Volumen 1 No. 2 - Universidad de Ciencias Aplicadas y

REVISTA
CIENCIA: DESARROLLO E INNOVACION
Publicación de la Facultad de Ciencias
de la Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A.
Diciembre de 2015 - Volumen 1 - No. 2
COMITE EDITORIAL
Rubén Dario Torrenegra
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A
José Urrego
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A
Cheyron Castellanos
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A
John Jairo Gómez
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A
Clara Andrea Rincón
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A
Patricia Cuervo
Instituto Fiocruz – Rio de Janeiro
Crispin Celis
Pontificia Universidad Javeriana
Luis Eduardo Díaz
Universidad de La Sabana
Sergio Andrei Cuervo
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A.
Editor
Sergio Andrei Cuervo Escobar
[email protected]
Diagramación
Magda Rocío Barrero Ortíz
Ninguna publicación, nacional o extranjera, podrá reproducir ni traducir sus artículos o sus
resúmenes, sin previa autorización escrita del editor.
Editorial
EDITORIAL
U
n rasgo característico de la producción científica es la colaboración. Sin un diálogo interdisciplinar e interinstitucional los resultados que arrojan las investigaciones carecen de
sentido. Es gracias a que establecemos redes de intercambio científico, técnico y tecnológico que la ambición de explicar un fenómeno es posible. La relación que podemos establecer
entre nuestros objetos de estudio nos permite corroborar, refutar y crear nuevas teorías que
contribuyan a soluciones de problemas que hemos identificado como prioritarios en nuestra
vida en sociedad.
Es por esto que para el segundo número de nuestra revista hemos invitado a investigadores de
otras instituciones nacionales e internacionales. Contamos así, en este ejemplar, con la diversidad de temas y disciplinas que caracterizan nuestra publicación en un marco de pensamiento
interinstitucional.
Agradeciendo la participación de los investigadores que aceptaron la invitación, sólo me resta
invitar al lector a llevar a cabo una lectura relacional que le permita identificar esos puntos de
encuentro entre la ciencia y nuestro entorno, los resultados de las investigaciones y su utilidad
para comprender alguno de tantos fenómenos que aún resultan enigmáticos para nosotros.
Sergio Andrei Cuervo Escobar
Editor Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A.
v
Contenido
CONTENIDO
Estudio descriptivo sobre la intoxicación por medicamentos durante los años 2010 y 2011 en colombia
1
Caracterización bromatológica y físico-química en frutos de la familia rosaseae en tres estados de
maduración
9
Diseño de una red neuronal artificial para simular el esfuerzo cortante en una suspensión de arcillas
tomando un dato de viscosímetro de tasa constante
15
En busca de una metodología para la inclusión de solvente en cálculos de estructura electrónica para
compuestos con propiedades ácido-base
21
Producción de carburos de vanadio y carburos de cromo sobre aceros aisi d2 utilizando la técnica TRD
27
Estudio descriptivo del comportamiento de la intoxicación aguda por plaguicidas en colombia 20102011
31
Una visión de las biorefinerías a partir de una revisión sistemática
41
Relaciones de explosiones solares y los parámetros del viento solar relations of solar explosions and the
parameters solar wind
53
vii
José Ricardo Urrego Novoa
ESTUDIO DESCRIPTIVO SOBRE LA INTOXICACIÓN POR
MEDICAMENTOS DURANTE LOS AÑOS 2010 Y
2011 EN COLOMBIA
Descriptive study about drugs intoxication
during the years 2010 and 2011 in Colombia
José Ricardo Urrego Novoa
Químico Farmacéutico Especialista en Farmacología, Especialista en Epidemiologia; MSc Toxicología, MSc Administración,
PhD (C) Ciencias Farmacéuticas. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales UDCA, Facultad de Ciencias, Programa
de Química Farmacéutica, Calle 222 No. 55 – 37. Bogotá, Colombia. [email protected].
RESUMEN
SUMMARY
En muchos países del mundo se presentan casos de intoxicaciones por medicamentos y cuentan con centros de toxicología que cuenta con bases de datos, donde no solo los
profesionales del área de la salud sino también las personas
en general tienen acceso a esta información, donde se encuentran recopilados datos de gran importancia ya que hacen parte del análisis de la información. En Colombia el acceso a medicamentos se ha venido convirtiendo en un gran
inconveniente ya que se están presentando intoxicaciones
por medicamentos con mayor frecuencia por que se están
utilizando con otro fin diferente al terapéutico. La intoxicación se presenta como las diferentes manifestaciones clínicas que aparecen dentro de las primeras 48 horas después
de haber tenido contacto con el toxico, teniendo en cuenta
que las intoxicación se clasifica según el tiempo transcurrido, dentro de esta clasificación se encuentra la intoxicación
aguda leve, moderada y severa, dentro de las principales vías
de intoxicaciones se encuentran la vía oral, la vía dérmica, la
vía intravenosa.
In many countries there are cases of poisoning by drugs and
poison control centers have to have databases where not only
professionals but also the health of people in general have
access to this information, where they are collected data of
great importance and that are part of the data analysis. In
Colombia access to medicines has been becoming a major
inconvenience as poisonings are occurring more frequently
drugs that are being used for another purpose other than
therapeutic. Poisoning occurs as the various clinical
manifestations that appear within the first 48 hours after
having contact with the toxic, considering that the poisoning
is classified according to time, within this classification is mild
acute poisoning, moderate and severe within the main routes
of poisoning are oral, dermal route, the intravenous route.
Colombia, has the system SIVIGILA public health surveillance,
which is under the direction of the Secretary of Health of the
city of Bogota, system responsible for receiving notifications
in the country for a year epidemiological period which
identifies that cities report more or qui + enes are in a period
called epidemiological silence and collecting this information
is caracteriazon poisoning to public health porliticas take
regarding the use of these.
Colombia, cuenta con el sistema de vigilancia en salud publica SIVIGILA, el cual está bajo la dirección de la Secretaria de
Salud de la ciudad de Bogotá, sistema encargado de recibir
las notificaciones realizadas en el país durante un año epidemiológico, periodo el cual permite identificar que ciudades
notifican más o quienes se encuentran en un periodo llamado silencio epidemiológico y con la recopilación de esta
información se caracterizaron las intoxicaciones para poder
tomar políticas en salud pública con respecto a la utilización
de estos.
Keywords: Poisoning Drugs, SIVIGILA, Epidemiologic Week,
Notification
INTRODUCCION
Los avances de la ciencia y la tecnología, han permitido al
hombre desarrollar medicamentos para el diagnóstico, la
prevención y el tratamiento de las diferentes patologías, pero
a la vez se tiene una dificultad y es que no hay un uso ade-
Palabras claves: Intoxicación, Medicamento, SIVIGILA, Semana Epidemiológica, Notificación.
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Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
MATERIALES Y METODOS
cuado de los mismos, lo cual lleva a desencadenar sucesos
como intoxicación.
Se realizó un estudio de tipo descriptivo, observacional y de
corte transversal. donde se revisaron los casos reportados
durante el periodo comprendido entre la semana epidemiológica 1 hasta la semana epidemiológica 52 del año 2010 y
la semana 1 hasta la semana 36 del año 2011, para estos
dos años se tuvieron en cuenta las variables descriptoras
persona tiempo y lugar. Y se excluyeron las notificaciones
que no cumplieron con los criterios establecidos con intoxicación por medicamentos correspondiente al grupo 370
código que identifica el tipo de intoxicación por medicamentos para el SIVIGILA, dentro de las cuales se encontraron
duplicidad de los datos, notificaciones erróneas, reacción de
efectos adversos.­­
A nivel mundial, se cuenta con bases de datos y centros
especializados, donde se realizan notificaciones de las intoxicaciones por sustancias químicas en general; allí están incluidas las intoxicaciones por medicamentos, estos sistemas
permiten al personal especializado en salud, y público en general, tener acceso a esta información.
Estos centros especializados organizan y distribuyen la información concerniente a las intoxicaciones y el origen de las
mismas en su mayoría contando con un equipo interdisciplinario entre los cuales se cuenta con Farmacéutico(s), como
ejemplo se pueden citar el Centro de Control y la Prevención
de Enfermedades de Estados Unidos, Instituto Nacional de
toxicología y ciencias forenses de España, CITUC (Centro de
Información Toxicológica y de medicamentos de las Pontificia Universidad Católica de Chile) de Chile, Centro Nacional
de Toxicología (CENATOX) de Cuba entre otros. Colombia
cuenta con el sistema de vigilancia en salud pública SIVIGILA. Sistema que permite hacer la notificación correspondiente, pero no existe un análisis del comportamiento de estas
intoxicaciones para relacionar cuales son los medicamentos
que son en su mayoría los de más incidencia. De esta manera no se puede lograr determinar procesos para poder
realizar las debidas intervenciones y así poder consolidar e
interpretar toda la información sobre los problemas de salud
pública que puedan afectar a la población y poder ofrecer
una información clara.
Para realizar la clasificación de medicamentos e identificar
cuál de los medicamentos es el de mayor relevancia en la
intoxicación por medicamentos se utilizó la clasificación ATC
(CLASIFICACIÓN ANATÓMICA, TERAPÉUTICA Y QUÍMICA), el cual es un sistema europeo de codificación de
medicamentos.
RESULTADOS Y DISCUSION
Al final de la clasificación de la información suministrada por
el SIVIGILA, se encuentran resultados para Colombia que la
notificación más relevante en el año 2010 se presentó entre
la semana epidemiológica 16, y para el año 2011 se presenta
GRAFICO 1 Distribución Porcentual de la IPM por Rango de Edad notificadas
FUENTE:
FUENTE:SIVIGILA
SIVIGILA2010
2010- 2011
- 2011
2
José Ricardo Urrego Novoa
en la semana epidemiológica 22, para estos dos años, se
refleja que el rango de edades más notificado en intoxicación
por medicamentos se da entre los 15 y 24 años de edad,
sin dejar de lado y que no sea de menor importancia las
intoxicaciones que se presentan entre el rango de edad entre
los 0 y 4 años de edad, las cuales se pueden relacionar con
intoxicaciones de tipo accidental.
El grado de escolaridad más recurrente entre los pacientes
intoxicados fue la secundaria, esto puede darse a raíz que los
jóvenes se ven influenciados por muchos factores entre los
que se encuentran los medios de comunicación, la depresión, el consumismo, el matoneo, la ausencia de sus padres,
drogas o alcohol, llevan a que los jóvenes busquen salidas
rápidas en lugar de buscar ayuda, en sus padres o profe-
GRAFICO 2 Distribución Porcentual según Tipo de Exposición
FUENTE:
SIVIGILA
2010
- 2011
FUENTE:
SIVIGILA
2010
- 2011
GRAFICO 3 Relación de la Tasa de Incidencia por Departamento
GRAFICO 1 Relación de la Tasa de Incidencia por Departamento
3
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GRAFICO 4 Relación de la Tasa de Incidencia por Departamento
FUENTE: SIVIGILA 2010 - 2011
FUENTE: SIVIGILA 2010 - 2011
sionales de la salud. Sin dejar de lado los pacientes que se
encuentran en el grado de escolaridad primaria quienes ocupan el segundo lugar en la lista, y que probablemente desconocen totalmente el uso de los medicamentos, otro punto
a tener en cuenta son aquellas personas que no presentan
ningún grado de escolaridad, que por su desconocimiento
pudieron llegar a una intoxicación tipo accidental.
que para el año 2011, la ciudad que sobresale en el sistema
Guainía lo cual no quiere decir que hayan mas intoxicaciones si no que se esta reportando con mayor frecuencia, en
ambos periodos de tiempo no se encuentra reportes de la
ciudad de San Andres, lo cual sucede ya que hay silencio
epidemiológico esto no quiere decir que no sucedan si no
que no son reportadas.
Para el año 2010 la departamento que mas reporto casos
de intoxicaciones por medicamentos fue la departamento de
Quindío, aunque esta ciudad es pequeña con respecto a ciudades como Bogotá, se infiere que posiblemente allí están
más interesados en el proceso de reporte de intoxicaciones
al sistema de vigilancia de salud pública SIVIGILA, mientras
Luego de presentar una intoxicación por medicamentos y ser
llevados a el servicio de urgencias y realizarles el tratamiento
necesario logran superar esta situación, aunque muchos de
ellos con secuelas físicas como disfunción renal, daño hepático entre otros, lo cual genera costos más altos para el sistema
de salud, a su vez tratamientos como diálisis, trasplantes, ci-
GRAFICO 5 Relación Porcentual de IPM por Vía de Exposición
GRAFICO 1 Relación Porcentual de IPM por Vía de Exposición
FUENTE: SIVIGILA 2010 – 2011
FUENTE: SIVIGILA 2010 – 2011
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José Ricardo Urrego Novoa
rugías, etc., agregado a esto también genera una disminución
en la productividad de estas personas, tanto parcial o total.
Prevalece el tipo de confirmación clínica , donde se debe
tener en cuenta que no hay información detallada de las concentraciones del analito, es de esta manera que se recomienda trabajar coordinadamente con los laboratorios clínicos y
el servicio de urgencias, ya que permitiría dar un diagnostico apropiado, reducción de tiempos y costo y así realizar el
tratamiento y el seguimiento adecuado, teniendo en cuenta
que hay una variedad de sustancias que las personas pudieron haber consumido, y que para ello se necesita de tomar
muestras en sangre y orina, para su confirmación.
Un 55,33 % de los pacientes en el año 2010 y el 52,68% de
los pacientes en el año 2011 de los pacientes que presentaron intoxicación por medicamentos que tuvieron que estar
hospitalizados (es decir permanecieron un tiempo mayor a
24 horas en el servicio), posiblemente en las unidades de
cuidado intermedio o intensivo; los cuales fueron tratados
y monitoreados para lograr su estabilización, mientras que
para la otra parte de la población posiblemente tuvieron un
tratamiento general, un periodo corto de observación donde
la evolución fue satisfactoria.
De esta manera los laboratorios clínicos deben contar con
personal idóneo, todos los instrumentos y protocolos adecuados de manejo y tiempos en los que se debe tratar las
muestras, para no dar falsos positivos o falsos negativos. A
su vez se debe tener presente que los laboratorios clínicos
están clasificados en bajo, mediano y alto grado de complejidad de acuerdo al nivel de especialización de las pruebas,
recurso humano e infraestructura tanto física como tecnológica.
La absorción de medicamentos en el tracto gastrointestinal,
a nivel de estómago es muy variable, “ya que influye en
este mecanismo factores como alimentos, la acidez, la motilidad intestinal y la edad del paciente.” (Warner) Este tipo
de administración permite en el caso de intoxicación por
medicamentos, retirar de manera fácil, mediante el vómito
o lavado gástrico.
Al realizar la clasificación de los medicamentos presentes en
la intoxicación y organizarlos según el sistema de clasificación ATC el grupo que más presento intoxicaciones fue la
de sistema nervioso en donde los medicamentos como las
benzodiacepinas seguido por la amitriptilina seguidos por el
acetaminofén y la carbamazepina estos cuatro medicamentos presentaron la mayor cantidad de notificaciones.
En segundo puesto se encontró la combinaciones de 2 productos en donde se observó la utilización de medicamentos
con medicamento, medicamentos con alcohol, medicamentos con sustancias psicoactivas entre otras combinaciones,
Es por esto que aunque la vía oral es la vía más utilizada, también facilita el tratamiento respectivo al paciente, teniendo
en cuenta el tiempo transcurrido desde que se administró
el medicamento hasta cuando llega al servicio de urgencias.
Por otro lado el daño psicológico presente en los pacientes
con intención suicida, a quienes no se les realiza el tratamiento y seguimiento adecuado, y es por esta razón que
buscan otra alternativa sea otra sustancia química o método
físico, para lograr su cometido. Es por esta razón que los
profesionales de la salud deberían hacer seguimiento continuo no solo al paciente, sino también a su familia y por qué
no al círculo social que los rodea.
CONCLUSIONES
El estudio descriptivo realizado de la IPM entre la Semana
Epidemiológica 1 a la 52 del año 2010 y la Semana Epidemiológica 1 a la 36 del año 2011, el grupo farmacológico
de mayor impacto son las benzodiacepinas seguida de los
antidepresivos, al realizar la revisión de la base de datos se
encuentra la combinación de dos o más sustancias, entre
ellas medicamentos, alcohol, plaguicidas y otras sustancias
químicas. Se evidencia que las edades de mayor intoxicación por medicamentos se presentan en la población joven
(entre los 19 y 24 años), que a su vez se relaciona con el
grado de escolaridad secundaria y todo lo que respecta al
entorno social, donde hay una relación muy cercana con los
datos de intencional suicida, datos que va en aumento según el reporte de medicina legal en los últimos años.
Los medicamentos están siendo muy utilizados con intensión suicida por su fácil acceso y desconociendo de uso, muchos de estos pacientes luego de consumirlos, no logran su
objetivo ya que sobreviven a esta intoxicación sin mayores
consecuencias; también muchos pacientes al sentir que el
tratamiento que están siguiendo no está teniendo el efecto
esperado, aumentan indiscriminadamente las dosis, generando esto una intoxicación accidental.
En la mayoría de los casos, cuando se encuentra la persona
intoxicada, el familiar o la persona que la socorre y que lo
lleva al servicio médico, desconoce la actividad que estaba
realizando, en el momento que se presentó la intoxicación.
Otra causa puede ser que no diligencian debidamente el formato de notificación, el cual hace que se cometa un error
en el momento del reporte.
Entre los casos no reportados (casos en los cuales aparece
en blanco), mal reportados como errores de escritura en los
nombres comerciales o principios activos de las sustancias,
5
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Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
errores de notificación que causaron la IPM, se tuvieron en
cuenta, ya que en la mayoría de las intoxicaciones por combinación se encontraban con otras sustancias.
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Dentro de las intoxicaciones por medicamentos, u otras sustancias hay posiblemente un problema de fondo el cual se
debe tratar con profesionales en salud mental, no solo para
el paciente, sino involucrar a la familia; para lograr que estas
personas no reincidan en este tipo de intoxicación, ya que lo
más probable es que busquen otra forma de lograr atentar
contra su vida.
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UC.CITUC. (s.f.). Recuperado el 2013, de Centro
de Informacion Toxicologica. Red salud UC.CITUC:
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Se sugiere realizar capacitación a todo el equipo de profesionales del área de la salud, para que diferencien entre una
intoxicación por medicamentos y una reacción adversa, ya
que se observa en los reportes que están notificando de manera errónea al sistema de notificación SIVIGILA. Y de esta
manera se pueda hacer el manejo adecuado, y efectivo.
Crear conciencia de la importancia que tiene el realizar las
notificaciones individuales de manera efectiva y completa (es
decir los datos básicos y sus complementos), según sean
los lineamientos del evento, para evitar los sesgos en la información.
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La función de los químicos farmacéuticos, es brindar soporte al equipo médico, en cuanto a conceptos, Informar
acerca de las posibles interacciones o contraindicaciones de
un medicamento; verificar que la dosis y presentación seleccionadas sean las correctas.
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Es importante lograr que se trabaje con un servicio de laboratorio clínico ya que pueden mejorar el diagnóstico, entregar información que impida que paciente se empeore, y / o
guiar decisiones terapéuticas. Sin olvidar el nivel de complejidad de la institución y de los laboratorios, ya que de esto
también depende lograr la estabilización del paciente.
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José Ricardo Urrego Novoa
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7
Diana Carolina Corzo Barragán
CARACTERIZACIÓN BROMATOLÓGICA Y FÍSICO-QUÍMICA
EN FRUTOS DE LA FAMILIA ROSASEAE EN TRES
ESTADOS DE MADURACIÓN
BROMATOLOGICAL CHARACTERIZATION AND
PHYSICAL CHEMISTRY IN FRUIT OF THE FAMILY
ROSASEAE IN THREE RIPENING MATURATION
Diana Carolina Corzo Barragán
Ingeniera agroindustrial, Esp. en gestión de proyectos de ingeniería. Jardín Botánico de Bogotá JCM. Subdirección Científica-Programa manejo de especies vegetales en la Región Capital-Línea de bioprospección.
Av. Calle 63 # 68-95 Bogotá D.C-Colombia. [email protected]
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
mación primario; la familia Rosaceae tiene gran cobertura en
estos ecosistemas, está se caracteriza por su importancia económica debido a la gran cantidad de especies ornamentales,
comestibles, nutracéuticas y medicinales, (Hummer y Janick
2009). Muchas de las especies de esta familia tienen importancia medicinal debido a que se usan en el tratamiento de
diferentes afecciones. Las hojas de la especies mediterránea
Rubus ulmifolius (zarzamora) son usadas para el tratamiento de la diabetes, para controlar hemorragias y diarreas. Los
principios activos que se han identificado en las hojas son los
taninos, derivados de ácido benzoico y glucósidos. La importante presencia de taninos le confiere propiedades astringentes a las hojas y a partir de ellas se obtienen tónicos para controlar problemas de la piel (Attard,2005). El género rubus tiene
en su mayoria especies comestibles, las cuales se emplean a
nivel alimenticio y se le han dado algunos usos etnobotánicos
donde se utilizan frutos preparados en infusiones y gargarismos para el tratamiento de infecciones bucofaríngeas, contra
la enteritis, hemorroides y diarrea. La especie R. megalococcus es conocida popularmente con el nombre de morita de
monte, es empleada para preparación de infusiones junto con
la papayuela y sauco para el tratamiento de enfermedades infecciosas de la garganta (García, 1975). Torres (2009) reporta
que el extracto etanólico de morita de monte inhibe el crecimiento contra bacterias patógenas. R.bogotensis es llamada
mora de piedra, Molina (2005) reporta el uso medicinal de los
frutos en estado verde como expectorante.
Gracias a su diversidad biológica, Colombia es productor de
gran variedad de frutos silvestres y exoticos, en la región andina encontramos páramos en los cuales crecen de manera
espontanea especies nativas que aun no han sido estudiadas
y las cuales son solamente aprovechadas a nivel local para
consumo directo y en pocos casos en procesos de transfor-
El género Hesperomeles es conocido como Mortiño es poco
usado a nivel alimenticio, sin embargo datan reportes del
uso de frutos en la elaboración de productos fermentados
(Cardozo et al, 2009). Estudios realizados por Lizcano & Vergara (2008), reportaron para H. ferruginia es inhibidora de
crecimiento bacteriano.
Mediante análisis bromatológico y caracterización fisíco-química, se evaluaron los frutos en estado maduro, intermedio
y verde de las especies Rubus megalococcus, Rubus bogotensis y Hesperomeles goudotiana; se pudo observar que
durante el proceso de maduración los frutos presentan variaciones en los párametros analizados, mostrando mejores
caracteristicas nutraceuticas en estado verde.
PALABRAS CLAVE: morita de monte, mortiño, mora de
piedra, valor nutricional, estado de madurez.
SUMMARY
B​y compositional analysis and physical-chemical characterization, the fruits were evaluated in mature state, intermediate and green of the species Rubus megalococcus, Rubus
bogotensis y Hesperomeles gouotiana, the results allowed
to observe that during the ripering process fruits presents
variations in the parameters analyzed, showing better characteristics nutraceutil in green state.
KEY WORDS: Mountain blackberry, mortiño, stone blackberry, nutritional value, ripeness.
9
número 2- 2015
Revista CienCia: DesaRRollo e innovaCión
El Jardín Botanico de Bogotá, como centro de investigación
en ecosistemas altoandinos y de páramo, adelanta estudios
desde la línea de uso y aprovechamiento que permiten caracterizar a nivel nutricional estas especies, dada la importancia de conocer las características físico químicas de los
alimentos mediante la aplicación de técnicas analíticas.
Botánico de Bogotá José Celestino Mutis; el cual se adaptó
de acuerdo al Official Methods of Analysis. A.O.A.C. (1990) y
(Bernal 1998). Los análisis se realizaron por triplicado.
Caracterización físico-química: se realizaron mediciones
de los siguientes parámetros: diámetro ecuatorial y longitudinal, peso, firmeza, pH. El diámetro se midió empleando un
calibrador electrónico digital Caliper, para el peso se empleó
una balanza electrónica marca Citizon d= 0.1 mg, de alta
precisión. La firmeza se midió con penetrómetro marca Extech Instruments (FHT200) y el pH se determinó usando un
pH de contacto marca FieldScout SoilStik.
De esta manera el presente estudio tuvo como objetivo caracterizar los componentes nutricionales de las especies
Rubus megalococcus Focke, Rubus bogotensis Kunth y
Hesperomeles goudotiana (Ducq.) Killip en tres estados de
maduración.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para las anteriores mediciones se tomaron 20-30 frutos, por
especie y estado de maduración.
Recolección del material vegetal: los frutos en diferentes
estados de maduración de las especies R. megalococcus
Focke y R. bogotensis Kunth, fueron colectados en la Localidad de Sumapaz, corregimiento de Nazart, vereda las Animas a 3026 msnm y en las coordenadas N 04º09’59.0’’, O
074º09’58.7’’. Los frutos de H. goudotiana (Ducq.) Killip.
fueron colectados en el páramo de Cruz verde, vereda San
Francisco, a una altura de 3294 msnm y a las coordenadas
N 04º34’50.2’’ y O 073º59’55.4’’. Un especimen reposa en el
herbario de la Subdirección Científca del Jardín Botánico de
Bogotá José Celestino Mutis. Posteriormente fueron seleccionados, lavados y adecuados en el laboratorio multipropósito de la subdirección científica del JBB para la realización
de los distintos análisis.
RESULTADOS
Análisis bromatológicos: a continuación se muestra el análisis de los distintos parámetros estudiados.
Humedad: el contenido de humedad es un factor que puede influir en la calidad de productos perecederos ya que el
agua afecta la estabilidad del producto, por lo tanto debe ser
controlado, en productos frescos como las frutas a mayor
contenido de humedad, se estima menor es el tiempo de
vida útil. Para las especies del género Rubus, el contenido
de humedad es mayor en el estado maduro, entre el intermedio y verde, no se observaron diferencias significativas;
mientras que para los frutos de Hesperomeles no se observa diferencia de este parámetro en ninguno de los estados
de madures, de las tres especies estudiadas los frutos de
H. goudotiana son los que presentan menor contenido de
agua, como se observa en la figura 1.
Análisis bromatológicos: se realizó un análisis próximal con
las siguientes pruebas: humedad, cenizas, proteína, grasa,
fibra bruta; las pruebas fueron realizadas de acuerdo a lo
descrito en el manual de pruebas bromatológicas del Jardín
Figura 1. Determinación de humedad en frutos de la familia Rosaceae
10
Diana Carolina Corzo Barragán
Cenizas: el porcentaje de cenizas representa la materia inorgánica en una muestra, en ella esta contenida los minerales
como (calcio, fosforo, etc).
tras que para los frutos de H. goudotiana, el mayor contenido de cenizas esta en los frutos verdes, seguido de los
maduros e intermedio, sin embargo no se observó diferencias significativas entre los estados de madurez analizados
(figura 2).
Para la especie R. megalococcus y R. bogotensis entre mayor grado de madurez, menor porcentaje de cenizas, mien-
Figura 2. Determinación de cenizas en frutos de la familia Rosaceae
Proteína: el porcentaje de proteína se calcula mediante la
determinación de nitrógeno el cual a su vez esta contenido
el porcentaje de proteína, para las especies de Rubus se ob-
servó mayor contenido en estado verde, mientras que para los
frutos de H. goudotiana, este parámetro se observó mayor
contenido en estado maduro, como se observa en la figura 3.
Figura 3. Determinación de proteína en frutos de la familia Rosaceae
11
número 2- 2015
Revista CienCia: DesaRRollo e innovaCión
Grasa: en esta determinación se incluyen nutrientes como
glicéridos, fosfolípidos, esteroides, ácidos grasos libres y vitaminas liposolubles, que son considerados precursores dietéticos, la grasa es un componente necesario de los tejidos
vivos y esencial en la nutrición humana (Bernal, 1998). La
especie Rubus megalococcus en estado intermedio presento el mayor porcentaje de grasa (figura 4), sin embargo se
conservo una tendencia entre todas las muestras analizadas.
Figura 4. Determinación de grasa en frutos de la familia Rosaceae
Fibra: el porcentaje de fibra en las especies analizadas estuvo entre el 1,2 y 0,7 % (figura 5), siendo el mayor para Rubus
bogotensis en estado intermedio y el menor para H. goudotiana en estado maduro.
Caracterización fisicoquímica: en la tabla 1 se observan los
resultados de caracterización del desarrollo, de las especies
frutales seleccionadas.
Tabla 1. Caracterización inicial de frutos de la familia Rosaceae
pH
Peso /fruto (g)
Diámetro polar (mm)
Diámetro ecuatorial (mm)
2
Firmeza (kg/cm )
pH
Peso /fruto (g)
Diámetro polar (mm)
Diámetro ecuatorial (mm)
2
Firmeza (kg/cm )
pH
Peso /fruto (g)
Diámetro polar (mm)
Diámetro ecuatorial (mm)
2
Firmeza (kg/cm )
Frutos R. megalococcus
FV
3,93
0,2260
8,557
6,73
2,76
Frutos de R. bogotensis
FV
3,14
2,1919
13,17
16,81
3,59
Frutos de H. goudotiana
FV
3,27
0,5894
9,48
9,31
5,58
12
FI
2.94
0.8732
12,61
10,36
1,71
FM
2,99
1,4314
14,93
10,04
1,01
FI
FM
2,99
3,8732
15,01
17,97
3,85
3,06
3,1523
14,76
17,80
3,82
FI
3,21
0,5319
9,34
9,74
5,27
FM
3,21
0,6123
9,4910
10,02
6,65
Diana Carolina Corzo Barragán
DISCUSIÓN
P. (2009). Especies útiles en la región andina de Colombia Tomo I y Tomo II. Bogotá- Colombia: Jardín
Botánico José Celestino Mutis.
Según lo reportado por el ICBF en la tabla de composición
de alimentos Colombianos, los valores de contenido nutricional para la especie R. glaucus, son similares a los obtenidos para las especies de Rubus analizadas en la presente
investigación, el parámetro con mayor diferenciación es la
humedad, la cual para R.bogotensis y R.megalococcus es
menor que lo reportado parara R. glaucus. En cuanto a lo
reportado por Garzón (2005), para R. bogotensis en 100 g
de pulpa, se determinaron 93,3 g de agua; 0,4 g de cenizas,
0,6 g de proteína y 0,1 g de grasa; siendo estos valores similares a los encontrados para la misma especie recolectada
en Sumapaz. Los resultados encontrados por Cardozo et al,
(2009) para H. obtusifolia concuerdan con resultados obtenidos. Las características nutricionales se expresan mejor
en los frutos verdes, esto puede estar directamente proporcional al contenido de metabolitos secundarios los cuales
según lo reportado por Plazas (2013) para los extractos de
frutos verdes de las tres especies, presentaron mayores concentraciones de fenoles y flavonoides. A medida que aumentó el grado de maduración disminuyó la concentración de
metabolitos nutracéuticos.
4. GARCÍA BARRIGA, H. (1975). Flora Medicinal de Colombia, Botánica Médica. Tomo III. Bogotá, Colombia:
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AGRADECIMIENTOS. Al Jardin Botanico de Bogotá, por la
financiacion del presente estudio, a la universidad Jorge tadeo Lozano, por brindarnos la oportunidad de usar el equipo
extractor de fibra y al Biólogo Gustavo Morales, por la identificación de sitios de colecta del material vegetal.
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13
Gabriel Aguilera; Juan Esteban Calle; Lúver Echeverri
DISEÑO DE UNA RED NEURONAL ARTIFICIAL PARA
SIMULAR EL ESFUERZO CORTANTE EN UNA SUSPENSIÓN
DE ARCILLAS TOMANDO UN DATO DE VISCOSÍMETRO
DE TASA CONSTANTE
Gabriel Aguilera1; Juan Esteban Calle2; Lúver Echeverri3
Grupo de Investigación Pirometalúrgica y de Materiales, Universidad de Antioquia, Medellín, Antioquia, Colombia. [email protected] ;2 [email protected],3 [email protected]
RESUMEN
son representativos de la mayoría de procesos industriales.
Si se lograra definir en las suspensiones este parámetro, resultaría muy importante tanto para los sistemas de control
de proceso como para el diseño de las mezclas de minerales,
pues la variable mecánica más común en los equipos industriales es la fuerza, potencia o presión, los cuales se traducen
fácilmente a condiciones de esfuerzo sobre los materiales.
Por otro lado, las suspensiones de minerales arcillosos en
general no presentan un comportamiento newtoniano como
el de su fase continua; ni aún a bajas concentraciones de
sólidos (Aguilera, 2005), debido a que la mayoría de las arcillas poseen pequeños tamaños de partícula (<100m)
sumados a una alta actividad química superficial que altera
la reología del sistema. Este factor hace que las suspensiones sean seudoplásticas o dilatantes según la naturaleza de
sus componentes y las condiciones mecánico-químicas a las
que están sometidas, como se observa en la figura 1.
En los procesos industriales donde se involucra la reología
de suspensiones de minerales cerámicos resulta muy difícil establecer las variables que produce una curva de flujo
mediante las mediciones que son más comunes para un
control de proceso en línea, y son aquellas tomadas en un
viscosímetro a tasa de cizalladura constante. Estas variables
son muy importantes pues representan el tipo de comportamiento seudoplástico y/o dilatante de dichas dispersiones.
Debido a que el dispositivo más apropiado para producir los
elementos de análisis a partir de una curva de flujo operando
bajo tasa/esfuerzo controlado es el reómetro, el cual no es el
equipo más apropiado para el control en línea de procesos,
se presenta un simulador del esfuerzo cortante a lo largo de
una curva de flujo tomando como variable de entrada el dato
producido por un viscosímetro de tasa constante, basado en
la arquitectura de una Red Neuronal Artificial (RNA), la cual
puede implementarse como elemento de control en línea de
las plantas de procesamiento cerámico.
Palabras clave: Reología de suspensiones de minerales cerámicos, Redes Neuronales Artificiales, esfuerzo cortante,
viscosímetro.
INTRODUCCIÓN
En los procesos industriales de beneficio y procesamiento
de minerales arcillosos resulta muy importante determinar
el esfuerzo de las suspensiones, incluso más que la misma
viscosidad, pues el esfuezo τ es una variable reológica que es
medida directamente por los equipos reológicos, mientras
que la viscosidad es una variable que se determina indirectamente por conversión de los valores de esfuerzo (o torque)
medidos sobre la muestra, teniendo en cuenta la geometría
del dispositivo de medición. Sin embargo, los equipos disponibles para control en línea de procesos como los viscosímetros tradicionales, ofrecen solo datos de viscosidad en
intervalos de muy bajas tasas de cizalladura, por lo que no
Figura 1. Comportamiento reológico del esfuerzo para una
suspensión saturada de minerales arcillosos (%peso = 72.2%).
15
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Particularmente en el caso de suspensiones de arcillas y pastas cerámicas el comportamiento reológico es muy dependiente de la velocidad de deformación, presentando inicialmente un comportamiento seudoplástico, y luego un comportamiento dilatante a partir de una tasa de cizalladura crítica (Ver figura 1). Hasta el momento no se ha desarrollado un
modelo matemático o alguna nueva aproximación que sea
capaz de representar dicho comportamiento en su totalidad
(Einstein, 1956; Batchelor, 1977; Jinescu, 1974; Tangsathitkulchai & Austin, 1988; Barrientos et al., 1994; Bustamante,
2002; Cross, 1965; Ostwald-deWaele, 1925; Hershel-Bulckley, 1926; Bingham, 1916 entre otros). La mayor dificultad
en el desarrollo matemático radica en encontrar una ecuación que represente la seudoplasticidad-dilatancia y que
además involucre las principales variables físicas, químicas y
mecánicas que definen una suspensión mineral. Esta situación resulta crítica para los procesos donde inevitablemente
se alcanzan las velocidades de deformación en las cuales las
suspensiones se encuentran en su fase dilatante, tales como
la atomización de pastas cerámicas o la dispersión de alta
intensidad de arcillas.
dispersiones de máxima concentración de sólidos en una
pasta cerámica, por lo cual los escenarios reológicos son
también muy diversos. La mayoría de las ocasiones es necesario recurrir a la ayuda de aditivos químicos que favorezcan
la dispersión, o bien ayuden a la sedimentación. En consecuencia, una suspensión de este tipo presenta en la mayoría
de los casos una primera región seudoplástica, y a cierta tasa
de cizalladura crítica el comportamiento reológico se torna
dilatante. Una curva de flujo de estas suspensiones muestra
el comportamiento ilustrado en la figura 2. Nótese el cambio
en el comportamiento reológico en la curva de esfuerzo.
En consecuencia, las Redes Neuronales Artificiales (RNA)
constituyen una alternativa para la modelación y simulación
de procesos, especialmente en aquellos casos donde no se
cuenta con un modelo ni matemático ni empírico que permita la simulación de los procesos involucrando todas las
variables del sistema.
Figura 2. Curva de flujo para una suspensión de caolín en su
mínimo de viscosidad y máxima saturación de sólidos.
La estructura de las RNA permite reunir innumerables comportamientos y variables que se van anexando a la información que el modelo de RNA utiliza para su aprendizaje, a
la vez que se comprende de mejor manera los fenómenos
reológicos y sus causas. Por lo tanto, su importancia radica en el hecho de que como herramienta producida por la
Inteligencia Artificial posee un diseño tal que permite seguir
adaptando nuevos casos (a manera de aprendizaje, como un
sistema biológico real) acerca de las variables y su influencia
en los fenómenos, lo que le asigna algunas ventajas sobre
otros métodos, pues no se necesita conocer detalladamente
el comportamiento de cada variable ni su influencia particular en el desempeño de los materiales.
Por otro lado, cada material tiene una concentración de sólidos de trabajo característica, que se deriva de su naturaleza
mineralógica, de física de partículas, y fisicoquímica de interfase, por lo cual es muy importante conocer de antemano los
diferentes intervalos donde se presentan los cambios en los
comportamientos reológicos para cada material, (aceptando
que estos cambios ocurren de manera diferente), razón por
la cual se hace muy difícil establecer modelos de comportamiento universales. Si a este factor se le suma el uso de
aditivos químicos, se tendrá que propiedades reológicas importantes como el esfuerzo de cedencia tiene una reducción
considerable, lo cual es seguido del fenómeno dilatante a
bajas tasas de cizalladura, quizá por turbulencia a una velocidad de deformación determinada como crítica, que a su
vez depende directamente de la velocidad de aplicación de
los esfuerzos sobre las suspensiones (Aguilera, 2005). Esta
situación es de constante preocupación y seguimiento en las
plantas de beneficio y procesamiento.
REOLOGÍA DE SUSPENSIONES DE MINERALES
ARCILLOSOS
Una suspensión de minerales arcillosos tiene una característica muy importante y es la de ser base para una pasta
cerámica, o bien ser la pasta misma con adiciones de otros
minerales como cuarzo y feldespato. Estas suspensiones
son procesadas en las fábricas bajo una amplia variedad de
características físicas, químicas y mecánicas: desde suspensiones muy diluidas en algunas etapas del beneficio, hasta
La suma de todos los factores anteriores conforman un conjunto de características que modifican otras variables reológicas importantes como la plasticidad, lo cual también debe
16
Gabriel Aguilera; Juan Esteban Calle; Lúver Echeverri
ser evaluado y controlado. En especial, la plasticidad de una
suspensión o barbotina son más evidentes al estudiar la curva de esfuerzo vs tasa de cizalladura; y no cuando se analiza una curva de viscosidad. La figura 3 ilustra dos distintos
comportamientos reológicos según la viscosidad; la figura 4
muestra el mismo caso pero en una curva de esfuerzo. En
ambos casos los ejemplos corresponden a la misma arcilla
caolinítica, ambos en su máxima concentración de sólidos,
pero una sin química adicionada y la otra con la ayuda de
agentes dispersantes.
En estos ejemplos puede apreciarse el cambio de comportamiento reológico a cierta tasa de cizalladura, siendo más
notorio este cambio en la curva de esfuerzo, pues la curva de
viscosidad está graficada en escala semi-log. En otros casos
esta diferencia no es apreciable ni siquiera con un cambio en
la escala de la gráfica. Como se ha anotado anteriormente, a
pesar de la notable importancia que representa el control en
planta de los fenómenos reológicos pertinentes a las suspensiones de minerales, los modelos teóricos tradicionales no
son capaces de representar dichos comportamientos. Algunos de los modelos más utilizados son el modelo plástico de
Bingham, el modelo de Ley de Potencia para suspensiones
seudoplásticas o dilatantes, y modelo de Herschel-Bulckley
en el caso de las suspensiones seudoplásticas o dilatantes
con esfuerzo de cedencia (Zaman, 1988).
Estos modelos son válidos sólo si se presenta uno de los dos
fenómenos en cuestión, seudoplasticidad o dilatancia, pero
no los dos al mismo tiempo. Adicionalmente no involucran
variables de indiscutible importancia como la concentración
de sólidos o el factor de forma de las partículas. En la figura 5
puede observarse el resultado de aplicar el modelo de Herschel-Bulcley a una suspensión saturada de arcilla caolinítica.
Figura 3 Curva de flujo comparativa de Viscosidad vs Tasa
de cizalladura, entre una arcilla caolinítica sin química adicionada y otra con aditivos químicos dispersantes, ambas a su
máxima concentración de sólidos.
Figura 5 Ajuste de la viscosidad de una suspensión de arcilla
Caolinítica saturada según el modelo de Ley de Potencia.
Figura 4 Curva de flujo comparativa de Esfuerzo vs Tasa de
cizalladura, entre una arcilla caolinítica sin química adicionada y otra con aditivos químicos dispersantes, ambas a su
máxima concentración de sólidos.
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Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
REDES NEURONALES ARTIFICIALES COMO ALTERNATIVA DE SIMULACIÓN
experimentales se pasa a la fase de entrenamiento, fase que
definirá el correcto funcionamiento del modelo, pues datos
de mala calidad en esta etapa de “aprendizaje” producirán
respuestas equivocadas en el futuro. Esta fase también es
propia de cada modelo de red. Al utilizar los datos recopilados en la fase experimental debe tenerse en cuenta que
no todos se utilizan en la fase de entrenamiento, pues un
porcentaje de ellos se guardan para la siguiente fase del proceso, la fase de validación y generalización del modelo. Si en
una RNA entrenada las salidas calculadas por la red con los
datos guardados están relativamente próximos a los valores
deseados, existe generalización
Dando como cierto que la reología de suspensiones minerales tipo arcilloso es de gran complejidad por el tipo y la cantidad de variables que involucra, la modelación de variables
como el esfuerzo genera errores apreciables como el presentado en la figura 5, por lo que se limita su uso a intervalos
muy estrechos, teniendo que realizar análisis por partes de
las curvas. Al mismo tiempo es necesario que la modelación
de una variable reológica como el esfuerzo cortante agrupe
la mayor cantidad de factores posible, teniendo en cuenta
que ellos interactúan formando sinergias que es imposible
determinar a partir del estudio de cada variable individualmente. Dado que estas sinergias definen las principales características de la reología de suspensiones de minerales,
la modelación clásica ha encontrado uno de sus mayores
obstáculos, por lo que sigue persistiendo la falta de generalización dada la dificultad de cuantificar algunas variables, de
las cuales se ha mencionado el factor de forma, variaciones
mineralógicas del sistema particulado, y variaciones de la
distribución de tamaño de partículas.
Red Neuronal de Regresión Generalizada. Para cualquier
tipo de RNA que se seleccione se tiene la misma base conceptual por la cual la información “aprendida” se asocia con
la información presentada a la red como nuevos datos de
entrada y la salida que ésta puede ofrecer según el entrenamiento a que fue sometida, en un proceso llamado memoria
asociativa (Freeman, 1993), lo cual resulta muy útil en la simulación del esfuerzo de cizalladura o cortante pues permite
evaluar tanto una función, o un punto en particular sobre
la curva de esfuerzo, según una serie de datos de entrenamiento que tendrán implícitos todas las variables del sistema
que influyen y determinan el esfuerzo de la suspensión. De
esta manera resulta más claro que se pretende elaborar un
modelo que permita predecir el esfuerzo cortante en suspensiones de arcillas expresada como una función continua de
esfuerzo, lo que incluye casos particulares sobre la curva. En
este sentido se escogió la Red de Regresión Generalizada
(GRNN) pues cumple de muy buena manera el propósito
de simulación de funciones continuas basadas en vectores
de entrada y de salida. La arquitectura de este tipo de redes
consiste en una capa de base radial y una capa lineal especial, como se ilustra en la figura 6:
Las Redes Neuronales Artificiales permiten desarrollar una
estrategia de simulación directa sin tener a disposición un
modelo matemático que se asume de bastante complejidad.
Si se sabe de antemano que el esfuerzo de cizalladura depende de muchas variables simultáneas tanto del escenario mecánico de deformación, por ejemplo la tasa de cizalladura,
así como de variables del sistema mismo (por ejemplo DTP,
ASE, química soluble, etc.), es posible presentarlas todas
juntas ante la Red como parte de un sistema continuo, asociando unas condiciones iniciales de las suspensiones a un
comportamiento mostrado bajo alguna condición mecánica,
en lo que se conoce como fase de entrenamiento. De esta
manera, cuando se presentan datos nuevos, éstos son relacionados con los datos ya aprendidos”, y así la red genera su
respuesta por analogía entre los casos que presentan mayor
similitud con los nuevos datos. De ahí que no se requiera
conocer la particularidad de cada variable involucrada.
Modelación y simulación utilizando RNA. Como en cualquier caso de modelación y simulación, la elaboración de un
modelo basado en las RNA exige tener en cuenta que existen
muchos tipos de algoritmos que sirven a diferentes propósitos (o incluso algunos sirven para lo mismo), por lo cual es
de mucha importancia la selección de la Arquitectura de red
adecuada, y es indispensable el conocimiento del proceso o
propiedad que se está estudiando. Una vez que se ha escogido el algoritmo de RNA, y definido el plan experimental, se
adelanta la recopilación de los datos que alimentarán la red,
los cuales tendrán características especiales en cuanto a número y calidad dependiendo del tipo de arquitectura de red
seleccionada. Una vez se cuenta con la colección de datos
Figura 6. Arquitectura de una Red de Regresión Generalizada
(tomado de www.matworks.com).
La función de transferencia simbolizada por el ícono de la
capa radial es:
18
Gabriel Aguilera; Juan Esteban Calle; Lúver Echeverri
SIMULACIÓN
Para comprender la manera como trabaja este modelo se
debe tener en cuenta que los datos se presentan ante la Red
a manera de vectores. Si un vector de entrada P es presentado a la Red es inmediatamente asociado a una “distancia” o
“longitud de separación” entre sus componentes de acuerdo
a cada valor del vector, lo cual es posible gracias a la función
de transferencia que traduce la información reológica a términos de “distancias” entre los valores del vector. Cada neurona en la capa de base radial producirá un valor de acuerdo
a la cercanía del vector de entrada con el vector de peso de
cada neurona. De esta manera las neuronas de base radial
con vectores de peso muy diferentes al del vector de entrada
tienen salidas cercanas a cero (Aguilera, 2005). Por el contrario, si una neurona de base radial que tiene un vector de
peso (asignado a una distancia) muy parecido al vector de
entrada, se produce un valor cercano a 1. Si la neurona tiene
una salida de 1 sus pesos de salida en la segunda capa pasan sus valores a las neuronas lineales de la segunda capa.
En consecuencia, si una neurona de base radial tiene una salida de 1, todas las demás salidas son muy cercanas a cero.
Figura 7 Curva de esfuerzo de una suspensión saturada de
minerales arcillosos aproximada mediante un modelo de
RNA de Regresión Generalizada.
El simulador propuesto está en capacidad de producir valores puntuales e intervalos de viscosidad en Pa cuando se
presenta al simulador un valor de viscosidad tomado en un
viscosímetro convencional de laboratorio. En principio, las
curvas de flujo generadas para una suspensión en particular
son medidas en el viscosímetro y posteriormente llevadas al
reómetro, así que cada curva tiene asignada una variable de
inicio (viscosidad de viscosímetro) y una curva de flujo en
términos de esfuerzo cortante, como el caso mostrado en la
figura 7. Adicionalmente se asignan otras variables de inicio
como el tipo de suspensión, es decir, si es de materiales individuales o mezcla de ellos, y algunas de sus propiedades
fisicoquímicas como conductividad, DTP, concentración de
sólidos (expresada como fracción volumétrica de sólidos) y
Área superficial. Es posible obtener al mismo tiempo un valor de esfuerzo específico a una tasa de cizalladura aleatoria
dentro del rango de la curva, entre 0-100s-1 en este caso, así
como un intervalo de la curva de esfuerzo expresado como
un segmento de la curva de flujo en un intervalo de tasa de
cizalladura determinado.
La función de la primera capa es utilizar cada neurona que
la constituye para producir una serie de entradas pesadas (o
asociadas cada una a un peso), es decir, producir una distancia entre el vector de entrada y su valor pesado, calculado
con la función “dist”. Cada entrada global de red es el producto elemento por elemento de su entrada pesada. Cada
salida de neurona es su entrada pesada a través de “radbas”,
la función de transferencia cuya expresión está dada por la
ecuación 4. Si un vector de peso de una neurona es igual
al vector de entrada, entonces su salida pesada es cero, su
entrada de red es cero y su salida es 1. El vector de pesos de
una neurona es una distancia o “spread” desde el vector de
entrada. Tanto la primera como la segunda capa tiene tantas
neuronas como vectores de entrada/objetivo tenga el vector
P. Se debe tener precaución al escoger el “spread”, pues si
selecciona grande se produce un área grande alrededor del
vector de entrada donde las neuronas de la capa 1 van a responder con salidas significantes. Si el “spread” es pequeño la
función de base radial es muy empinada así que la neurona
con el vector de pesos más cercano a la entrada tendrá salida mucho más larga que las otras neuronas. Por último,
la Red tenderá a responder con el vector de entrenamiento
asociado con el más cercano al vector de entrada.
El éxito de la simulación depende directamente del número
de ejemplos aprendidos por la red en su fase de entrenamiento. Por lo tanto, para que exista una consistencia entre
los valores simulados y los experimentales, a similitud de lo
presentado en la figura 7, es recomendable tener los casos
más diversos posibles de condiciones iniciales que puedan
ocurrir en un proceso cotidiano de procesamiento de minerales arcillosos. Puede verse que el ajuste de la curva simulada es muy bueno, y resulta muy valioso teniendo en cuenta
que no existe un modelo teórico que contraste la función de
19
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
esfuerzo producida por una gran variedad de factores combinados, con gran influencia de la naturaleza mineralógica
del sistema, y con el fenómeno reológico de la dilatancia
después del comportamiento seudoplástico.
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6. Dabak, T.; YuceL, O.1987. Modelling of concentration
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of highly concentrated suspensions. Powder Technology 52: 193-206.
CONCLUSIONES
La simulación usando RNA funciona para todo tipo de suspensiones que se quiera evaluar, siempre y cuando su comportamiento haya sido identificado y medido de alguna manera, y presentado a la RNA en su fase de entrenamiento.
Cabe anotar que el aprendizaje de una RNA es infinito, y es
posible seguir añadiendo casos en la medida que se estudien nuevas condiciones de los materiales. Si existiera un
comportamiento al cual no fuera posible atribuirle una causa concreta, pero se tuvieran las mediciones que evidencien
una tendencia, es posible alimentar el simulador con estos
datos y producir una nueva función de viscosidad donde el
factor desconocido se encuentre implícito. Para el caso particular se ha logrado simular funciones de esfuerzo que dependen de muchas variables (físicas, químicas y mineralógicas) bajo diversas condiciones de concentración de sólidos,
sin importar que el resultado sea un comportamiento seudoplástico, dilatante, o combinación de ambos. Por otro lado,
la dispersión entre datos experimentales y simulados por los
algoritmos de RNA planteados es mínima, razón por la cual
puede afirmarse que el simulador propuesto representa un
eficiente mecanismo de aproximación para la viscosidad de
las suspensiones saturadas de minerales cerámicos.
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20
Yenifer Cubillos, Ismael Ortiz Verano
EN BUSCA DE UNA METODOLOGÍA PARA LA INCLUSIÓN
DE SOLVENTE EN CÁLCULOS DE ESTRUCTURA
ELECTRÓNICA PARA COMPUESTOS CON
PROPIEDADES ÁCIDO-BASE
LOOKING FOR A METHODOLOGY FOR THE INCLUSION OF
SOLVENT IN ELECTRONIC STRUCTURE CALCULATIONS
FOR COMPOUNDS WITH ACID-BASE PROPERTIES
Yenifer Cubillos1, Ismael Ortiz Verano2
1
Estudiante U.D.C.A, 2 Químico, Msc Química, Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales UDCA, Facultad de Ciencias, Programa de Química, Calle 222 No. 55 – 37. Bogotá, Colombia. [email protected]
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
Se estudió teóricamente la inclusión de solvente “agua” en el
cálculo de propiedades termodinámicas mediante el modelado de indicadores ácido base. Se decidió seguir el método
de solvente implícito, para después calcular las propiedades
termodinámicas de algunos indicadores ácido-base ampliamente usados en laboratorios de química general y de esta
forma determinar la constante de acidez de manera teórica.
Este estudio se realizó en los paquetes computacionales Mopac y Gamess, a través de la interfaz Gabedit. Los resultados
obtenidos fueron confrontados por los reportados por Patterson [1].
El rápido desarrollo de la tecnología computacional ha permitido al campo de la química computacional convertirse
en una rama firmemente establecida en investigación a nivel
académico e industrial [2]. La comunidad académica se beneficia de esta tecnología gracias a la disponibilidad de software de modelado y la disminución de costos en los equipos
de cómputo que puedan correr estos programas [3].
Esta tecnología está usándose para aumentar el aprendizaje
de estudiantes a través de la visualización de estructuras y
fenómenos químicos, sin embargo los estudios computacionales generalmente no se llevan a cabo en condiciones reales, de tal forma que no se describe totalmente el comportamiento químico de una muestra a menos que el sistema real
se encontrase en fase gaseosa. Para superar este obstáculo, se pueden incluir en el sistema de estudio las moléculas
del solvente, lo cual se denomina “solvente explícito”, con
la consecuencia de tratar un sistema con un número considerablemente mayor de grados de libertad y por lo tanto
más complejo, para el cual se requeriría mucho más tiempo
de cálculo, espacio de almacenamiento en disco, memoria
RAM, etc. Es decir, mayores recursos computacionales Otro
tipo de metodología de inclusión del solvente se denomina “solvente implícito”, en la cual se representa al solvente
como un medio continuo y se considera el efecto promedio
de muchas moléculas de solvente por medio de diferentes
funciones analíticas.
Palabras clave: Solvente implícito, constante de acidez, indicadores ácido-base, Mopac, Gamess.
SUMMARY
The inclusion of water as a solvent on the calculation of
thermodynamic properties was studied theoretically by
modeling some acid-base indicators. Implicit solvent model
was selected for calculating thermodynamical properties of
widely used acid-base indicators in general chemistry labs,
and then determine the acidity constant from theoretical
data. In this study the computational packages Mopac and
Gamess were used, using the graphical interface Gabedit.
Obtained results were confronted with the experimental ones
published previously by Patterson [1].
Keywords: Implicit solvent, acidity constant, acid-base
indicators, Mopac, Games.
Actualmente se dispone de diferentes metodologías para el
tratamiento de solvente implícito en cálculos de estructura
electrónica, aunque no todas las metodologías están dispo-
21
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
nibles en un solo paquete computacional, por lo que generalmente se hace necesario el uso de más de uno [4].
Las simulaciones computacionales de sistemas químicos
con inclusión de agua de manera explícita representan los
acercamientos teóricos más detallados para estudiar la influencia del solvente en la conformación de moléculas biológicas complejas [5]. Por otro lado los modelos de solvente implícito brindan una relevante eficiencia computacional
mediante la reducción de interacciones soluto explicito solvente a las características de su campo, lo cual se expresa
como una función de la configuración del soluto de manera
individual [6]. Los métodos de solvente implícito o continuo reducen los grados de libertad del sistema usando una
aproximación “promedio” de las interacciones del solvente e
iones móviles con la biomolécula [7]. El componente polar
de los modelos continuos usualmente describe la respuesta
dieléctrica del solvente a la distribución de carga de un soluto. Los modelos dieléctricos continuos modernos pueden
libremente agruparse en dos categorías básicas: modelo Generalizado de Born (GB) y la aproximación de Poisson–Boltzmann (PB) [8].
El método analítico generalizado de Born (GB) supone otra
alternativa para el cálculo del término electrostático de la
energía libre de solvatación. Debido a su menor costo computacional, comparado con PB, esta metodología se ha convertido en un método bastante popular en dinámica molecular, para el reemplazo del solvente explícito [11].
A cada átomo de la molécula le corresponde una esfera de
radio ai con carga qi centrada en el núcleo. En el interior
del átomo, se asume un material dieléctrico de constante 1.
La molécula está envuelta de un solvente de alta permisividad dieléctrica. La energía libre electrostática se determina a
partir de la solvatación individual de Born para cada átomo,
corregida por la perturbación del resto de átomos, según la
ecuación (2).
(2)
Donde rij es la distancia entre cargas, y Ri y Rj son los denominados radios de Born (effective Born radii). Uno de los
algoritmos más comunes para fGB es la función desarrollada
en la ecuación (3):
La base de la teoría PB es la aproximación del solvente como
un continuo dieléctrico, que es el supuesto de una polarización lineal y local del solvente debido a un campo aplicado.
Bajo esta aproximación, es posible derivar la ecuación de
Poisson desde la teoría de mecánica estática y aplicarla a
líquidos simples [9].
(3)
Uno de los parámetros más importantes es el valor de los
radios de Born, ya que no son propiedades atómicas intrínsecas, sino que dependen de la conformación del soluto, por
lo que se han de calcular tras cada cambio conformacional.
Reflejan el grado de enterramiento de un átomo en el interior
del soluto: para un átomo cercano a la superficie, los radios
de Born son más pequeños, pudiendo igualarse al radio de
van der Waals para aquellos átomos de cadena laterales totalmente expuestas al solvente. El cálculo de estos radios
se deriva de los radios de van der Waals implementados en
el campo de fuerza o de valores experimentales. A partir de
este modelo, se han generado diversas modificaciones que
afectan a la forma de la función fGB y/o al modo en que se
calculan los radios efectivos. En este sentido, cada vez se
tiende a obtener funciones analíticas más rápidas, transferibles y que funcionen bien en los sistemas de estudio [12].
La ecuación de Poisson asume una distribución de carga
(usualmente la carga del soluto) en un continuo dieléctrico;
la ecuación PB generaliza esta aproximación del continuo
eléctrico para incluir una distribución de carga móvil (p. ej.,
contra iones y co-iones) que responden al potencial electrostático. La teoría de PB asume que las cargas móviles siguen
una distribución Boltzmann en la aproximación de campo
medio [10] para dar una ecuación diferencial parcialmente
no lineal para el potencial electrostático adimensional ɸ(x):
(1)
Donde los coeficientes son función de una posición x; ε(x) es
el coeficiente dieléctrico describiendo la variación de la respuesta entre la relativamente baja polarizabilidad del soluto y
la alta polarizabilidad del solvente, ci es la concentración de
especies iónicas móviles i, qi es la carga de especies iónicas
móviles i, vi(x) describe las interacciones estéricas entre el
soluto y las especies iónicas i, ec es la carga del electrón, k
es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta
y ρ(x) es la distribución de carga del solvente en unidades de
electrones. La ecuación (1) representa la forma “completa”
o no lineal de la ecuación PB [8].
Los ejemplos más importantes del uso de métodos PB son
tratamientos de proteínas en solución [13-14]. Desafortunadamente, los métodos de PB a menudo son lentos. Sin
embargo, los métodos de GB también tienen sus debilidades. Por ejemplo, que la precisión del modelo GB depende
críticamente de la precisión de los llamados radios Born que
caracterizan las posiciones de cada carga atómica parcial
respecto a la superficie molecular de la estructura [12].
22
Yenifer Cubillos, Ismael Ortiz Verano
El uso de modelos de solvente implícito es particularmente
atractivo para las aplicaciones destinadas a las predicciones
de estructura basada en la energía, para las que son críticas
las evaluaciones de energía conformacional rápidas y precisas. Las descripciones con solvente implícito permiten la
incorporación de términos que representan la energía libre
de solvatación sin un promedio de más grados de libertad
que en solventes explícitos en todos los átomos con funciones puntuales [6].
(8)
(9)
Y convertirse la constante calculada por medio de la ecuación 7 a pKa aplicando el logaritmo negativo.
Una de las propiedades químicas que se ven muy afectadas
por la naturaleza del solvente son las constantes de acidez,
y es el objetivo de este estudio. El pKa de una molécula o
grupo funcional es una importante propiedad química y biológica, que ayuda en la determinación de la protonación a
un pH dado así como el sitio de protonación de la molécula
[15]. El pKa es el logaritmo negativo de Ka.
(11)
MATERIALES Y METODOS
Se propusieron los siguientes indicadores para calcular el
pKa: Naranja de metilo, rojo de metilo, rojo fenol, azul bromofenol, azul bromotimol, verde bromocresol, purpura bromocresol y fenolftaleína; que son ampliamente usados en
laboratorios de química general.
El conocimiento de los valores de pKa es importante para
el tratamiento cuantitativo de sistemas que implican equilibrios ácido-base en solución, un ejemplo de estos sistemas
son los indicadores ácido-base. Los indicadores son, generalmente, sustancias orgánicas de carácter ácido o básico
débil, que tienen la propiedad de que su molécula y el ion
correspondiente presentan coloraciones diferentes, es decir,
el color del compuesto disociado es diferente del no disociado [16].
Para poder obtener los datos termodinámicos a usar en
la ecuación (9) fue necesario inicialmente construir las estructuras tridimensionales de los indicadores neutros y en
su forma básica o desprotonada. Estas estructuras fueron
construidas en el programa Avogadro [17], y guardadas en
el formato xyz.
Una forma de calcular el pKa para el sistema en equilibrio
de un indicador ácido base como el naranja de metilo puede
explicarse según la siguiente demostración, siendo HIn la representación de una molécula del indicador sin disociar, H+
su ácido conjugado e In- su base conjugada:
Se llevó a cabo una preoptimización de la geometría de cada
una de las estructuras construidas, usando el programa MOPAC 2012 [18] al nivel de teoría PM7. Posteriormente la geometría de cada una de los sistemas de estudio fue optimizada con el paquete computacional GAMESS [19], al nivel de
teoría HF/6-31G. A cada una de las estructuras optimizadas
se le llevó a cabo un análisis termodinámico mediante un
cálculo de frecuencias a los mismos niveles de teoría a los
que se hicieron las optimizaciones de geometría. A partir de
los cálculos descritos anteriormente fue posible tener los datos termodinámicos necesarios para calcular las constantes
de equilibrio.
(4)
La expresión para la constante de equilibrio de la reacción
es:
(10)
(5)
Y si sabemos que hay una función de estado termodinámica
fundamental que gobierna todos los procesos que se realizan a temperatura y a presión constante, conocida como la
energía libre de Gibbs descrita por la siguiente ecuación:
Con el objetivo de evaluar el efecto del solvente sobre las
constantes de equilibrio, los cálculos descritos en el párrafo
anterior también se llevaron a cabo con la inclusión de solvente de manera implícita, usando la metodología COSMO
en MOPAC 2012, y PCM en GAMESS.
(6)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
(7)
Podemos asumir que el cálculo de Ka puede efectuarse considerando la energía libre de Gibbs para la reacción de disociación.
La condición de equilibrio termodinámico en un sistema cerrado a temperatura constante viene definida en términos de
la variación de la función de Gibbs (G), que es la función
de estado termodinámica fundamental que gobierna los
23
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
CONCLUSIONES
procesos que se realizan a temperatura y a presión constantes, según lo expresado en la ecuación (10). El signo de
ΔG depende de los signos de los cambios en entalpía (ΔH) y
entropía (ΔS), así como de la temperatura absoluta (T) y de
esta forma advierte la espontaneidad del sistema, si ΔG es
negativo significa que la reacción ocurre espontáneamente,
por otra parte si el valor de ΔG de la reacción es positivo, esta
solo ocurrirá si se aplica energía al sistema para promover la
reacción.
La dificultad en la simulación de estos sistemas recae en su
gran dimensionalidad ya que al trabajar con un método semi-empirico, puede que, en el caso de los métodos semiempíricos, estos no se hayan parametrizado para los elementos
más pesados y esta sea una causa de la no convergencia de
algunas de las estructuras.
La metodología empleada no nos permite emitir un juicio
sobre las ventajas de una metodología sobre otra debido a
que las simulaciones no arrojaron resultados suficientes para
ello.
En la tablas 1 y 2 se muestran las energías libres de disociación calculadas usando la ecuación 9, y los valores calculados de pKa para los 8 indicadores propuestos en este
trabajo. Los resultados obtenidos fueron comparados con
los reportados por Patterson usando un método espectrofotométrico [1]. Los valores experimentales de información
termodinámica no estuvieron siempre disponibles, debido a
que no se lograba la convergencia o el cálculo se detenía por
falta de memoria del equipo.
Por otro lado, incorporar métodos computacionales al protocolo puede disminuir la problemática en la enseñanza de
decidir que experimentos se pueden modelar y de esta manera disminuir los riesgos generados por manipulación de
reactivos, de tal forma que se busca impulsar este campo de
Sin Solvente
Indicador
ΔG Reacción
(J/mol)
Con Solvente
pKa
ΔG Reacción
(J/mol)
pKa
pKa
Reportada
Naranja de Metilo
-29305,697
5,14
-31552,963
5,53
3,43
Rojo de Metilo
26451,959
-4,64
71533,16
-12,54
4,9
Rojo Fenol
-25574,987
4,48
-26830,011
4,70
7,66
Azul Bromofenol
ND
ND
3,95
Azul Bromotimol
ND
ND
7
Verde Bromocresol
ND
ND
4,62
Purpura Bromocresol
ND
ND
6,19
Fenolftaleina
25686,634
-4,50
29608,733
-5,19
9,37
Tabla 1. Energía libre de Gibbs de reacción calculada con MOPAC 2012 sin solvente y con la
inclusión de agua de forma implícita
Sin Solvente
Con Solvente
ΔG Reacción
ΔG Reacción
pKa
Indicador
pKa
pKa
(J/mol)
(J/mol)
Reportada
Naranja de Metilo
-24148,294
4,23
-24097,623
4,22
3,43
Rojo de Metilo
ND
ND
4,9
Rojo Fenol
-19889,016
3,49
ND
7,66
Azul Bromofenol
ND
ND
3,95
Azul Bromotimol
ND
ND
7
Verde Bromocresol
ND
ND
4,62
Purpura Bromocresol
ND
ND
6,19
Fenolftaleina
ND
29240,467
-5,13
9,37
Tabla 2. Energía libre de Gibbs de reacción calculada con MOPAC 2012 sin solvente y con la
inclusión de agua de forma implícita
24
Yenifer Cubillos, Ismael Ortiz Verano
la ciencia que actualmente no es tan explotado como podría
serlo. Sin embargo, los sistemas con los que se pretende llevar a cabo la mejora en la enseñanza de la química deben ser
seleccionados con mayor cuidado, y se deben llevar a cabo
mayor número de pruebas a dichos sistemas.
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AGRADECIMIENTOS. Este trabajo fue parte del Programa
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25
Fabio Enrique Castillejo
PRODUCCIÓN DE CARBUROS DE VANADIO Y CARBUROS
DE CROMO SOBRE ACEROS AISI D2 UTILIZANDO
LA TÉCNICA TRD
PRODUCTION OF VANADIUM CARBIDES AND CHROMIUM
CARBIDES ON STEELS AISI D2 USING THE
TDR TECHNIQUE
Fabio Enrique Castillejo
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Santo Tomas de Aquino, Cra 13 No 51-23, Bogotá, Colombia. Departamento
de materiales y procesos, Universidad Nacional, Cra 30, calle 45, Bogotá, Colombia. [email protected]
RESUMEN
12.5 µm. their microhardnees values were 1620 HV and 2190
HV respectively. The corrosion resistance of the substrates
and carbide samples was evaluated by Tafel polarization. The
results shows better electrochemical performance and higher
hardness of the carbides compared with the steel uncoated.
En este trabajo se depositaron recubrimientos de carburo de
vanadio y carburos de cromo sobre acero AISI D2, utilizando
la técnica de deposición por difusión termorreactiva (DTR).
Los carburos fueron producidos a través de baños de sales
compuestos por bórax fundido, aluminio, ferrocromo y ferro
vanadio. El proceso fue realizado a 1020 °C durante 4 horas.
Las fases fueron identificadas a través de la difracción de
rayos x (DRX) y con un microdurómetro se determinó la
microdureza Vickers. A través del microscopio óptico se
observó que las capas exhibieron muy buena regularidad
en el espesor con un valor de 9.2 µm para el carburo de
cromo y de 12.5 µm para el carburo de vanadio. Las durezas
medidas fueron de 1620 HV y de 2190 HV respectivamente.
La caracterización electroquímica fue realizada a través de
curvas de polarización potenciodinámica o curvas Tafel.
Los resultados obtenidos fueron comparados con los del
sustrato y en general, los carburos presentaron valores de
dureza más altos y mejor comportamiento electroquímico
que las del acero sin recubrimiento.
Keywords: coating, vanadium, chromium, TRD, diffusion.
INTRODUCCIÓN
Los tratamientos realizados sobre superficies de diferentes
materiales están siendo cada vez más utilizados para mejorar
el desempeño tribológico y la resistencia a la corrosión de
muchos componentes de máquinas, brocas, buriles, y en
general en elementos de máquinas que estén sometidas
a condiciones de alto desgaste. Entre estos tratamientos
superficiales se utiliza el depósito de capas de carburos
o nitruros de metales de transición. Estas películas son
comúnmente obtenidas utilizando técnicas tales como
Deposición Física en Fase de Vapor (PVD) y Deposición
Química en fase de vapor (CVD) [1,2]. Estos procedimientos
tienen como principal desventaja el uso de equipos
complejos y condiciones de ultra alto vacío, lo que hace
poco económica su implementación a nivel industrial. Una
alternativa económica y competitiva ha sido la aplicación de
recubrimientos duros con alta dureza y buena resistencia al
desgaste mediante el proceso de deposición por difusión
termorreactiva TRD [3], sobre sustratos que contengan
un porcentaje de carbono mayor al 0,3% en peso [4]. Las
capas logradas mediante este proceso presentan buena
adherencia con el sustrato, bajos coeficientes de fricción y
excelente regularidad en el espesor [5]. En este tratamiento
se puede utilizar un baño de sales formado por bórax fundido,
aluminio o ferro-silicio como elemento reductor y elementos
formadores de carburos (EFC´s), tales como el vanadio,
Palabras claves: recubrimiento, vanadio, cromo, DTR,
difusión.
SUMMARY
Vanadium and Chromium carbide layers were obtained on
AISI D2 steel by thermo-reactive treatments using different
borax baths containing ferrovanadium, ferrochromium and
aluminum at 1000 ºC for 4h. Samples were characterized
by X-Ray diffraction (XRD) and Vickers microhardnees.
Optic microscopy shows defined layers with good thickness
regularity. For the chromium carbide the layers measured 9.2
µm and for the vanadium carbide the layer thickness was
27
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
el cromo, el titanio, y el niobio entre otros [4]. La capa de
carburo se forma cuando el elemento metálico disuelto en el
baño de sales presenta una energía de formación del carburo
relativamente baja y una energía de formación del óxido
superior a la de óxido de boro (B2O3) [6,7]. Si lo anterior
no ocurre como en el caso del titanio, los átomos de boro
no se oxidan y quedan libres para difundirse hacia la matriz
del acero combinándose con el hierro y formando capas de
boruro de hierro (Fe2B o FeB) [8,9].
óptico Leco, luego de atacar los especímenes con Vilella
al 3 %. Se realizaron 15 mediciones para obtener un valor
promedio. La dureza de los recubrimientos se determinó a
partir de mediciones utilizando el indentador Vickers con una
carga de 50 g, en un microdurómetro marca Leco.
La caracterización electroquímica se realizó a través de
pruebas de polarización potenciodinámica utilizando un
potenciostato de referencia 600 marca Gamry instruments,
trabajando pruebas potenciodinámicas para obtener las
curvas Tafel. Se realizaron los experimentos usando una
celda electroquímica con tres electrodos en un volumen
de 100 ml de una solución de NaCl al 3% a temperatura
Algunos trabajos se han concentrado en el estudio de la
cinética de crecimiento de carburos de niobio sobre acero
AISI 1040 [10], de boruros de hierro sobre acero AISI 4140
[11] y de carburos de cromo sobre acero AISI D2 [12]. Estas
investigaciones reportan que el espesor de las capas obtenidas
para sistemas binarios como NbC o VC depende del tiempo
de tratamiento y de la temperatura de proceso y la ecuación
que rige este crecimiento es de carácter exponencial. A
nivel de estudios electroquímicos, se reportan trabajos
sobre boruro de hierro formado utilizando bórax y aluminio
sobre aceros AISI S1, S2 y S3, cambiando el porcentaje
de manganeso [13]. En este trabajo se pretenden mostrar
las capas logradas a través de la técnica TRD y realizar un
estudio de propiedades mecánicas y electroquímicas de los
carburos de cromo y los carburos de vanadio depositados
sobre aceros AISI D2.
o
2
ambiente (20 ± 1 C). El área de trabajo fue de 0.196 cm ,
usando una barra de platino y un electrodo de calomel como
electrodo auxiliar y de referencia respectivamente.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Microestructura y dureza
La figuras 1a y 1b muestran las imágenes ópticas para
los recubrimientos obtenidos de vanadio y cromo respectivamente. En general se observa buena regularidad en el
espesor para cada uno de los recubrimientos depositados
MATERIALES Y METODOS
registrando un valor experimental de 12,5 ± 0,45 µm para el
Los recubrimientos se depositaron sobre acero AISI D2,
usando muestras de 10 mm de diámetro y de 3 mm de
espesor. La preparación de las muestras se realizó mediante
pulido usando papel lija desde 220 hasta 1000, y limpieza
ultrasónica con acetona. La composición química del acero
utilizado se muestra en la tabla 1.
recubrimiento realizado con ferrovanadio y de 9,2 ± 0,78 µm
para el recubrimiento realizado en el baño con ferrocromo.se
observa un espesor mayor para el carburo de vanadio debido
principalmente a que este tiene una energía libre de forma-
Acero
%C
%Cr
%Mn
%Si
%W
%Fe
AISI D2
1,5
11,5-12,5
0,15-0,45
0,1-0,4
0,6-0,9
Balance
ción de formación de -24,1 ± 0,7 Kcal,[14] comparada con
-18 Kcal para el carburo de cromo[15]
La figuras 2a y 2b muestran los patrones de difracción de
los dos recubrimientos depositados, la figura 2a permite
confirmar la presencia de carburos de vanadio en la fase
VCx con picos de alta intensidad orientados en los planos
cristalográficos (111) y (200) y de bajas intensidades
orientados en los planos cristalográficos (220), (311), (222),
(400), (331) y (420), de acuerdo con la base de datos JCPDS
00-025-1002. Mientras que la figura 2b también confirmó la
presencia de carburo de cromo en dos fases, una primera
fase de Cr23C6, con picos de alta intensidad orientados en los
planos (420),(422) y (511), y con baja intensidad orientados
en los planos (440), (531), (600) y (620); y una segunda fase
de Cr7C3 con un pico en el plano (150) y otro visible en el
plano (222), de acuerdo a la base de datos JCPDS 00-0350783.
Tabla 1. Composición química del acero AISI D2.
Los recubrimientos fueron producidos con dos baños de
sales cuyas composiciones fueron 1) ) 81 wt.% Na2B4O7,
16 wt.% Fe-V y 3wt.% Al y 2) ) 67 wt.% Na2B4O7, 30 wt.%
Fe-Cr y 3wt.% Al. El tratamiento térmico fue realizado a
una temperatura de 1000 °C durante 4 horas. Para la
caracterización de los recubrimientos, las fases presentes y
la orientación cristalográfica fueron visualizadas utilizando
difracción de rayos x, usando un sistema X-PertPro
Panalytical (configuración q‑2q en u rango de 10º a 120º,
45 kV, 40 mA, radiación monocromática CuKα, y longitud
de onda de 1.56 Å con un paso de 0,02º. El espesor de los
recubrimientos obtenidos fue medido con un microscopio
28
Fabio Enrique Castillejo
Figura 1- Imágenes ópticas de los recubrimientos obtenidos. a) Ferrovanadio b) ferrocromo
La medición de dureza reporto valores de 2190,9 ± 46,1 HV
para el carburo de vanadio y de 1620,2 ± 39,2 HV para el
carburo de cromo.los valores obtenidos están de acuerdo
con los valores esperados para este tipo de recubrimientos
[5,12].
Figura 2- Patrón de difracción para carburos depositados sobre AISI D2. a) Carburos de vanadio y b) Carburos de cromo.
[16].
Caracterización electroquímica.
La figura 3 permite observar los resultados de las pruebas de
polarización potenciodinámica realizadas sobre el acero AISI
D2 y sobre los dos recubrimientos producidos; estas pruebas
fueron realizadas en una solución de NaCl al 3%. Se puede
ver que se incrementa la resistencia a la corrosión en los dos
recubrimientos obtenidos con respecto al sustrato. Lo cual
se evidencia al analizar los valores de potencial de corrosión
“Ecorr”(eje vertical) que son más positivos (nobles) mientras
que las corrientes de corrosión “icorr”(eje horizontal) son
menores. El recubrimiento de carburo de cromo presenta
el mejor comportamiento al tener una icorr casi 10 veces
menor que la del sustrato sin recubrimiento y el potencial de
corrosión se incrementó en 350mV.
29
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
4. T. Arai, S. Harper.1991. thermoreactive deposition/
diffusion Process, ASM Handbook, vol 4, ASM
international, materials Park, Oh, USA, p 448.
5. C.K.N. Oliveira, R.M. Muñoz Riofano, and L.C. Castiletti.
Evaluation of hard coatings obtained on AISI D2 steel
by thermo-reactive deposition treatment. Surface &
Coatings Technology 201 (2006) 1880–1885
6. T. Arai, H. Fujita, Y. Sugimoto, Y. Ohta, J. Mater. Eng. 9
(2) (1987) 183.
7. H.C. Child, S.A. Plumb, J.J. McDermott, Proc. Heat
Treatment’84, The Metals Society, vol. 310, 1984, p.
5.1.
8. A.K. Sinha, Boriding (Boronizing), ASM Handbook, vol.
4, ASM International, Materials Park, OH, USA, 1991,
p. 437.
Figura 3 - Curvas de polarización potenciodinámica para
el acero AISI D2sin recubrimiento y con recubrimientos de
carburos de vanadio y cromo. [16]
9. S. Sen, I. Ozbek, U. Sen, C. Bindal, Surf. Coat.Technol.
135 (2001) 173.
CONCLUSIONES
La técnica TRD permite depositar carburos de cromo y
vanadio con altas durezas sobre aceros o materiales que
contengan carbono.
10.U. Sen. Kinetics of niobium carbide coating produced
on AISI 1040 steel by thermo-reactive deposition
technique. Materials Chemistry and Physics 86
(2004) 189–194.
Las durezas obtenidas para os recubrimientos fue de 2190
HV para el carburo de vanadio y de 1620 HV para el carburo
de cromo.
11.Saduman Sen, Ugur Sen, CumaBindalb. The growth
kinetics of borides formed on boronized AISI 4140
steel. Vacuum 77 (2005) 195–202.
El espesor de la capa presento muy buena regularidad en el
espesor y se consiguió una capa de carburo de vanadio de
mayor espesor debido a que su energía libre de formación es
menor que la necesaria para el carburo de cromo.
12.Saduman Sen. A study on kinetics of CrxC-coated
high-chromium steel by thermo-reactive diffusion
technique. Vacuum 79 (2005) 63–70.
Teniendo en cuenta que los carburos son materiales cerámicos
se esperaba que presentaran una mejor resistencia a la
corrosión en varios ordenes de magnitud comparados con el
sustrato sin recubrimiento, sin embargo la mejora no fue muy
rotunda debido a que los recubrimientos presentan un grado
de porosidad que le permite al electrólito penetrar hasta la
interfase recubrimiento sustrato y degradar el material.
13.H. Tavakoli, S.M. MousaviKhoie. An electrochemical
study of the corrosion resistance of boride coating
obtained by thermo-reactive diffusion.Material
chemistry and physics, 124 (2010), 1134-1138.
14.T. Arai,N. Komatsu and M. Mizutani. Diffusion layers
of steel surfaces Inmersed in fused borax baths
containing various kinds of aditives. J. of the japan
institute of metals.Vol 39 (1975), 247-255.
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16.F. Castillejo, F. E.2013. Recubrimientos de Carburos
Ternarios Depositados con la Técnica TRD. Tesis
doctoral 2013. Facultad de minas, Universidad
Nacional de Colombia.
30
Paola Andrea Corredor Rodríguez, Mario Fernando Pérez Pérez, José Ricardo Urrego Novoa,
ESTUDIO DESCRIPTIVO DEL COMPORTAMIENTO
DE LA INTOXICACIÓN AGUDA POR PLAGUICIDAS
EN COLOMBIA 2010-2011
DESCRIPTIVE STUDY OF BEHAVIOR ACUTE PESTICIDE
POISONING IN COLOMBIA 2010-2011
Paola Andrea Corredor Rodríguez Química Farmacéutica, Mario Fernando Pérez Pérez Químico Farmacéutico, José Ricardo
Urrego Novoa Químico Farmacéutico Especialista en Farmacología, Especialista en Epidemiologia; MSc Toxicología, MSc
Administración, PhD (C) Ciencias Farmacéuticas. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales UDCA, Facultad de
Ciencias, Programa de Química Farmacéutica, Calle 222 No. 55 – 37. Bogotá, Colombia, [email protected].
RESUMEN
INTRODUCCION
Se realizó un estudio descriptivo del comportamiento de la
Intoxicación Aguda por Plaguicidas (IAP) en el país durante
el periodo de tiempo comprendido entre el 2010 y el 2011,
mediante un análisis descriptivo, observacional y de corte
transversal de la información emitida por el sistema nacional
de información SIVIGILA. En Colombia se reportaron 8243
casos de intoxicación aguda por plaguicidas en el 2010 a la
semana epidemiológica 52, mientras en el 2011 a la semana
epidemiológica 44, se reporto un total de 7754 casos. Se
realizo la descripción de las principales variables reportadas
por el SIVIGILA.
Las intoxicaciones agudas por plaguicidas (IAP), son una de
las más importantes causas de muerte por intoxicaciones
en el mundo, sin embargo, el sub-registro de este tipo de
eventos aún es importante. Al observar el número de casos
de IAP reportados en Colombia en 2005 (4.228 casos), 2006
(5.219 casos), 2007 (6.266 casos) y 2008 (6.659 casos),
se evidencia un aumento creciente en la cantidad de casos
atribuido a los fenómenos determinados: aumento en el
consumo de plaguicidas debido a la actividad agroindustrial;
aumento en la cantidad de sustancias disponibles en el
mercado para uso industrial y doméstico, y mejora en la
calidad de la vigilancia al evento.
Palabras Claves: Intoxicación Aguda, SIVIGILA, Semana
epidemiológica, Análisis Descriptivo.
La gravedad de las intoxicaciones depende de varios factores:
• La cantidad de plaguicida suministrada/absorbida.
• Vía de ingreso.
• Toxicidad del agente.
• Agentes diluyentes del plaguicida como solventes (gasolina, keroseno).
• Factores potenciadores del efecto (ingesta previa de alimentos, estado nutricional, consumo de alcohol u otras
sustancias presentes en el organismo al momento de la
intoxicación)
SUMMARY
We performed a descriptive study of the behavior of acute
pesticide poisoning (IAP) in the country during the time period between 2010 and 2011, using a descriptive, observational and cross-sectional information issued by the national
SIVIGILA information. In 8243 Colombia was reported cases
of acute pesticide poisoning in 2010 to epidemiological week
52, while in 2011 the epidemiological week 44, a total of
7754 reported cases. Case the description of the main variables reported by the SIVIGILA.
Los plaguicidas se pueden clasificar de acuerdo con su
uso, su estructura química o su toxicidad; sin embargo, la
orientación terapéutica para los casos de intoxicación se
enfoca en su estructura química.
Keywords: Acute intoxication, SIVIGILA, Week epidemiological descriptive analysis.
En Colombia a través del decreto 3518 del 2006 se creó y
se reglamento, el Sistema de Vigilancia en Salud Publica –
Sivigila-, para la provisión en forma sistemática y oportuna,
31
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
de información sobre la dinámica de los eventos que afecten
o puedan afectar la salud de la población, con el objetivo de
orientar laspolíticas y la planificación en salud pública; tomar
las decisiones para la prevención y control de enfermedades
y factores de riesgo en salud; optimizar el seguimiento y
evaluación de las intervenciones; racionalizar y mejorar los
recursos disponibles y lograr la efectividad de las acciones
en esta materia, propendiendo por la protección de la salud
individual y colectiva.
algunos casos, el contacto con plaguicidas tiene como
consecuencia las intoxicaciones que se dan bien sea por
uso inapropiado, de forma accidental (niños, por ejemplo)
o incluso con intencionalidad homicida o delictiva. Los
plaguicidas proporcionan grandes beneficios a nivel
económico y en salud publica gracias a sus funciones
principales, sin embargo algunos de ellos, por su actividad,
persistencia y nula biodegradabilidad en el ambiente
presentan un riesgo para la salud a corto y largo plazo.
El grado de inseguridad en la utilización por plaguicidas
se ve agravada por el analfabetismo y desconocimiento
de manejo en comunidades agrícolas. Plaguicidas
clasificados como extremadamente o altamente tóxicos
por la FAO y la OMS, prohibidos en otros países por ser
bioacomulables (persistencia a través de la cadena trófica),
poca biodegradabilidad y capacidad de transportarse largas
distancias, se siguen utilizando en países subdesarrollados.La
intoxicación aguda por inhibidores reversibles e irreversibles
de acetilcolinesterasa es un problema de salud pública a
nivel mundial. Metacid (metilparation), Nuvan (Dichlorovos),
Dimetoato, Profenofos y el Clorpirifos, son plaguicidas
organofosforados comúnmente utilizados en Nepal. En
este sentido, la inhibición de la enzima encargada de la
degradación de acetilcolina hace que hayauna activación
excesiva de receptores colinérgicos en diferentes partes del
cuerpo.
El Sistema de Vigilancia en Salud Publica esta bajo
responsabilidad de una serie de entidades las cuales tienen
como deber cumplir con las funciones indicadas en el
decreto 3518 del 2006. Este grupo está compuesto por
Ministerio de Protección Social, Instituto Nacional de Salud
INS y de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos –INVIMA-,
Directrices Departamentales, Distritales y Municipales de
Salud, las Entidades Administradoras de Planes de Beneficios
de Salud, las Unidades Notificadoras y las Unidades Primarias
Generadoras de Datos –UPGD-.
En el país no existe un análisis de datos donde se caracterice
los principales problemas relacionados con el uso plaguicidas,
es decir, patrones de referencia donde se evidencie e
identifique eventos, comportamientos basados en variables
descriptoras del evento de intoxicación, presencia de brotes,
alertas epidemiológicas etc.
Las intoxicaciones agudas por organofosforados, son
frecuentes en personas dedicadas a actividades agrícolas,
siendo causa relevante en la exposición ocupacional. Un
estudio realizado por Fracesca Mancini, concluye que uno
de los métodos a utilizar para reducir la intoxicación por
plaguicidas en la India (país en vía de desarrollo) es restaurar
la viabilidad ecológica de la agricultura, en términos de
impacto sobre el medio ambiente y la salud del ser humano,
en la cual es necesario que las inversiones significativas
estén dirigidas para apoyar la educación de los agricultores
en manejo integrado de plagas, con el fin de limitar el uso de
compuestos altamente tóxicos.
Este análisis descriptivo se crea como herramienta complementaria de consulta, para que los profesionales de salud
puedan realizar un análisis, o crear supuestos que infieran en
la posible intoxicación por plaguicidas en el país.
La mejoría en los sistemas de vigilancia, la implementación
de lo establecido en los decretos 1843 de 1991 y 3518 de
2006 permiten fortalecer la vigilancia para generar políticas y
acciones claras en relación con el manejo de los plaguicidas
y las intoxicaciones que de su uso se puedan derivar en los
diferentes territorios nacionales.En la actualidad se presenta
una problemática correspondiente con la fabricación,
distribución y venta de rodendicidas ilegales como el
“Campeon”, el cual no presenta información clara en el
envase acerca del principio activo o contiene sustancias
diferentes a las reportadas en su información inmersa.
En una evaluación retrospectiva realizada por GadElHak,
de los casos de suicidio en la ciudad de Port Said, Egipto,
desde el año 1998 hasta el 2004, encontró que en el
mundo occidental, la tendencia de la intoxicación por
organofosforados es común por acciones intencionales
suicidas. Debido al poco acceso que se tiene a plaguicidas
organofosforados, hace que el reconocimiento de este
tipo de intoxicación y su tratamiento específico sea difícil,
y señala que el auto-envenenamiento con pesticidas
organofosforados es un problema de salud importante en
todo el mundo.
Los plaguicidas son sustancias utilizadas en el control de
diferentes agentes, entre los que se encuentran insectos,
artrópodos, animales transmisores de enfermedades,
hongos y especies vegetales. Estos productos se utilizan
en la agricultura (control de insectos y malezas); en la
ganadería (control de parásitos); en el control de roedores y
vectores transmisores de enfermedades como por ejemplo
los mosquitos. Son sustancias comercializadas en todo el
mundo y utilizadas a nivel industrial como doméstica. En
El subregistro de intoxicaciones agudas por plaguicidas
es quizás uno de los mayores problemas existentes a nivel
32
Paola Andrea Corredor Rodríguez, Mario Fernando Pérez Pérez, José Ricardo Urrego Novoa,
mundial. Un estudio realizado por Corriols, estima el nivel
de subregistros de las IAP en los sistemas de control de
plaguicidasen Nicaragua en el año 2000. Se evaluaron los
datos de exposición de plaguicidas y efectos sobre la salud
en una muestra representativa a nivel nacional, encuestando
3.169 personas mayores de 15 años. Se encontró en
dicho estudio 1.369 casos de APP (Aplicación Práctica
de Plaguicidas) en el registro oficial para el 2000. Las
respuestas a los cuestionarios revelaron 22 casos de APP en
la que las personas buscaron atención médica. Los autores
estiman que, a nivel nacional, alrededor de 30.000 casos de
intoxicación por plaguicidas que reciben tratamiento médico
no se informaron.
exposición, Escolaridad, Estado de embarazo, Afiliación a
ARP, Estado civil, reporte de brote, identificación del producto
causal de la IAP.
Procedimiento: Con el fin de realizar el estudio descriptivo del
comportamiento de la intoxicación aguda por plaguicidas en
el país en el periodo comprendido entre el 2010 y el 2011 se
planteo la siguiente metodología:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
La noticia que estremeció a Colombia, fue la tragedia ocurrida
en Chinquinquirá Boyacá el 25 de noviembre de 1967, donde
una intoxicación masiva por consumo de pan contaminado
con parathion, resulto en 800 intoxicaciones y 88 muertes.
Una vez ocurrido el evento, se evidencio la necesidad de la
capacitación a los médicos colombianos en esta especialidad
medica y concluyéndose sobre la necesidad de adoptar una
norma clara en el maneo de sustancias toxicas.
Obtención de la información.
Clasificar el evento de interés a describir.
Determinación de las variables descriptoras del evento.
Depuración de datos.
Desarrollo del estudio descriptivo.
Análisis de la información obtenida.
Materiales: Para la clasificación, determinación y análisis
descriptivo de la información:
1. Fuentes primarias y secundarias de información.
2. Dispositivo de almacenamiento de información.
3. Talento humano.
4. Software de procesamiento.
5. Acceso a internet.
Sistema de vigilancia en salud pública. El Sivigila es un
conjunto de usuarios, normas, procedimientos, recursos
técnicos, financieros y de talento humano, organizados entre
si para la recopilación, análisis, interpretación, actualización,
divulgación y evaluación sistemática y oportuna de la
información sobre eventos en salud, para la orientación de
las acciones de prevención y control en salud pública, tiene
como objetivo provisionar en forma sistemática y oportuna,
de información sobre la dinámica de los eventos que afecten
o puedan afectar la salud de la población.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Una vez realizada la clasificación de las variables descriptoras
de los eventos de Intoxicación Aguda por Plaguicidas
reportadas en el sistema de información nacional a través
del Sivigila, durante el año 2010 y el año 2011, se obtuvo los
siguientes resultados.
En Colombia se reportaron 8243 casos de intoxicación aguda
por plaguicidas en el 2010 a la semana epidemiológica
52, mientras en el 2011 a la semana epidemiológica 44,
se reporto un total de 7754 casos, a través del Sivigila. El
comportamiento del evento se da de una manera similar en
ambos años, teniendo el mayor número de casos reportados
entre la semana 18 y la semana 21 con 2.89% y 2.54%, para
el 2011 y 2010 respectivamente del número total de casos
en cada año. Aunque el comportamiento de reporte de caso
de IAP en cada año no tiene una gran variabilidad semana
a semana epidemiológica, se puede detectar, que el menor
número de casos reportados es de 1.32% para el 2010 y el
1.77% para el 2011. Existen periodos de tiempo en el año,
en los cuales hay un aumento progresivo en el numero de
eventos notificados por IAP, entre la semana epidemiológica
13 y 19, hay un incremento de 0.91% correspondiente a un
reporte de 75 casos nuevos de IAP para el 2010, mientras
para el 2011 el aumento esta dado a partir de la semana
epidemiológica 16 a la 19, con un incremento de 1,02%
con un total de casos nuevos de 79 eventos notificados.
Por el contrario existen periodos de tiempo en los cuales
hay un notorio decrecimiento en los números de eventos
METODOLOGIA:
Diseño, Tipo De Investigación: El estudio realizado es de tipo
descriptivo, observacional y de corte transversal.
Selección de la muestra: La muestra para realizar la
descripción del comportamiento de la Intoxicación Aguda
por plaguicidas en el país durante el periodo comprendido
entre el 2010 y el 2011 se tomo a partir de la información
notificada a nivel nacional a través del Sivigila.
Variables descriptoras del Evento: Se realizo el estudio
descriptivo de la intoxicación aguda por plaguicidas en
el país durante el periodo comprendido entre el 2010 y
2011 teniendo en cuenta las siguientes variables: Semana
epidemiológica, Departamento de notificación, Edad del
paciente, Sexo, Área de ocurrencia, Régimen en salud, Etnia,
Grupo poblacional, Numero de hospitalizaciones, Condición
final del paciente, Clasificación del caso, Tipo de intoxicación,
Actividad realizada en el momento de exposición, Vía de
33
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
reportados, por ejemplo en las semanas epidemiológicas 36
y 44 existe una disminución del 0.3% (n= 25 casos) para el
2010, mientras en el 2011 hay una disminución del 0,49%
(n= 38 casos).
los eventos notificados por IAP, se infiere que esta tendencia
puede estar determinada por la capacidad productiva que se
tiene en edades jóvenes y disminuye a edades mayores. De
0 a 14 años no hay un comportamiento definido ya que la
notificación no tiene incidencia en alguna edad determinada,
se debe evaluar la protección que se le da a los niños
donde se tiene en cuenta la exposición química que puede
producirse antes de la concepción, durante toda la gestación,
en la lactancia, en la niñez y en la adolescencia. Del total de
casos reportados en edades de 0 a 4 años (n= 523) en el
2011 se encontraron 453 eventos notificados donde el tipo
de exposición fue accidental, para el 2010 donde el numero
de eventos notificados por IAP en este rango de edad fue
de n= 483 se presentaron 403 casos con el mismo tipo de
exposición.
En la grafica número 1 se observa que cualquier persona
puede estar expuesta a sustancias química utilizadas
como plaguicidas durante sus actividades cotidianas.
En el intervalo de edades de 15 a 19 años existe el mayor
número de notificaciones de IAP, en el año 2010 se realizo la
notificación de n=2033 equivalente al 24,66% del número
total de eventos notificados a la semana epidemiológica
52, para el 2011 se obtiene un n=1972 correspondiente al
25.43% a la semana epidemiológica 44. Se evidencia que a
partir de los 15 años hay un comportamiento definido, en
el cual hay un decrecimiento directamente proporcional a
Grafica 1 Distribución porcentual de IAP por rango de edades notificadas
El departamento de Antioquia aporto un total de n= 979
(11.88%) notificaciones de IAP en el 2010 a la semana
epidemiológica 52, mientras en el 2011 fue de n= 843
eventos (10.87%) a la semana epidemiológica 44, siendo el
departamento con la ocurrencia mayor en el país. En este
sentido se puede inferir que el departamento en nombre,
lleva un ordenamiento detallado, minucioso y actualizado,
en la notificación de IAP a través del sistema de información
del país Sivigila. El uso de plaguicidas en el país evidencia
un aumento progresivo en los casos nuevos reportados
de Intoxicación Aguda por Plaguicidas en cada uno de los
departamentos. Por ejemplo el número de casos nuevos
reportados de IAP en el Huila es de 70 por cada 100.000
habitantes en el año 2010 a la semana epidemiológica
52 y 57 por cada 100.000 habitantes en el año 2011 a la
semana epidemiológica 44, un valor que refleja claramente
el problema en salud pública que se da por este fenómeno,
haciendo una relación con la tasa de incidencia reportada
para el 2009 (35,7 por cada 100.000 habitantes) hay
un notorio aumento en el riesgo de IAP en esta zona del
país. Es claro que en el país existe la probabilidad o el
riesgo de que cualquier individuo, independientemente de
su ocupación, se vea afectado por el mal manejo de esta
clase de sustancias, realizando una apreciación de la grafica
número 1 (Distribución porcentual de IAP por rango de
edades notificadas).
El tipo de exposición a plaguicidas reportados en el
2010 y el 2011 son: ocupacional accidental, intencional
suicida, intencional homicida, reacción adversa, delictiva
34
Paola Andrea Corredor Rodríguez, Mario Fernando Pérez Pérez, José Ricardo Urrego Novoa,
la semana epidemiológica 44, del número total de eventos
notificados con tipo de exposición intencional suicida
(n=4737), se presentaron 102 casos donde su condición
final es muerto. Según registros del Instituto Nacional de
Medicina Legal en el año 2009 murieron 439 personas por
intoxicación con Paraquat, con fines suicidas (162 mujeres
y 277 hombres) observándose predominio de los intentos
suicidas en el género femenino (61%) pero mayor efectividad
en el masculino (en 2009 murieron 170 mujeres contra 456
hombres).
y desconocida. La de mayor tendencia en los dos años es
intencional suicida con n=4898 (59,42%) y 4737 (61,09%)
casos para el 2010 y el 2011 respectivamente, seguida por
la ocupacional en el 2010 (n=1533, 18,60%), y accidental
en el 2011 (n=1463, 18,87%). En el año 2011 se presenta
un tipo de exposición el cual no aplica al estudio descriptivo
realizado, este es farmacodependencia el cual presenta
una notificación de 4 eventos, donde el agente causal de la
intoxicación es un plaguicida. Debido a casos no reportados,
mal reportados, desconocido y variables que no aplican al
análisis de IAP, se infiere error en la notificación, lo cual se
dejan de lado casos que representan un número importante
en el archivo estadístico y seguimiento de Intoxicación
Aguda por Plaguicidas en el país (ver grafica 2 Distribución
porcentual según tipo de exposición a plaguicidas).
Sustancias utilizadas para el control de insectos a nivel
domestico, por ejemplo piretroides en productos para el
control de mosquitos, el mayor número de casos notificados
se puede dar por inadecuado almacenamiento, donde la
población más vulnerable son los niños. Realizando una
comparación con un estudio retrospectivo realizado en Brasil
donde de 709 casos reportados de IAP por tipo de exposición
accidental, más del 60% fueron accidentes en niños hasta
los 4 años de edad donde las sustancias implicadas fueron
piretroides de uso domestico. Esto deja en evidencia que los
casos presentados por intoxicación aguda por plaguicidas
en el país, deja de tener tendencia el uso a nivel agrícola.
Productos de uso familiar, como antiácaros, repelentes,
venenos para ratones y ratas, entre otros, presentan un
problema en el manejo y cuidado para evitar la exposición e
intoxicación por plaguicidas.
Como ya se menciono el tipo de exposición de mayor
tendencia es la intencional suicida, estableciendo una
relación con el porcentaje de mortalidad de los eventos
notificados a través del Sivigila, en más del 90% de los casos
su condicional final es vivo, por lo cual se puede inferir
intento de suicidio fallido.
Del total de casos reportados en el 2010 a la semana
epidemiológica 52, con tipo de exposición intencional
suicida (n=4898) se presentaron 113 eventos notificados en
la cual su condición final fue muerto. Para el año 2011 a
Grafica 2 Distribución porcentual según tipo de exposición a plaguicidas
35
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
En el año 2010 se presentaron n= 188 (5,15%) reportes a
la semana epidemiológica 52 y en el año 2011 a la semana
epidemiológica 44 se reportaron 178 (4,99%) notificaciones
de mujeres en estado de embarazo respectivamente, de los
cuales en el año 2010 se presentaron 5 muertes y en el 2011
sepresentaron 3 muertes. Los casos notificados “muertes” en
estado de embarazo por IAP no reporta información de edad
estacional, estado de bienestar fetal y la condición final del
bebe. Se ha vinculado la exposición a plaguicidas durante el
embarazo con el bajo peso de los neonatos, los defectos de
nacimiento y aumento en la tasa en el número de abortos.
Gracias a las condiciones fisiológicas de la mujer en estado
de embarazo, desde el punto de vista farmacocinético, hay
diferencias en la absorción, distribución y metabolismo de
sustancias xenobióticas, donde algunos plaguicidas por sus
características fisicoquímicas (liposolubilidad) causan mayor
efecto a este grupo poblacional.
de la notificación y de esta manera brindar información clara
para medidas de promoción y prevención.
Al no haber un clara especificación de la clase étnica en
el país por desconocimiento del paciente o por falta de
capacitación al personal encargado de la recopilación
de la información, se reflejan un mayor número de casos
reportados por pertenecía étnica sin información específica.
En este sentido OTRAS (clasificación de pertenencia étnica)
notifica un total de n=7523 (91,27%) y n=7191 (92,74%) de
casos en el 2010 y el 2011 respectivamente.La Confirmación
clínica de Intoxicación Aguda por Plaguicidas muestra una
gran cantidad de casos (2010 a la semana epidemiológica
52, n=7774, 94,3%; 2011 a la semana epidemiológica 44,
n=7462, 96,2%), la siguiente confirmación de caso es por
laboratorio en un porcentaje muy bajo 4,5% en el 2010 y
3,0% en el 2011, esto puede evidenciar la poca cantidad
de laboratorios existentes para este proceso en el país.
A través del decreto 3518 del 2006, capitulo lll, procesos
básicos de la vigilancia en salud pública, confiere como
actividad realizar pruebas especiales para estudio de eventos
de interés en salud pública, en las cuales las pruebas de
laboratorio que se requieran en el desarrollo de vigilancia
en saludpublica, atenderán los requerimientos establecidos
en los protocolos para diagnostico y/o confirmación de
los eventos. En este sentido al tener poca practica de
laboratorio por posible capacidad instalada, puede disminuir
el diagnostico oportuno de IAP, aclarando que el servicio de
salud en atención primaria por IAP (confirmación clínica) en
el país es buena, que es evidenciado al tener un porcentaje
de mortalidad menor al 2.0% del total de casos notificados
en el 2010 y 2011.
Como ya se había planteado anteriormente la mayor
tendencia en tipo de exposición en IAP es de intencional
suicida, se refleja de esta manera en el número de casos
reportados, donde la principal vía de exposición es la Oral,
en el año 2010 a la semana epidemiológica 52 se notificaron
n=5891 casos (70.62%); y en el año 2011 n=5757 (74.25
%) a la semana epidemiológica 44, ver grafica 8 (Relación
porcentual de IAP por vía de exposición). En el año 2010
de los n=2033 casos reportados de IAP en los rangos de
edades de los 15 a los 19 años, n=1551 se dieron por
vía oral e intento de suicidio, de los cuales 26 de ellos su
estado final fue “muerte”, en el año 2011 a la semana
epidemiológica 44, bajo las mismas condiciones, de los
n=1972 casos notificados, n=1527 se presentaron por vía
oral e intento de suicidio, de los cuales 22 notificaciones
su condición final fue “muerte”. La vía respiratoria refleja
un número importante de casos por IAP, esto es debido al
uso agropecuario o industrial de estas sustancias en forma
gaseosa para el control de diferentes plagas, las personas
que realizan este tipo de manejo son las más vulnerables a
una posible IAP por vía de exposición inhalatoria, al igual que
por vía de exposición dérmica.
La información hallada presenta que más del 94% de los
casos notificados en el 2010 y el 2011 no se encuentran
afiliadas a Aseguradora de Riesgos Profesionales, con lo
cual se puede inferir que los eventos relacionados con IAP
notificados a través del Sivigila, pudieron ser atendidos por
el régimen de salud al que pertenecían.Relacionando las
variables descritas con anterioridad (rango de edad 15 a 19
años) el estado civil de la mayoría de pacientes notificados
como Intoxicados por Plaguicidas son solteros (57,53%, 2010
a la semana epidemiológica 52; 58,61%,2011 a la semana
epidemiológica 44) seguido por unión libre (23,92%, 2010;
24,77%, 2011) y casados (15,80%, 2010; 14,55%, 2011).
En el año 2011 a la semana epidemiológica 44 se obtuvo
12 notificaciones por IAP, donde la vía de exposición fue
intramuscular/intravenosa, las cuales se dieron de manera
accidental, intencional suicida y desconocida. Para el año
2010 se notificaron 23 casos a la semana epidemiológica
52 de IAP, donde la vía de exposición fue intramuscular/
intravenosa, de los cuales 8 presentan tipo de exposición
ocupacional, 3 de tipo accidental, 10 intencional suicida y 2
registros como tipo de exposición “delictiva”. En la ficha de
notificación de IAP del Sivigila no es clara la diferencia entre
tipo de exposición “Intencional Homicida” y “Delictiva”, con
lo cual se propone la unificación de estas dos variables con el
fin de incurrir en el menor número de errores en el momento
En el año 2010 a la semana epidemiológica 52 se notificaron
n=69 casos de brote y en el 2011 a la semana epidemiológica
44 se notificaron n=101 casos de brote, atendiendo a la
definición que un brote es un número de casos que es mayor
de lo que se esperaba limitado en el tiempo, área y grupo
poblacional, las notificaciones confirmativas no dan evidencia
ya que las semanas epidemiológicas y departamento de
notificación de la presencia de “brote” son dispersos y no se
36
Paola Andrea Corredor Rodríguez, Mario Fernando Pérez Pérez, José Ricardo Urrego Novoa,
relacionan entre sí.El área de ocurrencia que presenta mayor
número de casos es la Cabecera municipal con n=4757
(53,71%) y n=4545 (58,61%) en el año 2010 y el 2011
respectivamente. Probamente la diferencia de la notificación
de IAP entre cabecera municipal y rural disperso se puede
deber al subregistro de las zonas rurales del país, o en
sudefecto a la remisión de pacientes a un centro médico de
mayor complejidad encargado en ese momento de realizar
la notificación del evento al Sivigila.
Grafica 3 Relación de casos por sustancia química
química). A pesar de los efectos notificados del glifosato en
la salud humana sigue siendo uno de los herbicidas más
utilizados a nivel Latinoamericano. Dentro de las medidas del
llamado Plan Colombia las fumigaciones realizadas con estas
sustancias químicas y otros componentes sobre los cultivos
de coca han tenido grandes consecuencias en la salud de
los habitantes de la frontera Colombo-ecuatoriana, donde
las poblaciones de las provincias de Carchi, Esmeraldas y
Sucumbios, se han visto afectadas directamente, quedando
en duda la seguridad en la utilización de esta clase de
sustancias químicas.
La utilización de plaguicidas de fácil acceso en el país como el
de marca comercial “Campeón”, a nivel nacional constituyen
un problema de salud publica ya que la sustancia activa de
dicho producto no es clara o contiene sustancias diferentes
a las reportadas en su empaque original. “Campeón” es el
responsable del 25,1% de las IAP notificadas en el año 2010
a la semana epidemiológica 52, y del 28,0% de IAP en el
año 2011 a la semana epidemiológica 44. En el presente
análisis se tomo como sustancia activa del “Campeón” el
Aldicarb, aclarando que se puede presentar comercialmente
con sustancias activas diferentes dependiendo al uso que
sea destinado. En algunas fuentes primarias de información
dice contener Hidroxumina, que al igual que el Aldicarb
pertenecen al grupo químico de los Carbamatos y produce
efectos similares en la salud del ser humano. El Carbofuran
(carbamato), el Clorpirifos (organofosforado) y el Triclorphon
(organofosforado), representan un número importante como
agentes causales de IAP, lo cual evidencia la información
notificada a nivel mundial de IAP. El glifosato es un herbicida
de amplia comercialización en el país el cual su posible
mecanismo de toxicidad es el desacople de la fosforilación
oxidativa mitocondrial. En el año 2010 a la semana
epidemiológica 52 se notificaron n=247 casos (3.0%) y en
el año 2011 a la semana epidemiológica 44 se notificaron
n=231 casos (3.0%), en los cuales el agente causal de la IAP
es el glifosato, ver grafica 3 (Relación de casos por sustancia
Los plaguicidas que causan mayor intoxicación en el país son
los Carbamatos con n=3476 (42,2%) del 2010 a la semana
epidemiológica 52 y n=3387 (43,7%) del 2011 a la semana
epidemiológica 44, seguido de los organofosforados con
n=1338 (16,2%) del 2010 y n=1295 (19,5%) del 2011. Los
datos obtenidos en el presente análisis concuerdan con la
evaluación retrospectiva realizada por GadElHak, el estudio
realizado por F. Mancini y el estudio por Pandal B., donde la
prevalencia de sustancias implicadas en las intoxicaciones
agudas por plaguicidas a nivel mundial son los inhibidores
de la acetilcolinesterasa (organofosforados y carbamatos).
En Colombia los plaguicidas pertenecientes a estas familias
constituyen el grupo de insecticidas más frecuentemente
utilizados en el control de plagas en los cultivos, programas de
37
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
radicación de vectores y control de plagas a nivel domiciliario.
Una gran parte de los casos reportados por intoxicación
aguda por plaguicidas no son reportados n=1951 (23,7%)
del 2010 a la semana epidemiológica 52 y n=1512 (19,5%)
del 2011 a la semana epidemiológica 44, esto evidencia la
necesidad de capacitación a los profesionales de la salud
encargados de la notificación de IAP al Sivigila. Se propone
de igual manera unificación de información de los principales
plaguicidas utilizados en el país con sus respectivos principios
activos, con el fin de disminuir los errores de transcripción a
la hora de la realización de la ficha de notificación.
tiene una gran importancia en el territorio nacional, es decir, se
debe mantener un seguimiento, control, regulación y demás
funciones establecidas a las entidades incluidas en eldecreto
3518 del 2006, con el fin de disminuir progresivamente ese
sub-registro y pueda ser notificado al Sistema de Vigilancia
en Salud Publica.
La presencia de IAP está dada como un enorme interés
epidemiológico y clínico donde se busca un trabajo
interdisciplinario entre los profesionales de la salud y
profesionales de áreas agropecuarias e industriales, llevando
acabo la implementación de la notificación obligatoria
de los casos atendidos en las unidades prestadoras de
servicios a la salud, fortificando de esta manera el sistema
de vigilancia epidemiológica de plaguicidas. Es evidente el
requerimiento de capacitación continua a los profesionales
de la salud participes en el sistema de notificación a
través del Sivigila en el país, ya que la información no es
totalmente clara, se presentan errores de transcripción por
posible desconocimiento o simplemente no son notificadas
variables, las cuales pueden ser influyentes en proyectos
de promoción y prevención de Intoxicación Aguda por
Plaguicidas en Colombia. Al presentarse una tendencia
mayor en el tipo de exposición INTENCIONAL SUICIDA, se
sugiere un apoyo pos-recuperación de la IAP, ya que puede
presentarse reincidencia en la cual se da un incremento en el
problema de salud pública. Este apoyo profesional se puede
realizar como trabajo en salud mental, para el paciente
y para la familia con el fin de disminuir la probabilidad de
nuevo suceso.
Al observar que en Colombia se pueden llegar a utilizar productos prohibidos que contienen Carbamatos, organofosforados u organoclorados, que no aparecen en la lista oficial
de plaguicidas usados en el país que se encuentra en el ICA,
donde se tiene que tener en cuenta el control de sustancias
químicas ingresadas al país por contrabando.
El estudio descriptivo realizado de la IAP en el año 2010 y
2011 concuerda con muchas investigaciones realizadas a
nivel mundial donde los plaguicidas de mayor relevancia
como agente causal de IAP son los organofosforados y los
Carbamatos. Sustancias utilizadas para el control de insectos,
roedores o plagas a nivel domestico se ven implicadas en
eventos notificados como IAP, esto deja en evidencia que los
casos presentados en el país durante este periodo de tiempo,
deja de tener tendencia el uso a nivel agrícola. Productos
de uso familiar, como antiácaros, repelentes, venenos para
ratones y ratas, entre otros, pueden presentar un problema
en la manipulación y cuidado, que aumente la exposición
e intoxicación por plaguicidas. Es evidente que las edades
de mayor intoxicación por plaguicidas se presentan en la
población en etapa productiva, en los cuales prevalecen
los casos de IAP en hombres que en mujeres, esto puede
deberse a los intentos de suicidio con plaguicidas y al tipo
de exposición ocupacional. Los resultados establecen que la
vía oral es la que reporta mayor incidencia en los intentos de
suicidio, estando sustancias de fácil acceso como el Aldicarb
(Campeón), involucrado en un representativo número de
casos.
Se requiere en el país un aumento progresivo en la capacidad
instalada tanto para la investigación de campo como para
la investigación por laboratorio, ya que al no disponer de
estos recursos el problema de salud pública generado por la
Intoxicación Aguda por plaguicidas en el País, podría seguir
afectando a las personas más vulnerables en el territorio
nacional. Ya que los informes esporádicos son parte de la
poca herramienta con la que se cuenta para tener un control
estadístico de los sucesos presentados por IAP, es necesaria
una clara información reportada por parte de profesionales
de salud, disminuyendo errores en la información notificada.
Entre los casos no reportados (casos en los cuales aparece
en blanco), mal reportados como errores de escritura en los
nombres comerciales o principios activos de las sustancias
que causaron la IAP, desconocido y variables que no
aplican al análisis descriptivo, excluidas en la depuración
de datos, como reporte de intoxicación por medicamentos
o sustancias químicas diferentes a plaguicidas, se infiere
error en la notificación, lo cual se dejan de lado casos que
representan un número importante en el archivo estadístico
y seguimiento de Intoxicación Aguda por Plaguicidas en el
país. Se debe tener en cuenta que el sub-registro de eventos
relacionados con Intoxicación Aguda por Plaguicidas aun
Conflictos de intereses
El manuscrito fue preparado yrevisado con la participación
de todos los autores, quienesdeclaramos que no existe
ningún conflicto de intereses queponga en riesgo la validez
de los resultados presentados.
Financiación
Este estudio fue financiado por la Universidad de Ciencias
Aplicadas y Ambientales U.D.C.A
38
Paola Andrea Corredor Rodríguez, Mario Fernando Pérez Pérez, José Ricardo Urrego Novoa,
BIBLIOGRAFIA:
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39
Jeniffer Natalia Vesga, Héctor Javier Luna, Juan Daniel Valderrama, Ana María Luque, Rafael
Gabriel Barragán, Edwin Humberto González, Andrés Julian Martínez, Anibal José Pérez
UNA VISIÓN DE LAS BIOREFINERÍAS A PARTIR DE
UNA REVISIÓN SISTEMÁTICA
Jeniffer Natalia Vesga1, Héctor Javier Luna1, Juan Daniel Valderrama1 ,Ana María Luque2, Rafael Gabriel Barragán2, Edwin
Humberto González1, Andrés Julian Martínez1, Anibal José Pérez1
Facultad de Ingeniería Ambiental y Civil. Universidad Antonio Nariño. Bogotá, Colombia. [email protected] 2 Universidad Santo Tomás. Bogotá, Colombia.
1
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
Este artículo muestra la importancia de una revisión sistemática para sintetizar la información de las diferentes bases
de datos, con el objetivo de interpretar un panorama general
del tema o área de interés, conocer la línea de tiempo (evolución) del tema, dónde se ha publicado, quienes han publicado y seleccionar la información de interés para establecer
directrices sobre las limitaciones del tema y formular nuevas
investigaciones. Lo anterior se basa en una metodología estructurada a partir de preguntas de interés sobre el tema. En
este caso se realizó un estudio sobre el tema de biorefinerías,
donde se establecieron los criterios mencionados anteriormente, partiendo de una búsqueda en la base de datos de
referenciación SCOPUS, utilizando la palabra clave biorefineries como ecuación de búsqueda, con el objetivo de tener
un panorama amplio sobre el tema. La búsqueda se realizó
el 16 de marzo de 2015. Como resultado se obtuvo una base
de datos de 2134 registros que fueron analizados en el software especializado en minería de datos The Vantagepoint ®.
El análisis presentó, como a partir del 2010 se incrementaron significativamente las publicaciones realizadas hasta el
momento. También se identificó a Estados Unidos como el
país con más publicaciones en el área (774 registros), Brasil
como el país latinoamericano con mayor producción de artículos (78 registros) ubicado como el décimo país en el mundo con estudios en el campo. Colombia se perfila como un
país poseedor de un potencial significativo para desarrollar
futuras investigaciones en el área de las biorefinerías ubicándose en el puesto 23 (17 registros), los principales estudios
en Colombia han sido en el área de biocombustibles, lo que
significa que tiene potencial para continuar en proyectos de
biocombustibles y generar investigación en el área de bioquímicos y biomateriales. Por lo tanto se muestra la importancia
de este tipo de estudios para identificar líneas de investigación con proyección en cada una de las áreas, como en este
caso las biorefinerias.
La industria actualmente debe cumplir con cada vez más
condiciones para que sus procesos sean realmente sostenibles para hoy y las generaciones futuras. El desarrollo de la
agricultura, el evidente crecimiento de la población y por lo
tanto preocupaciones en torno a la salud, la seguridad energética, los precios de los combustibles a partir del petróleo y
la necesidad de reducción de los gases de efecto invernadero, hacen de la biorefinería una gran alternativa para el desarrollo de productos de base biológica con un valor agregado.
Lo productos derivados del petróleo no son renovables y
contaminan cada vez más el medio ambiente. Las nuevas
investigaciones en el mundo giran en torno a mantener una
sostenibilidad global, la cual es difícil de cumplir cuando se
trata de productos provenientes de fuentes no renovables.
Por esta razón se está apuntando al desarrollo de productos
que sean biodegradables, económicamente viables y que
sean ambientalmente amigables.
Aplicar el concepto de biorefinería teniendo como punto de
partida residuos o biomasa de segunda generación para llegar a un producto con valor agregado, hace que los procesos sean soportables, equitativos y viables tanto en el ámbito
social, ambiental y económico.
Actualmente se estan formulando políticas que incentivan a
la investigación en la generación de nuevos combustibles,
energías y productos de la industria química a partir de las
fuentes renovables. Una de las mayores áreas de investigación se ha volcado hacia la industria de los biocombustibles y energías renovables como la solar, eólica, geotérmica
e hidráulica; las cuales tienen una alta dependencia de las
condiciones atmosféricas y la posición geopolítica. Además,
la producción de biocombustibles ha sido criticada por los
impactos sociales y éticos que han llevado al monocultivo y
la manipulación de los costos de estos productos. Sin embargo los biocombustibles muestran un impacto positivo al
ambiente debido a que reducen notablemente las emisiones
de gases de efecto invernadero, generan desarrollo rural y
Palabras claves: Biorefinerias, revisión sistemática, biocombustibles, bioproductos.
41
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
oportunidades económicas para países en vía de desarrollo
como Colombia.
Como fuente de información para obtener la base de datos
se limitó a la base de datos SCOPUS, debido a que cubre
una gran cantidad de bases de datos y revistas científicas
que ofrece una visión global acerca de la investigación. La
búsqueda se realizó utilizando la palabra clave biorefineries
como ecuación de búsqueda, utilizando los campos título,
resumen, palabras claves en todos los documentos, realizada el 16 de marzo de 2015. La selección de la ecuación de
búsqueda se tomó debido a que el objetivo era obtener un
panorama general del tema de las biorefinerías.
Estudios como el realizado por Parajuli et al [1] muestran a
las biorefinerias como rutas de producción amigables con el
medio ambiente, viables y sostenibles. También como alternativas atractivas para el reemplazo de productos derivados
del petroleo, lo que vislumbra y muestra la necesidad de una
búsqueda de trabajos académicos realizados hasta el momento sobre las biorefinerías de una manera global, basándose en el qué, el cuándo, el dónde, y el quién han publicado
sobre el tema para identificar el papel de Colombia en el
campo de estudio y su potencial a futuro. La literatura muestra una cantidad apreciable de artículos que han desarrollado
el tema o el área de las biorefinerías mostrando diferentes
opciones o alternativas para la producción de productos de
base biológica. Los bioproductos obtenidos a partir de las
biorefinerías van desde biocombustibles tales como etanol,
metanol y/o gas de síntesis, hasta biomateriales tales como
biopolímeros y bioquímicos como furfurales y ácidos grasos
[2]. La extensa literatura lleva a usar metodologías apropiadas, para tener una óptima búsqueda, por esta razón se han
establecido algunos lineamientos sobre una revisión sistemática [3] [4] [5], para optimizar la información y direccionar
hacia las preguntas de interés en el área de investigación.
Con los anteriores argumentos este artículo fue direccionado a realizar un análisis del tema de biorefinerías a partir de
la búsqueda de información utilizando los lineamientos de
una revisión sistemática, con el objetivo de interpretar un
panorama general de las biorefinerías, conocer el desarrollo
del tema desde el año 1999 hasta el año 2005, identificar la
distribución mundial de estas publicaciones, así como quienes han publicado y finalmente seleccionar la información
de interés para establecer directrices sobre las limitaciones
de las biorefinerías e identificar algunas directrices sobre el
enfoque hacia nuevas investigaciones colocando en contexto a Colombia.
La base de datos obtenida fue de 2134 registros (artículos),
esta base de datos fue revisada para verificar la existencia
de cada uno de los registros y de la información completa
para cada uno de los campos requeridos para el estudio.
Los registros encontrados en SCOPUS fueron exportados al
software The Vantage Point, el cual permitió un mejor tratamiento de los datos obtenidos y realizar algunas correlaciones. Por medio de este software se realizó un proceso de
“limpieza” donde se revisaron y unificaron los nombres de
los autores de las publicaciones; puesto que se daba el caso
de ser citado al mismo autor de diferentes formas. El mismo procedimiento de limpieza se realizó para los países y
las palabras clave. Posteriormente, la base de datos se filtró
y se depuró eliminando los registros duplicados o que no se
consideraron relevantes y así excluirlos del análisis, esto se
realizó utilizando el título y en casos específicos el resumen
para excluir o admitir el registro. Como resultado se obtuvo
una base de datos depurada de 1580 registros, con la cual se
realizó la descripción y el análisis de la información.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Evolución de las publicaciones del tema de biorefinerías
entre el año 1999 y 2005.
La evolución de los registros se muestra en la figura 1. La
cual presenta la primera publicación registrada en la base de
datos obtenida en el año 1999, esto indica que este concepto no es algo nuevo y que a través de los años se ha venido
desarrollando, estudiando y materializando. Un ejemplo de
la materialización de las biorefinerías es la inaugurada en el
2014 en Alberta (Canadá) que convierte los residuos domésticos en biocombustibles y químicos renovables [6]. En el
año 2004 se observa una producción académica importante
con aproximadamente 50 artículos publicados, pero es en
el año 2010, donde se observa un incremento significativo
(257) y que continua aumentando hasta el año 2013 donde
se obtuvo el número máximo de publicaciones (350). En el
2015 se han publicado hasta la fecha de consulta 81 artículos. Este crecimiento permite observar la importancia del
tema, la cual busca obtener productos de valor agregado
sustitutos del petróleo que sean sostenibles ambientalmente, económicamente y socialmente.
METODOLOGÍA
La metodología empleada en este estudio se basó en las
pautas establecidas por los autores Kitchenham [3] y Mayring [4] tomando como objetivo principal identificar, evaluar
e interpretar la información seleccionada acerca de las biorefinerías. Los puntos a desarrollar a partir de la información
obtenida fueron:
•
•
•
Conocer el desarrollo del tema desde el año 1999 hasta
el año 2005.
Identificar la distribución mundial de estas publicaciones.
Identificar los principales autores han publicado
42
Jeniffer Natalia Vesga, Héctor Javier Luna, Juan Daniel Valderrama, Ana María Luque, Rafael
Gabriel Barragán, Edwin Humberto González, Andrés Julian Martínez, Anibal José Pérez
Figura 1. Número de registros en el área con su correspondiente año de publicación.
blicaciones registradas es Estados unidos. Un ejemplo claro
del amplio desarrollo en el tema por parte de este país son
los estudios ya consolidados para la producción de etanol
a base de maíz [7][8][9][10][11] (siendo este el mayor productor de este cereal en el mundo) y las publicaciones sobre
la producción de biocombustibles de segunda generación,
plantean una gasolina y diésel a partir de recursos renovales,
etanol celulósico y residuos [12][13].
Las principales áreas donde se presentaron las publicaciones
fueron en ingeniería química, energía, ciencias ambientales,
química, bioquímica, genética y biología molecular. Áreas
que también se han venido desarrollando al tiempo que las
biorefinerías, como la ingeniería química que ha girado su
entorno industrial y de optimización de procesos hacia procesos biológicos y aprovechamiento de los subproductos. El
área de la energía ha sido el principal tema de optimización a
nivel industrial, llevado de las políticas y costos ambientales.
La bioquímica, genética y biología molecular han crecido
como herramientas de monitoreo y de investigación en este
tipo de procesos biológicos.
Basándose en la densidad de publicaciones que se registran
sobre el concepto de biorefinerías para cada país en el mundo, la figura 2 muestra como este concepto se ha estado
investigando en una amplia cantidad de países y como Colombia con 17 publicaciones realizadas hasta el momento,
se proyecta como una potencia para el continuo desarrollo
del área. En el continente Asiático el país que sobresale es
China con una densidad de producción significativa. Por otro
lado se observa que en el continente europeo se destacan
países como España, Suecia, Reino Unido, Alemania, Finlandia y Holanda.
Distribución mundial de las publicaciones del área de
biorefinerías.
El concepto de las biorefinerías se ha estado estudiando y
desarrollando, tanto en el continente americano como a nivel mundial, la figura 2 muestra la distribución de las publicaciones a nivel mundial. El país con el mayor número de pu-
43
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Figura 2. Distribución mundial de las publicaciones sobre las biorefinerías.
Figura 2. Distribución mundial de las publicaciones sobre las biorefinerías.
la falta de desarrollo, porque serían unos de los países más
beneficiados por este tipo de tecnología. En Centro América, los únicos países que cuenta con registros son México
y Cuba, siendo México el líder de Centro América lo cual
lleva a pensar que puede ser por la cercanía con Estados
Unidos, por su parte Cuba presenta 3 publicaciones que se
basan en biorefinerías a partir de la caña de azúcar [16] [17]
[18], la cual es una de las fortalezas de la economía de este
país, además es de interés que las tres publicaciones son
realizadas en conjunto con Brasil, quien es otro productor
de caña de azúcar reconocido en el mundo. Por otro lado en
Suramérica los países que no cuentan con publicaciones son
Ecuador, Perú, Bolivia, Paraguay y Uruguay.
La figura 3 muestra el número de registros por país, se encontró que 65 países contribuyen a este tema. Los países
latinoamericanos que hacen presencia con sus estudios son
Brasil, Colombia, chile y Venezuela. Brasil ocupa el décimo
lugar a nivel mundial y el primero a nivel de Latinoamérica
con 78 investigaciones publicadas. Esto demuestra la experiencia que tiene este país suramericano en el desarrollo y la
producción de etanol como combustible a partir de la caña
de azúcar (modelo de biorefinería). En los recientes años se
han estado realizando análisis sobre los requisitos técnicos
e institucionales para la producción sostenible de etanol de
segunda generación [14] y etanol a partir de biomasa lignocelulósica. Por otra lado, también se registran estudios dirigidos por instituciones brasileras sobre el potencial de pastos
y cortezas de árboles de este país para la producción de biocombustibles [15].
La tabla 1 presenta los países con más de 10 publicaciones,
donde Estados Unidos se muestra como el país líder en la
producción de documentos académicos sobre biorefinerías
con 774 publicaciones hasta el momento. Evidenciando una
diferencia bien significativa con Canadá en segundo lugar
con 123 documentos publicados. En los registros encontrados se muestra a España como tercer país con 122 publicaciones sobre las biorefinerías, las instituciones educativas en
este país han hecho estudios sobre el planteamiento y desa-
De la figura 2 es de destacar también que los países del medio oriente no tienen ninguna publicación en el tema de biorefinerías, lo cual indica posiblemente no tienen interés en el
área debido a las reservas de petróleo que poseen. Además
un alto porcentaje de países del continente africano tampoco
han desarrollado investigaciones, una de las causa puede ser
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Jeniffer Natalia Vesga, Héctor Javier Luna, Juan Daniel Valderrama, Ana María Luque, Rafael
Gabriel Barragán, Edwin Humberto González, Andrés Julian Martínez, Anibal José Pérez
Figura 3. Relaciona el número de publicaciones con el país de las afiliaciones.
Figura 3. Relaciona el número de publicaciones con el país de las afiliaciones.
Tabla 1. Paises con registros iguales o mayores a 10 publicaciones en el área.
Registros Publicaciones
Países
Registros Publicaciones
Países
774
123
122
121
119
116
109
81
80
78
60
53
49
45
44
44
43
Estados Unidos
Canadá
España
Suecia
Reino Unido
China
Alemania
Finlandia
Holanda
Brasil
Italia
Dinamarca
Francia
India
Australia
Japón
Corea del sur
41
39
34
32
26
17
17
16
15
13
12
12
11
11
10
10
Portugal
Austria
Malasia
México
Grecia
Colombia
Noruega
Bélgica
Sur África
Argentina
Irlanda
Turquía
Taiwán
Tailandia
Hong Kong
Suiza
45
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
rrollo de la conversión de biomasa por medio de tratamientos termoquímicos (pirólisis y gasificación) para la producción de gas de síntesis [19] o bioaceites a partir de residuos
[20], Colombia se sitúa en el puesto 23 con 17 publicaciones
en segundo lugar de Suramérica con buenas iniciativas en
investigaciones en biocombustibles.
Canadá, México y Finlandia, que son países que reportan
más de 30 registros (Tabla 1), lo que le agrega valor a las
publicaciones realizadas en conjunto debido a su experiencia en el estudio y desarrollo del área. La figura 4, también
muestra que Colombia ha publicado en conjunto con Estados Unidos, España, Brasil y Portugal. Un trabajo realizado
en conjunto entre afiliaciones de Colombia, Brasil y Portugal
fue el publicado en el 2013 donde se realizó un análisis tecno
económico del uso del bagazo de la cerveza (residuo) bajo
el concepto de biorefinería para el caso brasilero. En este
trabajo se evaluó la sostenibilidad económica y ambiental
del proceso[21].
La figura 4, presenta la correlación de colaboración que
existe entre los diferentes países que han registrado publicaciones. Donde se observa que Estados unidos ha realizado
la mayoría de sus publicaciones principalmente con China,
Figura 4. CorrelaciónFigura
entre4.países.
Correlación entre países.
46
Jeniffer Natalia Vesga, Héctor Javier Luna, Juan Daniel Valderrama, Ana María Luque, Rafael
Gabriel Barragán, Edwin Humberto González, Andrés Julian Martínez, Anibal José Pérez
Autores destacados en el tema de biorefinerías.
En la figura 5, se muestran los autores con más registro en
el tema de biorefinerías, según los resultados obtenidos de la
base de datos con la ecuación de búsqueda “biorefineries”.
El autor con la mayor producción académica registrada es
Dale, Bruce E. quien pertenece al Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales en la Universidad
Estatal de Michigan, en East Lansing, USA. Ha desarrollado
investigaciones en biorefinerías a partir de biomasa lignocelulósica [22] [23] [24] con un enfoque hacia biocombustibles
desde el año 2006 [25] integrando el concepto de sostenibilidad a partir del análisis de ciclos de vida [26] [27]. En
segundo lugar se muestra al autor El-Halwagi, M.M. quien
actualmente su afiliación figura de la Facultad de Química y
al Departamento de Ingeniería de los Materiales, en Jeddah,
Arabia Saudita pero todas las publicaciones fueron registradas utilizando la afiliación del Departamento de Ingeniería
Química de la Universidad de Texas A&M en Estados Unidos.
Este autor ha trabajado en el desarrollo de biorefinerías integradas [28] [29] [30] y la evaluación económica, ambiental
y económica de las biorefinerías [31] [32] [33]. Por otro lado
es importante destacar al autor colombiano Cardona, C.A.
quien registra su afiliación en la Universidad Nacional de Colombia en la sede de Manizales, en el grupo de los autores
con 10 publicaciones. La mayoría de sus trabajos han sido
realizados en la producción de biocombustibles [21] [34]
[35] [33] [36] [41]. En los estudios sobre las biorefinerías realizados por el colombiano; a base de materias primas como
aceites obtenidos a partir de la palma africana [39], maíz,
jatrofa, ricino, microalgas, nuez de aceituna[37] (combustión directa del residuo, para la producción de bioenergía)
y glicerol[34][35] (como subproducto de la producción de
biodiesel), han sido en su mayoría con base al margen de beneficio económico, el impacto ambiental potencial y la huella
de carbono, para la evaluación de la viabilidad económica y
ambiental de los procesos. Otro trabajo a resaltar de Cardona, C.A. es el estudio para la producción del biopolímero
polihidroxibutirato (PHB) a partir de residuos de banano bajo
el concepto de una biorefinería integrada multiproducto. Lo
anterior evidencia el desarrollo significativo del concepto de
las biorefinerías liderado por Cardona en Colombia y su potencial para su desarrollo e investigación.
Figura 5. Autores con más de 10 publicaciones.
Figura 5. Autores con más de 10 publicaciones.
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Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Finalmente, la figura 6 permite observar que Adriaan Van
Heiningen; quien figura como afiliación en la Facultad de Ingeniería Química y Biológica en The University of Maine en
Orono, Estados Unidos, y quien ha dirigido investigaciones
hacia la producción de químicos, materiales y combustibles
de base biológica, ha trabajo en conjunto con Dale, B (quien
registra el mayor número de publicaciones), Balan, V, Bals,
B, Chundawa y Da costa. Produciendo la mayoría de textos académicos sobre las biorefinerías con los autores antes
nombrados. Además es de destacar que Cardona, C.A. tiene
relación directa con El-Hawagi M.M en una publicación [33],
resaltando el impacto que tiene este autor colombiano en
el área de biorefinerías, posicionando a Colombia como un
país importante en este tema de investigación.
Figura 6. Correlación entre autores destacados.
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Jeniffer Natalia Vesga, Héctor Javier Luna, Juan Daniel Valderrama, Ana María Luque, Rafael
Gabriel Barragán, Edwin Humberto González, Andrés Julian Martínez, Anibal José Pérez
CONCLUSIONES
5. S. Seuring and M. Müller, “From a literature review to a
conceptual framework for sustainable supply chain
management,” J. Clean. Prod., vol. 16, no. 15, pp.
1699–1710, Oct. 2008.
Este estudio utilizando la metodología de revisión sistemática
para el tema de biorefinerías permitíó identificar los siguientes aspectos a partir de una sencilla ecuación de búsqueda:
•
•
•
Conocer el desarrollo del tema desde el año 1999
hasta el año 2005. Donde se evidenció la viabilidad
tanto económica como ambiental y social de las
biorefinerías; por tanto la necesidad de su continuo
estudio, desarrollo y materialización, la cual presentó un aumento significativo a partir del año 2010,
identificando un avance significativo en el área de
biocombustibles y un posible desarrollo en el área
de biomateriales y bioquímicos a partir de diferentes
residuos y un desarrollo importante a partir de residuos lignocelulósicos.
Identificar a Estados Unidos como el país con más
publicaciones en el área, a Brasil como el país suramericano con mayor número de publicaciones
sobre las biorefinerías ubicándose como el décimo
país en el mundo con estudios en el campo y a Colombia como un país suramericano en desarrollo en
el tema de biorefinerías.
Identificar los principales autores que han publicado
en este tema y la importancia de Colombia en este
tema de investigación.
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and withdrawal requirements of ethanol from corn
grain and residues.,” Environ. Sci. Technol., vol. 45,
no. 10, pp. 4563–9, May 2011.
El estudio también permitió establecer la importancia de la
metodología de revisión sistemática como tema de aplicación para identificar las prioridades en el tema de biorefinerías y establecer a Colombia como un país líder en la región
y en búsqueda nuevos desarrollos en investigación en el área
de estudio propuesta.
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51
Juan Martínez, Daniel Izquierdo
RELACIONES DE EXPLOSIONES SOLARES Y LOS
PARÁMETROS DEL VIENTO SOLAR
RELATIONS OF SOLAR EXPLOSIONS AND ThE
PARAMETERS SOLAR WIND
Juan Martínez1 y Daniel Izquierdo2
1
PhD. Astronomía, Universidad Monash. Universidad de Berkeley, CA. USA. e-mail: [email protected] 2 Físico,
Magister en Ciencias de la Computación y Matemáticas Computacionales U.S.P. U.D.C.A Facultad de Ciencias y Tecnología
U.D.C.A Campus Universitario: Calle 222 No.55-37 e-mail: [email protected]
RESUMEN
como un medio homogéneo y simétrico lo cual le permitió
hacer una caracterización del medio usando la hidrostática.
El viento solar se define como el plasma que es expulsado
desde las capas superiores de la atmósfera solar, este viento
ha sido catalogado y en la actualidad se considera que posee
tres componentes: El viento solar pasivo, flujo supersónico
y cuasi estacionario, y flujos supersónicos esporádicos.
Estos son debidos a procesos cortos duración en el Sol, que
son isotrópicos y además muy complejos en su estructura.
Se presenta una explicación breve del modelo de Parker
del viento solar y el análisis de la correlación entre radio
explosiones en el Sol y el cambio en los parámetros del
viento solar.
Parker (1958) propuso un modelo dinámico de la corona,
en el que se analiza la probabilidad de flujo variable de
partículas de la corona. Estas ideas fueron basadas en
las observaciones realizadas por Biermann (1951). En sus
observaciones Biermann registro que la longitud aparente de
la cola de los cometas variaba con el tiempo y estas se hacían
mucho más evidentes en los momentos de mayor actividad
solar. Biermann propuso que esta variación es debida a un
flujo variable de partículas del Sol.
MATERIALES Y MÉTODOS
Palabra clave: viento solar.
SUMMARY
El modelo de Parker
The solar wind is defined as the plasma expulsed from the
solar atmosphere, this wind was cataloged and is considered
that have three components: Passive solar wind, Supersonic
and quasi-stationary flux, and sporadic supersonic flux. We
present and brief explanation of the Parker’s model of the
solar wind and a correlation analysis between solar micro
radio bursts and the change of the solar wind parameters.
El modelo de Parker nos describe la atmosfera solar desde
el punto de vista de la magnetohidrodinámica. La atmosfera
solar se dice que se encuentra en equilibrio y que el flujo de
partículas (electrones, protones y partículas alfa), por simetría,
se espera que sea radial. La ecuación de conservación del
momento radial para la corona es,
Key word: Solar wind.
INTRODUCCIÓN
donde u es la velocidad radial de expansión. La ecuación de
continuidad es:
El viento solar es considerado al igual que el campo
magnético interplanetario (IMF) una extensión de la corona
solar. Existen modelos teóricos que describen las variaciones
de los parámetros termodinámicos (densidad, presión,
temperatura, volumen) en función de la distancia al Sol, es
decir, el radio solar. Chapman en los años 50 propuso el
primer modelo, en su análisis Chapman describe la corona
53
Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Soluciones asintóticas: caso
esta también puede ser escrita en función del ´área
transversal por la cual fluye el plasma
Podemos observar que si ζ tiende a infinito, entonces la
función
puede crecer infinitamente, tender a cero
o a una constante. Podemos observar de la ecuación anterior
La ecuación de estado del gas está dada por una función
politrópica que relaciona la presión y la densidad del medio,
que
no puede tender a infinito, ya que el término
de la derecha es una constante. Así nos queda que la función
tiende o a una constante o al cero. Supongamos
que
tiende a una constante, Si
tiende
a cero, el primer y tercer elementos del lado izquierdo de la
ecuación también tiende a cero, así,
donde α es el ´índice politrópico y entre
y corresponde al coeficiente adiabático
para
. Índices distintos a 5/3, implican
la existencia de otras fuentes energéticas del viento solar.
Reemplazando los valores de la ecuación de continuidad y de
estado del gas en la ecuación de conservación del momento
e integrado por r, obtenemos la ecuación de Bernoulli para
De esta forma podemos observar que este caso posee dos
soluciones, ahora debemos determinar cuál de ellas es
más aproximada a la realidad física, para ello calculamos la
densidad del plasma, correspondientes a estas soluciones.
Tenemos que la ecuación de estado del gas en las nuevas
coordenadas viene dada por,
reescribiendo esta ecuación en coordenadas adimensionales,
Reemplazando los valores obtenidos de ζ encontramos la
densidad del plasma
se obtiene,
De esta ecuación se deduce que la solución inferior de
donde
es una constante de integración que depende
de las condiciones de frontera existentes sobre la superficie
no puede tener lugar ya que para
, el valor de la densidad tiende a una constante, lo cual es
refutado por los resultados experimentales. La solución
superior está de acuerdo con la experimentación ya que a
grande distancias de Sol, la densidad de partículas debe
tender a cero.
.
Esta ecuación nos muestra la variación de la velocidad del
viento solar con respecto a la distancia al Sol. Esta ecuación
no posee solución analítica, sin embargo han sido calculadas
en diversas soluciones en distintos trabajos. Se mostraran
a continuación las soluciones asintóticas para distancia
grandes (
caso
Cuando en ζ → 0 el tercer término del lado izquierdo de la
) y pequeñas (ζ ≪ 1).
54
Juan Martínez, Daniel Izquierdo
ecuación tiende a infinito, como el término de la derecha
es una constante, entonces el crecimiento de este término
debe de ser compensado por los dos términos del lado
izquierdo de la ecuación, de esta forma tenemos de nuevo
dos posibles soluciones.
el coeficiente con
mismo tiempo. Entonces
Como podemos ver las soluciones son representadas
como una familia de hipérbolas, sin embargo, sólo una
de las soluciones satisface las condiciones de frontera
tanto para grandes, como para pequeñas distancias al Sol.
Como resultado se tiene que para distintas temperaturas
la velocidad radial del viento solar varía entre 300km/s y
700km/s. Podríamos decir que esta variación en la velocidad
es debida a la variación de la temperatura en la corona solar,
lo cual es predicho por el modelo de Parker, sin embargo,
distintas observaciones han comprobado que la fuente de
flujo a grandes velocidades son los huecos coronales, en los
cuales la temperatura de la corona es menor que la media.
Así notamos que la velocidad del viento solar no sólo depende
de la temperatura de la corona, sino también del índice
La solución superior no puede existir físicamente, ya que la
velocidad del viento no puede crecer infinitamente a medida
que nos alejamos del Sol. La solución inferior nos muestra
un resultado aceptable cuando
, para los valores del índice politrópica definidos por la
desigualdad
, es decir,
se hacen iguales a cero al
.
De esta manera, la solución estacionaria de la corona se
hace posible en el caso de que el índice de la polítropa a sea
politrópico
: entre mayor será el valor de
, la velocidad
del viento solar sera mucho menor en la órbita terrestre. La
mejor correlación entre modelos y observaciones para el
menor que el índice adiabático
, es
decir, se tiene un flujo de energía constante en la corona y en
el viento solar. En el modelo original de Parker se supone que
este flujo es garantizado por la alta conductividad térmica
del plasma, sin embargo, estudios posteriores demostraron
que este flujo no es suficiente para garantizar la aceleración
del viento solar, y así es necesario el buscar nuevas fuentes
energéticas.
modelo de Parker es
en la vecindad solar y
a grandes distancias del Sol. Ahora,
en relación con el valor inferior de α, se tiene que el gradiente
de temperatura tiende a cero
Además el flujo también tiende a cero.
Como ya pudimos ver, existen dos soluciones tanto para
distancias grandes, como para cortas. La comparación de
estas dos soluciones se hace observando su comportamiento
.
De esta forma, para poder mantener una temperatura
suficientemente alta del viento solar, debe existir otro
mecanismo energético no térmico, el cual puede estar
relacionado con la energía disipativa de las ondas de Alfvèn.
cerca de un punto crítico, punto que en el plano
El Campo Magnético Interplanetario
El campo magnético del Sol ha sido medido de diferentes
formas desde la Tierra y es considerado del orden del gauss.
El principal mecanismo de generación del campo magnético
solar es el efecto de dinamo. Este campo general se extiende
radialmente y decrece con el cuadrado de la distancia
, se determina de la siguiente forma. Diferenciamos
la ecuación de Bernoulli (en unidades adimensionales) con
respecto a ζ:
; se considera que el campo es de
gauss (Liller, 1961) sobre la órbita terrestre.
Es sobre estas líneas de campo que se pueden detectar las
partículas cargadas que provienen de los eventos solares
tales como protuberancias. El cambio en los parámetros del
Determinamos el punto crítico
como el
punyo en el cual el lado derecho de la ecuación anterior y
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Número 2- 2015
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
viento solar posee una correlación directa con los periodos
de actividad solar (Guinan & Ribas, 2002). Este campo radial
se transforma a distancias grandes del Sol en una espiral de
Arquímedes, debido a la rotación de 27 días del Sol. De esta
forma el campo en la órbita terrestre se vuelve más azimutal
flujos en rayos X y se determinaron los eventos cercanos de
mayor energía.
Este método nos permite buscar dichos picos en las curvas de
los parámetros del viento solar y ubicar por comparación de
los flujo en el radio y del campo magnético del viento solar la
micro estructura que fueron registradas en el radio diapazón.
Se debe resaltar que este método podría dar luz sobre los
posibles mecanismos de generación de la microestructura,
esto a pesar de que las cotas que estamos tomando y los
datos del viento solar sean integrales por el disco solar.
que radial, y decrece con
. La “radialidad” de las
líneas depende de la velocidad del viento solar. Es sabido que
esta velocidad varía según los procesos de generación del
viento. Las líneas de campo vienen dadas por:
Debido a que las líneas de campo magnético en el espacio
interplanetario están curvadas como es predicho por el
modelo de Parker (1963), se debe tener en cuenta que
podemos no registrar todos los eventos observados en el
radio, es decir, ya que el viento solar se mueve a lo largo
de las líneas de campo magnético los eventos ocurridos
después de cierta longitud solar no pueden ser registrados
por los satélites de observación solar tales como el usado
para este trabajo. Después de determinar aquellos eventos
que pueden ser observados por el satélite ACE, fueron
trabajados los 66 candidatos, determinando el tiempo en el
cual fue registrado por el satélite ACE.
donde
es la velocidad angular media del Sol y
es el
ángulo acimutal que es medido sobre la línea de campo que
emerge sobre la superficie solar.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para el estudio de la correlación fueron escogidos 75
candidatos. Estos candidatos son micro explosiones
detectadas en el radio diapazón y registradas por el
radiotelescopio RATAN 600 de la Academia Rusa de Ciencias,
en las frecuencias correspondientes a las longitudes de onda
29.56cm, 30.46cm y 31.41cm. Como micro explosión
entenderemos los eventos de corta duración y que son
vistos casi con la misma intensidad a distintas frecuencias y
que no pueden ser asociados a problemas de amplificación
del radiotelescopio. Para este estudio, primero se halló la
correlación con los eventos registrados por el satélite GOES
en rayos X en las bandas de 0.1-8°A y 0.1-4°A. Se determinó
que en el momento de cada micro explosión fue registrado
con un error de ±5 minutos, un incremento del flujo integral
en rayos X en dos bandas, siendo este incremento más
apreciable en la banda de 0.1-4°A, sin embargo se tomó
como patrón para el análisis de la correlación la banda
de 0.1-8°A, ya que esta es la usada en lo sumarios para la
descripción de las explosiones y tormentas magnéticas.
El análisis de la correlación solamente fue hecha suponiendo
la pertenecía de la micro explosión a alguno de los dos
eventos energéticos que la acotan, así fue posible realizar la
tabla de correlación. Se estableció que la gran mayoría de las
explosiones correspondientes en rayos-x a los eventos en el
radio no son altamente energéticos y corresponden a clases
B-C, siendo predominante las de clase C.
Se obtuvo que el periodo de llegada de las partículas esta
entre 3 y 6 días, siendo la principal componente los eventos
solares de clase C con una ocurrencia del 67.09%. En la
siguiente tabla se muestran los resultados porcentuales:
Todos
<C
34.62%
18.75%
47.06%
16.67%
parámetros
tomados
para este trabajo presentan un cambio
apreciable en su magnitud, sin embargo, los cambios más
notorios fueron en densidad de protones y temperatura.
Fueron registrados un corrimiento de los máximos de los
parámetros, estando el incremento de la temperatura y
Teniendo en cuenta que las micro explosiones no son eventos
aislados, sino que hacen parte de procesos más energéticos,
se implementó un método de acotación de los eventos tanto
inferior como superiormente, para ello se analizaron los
día
3
4
5
6
los
C
57.69%
68.75%
50.00%
66.47%
56
M
7.69%
12.50%
2.94%
16.67%
V(km/s)
577.16
482.87
346.26
288.58
Juan Martínez, Daniel Izquierdo
de la velocidad en un desfase con la densidad y el campo
magnético.
Role of Solar Nuclear Evolution and Magnetic Activity
on Earth’s Atmosphere and Climate. Astronomical
Society of the Pacific Conference Series. 269:85106.
Se observa una buena correlación entre el incremento de
los flujos del viento solar tanto en densidad como en campo
magnético, demostrando una relación entre estos. En la
gran mayoría de los casos los máximos coinciden entre estos
parámetros y aún más los perfiles delos flujos coinciden muy
bien. En cuento a la velocidad y la temperatura, el incremento
de la velocidad para ciertos días no es muy apreciable, sin
embargo se nota que la tendencia de aumento del flujo
coincide con el incremento de la temperatura, y para los
casos en los cuales el cambio de la velocidad es apreciable
también se obtiene que los máximos de estos dos parámetros
coinciden. Así se puede observar, al igual que en el caso de
la densidad y el campo magnético, una relación directa entre
estos dos parámetros, lo cual es claro de la teoría.
3.Liller, W. (1961). Solar ultraviolet research. Space
Astrophysics. ed., McGraw-Hill, 17-33.
4. Parker, E. N. (1958). Dynamics of the Interplanetary Gas
and Magnetic Fields. Astrophysical Journal.128:669.
5. Parker, E. N. (1963). Interplanetary Dinamical Processes.
New York, Interscience Publishers, - Interscience
monographs and texts in physics and astronomy; v.
8.
BIBLIOGRAFIA
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Magnetic Fields. II. Origin of Cosmic Magnetic
Fields. Phys. Rev. 82, 863-68 (1951).
2. Guinan, E. F., Ribas I. (2002). Our Changing Sun: The
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