóGEnoS PARA El ContRol biolóGiCo dEl moSquito CulEx quinquEfASCiAtuS Martha Giselle Rivera Pineda, Sandra Patricia Garzón Lozano, Luz Inés Villarreal Salazar

En busca de una alternativa de control del mosquito Culex quinquefasciatus en áreas urbanas se desarrolló el proyecto: “Evaluación de microorganismos biocontroladores sobre el mosquito Culex quinquefasciatus” cuyo objetivo fue evaluar la capacidad biocontroladora de diferentes hongos entomopató-genos sobre larvas del mosquito a nivel de laboratorio. Se evaluaron 16 aisla-mientos de hongos en diferentes concentraciones. Se constataron diferencias en el porcentaje de mortalidad producido en larvas de Cx. quinquefascia-tus dependientes del tipo de aislamiento, de la concentración utilizada y del tiempo de exposición. Los aislamientos que presentaron el nivel de mortali-dad más alto pertenecen a la especie Metarhizium anisopliae, seguidos por aislamientos de la especie Beauveria bassiana. El aislamiento que presentó el mayor nivel de mortalidad (100%) en menor tiempo de exposición (24 horas) fue Metarhizium anisopliae 99068 en una concentración de 1x106 e/ml. Por lo tanto este aislamiento es recomendado para su evaluación en campo y desarrollo de un producto comercial.

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El dESARRollo SoStEniblE Como fACtoR ARtiCulAdoR dE lA GEStión PúbliCA dEntRo dE lA VAloRACión dE loS CoStoS AmbiEntAlESFernando Sanchez Sanchez

Este ensayo hace un paralelo entre las diferentes tendencias de la sostenibili-dad y sustentabilidad ambiental; y la relación de estas con la Gestión Pública, de manera integrada con el aspecto de cuantificación de los recursos natu-rales con el objeto de relacionar los supuestos que tienen en común estas tendencias con el mejoramiento de la calidad de vida de la población.

mAnEjo AmbiEntAl dEl SubPRoduCto VinAzA dE lA obtEn-Ción dE bioEtAnol A PARtiR dE REmolAChA foRRAjERA (bEtA VulGARiS l.) mEdiAntE lA PRoduCCión dE PRotEínA uniCElulAR -fASE lAboRAtoRioQuelbis Román Quintero Bertel, Celso Libardo Mateus Pineda, Martha Giselle Rivera Pineda, Nubia Consuelo Riaño Jimenez, Jennyffer Lizeth Hernández Hernández

En el presente proyecto se realiza un estudio del proceso fermentativo en la producción de biomasa, empleando las vinazas procedentes de la destila-ción de alcohol a partir de remolacha forrajera, suplementadas con mieles de caña como fuente de sustrato, para la producción de proteína unicelular. Se empleó un sistema de cultivo por lote incrementado, a escala de labora-torio con tres alternativas de mezcla de vinazas de destilería y mieles fina-les: 90/10, 80/20 y 50/50, en contenido de azúcares reductores totales (ART) en el sustrato. Se utilizaron dos cepas de levadura: Saccharomyces cerevisiae de LEVAPAN ® y Kluyveromyces fragilis del Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional (IBUN). Los mejores resultados fueron obtenidos con la mezcla VD/MF:80/20 y con la levadura Saccharomyces cerevisiae, y se logró un incremento de hasta de 5,8 veces en la biomasa de la levadura en un período de 10 horas de incubación a 30ºC.

APliCACión dEl EStándAR iEC 61850 En loS SiStEmAS dE PRo-tECCionES EléCtRiCAS PARA SubEStACionES dE AltA tEnSiónEduardo José Molina Ochoa, Oscar David Flórez Cediel

En este documento se analiza la implementación de la metodología del nuevo estándar IEC 61850 GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) de manera que se compara la misma contra la metodología convencional en pruebas fundamentales de relés de protección aplicado a subestaciones de alto voltaje. Adicionalmente tambien se analiza el desempeño de este nuevo estándar con el nuevo concepto de mensaje de comunicación a nivel de IED (Intelligen Electronic Device). Se obtiene un alto rendimiento en la red de datos gracias al medio de transmisión que es inmune a los problemas de interferencia electromagnética característicos en estos sitios, ademas de la flexibilidad en la reconfiguración de los parámetros de operación del sistema de protecciones.

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EStudio dEl dESEmPEño dE hERRAmiEntAS dE CoRtE dE ACERo RáPido ConVEnCionAl y ACERo RáPido SintERizAdo En lA induStRiA mEtAlmECániCA.Jorge Mario Grueso Castillo

Este trabajo aborda el estudio de las principales variables que inciden en el proceso de torneado, particularmente su relación e incidencia en la optimiza-ción de procesos productivos de piezas mecanizadas. Con el uso apropiado de las herramientas de corte en los procesos de arranque de material es posi-ble optimizar el desempeño de las herramientas, no sólo por la prolonga-ción de vida de la herramienta, sino que por aumento de productividad, con reducción de costos operativos. La propuesta metodológica presentada en este trabajo se basa en el estudio dimensional de las variables que permite atrapar la física del proceso de corte adicionando a las variables mecánicas, los costos de producción. Se realizaron pruebas con diferentes herramientas con el fin de validar los números planteados en talleres de mecanizado y determinar si las herramientas son utilizadas bajo parámetros óptimos pro-ductivos, planteando alternativas de mejoramiento de producción desde una visión técnico-económica.

EStudio y PRoGRESo dE REdES PlC, EnfoCAdo A SERViCioS dE bAndA AnGoStALuis Rodríguez Malagón, Juan Rivera Escobar, Gerardo Castang Montiel

En el presente artículo se abarca la temática de servicios de comunicacio-nes por medio de la tecnología PLC (power line communications), es decir, comunicaciones por línea de potencia eléctrica. El principal enfoque se encuentra dirigido a los servicios PLC de banda estrecha y banda ancha, en particular al acceso a redes de datos, como internet, por medio de la instala-ción eléctrica residencial. También se hace referencia a uno de los estándares más utilizados en países donde se utiliza esta tecnología, para la implemen-tación de los servicios de comunicación, este es el estándar europeo para comunicación por línea eléctrica, el estándar CENELEC EN 50065. También se incluyen la domotica y la telemetría, como campos de aplicación de esta tecnología.

CARACtERizACión dE lA CAPA dESCARbuRizAdA dE un ACERo SomEtido A tRAtAmiEnto téRmiCoHenry Hernando Suárez Soler

Este trabajo trata acerca de los procedimientos utilizados para caracterizar capas superficiales delgadas en materiales metálicos. El estudio se realiza en un acero para resortes al cual se le hizo tratamiento térmico de Temple-Revenido, se caracterizó la capa que presenta pérdida de carbono superficial. Las herramientas utilizadas son la observación metalográfica, las pruebas de microdureza y el análisis químico.

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Espacio estudiantil

i+d loS oRíGEnES dE lo inCiERto; nuEVAS APliCACionES En El CAmPo dE lA nAnotECnoloGíAGerardo Castang Montiel, Fredy Alberto Cuéllar Torres, Edwar Jovani Melo Gutiérrez, Erik Alexey Villareal Pardo

En el presente artículo se realiza una introducción a la nanotecnología, siendo ésta un campo de las ciencias aplicadas, dedicada a la manipulación de la mate-ria a una escala nanométrica. Se presentan las distintas aplicaciones de la misma, presentando un particular interés en las soluciones ambientales. De igual forma se verifica el aporte realizado por los países involucrados e interesados en impul-sar esta tecnología al interior de sus empresas, centros de investigación e ins-tituciones educativas. A nivel nacional, se resalta el esfuerzo realizado por las entidades de investigación como Nanoescalar, Consejos de investigación y Semi-lleros de investigación interesados en impulsar esta temática.

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Simulador informático para curSoS de entrenamiento de equipoS de operación de cadenaS de diStribución

Alejandro Clausse, Marcelo Vénere Ingeniero Nuclear, PhD, CNEA-CONICET-CIC y Universidad Nacional del Centro.

[email protected]

Víctor Herrero Ingeniero Nuclear, PhD, Universidad Austral. [email protected]

Lourdes Perea Muñoz Ingeniera Industrial, Universidad Austral. [email protected]

Recibido: 05-10-2009, aceptado: 17-11-2009, versión final: 17-11-2009

Resumen

Presenta el desarrollo del simulador informático DLS (Distributed Logistic Simulation) que Se opera distribuido en red (LAN o Internet) orientado a soporte de cursos universitarios y entrenamiento “in-company”. El sistema permite que los instructores diseñen los trabajos prácticos de los cursos en forma ágil, mediante la carga de parámetros de control (lead times, tamaño de inventarios, número de productos, etc.). DLS puede ser adaptado para simular una gran variedad de escenarios logísticos transmitiendo los conceptos principales de la teoría de cadenas de distribución, como gestión de inventarios, determinación y negociación de precios, comunicación de información entre jugadores, etc. El simulador fue aplicado en dos cursos para evaluar el grado de respuesta de grupos de estudiantes, mostrando excelente resultados.

Palabras clave: Simulación, Gestión logística, Cadenas de distribución, Entrenamiento.

AbstRAct

A flexible simulation game environment, DLS (Distributed Logistic Simulation) oriented to university teaching courses and in-company training is presented. Instructors can tailor DLS by simply setting the appropriate parameters. DLS can be adapted to a variety teaching strategies to deliver different major logistics concepts, such as inventory management, capacity management, pricing determination and negotiation, and information-sharing between players. The system was was applied in two courses to evaluate the degree of response and learning of groups of students, showing excellent results in both aspects.

Keywords: Simulation, Logistic Management, Supply Chains, Trainning.

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Simulador informático para cursos de entrenamiento de equipos de operación de cadenas de distribución

1. INTRODUCCIÓN

Uno de los mayores problemas que se presentan en las implantaciones de pro-yectos de sistemas informáticos para

gestión logística es la capacitación del personal de las empresas en el uso de las nuevas tecnolo-gías, ya que los operarios de las cadenas logís-ticas generalmente no están familiarizados con nuevas metodologías de trabajo y organización que se pretende implantar. La capacitación de equipos de personas, que generalmente tienen niveles de conocimiento distintos, en el manejo de cadenas logísticas a través de sistemas de información es una tarea bastante compleja que suele demandar tanto o más tiempo como el desarrollo mismo del software. Las universida-des, por otro lado, se ven cada vez más presio-nadas para reducir los costos de la educación, más aún con la preferencia creciente de muchas empresas a contratar profesionales multifuncio-nales para poder aumentar la competitividad.

En respuesta a estos desafíos, el uso de tecnolo-gías informáticas para cursos de entrenamiento de estudiantes universitarios y operarios logís-ticos de empresas está creciendo muy rápida-mente con el aumento de la capacidad de pro-cesamiento de las computadoras personales y el auge de Internet. Entre las herramientas que están apareciendo, los juegos de simula-ción informáticos constituyen un paradigma muy interesante que no sólo fomenta la com-petición entre los estudiantes, sino que también genera el entusiasmo mejorando así el proceso de aprendizaje. Los juegos grupales son activi-dades competitivas, orientadas a cumplir obje-tivos dificultosos, dentro de un marco de reglas preestablecidas (Malone, 1981; Martocchio & Webster, 1992). En general, en todos los órde-nes, el elemento lúdico está siendo revalorizado desde el punto de vista pedagógico como com-plemento y suplemento de los métodos de ense-ñanza convencionales (Randel y otros, 1992; Cai-llois, 2001; Lainema & Nurmi, 2006; Deshpande & Huang, 2009). Es un hecho demostrado que los juegos mejoran la eficiencia del aprendi-zaje, particularmente en la aplicación práctica de conceptos teóricos y el fortalecimiento de la capacidad humana de pensar (Randel y otros, 1992; Rieber, 1996; Mayer y otros, 2002).

En los últimos años se han presentado diferen-tes juegos de simulación para ingeniería indus-trial y administración de empresas (Alessi & Trollip, 1985; Martocchio, & Webster,1992; Quinn, 1996). El juego de simulación de opera-ciones logísticas más conocido es el “juego de la cerveza”, desarrollado en la década de 1960 en el MIT (Sterman, 1989). El objetivo de este juego es el ensayo de estrategias de distribución y almacenamiento, generando escenarios típi-cos de resultados inesperados. Actualmente ya existen varios juegos de logística y producción que se ejecutan a través de Internet, donde los participantes actúan de productores, distribui-dores mayoristas y minoristas, y administra-dores de inventarios. Chen (1999) extendió el juego de la cerveza a cadenas de distribución descentralizadas con demanda estocástica. En el juego Hulia, de la Universidad de Haifa, Israel (Kumar, 2007) los participantes deben determi-nar las estrategias de producción y distribución en una cadena de múltiples etapas. Hay tam-bién juegos específicos, como Trading Agent Competition (Sodhi, 2005) que simula una cadena de producción y distribución de com-putadoras personales y sus componentes, Logi-Game que simula un negocio de bicicletas (Riis, 1995), KFUPM que simula una red de ensam-blaje y distribución (Siddiqui y otros, 2007),.y Lean Leap Logistics Game (Holweg & Bicheno, 2002) que simula la industria automotriz.

En el presente trabajo se presenta el desarrollo del juego de simulación DLS (Distributed Logis-tic Simulation) orientado al soporte de cursos universitarios y entrenamiento “in-company”. El sistema se ejecuta distribuido en diferentes computadoras personales conectadas en red (LAN o Internet), permitiendo el entrenamiento de equipos de operarios de cadenas logísticas. Si bien el propósito primario de la herramienta es la animación de escenarios virtuales de cadenas de distribución, el modelo puede también ser aplicado para el análisis de escenarios what-if de procesos reales. En términos generales, los objetivos de DLS son:

1. Ayudar al desarrollo de conocimientos y habilidades para la gestión de cadenas logísticas.

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Alejandro Clausse / marcelo Vénere / Víctor Herrero / Lourdes Perea muñoz

2. Proveer un ambiente lúdico interactivo que sirva de soporte a los instructores en diversas etapas del aprendizaje.

3. Promover la colaboración interuniversita-ria mediante el uso de la tecnología infor-mática industrial.

4. Proveer un ambiente virtual flexible para incentivar y practicar actividades de capa-citación grupales.

5. Servir de soporte al análisis y ensayo de estrategias logísticas y de diseño de redes.

6. Evaluar la performance de operarios y estudiantes ante situaciones logísticas en un ambiente controlado.

2. DESCRIpCIÓN DEL SIMULADOR DLSDLS esta basado en un modelo fundamental consistente en un sistema de información con componentes independientes que se comuni-can entre sí mediante mensajes. Los componen-tes interactivos básicos de DLS son dos, con los cuales se pueden configurar cadenas complejas de distribución, desde la fabricación hasta la entrega al consumidor final. Estos componen-tes son:

• Operador Logístico (OL): puesto de entrenamiento interactivo, en el cual un usuario responde los pedidos que reali-zan los clientes de ese puesto.

• Almacén (A): puesto de entrenamiento interactivo, en el cual un usuario adminis-tra el stock de productos de un almacén.

En cada escenario particular, pueden haber varios OL y A (que hacen las veces de ladrillos básicos de la cadena de distribución), cada uno de los cuales se ejecuta en una computadora personal en la cual se entrena un participante.

Además de los componentes OL y A hay dos componentes con los que se construyen las comunicaciones entre la cadena logística y el mundo “exterior”, las fábricas y el mercado consumidor final. Los componentes Mercado

y Fábricas no son modificados por los entre-nandos, sino que son gestionados por el ins-tructor, el cual puede imponer dinámicamente las condiciones de contorno “upstream” y “downstream”.

La interacción entre los componentes de DLS se realiza por medio de mensajes que se envían a través de un objeto Administrador. Los mensa-jes propios de la interacción entre los compo-nentes son:

• Pedido: se utiliza cuando un componente necesita algo del componente al que esta dirigido, por ejemplo un pedido de pro-ductos, una solicitud de devolución, etc.

• Respuesta: transmite información ligada a un pedido realizado anteriormente por el receptor, por ejemplo un pedido de productos, el rechazo de un pedido, etc.

El flujo de mensajes es sincronizado por el objeto Administrador, y siempre comienza a partir de la generación de la demanda impuesta por el Mercado, que son introducidos en la cadena logística a través de los OL minoristas. Los OL imponen estrategias a sus respectivas compo-nentes generando pedidos a los A. Estos a su vez deberán diseñar su estrategia de entrega y pedidos a los OL mayoristas, y así sucesi-vamente. Cuando finalmente los pedidos del Mercado llegan al componente Fábrica, ésta responde enviando los productos para reponer en los almacenes de la cadena, siguiendo una dinámica impuesta por el instructor. El instruc-tor también impone condiciones a los mensajes entre los OL y los A, como demoras, costos, etc. A continuación se describen en detalle las pro-piedades de cada componente de DLS.

3. COMpONENTE OpERADOR LOgíSTICO

La persona que se entrena a través de una esta-ción OL debe establecer la estrategia más apro-piada para atender los pedidos de uno o más componentes que actúan como clientes de la estación, los cuales pueden ser otro OL, un A, o directamente el Mercado. El OL define la estra-tegia de servicio determinando el sistema de asignación de los pedidos a los empleados:

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• Se atienden las solicitudes en el orden en que llegan.

• Se atiende primero el pedido que tiene el vencimiento más corto.

También tiene la posibilidad de establecer el número de empleados y la forma en que se asignan los pedidos:

• Se asigna un operario individual a cada pedido.

• Se acumulan las cantidades pedidas en diferentes pedidos para un mismo pro-ducto hasta alcanzar un umbral estable-cido por el OL superado el cual se asigna la lista de pedidos a un empleado (des-glose de las órdenes).

El OL recibe a su vez mensajes de respuesta cada vez que un empleado ha regresado del almacén en busca de o devolviendo mercadería

3.1. Componente AlmacénEn este componente el participante asume el rol de administrador de un inventario mediante la definición de una estrategia para obtener un alto nivel de servicio al mínimo costo. Los pará-metros que debe fijar son:

• La forma en que se guardan los produc-tos en las diferentes zonas de almacena-miento, cada zona puede tener distintos costos.

• El transporte que se utiliza para solicitar cada producto al proveedor, lo que define los tiempos de respuesta y los costos de transporte.

• La cantidad de cada producto que se pide al proveedor.

• El stock de seguridad de cada producto.

El participante A recibe un mensaje de pedido cada vez que un operario le solicita la entrega de un lote de productos. Por cada producto en el pedido, el simulador verifica que haya inventa-

rio suficiente y, de ser así, se disminuye la canti-dad solicitada. La respuesta a los pedidos tiene una dinámica asociada a los tiempos asignados por el instructor y por las roturas de inventario, pudiéndose generar colas de espera. También, DLS permite la simulación de los problemas de transporte de las mercaderías entre las distintas estaciones de la cadena de distribución (capaci-dad, velocidad, costos).

3.2. Componente FábricasLas Fábricas son simuladas por DLS con un componente gestionado dinámicamente por el instructor. Su función es simular el retardo de atención de los pedidos que se hacen a los proveedores primarios de una cadena logís-tica. Esto se logra generando estadísticamente respuestas retardadas a los pedidos que llegan al componente Fábricas. Los parámetros esta-dísticos son establecidos dinámicamente por el instructor.

3.3. Componente MercadoEl componente Mercado es un generador auto-mático de pedidos estocásticos que se envían a los operadores logísticos asociados directamente con este componente (minoristas). Los paráme-tros estadísticos del Mercado son impuestos por el instructor, pero este componente tiene un algoritmo que simula la preferencia de los consumidores según precio y nivel de servicio. Cuando un operador logístico entrega mercade-ría a este Mercado de consumidores finales, este componente evalúa si la entrega fue realizada en tiempo y forma. En base a esta evaluación, el Algorimo de mercado aplica un modelo de preferencia para generar la demanda futura. El modelo de demanda de DLS cambia la probabi-lidad de elegir cada OL minorista en cada paso temporal. El OL minorista que ofrezca menores precios y mejores servicios irá teniendo mayor probabilidad de recibir pedidos, y viceversa.

Al comienzo de la simulación el Mercado envía pedidos de mercadería a los OL minoristas según una distribución de probabilidad mul-tinomial, cuyos pesos son las inversas del pre-

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cio promedio p de oferta de cada OL minorista. Cada vez que un OL realiza una entrega de mercadería al Mercado, se calcula y asigna un precio “aparente” para ese OL de acuerdo a:

Pa = p(1 + Dte) (1)

donde te es el tiempo de la última entrega y D es un coeficiente de desconfianza, el cual a su vez se modifica en cada paso temporal. Si te satisface el plazo acordado o la entrega fue completa, D baja, y viceversa. El instructor establece la mag-nitud con que impacta el servicio en D, pudién-dose generar escenarios donde los precios rea-les predominan sobre el servicio o viceversa. El coeficiente de desconfianza D se calcula tam-bién para cualquier operador logístico, lo cual es usado por DLS para la evaluación del nivel de servicio de cada estación.

3.4. Indicadores para la evaluación de los participantes

DLS provee dos indicadores de evaluación de cada entrenando: performance económica y performance operativa.

Performance económica: Se evalúa mediante el indicador económico IE, que proporciona un valor entre uno y diez de acuerdo a la ganan-cia neta GN obtenida por la estación de trabajo gestionada por el evaluado. Para calcular este valor antes de comenzar la simulación el ins-tructor define y comunica a los participantes la ganancia mínima GNMin y máxima GNMax dentro de las cuales se calculará el indicador.

GNMinGNMaxGNGNMaxIEelse

IEthenGNMaxGNifIEthenGNMaxGNif

IE

91

110

(2)

Performance operativa: Se avalúa mediante el indicador IS que proporciona un valor entre uno y diez de acuerdo al nivel de servicio de las estaciones de trabajo. El nivel de servicio de una estación A es el porcentaje de pedidos que para los cuales había mercadería en stock

cuando fueron realizados. El nivel de servicio de una estación OL se calcula como:

GNMinGNMaxGNGNMaxIEelse

IEthenGNMaxGNifIEthenGNMaxGNif

IE

91

110

(3)

donde T es el tiempo total de la simulación, sobre el cual se realiza la integral, y Dmin y Dmax son cotas superior e inferior que son asignadas y comunicadas por el instructor a todos los par-ticipantes. Una operación perfecta de un OL tendrá siempre factor de desconfianza mínimo, con lo cual su indicador de performance será siempre 1. Al contrario, un OL pésimo siempre tendría desconfianza máxima, con lo cual su performance sería siempre 0.

4. CONfIgURACIÓN DE ESCENARIOS

DLS permite armar una gran variedad de redes de distribución de mercadería desde los pun-tos de producción hasta el cliente. Para ello el instructor dispone de una interfase gráfica ami-gable para cargar los parámetros de configura-ción, los cuales puede guardar en archivos para su carga futura. El procedimiento de configura-ción de un escenario consiste en dos pasos: con-figurar el mercado y las fábricas, y configurar las estaciones OL y A.

4.1. Elementos generalesLos elementos generales de un escenario DLS son el mercado y las fábricas.

mercado. Los parámetros que dispone el ins-tructor para configurar el comportamiento del mercado consumidor son los siguientes:

• Estadísticadecantidaddepedidos: Dis-tribución de probabilidad de la cantidad de pedidos por unidad de tiempo. Se con-figura seleccionando de una lista el tipo de distribución y luego configurando los parámetros de la distribución elegida (e.g., normal, binomial, etc.).

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• Estadísticadeldeadline: Distribución de probabilidades del deadline. Cada vez que el mercado realice un pedido, utilizará esta distribución para definir el tiempo límite de entrega.

• Cotasmínimaymáximadelfactordedes-confianza (%): Valor mínimo que puede tomar el factor de desconfianza. Esta cota se toma como valor inicial del factor de desconfianza para todos los operadores.

• Penalización por incumplimiento deentrega: Índice de penalización utilizado para calcular el factor de desconfianza de cada OL minorista.

Fábricas. El instructor tiene disponibles los siguientes parámetros para configurar el com-portamiento de las fábricas:

• Preciodefábrica($): Precio de fábrica de cada producto.

• Volumenunitario(m3): volumen de una unidad de producto.

• Peso unitario (kg): peso de una unidad de producto.

• Capacidad volumétrica (m3): Volumen máximo de una unidad de transporte.

• Pesomáximo(kg): Peso máximo de mer-cadería transportable por de una unidad.

• Unidades disponibles (unidades): Cantidad de unidades de transporte disponibles.

• Costo de cambio a este transporte ($): Costo fijo incurrido por el almacén cada vez que decide cambiar a esta modalidad de transporte.

• Costofijo($porunidaddetiempo): Costo fijo de cada unidad de transporte por uni-dad de tiempo (amortización, etc.).

• Costo variable ($): Costo por viaje de cada unidad de transporte (combustible, etc.).

• Tiempodeviaje: Tiempo que tarda este transporte en realizar un viaje de ida y vuelta del almacén a la fábrica.

• Distribucióndeltiempodeentrega: Dis-tribución de probabilidad del tiempo de entrega de la fábrica. Se configura selec-cionando de una lista el tipo de distribu-ción y luego configurando los parámetros de la distribución elegida.

4.2. Componentes básicosUna vez definidos los parámetros generales, elementos básicos, en el panel de control de administración el instructor define en forma gráfica las estaciones específicas que formarán parte del escenario de simulación. Una vez ubi-cados todos los componentes se procede a su configuración individual, a saber:

Almacenes. Por cada almacén el instruc-tor dispone de los siguientes parámetros de configuración:

• Costofinancierodelosinventarios(%): Costo de mantenimiento del producto dentro del almacén, expresado en por-centaje del costo de fábrica. No puede ser cambiado por el concursante.

• Margeninicialdegananciadelosalma-cenes(%): Se provee un valor inicial para todos los almacenes, el cual podrá ser cambiado individualmente por cada con-cursante A en cualquier momento de la simulación.

• Stockdeseguridadinicial(unidades): El valor inicial es igual para todos los alma-cenes. Durante la simulación cada parti-cipante A puede ir cambiando el stock de seguridad durante la simulación.

• Tamañodelote(unidades): Cantidad de unidades a pedir cada vez que un alma-cén realiza un pedido a fábrica. El valor inicial es igual para todos los almacenes, y cada participante A puede ir cambiando el tamaño de lote durante la simulación.

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• Demanda estimada durante el Lead-Time (unidades): Cada almacén necesita una estimación de la demanda durante el Lead-Time. El valor inicial de esta esti-mación es igual para todos los almace-nes, y luego puede ser estimado y cam-biado por cada participante A durante la simulación.

• Cotasmínimaymáximadelaganancianeta del almacén: Utilizadas para calcular la performance económica del almacén.

• Zonas: El instructor define el nombre de cada zona de almacenamiento que cada almacén, e ingresa para cada una de ellas los siguientes atributos:

* Pesomáximo(kg): Peso máximo alma-cenable en la zona.

* Capacidad volumétrica (m3): Volumen máximo almacenable en la zona.

* Costo de servicio de los inventarios (%): Costo de mantenimiento de cada producto dentro la zona, expresado en porcentaje del costo de fábrica.

* tiempo de manipulación (unidades de tiempo): Tiempo que se tarda en acceder a la zona para la búsqueda de mercadería.

* Costo de manipulación ($): Costo generado cada vez que se accede a la zona para la búsqueda de mercadería.

Operadoreslogísticos. Por cada estación OL el instructor dispone de los siguientes parámetros de configuración:

• Productos: Lista de productos que maneja la estación OL.

• Costodedespido: Costo de despido de un operario.

• Costo operativo: Sueldo de un operario por unidad de tiempo.

• Tiempo de viaje al almacén: Tiempo que tarda un operario en ir al almacén y volver.

• Cotasmínimaymáximadelaganancianeta: Se utiliza para calcular la perfor-mance económica del OL.

4.3. Interfases de usuariosDLS está basado en un ambiente gráfico tipo Windows, que provee a cada participante con múltiples ventanas que puede abrir simultá-neamente durante la simulación, tanto para monitorear las variables relevantes como para introducir cambios en los parámetros de su esta-ción. La figura 1 muestra la ventana de control de la estación de trabajo Almacén y la figura 2 muestra una ventana de monitoreo de la lista de espera de pedidos.

Figura 1. Ventana de control de una estación Almacén

Figura 2. Ventana de monitoreo de los pedidos en espera de los productos de un almacén.

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La figura 3 muestra la ventana de control de un Operador Logístico, y la figura 4 mues-tra la ventana de monitoreo del estado de los pedidos.

Figura 3. Ventana de control de una estación de Operario Logístico.

Figura 4. Ventana de monitoreo del estado de los pedidos de un OL.

5. ApLICACIONES DE DLS EN CURSOS

DLS fue aplicado en dos cursos de logística: un curso de operaciones logísticas de la carrera de Administración de Empresas, y un curso in-company para entrenamiento de un equipo de operación de una cadena de abastecimiento real. En el curso universitario grupos de a dos estudiantes formando dos cadenas elementales A-OL competían entre sí para la distribución de

dos productos. En el curso in-company se simuló un escenario de dos equipos A-OL en serie.

5.1. Curso universitario: cadenas de abastecimiento en paralelo

La figura 5 muestra el escenario del curso uni-versitario, que está formado por dos fábricas que proveen los productos A y B, los cuales son distribuidos por dos cadenas de abasteci-miento. Cada cadena es independiente y tiene la estructura elemental de un almacén y su correspondiente OL. Este escenario es útil para entrenamiento de operaciones logísticas en un ambiente de competencia, y mostró tener un gran poder de motivación en los estudiantes, los cuales aprendían conceptos claves del nego-cio divirtiéndose.

Figura 5. Escenario de dos cadenas simples compitiendo en paralelo.

En las figuras 6; 7 y 8 se muestra la evolución del sistema en uno los juegos de simulación con las cadenas en paralelo, obtenido con dos equi-pos de dos estudiantes cada uno (A y OL) com-pitiendo entre sí. Inicialmente ambas cadenas se configuraron idénticas. En cierto momento el instructor reduce la capacidad de servicio de una de las cadenas, y deja que los curesantes reaccionen por sí solos a este cambio.

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Figura 6. Tiempo promedio por pedido de cada OL en el escenario en paralelo

(1-línea punteada, 2 línea llena).

Figura 7. Evolución de la ganancia de cada OL en el escenario en paralelo.

Figura 8. Evolución del nivel de servicio de cada OL en el escenario en paralelo.

En la figura 6 se puede observar que la caída de la capacidad de servicio de la cadena 2 causa un aumento del tiempo de servicio corres-pondiente, lo cual a su vez reduce la confia-bilidad del mercado en OL2 (figura 7). Como consecuencia de esto, OL1 comienza a recibir más pedidos del mercado. Sin embargo, como su capacidad de servicio no estaba preparada para responder al incremento de la demanda, un tiempo después su nivel de servicio cae (ver figura 8 después del tiempo 100). A partir de allí, ambas cadenas entran en un patrón oscila-torio alternándose las preferencias del mercado entre las dos cadenas. El periodo de oscilación es de alrededor de 60 unidades de tiempo, con picos de tiempo de servicio que exceden los deadlines. La figura 7 muestra la performance económica de los OL, mostrando que aunque OL1 obtiene mayores ganancias, aunque su performance experimenta oscilaciones de gran amplitud.

5.2. Curso in-company: cadenas de abastecimiento en serie

La figura 9 muestra el escenario del curso in-company configurado por una fábrica mono-producto que es distribuido por una cadena de abastecimiento conformada por dos cuplas A-OL en serie. Este escenario es útil para entre-namiento de operaciones logísticas coordinadas entre dos niveles de provisión (e.g., mayorista y minorista).

En las figuras 10; 11; 12 y 13 se muestra la evo-lución del sistema en uno los juegos de simu-lación en el escenario en serie, obtenido con dos unidades de dos participantes cada una (A y OL) pertenecientes a la misma empresa. Inicialmente se observa que ambas unidades funcionan normalmente respondiendo a una demanda estacionaria del mercado. En cierto momento, el instructor aumenta al doble la demanda del mercado, produciendo una onda de pedidos que se propaga hacía la fábrica. El proceso que sigue es similar a los escenarios del juego de la cerveza.

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Figura 9. Escenario de dos unidades de abastecimiento A-OL en serie.

Es interesante observar que las acciones de los entrenandos provocan cambios en el factor de desconfianza del mercado varias unidades de tiempo después de realizadas. La onda se pro-duce porque los cambios son uno a uno en res-puesta a los cambios que perciben en su vecino. Recién en el tiempo 190 se observa que se ha alcanzado una configuración adecuada para satisfacer la demanda.

También se pudo observar que algunas accio-nes de los participantes, que parecían correc-tas de acuerdo a los indicadores, no lo eran de acuerdo a los requerimientos de la cadena de abastecimiento. Esta percepción errónea se debe a efectos producidos por cambios en los componentes vecinos. La propagación de cam-bios en cada estación intermedia produce gran-des variaciones en las variables de sus vecinos, como por ejemplo en el gráfico de stock del Almacén 2 (figura 10) o el tiempo promedio por pedido de los OL (figura 11).

Figura 10. Evolución de los inventarios de los almacenes y los stocks de seguridad impuestos

por los participantes en el escenario en serie.

Figura 11. Evolución de los tiempos de espera promedio de los pedidos a los almacenes y los stocks

de seguridad impuestos por los participantes en el escenario en serie.

Figura 12. Evolución de la cantidad de pedidos en espera y del número de operarios activos en cada OL

en el escenario en serie.

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Figura 13. Evolución de la performance operativa del OL que abastece al mercado en el escenario en serie.

CONCLUSIONES

Se presentó el concepto y las aplicaciones de un simulador para entrenamiento en operaciones logísticas, que provee un ambiente lúdico para la implementación de una diversidad de casos de cadenas de abastecimiento. La herramienta incluye un modelo de respuesta del mercado de consumidores finales al nivel de servicio de los proveedores finales, lo cual se traslada natu-ralmente hacia el interior de la cadena logística.

Además, el simulador provee indicadores eco-nómicos y de calidad de servicio de cada parti-cipante, lo cual sirve de base al instructor para evaluar el nivel de aprendizaje.

La herramienta fue aplicada en cursos universi-tarios y cursos “in company”, con buena acep-tación por parte de los participantes, los cuales mostraron un progreso paulatino de sus habi-lidades con el número de horas de juego. Prin-cipalmente, el uso de la herramienta permite a los alumnos conectar fácilmente los conteni-dos de las clases teóricas, especialmente en las áreas de gestión de inventarios, cooperación y competición entre entidades de las cadenas de abastecimiento.

Como trabajo futuro, se prevé la incorporación de una herramienta de gestión de demanda que permita conocer a lo largo de la cadena el pronóstico del mercado sobre un horizonte, al menos tan largo como el lead time total de abas-tecimiento. Esto permitirá demostrar cómo un sistema integrado puede ser gestionado sin demoras ni amplificación de errores aguas arriba.

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evaluación de hongoS entomopatógenoS para el control biológico del moSquito culex quinquefaSciatuS

Martha Giselle Rivera Pineda M.Sc. Microbiología, Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]

Sandra Patricia Garzón Lozano Ingeniera Ambiental, Universidad Autónoma de Colombia

Luz Inés Villarreal Salazar Ingeniera Ambiental, Universidad Autónoma de Colombia


Resumen

En busca de una alternativa de control del mosquito Culex quinquefasciatus en áreas urbanas se desarrolló el proyecto: “Evaluación de microorganismos biocontroladores sobre el mosquito Culex quinquefasciatus” cuyo objetivo fue evaluar la capacidad biocontroladora de diferentes hongos entomopatógenos sobre larvas del mosquito a nivel de laboratorio. Se evaluaron 16 aislamientos de hongos en diferentes concentraciones. Se constataron diferencias en el porcentaje de mortalidad producido en larvas de Cx. quinquefasciatus dependientes del tipo de aislamiento, de la concentración utilizada y del tiempo de exposición. Los aislamientos que presentaron el nivel de mortalidad más alto pertenecen a la especie Metarhizium anisopliae, seguidos por aislamientos de la especie Beauveria bassiana. El aislamiento que presentó el mayor nivel de mortalidad (100%) en menor tiempo de exposición (24 horas) fue Metarhizium anisopliae 99068 en una concentración de 1x106 e/ml. Por lo tanto este aislamiento es recomendado para su evaluación en campo y desarrollo de un producto comercial.

Palabras clave: control biólogico/ Culex quinquefasciatus/ hongos entomopatógenos/ Metarhizium anisopliae.

AbstRActLooking for a control alternative of Culex quinquefasciatus in urban areas, the research: “Biocontrol microorganisms evaluation against the mosquito Culex quinquefasciatus” was developed, whith the objective of assess entomopathogenic fungi against mosquito larvae in laboratory essays. Sixteen fungal isolates were evaluated, in different spore concentrations. Differences in larvae mortality were obtained, according to fungal isolate, spore concentration and exposure time used. Fungal isolates which displayed the higher mortality level were Metarhizium anisopliae isolates, followed by Beauveria bassiana. The isolate that achieved the higher mortality level (100%) in the shorter period of time (24 hours) against Culex quinquefasciatus larvae, was Metarhizium anisopliae 99068 with a spore concentration of 1x106 spores/ml. Therefore this isolate is recommended for field evaluation and for a commercial product development.

Key words: Biological Control / Culex quinquefasciatus / entomopathogenic fungi / Metarhizium anisopliae.

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evaluación de hongos entomopatógenos para el control biológico del mosquito Culex quinquefasciatus

1. INTRODUCCIÓN

Un problema común de las zonas urbanas cercanas a embalses, humedales y ríos es la presencia del mosquito o zancudo

cuyo nombre científico corresponde a Culex quinquefasciatus Say (Díptera: Culicidae). La picadura de este mosquito ocasiona problemas de salud como alergias e infecciones dérmicas y se ha confirmado como vector de Filariasis (Wuchereria bancrofti y Dirofilaria immitis), del virus del Nilo occidental y de los virus cau-santes de la encefalitis de San Luis y la encefa-litis equina venezolana, entre otros (Rivas et al. 1997; Goddard, Roth, Reisen, & Scott, 2002). Este mosquito tiene un ciclo de vida cuyas eta-pas de huevo, larva y pupa se desarrollan en el agua y una etapa de adulto que se desarrolla en un medio terrestre y aéreo (Marino, 1995). Las hembras requieren como alimento la sangre para madurar y depositar sus huevos los cua-les son ovipositados en forma de balsa en aguas residuales con alto contenido de materia orgá-nica (Villarreal & González, 1995)

El desarrollo de las larvas del mosquito C.quinquefasciatus, se ve ampliamente favore-cido por la presencia de vegetación acuática flo-tante y muy especialmente de la planta conocida como buchón (Eichornia crassipes). Esta planta protege las larvas del mosquito de la radiación solar directa y de los depredadores.

En Colombia, Culex quinquefasciatus se distri-buye por todo el territorio nacional en alturas que van desde los 0 hasta los 3000 metros sobre el nivel del mar. (Becerra 1992, citado por Gar-cía & Londoño, 2007).

Dentro de las alternativas de control de especies plaga y vectores de enfermedades tropicales se encuentran: el control químico, el control bioló-gico y el mejoramiento del medio ambiente. El control biológico es una alternativa de menor impacto ecológico que el control químico, al igual que permite un manejo seguro para la salud humana. El éxito del control biológico se basa en la exacta ubicación de aquellos sitios

donde se crían las especies a controlar y la acer-tada elección del agente controlador.

Este artículo describe los resultados de la investigación “Evaluación de microorganis-mos biocontroladores sobre el mosquito Culex quinquefasciatus” realizada en el programa de ingeniería ambiental de la Universidad Autó-noma de Colombia y cuyo objetivo fue evaluar la capacidad biocontroladora de diferentes hon-gos entomopatógenos sobre larvas del mosquito Culex quinquefasciatus a nivel de laboratorio.

2. METODOLOgíA

2.1. Obtención de larvasLas larvas utilizadas en los bioensayos fue-ron recolectadas en sitios con proliferación de Eichornia crassipes (buchón): Sector del Dique y sector Neruda en el embalse del Muña (muni-cipio de Sibaté) y el Río Bogotá (límites entre Mosquera y el Distrito).

Las larvas recolectadas fueron colocadas en cuarentena con un mínimo de 72 horas, selec-cionando las larvas activas de tercer estadio para la realización de los bioensayos.

2.2. Selección y obtención de hongos entomopatógenos

Los microorganismos utilizados para la realiza-ción de bioensayos fueron obtenidos a partir de dos fuentes: Aislamientos cedidos por la Funda-ción Centro de Biotecnología Mariano Ospina Pérez1 (Tabla 1), y Hongos aislados e identifica-dos durante el desarrollo del proyecto.

La metodología de aislamiento de hongos con-sistió en la recolección de cadáveres de insectos de la ronda del humedal La Conejera (Bogotá) y su posterior tratamiento en laboratorio. Los insectos recolectados fueron desinfectados con una solución de hipoclorito de sodio al 1% y fueron colocados en cámara húmeda para posi-bilitar el desarrollo de hongos entomopatóge-nos, en aquellos casos donde esta haya sido la causa de la muerte del insecto. En los casos donde se evidenció la presencia de hongos, las

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martha Giselle rivera Pineda / Sandra Patricia Garzón Lozano / Luz Inés Villarreal Salazar

estructuras presentes (micelio o esporas) fueron transferidas al medio de cultivo Sabouraud con cloranfenicol (SDAC).

La identificación de hongos a nivel de género se realizó a través de identificación de estructuras de reproducción características y comparación con claves taxonómicas (Domsch, Anderson, 1980; Humber,1988; Lomer &Lomer, 1996).

Tabla 1 Aislamientos cedidos por el Centro de Biotecnología

Mariano Ospina Pérez

Aislamiento Géneroyespecie insecto hospedero

CEN 9205Beauveria bassiana Cebiopest®

ORDEN LEPIDOPTERA- Larva Diatraea saccharalis

CEN 9236 Metarhizium anisopliae Desconocido

CEN 9301 Paecilomyces lilacinus

ORDEN LEPIDOPTERA- Larva Leptopharsa gibbicarina

CB 990614 Metarhizium anisopliae

ORDEN COLEOPTERA- LarvaPremnotrypes vorax

CB 99068 Metarhizium anisopliae

ORDEN COLEOPTERA- Adulto

CB Eu2 Beauveria bassiana

ORDEN LEPIDOPTERA- Larva Euprosterna eleasa

CB Le1 Beauveria bassiana

ORDEN LEPIDOPTERA- LarvaLoxotoma elegans

2.3. Realización de BioensayosSe suspendieron las esporas de cada hongo entomopatógeno en solución de de Tween 80® al 0.05%. La concentración de cada suspensión se determinó mediante recuento microscópico de esporas en cámara de Neubauer y se ajusto mediante diluciones decimales de acuerdo a la concentración de cada tratamiento.

Los bioensayos se realizaron con larvas del mos-quito Culex quinquefasciatus de tercer estadio basándonos en la metodología diseñada por Montero, G. (comunicación personal, febrero 1995).

2.4. Diseño experimentalEl diseño experimental fue completamente al azar. Cada tratamiento contó con cuatro répli-cas. Cada réplica consistió en un vaso de pre-cipitado de 600 ml de capacidad con un volu-men de 250ml de suspensión de esporas de cada hongo en concentraciones comprendidas entre 1x105 y 1x107 esporas/ml, en solución de Tween 80 al 0.05%.

A cada vaso de precipitado fueron adicionadas 21 larvas de tercer estadio. Las larvas fueron expuestas en forma continua durante 5 días y se agrego alimento (truchina) a cada vaso. Los Bioensayos se realizaron en condiciones de laboratorio (temperatura promedio de 18ºC)

Se estableció un control para los tratamientos realizados en el mismo periodo de tiempo. Cada control consistió en 4 vasos de precipi-tado con 21 larvas cada uno en las mismas con-diciones de los tratamientos pero sin aplicación de hongo.

La variable respuesta evaluada fue el porcen-taje de mortalidad obtenido a las 24, 48, 72, 96 y 120 horas de exposición.

Los datos de porcentaje de mortalidad fue-ron corregidos mediante la fórmula de Abbott (Abbott,1925):

% mortalidad expuestos - % mortalidad control X 100 100 - % mortalidad control

Esta fórmula fue aplicada siempre que la morta-lidad del control se encontró entre el 5% y 20%. Aquellos bioensayos donde la mortalidad en el testigo fue superior al 20% fueron descartados (WHO, 2005).

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2.4. Análisis estadísticoSe realizó la transformación de los datos de mortalidad a través de la fórmula = Arcsen (√ X /100), con el fin de normalizar los datos. Se rea-lizó el análisis de varianza ANOVA y se com-pararon las medias proporcionales mediante la prueba de Tukey. Se tomó como límite el 5% (0,05) para el valor de la significación. Se uti-lizó el programa estadístico SPSS versión 11.5.0 (2002).

La variable independiente fue el tiempo de exposición expresado en horas, mientras la variable dependiente o variable respuesta fue el porcentaje de mortalidad (% mortalidad) para todos los análisis; también, se tuvieron en cuenta tres variables factor que fueron:

• Aislamiento

• Concentración

• Género de hongo

Se procedió a analizar los resultados de la siguiente manera:

• Se analizó cada aislamiento comparando las concentraciones entre si.

• Se compararon los aislamientos del mismo género con cada concentración evaluada.

• Se compararon los aislamientos de dife-rentes géneros con cada concentración evaluada.

3. RESULTADOS y DISCUSIÓN

La tabla 2 muestra Los hongos aislados a partir de cadáveres de insectos y utilizados para los bioensayos con larvas de Cx. quinquefasciatus, y las tablas 3 a 7 muestran los tratamientos rea-lizados con los datos de mortalidad promedio obtenidos y corregidos de acuerdo a la fórmula de Abott (1925).

Tabla 2 Aislamientos a partir de cadáveres de insectos

Códigoaislamiento Género insecto hospedero Lugardeaislamiento

FUAC S1-02 Paecilomyces sp. Orden COLEOPTERA- AdultoEmbalse del MuñaZona Dique Hospital

FUAC S1-03 Lecanicillium sp. Orden COLEOPTERA- AdultoEmbalse del MuñaZona Dique Hospital

FUAC S1-05 Penicillium sp.Orden DIPTERA- Larva Culex quinquefasciatus

Embalse del MuñaZona Dique Hospital

FUAC S1-13 Penicillium sp. Orden COLEOPTERA- AdultoEmbalse del MuñaZona Dique Hospital

FUAC S2-02 Lecanicillium sp. Orden COLEOPTERA- Adulto Humedal La Conejera

FUAC S2-06 Paecilomyces sp. Orden COLEOPTERA- Adulto Humedal La Conejera

FUAC S2-07 Hirsutella sp. Orden COLEOPTERA- Adulto Humedal La Conejera



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Tabla 3 Datos promedio de mortalidad corregida según Abbot

expresados en porcentaje para la especie Beauveria bassiana

Hongo Concentración 0 hr 24 hr 48 hr 72 hr 96 hr 120 hr

Beauveria bassiana 9205 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 38,7 57,3 73,3 77,3 80,0



Beauveria bassiana Eu2 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 0,0 0,0 0,0 29,4 29,4

Beauveria bassiana Eu2 [1 x 106 esporas/ml] 0,0 0,0 0,0 24,3 53,3 66,7

Beauveria bassiana Le1 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 0,0 0,0 80,3 89,5 89,5

Tabla 4 Datos promedio de mortalidad corregida según Abbot expresados en porcentaje para el género Lecanicillium


Lecanicillium sp. S1-03 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 0,0 0,0 3,8 12,0 15,1









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Tabla 5 Datos promedio de mortalidad corregida según Abbot expresados en porcentaje

para la especie Metarhizium anisopliae


Metarhizium anisopliae 9236 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 25,0 57,3 87,5 88,9 90,3








Tabla 6 Datos promedio de mortalidad corregida según Abbot expresados en porcentaje para el género Paecilomyces


Paecilomyces lilacinus 9301 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 0,0 3,7 13,7 16,3 24,0

Paecilomyces sp. S1-02 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7 6,5





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Tabla 7 Datos promedio de mortalidad corregida según Abbot expresados en porcentaje

para los géneros Penicillium e Hirsutella


Penicillium sp. S1-05 [1 x 107 esporas/ml] 0,0 0,0 2,9 33,8 33,8 33,8





Hirsutella sp. S2-07 [1 x 105 esporas/ml] 0,0 0,0 12,3 12,3 28,8 39,7

Hirsutella sp. S2-07 [1 x 105 esporas/ml] 0,0 5,9 44,1 48,5 58,8 58,8

3.1. Análisis por concentración: 1x105 e/ml

En la gráfica 1 se presentan los resultados de los 9 aislamientos evaluados en la concentra-ción de 1x105 e/ml. De acuerdo a la prueba de Tukey podemos ordenar estos aislamientos en 3 grupos:

1. Aislamientos que expresaron la máxima mortalidad a las 72 horas y no se diferen-cian significativamente entre sí:

a. Metarhizium anisopliae 990614 (63,01%), Metarhizium anisopliae 99068 (48,63%),y Synnematium S2-07 (48,53%).

2. Aislamientos que expresaron el máximo nivel de mortalidad a las 120 horas, sin diferenciarse en forma significativa con el anterior grupo:

a. Penicillium S1-05 (47,44%).

3. Aislamientos cuyo nivel de mortalidad fue equivalente a 0%:

a. Beauveria bassiana 9205, Lecanicillium S2-02, Metarhizium anisopliae 9236 y Penicillium S1-13.

Gráfica 1. Porcentaje de mortalidad en la concentración 1 x 105 esporas/ml


En forma similar a la anterior concentración, los resultados obtenidos con 12 aislamientos eva-luados con la concentración de 1x106 e/ml, se presentan en dos grupos de aislamientos. En la gráfica 3 se presentan los aislamientos que presentaron niveles de mortalidad superiores a 40% y en la gráfica 4 los aislamientos que pre-sentaron valores por debajo del 40%.

De acuerdo al análisis de medias por la prueba de Tukey podemos agrupar los aislamientos de la siguiente manera:

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1. Aislamientos que presentaron mortalida-des equivalentes al 100%:

a. En 24 horas: Metarhizium anisopliae 99068.

b. En 48 horas: Metarhizium anisopliae 990614 y Metarhizium anisopliae 9236.

2. Aislamientos que presentaron mortalida-des intermedias:

a. En 96 horas: Beauveria bassiana 9205 (63,24%) y Beauveria bassiana Eu2 (53,33%).

b. En 120 horas: Lecanicillium S1-03 (41,67%).

3. Aislamientos que presentaron mortalida-des equivalentes a 0%:

a. Lecanicillium S2-02; Lecanicillium S2-10; Lecanicillium S2-19; Paecilomy-ces S1-02; Paecilomyces S2-06 y Penici-llium S1-13.

Gráfica 2. Porcentaje de mortalidad superior al 40% en la concentración 1 x 106 esporas/ml

Gráfica 3. Porcentaje de mortalidad inferior al 40% enl a concentación 1 x 106 esporas/ml


Las gráficas 1 y 2 se presentan los resultados obtenidos con 14 aislamientos en la concen-tración más alta evaluada, 1x107 e/ml. En la primera gráfica están representados los 7 ais-lamientos que alcanzaron mortalidades por encima del 50% y en la segunda gráfica aquellos aislamientos que presentaron mortalidades por debajo del 50%.

Con base en la comparación realizada entre las medias obtenidas mediante la prueba de Tukey, podemos establecer un orden de la siguiente manera:

1. Aislamientos que presentaron un nivel de mortalidad equivalente al 100%:

a. En 24 horas: Metarhizium anisopliae 99068.

b. En 48 horas: Metarhizium anisopliae 990614

c. En 72 horas: Beauveria bassiana Le1 y Metarhizium anisopliae 9236.

d. En 96 horas: Beauveria bassiana 9205.

2. Aislamientos que presentaron un nivel de mortalidad intermedio:

a. En 120 horas: Lecanicillium S2-10 (65,75%) y Lecanicillium S2-19 (61,64%).

3. Aislamientos que presentaron un nivel de mortalidad bajo:

a. En 72 horas: Penicillium S1-05 ( 33,82%).

b. En 96 horas. Beauveria bassiana Eu2 (29,41%).

4. Aislamientos que presentaron un nivel de mortalidad equivalente a 0%:

a. Lecanicillium S1-03; Lecanicillium S2-02; Paecilomyces S1-02; Paecilomy-ces S2-06 y Paecilomyces lilacinus 9301.

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Gráfica 4. Porcentaje de mortalidad superior al 50% en la concentración 1 x 107 esporas/ml

Gráfica 5. Porcentaje de mortalidad inferior al 50% en la concentración 1 x 107 esporas/ml

3.4. Análisis generalLos aislamientos B.b.9205 y B.b.Le1, presenta-ron la máxima mortalidad a las 72 horas (no hay diferencias significativas con las mortali-dades presentadas a las 96 y 120 horas). Estos aislamientos no presentaron diferencias signi-ficativas en sus niveles de mortalidad entre sí a partir de las 72 horas. El aislamiento B.b.Eu2 presentó un nivel de mortalidad significativa-mente más bajo ( 29,41%) que los otros dos ais-lamientos, y fue alcanzada a las 96 horas.

Para el género Lecanicillium, no se presentaron diferencias significativas entre los aislamientos S2-02 y el S1-03, en ninguno de los tiempos eva-luados, al igual que entre los aislamientos S2-10 y S2-19. A partir de las 72 horas se presentan diferencias significativas entre S1-03 y S2-19 al igual que entre S2-02 y S2-19. A las 96 horas se

presenta diferencia significativa entre S2-10 y S2-02, y a las 120 horas entre S2-10 y S1-03. Los aislamientos S2-10 y S2-19 presentaron el por-centaje de mortalidad más alto a las 120 horas, 65,75% y 61,64% respectivamente.

Los tres aislamientos de la especie Metarhizium anisopliae alcanzaron el mismo nivel de mor-talidad, en diferentes tiempos de exposición. A partir de las 72 horas no se presentaron diferen-cias significativas en la mortalidad presentada por los tres aislamientos. Sin embargo el aisla-miento 99068 alcanzó este nivel a las 24 horas (97,62%), el aislamiento 990614 lo hizo a las 48 horas (92,96% ) y el aislamiento 9236 a las 72 horas (87,5%).

El aislamiento que presentó el mayor nivel de mortalidad (100%) en menor tiempo de expo-sición (24 horas) fue Metarhizium anisopliae 99068 en una concentración de 1 x 106 e/ml.

Gráfica 6. Porcentaje de mortalidad de aislamientos de Metharhizium anisopliae

En la gráfica 6, se observa que M.anisopliae 99068 en concentraciones de 1x107e/ml y 1x106e/ml presentó un porcentaje de mortalidad del 100% a las 24 horas de exposición, sin diferencias sig-nificativas entre ellas. Mientras que en la con-centración 1 x 105 e/ml, la máxima mortalidad fue de 48,53% a las 72 horas, presentando dife-rencias significativas con las otras concentracio-nes en todos los periodos de tiempo.

El comportamiento de los tres aislamientos de la especie Metarhizium anisopliae en la con-

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centración de 1x106 e/ml fue muy similar a la presentada con la concentración de 1x107 e/ml. No se presentaron diferencias significativas en la mortalidad a partir de las 72 horas, entre los tres aislamientos. Al igual que con la concentra-ción 1x107 e/ml, el aislamiento 99068 alcanzó el máximo nivel a las 24 horas (98,81%). Los ais-lamientos 990614 (97,14% ) y 9236 alcanzaron el máximo nivel a las 48 horas (78,09%).

No se presentaron diferencias significativas entre los aislamientos de concentración 1x105 e/ml a las 24 horas de exposición. A las 48 horas de exposición se presento diferencia significa-tiva entre el aislamiento 9236 y el aislamiento 990614, y a partir de las 72 horas los aislamien-tos 99068 y 990614 no presentaron diferencias significativas entre si, pero si en relación con el aislamiento 9236. El máximo nivel de mor-talidad alcanzado por los aislamientos 99068 y 990614 fue de 48,53% y 63,01% respectivamente, a las 72 horas de exposición, y de 5,0% para el aislamiento 9236, a las120 horas de exposición.

Como conclusión el aislamiento 99068 de la especie Metarhizium anisopliae en las concen-traciones de 1x106 e/ml y 1x107 e/ml, presentó una mortalidad cercana al 100% en el tiempo más corto registrado (24 horas). Los otros ais-lamientos también presentaron mortalidades cercanas al 100% en un tiempo de exposición mayor (48 y 72 horas).

El aislamiento 99068 de la especie Metarhizium anisopliae en las concentraciones 1x106 e/ml y 1x107 e/ml, presentó una mortalidad cercana al 100% en el tiempo más corto registrado (24 horas). Los otros aislamientos también pre-sentaron mortalidades cercanas al 100% en un tiempo de exposición mayor (48 y 72 horas). Aunque M. anisopliae ha sido aislado de un amplio rango de insectos hospederos es bien conocido que aislamientos individuales poseen considerable especialización con respecto a su rango de hospederos. Las diferencias en su patogenicidad es un indicativo de la gran varia-bilidad genética ocurrida de forma natural. Los mosquitos no están reportados como hospe-deros naturales del género Metarhizium, pero

diversos aislamientos han demostrado su viru-lencia en condiciones de laboratorio. Scholte et al. (2003) demostraron la patogenicidad de Metarhizium anisopliae sobre adultos del vec-tor de la malaria Anopheles gambiae y el vector de la filariasis Culex quinquefasciatus. A nivel de laboratorio, existen reportes de control sobre larvas de Culex quinquefasciatus durante un período de un mes (Ramoska, 1982). Pereira (1998) obtuvó un 90,0% de mortalidad en larvas de C.quinquefasciatus con el aislamiento 1037 de Metarhizium anisopliae, en contraste con aislamientos de la especie Beauveria bassiana que no superaron el 20,0% de mortalidad. El aislamiento M. anisopliae 99068 produjo la mor-talidad de las larvas en tan solo 24 horas, resul-tado reportado también por Alves et al. (2002) para un aislamiento de M. anisopliae aplicado en suspensión, reportando también que su efec-tividad se perdía después de tres días.

El principal modo de acción en las larvas de mosquito es la obstrucción del pasaje de aire a través de los dos troncos traqueales de la larva. Las esporas de M. anisopliae se adhieren a las válvulas perispiraculares, germinan y pene-tran a través de la cutícula dentro del hemo-celo. Los espiráculos son obstruídos y la falta de aire y posiblemente las toxinas producidas por el hongo en la hemolinfa causan la muerte de la larva.. Sin embargo M. anisopliae, es uno de los hongos que puede matar al insecto, antes de que ocurra una invasión masiva de los órganos del insecto, y dos toxinas (destruxi-nas A y B) han sido aisladas del micelio y de filtrados de cultivos del hongo (Roberts, 1966). Quesada-Moraga et al.(2006), evaluaron la efi-cacia de filtrados de cultivos de 25 aislamien-tos de 4 especies de hongos contra Spodoptera littoralis y encontraron una cepa efectiva de M.anisopliae (01/58-Su). Mohanty et al (2008) encontraron que los filtrados de cultivos de M. anisopliae en caldo de quitina poseían un poten-cial como agente de control biologico contra mosquitos.

Estos estudios podrían explicar los resultados obtenidos en la presente investigación, en el cual los aislamientos de Metarhizium aniso-

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pliae evaluados fueron capaces de matar larvas de tercer estadio del mosquito Culex quinque-fasciatus, en un lapso de tan solo 24 horas.

4. CONCLUSIONES

Se constató que las diferencias en los niveles de mortalidad obtenidas son dependientes de las variables evaluadas como son: género, especie, aislamiento, concentración de esporas, y tiempo de exposición de las larvas.

Los tres aislamientos del género Paecilomyces (S1-02, S2-06 y 9301), dos del género Lecanici-llium (S1-03 y S2-02), dos del género Penicillium (S1-05 y S1-13) y uno de la especie Beauveria bassiana (Eu2) presentaron una mortalidad baja o nula (0 % - 33,8%) aún en la concentra-ción más alta evaluada (1x107e/ml), por lo cual estos aislamientos no son recomendados como candidatos a nuevas evaluaciones de laborato-rio o de campo, dado que el uso de concentra-ciones superiores implicarían costos muy altos en un programa de control del mosquito.

Los aislamientos Penicillium S1- 05 (1x105 e/ml), Lecanicillium S2-10 (1x107 e /ml) y Lecani-cillium S2-19 (1x107 e /ml) presentaron niveles de mortalidad de valor intermedio entre 47, 4% y 65,8% en tiempos de 96 y 120 horas. No se recomienda la utilización de estos aislamien-tos para un programa de control de mosquitos debido al largo tiempo de exposición requerido, difícil de garantizar en condiciones de campo.

Los aislamientos que presentaron niveles de mortalidad altos pertenecen a la especie Metar-hizium anisopliae (990614, 99068 y 9236) que pre-sentaron mortalidad de 100% en concentraciones 1x106 y 1x107 e /ml en 24 y 48 horas; seguidos por aislamientos de la especie Beauveria bas-siana (9205 y Le1) que presentaron una mortali-dad de 100% a las 72 y 96 horas en concentración 1x107 e/ml. Estos aislamientos son recomenda-dos para su evaluación a nivel de campo dado al alto grado de patogenicidad demostrado.

0El aislamiento Hirsutella S2-07 evaluado en la concentración 1x105 e/ml arrojó un resultado de mortalidad significativamente igual a los aislamientos Metarhizium anisopliae 990614 y Metarhizium anisopliae 99068 a las 72 horas (48,5 % - 63,0%), por lo cual se recomienda optimizar la producción de esporas de este aislamiento y su evaluación a concentraciones mayores (1x106 y 1x107 e/ml).

Los tres aislamientos evaluados de la especie Metarhizium anisopliae (990614, 99068 y 9236) presentaron un comportamiento muy similar en cuanto al nivel de mortalidad alcanzado (100%) así como al tiempo de máxima mortalidad (48h - 72 h), en dos de las concentraciones evaluadas (1 x 106 e/ml y 1 x 107 e/ml). El aislamiento que presentó el mayor nivel de mortalidad (100%) en menor tiempo de exposición (24 horas) fue Metarhizium anisopliae 99068 en una concen-tración de 1 x 106 e/ml, por lo tanto se consi-dera como un aislamiento promisorio para ser desarrollado como producto comercial, previa evaluación en condiciones de campo.

5. AgRADECIMIENTOS

Hacemos un especial reconocimiento al Dr. Henry Hanssen Villamizar (q.e.p.d.), quien se destacó como un gran líder de la Investigación científica en Colombia. Su estímulo y conoci-miento fueron fundamentales para el desarro-llo de esta investigación.

Agradecemos a la Fundación Centro de Bio-tecnología Mariano Ospina Pérez por permi-tirnos utilizar los hongos entomopatógenos de su banco de aislamientos y de sus productos comerciales.

Agradecemos al Profesor Luis Alejandro Mas-mela del Departamento de Ciencias Natura-les y Exactas de la Universidad Autónoma de Colombia, por su contribución al análisis esta-dístico de los datos.

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el deSarrollo SoStenible como factor articulador de la geStión pública dentro de la valoración de loS coStoS ambientaleS

Fernando Sánchez Sánchez Ingeniero Ambiental. Docente Universidad Autónoma de Colombia


Resumen

Este ensayo hace un paralelo entre las diferentes tendencias de la sostenibilidad y sustentabilidad ambiental; y la relación de estas con la Gestión Pública, de manera integrada con el aspecto de cuantificación de los recursos naturales con el objeto de relacionar los supuestos que tienen en común estas tendencias con el mejoramiento de la calidad de vida de la población.

Palabras claves: sostenibilidad, sustentabilidad, gestión pública, ecología, medio ambiente, economía ambiental, economía ecológica, calidad de vida y recursos naturales.

AbstRAct

This test makes a parallel between the different tendencies from the sustainability and environmental sustentabilidad; and the relation of these with the Public Management, of way integrated with the aspect of quantification of the natural resources with the intention of relating the assumptions that they have in common these tendencies with the improvement of the quality of life of the population.

Key words: sustainability, sustentabilidad, public management, ecology, environment, environmental economy, ecological economy, natural quality of life and resources.

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el desarrollo sostenible como factor articulador de la gestión pública dentro de la valoración de los costos ambientales

1. INTRODUCCIÓN

Dentro de las diferentes tendencias de la sostenibilidad y sustentabilidad ambiental, se hace relación a la crisis

ambiental, social y economica de los últimos años. En torno a este, la humanidad ha venido incrementando, de manera desigual e inequita-tiva, los niveles de vida, entendidos estos en tér-minos de cantidades de bienes y servicios dis-ponibles para la satisfacción de las necesidades básicas y de consumo, incremento realizado no pocas veces en detrimento de la calidad de vida y, sobre todo, de las posibilidades de manteni-miento y mejoramiento de condiciones dignas que permitan brindar una vida digna para las generaciones presentes y futuras.

Para poder hacer este paralelo y análisis, objeto de este ensayo; se hace necesario precisar varios términos que permitan de manera objetiva acla-rar conceptos, crear de alguna forma un cambio cultural en lo que se refiere al cuidado de nues-tros recursos naturales en la población¸ ya que en la actualidad existe gran preocupación por parte de la población, no solo la población afec-tada si no en general, presentándose movimien-tos sociales de índole ambiental, cuyo fin es la protección y conservación del medio ambiente. La población, solicita y adquiere productos que no contaminen el medio ambiente.

Se puede analizar, que entre la población, en general, se ha ido formado poco a poco concien-cia por el cuidado de nuestros recursos natu-rales; debido en gran parte a que somos noso-tros, quienes cada día nos vemos afectados por los continuos cambios climáticos que presenta nuestro planeta. Una visión simplista de la crisis ambiental se genera por la falta de políticas ambientales que protejan nuestros recursos. En la gran mayoría de países del mundo, lo ambiental no es más que un discurso, discurso a veces molesto pues se trata de invertir en maquinaria y materia prima amigable con el ambiente, lo que a la luz de los empresarios (en términos generales) se convierte en un costo más que disminuye la rentabilidad de su negocio. Es allí donde entra

a desarrollar un papel sumamente importante la Gestión Pública Ambiental (GPA) que per-mita evaluar, hacer seguimiento, control y for-mular estrategias a los diferentes procesos de carácter público y privado que de una u otra forma incluya dentro de su desarrollo recursos naturales. Finalmente otro tema que debemos abordar es la valoración de los recursos naturales, ya que otra de las necesidades presentes es el de lograr nuevos conceptos, metodologías y aplicaciones sobre el problema de la valoración de los bienes ambientales y los recursos naturales, pasando por los planteamientos que ofrece la teoría económica y la viabilidad y objetividad de los procesos de valoración, desde el punto de vista científico, económico y tecnológico.

2. DESARROLLO TEÓRICO

En este momento de crisis ambiental surge el Desarrollo Sostenible como elemento articu-lador entre el medio ambiente y la población, pero se desconoce en su gran mayoría su desa-rrollo y lo más importante su aplicabilidad. En la actualidad es entendido genéricamente como la evolución cualitativa y cuantitativa de las condi-ciones sociales y naturales de un territorio; es allí, donde entra a jugar un papel muy importante la Gestión Pública ambiental, la cual debería aplicar el desarrollo sostenible no como teo-ría, sino como una política pública de carácter nacional, que permita controlar, evaluar y apli-car los procesos o proyectos que involucren en su desarrollo recursos naturales.

De hecho, con los procesos de globalización actuales, sobre todo a nivel de países perifé-ricos1, el desarrollo sostenible territorial ha

1 En los países periféricos, aquellos con situaciones de indus-trialización tardía, dependientes y huérfanos de una cultura propia, el crecimiento económico depende cada vez más de factores exógenos. Tales países se han insertado en la eco-nomía mundial como exportadores de productos primarios y de recursos naturales y sus patrones de consumo son un simple reflejo del consumo de las élites de los países indus-trializados. El progreso técnico, verdadero motor del creci-miento endógeno, es importado como un paquete cerrado, sin dar lugar a un genuino proceso de innovación tecnoló-gica nacional [Boisier, 1997].

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venido y sigue siendo medido y evaluado prin-cipalmente en términos de crecimiento econó-mico y acumulación de riqueza localizada, (es decir para unos pocos); reflejando solamente el progreso de un elemento de las condiciones sociales (el de los aspectos económicos y finan-cieros), dejando aún lado, entre otros, aspec-tos relacionados con el desarrollo y bienestar humano y por ende la evolución y protección de las condiciones naturales del territorio. Como aporte personal se puede decir que tal como lo demuestra la crisis ambiental económica actual, existe un lento crecimiento económico, existe acumulación de riqueza personalizada y existe gran deterioro ambiental en la gran mayoría del territorio; no solo en Colombia sino a nivel mun-dial, lo que ha ido constituyendo gran deterioro en la calidad de vida y desarrollo de los seres humanos, en todos los aspectos.

Lo anterior, nos lleva a aclarar el término terri-torio desde el punto de vista ambiental y el concepto de Desarrollo Sostenible, que permita darle un enfoque integral al presente ensayo.

El término territorio es entendido como un ámbito espacial de confluencia e interacción especí-fica entre el sistema natural y el sistema social que lo habita (Vega, 2001), y la definición más actual de desarrollo sostenible, es la que se llama desarrollo humano sostenible y se refiere a que desarrollo sostenible es mantener y acrecentar el capital social (DNP, 1992), en otras palabras, es el crecimiento y el mantenimiento del capital social, el cuál presenta cuatro formas de capi-tal; el primer capital es el capital humano, es el talento individual, con él se debe potenciar al individuo en su capital personal; el ser humano es la ciencia, es la tecnología, es la educación, es la preparación personal (MEN, 1993).

En este sentido Colombia, según datos suminis-trados por la revista ambiental Contraste, tiene que hacer un esfuerzo gigantesco con respecto al capital humano; Colombia invierte alrededor del 0.34% del PIB anual en ciencia y tecnología, el Gobierno actual a través del plan de desarro-llo cuatrienal del Salto Social se ha propuesto

alcanzar el 1% del PIB en ciencia y tecnología y hasta hoy empiezan a darse los pasos conducen-tes a ese fin. Sin embargo, Colombia en el con-texto mundial posee una gran ventaja y carac-terística fundamental del capital humano, que es el conocimiento ancestral, el conocimiento ya generado durante millones y millones de años y que hoy lo mantienen de manera sabia los indí-genas y gran parte de la población campesina de nuestro territorio; quienes adquirieron el conocimiento a través de la observación directa de las plantas, los animales, el clima y demás elementos que les permitía de manera respe-table y hasta ceremonial, utilizar los recursos naturales de manera productiva y competitiva sin afectar su ciclo vital.

El otro capital es el capital natural; el cual tiene tres grandes dimensiones: por un lado los recursos naturales que a su vez pueden ser de dos tipos: los vivos y los inertes dentro de los cuales están el petróleo, carbón y gas que han tomado millones de años en formarse y que se consideran un stock, es decir, están guardados; mientras que los otros son los recursos vivos que dependen enteramente de todo el proceso de la tierra, de la relación sol-tierra.

Otro de los conceptos con los cuales se le conoce al capital natural, es la calidad ambien-tal, calidad del agua, del aire, degradación de los suelos. En este sentido, (aunque hoy esto es una hipótesis), Colombia, pese al descuido de las autoridades ambientales; es un país abso-lutamente excepcional frente a grandes países del mundo, tenemos grandes fuentes de ener-gía, zonas carboníferas de alta calidad, amplias zonas petroleras. Lo que significa de alguna manera que somos un país rico en combustibles fósiles, en electricidad, el 78% de la generación eléctrica proviene de las hidroeléctricas, el 22% del sector térmico, somos un país no sólo con los recursos fósiles y con los recursos energéti-cos más prodigiosos del mundo2.

2 “Conocimiento y Educación Ambiental”. En: Formación ambiental. Órgano informativo de la red de formación ambiental para América Latina y El Caribe, sep. 1996 y sep. 1997.

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Otro de las grandes ventajas que posee nuestro país, es la gran riqueza en biodiversidad (tam-bién hipotéticamente) según la revista ambien-tal; somos el país más rico en biodiversidad por kilómetro cuadrado de los países continentales del mundo. Mientras que Brasil tiene alrededor de unas 57.000 especies de angioespermas, divi-didas en 8 millones de kilómetros cuadrados, Colombia posee unas 49.000 especies de angio-espermas por cada 1 millón 137 kilómetros cua-drados en biodiversidad3.

Lo anterior permite analizar de manera hipoté-tica, que Colombia es un país con gran variedad de biodiversidad, pero con un capital humano que está rezagado, es decir sin directrices o políticas ambientales que permitan en primera medida actualizar cifras para poder aterrizar y bajarnos de esa nube, que de una u otra forma hace que no cuidemos lo que tenemos. En este sentido juega un gran papel la Gestión Pública Ambiental y la Valoración económica de los recursos naturales. Es de anotar que el SINA Sistema Nacional Ambiental; fue creado por el Ministerio del Medio Ambiente, junto con otras corporaciones regionales e institutos de investi-gación ecológica y ambiental, con el objetivo de hacer esta valoración ambiental desde el punto de vista económico y humano.

El tercer tipo de capital es el capital artificial, que puede ser privado o colectivo. Un ejemplo del capital artificial privado, son las fábricas del sindicato antioqueño, los Mercedes Benz, los apartamentos, sus casas, las empresas de buses privadas, etc.; en otras palabras son todas las formas que han sido construidas por la humani-dad, que hayan sido producto de un proceso de transformación, es decir, que sea artificial, que haya sido construido por la mente y las manos humanas. Y el capital privado está compuesto por el capital industrial, las fábricas, máquinas; por el capital artificial colectivo que hacen parte, de este la infraestructura de servicios públicos, los museos públicos, las vías públicas y las uni-versidades públicas.

Finalmente, el cuarto capital es el cívico e insti-tucional, es la base sólida que permite unificar los anteriores capitales, si un país creciera sólo en capital humano podría generar desbalan-ces que no necesariamente significan que haya desarrollo sostenible. Si un país sólo creciera en capital natural tampoco sería el desarrollo sos-tenible, pero si crece armónicamente, en los tres capitales y los mantiene gracias a un cuarto capi-tal que es el cívico e institucional, que se puede vislumbrar como la Gestión Pública Ambiental; que permite de manera coordinada la educa-ción ambiental para la población, garantiza que el Estado cumpla con lo que tiene que hacer ambientalmente y finalmente se responsabiliza solidariamente para que entre todos siga avan-zando las políticas ambientales; generando a su vez un Estado más transparente, más ágil y más eficaz.

En este sentido las políticas públicas ambienta-les deben ser redefinidas genéricamente, para que sea un conjunto de prácticas, instituciones y determinaciones, cuyo objetivo sea el de gene-rar desarrollo sostenible y sustentable para la población dentro de un territorio determinado, con el propósito de orientarlo, fomentarlo y controlarlo.

Por otro lado, es importante resaltar la relación existente entre lo ambiental, la sociedad y la cultura humana con el ecosistema de soporte, que son de carácter natural de cada uno de los capitales; es así que la relación, de capital cívico-institucional con el capital natural es fundamentalmente una relación que no se rige solamente por parámetros económicos, de efi-ciencia económica sino también por parámetros éticos y culturales. Es acá donde se evidencia los desacuerdos entre la sociedad, los sectores políticos, los sectores económicos públicos, pri-vados y los intereses del Estado; sobre los recur-sos naturales, sobre su propiedad, el espacio y su uso. Cada sector posee un interés particular que prima sobre el general, sobre el verdadero interés que debe ser el de la calidad de vida de las generaciones presentes y futuras.

De acuerdo con lo anteriormente expuesto, el medio ambiente establece límites para las for-3 Ibít.

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mas y niveles de explotación de los recursos, condicionando el proceso de valoración, acu-mulación y reproducción del capital. El con-cepto de ‘ambiente’ resurge desde su espacio de exclusión ‘problematizando’ su conocimiento y cobrando un sentido estratégico en el proceso político de liquidación de las “externalidades del desarrollo” (la explotación de la natura-leza, la degradación ambiental, la marginación social) que son efectos no valorados moneta-riamente, los cuales persisten a pesar del pro-pósito de ecologizar los procesos productivos, de capitalizar a la naturaleza y de producir un saber interdisciplinario a través de enfoques integrados.

Es de resaltar que la valoración de bienes ambientales recae en la uniformidad de cri-terios alrededor de la verdad inocultable de la conservación del medio ambiente y de los recursos naturales. Sociólogos como Durkheim, E., explican con acierto el porqué la Economía, el ambiente y la sociedad, no pueden sobrevivir sin necesitarse y sin complementarse mutua y recíprocamente, lo que es la base fundamental de la “Teoría de la integración de Durkheim” (Aguilera, 1994).

El ambiente no se debe considerar exclusi-vamente, como el medio que circunda a las especies y a las poblaciones biológicas, lo cual ha sido la acepción generalmente concebida, sino como una categoría sociológica y no meramente biológica, relativa a una raciona-lidad social configurada por comportamien-tos, valores y saberes, así como por nuevos potenciales productivos.

En este sentido, el ambiente del sistema econó-mico está constituido por las condiciones eco-lógicas de productividad y regeneración de los recursos naturales, así como por las leyes ter-modinámicas de degradación de la materia y la energía en los procesos productivos.

Es en este sentido, que surgen los problemas acerca de la valoración de los bienes ambienta-les de carácter técnico y que relaciona aspectos como la diferencia entre valor de uso y valor

de cambio para los bienes ambientales, el pro-blema de los recursos no renovables que no tie-nen posibilidad de sustitución, el agotamiento o capacidad de carga de los bienes renovables y los usos múltiples de muchos bienes ambien-tales (biodiversidad, recreación, paisajismo, producción sostenible), muchos de ellos apenas conocidos o por explorar y sumándole el inte-rés particular que en muchos casos ambiental-mente prima sobre el general.

Tales aspectos se desarrollan seguidamente con-frontando los contenidos de la diferenciación entre las posiciones en contravía de la admisión de cualquier posibilidad de valoración y aque-llas que ante la actividad del problema y algu-nos soportes teóricos, admiten que se puede llegar en casos a aproximaciones valorativas de los bienes ambientales y los recursos naturales.

En la actualidad, estos problemas recalcan más en Colombia y demás países en vía de desa-rrollo, pues la valoración de los recursos natu-rales no es cuantitativa, si no cualitativa y en su gran mayoría se valora teniendo en cuenta el beneficio personal; no existe una técnica por así decirlo que sea equitativa, medible cuantita-tiva y cualitativamente. Esto ha generado que ante cualquier problema ambiental, prevalezca el daño económico y no el daño ambiental, es decir se repara económicamente, pero no hay una reparación ambiental que permita proteger los recursos naturales del territorio.

Es importante destacar afirmaciones, como la de Martínez Allier, quien plantea que

la cuestión real es que tanto la destrucción como la mejora del medio ambiente nos invo-lucran en decisiones que tienen consecuen-cias a largo plazo sumamente heterogéneas y que, además, son decisiones de una gene-ración con consecuencias sobre las próximas generaciones.

Este planteamiento confirma que al asignar un valor monetario a los recursos naturales y el apli-car una tasa de descuento a las utilidades futu-

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ras para obtener su actual valor capitalizado; puede generar un cálculo monetario un tanto preciso, pero pone en peligro la salud humana y la supervivencia. Por esta razón la inclinación a considerar que el intento de medir los costos y los beneficios sociales simplemente en térmi-nos de valores monetarios, está condenada al fracaso. Desde tales consideraciones se tendría que los costos y beneficios sociales deben verse como fenómenos extra-monetarios, acreditados a toda la sociedad o sufridos por toda la socie-dad; son múltiples y no pueden ser compara-dos cuantitativamente entre sí, ni mucho menos puede quedarse sólo en teoría.

Como primera conclusión del presente ensayo, se puede afirmar que la economía habitual no da respuesta a la posibilidad de una valoración cuantitativa de los recursos naturales, y el uso racional de estos recursos no conllevan a mejo-rar, cuidar y proteger el medio ambiente, por lo cual se hace necesario asignar una valoración económica independiente de los intereses indi-viduales y políticos.

Como segunda conclusión, es evidente que los efectos globales, que estamos viviendo día a día como el calentamiento de la tierra, el uso de energía nuclear y el almacenamiento inade-cuado de residuos radiactivos durante miles de años, son prácticamente invalorables debido al dilema existente alrededor de sus efectos y con-secuencias presentes y futuras.

Para finalizar, en la actualidad, como se ha venido recalcando, estas nueva tendencias de desarrollo sostenible y sustentable, gestión pública ambiental y valoración económica de los recursos naturales; son temas principales en las agendas de las organizaciones mundiales como lo son la ONU, MERCOSUR entre otras, lo que ha permitido por lo menos, conocer el tema, investigar y proponer políticas ambien-tales que contribuyen al cuidado y protección del medio ambiente en el planeta, se ha ido exi-giendo a las empresas utilizar tecnologías que no generen daño ambiental, (imposible). Uso de materiales biodegradables, y de una u otra

forma en algunos países, se aplican sanciones económicas que resarcen parte del daño cau-sado ambientalmente; como lo mencionamos anteriormente son invalorables. Esto con el propósito de responder a las exigencias de un Estado moderno, preocupado por una gestión armónica del medio ambiente y de los proce-sos de desarrollo social y económico como una estrategia indispensable, para la protección del medio ambiente, la salud de los consumidores y la producción eficiente y eficaz de bienes y servi-cios, en el marco de los procesos ambientales.

Por último, el presente análisis nos ha permi-tido retomar nuevos conceptos sobre desarrollo sostenible y sustentable deben ser elementos articuladores entre la gestión pública y el medio ambiente, en la actualidad esta implementán-dose a través de políticas ambientales o entes ambientales, en nuestro país está el Sistema Nacional Ambiental (SINA), pero se requiere que tanto las políticas ambientales como los entes territoriales y entidades ambientales, estén regidas por una visión y unos principios generales, que estén orientadas hacia la finali-dad de un desarrollo sostenible y sustentable ya su vez sean enfocadas al logro de unos objeti-vos generales y, desarrolladas y materializadas a través de un marco institucional de soluciones estratégicas ambientales.

3. RECOMENDACIONES

Las políticas públicas ambientales deben com-partir los mismos principios generales y con la misma finalidad, su marco institucional deberá ser el resultado de un estudio específico de acuerdo al objetivo general de cada política en particular.

Las políticas públicas ambientales deberán per-mitir la creación de proyectos de desarrollo sos-tenible y que a su vez, estos sean impulsados por la Gestión Pública, enfatizando que el logro del desarrollo sostenible, no es responsabili-dad exclusiva de la política ambiental, sino que corresponde a una acción integral de todos los actores.

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El desarrollo sostenible, como finalidad inte-gradora de todas las políticas públicas y por lo tanto, del Estado, deberá caracterizarse por ser ambiental y socialmente sostenible.

Se debe propender porque cada nación dis-ponga e implemente una política ambiental

nacional, genéricamente orientada a garantizar la sostenibilidad ambiental, garantizando de esta formar, en tiempo y espacio, la evolución y mejoramiento continuo, de la calidad, canti-dad y disponibilidad de sus recursos naturales renovables y no renovables y de los servicios ambientales de sus ecosistemas.

REfERENCIAS

Aguilera, K. y Alcántara, A., 1994. De la Economía Ambiental a la Economía Ecológica. Madrid: Economía Crítica.

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manejo ambiental del Subproducto vinaza de la obtención de bioetanol a partir de remolacha forrajera (beta vulgariS l.) mediante la producción de proteína unicelular - faSe laboratorio

Quelbis Román Quintero Bertel C.M.Sc. Ingeniero Agrícola, Esp. Ciencias Ambientales.

Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]

Celso Libardo Mateus Pineda Lic. Biología y Química. Ph.D. Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]

Martha Giselle Rivera Pineda M.Sc. Microbiología. Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]

Nubia Consuelo Riaño Jiménez Ingeniera Ambiental y Sanitaria. Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]

Jennyffer Lizeth Hernández Hernández Ingeniera Ambiental. Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]


Resumen

En el presente proyecto se realiza un estudio del proceso fermentativo en la producción de biomasa, empleando las vinazas procedentes de la destilación de alcohol a partir de remolacha forrajera, suplementadas con mieles de caña como fuente de sustrato, para la producción de proteína unicelular. Se empleó un sistema de cultivo por lote incrementado, a escala de laboratorio con tres alternativas de mezcla de vinazas de destilería y mieles finales: 90/10, 80/20 y 50/50, en contenido de azúcares reductores totales (ART) en el sustrato. Se utilizaron dos cepas de levadura: Saccharomyces cerevisiae de LEVAPAN ® y Kluyveromyces fragilis del Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional (IBUN). Los mejores resultados fueron obtenidos con la mezcla VD/MF:80/20 y con la levadura Saccharomyces cerevisiae, y se logró un incremento de hasta de 5,8 veces en la biomasa de la levadura en un período de 10 horas de incubación a 30ºC.Palabras clave: Proteina unicelular, Vinazas, alimentación.

AbstRActThis project is an study of the fermentation process used for the production of biomass using the fodder beetroot alcohol distillation vinasses, supplemented with cane honeys as source of substratum, for the production of single-cell protein. The process used was increased batch at laboratory scale, with three mixture alternatives of Destillery Vinasses and Final Honeys: 90/10, 80/20 and 50/50, in total reducer sugars (ART) in the substratum. Two different yeast strains were used, Saccharomyces cerevisiae from LEVAPAN ® and Kluyveromyces fragilis from the: Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional (IBUN). Best results were obtained with Saccharomyces cerevisiae from LEVAPAN® and with 80/20 mixture, achieving an increase of 5,8 times in the yeast biomass, in a 10 hours period of incubation at 30ºC.Keywords: single cell protein, vinasse, food.

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manejo Ambiental del subproducto vinaza de la obtención de Bioetanol a partir de remolacha forrajera (Beta vulgaris L.)

1. INTRODUCCIÓN

Las tecnologías más limpias o producción más limpia, se debe implementar en los procesos productivos para el aprove-

chamiento de los residuos o desechos, ya que esta tecnología brinda una estrategia de pre-vención ambiental integrada a producciones y servicios con el objetivo de incrementar su eficiencia. Además proporciona la reducción de los desechos o residuos recirculándolos con los procesos productivos para así mini-mizar y reducir los daños generados tanto al medio ambiente como a la salud humana, y orientado a la búsqueda de empresas más sostenibles.

Las vinazas de destilerías provenientes de la destilación de alcohol a partir de la remolacha forrajera, son considerados residuos indus-triales aprensivos con el ambiente; son una fuente atractiva para su empleo como sus-trato en la producción de proteína unicelular (SCP), convirtiéndolo en un producto de alto valor agregado destinado a la alimentación animal.

Los primeros microorganismos empleados como fuente de proteína fueron las levaduras, especialmente Saccharomyces cerevisiae que aún hoy es la principal fuente de proteína unicelular (SCP) con una producción de 200.000 toneladas anuales en peso seco.

Son también de uso amplio la Spirulina maxima, Aspergillus níger, Kluyveromyces fragilis y Can-dida utilis. La utilización de determinado micro-organismo depende del sustrato, el proceso y la misma calidad deseada de la biomasa.

La producción de SCP alcanza sus niveles más rentables, puesto que los desechos industriales son las materias primas más baratas y diver-sas, especialmente si los mismos se aprovechan en el lugar propio donde son producidas, con lo cual se elimina en gran parte el costo del transporte.

La lista de posibles residuos involucra técnica-mente cualquier fuente de carbón, entre ellos

melazas derivadas de la industria azucarera, empleando Saccharomyces cerevisiae y los resi-duos de la industria licorera o vinazas con el mismo microorganismo1.

2. METODOLOgíA Microorganismo: se emplearon cepas de leva-duras obtenidas de terceros como Saccharomyces cerevisiae de LEVAPAN ® y Kluyveromyces fragi-lis del Instituto de Biotecnología de la Universi-dad Nacional (IBUN). La incubación se realizó a 30ºC. Los tubos de ensayo con las levaduras se guardaron en frío (4-6 ºC) por un periodo máximo de un mes.

Muestreo del desecho líquido: la vinaza utilizada para el cultivo se toma del tanque de reserva de destilación de la Planta de Tratamiento ubicada en el Municipio de Tenjo (Cundinamarca) per-teneciente a una industria alcoholera.

Ensayo de pre-adaptación y crecimiento: este ensayo se realiza para adaptar la levadura al sustrato vinaza. Para ello se toma una asada de cepas y se inocula en un tubo de ensayo que contenía 10 ml de vinaza esterilizada, al cual se le ajustó el pH a 4,5 previamente. Este inóculo se deja en agitación mecánica por 24 horas a temperatura ambiente. Este procedimiento se repite por dos períodos más de 24 horas para luego sembrar la cepa adaptada en agar.

Preparación del medio de cultivo: se preparan cuatro medios de cultivo diferentes, tomando como base un litro de vinaza y sin esterilizar, con concentraciones de 0, 0.5, 1.0 y 1.5 g/L de cada uno de los nutrientes por separado.

Se ajusta el pH a 4.5; luego se reparte en pro-porciones de 10, 100 y 390 ml en erlenmeyers de 125, 500 y 1000 ml respectivamente, haciéndose por duplicado. Posteriormente, se esteriliza la

1 García, A. y Rojas, C. “Posibilidades de uso de la Vinaza en la agricultura de acuerdo con su modo de acción en los suelos”. Nota técnica, p. 98.

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vinaza contenida en los erlenmeyers con tapón de gasa y algodón en una autoclave a 15 lb. durante 15 minutos.

Recuento de células: para determinar el creci-miento de la levadura en el medio con vinaza se emplea la técnica de conteo de células en Cámara de Neubauer (Anido, 1943).

Fermentación aeróbica: luego de preparado cada medio, se procede a montar la fermenta-ción aeróbica. Para ello se mezcla el contenido de los erlenmeyers de 1000 ml, llegándose así a un volumen de un litro, y se coloca en un erlen-meyer de dos litros previamente lavada y este-rilizada, tapándola con un tapón aforado, el cual contiene dos tubos. Por uno de ellos está conectada la entrada de aire proveniente de un filtro de aire utilizado para peceras, la salida de aire debe estar casi al fondo del erlenmeyer, para así garantizar una buena distribución de aire en la mezcla. El otro tubo es para la des-carga de gases. Se enciende el filtro de aire y se deja burbujear por espacio de 24 horas, tomando muestras para conteo celular cada dos horas.

Separación de levadura del sobrenadante: luego de finalizada la fermentación aeróbica se separa la levadura del sobrenadante mediante centri-fugación a 1500 rpm.

Caracterización de productos de la fermenta-ción: los análisis químicos se realizan por tri-plicado, empleando métodos COVENIN. La determinación del extracto libre de nitrógeno (Brenmer, 1965).

El proceso de producción de biomasa involucró un procedimiento de conteo de células por el método de la cámara de Neubauer, determina-ción de pH y temperatura a intervalos de dos horas, el cual se realizó en un tiempo estimado de catorce horas y mediante el cual se obtuvie-ron los resultados reportados en las Tablas No. 1, Tabla No. 2, Tabla No. 3, Tabla No. 4 y Gráfi-cas No. 1, Gráfica No. 2, Gráfica No. 3, Gráfica No. 4, Gráfica No. 5.

Tabla No. 1 Resultados de la producción de biomasa proteica

concentración 90 VD/10 MF.

lEVAPAn 90/10

t (horas) cel totales cel / ml vol (ml) ph

0 1,00E+10 2,00E+07 500 4,5

2 5,60E+09 1,12E+07 673 4,0

4 3,77E+10 5,60E+07 846 4,0

6 2,67E+10 3,16E+07 1000 4,0

8 2,85E+10 2,85E+07 1000 4,0

Gráfica No. 1 Curva de crecimiento concentración 90 VD/10 MF

con levadura Saccharomyces cerevisiae


Concentración 80 VD/20 MF con levadura Saccharomyces cerevisiae

lEVAPAn 80/20

t (horas) cel totales cel / ml vol (ml) ph

0 1,00E+10 2,00E+07 500 7,0

2 1,43E+10 2,85E+07 500 6,0

4 1,78E+10 2,20E+07 808 4,7

6 1,95E+10 1,95E+07 1003 4,7

8 2,39E+10 2,00E+07 1198 4,7

10 4,55E+10 3,80E+07 1198 4,5

12 6,10E+10 6,10E+07 1000 4,0

14 4,00E+10 4,00E+07 1000 4,0

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con levadura Saccaromyces Cerevisiae

Tabla No. 3 Resultados de la producción de biomasa proteica concentración 80 VD/20 MF con Saccharomyces

cerevisiae Levapan®

lEVAPAn 80/20

t (horas) cel totales cel / ml vol (ml) Ph

0 5,00E+09 1,00E+07 500 5,0

2 8,50E+09 1,70E+07 673 5,0

4 1,10E+10 1,65E+07 846 5,0

6 2,24E+10 2,65E+07 1000 5,0

8 3,25E+10 3,25E+07 1000 5,0

10 5,80E+10 5,80E+07 1000 5,0


con S. cerevisiae


concentración 80 VD/20 MF con levadura (Saccharomyces cerevisiae) y con levadura

Kluyveromyces fragilis

lEVAPAn (Saccharomyces cerevisiae)

t (horas) CEl totAlES

0 6,22E+10

2 6,45E+10

4 8,69E+10

6 2,25E+11

8 2,29E+11

10 2,83E+11

12 2,81E+11

14 1,61E+11

Kluyveromyces fragilis

t (horas) cel totales

0 6,55E+10

2 5,35E+10

4 7,35E+10

6 9,65E+10

8 1,29E+11

10 1,81E+11

12 1,32E+11

14 2,20E+11

Gráfica No. 4 Comparación de las curvas de Crecimiento en la concentración 80 VD/20 MF de (Saccharomyces

cerevisiae) y Kluyveromyces fragilis

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Quelbis román Quintero B. / Celso Libardo mateus P. / martha Giselle rivera P. / Nubia Consuelo riaño J. / Jennyffer Lizeth Hernández H.

Gráfica No. 5 Comparación de las curvas de crecimiento de las concentraciones 90 VD/10 MF y 80 VD/20 MF con

levadura (Saccharomyces cerevisiae)

3. RESULTADOS

Según los análisis realizados a la biomasa pro-teica, se obtuvo un 16.5 g. de proteína aproxi-madamente y se requiere, en caso de ganado vacuno un 12.2%.

Al tener en cuenta los resultados obtenidos de los procesos productivos de biomasa proteica en concentraciones vinazas/melazas 90/10 y 80/20, el crecimiento celular que proporciona mejores resultados y mayor rendimiento de bio-masa es la concentración 80/20, pues se puede aumentar el tiempo de producción y el creci-miento celular es más alto y adicionalmente proporciona mayor rendimiento.

Al realizar la comparación del crecimiento celu-lar entre el proceso de producción con levadura Saccharomyces cerevisiae y Kluyveromyces fragilis,

se observa un crecimiento más rápido con la levadura Saccharomyces cerevisiae, ya que llega un crecimiento de 2.81 x 1011 Cel/totales, mien-tras que la K. fragilis sólo alcanza hasta 2.20 x 1011 Cel/totales. Esto indica que se debe utilizar la levadura Saccharomyces cerevisiae para obte-ner un mayor crecimiento celular y un mayor rendimiento de biomasa proteica.

4. CONCLUSIONES

Las vinazas de destilería suplementadas con miel final constituyen un sustrato factible para la producción de proteína celular.

La variante de sustrato MF/VD: 80/20 resulta una buena alternativa de mezcla, pues se obtienen mayores niveles de productividad y rendimiento biomasa – sustrato en el proceso fermentativo

La cepa de levadura Saccharomyces cerevisiae presenta un buen comportamiento en los ensa-yos realizados, por lo que puede ser empleada como una alternativa de cultivo en el proceso de producción de biomasa proteica incluidos residuales agresivos al medio ambiente como son las vinazas que forman parte del sustrato en el proceso.

Esta alternativa de empleo de los residuales de la industria alcoholera (vinaza) en la produc-ción de levadura resulta una variante de interés para disminuir la contaminación y el impacto ambiental que provoca esta industria, y se apro-vechan de forma útil estos residuales que son los que más afectan el medio ambiente en este caso, y se contribuye, además a la economía de la propia industria.

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REfERENCIAS

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Webb (1966). Ingeniería Bioquímica. Acribia. Zaragoza, España.

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aplicación del eStándar iec 61850 en loS SiStemaS de proteccioneS eléctricaS para SubeStacioneS de alta tenSión

Eduardo José Molina Ochoa Ing. Electricista, Energy Transmission and Distribution Service

Siemens Austral Andina. [email protected]

Oscar David Flórez Cediel Ing. Electricista, Esp. Telecomunicaciones, Esp. Instrumentación Electrónica,

Esp. Sistemas de Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica, Magister Ing. Eléctrica, Universidad Autónoma de Colombia, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. [email protected]


Resumen

En este documento se analiza la implementación de la metodología del nuevo estándar IEC 61850 GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) de manera que se compara la misma contra la metodología convencional en pruebas fundamentales de relés de protección aplicado a subestaciones de alto voltaje. Adicionalmente tambien se analiza el desempeño de este nuevo estándar con el nuevo concepto de mensaje de comunicación a nivel de IED (Intelligen Electronic Device). Se obtiene un alto rendimiento en la red de datos gracias al medio de transmisión que es inmune a los problemas de interferencia electromagnética característicos en estos sitios, ademas de la flexibilidad en la reconfiguración de los parámetros de operación del sistema de protecciones.}

Palabras clave: IEC 61850 GOOSE, protecciones eléctricas, fibra óptica, SCADA

AbstRAct

This paper discusses implementation of the methodology of the new standard IEC 61850 GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) so as to compare it against the conventional methodology in fundamental tests applied to protective relays for high voltage substations. Additionally also analyze the performance of this new standard with the new concept of message-level communication IED (Intelligen Electronic Device). You get a high performance data network through the means of transmission that is immune to electromagnetic interference problems characteristic of these sites, besides the flexibility in the reconfiguration of the operating parameters of the system of protections.

Keywords: IEC 61850 GOOSE, electrical protection, fiber optic, SCADA

1 Este artículo es el resultado de un proyecto de grado en Ingeniería Eléctrica.

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Aplicación del estándar IeC 61850 en los Sistemas de Protecciones eléctricas para Subestaciones de Alta Tensión

1. INTRODUCCIÓN

Actualmente, la tecnología de control numérico aplicado a los esquemas de protección de subestaciones de alta

tensión ha reducido notablemente el número de componentes distintos o equipos, lo cual ha aumentado la disponibilidad del sistema y ha reducido los costos asociados al mismo. Adicio-nalmente, el uso de redes LAN (Local Area Net-work) de alta velocidad para la transmisión de datos ahorra de manera considerable el volu-men de cableado, y permite, gracias a su baja susceptibilidad a las interferencias electromag-néticas (en el caso de la fibra óptica) su utiliza-ción lo más cerca posible del proceso primario. De manera específica, entre los diferentes siste-mas que tiene una subestación de alta tensión, uno de los más críticos son los de las proteccio-nes eléctricas, en los que se ha logrado imple-mentar a través del uso de IEDs basados en microprocesadores que ofrecen nuevas posibili-dades tales como autosupervisión, mayor capa-cidad computacional para los algoritmos de protección y control, almacenamiento y envió de datos, manejo de eventos y análisis de fallas entre las principales.

Los desarrollos en esta área, aprovechando las nuevas tendencias tecnológicas han logrado

una reducción significativa de espacio físico requerido para la instalación de los sistemas de protección, medición, control y supervisión, como también en la cantidad de cable utilizado; lo cual influye directamente en una reducción en los costos del proyecto, mejoras en la ope-ración, reducción y planificación del manteni-miento y adicionalmente brindan una serie de beneficios que representan ventajas importan-tes a la hora de compararlos con los sistemas convencionales.

2. EvOLUCIÓN DE LOS IED DE pROTECCIÓN y COMUNICACIÓN

Las primeras investigaciones en el campo de la protección computarizada comenzaron en la década de los años 60, cuando las computadoras digitales comenzaron a reemplazar las herra-mientas tradicionales empleadas para el análi-sis de los sistemas de potencia. Inicialmente se resolvieron los problemas de flujos de carga, de cortocircuito y de estabilidad empleando nue-vos programas con resultados satisfactorios.

La Figura 1 muestra como una familia de IEDs ha evolucionado desde la protección electrome-cánica hasta la protección de relés numéricos. Con esta evolución se observa que la velocidad

Figura 1. Evolución de IED

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eduardo José molina ochoa / oscar David Flórez Cediel

en la transmisión de datos también ha crecido brindando una respuesta rápida ante eventos o señales enviadas al sistema de potencia, el incre-mento en la velocidad de transmisión de datos garantiza al centro de control tener una ejecu-ción y visualización de los equipos de corte y seccionamiento en tiempo real (Sollecito, 2008).

3. ApLICACIÓN DE LA NORMA IEC 61850La arquitectura de protección y control de una subestación actual difiere sustancialmente de la arquitectura de una subestación clásica por la aparición de los equipos programables de protección y control de cada posición así como por el equipo que realiza las labores de SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition -adquisición de datos y supervisión de control) local y enlace con el telemando y por las comu-nicaciones establecidas entre ellos.

La norma IEC 61850 trata de definir el bus de comunicaciones de la subestación teniendo en cuenta que datos están disponibles, como son descritos, accedidos e intercambiados y la forma de conexión de los elementos a las redes de comunicaciones (IEEE Standard 1346).

El propósito durante muchos años ha sido defi-nir una arquitectura de comunicaciones que permitiera una integración de los IED´s dentro de elementos de más alto nivel. Una infraes-tructura que sea independiente del fabricante y que permita a elementos de varios fabricantes ser integrados conjuntamente.

A diferencia de la utilización de protocolos de comunicación estándar (DNP3, Modbus, etc) donde los datos del emisor son “traducidos” según el “lenguaje” del protocolo y es necesa-rio, que en el receptor se conozcan las mismas claves para volverlo a traducir (existiendo una pérdida de contexto) en la norma IEC 61850 los datos a transmitir se dividen en grupos lógi-cos y cada uno de ellos a su vez se dividen en nodos lógicos, de tal forma que todos los datos que puedan generarse en la subestación queden contenidos en uno de estos grupos (IEEE Stan-dard 1346).

La norma define un determinado nodo lógico para identificar un dispositivo (por ejemplo un interruptor) dentro de la red y, a modo de contenedor de la información acerca de la posi-ción del mismo (abierto, cerrado), el número de operaciones, los amperios totales conmu-tados, la capacidad restante de operaciones o el estado de su mecanismo de acción, entre otros.

El envió de mensajería GOOSE se realiza a tra-vés de los IED´s que se encuentran conectados a una red física como lo es una red ethernet, la forma en la que se envía el mensaje entre equi-pos como se muestra en la figura 2 el IED X envía un mensaje a los IED Y y al IED Z los cua-les son relés de protección y poseen velocidades de 115200 baudios con una distancia máxima de 15 metros para un puerto de comunicaciones RS-232 (Siemens, siprotec 2008).

Figura 2. Sistema de automatización según IEC 61850

En la figura 3 se observa un esquema típico de las redes de comunicación, esta configuración muestra la flexibilidad y la interoperabilidad que tiene la norma IEC 61850 con IED de otros fabricantes brindando con esto que los equi-pos que se tengan en la subestación tengan un protocolo de comunicación abierto, se pueden integrar y subirse hasta el centro de control para ser supervisado por medio de la mensaje-ría GOOSE, estos esquemas se pueden encon-trar en las subestaciones eléctricas dentro de las bahías. Los IED pueden comunicar los todos los parámetros de operación (Estándar IEC 61850, 2008).

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Las distintas bahías se intercambian después los datos sobre eventos, definidos por el servi-cio GOOSE, normalmente mediante el bus de estación. Este bus, que proporciona la conexión física con el nivel de supervisión, transporta además la comunicación vertical con los dispo-sitivos del nivel de la estación y los centros de control de red. Con las definiciones estableci-das en la norma IEC 61850, se puede crear un modelo virtual de la subestación, planificando todas las funciones de los IED y los canales de comunicaciones

En el proceso de diseño de una nueva subes-tación, los ingenieros proyectan el sistema de automatización de la subestación, que puede cargarse en la nueva herramienta de prueba a fin de establecer el modelo virtual de la misma desde una etapa muy temprana. La herramienta de prueba puede también crear el modelo vir-tual cuando se conecta a una estación de control ya existente, siempre que esté configurada de acuerdo con la norma IEC 61850.

Este paso garantiza que es completa y cohe-rente, y que no es preciso un examen posterior a

través del sistema de control. El propio sistema de control se puede probar de manera parecida cuando se conecta a la herramienta

La herramienta comprueba la adecuada defini-ción de los nombres o la configuración de infor-mes y eventos, simula todos los dispositivos de la subestación que debe considerar el sistema de control. Esto tiene la gran ventaja de que ya se pueden llevar a cabo pruebas en un entorno de oficina en vez de tener que hacerlo a pie de obra. Ilustra directamente el salto paradigmá-tico cuando se hacen las pruebas con el nuevo entorno de herramientas IEC 61850.

Mientras en el enfoque clásico los dispositivos tenían que estar físicamente presentes y conec-tados al sistema de control, la nueva herra-mienta simula los IED, que se someten a una comprobación previa de coherencia, seguida por pruebas rápidas y eficientes en un entorno de oficina. También es posible el método alter-nativo. Si se dispone de los IED reales sin tener instalado un sistema de control, este se puede conectar directamente a la herramienta, que hará las veces de un sistema de control. Tam-

Figura 3. Arquitectura de redes de comunicación

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bién se puede probar con el nuevo programa el correcto funcionamiento del tráfico GOOSE. Cuando se comprueba la respuesta a la inter-conexión lógica de los IED reales, posiblemente en combinación con IED simulados, se pueden detectar fácilmente los fallos en la automatiza-ción de la subestación.

De esa forma, se pueden ejecutar en breve tiempo varios ciclos de pruebas, examinando todo el espectro de posibles casos reales. Para lograr una arquitectura de comunicación se debe tener un canal de comunicación por el cual se llevaran los datos que se recogen de los equipos de seccionamiento y de corte ubicados en el patio de la subestación eléctrica.

Los protocolos de comunicación fueron los que comenzaron la automatización de las subes-taciones eléctricas, a través de este medio de empaquetamiento de datos es posible desde un lugar remoto supervisar y maniobrar los equi-pos de seccionamiento y corte de energía en una subestación de media y alta tensión.

En la tabla 1 se puede observar la comparación entre los protocolos que marcaron una pauta en los esquemas antiguos de protección y comu-nicación en las subestaciones eléctricas, adi-cionalmente se presentan algunas diferencias significativas en comparación con la normati-vidad IEC 61850 en donde una de ellas se pre-

sentan con respecto a los protocolos conocidos como DNP3, Modbus entre otros es el modo de comunicación, en la normatividad IEC 61850 no se presentan los niveles jerárquicos que se presentan en los protocolos de comunicación existentes, gracias al tipo de comunicación que se presenta por medio de la mensajería GOOSE se puede indagar un IED desde otro, de manera que se intercambian o comparten información haciendo más fácil y rápido la ejecución de una orden dentro del sistema.

La velocidad de transmisión de datos es otro punto sobresaliente ante los protocolos mencio-nados en la tabla 1. IEC 61850 tiene una tasa de transferencia de datos de 100 Mbit/s logrando con esta velocidad que una orden se ejecute en menor tiempo que cuando se ejecuta a través de uno de los protocolos mostrados en los cua-les presentan una velocidad máxima de 0,19 Mbit/s (IEC 61850, 2003).

De los beneficios que brinda la norma IEC 61850 se pueden destacar las ventajas y las desventajas con respecto a los esquemas antiguos en los que se utiliza un protocolo tipo jerárquico con res-pecto al utilizado por la norma IEC 61850 a tra-vés de la mensajería GOOSE, el cual responde a eventos orientados. En la tabla 6 se muestran las diferencias entre los esquemas de pruebas de protecciones y comunicación entre los IED que se tengan integrados al sistema de control.

Tabla 1 Comparación de algunos protocolos utilizados en automatización de Subestaciones eléctricas

Valores medidos bus de comunicación

modo de comunicación Velocidad(Mbit/s)

IEC 60870 Si No Maestro/esclavo 0,19Profibus FMS Si No Maestro/esclavo 12

DNP V3.00 Si No Maestro/esclavo 0,12Modbus Si No Maestro/esclavo 0,12UCA2 Si No Evento orientado 100

IEC 61850 Si Si Evento orientado 100

Definitivamente el desempeño es superior a los esquemas de lógica cableada ya que su funda-mentación y aplicación se genera a través del

software de configuración de los IED’s que se tengan o que se vayan a instalar en una sub-estación eléctrica para su respectiva automa-

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tización, posicionándose en un primer lugar y como un buen avance a la modernización de equipos de protección sin tener que discriminar fabricante alguno.

IEC 61850 marca un cambio significativo con gran proyección en las subestaciones eléctri-cas de media y alta tensión pensando solo en mejorar la calidad de la energía entregada al consumidor final y minimizando los constan-tes mantenimientos que se tienen que realizar periódicamente a los equipo de protección eléc-trica, llevando esta minimización de los man-tenimientos a cifras económicas se reduciría en un gran porcentaje para las empresas distri-buidoras y de transmisión de energía eléctrica aumento la confiabilidad y total seguridad que el sistema que se ha implementado responderá de una manera adecuada en beneficio tanto del cliente como del consumidor final.

Por ejemplo en la figura 4 se aprecia un cableado típico para señales de posición como también las señales de medida que se tiene que imple-mentar para que pueda funcionar un esquema de recierre con lógica líder-seguidor para una bahía de una subestación.

Figura 4. Aspecto del cableado convencional para señales de posición y medida.

Cuando se utiliza la norma IEC 61850 el cableado que se tendrá en los tableros es mínimo como se muestra en la figura 5 la llegada de las señales y medidas de otros equipos por medio de fibra óptica al equipo que requiere de las respectivas señales.

Figura 5. Aspecto del cableado con IEC 61850 para señales de posición y medida

4. CONCLUSIONES

El estándar IEC 61850 GOOSE se está utilizando extensamente en muchos diseños de subes-taciones debido a la gran capacidad que tiene que interconectar diversos equipos de diferen-tes fabricantes lo que representa una ventaja ya que no depende de protocolos propietarios.

Una característica del estándar IEC 61850 GOOSE es poder consultar a cada IED para conocer el estado en el que se encuentran los equipos que está supervisando en posiciona-miento y medida, mejorando la calidad de los esquemas de control con respecto a los esque-mas de control que se tenían con otros protoco-los de comunicación.

Los tiempos en los que el estándar IEC 61850 mediante la mensajería GOOSE brinda al sis-tema de control en tiempo real haciendo esca-neos de la red cada vez que ocurra un evento, a diferencia de los otros protocolos que se encon-traban restringidos por un ancho de banda y por la forma de interrogación punto a punto que se tenía con los equipos que este supervisa.

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Debido a que el estándar IEC 61850 GOOSE se utiliza como medio de transmisión físico Fibra Óptica obteniendo una alta velocidad de trans-misión de los datos, así como una reducción de la interferencia electromagnética ocasionada por los conductores de potencia y los equipos de la subestación como también de fenómenos externos como descargas atmosféricas.

La mensajería GOOSE entre las protecciones brinda un mejor tiempo de ejecución entre las mis-

mas cuando se presenta una falla, de igual forma se presta para hacer uso de funciones que tenga un IED de otro campo sin necesidad que el IED que lo necesite la tenga físicamente instalada.

La flexibilidad a través de la interoperabilidad entre IED’s de diferentes fabricantes es una gran ventaja el cual no limita la actualización del sistema SCADA que se diseñen por medio del estándar IEC 61850 GOOSE a través de la mensajería del mismo.

REfERENCIAS

IEC 61850: Communications, networks and systems in substations (comunicaciones, redes y sistemas en las subestaciones), internacional Standard, 2003.

IEEE Standard 1346, IEEE Recommended Practice for Evaluating Electric Power

Estándar IEC 61850 para subestaciones eléctricas. Revista electo industrial: Actualizado Mayo. 2008 [Citado 20 de mayo de 2008]. Disponible en: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mv?xid=643&rank=1

Siemens. SIPROTEC Download-Area. Alemania: Actualizado Abril. 2008 [Citado 25 de abril de 2008]. Disponible en: http://Siemens.siprotec.de/download_neu/html_nav/ind_dev_e.htm

Sollecito, L. (2008). GE digital energy, The impact of distributed 18 generation, Intelligent grid, protection automation and control, magazine, volume 5 article 38.

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eStudio del deSempeño de herramientaS de corte de acero rápido convencional y acero rápido Sinterizado en la induStria metalmecánica

Jorge Mario Grueso Castillo Ingeniero Mecánico, Magister en Ingeniería Mecánica, Docente programa Ingeniería Electromecánica

Universidad Autónoma de Colombia. Integrante grupo de investigación en ENERGÉTICA, adscrito al SUI. [email protected]


Resumen

Este trabajo aborda el estudio de las principales variables que inciden en el proceso de torneado, particularmente su relación e incidencia en la optimización de procesos productivos de piezas mecanizadas. Con el uso apropiado de las herramientas de corte en los procesos de arranque de material es posible optimizar el desempeño de las herramientas, no sólo por la prolongación de vida de la herramienta, sino que por aumento de productividad, con reducción de costos operativos. La propuesta metodológica presentada en este trabajo se basa en el estudio dimensional de las variables que permite atrapar la física del proceso de corte adicionando a las variables mecánicas, los costos de producción. Se realizaron pruebas con diferentes herramientas con el fin de validar los números planteados en talleres de mecanizado y determinar si las herramientas son utilizadas bajo parámetros óptimos productivos, planteando alternativas de mejoramiento de producción desde una visión técnico-económica.

Palabras clave: análisis dimensional, Torneado, herramientas de corte.

AbstRAct

the present paper consist in the study of the tool wear of sintered high speed steel, conventional high speed steel, hard metal widia and tungsten carbide in turning. The testing in turning operations at workshops in Bogotá, under different sequences of work piece materials and cutting conditions up to the wear of the tool. Data were collected to develop a graph relating two non-dimensional numbers (π1, π2). Graphs constructed with collection of many data show to be convergent to a zone where all data can be agglutinated of non-dimensional numbers π1 y π2, they facilitated to do the comparisons between tools.

Keywords: Dimensional Analysis, turning, tool Wear.

1 La técnica de números adimensionales aplicada en la medición de variables de operación en mecanizado de materiales ha sido desarrollada por el grupo LATEMM (Laboratorio de Técnicas Modernas de Manufactura) de la Universidad de Los Andes. El trabajo fue elaborado dentro del tema de investigación de tesis de maestría en Ingeniería Mecánica del Ing. Jorge Mario Grueso Castillo.

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estudio del desempeño de herramientas de corte de acero rápido convencional y acero rápido sinterizado en la industria metalmecánica

1. INTRODUCCIÓN

Es de gran importancia en ingeniería conocer los costos asociados a una producción y las velocidades o tasas a las que se llega a un obje-tivo final de manufactura, generalmente una alta tasa de producción significa probablemente unos bajos costos asociados a la misma.

Un análisis de costos en una producción puede ser un asunto complicado y muchas veces aplica solo a una operación que se encuentre bajo estudio. La importancia de las operaciones de remoción de material en el panorama actual se puede visualizar considerando las cifras de los costos asociados con esta actividad, los cua-les incluyen el aumento de los costos de herra-mientas, costos laborales y costos de inversión de capitales. En los Estados Unidos, se estima que los costos anuales asociados a los procesos de remoción de material constituyen alrede-dor del 10% del producto interno bruto (Shaw, 2005).

En el ámbito local es visible y palpable que la experiencia obtenida por los operarios a través del tiempo les permite trazar reglas empíricas capaces de sentar directrices y determinar las condiciones de corte muy cercanas a las ópti-mas en operaciones específicas de maquinado haciendo que la introducción de formas, pro-cesos y métodos más elaborados técnicamente, choquen de manera brusca en procura de un objetivo básico que es la optimización del pro-ceso de corte de material, de allí que el cono-cimiento de las condiciones de los procesos de corte y su relación con las variables que inciden el desempeño de la herramienta sea un tema de permanente investigación.

Al tratar de encontrar una metodología para determinar cuál es el comportamiento óptimo de una herramienta de corte en operación de torneado desde la óptica (visión-perspectiva) económica se requiere responder a ciertas pre-guntas orientadoras:

a) Para ese mediano taller de mecanizado con máquinas herramientas controla-das numéricamente y/o convencionales

donde se conocen o son medibles una serie de variables que inciden directa-mente en los costos finales de producción. ¿Es posible conocer los costos asociados en la producción de una pieza en serie?

b) Al tratar de comparar una herramienta con otra desde la óptica ya mencionada. ¿Cómo se puede determinar cuál es la de mejor productividad? Si productividad para nuestro caso es obtener la mayor cantidad de piezas a un menor costo (¿o menor tiempo?).

c) ¿Cuáles deben ser los criterios, a partir de un conocimiento básico del proceso de corte en torno, que me direccionan hacia la determinación de las mejores condicio-nes de trabajo para obtener una optimiza-ción del proceso?

2. ApLICACIÓN DE LA TéCNICA DE ANáLISIS DIMENSIONAL pARA LA OpTIMIzACIÓN DE COSTOS y EL CORTE DE METALES

La física es una ciencia exacta y se basa en la precisa medida de las cantidades donde los procesos de medida pueden ser directos como encontrar las longitudes de una mesa, o indi-rectos como la determinación de de la longitud de onda de una luz monocromática, expresados básicamente en cuatro dimensiones básicas: masa, longitud, tiempo y temperatura.

La economía esta asistida por otros significados y otros tipos de medidas, por ejemplo la can-tidad de materia en un cuerpo no es un caso simple de medida para un economista, más si lo seria algún caso de macro-economía como la ecuación de cambio de moneda MV=PT (Frits, 1967). En pocas palabras

Solo los físicos e ingenieros pueden escoger para un caso dado las dimensiones primarias para un estudio físico y solo los economis-tas pueden escoger dimensiones primarias económicas

así lo expresa en su libro el profesor Frits J. de Jong, haciendo referencia al estudio por análisis

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Jorge mario Grueso Castillo

dimensional de algunos casos prácticos donde la fusión de las dos disciplinas es inevitable.

En el siguiente trabajo se realiza un intento riguroso por debatir esta afirmación y proponer un estudio económico a partir de una visión de ingeniería, para tal efecto es crucial desde cual-quier punto de vista escoger las dimensiones primarias que gobiernan un fenómeno. Cono-ciendo que la medida cuantitativa de algo es un número que podemos usar como punto común entre dos disciplinas que al parecer son distan-tes en sus conceptos pero de alguna manera usan números para describir comportamientos de un objeto de estudio.

Por otro lado, conociendo que los estudios experimentales suelen ser muy costosos, es necesario reducir al mínimo la experimentación requerida, esto se hace empleando una técnica llamada análisis dimensional, que se basa en el concepto de homogeneidad dimensional, ase-gurando que todos los términos de una ecua-ción tengan las mismas dimensiones (Potter, 1998).

3. REvISIÓN BIBLIOgRáfICA

En Colombia, sólo en la Universidad de Los Andes, se ha estudiado el fenómeno de la vida de herramientas utilizando la técnica de análi-sis dimensional. Además, se tiene conocimiento que la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, también realiza investigaciones en el tema de desgaste de herramientas.

La revisión bibliográfica se basó fundamental-mente en las tesis de grado realizadas en la Uni-versidad de Los Andes en temas de mecanizado y los libros de texto sobre corte de metales. Des-tacándose el aporte de los trabajos de los estu-diantes de pregrado Carolina Pérez González quien durante el 2004 estudió el desempeño de pastillas intercambiables de acero rápido sinte-rizado en la industria metalmecánica nacional (Perez, 2004) y Juan Guillermo Saavedra Santi-báñez, quien desarrolló una metodología para realizar ensayos sistemáticos de mecanizado en Colombia en el mismo año (Saavedra, 2004).

A pesar de la escasa literatura que existe de metodologías de estudios experimentales para evaluar el desgaste de herramientas en corte de metales utilizando números adimensiona-les, la referencia (Astakhov, 1998) presenta un capítulo completo sobre el tema bajo el enfoque termodinámico.

Así mismo, ningún análisis de tipo dimensional ha sido asociado a conocer cuál es la influencia de la optimización de procesos y herramientas en los costos finales de una producción progra-mada, que es un gran aporte de este trabajo a la industria metalmecánica nacional. La opera-ción básica de torneado, también llamada corte semi-ortogonal en el laboratorio de investiga-ciones (Trent, 2000) facilitará inicialmente el estudio de los parámetros adimensionales por ser la operación más empleada en el trabajo experimental de corte de metales.

4. IDENTIfICACIÓN DE LAS vARIABLES RELEvANTES

Para describir el fenómeno antes mencionado es necesario determinar primero las magnitu-des que pueden ser útiles, aquellas que tienen una influencia primordial en su desarrollo; des-pués nos interesa conocer las relaciones existen-tes entre ellas.

Figura 1. Modelo de formación de viruta.

Fuente: Referencia (Micheletti, 1980), p. 74.

Tp Tiempo de preparación de la máquina.Ti Tiempo de Improductividad.Tcd Tiempo Carga y Descarga de material.Tt Tiempo Cambio de la Herramienta.

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Dado que el enfoque que se requiere en nuestro caso estudio que son los medianos y grandes talleres capaces de producir en línea cantidades considerables de piezas, el criterio que se debe tener en cuenta es el de la optimización del costo, es decir, encontrar las condiciones de corte para cierta combinación de variables manipulables en la cual se obtenga el menor valor económica-mente hablando de la pieza obtenida teniendo en cuenta que para cumplir ese objetivo fue necesario invertir dinero y tiempos (con costos adicionales).

Variables Econométricas relevantes en este enfoque:

a) TiemposUnidades:[tiempo]►[s]. Se describen:

Tiempo de preparación de máquina: Periodo en el cual se realiza la operación de y descarga de piezas, posicionar herramientas de corte.

Tiempo de improductividad: Lapso requerido para la regulación o manipulación de maqui-naria en tiempo no productivo, incluye el tiempo de NO contacto de la herramienta con el material.

Tiempo de carga y descarga de Herramienta: Medida de la duración en operaciones necesa-rias para posicionar adecuadamente la herra-mienta de corte.

Tiempo Cambio de Herramienta: Periodo en el cual se realiza la operación del intercambio de herramienta debido a que se llegó a un criterio de desgaste definido.

b) Costos Unidades: [$/tiempo] ► [$]. Se describen entonces:

Costo de preparación de la máquina (Cp): Incluye carga y descarga de piezas, posicionar herramientas de corte, donde la máquina esta queda en posición para trabajo efectivo sobre el material.

Definida por:

Cp = Co × (Tp + Tcd + Tt) (1)

Donde Co es el Costo del Operario que será todo aquello cuantificable “EN DINERO” como remuneración pagada por trabajos realizados en relación al proceso de corte.

Costo improductivo: Regulación o manipula-ción de maquinaria en tiempo no productivo. Dado por: Ci = Co × Ti (2)

Costo de Fluido de corte [Cf]: Valor asociado al flujo de refrigerante que se añade a opera-ción de torneado con el fin de mantener una temperatura ideal de trabajo que permita tener capa límite entre la herramienta y el material a mecanizar, evitando el excesivo desgaste de la herramienta.

Costo de Herramienta [Ch]: Valor sujeto tanto a las medidas tarifarias “EN DINERO” que pro-ponga el proveedor, como la relación de tiempo que se encuentra la herramienta de corte en contacto efectivo con el material a mecanizar. Decretando un criterio de vida de herramienta según la ecuación de Taylor o tratamiento mate-mático para definirlo.

Costo Operación de la máquina [Com]: Este valor “EN DINERO” debe contener la informa-ción recogida por otras variables que se citan:

• Anualidad2

• Mantenimiento de Maquinaria (Torno).

• Energía Consumida.

• Potencia Nominal del torno.

• Potencia Específica de Corte.

2 Es una serie de pagos que cumple con las siguientes con-diciones: a) Todos los pagos son de igual valor. b) Todos los pagos se hacen a iguales intervalos de tiempo. c) Todos los pagos son llevados al principio o al final de la serie a la misma tasa. d) El número de pagos debe ser igual al número de periodos.

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• Tiempo de trabajo efectivo: Lapso en el cual la máquina herramienta está consu-miendo energía eléctrica.

Cp Costo de preparación de la máquinaCi Costo de Improductividad.Cf Costo del Fluido de Corte.Com Costo Operación de la máquina.

Dado que se han identificado las variables relevantes en el proceso de corte, se procede a encontrar un equivalente en números adimen-sionales capaces de capturar la naturaleza del fenómeno y determinar entre varios tipos de herramientas, cual es la de mejor desempeño y rentabilidad.

Como preguntas orientadoras y claves en el planteamiento del análisis dimensional en pro-cura de encontrar las posibles dudas que le pueden surgir a aquel empresario que quiera conocer el comportamiento de diferentes herra-mientas de corte bajo la visión técnico-econó-mica se presentan las siguientes:

• ¿Cuánto cuesta retirar un mm3 de material?

• ¿Cuánto cuesta comprar y usar cada mm de herramienta desgastada?

• ¿Cuán lucrativo es el proceso de retirar material con una herramienta especifica?

5. NúMEROS ADIMENSIONALES

Dado que se conocen las variables que intervie-nen en el fenómeno de corte se procede a dedu-cir un número adimensional capaz de respon-der el primer interrogante.

Se consideran las variables que intervienen directamente en la duración de la herramienta, este ítem se puede evaluar través de diferentes conceptos, tales como:

Tiempo Efectivo de Mecanizado. También lla-mado tiempo total de mecanizado, se mide a partir del lapso en el cual la herramienta de

corte se encuentra en contacto con el material de trabajo realizando trabajo efectivo de corte [Medido en min.].

Avance: Para que el mecanizado se extienda a lo largo del material es necesario que el útil o herramienta realice un movimiento relativo a la pieza de trabajo paralelo al eje de la misma, este movimiento se conoce como avance y es en otras palabras una velocidad de avance sobre el material. [Medido en m/s.].

Profundidad de Corte: Es el avance en forma radial realizado sobre el material, la acción de esta variable se denota en la reducción diame-tral de la pieza mecanizada. [Medido en mm.].

Longitud Mecanizada: Es la sección de material que ha sido sometida a corte [Medido en mm.].

Número de Piezas Mecanizadas. Hace referen-cia a la cantidad total de piezas que pueden ser manufacturadas durante la vida de la herra-mienta, llámese pieza a un producto terminado bajo unas características determinadas con anterioridad.

Como correspondencia a lo anterior existen a su vez unos criterios para determinar la vida útil de la herramienta, dado que se vislumbra que debe existir una velocidad de operación en la cual se maximice la utilización de esta, la deter-minaron de la vida económica de herramienta se puede determinar a partir de:

Destrucción Total de Filo. En esta condición la herramienta no puede trabajar más a no ser que se someta a un reafilado, este criterio es común-mente a herramientas de acero rápido asocia-das a máquinas no automáticas.

Dimensiones Preestablecidas en Zona de Des-gaste. Con el aumento en las magnitudes del desgaste será reflejada fielmente en las dimen-siones de la pieza mecanizada; por tal razón en máquinas automatizadas este criterio toma un valor crucial cuando se requiere de un acabado específico.

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Acabado superficial de Pieza Mecanizada. Como indicativo de la Calidad de producto terminado es de gran utilidad, aunque la apli-cación de este criterio no es fácil, debido a que el desgaste de la herramienta evidentemente se refleja en el acabado su variación no es de tipo uniforme.

Volumen de Material Retirado: Está determi-nado por variables como la Profundidad de corte Pc, el avance Av, y la Longitud mecani-zada [Medido en mm3/s.].

VMR = Av · LM · PC (3) Como el fenómeno de retirar material se da en contacto directo entre material y pieza, ese lapso de tiempo efectivo de contacto estará determi-nado por la Vida de la Herramienta. Dado que existen diversos criterios para determinar el tiempo de duración de herramienta no será un obstáculo para ser determinado.

El criterio de Taylor ha demostrado ser de gran precisión para medir esta variable, además de trabajos anteriores realizados en el LATEMM3.

Como parámetro de tiempo y delimitador del proceso de arranque de viruta se involucra en este análisis el tiempo de duración de Herra-mienta T, Así:

VMR[T] = Av · LM · PC · T (4)

Consecuentemente a lo anterior el volumen removido queda definido en unidades de mm3. Los costos asociados al mecanizado y particu-larmente en retirar de la pieza un mm3 de mate-rial se resaltan como:

C1= Σ C= Cp+Ci+Cf +Com (5)

Por lo tanto se asocia al análisis de la siguiente manera, definimos una variable A:

TMRcMVC

TPLA 1moip

VA

C C C C

(6)

Conociendo cuál es costo de materia prima por unidad de volumen es posible plantear un grupo adimensional para estas variables encon-trando un número bastante interesante y del cual se puede extraer información relevante del proceso. Por tanto B se define como:

MP

MP

VCB

(7)

Donde:

CMP Costo de Materia Prima. [$]VMP Volumen de materia Prima. [mm3]

El número adimensional se define naturalmente de la siguiente manera:

MP

MP

cM

MP

MP

TMR

VC

TPL

VCVC

BA V

moip1

1A

C C C C

(8)

Este número entrega una interesante relación entre los costos asociados en retirar volumen de material y la materia prima necesaria para producir.

Igualmente para resolver el interrogante número dos (¿Cuánto cuesta comprar y usar un mm de herramienta desgastada?) se deben conocer para tal efecto las variables que afectan el des-gaste de la herramienta:

Costo de Herramienta por Filo [Chf]: Es nece-sario conocer la cantidad de dinero invertida o que se requiere invertir y minimizar el estudio a un filo de corte, conociendo sus características extrapolarlas al resto de la herramienta [Cuanti-ficado en $]. Calculo de esta variable:

TMF

HCHHF TN

TCC

(9)3 Laboratorio de Técnicas Modernas de Manufactura, Univer-

sidad de Los Andes, Bogotá, Colombia. http://farojas.unian-des.edu.co/latemm/services.htm

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Dónde:

CCH: Costo Comercial de Herramienta. [$]TH: Vida de Herramienta. [s]NF: Número de filos de Herramienta. TTM: Tiempo total de mecanizado. [s]

Nótese que en la relación anterior existe una relevancia importante dada entre el tiempo de duración de la herramienta (Vida de Herra-mienta, TH) y el tiempo total de mecanizado (TTM), ya que nos revela gran información sobre cuál es el uso de la herramienta, es decir; ese cociente debe ser normalmente cercano a uno si la herramienta es usada correctamente, de lo contrario si este cociente es mayor a uno la herramienta se está usando bajo condiciones que aumentan los costos y probablemente está siendo retirada aún cuando no se ha desgastado totalmente.

Desgaste [Vb]: El rozamiento entre viruta y cara de desprendimiento de la herramienta, así como la lubricación de estas superficies en contacto, reviste notable importancia en el arranque de viruta, la interacción entre el material a cortar y herramienta crean una relación de contacto que junto al rozamiento crean el desgaste de la herramienta. [Medida en µm].

m

HF

B

LCVC1

2

(10)

El segundo número adimensional será definido así:

Expresa una relación entre el costo necesario para desgastar una herramienta hasta un cri-terio determinado y el costo de filo de herra-mienta a partir de una longitud mecanizada.

En primera instancia se requiere conocer como es la correlación de estos dos números a través de un ensayo preliminar de datos, usando una gráfica π2 vs. π1.

Con el planteamiento de las preguntas orienta-doras hasta el momento es posible responder dos cuestionamientos básicos en un estudio pre-liminar en optimización en el proceso de corte de material, usando la misma metodología se plantea resolver el tercer interrogante a través de un análisis de productividad de la operación de torneado.

En general para casos de medición (productivi-dad) se orienta a un determinado factor espe-cifico, donde se expresa la relación existente entre una determinada cantidad de producto y la cantidad de factores que usaron para obte-nerlo, además puede definirse también de una manera más simple como “habilidad o facultad de producir” que implica una estrecha relación entre fuente o medio de producir y algo que se obtiene mediante el proceso (Mintrabajo, 1990). En nuestro caso particular el factor a medir es la relación entre los costos e insumos necesa-rios para la obtención de una pieza predetermi-nada, para tal caso se describen las siguientes variables:

Valor de la Producción [VP]: Es la sumatoria de los costos asociados a la generación de un ele-mento terminado a través de un proceso pro-ductivo. [Cuantificado en $].

Insumos [in]: En términos generales el insumo son todos los bienes consumibles utilizados en la producción de otro(s) bien(es), es decir; es la materia prima necesaria para generar un pro-ducto terminado. (Sueldos, salarios, materias primas, inversión bruta fija entre otros) [Cuan-tificado en $].

Remuneración de sueldos y salarios [SS]: Es la remuneración en dinero o en especie que recibe el trabajador por cuenta o bajo dependencia ajena por el trabajo que realiza (García, 2005). [Cuantificado en $].

Por la combinación de las tres variables descri-tas podemos deducir indirectamente:

Intensidad del Trabajo [it]: Refleja el estado de la tecnología y se calcula a través de remunera-

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ción de sueldos más salarios dividida entre la sumatoria de los insumos, así:

N

ST I

SI

(10)

[it: Adimensional]

Productividad del trabajo [Pt]: Es la relación existente entre el costo o valor de la producción y el costo de la materia prima que se debe inte-grar al proceso productivo para obtener bienes terminados.

S

PT S

VP

(11)

[Pt: Adimensional]

Nótese que las dos últimas relaciones presen-tan un comportamiento adimensional, capaz de describir el fenómeno de productividad, tal como se definió en líneas anteriores. La finali-dad es entonces plantear un número adimen-sional que describa claramente una relación entre los costos invertidos en un proceso y los beneficios en los mismos rubros a terminar el mismo, se plantea entonces:

N

PTT I

VPI3

(12)

Por lo tanto se refleja una importante correla-ción entre el costo total de la producción [VP] y el costo de materia prima introducida, este factor es capaz de medir y comparar un estado conjunto de las modificaciones en el proceso productivo, mejoramiento en las destrezas en el trabajo, la calidad del mismo y su desarrollo. Con π3 no solo es posible determinar cuan lucra-tivo es el proceso sino también, si se realiza de manera óptima, cabe anotar que este número adimensional deberá ser mayor a uno lo mas lejanamente posible para relacionarlo con un proceso altamente productivo, de lo contrario me indicará un proceso costoso difícil de soste-ner financieramente.

6. ENSAyOS pRELIMINARES

Inicialmente el trabajo de toma de datos se desarrolló en un mediano taller de la ciudad de Bogotá, en el cual las condiciones de operación de máquina eran impuestas por los operarios, quienes tienen gran experiencia en este trabajo. Aun así se pudieron observar anomalías en los procesos productivos que se tradujeron en tomas erróneas de datos.

Imagen 1. Fotografía a 50x del desgaste de una Herramienta de Tungsteno luego de trabajar sobre

una fundición de Acero

Con respecto a las herramientas de corte utili-zadas, son afiladas artesanalmente en todos los casos y los criterios de falla usados son rotura y tiempo de mecanizado.

En ningún caso existe alguna prueba que per-mita caracterizar y comparar herramientas; algunos operarios solamente buscan las condi-ciones corte que le permitan un mejor mecani-zado a través de la prueba y error más su expe-riencia previa.

El producto terminado siempre es llevado a un control de calidad basado en la integridad superficial y en el cumplimiento de las especi-ficaciones requeridas. Los materiales principal-mente mecanizados son aceros al carbono, ace-ros aleados, aceros inoxidables, aleaciones de aluminio, bronce, fundición gris, fundición de acero y algunos otros en menor cantidad.

Para la aplicación de la metodología propuesta se presentaron inconvenientes en la aplica-ción de los números adimensionales ya que se presentaron fenómenos que para condiciones

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normales de trabajo no son comunes, un caso concreto es el que se esboza en la imagen 1 donde se observa claramente filo de aporte a la herramienta, indicativo claro que las condicio-nes de operación de la máquina están por fuera de las óptimas, esto es baja velocidad de corte que provoca elevación de la temperatura pro-gresiva y fusión del material de trabajo sobre la herramienta de corte, en estos casos iniciales las pruebas y medidas fueron rechazadas por las razones mencionadas.

Con la experiencia recogida en el primer set de ensayos se planeó un ensayo controlado y por tanto como producto de esta experiencia se plantea a su vez una metodología alterna para poder extraer información relevante de los datos tomados en piso de fábrica y tener un control más estricto de las diferentes variables establecidas en líneas anteriores.

Por tal razón se llevaron a laboratorio las con-diciones que se presentan normalmente en piso de fábrica y se combinaron con variables que pueden manipuladas para obtener un ensayo razonable, a la luz de los números adimensio-nales planteados en este escrito.

7. DESCRIpCIÓN DE RESULTADOS

Luego de tomar fotografías a partir de una cámara digital y usar el aumento de un este-reoscopio con iluminación apropiada, se regis-traron las medidas de los diferentes desgastes a diferentes velocidades de operación, tales condiciones se muestran en la tabla 1, donde se trabajo una herramienta de acero rápido contra un acero AISI 1040.

En una gráfica π2 versus π1 se esperan que los datos se encuentren lo más cercanamente posible al cero tanto en el eje de las ordenadas como en el de las abscisas dado que están directamente invo-lucradas con costos de producción y se requieren que sean números lo más bajos posibles.

Tabla 1 Condiciones de Operación del Buril HSS.

Condiciones de operación de herramienta en hSSRPm PC[mm] Av[mm/rev] Lm [cm]220 2 0.1 10 25 40360 2 0.1 15 30 40660 2 0.1 15 30 40

Con los números descritos anteriormente se graficaron a través de software y se obtuvo:

Grafica 1. π2 versus π1, para condiciones descritas en la tabla 1

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De la cual se puede deducir que el mejor punto de operación de las condiciones simuladas en el experimento es el punto (20.84, 0.13) que corresponde a una operación bajo condiciones: 360rpm Av=0.1mm/rev y Pc=2mm, en este punto se denota que el desgaste de la herramienta pre-senta un comportamiento de tipo constante que es consecuente con lo que se puede observar en los diagramas de ensayo tradicional de Taylor, así mismo los costos de dicha operación están en un valor intermedio, que en este caso partí-culas no es el más bajo, sin embargo se demues-tra que existe una influencia más fuerte e influ-yente en el comportamiento de los números adimensionales de las condiciones de operación que el costo asociado al mismo.

De igual manera se realizaron pruebas para un tungsteno bajo las mismas condiciones como se muestra en la tabla 2 y trabajando sobre Acero AISI 1040.

Tabla 2 Condiciones de Operación de la pastilla

de Tungsteno.

Condiciones de operación de herra-mientadetungsteno.

RPm PC[mm] Av[mm/rev] Lm [cm]

220 2 0.1 10 25 40

360 2 0.1 15 30 40

660 2 0.1 15 30 40

Grafica 2. π2 versus π1, para condiciones descritas en la tabla 2.

De igual manera de la gráfica 2 se puede obser-var que el numero apropiado se describe por (10.81,0.06) que tiene similaridad con el com-portamiento de la herramienta de HSS, esto por las condiciones de operación que para el caso particular coinciden, pero más llamativo aún es el hecho que al trabajar esta herramienta en condición de severidad del experimento las variables de costo asociadas a la herramienta Tungsteno sigue siendo más económica que el Buril de HSS, aun cuando el costo de la herra-

mienta es alto. Esto se puede observar en la grá-fica 3. Donde se cruzan los datos de los ensayos y se hace evidente esta afirmación. Para este caso el número π3 a pesar de que se encuentra por encima del valor de la unidad, existen condiciones de operación con índices de productividad más altos, esto hace evidente que el costo asociado para realizar esta opera-ción pierde relevancia ante unas buenas condi-ciones de operación.

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Grafica 3. π2 versus π1, cruce de datos de las dos herramientas.

CONCLUSIONES

A través de las gráficas π2 versus π1 se pue-den estimar condiciones de operación de más bajo costo en el área productiva en un taller de mecanizado partiendo de una toma de datos basados en tiempos, movimientos y variables de la mecánica del corte.

Es posible combinar dos disciplinas de base metodológica como la mecánica del corte y la economía, todo esto por medio de la robus-tez matemática de la técnica de números adimensionales.

La simulación de los procesos de corte a través de la técnica utilizada provee una herramienta fuerte para el estudio, predicción y estimación de condiciones de operación in situ, que son aplicables a la industria Colombiana, dada la disponibilidad de las herramientas necesarias para poder llevarse a cabo.

Para casos cercanos a los óptimos las condicio-nes de operación de la máquina son más rele-

vantes que el costo asociado a la misma, por tal razón es evidente la necesidad latente de encontrar la mejor combinación de variables manipulables para logra tal fin

pERSpECTIvAS

La metodología propuesta a través de los núme-ros adimensionales ha demostrado la capaci-dad de atrapar la fenomenología física objeto de estudio, así mismo en el desarrollo de este trabajo es posible el desarrollo y análisis de un cuarto número que indique cual es la ganancia que puede obtener un empresario dado que a través de la metodología aplicada en esta inves-tigación lo que permite conocer los puntos ópti-mos de operación y de la misma manera cuan rentable es trabajar bajo esos parámetros, pro-poniendo graficas de fácil aprendizaje y acceso donde sea posible extraer la mayor cantidad de información y se traduzca en mejores términos productivos y optimización del funcionamiento de la empresa bajo estudio.

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eStudio y progreSo de redeS plc, enfocado a ServicioS de banda angoSta

Luis Rodríguez Malagon, Ingeniero Electrónico, Especialista en Diseño y Construcción de Soluciones Telemáticas.

[email protected]

Juan Rivera Escobar Ingeniero Electrónico, Especialista en Diseño y Construcción de Soluciones Telemáticas

Gerardo Castang Montiel Ingeniero Electrónico, Maestría en Teleinformática.

Docente Universidad Autónoma de Colombia. [email protected]


Resumen

En el presente artículo se abarca la temática de servicios de comunicaciones por medio de la tecnología PLC (power line communications), es decir, comunicaciones por línea de potencia eléctrica. El principal enfoque se encuentra dirigido a los servicios PLC de banda estrecha y banda ancha, en particular al acceso a redes de datos, como internet, por medio de la instalación eléctrica residencial. También se hace referencia a uno de los estándares más utilizados en países donde se utiliza esta tecnología, para la implementación de los servicios de comunicación, este es el estándar europeo para comunicación por línea eléctrica, el estándar CENELEC EN 50065. También se incluyen la domotica y la telemetría, como campos de aplicación de esta tecnología.

Palabras clave: Power Line Communications(PLC), PLC de banda estrecha, PLC de banda ancha, PLC Gateway, Estándar CENELEC EN 50065.

AbstRAct

In this article cover the topic of communications services through technology, PLC (Power Line Communications), ie, communications line of electrical power. The main focus is directed to the PLC narrowband services and broadband services, particularly access to data networks such as the Internet, through residential wiring. It also refers to one of the most widely used standards in countries that use this technology for implementing communication services, this is the European standard for power line communication, the standard CENELEC EN 50065. Also include home automation and telemetry, as areas of application of this technology.

Keywords: PLC, PLC Broadband, PLC Narrowband, PLC Gateway. Standard CENELEC EN 50065.

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estudio y progreso de redes PLC, enfocado a servicios de banda angosta

1. INTRODUCCIÓN

En este artículo se realiza un estudio de la tecnología “Power Line Communications - PLC”. Este tipo de tecnología básicamente

se trata de un sistema de comunicación de datos innovador, que utiliza como medio de transmi-sión las redes eléctricas existentes. Aunque la idea de utilizar las redes eléctricas como medio de comunicación no es del todo nueva, en los últimos años se ha venido despertando el inte-rés a nivel mundial por continuar estudiando estos sistemas con el fin de lograr un desarrollo en la materia, que permita la creación de nuevas tecnologías para satisfacer necesidades en gene-ral de la sociedad. De esta forma se aprovecha alternativamente la red eléctrica, la cual es un recurso que tiene cubrimiento a nivel nacional y por lo tanto llega a la mayoría de la población. La sigla PLC, se refiere a las palabras inglesas, Power Line Communications ó Power Line Carrier. En español esto significa, Comunicacio-nes a través de la Línea/Red de Energía Eléc-trica. También se puede encontrar como PLC (Power Line Carrier), PLT (Power Line Teleco-munications), DPL (Digital Power Line) ó BPL (Broadband Power Line). Se trata, fundamen-talmente, de la transmisión de voz, datos u otro servicio de telecomunicaciones a través de la red de energía eléctrica, bien sea dentro o fuera del hogar. Fuera del hogar, esta tecnología apro-vecha que la red eléctrica cuenta con una gran cobertura de usuarios debido a su despliegue de infraestructura física por todo el territorio nacio-nal. Y por otro lado, dentro del hogar, cuenta con enchufes (puntos de acceso) repartidos en toda la edificación.

Las comunicaciones a través de la red eléctrica, están especificadas en el estándar europeo CENELEC EN 50065, el cual le asigna a este tipo de comunicaciones un rango de frecuencia de 9 a 140 KHz. Las tasas de transferencia que se logran utili-zando la norma CENELEC, alcan-zan unos cuantos miles de bits por segundo, con lo cual es suficiente para funciones de telemedición y control de carga en las redes eléctri-cas, es decir conexiones de datos de

baja velocidad, y eventualmente algunos pocos canales de voz. Para que PLC pueda competir con otras tecnologías de telecomunicaciones como es el caso de redes de acceso a internet, se necesita un ancho de banda cercano a los 30MHz, para lo cual no existe un estándar oficial, sin embargo existen unas organizaciones que buscan lograr la estandarización de las redes PLC de banda ancha, y son las siguientes; Plc Forum, la cual es una organización internacional que unifica y representa el interés de sus más de 50 miembros en cuanto respecta a PLC. Entre dichos miem-bros se encuentran compañías manufactureras, empresas de suministro de energía, proveedores de redes y organizaciones de investigación entre otros; otra entidad es The home-plug powerline alliance, la cual es una corporación sin ánimo de lucro interesada en la creación de especificacio-nes abiertas que permitan la implementación de productos y servicios que utilicen la tecnología PLC interna de alta velocidad. Es de resaltar que las organizaciones Home-Plug y el PLC Forum, trabajan unidamente.

2. BREvE INTRODUCCIÓN A LAS REDES ELéCTRICASAntes de continuar tratando el tema de redes PLC, es conveniente describir en términos gene-rales las redes eléctricas, ya que constituyen el medio físico que utiliza la tecnología PLC para lograr la comunicación. La figura 1, muestra un esquema general de las redes de energía eléc-trica, y de igual forma, se explican los diferentes niveles de tensión que se utilizan en Colombia para cada tramo de la red.

Figura 1 Red de energía eléctrica

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Luis rodríguez malagon / Juan rivera escobar / Gerardo Castang montiel

Redes de alta tensión: Son las líneas que se uti-lizan para el transporte de la energía, desde la central generadora hasta los centros de con-sumo, como por ejemplo las ciudades, pobla-ciones o sectores industriales. En Colombia normalmente estas líneas manejan tensiones de 115KV en las ciudades, y 220KV o más en secto-res rurales. Redes de media tensión: En los cen-tros de consumo de energía, las líneas de alta tensión son transformadas en líneas de media tensión, a través de las subestaciones de trans-formación; y por medio de estas líneas de media tensión se realiza la distribución de la energía dentro del centro de consumo, es decir la ciu-dad. Los niveles de tensión que se manejan son de 11.4KV en sectores urbanos como en Bogotá, y 13.2KV o 34.5KV en sectores rurales, depen-diendo de las condiciones presentadas. Redes de baja tensión: Se utilizan transformadores llamados “transformadores de baja” los cuales convierten las líneas de media tensión, en líneas de baja tensión, dejándola en niveles de voltaje de 220v ó 110v. Este último es el nivel de voltaje que comúnmente se maneja en Colombia para las redes de baja tensión, las cuales están com-prendidas desde el transformador de baja hasta los medidores instalados en los predios de los usuarios.

Existen varias formas de clasificar los sistemas PLC, pero generalmente, se clasifican en dos grandes grupos que son PLC Interno y PLC Externo, o Indoor y Outdoor.

Plc interno: También llamado PLC In-Home, ó PLC Indoor, este sistema utiliza la red domés-tica, la cual se encuentra en la parte interna de la casa o el edificio, es decir desde el punto donde se encuentra el medidor de energía. Este dispositivo es propiedad y responsabilidad del cliente. Cuando se habla de PLC Interno, a su vez este se puede clasificar de dos formas, una de ellas es Banda Ancha, la cual es utilizada para crear entornos de redes LAN en edificios u oficinas, con lo cual se evita hacer un tendido de red adicional que sea solo para manejo de datos. La otra es Banda Angosta, que es utili-zada para aplicaciones de automatización de la casa o edificio, es decir “Domotica”, como lo es control de cierres y aperturas, monitoreo y control de encendido de luces y electrodomésti-cos entre otros. El sistema Plc externo, también llamado PLC Outdoor, puede ser utilizado por medio de las redes de media y baja tensión de las compañías eléctricas. Este sistema presenta variantes, una de ellas es el sistema de Banda Ancha, también denominado BPL “Broadband Power Line”, el cual, normalmente utiliza la red de baja y en algunos casos también la de media tensión, como solución de última milla para distribución de servicios de banda ancha como internet. La otra es Banda Angosta, en este caso se utilizan las redes de media y baja tensión generalmente por parte de las mismas compa-ñías eléctricas, con el fin de hacer comunicación entre centrales o subestaciones, para hacer con-troles o monitoreo de las líneas eléctricas, con-trol de alumbrado público y se puede utilizar para servicios de telemedición de consumo a los

usuarios, corte y reconexión remota del suministro eléctrico y control contra fraude eléctrico. El sistema PLC banda ancha de uso externo, o también llamado PLC de acceso, es un sistema full dúplex punto - multipunto que utiliza la parte de la red eléctrica de baja tensión, ya que dicho tramo de red es el que interactúa directamente con los usuarios finales. El uso fundamen-tal de ésta aplicación se enfoca a la distribución del servicio de inter-net, por lo tanto se considera como

Figura 2 PLC externo e interno

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una solución de última milla. En la topología utilizada, se sitúa estratégicamente un equipo denominado “HE” o equipo de cabecera en la parte de baja tensión del transformador, con el fin de que preste servicio a todos los predios que suple dicho transformador y en cada uno de los predios de los clientes se instalan unos dispositivos que se denominan “CPE’s”, que son adaptadores PLC, los cuales transforman la toma eléctrica en un conector RJ-45, para conec-tar fácilmente un computador. Los equipos que se utilizan son los siguientes, el He (head end), Cpe (customer premises equipment) e Ir (inter-mediate repeater). La conexión desde el predio de un usuario, a través de la red de acceso al HE, puede ser de dos formas, una es la conexión directa; en este tipo de conexión, el modem de usuario “CPE” está conectado directamente al HE, por medio de la red de baja tensión y la señal es transmitida a través del medidor de energía instalado en la entrada del predio del cliente. La otra forma se conoce como conexión indirecta. En este tipo de conexión, se instala lo más cerca posible al medidor de energía en la entrada del predio del cliente, un PLC gateway, el cual tiene como función principal dividir a nivel lógico, la red de acceso de baja tensión de la red domestica del cliente, convirtiendo las frecuencias usadas en la red externa, a las frecuencias utilizadas en la red interna. De esta forma, el PLC gateway controla toda la red domestica del cliente y administra la comu-nicación hacia la red de acceso. El sistema Plc de banda ancha interno, básicamente se usa para redes LAN dentro del predio del cliente, por lo tanto utiliza solamente la red eléctrica doméstica. En esta topología se utiliza un PLC gateway, el cual es un CPE configurado como puerta de enlace, que puede ir conectado a un servicio de internet. También se utilizan unos CPE’s que trabajen como esclavos, los cuales se conectan en cualquier toma eléctrica disponible que exista en la edificación.

3. NORMATIvIDAD pARA pLC DE BANDA ANChA

Para las redes PLC de banda ancha de aplica-ción externa o redes de acceso, no existe un estándar oficial, en cambio, lo que existe es un

grupo llamado PLC Forum, el cual tiene como objetivo buscar la estandarización para esta aplicación. Sin embargo existen varias pro-puestas para la división del ancho de banda a utilizar en la tecnología de redes PLC de banda ancha. La recomendación ETSI TS 101867, la cual se refiere a sistemas PLC de primera gene-ración, asigna el rango de frecuencia de 1.6MHz a 30MHz, dividido de la siguiente forma: de 1.6MHz a 10MHz para los sistemas de acceso, y la banda de 10MHz a 30MHz para los siste-mas de comunicación domésticos. Otra alter-nativa, es tomar el mismo ancho de banda de (1.6-30)MHz, dividido en bandas de 10MHz, la primera (1.6-10)MHz, sería utilizada para PLC de acceso, la segunda (10-20)MHz, se podría utilizar indistintamente tanto para la aplicación de acceso como para la aplicación del hogar, ya que los sistemas dentro del hogar detectarían automáticamente la presencia o no de un sis-tema de acceso en esa banda, para que en caso de que dicha banda se encuentre libre pueda ser utilizada para aumentar el ancho de banda dis-ponible en el uso del hogar. Y la tercera banda (20-30) MHz, sería utilizada específicamente para aplicaciones dentro del hogar. La organi-zación CENELEC por su parte, está trabajando en la ES 59013, la cual asigna el mismo ancho de banda de (1.6-30) MHz, utilizando la banda de (1.6-13.5) MHz, para aplicaciones de acceso, y la banda de (13.5-30) MHz para aplicaciones del hogar, es decir que la frecuencia de separación entre las aplicaciones de acceso y del hogar, esta-ría ubicada en los 13.5MHz del espectro electro-magnético, en vez de los 10MHz de la de banda ancha de aplicación ETSI. Por otro lado, en Estados Unidos, ha venido desarrollándose un protocolo para las redes internas, es decir para entornos LAN dentro del domicilio o aplicacio-nes dentro del hogar y es el protocolo“Home PLUG 1.0” el cual fue desarrollado por la Home-Plug Powerline Alliance, basado en modulación OFDM y utilizando el espectro en la banda de (4-22) MHz, el cual interfiere con la asignación de frecuencias que se pretende en Europa ya que en este caso no se asignaría ancho de banda para redes de acceso, si no que solo se utilizaría el espectro para los servicios de uso doméstico. Las técnicas de modulación basadas en OFDM,

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multiplexacion por división de frecuencias ortogonales, han sido el enfoque principal de la tecnología PLC de banda ancha tanto de aplica-ción externa como de interna, debido a que es una técnica robusta ante la presencia de ruido y se adapta a las condiciones del canal para lograr la mayor eficiencia posible, por lo tanto, son la base para las especificaciones del HOME PLUG POWERLINE ALLIANCE. La técnica OFDM está basada en FDM “frecuency división mul-tiplexing”, es decir multiplexación por división de frecuencia. Esta técnica subdivide el ancho de banda disponible en varios canales o sub-bandas con su propio rango de frecuencia, de esta forma permite transmitir señales de comu-nicaciones por medio de cada sub-banda utili-zando múltiples tonos portado-res a través del mismo medio de transmisión en el mismo instante de tiempo. El sistema de comu-nicación que provee la compañía HOME-PLUG, utiliza OFDM en la banda de 4 a 22MHz, la cual se sub-divide en 84 portadoras y alcanza velocidades máximas de hasta 14Mbps. También la empresa DS2, ha utilizando la misma técnica de modulación pero en la banda de 1.6 a 30MHz, la cual subdivide más estrechamente en 1280 por-tadoras logrando así velocidades de 45Mbps hasta 200Mbps en los sistemas recientes. Por lo tanto, debido a sus ventajas, esta técnica de modu-lación ha mostrado ser bastante eficiente para este tipo de tecnología. Las aplicaciones exter-nas, es decir que utilizan la red eléctrica de baja o media tensión, son utilizadas principalmente para tareas que interesan a la empresa de ener-gía eléctrica, tales como comunicación interna entre subestaciones; también, se puede utilizar esta tecnología para lectura remota de medido-res de energía en los predios de los clientes, fac-turación, corte y reconexión remota del servicio de suministro eléctrico, control contra fraude entre otras. Por otro lado, las aplicaciones inter-nas, es decir en las que se utiliza solamente la red doméstica del cliente, generalmente son uti-lizadas para funciones de automatización del

hogar, es decir domótica. Esta aplicación es de interés para el dueño del predio, permitiendo el control y monitoreo remoto de los dispositivos de su hogar.

4. NORMATIvIDAD pARA pLC DE BANDA ANgOSTA

Los sistemas PLC de banda angosta están con-templados en la norma europea CENELEC EN 50065 “Señalización en instalaciones eléctricas de bajo voltaje”, el cual asigna la banda de 3 a 148.5Khz para la operación de esta tecnología. Dicha banda de frecuencia se encuentra divi-dida en cuatro subbandas, que están ilustradas en la figura 3 y se explican a continuación.

La Banda “A”, que va desde 3 a 95Khz, la amplitud máxima permitida de voltaje es de 134dB (uV), y se asigna a usos específicos que tienen que ver con tareas o servicios de las empresas públicas de distribución eléctrica, además no requiere que se utilice protocolo de acceso al medio para establecimiento de la comunicación cuando se opera esta banda de frecuencia. La Banda “B”, ocupa el rango de 95 a 125Khz, la amplitud máxima permitida es de 116dB (uV) y está asignada para que sea utili-zada por los usuarios dentro del edificio, casa u oficina sin requerimientos de ningún protocolo de acceso al medio, por lo cual es posible que se pueda producir colisiones de datos cuando dos transmisores intenten establecer comunica-

Figura 3 Asignación de bandas a PLC banda angosta según especificación

CENELEC 50065

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ción simultáneamente. La Banda “C”, ocupa el rango de 125 a 140Khz, y de igual manera que la banda “B” su amplitud máxima permitida es de 116dB (uV). Esta banda está asignada para uso interno del hogar o la oficina, y requiere que los dispositivos que transmitan en este rango de frecuencia utilicen protocolo de acceso al medio CSMA/CA “acceso múltiple por detec-ción de portadora evitando colisiones”. La Banda “D”, está en el rango de frecuencia de 140 a 148.5KHz, la amplitud máxima permitida al igual que las bandas B y C es de 116dB (uV). Está especificada para uso interno de los clien-tes y no requiere protocolo de acceso al medio. Se han implementado sistemas con modulación FSK, éste es un tipo de modulación de frecuen-cia que básicamente consiste en representar los datos binarios de entrada en forma de dos señales análogas de diferentes frecuencias, es decir f1 y f2, que son las señales que finalmente se transmiten a la salida del modulador. Como la señal de entrada varía entre ceros “0” y unos “1”, entonces la salida se representa así; si en la entrada hay un bit “0”, se representa a la salida con una de las dos frecuencias, que puede ser f1, y si en la entrada hay un bit “1”, se representa en la salida con la otra frecuencia, es decir f2. En la actualidad, la modulación FSK es bastante difundida y se sigue utilizando para los siste-mas de banda angosta, no solo de forma indivi-dual, sino que también con la técnica de Espec-tro Ensanchado. Aunque esta última técnica se puede combinar con el esquema de modulación BPSK, ya que este esquema de modulación tam-bién es robusto frente a las interferencias. Por otra parte se ha empezado a implementar en servicios de banda angosta utilizando la modu-lación OFDM, con la cual se logran mayores velocidades de transmisión y se puede contro-lar más eficientemente la pérdida de informa-ción, este tipo de modulación se utiliza en los servicios de banda ancha para acceso a internet debido a sus múltiples ventajas.

Espectro Ensanchado: También conocida con el nombre de “Spread Spectrum”, es una técnica de transmisión de datos que básicamente con-siste en expandir la información de la señal de entrada en un ancho de banda más grande, para evitar que sea fácilmente interferida e intercep-

tada. La idea central de esta técnica, parte de que los datos de entrada son codificados en BPSK o FSK, y a esa señal resultante, antes de ser trans-mitida se modula de acuerdo a una secuencia de dígitos pseudoaleatorios, de esta forma se pretende aumentar drásticamente el ancho de banda de la señal transmitida y además, que sea difícil de intervenir. La secuencia de dígitos pseudoaleatorios, es denominada de esta forma ya que es una secuencia de números generados por un algoritmo, que a su vez depende del valor inicial de la secuencia. Por lo tanto la serie de números no es realmente aleatoria, aunque entre más robusto sea el algoritmo, mas tiende a parecer de carácter aleatorio. De esta forma, es casi imposible lograr una intervención cohe-rente de la comunicación, ya que para que esto se pueda lograr, el receptor debe conocer de antemano el algoritmo, el valor inicial y además estar sincronizado con el transmisor.

5. pROTOCOLOS y ESTáNDARES

La tecnología LonWorks(“Local Operation Net-work”) que significa Red de Operación Local, fue desarrollada por la empresa ECHELON CORPORATION en 1992, y se encuentra dis-ponible como un estándar libre para todos los fabricantes, cubre desde el nivel físico hasta el nivel de aplicación para cualquier proyecto de domótica, ofreciendo una arquitectura des-centralizada. Esta tecnología, brinda un proto-colo de comunicación cliente a cliente (“peer-to-peer”), implementado con la técnica de acceso al medio CSMA/CA, trabajando con un esquema de modulación por espectro ensan-chado (125 a 140Khz en BPSK). Esta tecnología puede funcionar sobre la red eléctrica, RS-485 opto-aislado, cable coaxial, par trenzado, fibra óptica e incluso radio frecuencias. La tecnología CEBus, “Consumer Electronics Bus” que signi-fica Bus Electrónico del consumidor, fue creada por la EIA (Electronic Industries Association) en 1984. Funciona como un protocolo abierto para entornos distribuidos de control, en donde cualquier empresa puede fabricar productos que cumplan con este estándar. La arquitec-tura del CEBus sigue el modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection), ocupán-

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dose cada uno de los niveles, de determinadas funciones de la red de comunicación. El CEBus solo utiliza cuatro de los siete niveles, los cuales son el nivel físico, enlace de datos, red y apli-cación. La interfaz, entre los diferentes niveles de la arquitectura CEBus, está definida como un conjunto de primitivas de servicio, donde cada nivel proporciona servicio al nivel inme-diatamente superior. El protocolo CEBus es no orientado a la conexión, de tipo cliente a cliente, con la que cada elemento de la red tiene acceso al medio en cualquier instante, utilizando el protocolo CSMA/CDCR (Acceso múltiple con detección de portadora, detección de colisio-nes y resolución de colisiones), el cual es una modificación del CSMA, que tiene como ven-taja la optimización del canal, permitiendo usar el medio por varios nodos simultáneamente sin interferencias. Maneja una modulación en espectro expandido para resolver los proble-mas de comunicación sobre las líneas eléctricas, en la cual se transmiten uno o varios bits a una velocidad media de 7.5Kbps dentro de una señal de 100 a 400KHz. El protocolo X-10 es la tecno-logía desarrollada por Pico Electronics Ltd. en 1978, el cual surge como un simple estándar de automatización del hogar, basado en redes eléc-tricas para el tráfico de información. El estándar incluye mecanismos de direccionamiento para identificar aparatos individualmente, utiliza modulación por amplitud ASK para transmitir la información. Los dispositivos se comunican utilizando la red eléctrica (120VAC a 60Hz y 220VAC a 50Hz). El protocolo X-10 propor-ciona las especificaciones técnicas de cómo un dispositivo debe transmitir una señal sobre la línea de potencia. Usando el punto de cruce por cero de la portadora principal, para sincroni-zación, la presencia de una señal de 120 KHz al cruzar por cero indica la transmisión de un uno binario y la ausencia de la señal de 120 KHz indica un cero binario. El protocolo X-10 con-tiene un esquema detallado de rangos frecuen-ciales para prevenir interferencias. El pulso de 1 milisegundo se transmite tres veces para que coincida con el paso por el cero en las tres fases para un sistema trifásico. La figura 4 muestra la relación entre estos pulsos y el punto cero de la corriente alterna.

Figura 4 Sincronización de los pulsos con AC

Los dispositivos contienen dos direcciones, una es la dirección de la casa y la otra es una direc-ción individual del dispositivo. Una transmi-sión típica basada en el protocolo X-10 incluye un código de salida o de inicio, la dirección de la casa y la dirección del dispositivo, como tam-bién el código de la función (como encender, apagar, etc.). En el protocolo X-10 se emplean códigos redundantes, en donde cada bit se envía dos veces, uno en su verdadero valor e inme-diatamente otro negado, debido a que las redes eléctricas no son el medio más eficiente para la transmisión de datos, de esta forma se disminu-yen los posibles errores de comunicación.

Figura 5 Códigos de transmisión

Un código X-10 requiere de once ciclos de corriente para su correcta transmisión y se transmiten de esta forma; los dos primeros ciclos representan el Código de Inicio, los cua-tro siguientes ciclos representan el Código de Casa (letras A-P), los siguientes cinco represen-tan o el Código Numérico (1-16) o el Código de Función (Encender, Apagar, Aumento de

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Intensidad, etc.). Este bloque completo (Código de Inicio, Código de Casa y Código de Fun-ción o Numérico) se transmite siempre dos veces, separando cada dos (2) códigos por tres ciclos de la corriente, excepto para funciones de regulación de intensidad, que se transmiten de forma continua (por lo menos dos veces) sin separación entre códigos. La especificación Konnex ha sido diseñada para automatización de casas y edificios, aunque está definida para varios medios de transmisión como Par tren-zado, Ethernet y Radio Frecuencia, también contempla algunos servicios por medio de las líneas de energía eléctrica, haciendo uso de la banda “C” del estándar CENELEC 50065. En la capa física de la especificación Konnex, se maneja una variación de la modulación FSK, y es denominada MFSK, es decir, modulación por mínima variación en frecuencia, con una frecuencia portadora promedio de 132.5KHz, y la variación en modulación es de +-0.6KHz, con lo cual, para representar un “1” lógico, se hace con una frecuencia portadora de 131.9KHz, y para representar un “0” lógico, se hace con una frecuencia portadora de 133.1KHz. La estruc-tura de la trama a nivel de la capa física (ver figura 6a) comienza con un campo de 16 bits llamado preámbulo, el cual sirve de sincroniza-ción a los receptores sobre el mensaje que va a ser enviado, el siguiente campo de 16 bits es el encabezado, con el cual se escoge la longitud del campo de datos, dependiendo si es de 15 bytes o de 65bytes. Los siguientes bytes de datos, van seguidos cada uno con un campo llamado FEC, por sus siglas en ingles “Forward Error Correc-

tion”, el cual se encarga de la corrección de hasta tres bits consecutivos en cada secuencia de 14 bits, que está formada por un campo de datos y un campo FEC.

En la capa de enlace de datos, (ver figura no. 6 b), la trama comienza con el campo Domain Address, el cual es usado para dividir el medio de transmisión en varias subredes, y es asignado de acuerdo al dominio. El siguiente campo de control denominado Control Field, el cual es un octeto que contiene información sobre la priori-dad de la trama, direcciones de grupo o indivi-duales, un bit de bandera indicando si la trama es repetida y otro bit de bandera indicando si se requiere acuse de recibo por parte del recep-tor. Las direcciones de grupo sirven para enviar comandos sobre los sistemas activos, como por ejemplo ordenes de encender o apagar, y las direcciones individuales son utilizadas para la configuración del sistema. Los siguientes dos campos cada uno de 16 bits, son utilizados para enviar la dirección de origen en uno, y en el otro se envía la dirección de destino. El siguiente campo de 8 bits denominado NPCI “Network Layer Protocol Control Information”, contiene la longitud del campo de datos. En seguida va el campo de datos que puede ser desde 15 bytes hasta 65 bytes. El último campo de la trama denominado FCS “Frame Check Sequence”, es un campo de 16 bits que asegura la consistencia de la totalidad de la trama. Este mismo campo es devuelto por el receptor como un acuse de recibo solo si es requerido, después de haber recibido una trama correctamente.

6. pLC EN DOMÓTICA

Con el paso del tiempo, la tecnología ha evolu-cionado de tal forma que es posible concebir la “Casa Inteligente”, un sitio en el cual se necesite la mínima intervención del hom-bre para realizar labo-res básicas, que a su vez, puedan realizarse remotamente en un

Figura 6 Formato de trama estándar KONNEX.

(a) Formato de trama en capa física - (b) Formato de trama en capa enlace de datos

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momento dado. Este proceso de automatización del hogar, también conocido como “Domótica”, se ha visto ampliamente difundido con la ayuda de un protocolo de fácil instalación y manejo como lo es el protocolo X10. La automatiza-ción de estos elementos es lo que da origen a la domótica, palabra que proviene del latín domus que significa casa y del término informática, siendo así el conjunto de instalaciones que auto-matizan una vivienda, sin embargo para dar una visión más amplia de lo que es la domótica, puede definirse como la adopción, unificación e implementación de las nuevas tecnologías informáticas y comunicativas al hogar, lo que incluye principalmente el uso de electricidad, dispositivos electrónicos, sistemas informáticos y diferentes dispositivos de telecomunicaciones, incorporando la telefonía móvil e Internet.

7. pLC EN TELEMEDICIÓN

La telemedición es un procedimiento en el que se utilizan como instrumentos, equipos o dispo-sitivos electrónicos capaces de detectar remota-mente información o datos acerca del estado de una variable, generalmente de carácter físico y también transmitir esos datos a la estación más cercana, para posteriormente ser procesa-dos, analizados y almacenados. Las empresas prestadoras del servicio de suministro eléc-trico, cuentan con una gran infraestructura de red para distribución de energía, y por lo tanto tienen un amplio cubrimiento del territorio. De esta forma, dichas redes aparte de cumplir la tarea de distribuir energía, que es su objetivo primordial, también pueden ser utilizadas para hacer la lectura del consumo de energía de cada uno de los usuarios. De acuerdo con el están-dar CENELEC 50065, en el cual se asignan los rangos de frecuencia para el uso de la tecnolo-gía PLC de banda angosta, se especifica que la denominada “Banda A”, la cual comprende el espectro en el rango de 3KHz a 95KHz, puede ser utilizada por las empresas de servicios de suministro eléctrico, para aplicaciones de comunicación interna a la compañía, por ejem-plo, entre centrales eléctricas y subestaciones, o también para aplicaciones de lectura remota de los medidores de los usuarios, es decir tele-medición. Actualmente para realizar la tarea

de telemedición, se utilizan básicamente cuatro clases de equipos que son los siguientes: Medi-dor electrónico de energía, Colector de datos, Módulo de control y Display.

CONCLUSIONES

La tecnología PLC de banda ancha podría llegar a ser una gran solución a problemas de cober-tura del servicio de internet en lugares lejanos, especialmente las zonas rurales, por lo que se basa en la red eléctrica convencional, pero para tal objetivo se tendría que invertir en el mejo-ramiento de estas redes y en la investigación y desarrollo de nuevos mecanismos para dismi-nuir las emisiones de radiación electromagné-tica que afectan otros servicios que manejan el mismo rango de frecuencia. Más sin embargo, el uso de la tecnología PLC de banda ancha es viable para soluciones internas al predio, como implementación de redes LAN vía PLC; una alternativa seria utilizar la tecnología HOME-PLUG que brinda esta solución en Estados Unidos. De esta forma se evita hacer instala-ciones de cableado adicional para la red LAN de telecomunicaciones. Los servicios que ofrece la tecnología PLC de banda angosta apuntan a tener una gran utilidad y desarrollo en nuestro entorno, tanto para las compañías de servicios públicos domiciliarios, como para los usuarios finales. Algunas de sus aplicaciones como la telemedición y domótica, son de fácil imple-mentación y alta viabilidad. Se hace referencia a un caso particular de aplicación; en Bogotá, una empresa de energía eléctrica está implemen-tando pruebas piloto basadas en comunicación PLC para telemedición, seguridad y control de las redes eléctricas. En cuanto a domótica, ya se pueden encontrar productos que manejan este tipo de comunicación para aplicaciones en el hogar. Debido a que los sistemas de comu-nicación por la red eléctrica se enfrentan a un medio de transmisión que generalmente es hos-til y produce degeneración e interferencia a las señales de datos, se ha mostrado que en cuanto a sistemas de banda ancha, la modulación OFDM ha dado muy buenos resultados, ya que contra-rresta dichos efectos, alcanzando muy buenas tasas de transferencia de datos, con lo cual se aprovecha eficientemente este recurso.

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REfERENCIAS

Libros

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Artículos

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caracterización de la capa deScarburizada de un acero Sometido a tratamiento térmico

Henry Hernando Suárez Soler Ingeniero Mecánico, Maestría en Ingeniería, materiales y procesos,

Docente Universidad Autónoma de Colombia, Ingeniería Electromecánica. Correo: [email protected]


Resumen

Este trabajo trata acerca de los procedimientos utilizados para caracterizar capas superficiales delgadas en materiales metálicos. El estudio se realiza en un acero para resortes al cual se le hizo tratamiento térmico de Temple-Revenido, se caracterizó la capa que presenta pérdida de carbono superficial. Las herramientas utilizadas son la observación metalográfica, las pruebas de microdureza y el análisis químico.

Palabras clave. Descarburización. Tratamiento térmico. Microdureza. Análisis químico.

AbstRAct

This work treat about the different methods used to characterize thin superficial layers of metallic materials. The study was realized to spring steel which heat treated of quenching and tempering was carry out in order to characterize the decarburizing lawyer from element surface. The usual tools are observation metallographic, microhardness testing and chemical analysis.

Keywords. Decarburization, Heat treatment, Microhardness, Knoop, chemical analysis.

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Caracterización de la capa descarburizada de un acero sometido a tratamiento térmico

INTRODUCCIÓN

Durante la fabricación de piezas de máquinas, algunos procesos se deben hacer a elevada temperatura con el

objetivo de facilitar el trabajo de conformado. Por ejemplo, en la preparación para la forja el material debe ser lo suficientemente blando con el fin de facilitar la deformación o, cuando se requiere ajustar las propiedades mecáni-cas necesarias para el buen funcionamiento de un componente es necesario realizar un trata-miento térmico de Temple-revenido1. Como consecuencia se pueden inducir defectos, como fisuras o descarburización, que afectan la vida útil del componente.

En las piezas que se fabrican con aceros de alto contenido de carbono (superior a 0,4%), y que se deben someter a la temperatura de austeni-zación en una atmósfera circundante no con-trolada, se puede presentar una reacción del carbono libre superficial del material con el oxí-geno presente en el medio para formar dióxido de carbono, esto da como resultado la descar-burización en el componente.

Para evaluar la profundidad de descarburiza-ción, es conveniente hacer una caracterización adecuada, para ello existen muchos y variados procedimientos, pero los más utilizados son la inspección metalográfica, los ensayos de micro-dureza y el análisis químico (ASTM, E1077).

2. LA DESCARBURIzACIÓN EN LOS ACEROS

Por lo general, cuando se hace tratamiento térmico a los aceros, se debe llevar el material hasta la temperatura de austenización2, el pro-ceso se realiza en atmósfera no controlada; en este ambiente una parte de los átomos de car-bono libres se remueven desde la superficie del

acero y se combinan con el oxígeno presente alrededor (debido a que existe una atracción fuerte entre estos átomos) para formar dióxido de carbono. Se presenta, por lo tanto, una pér-dida de carbono superficial que provoca una modificación en las propiedades mecánicas del acero (ASM, 2005).

La capa descarburada que se caracteriza por presentar regiones superficiales blandas en una matriz de mayor dureza, trae como efecto la reducción de la durabilidad por fatiga del mate-rial (Avilés, 2005). Es difícil hacer un control, pero algunos investigadores sugieren realizar el tratamiento en vacío o en una atmósfera con un contenido de carbono similar a la composi-ción del elemento.

De acuerdo con la norma ASTM E1077, se sugie-ren unos límites que sirven para identificar el grado de descarburización:

• Tipo 1, pérdida total del carbono super-ficial medible en una distancia corta (1 milímetro) desde la superficie, se tiene un problema de descarburización grave;

• Tipo 2, pérdida parcial, aproximadamente el 50% del carbono base permanece en la superficie, se nota una capa de descar-burización de 0.25 mm; no es tan severa pero en algunos elementos mecánicos no es permitida;

• Tipo 3, existe una pérdida parcial, cerca del 80% del carbono base permanece en la superficie, es aceptable para aplicación en elementos mecánicos que no trabajan bajo solicitaciones de fatiga (ASTM, E1077).

3. CARACTERIzACIÓN DE LA CApA DESCARBURIzADA

Se han propuesto varios métodos para carac-terizar la capa descarburizada, los más impor-tantes y ampliamente aceptados son el análi-sis químico, la observación metalográfica, y la medición del perfil de dureza realizados a una sección transversal del elemento de estu-dio (ASTM, E1077). En algunas investigaciones

1 El temple consiste en un enfriamiento rápido desde la temperatura de austenización del acero para obtener una estructura de gran dureza. Con el revenido se hace un alivio de las tensiones térmicas inducidas durante el enfriamiento.

2 Dependiendo del contenido de Carbono, esta temperatura está en el rango de los 750 a 950°C, a este nivel de calenta-miento se presenta un cambio de fase en la estructura meta-lográfica del acero.

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recientes, a partir de las corrientes de Eddy, se propone un método que tiene en cuenta la diferencia de permeabilidad magnética entre la ferrita y la perlita, se observa que la inductancia varía con la frecuencia y está relacionada con la profundidad de descarburización (Hao, 2008) (Masahiro,2000).

4. ESTUDIO DE LA DESCARBURIzACIÓN EN EL ACERO AISI 5160El estudio de la descarburización involucra los siguientes pasos:

1. Conocer la composición química del material;

2. Realizar un tratamiento térmico que requiera temperatura de austenización;

3. Preparar el material para realizar las res-pectivas pruebas metalográficas.

4. Medición de la microdureza desde la superficie del material.

5. A partir de los datos se estima la profun-didad de la capa descarburizada;

6. Con análisis químico final se comprueba que existe una capa descarburizada, ade-más a partir de este análisis se deduce la severidad del problema.

Para el desarrollo de este trabajo se cortaron probetas de una platina (sección transversal 63mm x 6mm), de acero AISI 5160. De acuerdo con la información del proveedor del material, la composición química se resume en la tabla 1.

Tabla 1 Análisis químico del material del estudio, información

suministrada por el fabricante

%C %Mn %P %Si %Ni

0,60 0,77 0,026 0,24 0,09

%Cr %Mo %Cu %S

0,7 0,01 0,2 0,016

Todas las probetas se sometieron a un trata-miento térmico de Temple-Revenido (tempe-ratura de austenización 900°C, enfriamiento en aceite y alivio de tensiones entre 200 y 500°C).

Para estudiar la microestructura resultante y la toma de durezas se prepararan las probetas de acuerdo con el procedimiento que se sigue para la observación metalográfica tradicional, que requiere de un lijado progresivo (desde lijas número 80 hasta 600), para terminar en un pulido utilizando paño y Alúmina como elemento abrasivo. En la figura 1 se muestra la capa des-carburizada (zona clara) que se obtiene después del tratamiento, la parte oscura corresponde al material que no registra pérdida de carbono.

Figura 1 Capa descarburizada después del tratamiento

térmico, se muestra la profundidad promedio. Ataque Nital. 100X

Un dato más exacto de la profundidad de la capa se obtiene a partir de pruebas de microdu-reza, para el caso de estudio las mediciones se hicieron en escala Knoop, que utiliza un pene-trador pirámide de diamante, para una aplica-ción de carga de 50 gramos.

En la figura 2 se muestran las huellas registra-das para la probeta. De acuerdo con la Norma ASTM E1077, las medidas se toman cada 20 micras, en diferentes puntos a partir de la super-ficie de la probeta.

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Caracterización de la capa descarburizada de un acero sometido a tratamiento térmico

Figura 2 Huellas para microdureza Knoop, la distancia entre

ellas es 20 micras. 100X.

La profundidad de la capa está definida por el punto a partir del cual se estabiliza el valor de microdureza (en este caso 350 knoop), en la gráfica mostrada en la figura 3 se obtiene que la profundidad de la capa corresponde a 220 micras.

Figura 3 Perfil de microdureza para la probeta con Temple-

revenido (500°C).

Con los dos métodos mostrados, es posible concluir que existe descarburización, pero no se puede definir con exactitud cuál es el grado, por lo que es necesario recurrir al análisis quí-mico tanto de la superficie como del núcleo de

la probeta, este se realizó en un espectrógrafo de gases, y dio los resultados que se consignan en la tabla 2.

Tabla 2 Análisis químico del material estudiado

Superficie núcleo% Fe 97,7 97,24% C 0,133 0,593% P 0,023 0,023% Cr 0,74 0,74% Ni 0,08 0,08% Cu 0,2 0,2

Se puede observar que la composición química suministrada por el fabricante es similar a la obtenida para el núcleo de la probeta de estu-dio, esto muestra que existe un alto grado de descarburización (Tipo 1), pero definir la mag-nitud del problema es difícil todavía, tal vez se deba recurrir a otras herramientas para obtener nuevos resultados, que permitan caracterizar el comportamiento de la capa cuando es sometida a condiciones reales de trabajo.

CONCLUSIONES

El procedimiento de caracterización es sencillo, y arroja resultados satisfactorios. Tal vez con técnicas más avanzadas se consigan datos más exactos, pero es conveniente evaluar la verda-dera aplicación en situaciones prácticas.

Definitivamente se debe utilizar diferentes téc-nicas de caracterización para identificar pro-blemas asociados al comportamiento de los materiales.

Un punto interesante de estudio es analizar la interfase entre las dos zonas características y obtener información relacionada con el com-portamiento en condiciones de trabajo para aplicaciones específicas.

Con las pruebas de microdureza se caracteriza la profundidad de la capa, pero si se quiere conocer el grado de descarburización es necesa-rio hacer análisis químico.

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i+d loS orígeneS de lo incierto; nuevaS aplicacioneS en el campo de la nanotecnología

Gerardo Castang Montiel Ingeniero Electrónico, Universidad Autónoma de Colombia,

Semillero de investigación en nanotecnología. [email protected]

Fredy Alberto Cuéllar Torres Ingeniería Electrónica, Universidad Autónoma de Colombia,


Edwar Jovani Melo Gutiérrez Ingeniería Electrónica, Universidad Autónoma de Colombia,


Erik Alexey Villareal Pardo Ingeniería Electrónica, Universidad Autónoma de Colombia,



Resumen

En el presente artículo se realiza una introducción a la nanotecnología, siendo ésta un campo de las ciencias aplicadas, dedicada a la manipulación de la materia a una escala nanométrica. Se presentan las distintas aplicaciones de la misma, presentando un particular interés en las soluciones ambientales. De igual forma se verifica el aporte realizado por los países involucrados e interesados en impulsar esta tecnología al interior de sus empresas, centros de investigación e instituciones educativas. A nivel nacional, se resalta el esfuerzo realizado por las entidades de investigación como Nanoescalar, Consejos de investigación y Semilleros de investigación interesados en impulsar esta temática. Palabras claves: materia, nanométrica, investigación, desarrollo.

AbstRAct

This article provides an introduction to nanotechnology, this being a field of applied sciences, dedicated to the manipulation of matter at the nanometer scale. We present different applications of the same, presenting a particular interest in environmental solutions. The same shall verify the contribution made by the countries involved and interested in promoting this technology within their companies, research centers and educational institutions. Nationally, it highlights the efforts made by research institutions such as Nanoscale, Seed Research Councils and research interested in pushing this issue. Keywords: matter, nanometrics, research, development.

espAcio estudiAntil

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I+D Los orígenes de lo incierto; nuevas aplicaciones en el campo de la Nanotecnología

INTRODUCCIÓN

Los materiales a la escala nanométrica cambian sus propiedades físicas según la morfología y el volumen que ocupan estas

estructuras. La plata es el elemento más utili-zado para estudiar dichas propiedades, debido a su cambio de color, es decir, la variación de frecuencia producida por la incidencia de un haz de fotones; también se pueden observar patrones en los ángulos de difracción sobre el volumen regular que forme este elemento, per-mitiendo generar cumbres de resonancia según la longitud de onda que posea el haz con el cual se está estimulando el nuevo material. Hasta 1959 no se llegaba a divisar el manipular los ele-mentos a esta escala; hasta 1966 se contempló la nanotecnología como una posibilidad cientí-fica y 19 años más tarde se descubrió el primer nanomaterial (el buckminsterfullerenes).

Richard P. Feynman, ganador del premio Nobel de física (1965) por su contribución a la electro-dinámica cuántica; fue un talentoso y extrover-tido profesor y conferencista de ciencias. Su agu-deza mental lo llevo a tener intereses amplios y variados, como se puede apreciar en su libro auto bibliográfico “(Quizá bromee usted Sr. Feynman) “ y más aún, en su visionaria y casi profética conferencia, titulada “There’s plenty of room at the bottom (En el fondo hay espa-cio de sobra)” (1959). Con la que fue nominado padre de la nanotecnología, debido a su acertada especulación sobre las posibilidades y potencia-lidades de los materiales nanométricos.

En esta conferencia el expuso un nuevo campo de la ciencia, tomando como ejemplo escribir 24 volúmenes de la enciclopedia británica sobre la cabeza de un alfiler; así mismo enfoco la confe-rencia explicando cómo realizar los relieves de las letras en el metal del alfiler simplemente con un tubo de rayos catódicos de un televisor y los lentes invertidos de un microscopio convencio-nal, induciendo a la capacidad de copiar direc-tamente en plástico los 24 millones de libros, propios de una biblioteca nacional en el espacio que ocupan 35 páginas de un libro común, lo que motiva al uso de éste campo para facilitar el transporte de información y la capacidad de hacer copia en los exámenes.

La palabra nanotecnología es usada amplia-mente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, que oscila entre 1 y 100 nanómetros. Por debajo de este nivel se encuentra la escala atómica, próxima a 0.1 nanómetros (10-10 m), seguida por la escala nuclear, cercana al femtómetro (10-15 m). Estas son medidas extremadamente pequeñas que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y atómicas. En general se tiene la posibilidad de desarrollar artefactos utilizando éstas pequeñas moléculas que permitirán lograr avances en diferentes campos como lo es: medi-cina, producción agrícola, informática y aplica-ciones ambientales entre otros.

2. ApLICACIONES

La ciencia es el conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razona-miento, sistemáticamente estructurados, y de los que se deducen principios y leyes genera-les, de igual forma, la tecnología es el conjunto de conocimientos técnicos, ordenados cientí-ficamente, que permiten construir objetos y máquinas para adaptar el medio, y satisfacer las necesidades de las personas. Por lo tanto, la nanociencia se encarga de la comprensión de los fenómenos que ocurren a escalas nanome-tricas, y la nanotecnología tiene por propósito la manipulación y el control de los mismos.

Hoy en día, las diez aplicaciones más promete-doras según la Universidad de Toronto-Canadá son:

• Almacenamiento

• Producción y conversión de energía

• Producción agrícola

• Tratamiento y remediación de aguas

• Diagnostico y prevención de enfermedades

• Sistemas de administración de fármacos

• Procesamiento de alimentos

• Remediación de la contaminación atmosférica

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• Construcción, monitorización de la salud

• Detección y control de plagas e informática

El desarrollo de la nanotecnología ha inducido al estudio teórico y experimental de la física del estado sólido, impulsando aplicaciones innova-doras, particularmente, los nanofiltros. El 20% de las muertes provocadas por enfermedades infecciosas en el mundo están relacionadas con el consumo de agua contaminada, según un informe de la organización humanitaria Inter-món Oxfam. La filtración del agua puede redu-cir notoriamente el riesgo de estas enfermeda-des. La Universidad North-West de Sudáfrica ha construido una planta de tratamiento de aguas que incorpora membranas de ultrafiltra-ción para purificar aguas subterráneas salobres en una aldea rural. La planta elimina cloruros, nitratos, fosfatos y sulfatos, entre otros conta-minantes y genera agua potable destinada al uso doméstico y comunitario.

La Empresa Brasileña de Investigación Agrope-cuaria (Embrapa), espera desarrollar un sistema de biodigestión por nanofiltros para depurar el suministro de riego y en un futuro, obtener agua potable apta para el consumo. En la actualidad, ya se utilizan biodigestores sin nanofiltros, para tratar aguas residuales, tanto en zonas urbanas como rurales.

Hoy en día, la medicina tiene más interés en la investigación en el mundo nanoscópico, a razón que a esta escala se encuentran posible-mente las alteraciones estructurales que provo-can la enfermedad. Algunas de las ramas que se encargan de esto son: la microbiología, inmu-nología, fisiología. Con todos estos avances han surgido nuevas ciencias como la ingeniería genética, que hoy en día es debatida, debido a las implicaciones que pueden tener como son la clonación o la mejora de especies.

Entre otros avances, las nanoantenas surgieron en el instante en que se observo un cambio en la frecuencia generada por sólidos regulares de plata de diferentes tamaños sobre un nanohilo

de oro, lo que se abrió así, el campo de estudio de las antenas a esta escala, cuyos resultados gene-raron avances en las actuales células solares, permitiendo captar la energía de la gama infra-rroja con tanta capacidad, que ahora es posible absorber energía aun cuando es de noche.

Otros avances en esta rama son las antenas de frecuencia y las ópticas, las primeras son capaces de generar frecuencias en un rango de 5 · 10-5 GHz; las segundas pueden generar una difracción capaz de atrapar una bacteria sin dañarla, considerando este, un avance extraor-dinario al campo de la medicina y a una anhe-lada solución ambiental.

3. ApORTES CIENTífICOS EN EL MUNDO

La siguiente figura ilustra datos generados por la INSPEC (THE DATABASE FOR PHYSICS, ELECTRONICS AND COMPUTING) para el periodo 2003-2004 la cual proporciona una muestra del trabajo de I+D (investigación + desarrollo) en nanotecnología que se ha estado desarrollando a nivel mundial.

Figura 1: Distribución por países de las publicaciones y actas de congresos sobre nanotecnología,

encontradas en INSPEC para el período 2003-2004.

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En la (figura 1), se observan los países que publi-can artículos científicos de nanotecnología en el mundo y se observa que los primeros luga-res los ocupan: Estados Unidos, China, Japón y Alemania. Éste fenómeno se podría deducir debido a que estos países son potencias mun-diales y aportan inversiones a la investigación, al ver este suceso otros países se han involu-crado con la nanotecnología y han empezado a publicar diferentes artículos.

La China, se ha enfocado en algunas áreas tales como los nanotubos de carbono. La India, opta en especializarse en diferentes ramas de la nanotecnología, pues cuenta con los científicos

que han adquirido los conocimientos para tra-bajar con esta tecnología.

En la (figura 1), se puede observar que la rea-lización de avances científicos en la Unión Europea es similar a la producción de EE.UU, (29% frente a 26,83 %). Este dato refleja el impulso que la nanotecnología está recibiendo en Europa, especialmente en países como Ale-mania, Gran Bretaña, Francia, Italia e Irlanda. Además, la Unión Europea, está realizando un gran esfuerzo con el objetivo de convertirse en la primera potencia mundial basada en el cono-cimiento, durante el plazo de diez años, lo que la ha llevado a impulsar desde sus inicios, la nanotecnología (Estrategia de Lisboa).

La (figura 2), muestra la distribución de las publicaciones científicas sobre nanotecnología en los países de la Unión Europea. Alemania produce más de un cuarto de las publicaciones en nanotecnología de la Unión Europea; Diez países miembros acaparan casi el 90%, mientras que el 10% restante se reparte entre los otros 15 países asociados.

4. NANOTECNOLOgíA EN COLOMBIA

Pese a que no existe una política nacional que fomente el desarrollo de la nanotecnología, el país viene incursionando en este avance de la ciencia, con la creación de 20 grupos y dos cen-tros de investigación, un Consejo Nacional, una

Red de Cooperación Científica y una empresa de apoyo para estos desarrollos.

En América Latina, la producción científica en este campo es liderada por Brasil y México. Se han detectado ciertos avances en Puerto Rico, Argentina y recientemente un interés en Colom-bia, Chile, Cuba, Perú y Venezuela.

En medio de estas posibilidades para la indus-tria y del contexto internacional “los países en vías de desarrollo como Colombia, pese la com-plejidad que representa incursionar en la nano-tecnología, pueden aprovechar distintas opor-tunidades para ingresar a investigar y competir en éste estadio de desarrollo tecnológico”, según el Programa Nacional de Electrónica, Teleco-

Figura 2. Distribución en los países de la Unión Europea del porcentaje de publicaciones científicas sobre nanotecnología (INSPEC 2003-2004)

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municaciones e Informática de Colciencias. La real situación en la cual se encuentra la nano-tecnología en Colombia se conoce gracias al Programa Nacional de Prospectiva Tecnológica e Industrial, un estudio que realizó Colciencias, entre 2003 y 2007.

El físico nuclear Édgar González, director del Centro de Ciencia y Tecnología Nanoescalar (nanoCiTec) y presidente del concejo Nano-ciencia y Nanotecnología (IEEE Colombia), ha realizado grandes avances en el campo nanoes-tructural, de los cuales ha publicado varios artí-culos y un libro donde se explican sus avances e incentiva hacia la investigación. El semillero de Nanotecnología de la Universidad Autó-noma de Colombia y la Directora de semilleros de investigación del SUI Ana Corena, lograron traer al Científico Edgar Gonzales al auditorio del edificio de Innovación Tecnológica de las instalaciones de la Universidad, en el cual el dicto una conferencia que podría ser enmar-cada como una ilustre y motivante exposición de los avances tecnológicos en Colombia, y la brillante explicación de los complejos fenóme-nos nanoescalares en la terminología básica, para el entendimiento profano.

La Universidad Nacional, la Universidad Fran-cisco José de Caldas y la Universidad Javeriana poseen grupos de investigación aobre nanotec-nología. Actualmente, en la Universidad Autó-noma de Colombia se ha venido desarrollando un semillero de investigación en nanotecnología, orientado a brindar soluciones a nivel ambiental.

5. ENTIDADES ACADéMICAS INTERNACIONALES E IMpACTO El Consejo de Nanotecnología IEEE (The Insti-tute of Electrical and Electronics Engineers), es un grupo multidisciplinario cuyo objetivo es promover y coordinar el trabajo en el campo de la nanotecnología aplicada en áreas cientí-ficas y educativas. Apoya la teoría, el diseño y desarrollo y de aplicaciones utilizando la nanotecnología.

Un equipo de investigadores de las universida-des de Columbia Británica y California analiza

una serie de encuestas realizadas para explorar la percepción pública de los riesgos y beneficios inherentes a la utilización de los nanomateria-les. Su estudio llegó a la conclusión de que casi la mitad de los encuestados no están familiari-zados con la nanotecnología, a pesar de su pre-sencia cada vez mayor en nuestro entorno.

Esta es la primera vez que los investigadores han tratado de anticipar la respuesta del público y es razonable suponer que las teorías anteriores de por qué la gente se opone a algunas de las tecnologías será útil para anticipar su respuesta frente a la nanotecnología.

6. CONCLUSIONES

La nanociencia permite al hombre manipular la estructura fundamental de la que está formada la materia, por lo tanto, todo nuevo avance debe ser verificado exhaustivamente antes de su desarrollo, para de ninguna manera influir en la estabilidad de la vida propia del planeta.

Los desarrollos que se realizan en este campo afectan radicalmente muchos sectores econó-micos. Avances en química, materiales especia-les, seguridad, tecnologías de la información, comunicación, producción transporte de ener-gía, construcción, medicina y medio ambiente son algunos segmentos que se pueden benefi-ciar de las implementaciones que se realizan a través de la nanotecnología. Por lo tanto se infiere a la investigación en este campo (nano) como una línea productiva y de amplia gama para su desarrollo e innovación.

Es necesario y prioritario impulsar el estudio de la nanotecnología al interior de nuestra Univer-sidad, vincularnos con organizaciones académi-cas nacionales o internacionales que se encuen-tran abarcando la temática, y de esta forma disminuir el rezago tecnológico Nacional.

Como semillero de investigación de nanotecno-logía se concluye orientar las próximas investi-gaciones a crear soluciones para los diferentes problemas ambientales, como lo es la contami-nación del agua (por medio de nanofiltros).

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REfERENCIAS

Página nanotecnología, Euroresidentes, nanotecnología concepto. Recuperado el 13 de febrero de 2010, de http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_que_es.htm

Revista nanociencia y tecnología Nanotecnología en España numero 34 Recuperado el 13 de febrero de 2010, de http://www.madrimasd.org/revista/revista34/tribuna/tribuna4.asp

Conferencia escrita: “There’s Plenty of Room at the Bottom” por Richard P. Feynman http://media.wiley.com/product_data/excerpt/53/07803108/0780310853.pdf

Información general para el sector de telecomunicaciones, Colombia naciente por interés a la nanotecnología.

Recuperado el 13 de febrero de 2010, de http://www.topcomm.biz/ShowContent.asp? ContentId=61973&ChannelId=1

Artículo de revista científica en Internet:

Materials today, How much risk do people think there is in nanotechnology?.16 October 2009. http://www.materialstoday.com/view/4601/how-much-risk-do-people-think-there-is-in-nanotechnology/

Libros:

Charles Poole & Frank Owens. Introduction to Nanotechnology. NewYersey, EE.UU.: Editorial Revertè, S.A.

Feynman Richard Phillips. Está Ud. de broma, Sr. Feynman?: aventuras de un curioso personaje tal como le fueron referidas a Ralph Leighton / Richard P. Feynman; recopilación de Edward Hutchins; versión española de Luis Bou.

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La Revista Clepsidra, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autó-noma de Colombia, considerará para su publicación trabajos inéditos, ensa-yos, revisiones bibliográficas, en español, inglés o francés, que no hayan sido propuestos en otras revistas y cuyo objetivo sea aportar al avance del cono-cimiento en las áreas relacionadas con la formación de la Facultad. El Con-sejo Editorial se reserva el derecho de sugerir las modificaciones que crea convenientes.

El autor debe enviar el documento en original y copia al editor de la revista (Bloque 10, Oficina 301, Calle 12 # 4-40, Universidad Autónoma de Colom-bia), o por correo electrónico: [email protected]

El autor deberá solicitar el formato de recepción de artículos, diligenciarlo en su totalidad y entregarlo con el artículo a la dirección de la revista.

El contenido de los artículos es responsabilidad de los autores y la política editorial es abierta y pluralista.

La recepción de artículos se realiza durante todo el año. Sin embargo, el envío de los artículos no obliga a su publicación.

Los artículos serán sometidos a una evaluación realizada por árbitros de reco-nocida trayectoria investigativa, cuyos conceptos, observaciones y recomen-daciones serán dadas a conocer a los autores para que sean tenidas en cuenta y se lleven a cabo y ajustes y/o complementos que requiera el artículo. La identidad de los árbitros se mantendrá en estricta confidencialidad. Los artí-culos serán avaluados de acuerdo con los siguientes criterios: rigor conceptual y metodológico, y claridad y coherencia en la argumentación y en la exposi-ción. Los conceptos de la evaluación se entregaran o enviaran al autor.

Pautas para los autores

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Normas editoriales

El resumen, como tal, es una descripción sintética de los aspectos más relevan-tes del documento, realizada en un solo párrafo que debe contener máximo 150 palabras (8 a 10 renglones). En el caso de los artículos teóricos, metodológicos y de revisión, debe contemplar el objetivo del trabajo, los aspectos teóricos, metodológicos y/o conceptuales analizados y las principales conclusiones. En el caso de los artículos empíricos, debe incluir en lo posible el objetivo de la investigación expresado en una oración; una descripción breve de la pobla-ción de estudio y sus características pertinentes tales como: edad, género, nivel educativo, tipo, orden, especie, entre otros; el tipo de investigación realizada o el diseño implementado; los aparatos e instrumentos; los resultados generales y, de manera opcional, los principales puntos de la discusión.

Palabras clave: Tras el resumen se deben escribir las palabras claves, las cua-les orientaron la construcción del marco teórico de la investigación y se utili-zan como fines de clasificación, para que los documentos se puedan incorpo-rar en bases de datos y, de esta forma, agilizar su búsqueda.

La introducción contiene brevemente las formulaciones conceptuales y teó-ricas y los reportes que permitan ubicar al lector en el problema presentado y su abordaje.

La escritura se deberá presentar en formato WORD (texto) o EXCEL (cua-dros y tablas) con una extensión mínima de 3.000 palabras (6 a 8 páginas) y máxima de 8.000 palabras (12 a 15 páginas), incluyendo tablas e ilustracio-nes, notas y referencias bibliográficas.

El título deberá ser explicativo y recoger la esencia del trabajo. Las tablas deben tener un encabezamiento específicamente descriptivo y deben men-cionarse en el texto, como se presenta en la tabla 1.

Tabla 1. Márgenes de la página

Superior Inferior Izquierda/derecha

3.0 3.0 3.0

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Las abreviaturas y símbolos explicados al pie de la tabla. Se requiere que los cuadros, gráficos o mapas sean muy legibles, con las convenciones muy definidas, insertados como objeto en su formato de origen. Si se requiere de tamaño superior, se entregan por separado en otro archivo, como ejemplo, se muestra la figura 1.

Figura 1 Bifurcación: gráfica de un máximo local de x con amortiguamiento decreciente

Las ecuaciones se insertan mediante el editor de ecuaciones y no como gra-fico o imagen, numerados al lado derecho, como en la ecuación 1.

Cx

SKsS

rx m

(1)

Debe tenerse en cuenta que el sustento científico de los artículos se deter-mina por el número de referencias presentadas (mínimo 50 para artículos de revisión y 10 para otros). Las referencias bibliográficas deben conservar el estilo autor, fecha, insertadas en el texto (López, 2008). Cuando la referen-cia se hace textualmente, el número de la página de donde se tomó debe ir inmediatamente después de la fecha, separado por coma (Castro, 2008, 24), si se incluyen varias páginas (Urrea, 2009, 52-56) y en caso de varios autores (López y otros, 2009). Las referencias bibliográficas deben ir al final del texto, ordenadas alfabéticamente por apellido. En caso de registrarse varias publi-caciones de un mismo autor, ordenarlas cronológicamente en el orden en que fueron publicadas. Cuando un mismo autor tiene más de una publicación en el mismo año, mantener el orden cronológico, y utilizar letras para diferen-ciar las referencias de ese mismo año (López, 2008a).Cuando se usen fuentes de enlaces de Internet, se debe mencionar el autor, el nombre del documento, artículo o nota y la dirección URL completa, así como la fecha en que fue con-sultada, especificando día, mes y año. Los encabezamientos de cada sección se escribirán en negritas, a la izquierda y en minúscula.

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