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12
INGENIO
Revista
Facultad de Ingeniería de la Universidad Libre
Facultad de Ingeniería - Centro de Investigaciones
Revista No. 12 año 11 de 2014 - ISSN 1692-0767
REVISTA INGENIO LIBRE
NÚMERO 12 VIRTUAL
CONTENIDO
AGENDA DE INVESTIGACIÓN Y EL DESARROLLO TECNOLÓGICO PARA LA
CADENA AGROINDUSTRIAL DE LA HABICHUELA EN EL MUNICIPIO DE
FÓMEQUE – CUNDINAMARCA
Paola Andrea Rosero Benavides , Sergio Andrés Moreno Robayo y Ever Ángel Fuentes Rojas
AMBIENTES
VIRTUALES
DE
APRENDIZAJE
Y
DESARROLLO
COMPETENCIAS EDUCATIVAS EN INGENIERÍA DE SISTEMAS
Pedro Alonso Forero Saboya DE
APLICACIÓN DE LA REGRESIÓN LINEAL ES UN PROBLEMA DE NUTRICIÓN
Diego Fernando Cardona Madariaga, Javier Leonardo González Rodríguez, Miller Rivera
Lozano, Edwin Hernán Cárdenas Vallejo
DISEÑO HIDRÁULICO Y SEGUIMIENTO DE OBRAS PARA EL CONTROL DE
EROSIÓN EN RÍOS Y TALUDES EN LOS TRAMOS 2 Y 3 DE LA VÍA BOGOTÁVILLAVICENCIO
Ernesto Torres Quintero, Jiseld Solanyi Benavides Contreras y Heidy Alexandra Robayo Botero
EXPERIMENTOS DIDÁCTICOS CON PUNTERO DE DIODO LÁSER, QUE APOYAN
EL ESTUDIO DE LA ÓPTICA EN INGENIERÍA
José Benigno Lemus Alarcón, Rolando Luciano Serra Toledo, Myriam Herrera Paloma y Alba
Soler Mantilla
LA IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE
ORGANIZACIONES AUTOMATIZADAS
Paula Andrea Pardo Clavijo y Roger González Jaramillo
INFORMACIÓN
EN
LAS
LOS SEMILLEROS DE INVESTIGACIÓN: UNA APUESTA AL FORTALECIMIENTO
DE LA INVESTIGACIÓN FORMATIVA
Rodrigo Velásquez Giraldo
NEUTRONES: SUS FUENTES Y APLICACIONES
Pedro Julio Reyes Torres INVESTIGACIÓN EN PEQUEÑAS CENTRALES EN COLOMBIA
Ernesto Torres Quintero AGENDA DE INVESTIGACIÓN Y EL DESARROLLO TECNOLÓGICO PARA LA
CADENA AGROINDUSTRIAL DE LA HABICHUELA EN EL MUNICIPIO DE
FÓMEQUE – CUNDINAMARCA
Paola Andrea Rosero Benavides §1, Sergio Andrés Moreno Robayo2, Ever Ángel Fuentes Rojas3
Fecha de recepción 05/05/2014
Fecha de aceptación del artículo 24/06/2014
Resumen
El presente artículo evidencia el estudio realizado en el municipio de Fómeque- Cundinamarca en
Colombia, sobre la cadena agroindustrial de la habichuela, el cual a través del benchmarking y
de la vigilancia comercial y tecnológica se realizó el análisis de desempeño de la cadena
productiva, se identificaron nuevos mercados y las tendencias mundiales de la habichuela; se
caracterizaron las demandas tecnológicas y no tecnológicas, permitiendo la identificación de las
brechas tecnológicas y oportunidades de acuerdo a las fortalezas nacionales y al mercado
mundial.
Palabras clave: Cadena productiva, optimización, mercados, benchmarking, vigilancia
comercial
Abstract
This article demonstrates the study in the municipality of Fómeque-Cundinamarca in Colombia,
on the agribusiness chain of green beans, which through benchmarking and commercial and
technological surveillance is conducted performance analysis of the supply chain is identified
new markets and global trends in the bean; were characterized technological and nontechnological demands, allowing the identification of technology gaps and opportunities based on
national strengths and the world market.
1
Estudiante décimo semestre, Ingeniería Industrial, [email protected].
Estudiante décimo semestre, Ingeniería Industrial, [email protected]
3 Ingeniero Industrial, Docente investigador, semillero SAIOP, [email protected].
3
Estudiante décimo semestre, Ingeniería Industrial, sergioa [email protected]
2
1
Keywords: Production chain, optimization, markets, benchmarking, commercial surveillance
1. Introducción
El trabajo que se presenta a continuación evidencia el estudio de la cadena productiva de la
habichuela para la realización de la agenda de investigación y desarrollo tecnológico en el
municipio de Fómeque-Cundinamarca en Colombia.
Para la realización del análisis de desempeño de la cadena productiva fue necesario la aplicación
de la herramienta conocida como el benchmarking, en el cual se analizó la situación actual de la
producción de la habichuela a nivel internacional, evaluando los precios que se han registrado en
los últimos años, también se determina el comportamiento de la cadena a través de los índices de
crecimiento del producto.
También se muestra del desempeño de la cadena productiva a través del estudio de los actores de
la misma, como los son los proveedores, los productores, los comercializadores y demás, con esto
se logra identificar las problemáticas presentadas en la cadena para poder plantear escenarios de
posibles soluciones y lograr la optimización de la misma.
Con el proyecto realizado, se buscó el desarrollo económico del municipio a través de la solución
de los problemas identificados, para el aumento de la eficiencia de la cadena productiva y
mejorar la calidad tanto de vida de las personas que viven en el municipio como de los productos
que ofertan.
2. Metodología
Se realizaron consultas en fuentes de información secundarias como lo son FAOSTAT, la cual es
una base de datos estadísticos integrados on-line que contiene series anuales internacionales en
pesca, montes agricultura, nutrición y ayuda alimentaria; con el fin de conocer la situación del
mercado actual para la cadena, examinando las variables de producción, consumo, importación,
exportación y precios a nivel mundial.
Se realizó la identificación y el análisis de los mercados internacionales y nacionales, la
evolución del mercado de la habichuela en los últimos diez años; el mercado potencial en las
regiones; se identificaron también los principales países exportadores, la variación de precios
internacionales y nacionales; los principales productores.
Con el fin de determinar el desempeño de la cadena productiva de la habichuela, y realizar la
identificación de las problemáticas relacionadas, se realizaron varias visitas a Fómeque, donde a
2
través de la indagación a los principales productores de la habichuela, a los proveedores, a los
comerciantes, a los jornaleros y los demás actores de la cadena productiva, se logró conocer
cómo es el proceso de producción, los costos en los que se incurren, la manera de comercializar
la habichuela, entre otros aspectos relevantes de la cadena productiva.
A través del uso del GPS, se pudo conocer la ubicación de las veredas que producen habichuela,
por medio de las coordenadas arrojadas, también se logró establecer el área de cada cultivo y el
área de la finca, para establecer los porcentajes correspondientes de la habichuela con respecto al
área total de la finca.
3. Resultados y discusión
3.1 Análisis de desempeño de la cadena productiva mediante benchmarking
3.1.1 Contexto internacional
Según la FAOSTAT4 la demanda de los países importadores de la habichuela en el mundo se
ven representados en un mercado de US $ 188.161.000 anuales, pero la distribución de la
demanda latente en el mundo no es uniforme entre las regiones; con respecto a la tabla 1, Asia es
el más grande con US $70.026.000 que representa el 37,21 % de la demanda mundial, seguido de
Europa con el 33,96 %, entre los dos países representan el 71,17% del mercado global de la
habichuela.
Tabla 1. Mercado potencial de la habichuela.
Demanda Participación
(1000 US$)
Global (%)
70.026
37,21 %
Asia
63.900
33,96 %
Europa
28.581
15,20%
América
12.558
6,7 %
Australia
12.603
6,7 %
Oceanía
493.00
0,26 %
África
188.161
100,0%
Mundial
Fuente: FAOSTAT. 2013
Región
Por otro lado, se encuentra la región de Latinoamérica, Norteamérica y el Caribe con una
participación equivalente al 15,20% de las importaciones mundiales. A su vez, se encuentra que
la región de Australia, Oceanía y África las cuales representan una participación total de 13,66%.
4
Food and Agriculture Organization of the United Nations.
3
Se resalta que la habichuela presenta un mercado creciente en el mundo, como se observa en la
figura 1, con grandes ventas e ingresos, se proyecta que la tendencia continúe. Desde el año 2006
se ha presentado un crecimiento significativo, aunque en el 2010 hubo una disminución
considerable en América, mientras que en los otros países sigue en un constante aumento.
Figura 1. Tasa anuales de crecimiento por región: 2006 – 2011.
En la figura 2, se observa que Asia es el país con mayor tasa de crecimiento de producción por
persona de habichuela, mostrando un gran margen de diferencia frente a las otras regiones, sin
tener en ningún momento disminución de su producción a diferencia de las otras regiones, las
cuales en algunos años tuvieron un considerable crecimiento pero a su vez en otros se redujeron
considerablemente como el caso de África.
Figura 2. Tasa de crecimiento de producción por región: 2001–2011.
4
Se puede observar en la tabla 2 que las regiones con mayor tasa de crecimiento de producción es
el de Europa con un 6,968 % seguido por Asia con 4,81% y Oceanía con 4,445%; lo cual tiene
los visiones para un país como Colombia, por un lado es preocupante debido que evidencia que el
continente no produce lo suficiente para competir en el mercado internacional; y por otro que es
un posible nuevo mercado el cual no está siendo explorado lo suficiente y si se toma la delantera
podría llegar a ser muy productivo, siempre y cuando se tenga una producción limpia y amigable
con el ambiente.
Tabla 2. Tasa de crecimiento de producción por región: 2001 – 2011.
Continente
%
África
2.948 %
América
4.98 %
Asia
4.81 %
Europa
6.968 %
Oceanía
4.445 %
Fuente: FAOSTAT. 2013
En la figura 3, se evidencian las toneladas producidas en los diferentes países, siendo los de color
azul oscuro aquellos que producen en mayor cantidad y los de color más claro los de producción
baja o nula. En primer lugar, se evidencia que el mayor productor se encuentra en la región
Asiática; Y, por otro lado, Colombia se encuentra en el rango medio, lo que significa que tiene
oportunidades de crecimiento si se utilizan adecuadamente las herramientas que se encuentran en
los mercados mundiales.
Figura 3. Cantidades de producción por país: 2006 – 2011.
5
En la figura 4, se evidencia que Japón es el país con mayor precio seguido de Cabo Verde con
amplia diferencia con respecto a los otros países. Por otro lado, se demuestra que en la figura 4
no se encuentra ningún país latinoamericano factor preocupante por lo que se deben tomar
medidas si se desea incursionar en el mercado.
Figura 4. Principales países con los mayores precios de la habichuela.
Fuente: FAOSTAT. 2013.
3.1.2 Contexto Nacional
El cultivo de la habichuela en Colombia se realiza desde los 800 hasta los 2.500 metros sobre el
nivel del mar, lo cual sobrelleva que el tiempo del cultivo sea aproximadamente entre 65 y 115
días. Con base a la información presentada en la Encuesta Nacional Agropecuaria (ENA) en el
2011 realizada por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), se
evidencia que Cundinamarca es el departamento con mayor producción con 14.864 toneladas (t);
seguidamente se encontró el Valle del Cauca con 2.221 t, Boyacá con 1.566 t, Santander con
1.050 t y Antioquia con 1.036 t.
La habichuela proveniente de Cundinamarca representa la mayor participación con 63,2 %,
proveniente de municipios como Fómeque (18,38%), Fusagasugá (18,13 %), San Bernardo
(14,32 %), Cáqueza (9,73 %) y Ubaque (8,08%), entre otros, la cual es despachada hacia las
centrales de abastos.
Según la información presentada por el SIPSA5, en el boletín de prensa del 6 de agosto de 2013
se evidenció el caso de la habichuela, la cual redujo el precio en 36 de los 41 mercados donde se
comercializó el producto; la principal causa se debió al tiempo de verano en Fusagasugá, Ubaque,
Arbeláez y Fómeque (Cundinamarca) lo cual benefició la producción notablemente; otra de las
razones fue la elevada cantidad de habichuela producida en el oriente antioqueño. En Pereira el
5
Sistema de Información de Precios y Abastecimiento del Sector Agropecuario.
6
mercado se redujo en mayor porcentaje, con 38,57%; allí el kilo se vendió en promedio a $1.010
lo cual se evidencia en la figura 5.
Figura 5. Comportamiento de los precios de la habichuela. 2013.
En Colombia el precio disminuyó considerablemente desde 1999, ha venido incrementándose
cada año, pero aun así no ha recuperado el valor que tenía en los años 90, debido a los cambios
climáticos presentado a lo largo de la década y a los problemas económicos y políticos; esto se ve
reflejado en la figura 6.
Figura 6. Precio al productor en Colombia.
Fuente: FAOSTAT. 2013.
7
3.2 Demanda tecnológica de la habichuela (Phaseolus vulgaris)
Durante el desarrollo del proyecto se identificaron las demandas tecnológicas para la habichuela
como se evidencia en la tabla 3, la cual se compone del aspecto, el limitante tecnológico y la
demanda que se ajusta. A continuación se presentan las identificadas, en el municipio de
Fómeque.
Tabla 3. Demandas tecnológicas.
Aspecto
Manejo del cultivo
Limitante Tecnológico
Demanda Tecnológica
Carencia de estudios de zonificación,
caracterización de los sistemas productivos.
Zonificar agroecológicamente, caracterizar los
sistemas productivos de la habichuela en
Fómeque, con el fin de transmitir tecnologías.
Existen muy pocas tecnologías innovadoras
y sostenibles para realizar la producción de
la habichuela en el país.
Realizar estudios de vigilancia tecnológica en
los cuales se ajusten los resultados a las
características del municipio.
Uso excesivo de agroquímicos.
Afectación por gran cantidad de plagas y
enfermedades en cultivos de habichuela.
Manejo Sanitario y
Fitosanitario
Poscosecha y
transformación.
Baja disponibilidad de insumos específicos
para el manejo sanitario del cultivo.
Utilización de algunos plaguicidas sin
registros, usados en cultivos pequeños.
Se generan pérdidas debido a la no
estandarización de los procesos de cosecha,
poscosecha y comercialización además de
la no utilización de tecnología.
El empaque (fíque) no es adecuado por su
diseño, material utilizado, debido que no
protege el producto de los diferentes
escenarios en los que se ve expuesto.
Poca infraestructura que aumente la vida
del producto o genere valor agregado al
producto.
Debido a la poca protección de los cultivos
se
generan
altas
pérdidas
por
deshidratación.
Implementar buenas prácticas agrícolas para
que el producto no se vea afectado en su
calidad.
Desarrollar estudios sobre el análisis de riesgo
de plagas, para así saber cómo combatirlas
utilizando
alternativas biológicas que no
afecten la calidad del producto.
Investigar bio-insumos específicos para la
producción de habichuela accesibles a los
productores, considerando su facilidad de uso.
Adoptar las buenas prácticas agrícolas,
enfatizando el buen uso de plaguicidas.
Implantar tecnología que permita estandarizar
los procesos en los diferentes actores que se
encuentran relacionados con la producción y
poscosecha del producto.
Realizar acciones de investigación en aras de
mejorar el empaque, refrigeración evaluando
las pérdidas en canastillas plásticas y sacos.
Proteger los cultivos con elementos utilizados
en la agricultura que sean económicos e
incrementen la productividad en los cultivos de
habichuela.
Fuente: Los autores. 2013.
8
3.3 Demandas no tecnológicas de la habichuela (Phaseolus vulgaris)
Tabla 4. Demandas No tecnológicas.
Aspecto
Poca capacitación
de los productores
Agroquímicos.
Limitante Tecnológico
Demanda No Tecnológica
Escasa capacitación a los
cultivadores de habichuela en
manejo técnico de producción.
Baja
divulgación
del
conocimiento existente sobre el
manejo agronómico del cultivo
de habichuela.
Capacitar al productor sobre las
exigencias de calidad de los
mercados.
Capacitación
con
asistentes
técnicos, productores y operarios,
para incrementar rendimientos, la
calidad y rentabilidad de la
producción de la habichuela.
Implementar Buenas Prácticas
Agrícolas, haciendo énfasis en el
Uso intensivo de agroquímicos y
manejo de plagas y enfermedades,
estancamiento del rendimiento
para la certificación en calidad e
de los cultivos de habichuela.
inocuidad con miras a la
exportación.
Se carece de protocolos de
Desarrollo, difusión, aplicación de
Buenas Prácticas Agrícolas
protocolos de sanidad y BPA.
(BPA)
Fuente: Los autores. 2013
3.4 El desempeño de la cadena productiva de la habichuela y sus eslabones en segmentos
para la identificación de problemáticas relacionadas
La producción de la habichuela tiene en cuenta actividades tales como el alistamiento del terreno,
el cual consiste en la realización de la siembra de las semillas de habichuela es importante que el
área donde se realizara la siembra, tenga un sistema de riego; es decir, que tenga una estructura
adecuada para brindar el agua necesaria para el desarrollo del cultivo, es necesario que el terreno
esté ubicado entre los 1.200 y 1.800 metros sobre el nivel del mar, ya que esta es la altura
adecuada para que se dé el cultivo de habichuela.
9
Por otro lado, se debe realizar la selección de la semilla de habichuela; las personas de Fómeque
utilizan en los cultivos, la semilla Chirosa Negra, debido a su excelente calidad, el 95% de una
libra de semilla llega con una cascara perfecta, el potencial de desempeño es bueno en cuanto a
su germinación, y las semillas llegan con muy poca contaminación en cuanto a los insectos.
Acordonamiento en la primera fase de germinación de la habichuela, una vez que se ha sembrado
la semilla de la habichuela y empiezan a brotar las primera hojas en la tierra, se deben ubicar
alambres horizontalmente a una altura de 2 m, de tal forma que se puedan amarrar unos hilos que
a su vez sujetan con las primeras hojas germinadas.
En total se visitaron 21 fincas en el municipio de Fómeque, esto permitió observar las diferentes
fases del proceso de producción de la habichuela como se observa en la figura 7, y condujo a la
identificación del constante problema presentado en la fase del cultivo, el cual corresponde a la
presencia de la “Mosca Blanca” encargada de absorber los jugos de la planta, debilitándola y
generando manchas negras en la habichuela, lo que reduce la calidad, dificultando el comercio.
Selección de la
semilla
Preparar la tierra
para la siembra
Sembrar las
semillas
Seleccionar el
sistema de riego
Espera para la
cosecha
Cosecha de la
habichuela
Figura 7. Proceso productivo de la habichuela.
Fuente: Los autores, 2013.
10
Los productores de la habichuela, utilizan en todas las fases del proceso insecticidas biológicos y
químicos, siendo mucho más efectivos los químicos que los biológicos, lo que genera también un
daño ya que para el consumo de las personas no es tan óptimo, en esta parte es donde se
identifica un segundo problema como es el uso excesivo de químicos para la eliminación de la
“Mosca Blanca”.
Figura 8. Ubicación de veredas que producen habichuela.
Fuente: Tomado de http://Fomeque-cundinamarca.gov.co/
Luego de realizar las visitas, se procedió a ubicar los cultivos correspondientes a los productores
de la habichuela como se evidencia en la figura 8, por medio de las coordenadas y las alturas en
las que se encuentran los cultivos; evidenciando que estas características son las adecuadas para
realizar el proceso de producción.
Los días de mercado de la habichuela en Fómeque, son los martes, jueves y viernes, donde los
comerciantes van desde Bogotá D.C, para comprar la habichuela y venderla en diferentes
bodegas de Corabastos y de otros almacenes mayoristas, y a su vez estos las venden en sitios más
pequeños.
El problema que se detecta en esta parte es el número de intermediarios existentes en la
comercialización de la habichuela, lo que hace que las ganancias de los productores de esta sean
muy bajos, con respecto a la inversión realizada por cada uno de ellos; y que el precio de venta al
cliente final sea muy elevado.
11
Por otro lado, se detectó la inestabilidad de los precios, ya que en ciertas temporadas del año se
pone cara o barata, dependiendo de si hay excesiva producción o hay escases.
A continuación en la figura 9, se evidencian los eslabones de la cadena productiva de la
habichuela, que son los proveedores, productores, comercializadores tanto mayoristas como
minoristas y el cliente final, se puede observar que los proveedores se encargan de dar a los
grandes productores y medianos productores semillas, insecticidas y fertilizantes, también se
observa que dichos productores distribuyen a las plazas mayoristas y a los intermediarios y estos
a su vez distribuyen a las tiendas locales y a los supermercados, para llegar a los consumidores, a
los restaurantes y comedores comunitarios; pero también se evidencia que las plazas mayoristas y
los intermediarios, llegan directamente al cliente final.
Figura 9. Actores de la cadena productiva de la habichuela.
Fuente: Los autores, 2013
4. Conclusiones
Con estos estudios se ayudará a los campesinos del país a mejorar sus productos y obtener una
remuneración justa, al ilustrar los posibles mercados en los que pueden incursionar, BPM, entre
otros conceptos.
Colombia tiene todas las opciones por ser un país competitivo en la agroindustria, siempre y
cuando el gobierno ayude a los campesinos y mantenga las mallas viales en perfecto estado.
Al reducir el número de intermediarios en la comercialización de la habichuela, los productores
pueden obtener una mayor ganancia y por tanto una mejor remuneración para los jornaleros.
12
Lograr que todos los productores de habichuela en el municipio conozcan e implementen, las
técnicas más efectivas de siembra a través de las capacitaciones brindadas por el SENA, permitirá
cultivos más productivos para obtener mejores cosechas.
Referencias
[1] Observatorio agro cadena, la competitividad de las cadenas agras productivas en Colombia:
Análisis de su estructura y dinámica (1991 – 2004).
[2] Agudelo, D., O. (1972). La habichuela. Manual de Hortalizas. Palmira. ICA.
[3] Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT. (1980). Diversidad genética de las
especies cultivadas del género Phaseolus. Cali.
[4] Consensos Agrícolas Municipal y Departamental, URPA. 1996.
[5] Díaz, M., G. (1993). Inventario y Análisis de las investigaciones realizadas en la
agroindustria de frutas y hortalizas en Colombia. Bogotá S.E.
[6] Federación Nacional de Cafeteros de Colombia (1989). El Cultivo de la habichuela. 4 Ed.
Cali.
[7] Instituto Colombiano Agropecuario, ICA. (1984). Hortalizas. Manual de asistencia Técnica.
Bogotá: ICA.
[8] Fondo de Promoción de Exportaciones - PROEXPO, Federación de Productores de hortalizas
y frutales.
[9] Hurtado, N., J. (1986). Perfectibilidad Económica y Técnica del Cultivo y exportación de
Hortalizas frescas. Bogotá: S.E.
[10] http://www.fao.org; http://faostat.fao.org/
[11] http://wuxizazhi.cnki.net/Search/ZGJQ200806027.html
[12] http://www.zgjqzz.net/ch/index.aspx
[13] http://www.vanguardia.com/historico/1065-santander-duplico-sus-exportaciones. 2008.
[14]http://www.semana.com/economia/articulo/se-desploma-comercio-colombiavenezuela/109429-3. 2009.
[15] https://www.mincomercio.gov.co/publicaciones.php?id=4100&dPrint=1. 2012.
13
AMBIENTES VIRTUALES DE APRENDIZAJE Y DESARROLLO DE
COMPETENCIAS EDUCATIVAS EN INGENIERIA DE SISTEMAS
Pedro Alonso Forero Saboya1
Fecha de recepción 07/04/2014
Fecha de aceptación del artículo 20/20/2014
Resumen
El contexto educativo, en sus diferentes fases de desarrollo ha evolucionado
constantemente, atravesando por una serie de etapas caracterizadas por un conjunto
de pensamientos y de paradigmas propios de su acontecer cronológico. Paralelamente
con estos paradigmas educativos, han evolucionado también un conjunto de técnicas
y de herramientas como los Ambientes Virtuales de Aprendizaje (AVA) y los Objetos
Virtuales de Aprendizaje (OVA) que contribuyen con el quehacer pedagógico en la
tarea de enseñanza aprendizaje y, de manera sinérgica se han amalgamado con los
conceptos de Competencias para brindar mecanismos que apoyan el quehacer del
docente y del estudiante.
Palabras Claves
Competencias, Ambientes Virtuales de Aprendizaje, Educación
Abstract
The educational environment, in its different phases of development has constantly
evolved, going through a series of stages characterized by a set of thoughts and
1
GRUPO DAVINCIS – Programa de Ingeniería de Sistemas, Pedro Alonso Forero, Docente
Investigador, Universidad Libre. Especialista en Informática y Multimedios, MSc. en Informática
Educativa (UTEM-Chile), C. MSc. Psicología Educativa (Universidad Libre)
paradigms of their own chronological facts. In parallel with those educational
paradigms, have also evolved a group of techniques and tools such as Virtual
Learning Environments (VLE) and the Virtual Learning Objects (VLO) that
contribute with the teaching learning tasks and, in a synergistic way has been
amalgamated with the concept of Competences to give mechanisms that support the
tasks of teachers and students.
Key Words
Skills, Virtual Learning Environments, Education
1. Introducción
Las competencias educativas, como producto del pensamiento y de los paradigmas
actuales sobre los cuales se desarrollan los procesos de enseñanza aprendizaje, han
sido aceptadas como un referente para la construcción de programas curriculares
tanto de niveles técnicos, básicos e intermedios así como de nivel universitario. Estos
paradigmas, orientados a la labor de enseñanza aprendizaje, se han clasificado dentro
de los conceptos del aprendizaje autónomo y del aprendizaje significativo
potenciados por los principios del aprendizaje constructivista. Así entendidas, las
competencias de un programa en particular como el de ingeniería de Sistemas,
pueden concebirse como un conjunto de habilidades y de conocimientos o destrezas
que permiten el desarrollo del estudiante en las diferentes líneas de formación, bien
sea de la parte técnica – como los lenguajes de programación -, del área de la
Ingeniería del software, o de los componentes transversales de la malla curricular referentes a los idiomas, las artes o el deporte -.
Bajo esta perspectiva, el estudiante universitario de Ingeniería de Sistemas, estará
capacitado para desempeñarse desde lo social, lo organizacional y lo académico, por
esta razón, es de vital importancia que su estructuración mental y comportamental
involucre la comunicación, la convivencia, el desarrollo de valores como el respeto,
la honradez y la ética, desde el marco organizacional la colaboración en equipo, el
sentido de la responsabilidad, de la pertenencia y de la productividad; valores que
desde lo académico deben estar sustentados con el dominio de las diferentes
disciplinas de formación.
Junto con el desarrollo de los paradigmas educativos y con esta caracterización del
estudiante de Ingeniería de Sistemas, se han venido desarrollando una serie de
tendencias tecnológicas representadas en herramientas como los Ambientes Virtuales
de Aprendizaje (AVA), Los Objetos Virtuales de Aprendizaje (OVA), los espacios de
desarrollo de contenidos como las Bases de Datos documentales, los espacios de
construcción de actividades como Ardora o Hot Potatoes, entre otros; tendencias
tecnológicas en el universo de lo que ha sido llamado las Tecnologías de la
Información y la comunicación. Este artículo, entonces, como producto del trabajo de
investigación llevado a cabo en la Universidad INCCA, aborda el impacto que tienen
los Ambientes Virtuales de Aprendizaje en los estudiantes de primer semestre de
Ingeniería de Sistemas en el espacio académico de la asignatura de Lógica y
Algoritmos.
2. Concepción de un marco de competencias en el programa de Ingeniería de
Sistemas
El desarrollo de competencias del estudiante de Ingeniería de Sistemas, se lleva a
cabo teniendo en cuenta los factores de desempeño profesional con orientación desde
las organizaciones y el pensamiento sistémico, estructurándolo para desarrollar la
comprensión y la creatividad para el saber ser, el saber hacer y el saber conocer;
aspectos de índole metaformativa que refuerzan sus habilidades y capacidades y le
permiten desarrollar su proceso de aprendizaje, que desde el punto de vista de la
psicología educativa está determinado por la atención, la memorización, la
organización y la evocación, todo mediante un sistema de relaciones que generan
sinergia y posibilitan no sólo la “acumulación” de conocimiento sino también su
aplicación desde la praxis, hecho que implica la relación cognitiva.
Los criterios de comprensión y creatividad (saber ser, saber conocer y saber hacer) se
convierten en parámetros que son abordados como criterios de desempeño en el orden
social, organizacional y educativo, proyectados y llevados a cabo por el estudiante,
quien se convierte en un ser integral que responde a las exigencias de la realidad
donde ejerce su profesión como un ser activo que contribuye al desarrollo social. Es
así como el marco de competencias se fundamenta desde un modelo pedagógico
disciplinar con bases en la complejidad (Tobón, 2007) y en la teoría critica
(Habermans, 1987), estas bases, se estructuran y se conciben desde un enfoque
sistémico, donde lo interpretativo, lo argumentativo y lo propositivo constituye los
cimientos del proceso de enseñanza aprendizaje donde se proyecta lo comunicativo,
lo ético y lo social.
3.
Diseño de un modelo relacional entre las competencias y el espacio de
“Lógica y algoritmos”
El modelo de competencias, enfocado desde lo interpretativo, tiene una relación
directa con el espacio académico de “Lógica y Algoritmos”, en razón a los arquetipos
constituidos desde las oraciones y frases expresadas mediante “proposiciones
lógicas”. Este modelo se sustenta en el pensamiento complejo (Tobón, 2007), en el
paradigma de la psicología cognitiva (Best, 2008), en el paradigma Constructivista
(Piaget, 1970), en la psicología pedagógica (Vygotsky, 1928) y en el concepto de
pedagogía conceptual (Zubiría, 1998). Teniendo en cuenta el espacio de competencias
interpretativas, el modelo relacional se construye, entonces, a partir de la
categorización del conocimiento y se plasma en el proyecto de investigación tomado
como referente de este artículo (Forero, 2006), por tanto, la clasificación del
conocimiento por niveles, se enuncia de la siguiente manera:

Conocimiento nocional

Conocimiento conceptual

Conocimiento de clase

Conocimiento Categorial

Conocimiento Proposicional

Árbol de conocimiento

Sistemas de conocimiento

Redes de conocimiento
El nivel de “conocimiento proposicional” se relaciona con las competencias
interpretativas y deriva en cuatro factores que representan el dominio de las
competencias interpretativas en situaciones propositivas de la lógica, a saber:

Factor 1: Análisis elemental

Factor 2: Síntesis elemental

Factor 2: Síntesis guiada por el análisis y,

Factor 2: Análisis guiado por la síntesis.
El modelo de relación puede ser aplicado mediante cuestionarios como instrumentos
de evaluación donde cada pregunta se encuentra relacionada con una situación
propositiva y con una competencia en particular, expresado de manera lineal:
Modelo de conocimiento y relación de competencias
Conocimiento proposicional
Pregunta 1
Competencias
Interpretativas
Factor 1
Factor 2
Pregunta 2
Pregunta n
Figura 1. Modelo de conocimiento y relación de competencias.
4.
Ambiente virtual, competencias y contenidos
El Ambiente Virtual de Aprendizaje, caracterizado desde un entorno computacional
de interface amigable y adaptable, permite la realización de tareas que obedecen a los
paradigmas del aprendizaje autónomo, “sin que se trate de insertar lo nuevo en lo
viejo, o de seguir haciendo lo mismo con los nuevos recursos tecnológicos, se trata de
hacer uso de espacios innovadores con los aciertos de la pedagogía y la psicología
contemporáneas y por su puesto de las nuevas tecnologías” (Ferreiro Gravié, Ramón,
2000), este concepto – de Ambiente Virtual –, aplicado al espacio académico de la
“Lógica y Algoritmos” en el programa de Ingeniería de Sistemas, define y aplica
situaciones de aprendizaje cualificadas por los siguientes aspectos:

Brinda un espacio de consulta en línea y de manera asincrónica

Permite la reutilización de elementos publicados como archivos de
fotografías, animaciones, videos y “links” de refuerzo

Posibilita la retroalimentación de informes publicados por los estudiantes

Facilita espacios de trabajo colaborativo

Proporciona momentos de aprendizaje autónomo

Admite consultas de contenidos en diferentes espacios académicos

Posibilita el uso de Objetos Virtuales de Aprendizaje, los cuales están
caracterizados por un contenido especializado.
En la investigación llevada a cabo (Forero, 2006), estas situaciones de aprendizaje
sobre la plataforma permitieron que el grupo experimental tuviese mejores resultados
sobre las evaluaciones realizadas, en referencia al grupo control, el cual señaló la
dificultad que representaba no contar con un espacio de aprendizaje desde la
virtualidad. También se pudo determinar que la disponibilidad (Berge, Collins,
Dougherty, 2000) de la información en tiempo real y el manejo de “comunidades
virtuales” que intercambian información garantizan la generación de sinergia y
construyen desde lo científico, ya que sobre estas plataformas se constituyen
interfaces con fundamentos al estilo de las redes intuitivas y con pautas esenciales
para el diseño instruccional – como en el caso de la red basada en la Gestalt -. A
futuro, los Ambientes Virtuales de Aprendizaje podrán ser complementados con los
Ambientes de Aprendizaje Personal (PLE – De Personal Learning Environment -), los
blogs y los espacios de comunidades como Facebook o Twitter) proyectando a las
TIC desde un ámbito social más intuitivo y más desarrollado.
Referencias
Argudín, Y. (2006). Educación Basada en Competencias (Segunda ed.). Trillas.
Best, J., B. (2007). Psicología Cognoscitiva (Quinta ed.). México D.F.: Thomson.
De Zubiria Samper, M. (2005). Tratado de pedagogía conceptual - Pensamiento y
aprendizaje. Fundación Alberto Merani. Bogotá D.C.: Fondo de publicaciones
Bernardo Herrera Merino.
De Zubiria Samper, M. (2006). Pedagogías del siglo XXI: Mentefactos I - El arte de
pensar para enseñar y de enseñar para pensar. Fundación Alberto Merani. Bogotá
D.C.: Fondo de publicaciones Bernardo Herrera Merino.
Forero S., P., A. (2008). Los Ambientes Virtuales de Aprendizaje y las Competencias
Interpretativas Universitarias. Proyecto de grado de maestría en Informática
Educativa,
Universidad Tecnológica Metropolitana (UTEM), Chile.
Maldonado, M., A. (2006). Competencias - Método y genealogía. Bogotá D.C.
ECOE Ediciones.
Morín, E. (2007). Introducción al pensamiento complejo. España: Gedisa.
Piaget, J. (1982). Estudios sobre Lógica y Psicología (Primera ed.). Madrid, España:
Alianza Editorial.
Salas Z., W. A. (n.d.). Retrieved 01 25, 2013, from
http://www.rieoei.org/deloslectores/1036Salas.PDF
Tobón, S. (2007). Formación Basada en Competencias - pensamiento complejo,
diseño curricular y didáctica (Segunda ed.). (E. Ediciones, Ed.)
Woolfolk, A. (2010). Psicología Educativa (DECIMOPRIMERA ed.). (P. Education,
Ed.) México: Prentice Hall.
APLICACIÓN DE LA REGRESIÓN
LINEAL ES UN PROBLEMA DE
NUTRICIÓN
Diego Fernando Cardona Madariaga1
Javier Leonardo González Rodríguez2
Miller Rivera Lozano3
Edwin Hernán Cárdenas Vallejo4
This article aims to show all professionals in any
field, the benefits of inferential statistics in
relation to simple linear regression analysis. This
is done through the study of some situations of
economics and engineering and in particular to
the development of a case management applied to
health.
Palabras Claves
Fecha de recepción 03/03/2014
Fecha de aceptación del artículo 02/05/2014
Estadística inferencial, análisis de regresión
lineal simple, administración en salud
Resumen
Key Words
Este artículo pretende mostrar, a todo profesional
de cualquier área, las bondades de la estadística
inferencial en lo referente al análisis de regresión
lineal simple. Para ello se recurre al estudio de
algunas situaciones de la economía y la
ingeniería y en particular, al desarrollo de un
caso aplicado a la administración en salud.
Inferential statistics, simple linear regression
analysis, management applied to health
Abstract
1
Diego Fernando Cardona Madariaga. Matemático,
Ingeniero Civil, MSc y PhD en Ciencias Administrativas;
director del Doctorado en Ciencias de la Dirección de la
Universidad del Rosario
2
Javier Leonardo González Rodríguez. Médico,
Especialista en Salud Pública y Ph. D. en Economía y
Gestión de la Salud; director de la Maestría en
Administración de la Salud y Especializaciones de
Gerencia en la Salud de la Universidad del Rosario.
3
Miller Rivera Lozano. Ingeniero de Sistemas,
Especialista en Auditoría de Sistemas, Especialista en
Ingeniería de Software, MSc. en Administración;
coordinador del Laboratorio de Modelamiento y
Simulación en la Escuela de Administración de la
Universidad del Rosario.
4
Edwin Hernán Cárdenas Vallejo. Ingeniero Electrónico,
Especialista en Educación Matemática, docente de la
Secretaría de Educación Distrital de Bogotá y en la
Corporación Unificada Nacional de Educación Superior.
[Escribir texto]
1. Introducción
En la mayoría de las investigaciones –sin
importar el campo del conocimiento en las que se
desarrollen– en las cuales se realicen mediciones,
observaciones o experimentos de donde se
obtengan datos de diferentes variables; es
fundamental determinar algún tipo de relación de
dependencia entre las variables con el fin de
hacer predicciones o pronósticos de eventos
futuros de acuerdo con el comportamiento de
ellas. Por ejemplo, existen un gran número de
estudios en pediatría donde se demuestra la
relación de dependencia entre la edad, la talla y el
peso de los niños; también, se ha demostrado la
relación entre la demanda u oferta de cierto
producto con respecto al número de artículos que
se han colocado en el mercado; y así mismo, la
relación entre la variación en el precio de ese
producto y la cantidad de unidades producidas.
También, se han efectuado estudios de la
reducción del peso de una persona en términos
del número de semanas que ha seguido una dieta
específica; sobre el consumo per cápita de ciertos
artículos alimenticios en términos de su valor
nutricional. En otro caso, una empresa de energía
eléctrica en una ciudad como Cartagena o
Barranquilla podría determinar la relación entre
la temperatura máxima diaria y la demanda de
electricidad, para predecir el consumo de energía
con base en las temperaturas máximas
pronosticadas para el mes siguiente.
Algunos profesionales, sin importar su
especialidad, confían en su intuición para juzgar
como se relacionan dos variables. Debido a ello,
hacen pronósticos a tientas e incluso temerarios;
sin embargo, si dichos profesionales tienen la
posibilidad de tomar datos y utilizar un
procedimiento estadístico de análisis para
determinar cómo lo conocido se relaciona con el
evento futuro, podrían ayudar considerablemente
en el mejoramiento de los procesos que
administran o en la solución eficaz de los
problemas que se les presentan. De hecho, los
mencionados estudios en pediatría han dado
como resultado diversas tablas, gráficas y
ecuaciones que han servido para predecir valores
de talla y peso según la edad, raza y grupo
poblacional al que pertenecen los niños para
determinar casos de sobrepeso, desnutrición y
problemas de crecimiento, entre otros.
de la madre). Más tarde, los estadísticos acuñaron
el término regresión múltiple para describir el
proceso mediante el cual se utilizan varias
variables para predecir otra. (Devore, 2005)
En la terminología de la regresión, la variable que
se va a predecir se llama dependiente. La o las
variables que se usan para predecir el valor de la
variable dependiente se llaman variables
independientes.
En general, existen cuatro posibles formas en que
las variables se pueden relacionar, a saber:
Relación lineal directa, relación lineal inversa,
relación no lineal directa y relación no lineal
inversa (figura 1), cuya estructura formal y
funcional, permite dilucidar con objetividad las
actividades orientadas a decidir qué ecuación se
debe emplear, cuál ha de ser la ecuación que
mejor se ajusta a los datos y cómo debe validarse
la significancia de los pronósticos realizados.
El procedimiento estadístico que se utiliza para
este fin se conoce como análisis de regresión
que permite establecer la relación funcional o
ecuación matemática que relaciona las variables,
así como la fuerza de esa relación.
El término regresión fue utilizado por primera
vez como un concepto estadístico en 1877 por sir
Francis Galton, quien llevó a cabo un estudio que
mostró que la estatura de los niños nacidos de
padres altos tiende a retroceder o “regresar” hacia
la estatura media de la población. Designó la
palabra regresión como el nombre del proceso
general de predecir una variable (la estatura de
los niños) a partir de otra (la estatura del padre o
[Escribir texto]
Figura 1. Tipos de relación entre dos
variables.
En este artículo se describirá el análisis de
regresión donde intervienen una variable
dependiente y una independiente, y en la cual la
relación entre ellas se aproxima por medio de una
línea recta. A esto se le llama regresión lineal
simple.
Este análisis se aplicará a una situación particular
en el campo de la salud.
32
2. Una aplicación del modelo de regresión
lineal
En un trabajo de investigación en el área de salud
(Ducuara Mora, 2012), acerca de las condiciones
de crecimiento y desarrollo de los niños y niñas
de la localidad de Ciudad Bolívar (Bogotá); se
extrajo la siguiente tabla que muestra las
variables edad y talla de niños entre 6 y 60
meses de edad.
Tabla 1. Edad y talla en niños de 6 a 60 meses
Edad
(meses)
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Talla
(cms)
Edad
Talla
(meses) (cms)
87,459036
65
34
1
89,621505
72,25
36
4
90,714953
78
38
3
71,4166
667
40
94,8675
93,709615
72,08
42
4
74,6736
842
44 95,310219
96,350724
77,8125
46
6
77,9958
97,133783
333
48
8
81,9057
99,114074
143
50
1
81,5162
99,746031
162
52
7
82,7729
100,65109
167
54
5
85,5116
101,55179
279
56
9
85,5852
58 103,88048
[Escribir texto]
941
85,7066
667
8
60
107,5592
Muchos autores que han hecho estudios sobre
modelos de regresión, entre los que se pueden
citar a: Anderson, D. R., Sweeney, D. J., &
Williams, T. A. (2001), Devore, J. L. (2005),
Evans, M., & Rosenthal, J. S. (2005), Freund, J.
E., & Simon, G. A. (1994), Levin, R. I., &
Rubin, D. S. (2004)
y Miller, I. (2000);
coinciden en que siempre que se analizan datos
observados o recopilados para llegar a una
función o ecuación matemática que describa la
relación entre las variables por medio de una
regresión, se deben enfrentar tres problemas:
1. Decidir qué clase de curva muestran los
puntos y por tanto qué clase de ecuación
se debe usar.
2. Encontrar la ecuación particular que
mejor se ajuste a los datos.
3. Demostrar que la ecuación particular
encontrada cumple con ciertos aspectos
referentes a los méritos de ésta para hacer
pronósticos
Para decidir qué clase de función podría ajustarse
a la curva, de acuerdo con las posibilidades de la
figura 1, debe hacerse una gráfica de dispersión
de los datos observados. Si en dicha gráfica se
aprecia que los puntos se distribuyen alrededor de
una recta, se procede a realizar un análisis de
regresión lineal.
Talla (cms)
120
110
100
90
80
70
60
50
40
Los valores de los parámetros 𝛽0 𝑦 𝛽1 no se
conocen y deben estimarse a partir de los datos
de la muestra . Estos coeficientes que se calculan
de la muestra son conocidos como regresores
(𝑏0 𝑦 𝑏1). La ecuación estimada de regresión es
𝑦̂ = 𝑏0 + 𝑏1 𝑥
0
10
20
30
40
50
60
Edad (meses)
Figura 2. Gráfica de dispersión de los datos de
edad y talla.
La gráfica de dispersión nos sugiere que existe
una relación lineal entre la variable independiente
edad y la variable dependiente talla (Figura 2)
El modelo de regresión lineal simple es:
𝑦 = 𝛽0 + 𝛽1 𝑥 + 𝜖
(𝟏)
De acuerdo con Anderson, et al. (2001), en este
modelo, 𝑦 es una función lineal de 𝑥 (la parte
𝛽0 + 𝛽1 𝑥) más ϵ que representa el término de
error y explica la variabilidad en 𝑦 que no se
puede explicar con la relación lineal. A este
término se le asocian los siguientes supuestos
1. El término de error es una variable aleatoria
con media o valor esperado igual a cero;
𝐸(𝜖) = 0
2. La varianza de 𝜖, representada por 2, es
igual para todos los valores de 𝑥. Esto implica
que la varianza de y es igual a 2 y es la
misma para todos los valores de 𝑥.
3. Los valores de 𝜖 son independientes. El valor
de 𝜖 para un determinado valor de x no se
relaciona con el valor de 𝜖 para cualquier otro
valor de 𝑥; así, el valor de 𝑦 para determinado
valor de 𝑥 no se relaciona con el valor de y
para cualquier otro valor de 𝑥
4. El término de error, 𝜖, es una variable
aleatoria con distribución normal.
[Escribir texto]
(𝟐)
Para calcular los regresores se emplea el método
de
los mínimos cuadrados el cual es un
procedimiento que se remonta al inicio del siglo
XIX por el trabajo del matemático francés Adrien
Legendre.
3. Criterio de los mínimos cuadrados
Este método emplea los datos de la muestra para
determinar las características de la recta que
hacen mínima la suma de los cuadrados de las
desviaciones:
𝑚𝑖𝑛 ∑(𝑦𝑖 − 𝑦̂𝑖 )2
Siendo:
yi = valor observado de la variable dependiente
para la i-ésima observación.
𝑦̂𝑖 = valor estimado de la variable dependiente
para la i-ésima observación.
∑(𝑦𝑖 − 𝑦̂𝑖 )2 = ∑[𝑦𝑖 − (𝑏0 + 𝑏1 𝑥𝑖 )]2 (3)
Minimizar el miembro derecho de la ecuación (3)
implica calcular las derivadas parciales de la
expresión con respecto a los coeficientes de
regresión 𝑏0 y 𝑏1 e igualar a cero las dos
derivadas. Al finalizar este procedimiento se
llega a las siguientes ecuaciones, conocidas como
ecuaciones normales. (Walpole & Myers, 1999).
4. Ecuaciones normales
∑ 𝑦𝑖 = 𝑛𝑏0 + 𝑏1 ∑ 𝑥𝑖
∑ 𝑥𝑖 𝑦𝑖 = 𝑏0 ∑ 𝑥𝑖 + 𝑏1 ∑ 𝑥𝑖 2
Donde n es el número de observaciones.
Al resolver algebraicamente el sistema de
ecuaciones anterior se obtienen las soluciones
para 𝑏0 y 𝑏1 .
Con el fin de evitar desarrollos algebráicos y
aritméticos engorrosos se utilizará la hoja de
cálculo EXCEL®. Al ingresar los datos de la
tabla 1 y empleando la herramienta ANÁLISIS
DE DATOS en la opción REGRESIÓN, se
obtiene la siguiente información:
Tabla 2. Coeficientes de regresión e intervalos
de confianza
Coefic
ientes
Inter 65,15
cepci 8655
ón
1
Varia 0,676
ble X 8991
1
36
Erro
r
Prob
típic Estad abili Inf Sup
o
t
dad 95% 95%
0,807 80,68 9,691 63,49 66,8
5513 6700 3E- 8709 1860
62
75
33
52
07
0,021 30,79 5,447 0,631 0,72
9787 7870 09E- 7211 2077
64
61
22
4
13
En esta tabla los valores de intercepción y
variable X1 hacen referencia a los coeficientes
𝑏0 𝑦 𝑏1 respectivamente. Remplazando estos
datos en la ecuación 2, se tiene que la ecuación
de regresión para las variables talla y edad es:
𝑦̂ = 65,159 + 0,6769𝑥
El coeficiente 𝑏1 también corresponde a la
pendiente de la recta. En general, este coeficiente
expresa la razón de cambio entre la variable
dependiente 𝑦 con respecto a un cambio unitario
en la variable independiente 𝑥. También se
conoce como tasa de crecimiento. Así pues, la
ecuación de regresión indica que los niños crecen
0.6769 centímetros por mes.
[Escribir texto]
Con respecto a los casos enunciados al comienzo,
se puede decir que si la
relación entre
temperatura y demanda de energía es lineal; el
regresor estimado 𝑏1 indicaría la cantidad de
energía eléctrica (en Kw o Mw) que debe generar
la empresa por cada grado centígrado que
incrementa la temperatura en esa ciudad.
5. Análisis de regresión
Con el fin de determinar la pertinencia de la
ecuación de regresión hallada, es necesario hacer
un análisis de la bondad de ajuste de la recta,
demostrar si la relación es estadísticamente
significativa y validar los supuestos acerca del
término de error.
Para ello se deben calcular los siguientes
estadísticos:
El coeficiente de determinación:
Es una medida de la bondad de ajuste para una
ecuación de regresión.
Para la i-ésima observación de la muestra, la
desviación entre el valor observado de la variable
dependiente yi y el valor estimado de la variable
dependiente 𝑦̂𝑖 , se llama i-ésimo residual.
Representa el error que se comete al usar 𝑦̂𝑖 para
estimar yi.
La suma de los cuadrados de esos residuales es lo
que se minimiza en el método de mínimos
cuadrados. También se le conoce como la suma
de los cuadrados debidos al error (SSE)
𝑆𝑆𝐸 = ∑(𝑦𝑖 − 𝑦̂𝑖 )2
El valor de SSE es una medida del error que se
comete al usar la ecuación de regresión para
calcular los valores de la variable dependiente en
la muestra.
Otro valor de importancia es la medida del error
incurrido al usar 𝑦̅ para estimar yi, llamado suma
total de cuadrados (SST):
Para el caso que se está analizando, el programa
EXCEL® entrega también la siguiente
información:
𝑆𝑆𝑇 = ∑(𝑦𝑖 − 𝑦̅)2
Tabla 3. Estadísticos de la regresión.
Para saber cuánto se desvían los valores de 𝑦̂𝑖
medidos en la línea de regresión, de los valores
de 𝑦̅, se calcula otra suma de cuadrados. A esa
suma se le llama suma de cuadrados debida a la
regresión, y se representa por SSR.
Estadísticas de la regresión
Coeficiente de
0,98656976
correlación múltiple
1
Coeficiente de
0,97331989
determinación R^2
3
0,97229373
R^2 ajustado
5
1,87889512
Error típico
3
Observaciones
28
ANÁLISIS DE
VARIANZA
Grados de Suma de
libertad
cuadrados
Regresión
1
3348,47
Residuos
26
91,78642
Total
27
3440,257
𝑆𝑆𝑅 = ∑(𝑦̂𝑖 − 𝑦̅)2
Existe una relación entre las tres sumas:
𝑆𝑆𝑇 = 𝑆𝑆𝑅 + 𝑆𝑆𝐸 (4)
Ahora bien, es posible entender cómo se pueden
emplear las tres sumas de cuadrados para
suministrar una medida de la bondad de ajuste
para la ecuación de regresión.
Esa ecuación tendría un ajuste perfecto si cada
valor observado de la variable independiente
estuviera sobre la línea de regresión. En este caso
cada diferencia 𝑦𝑖 − 𝑦̂𝑖 sería cero, por tanto
SSE=0. De la ecuación (4) se tendría que
SST=SSR y por consiguiente la relación
SSR/SST sería igual a 1 como el máximo ajuste.
De manera análoga, los ajustes menos perfectos
darán como resultado mayores valores de SSE.
En consecuencia, de (4) se deduce que el máximo
valor de SSE se tiene cuando SSR es cero.
Promedio de los
cuadrados
3348,470355
3,530246884
Valor
F crítico de F
948,50883
4 5,4471E-22
𝑟 2 = 𝑆𝑆𝑇
La tabla 3 muestra el valor de SSE, SSR Y SST
en la columna que indica la suma de cuadrados,
de allí se obtiene el coeficiente r2 que aparece
(0,9733). Esto revela que la ecuación de
regresión explica en un 97,33% los valores
observados de la talla de los niños de acuerdo con
su edad.
Expresando este valor como un porcentaje, se
puede interpretar a r2 como el porcentaje de la
variación de los valores de la variable
dependiente que se puede explicar con la
ecuación de regresión. (Levin & Rubin, 2004)
En la mayoría de situaciones prácticas no es
común obtener coeficientes de determinación tan
altos, pero existen valores aceptables que varían
de acuerdo con la rama del conocimiento sobre el
que se verse el estudio o investigación.
La relación SSR/SST, se denomina coeficiente de
determinación y se representa por r2.
𝑆𝑆𝑅
[Escribir texto]
Coeficiente de correlación:
Es la segunda medida que se usa para describir
qué tan bien explica una variable a la otra. El
coeficiente de correlación de la muestra se denota
por r y es la raíz cuadrada del coeficiente de
determinación:
𝑟 = (𝑠𝑖𝑔𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑏1 )√𝑟 2
El signo del coeficiente indica si la relación es
directa o inversa.
La tabla 3 muestra un coeficiente de correlación
muy alto (r = 0,9866), lo que implica una relación
de dependencia lineal muy fuerte entre la talla y
la edad de los niños
Es importante resaltar que el coeficiente de
correlación solo mide la fuerza de asociación
en una relación lineal, el coeficiente de
determinación se puede usar en relaciones no
lineales y en relaciones con dos o más variables
independientes. En este sentido, el coeficiente de
determinación tiene mayor aplicabilidad.
(Walpole & Myers, 1999)
Los coeficientes de determinación y correlación
no son suficientes para llegar a la conclusión
acerca de si la relación es estadísticamente
significativa. Esa conclusión se debe basar en
consideraciones donde intervenga el tamaño de la
muestra y las propiedades de las distribuciones
muéstrales adecuadas de los estimadores de los
mínimos cuadrados.
6. Pruebas de significancia
La ecuación de regresión lineal simple indica que
el valor medio esperado de 𝑦 es una función
lineal de 𝑥:
𝐸(𝑦) = 𝛽0 + 𝛽1 𝑥
Si 𝛽1=0, entonces E(y)= 𝛽0. En este caso el valor
medio de 𝑦 no depende del valor de 𝑥 y se
[Escribir texto]
concluye que no existe relación lineal entre las
variables. En forma análoga, si el valor de 𝛽1 no
es igual a cero, se concluye que las dos variables
se relacionan. Así, para probar si hay alguna
relación importante de regresión debemos
efectuar una prueba de hipótesis para determinar
si el valor de  es cero. Existen dos pruebas que
se usan con más frecuencia y para ellas se
necesita un estimado de la varianza del error en el
modelo de regresión.
7. Estimado de 2
La varianza de 𝜖, también representa la varianza
de los valores de 𝑦 respecto a la línea de
regresión. Así, la suma de los residuales al
cuadrado, SSE, es una medida de la variabilidad
de las observaciones reales respecto a la línea de
regresión. Cada suma de cuadrados tiene
asociado un número que llamamos grados de
libertad. Se ha demostrado que SSE tiene n–2
grados de libertad, porque se deben estimar dos
parámetros 𝛽0 y 𝛽1.
El error cuadrado medio (s2) es el estimado de 2.
Se calcula mediante la ecuación:
𝑆𝑆𝐸
𝑠 2 = 𝑛−2
8. Desviación estándar de la estimación
El error típico o desviación estándar del estimado
se calcula como la raíz cuadrada de la varianza
del estimado.
𝑆𝑆𝐸
𝑠 = √𝑛−2
La tabla 3
1,878895123
muestra
un
error
típico
de
Las pruebas de significancia que se efectúan son:
la prueba t y la prueba F.
La explicación detallada acerca de la obtención
de estos estadísticos de prueba t y F se encuentra
en Rivera, M., & Cárdenas V., E. (2013)
La tabla 3 muestra el valor del estadístico de
prueba F y la tabla 2 el valor del estadístico de
prueba t para 𝑏1 . En ambos casos el valor de
probabilidad o valor crítico es practicamente cero
lo cual implica que la relación es
estadísticamente significativa.
9. Análisis de Residuales
Si la relación de dependencia hallada cumple la
hipótesis de que la varianza de 𝜖 es igual para
todos los valores de x y si el modelo de regresión
lineal es una representación adecuada de la
relación entre las variables; entonces, la gráfica
debe mostrar un patrón muy similar a una franja
horizontal de puntos (figura 3a).
Para el caso de la relación talla vs edad de los
niños censados en Ciudad Bolívar, la herramienta
de regresión de EXCEL® da la posibilidad de
mostrar este tipo de gráficas y hacer un análisis
de residuales
Este análisis permite validar los supuestos del
modelo con respecto al error y se basa en el
examen de varias gráficas a saber:


Gráfica de los residuales en función de la
variable independiente.
Gráfica de residuales estandarizados.
Gráfica de probabilidad normal.
En una gráfica de residuales se puede presentar
alguno de estos patrones.
6
4
Residuos

8
2
0
-2 0
20
40
60
80
-4
-6
Edad de los niños (meses)
Figura 4. Gráfica de residuales de la relación
talla edad.
Esta gráfica no muestra un patrón que haga dudar
sobre la hipótesis de que la varianza es constante.
La gráfica de residuos estandarizados muestra el
mismo patrón que la anterior y se usa para
observar la existencia de valores atípicos o
influyentes. Si el error se distribuye en forma
normal, los residuos deben estar en el rango de
dos desviaciones estándar.
Figura 3. Patrones de una gráfica de
residuales
[Escribir texto]
residuales estandarizados
4
3
10. Uso de la ecuación de regresión para
estimar y predecir
2
1
0
0
-1
20
40
60
80
-2
-3
Edad de los niños (meses)
Si el análisis de la ecuación de regresión obtenida
con los datos demuestra que existe una relación
estadísticamente significativa entre las variables,
y si el ajuste que proporciona la ecuación es
bueno, esa ecuación podría usarse para
estimaciones y predicciones.
11. Estimación de intervalo
Figura 5. Gráfica de residuales
estandarizados.
En la gráfica se observa que el residual de la
tercera observación (tabla 1) es superior a 3
desviaciones estándar, se dice que es un valor
atípico dentro de la muestra y puede deberse a un
error en la medición. Sin embargo este valor no
es influyente en la regresión puesto que si se hace
el análisis sin este dato la pendiente de la recta no
varía significativamente.
Y
La gráfica de probabilidad normal, también se
usa para validar el supuesto de que el error tiene
una distribución normal. Esta gráfica debe
mostrar una recta.
110
105
100
95
90
85
80
75
70
65
Al hacer una estimación puntual de un valor de
𝑦 dado un valor de 𝑥, no se tiene idea alguna de
la precisión asociada con el valor estimado.
Con ese fin, se determinan estimaciones de
intervalo. El primer tipo de estimado es el de
intervalo de confianza, que es un estimado del
valor medio de 𝑦 para determinado valor de 𝑥. El
segundo tipo es el estimado de intervalo de
predicción, que se usa cuando deseamos un
estimado de intervalo de valor individual de 𝑦
que corresponda a determinado valor de 𝑥. Con
la estimación puntual se obtiene el mismo valor,
sea que estemos estimando el valor medio de 𝑦 o
prediciendo un valor individual de 𝑦, pero con
los estimados de intervalo se obtienen valores
distintos. (Freund & Simon, 1994)
12. Estimado del intervalo de confianza del
valor medio de 𝒚
0
20
40
60
80
100
Muestra percentil
Supóngase que se desea estimar la estatura
promedio para cualquier niño de 45 meses de
edad.
De acuerdo con la ecuación de regresión:
Figura 6. Gráfico de probabilidad normal.
𝑦̂p = 65,159 + 0,6769(45)
𝑦̂p = 95.62 cm
[Escribir texto]
Teniendo en cuenta que 𝑦̂p es el estimado del
valor particular de 𝑦, no se puede esperar que 𝑦̂p
sea exactamente igual a 𝐸(𝑦̂𝑝 ). Entonces es
necesario considerar la varianza de los estimados
basados en la ecuación de regresión. La fórmula
para estimar la desviación estándar de 𝑦̂p dado
un valor particular de 𝑥 , 𝑥𝑝 , es:
𝑠𝑦̂p
1 (𝑥𝑝 − 𝑥̅ )
= 𝑠√ +
𝑛
𝑆𝑥𝑥
2
(𝟓)
La ecuación general para un estimado del
intervalo de confianza de E(yp) dado un valor
particular de 𝑥 es:
𝑦̂p ± 𝑡𝛼/2 ∙ 𝑠𝑦̂p
En donde el coeficiente de confianza es 1–α y
𝑡𝛼/2 se basa en una distribución t con n–2 grados
de libertad.
Así pues, para determinar un estimado de
intervalo de confianza de 95% para la estatura
promedio de los niños de 45 meses de edad, se
tiene 𝑦̂p = 95.62 , 𝑠𝑦̂p = 0,4423 y t0.025=2,056
diferente. Por ejemplo, la relación edad y talla
puede ser lineal para cierto intervalo del
crecimiento de los niños en su primera infancia
pero en la adolescencia esa relación ya no es
lineal.
Una ecuación de estimación es válida para el
mismo rango dentro del cual se tomó la muestra
inicialmente (Levin & Rubin, 2004). Sin
embargo, si el investigador tiene la certeza de que
el comportamiento entre las variables será el
mismo en otros intervalos fuera del rango de la
muestra, entonces puede usar la ecuación para
hacer predicciones.
13. Estimado del intervalo de predicción para
un valor particular de y
Supóngase ahora, que muchas investigaciones en
el área de la salud aseguran que el crecimiento de
los niños tiene un comportamiento lineal hasta
los 8 años y el investigador desea predecir la
estatura de un niño de 76 meses de edad.
De acuerdo con la ecuación de regresión
95.62 ± 0,4423 · 2,056
𝑦̂p = 65,159 + 0,6769(76)
95.62 ± 0.9094
𝑦̂p = 116,60 cm
Obsérvese que la desviación estándar estimada de
𝑥p expresada en la ecuación (5) es mínima
cuando 𝑥p = 𝑥̅ . Esto implica que se puede hacer el
mejor estimado, o el más preciso, del valor medio
de 𝑦 siempre que se use el valor medio de 𝑥.
Para determinar un estimado del intervalo de
predicción se debe determinar primero la
varianza asociada al empleo de 𝑦̂p como estimado
de un valor individual de 𝑦. Esta varianza está
formada por la suma de dos componentes:
En la estimación y la inferencia, un error común
es suponer que la línea de regresión, así el ajuste
sea muy bueno (valor de r2 muy alto), puede
aplicarse en cualquier intervalo de valores. Aun
cuando una relación se cumpla para el intervalo
de puntos de la muestra, puede existir una
relación completamente distinta para un intervalo
[Escribir texto]
1. La varianza de los valores individuales de
𝑦 respecto del promedio cuyo estimado es
𝑠2
2. La varianza asociada al uso de 𝑦̂p para
estimar E(yp) cuyo estimado es 𝑠𝑦̂p .
Así, el estimado de la varianza de un valor
individual es:
2
𝑠𝑖𝑛𝑑
= 𝑠 2 + 𝑠𝑦̂p
Por consiguiente, un estimado de la desviación
estándar de un valor un individual de 𝑦̂p es:
𝑠𝑖𝑛𝑑 = 𝑠√1 +
1 (𝑥𝑝 − 𝑥̅ )
+
𝑛
𝑆𝑥𝑥
2
La ecuación general para un estimado del
intervalo de predicción para un valor individual
de 𝑦 dado un valor particular de x es:
𝑦̂p ± 𝑡𝛼/2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝑑
En donde el coeficiente de confianza es 1–α y
𝑡𝛼/2 se basa en una distribución t con n–2 grados
de libertad.
Para determinar el intervalo de predicción de la
estatura de un niño de 76 meses se tiene 𝑦̂p =
116,60 , 𝑠𝑦̂p = 2.061 y t0.025=2,056
116,60 ± 2,061 ∗ 2,056
116,60 ± 4,237416
14. Estimación de los parámetros del modelo
de regresión lineal
Uno de los conceptos fundamentales sobre el que
se ha basado este análisis, es que la ecuación de
regresión lineal obtenida a partir de los datos de
la muestra es un estimado de los parámetros del
modelo para la población. Por lo tanto, es posible
determinar intervalos de confianza para los
coeficientes de la ecuación de regresión:
(𝑥̅ )2
1
𝛽0 = 𝑏0 ± 𝑡𝛼/2 ∙ 𝑠√ +
𝑛 𝑆𝑥𝑥
𝛽1 = 𝑏1 ± 𝑡𝛼/2
[Escribir texto]
𝑠
√𝑆𝑥𝑥
La tabla 2 muestra los valores inferior y superior
para el intervalo de confianza del 95% de los
parámetros del modelo, de tal forma que:
𝛽1 = 0,6769 ± 0,04517799
𝛽0 = 65,159 ± 1,65994558
Con esta información, el investigador encuentra
que la tasa de crecimiento está entre 0,63 y 0,72
cm por mes y teniendo en cuenta que el
coeficiente 𝛽0 representa el valor de 𝑦 cuando 𝑥
es cero, se observa que el recién nacido mide
entre 63 y 66 cm, lo cual es alejado de la
realidad pues se sabe que la talla de un recién
nacido es mucho menor. Esto implica, que no se
puede usar esta ecuación para estimar tallas entre
0 y 6 meses pues claramente el comportamiento
en ese intervalo no es lineal. Además con las
predicciones y estimaciones hechas puede hacer
conclusiones sobre el estado nutricional de los
niños y generar propuestas.
Finalmente, es importante mencionar que se
puede cometer otro error al utilizar el análisis de
regresión, y es suponer que un cambio en una
variable es “ocasionado” por un cambio en la otra
variable. Los análisis de regresión y correlación
no pueden, de ninguna manera, determinar la
causa y el efecto. Si se dice que existe una
relación lineal entre el número de canas y de
arrugas que van apareciendo en una persona, no
se puede decir que una ocasiona la otra pues es
muy posible que existan otras variables asociadas
que sean la causa; en este caso la edad de la
persona, por ejemplo.
La validez de una conclusión de tipo causa y
efecto requiere de una justificación teórica, o del
buen juicio por parte del analista. (Anderson,
Sweeney, & Williams, 2001)
15 Conclusiones
Referencias
El análisis de regresión lineal simple, como parte
de la inferencia estadística, es fundamental para
determinar relaciones de dependencia lineal entre
variables y establecer su validez con el fin de
hacer estimaciones y predicciones dentro de un
intervalo de confianza deseado.
Anderson, D., R., Sweeney, D. J. y Williams, T.
A. (2001). Estadística para administración y
economía (7a ed., Vol. II). México: Thomson.
Obtener una ecuación de regresión que describe
el comportamiento lineal entre dos variables
permite pronosticar valores futuros de la variable
bajo análisis con cierto grado de certeza, lo cual
constituye una herramienta poderosa pues le da al
profesional la posibilidad de hacer ajustes en los
procesos, tomar decisiones o establecer políticas.
Por ejemplo, si un profesional de la
administración pública en el campo de la salud
utiliza el estudio realizado con los niños de
Ciudad Bolívar y concluye que los valores
observados y estimados están por debajo de la
media nacional o local podría establecer un
programa que mejore la calidad de la
alimentación de estos niños.
Ducuara Mora, P. E. (2012). "Determinantes
socio-económicas de la desnutrición global
infantil en la localidad de Ciudad Bolívar en el
Año 2011". Bogotá, Colombia. Trabajo de grado
Así mismo, si un ingeniero eléctrico realiza el
análisis sobre la relación de dependencia entre la
temperatura ambiente y la demanda de energía
eléctrica puede anticipar la cantidad de energía
que debe generar la central y así evitar
sobrecargas en los equipos de alguna subestación
y por consiguiente impedir apagones en la
ciudad.
A pesar de lo importante que resulta ser para
cualquier profesional el conocimiento y uso del
análisis de regresión, es una herramienta muy
poco aprovechada como lo demuestran un gran
número de trabajos de grado a nivel de posgrado
y trabajos de investigación en los cuales el
desarrollo estadístico solo se limita a la parte
descriptiva y no a la inferencial.
Devore, J., L. (2005). Probabilidad y estadística
para ingeniería y ciencias (6a ed.). México:
Thomson Learning.
Evans, M. y Rosenthal, J., S. (2005).
Probabilidad y estadística. La ciencia de la
incertidumbre. Barcelona: Reverté.
Freund, J., E. y Simon, G., A. (1994). Estadística
elemental (8a ed.). México: Prentice Hall.
Levin, R., I. y Rubin, D., S. (2004). Estadística
para administración y economía. México:
Pearson Educación.
Lopera, C., M. (2002). "Análisis de residuales",
en Universidad Nacional de Colombia:
http://www.docentes.unal.edu.co/cmlopera/docs/
Estad2/2_RLM/2.(Complemento)Análisis
de
Residuales y Otros en RLM.pdf
Mendoza, H., Vargas, J., López, L. y Bautista, G.
(2002). "Métodos de regresión", en Universidad
Nacional de Colombia:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/20
07315/
Miller, I. (2000). Estadística matemática con
aplicaciones. (6a ed.). México: Pearson
Educación.
Muñoz, R., L., A. (2006). "Comprobación de los
supuestos del modelo de regresión lineal", en
Universidad Autónoma de Occidente:
http://augusta.uao.edu.co/moodle/file.php/284/18
_supuestos_de_la_regresion_lineal.pdf
[Escribir texto]
Pacheco, P. (2012). "Validación de supuestos" en
Universidad
Nacional
de
Colombia:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/di
s_exp/und_3/pdf/validaciondesupuestosunidad
3b[1].pdf
Vilar, J. (2006). Identificación de valores atípicos
y observaciones influyentes, en Universidad de
La
Coruña:
http://www.udc.es/dep/mate/estadistica2/sec4_6.
html
Walpole, R. E. y Myers, R. H. (1999).
Probabilidad y estadística para ingenieros (6a
ed.). México: Prentice Hall.
[Escribir texto]
DISEÑO HIDRÁULICO Y SEGUIMIENTO DE OBRAS PARA EL CONTROL
DE EROSIÓN EN RÍOS Y TALUDES EN LOS TRAMOS 2 y 3 DE LA VÍA
BOGOTÁ-VILLAVICENCIO
Ernesto Torres Quintero1, Jiseld Solanyi Benavides Contreras2, Heidy Alexandra Robayo
Botero3
Fecha de recepción 10/09/2014
Fecha de aceptación del artículo 14/10/2014
Resumen
Esta investigación del Grupo TECOAMBIENTAL, presenta un análisis de los diseños para
obras de estabilización para el control de erosión en los tramos 2,3 y 4 vía Bogotá-Villavicencio.
En el proyecto se realizó la identificación de varias cuencas hidrográficas de estudio para
determinar caudales máximos anuales con la información obtenida de la estación del IDEAM
identificada con el nombre de Caraza. Dando secuencia con el desarrollo del proyecto, se
planteó un cálculo de diseño hidráulico del vertedero tipo Creager ubicado en el Puente María
Auxiliadora. También se hizo un análisis del viaducto con la formula hidráulica de Manning; a
estos cálculos se les realizó un análisis de mejoramiento para esas obras y evitar su deterioro por
condiciones naturales del río Cáqueza.
Palabras Claves
Diseño Hidráulico, Seguimiento de Obras, Control de Erosión, Ríos, Taludes, Bogota,
Villavicencio
1
Ingeniero Civil Magíster Recursos Hidráulicos. Grupo TECOAMBIENTAL. Docente Investigador Programa de
Ingeniería Ambiental.
2
Auxiliar de Investigación, Grupo TECOAMBIENTAL.
3
Auxiliar de Investigación, Grupo TECOAMBIENTAL.
1
Abstract
This research TECOAMBIENTAL Group, presents an analysis of designs for stabilization
works to control erosion in sections 2.3 and 4 via Bogota-Villavicencio. In the project the
identification of several watersheds study was conducted to determine annual peak flows with
the information obtained from IDEAM station identified with the name of Caraza. Giving
sequence to the project, a calculation of hydraulic design type Creager weir located in the Mary
Help Bridge was raised. There was also an analysis of the viaduct with hydraulic Manning
formula; these calculations was performed an analysis of improvement for these works and
prevent deterioration by natural conditions Cáqueza river.
Key Words
Hydraulic Design, Monitoring Of Works, Erosion Control, Rivers, Taludes, Bogota,
Villavicencio
1. Introducción
Estas alternativas se evaluaron en cuanto a aspectos ambientales con el fin de seleccionar las
condiciones adecuadas para que sea beneficios para el municipio de Cáqueza, población aledaña
y principalmente para los usuarios que se movilizan por el corredor vial hacia la ciudad de
Bogotá y Villavicencio. Del análisis resuelto para ambos diseños se identificó que para controlar
la erosión y/o socavación de las estructuras se deben mejorar las estructuras teniendo en cuenta
las características apropiadas de la zona. Ya en el planteamiento de los diseños se ejecutaron
estudios de tipo geológico, geomorfológico e hidrológico para generar posibles riesgos y
afectaciones.
Para los estudios anteriormente nombrados se desarrolló el análisis, trazo de las cuencas,
selección de las estaciones del IDEAM para acceder a los registros de caudales y precipitaciones
de la zona, se escogieron dos (2) estaciones Caraza para información de Caudales y Las Casas
para información de precipitaciones. Finalmente se realizaron unas fichas de manejo ambiental
para las obras de control de erosión, las cuales se desarrollaron en el siguiente orden: en primera
medida se realizó una identificación de los antecedentes de las obras que se han venido
2
realizado en los últimos años identificando por qué las estructuras no han solucionado del todo
la erosión que se presenta y su respectivo impacto en los diferentes componentes a estudiar,
además se realizó una pequeña descripción de las obras con el fin tener una claridad de estas, así
como la posibilidad de hallar la importancia de esas obras y la adecuación de modificar dichos
trabajos para que tengan una mejor viabilidad y mejorar su vida útil.
2. Área de estudio
El área de interés se ubica entre los municipios de Chipaque y Caquezá. El estudio se realiza
para varias Cuencas y Microcuencas divididas de la siguiente manera tal como se muestra en la
siguiente tabla y en la imagen.
Tabla 1 Cuencas y Microcuencas de Estudio.
Cuencas
1
2
3
Microcuencas
4
5
6
7
3.
Curso
X
Estación Carraza
0426 N
Pte. María Auxiliadora 1014614
Viaducto
1018396
Obra control erosión
X
Gavión
1003851
Disipador Energía
1003900
Disipador Energía
1006751
Bascula
1010388
Fuente: Elaboración propia.
Y
7402 W
0979801
0978771
Y
0983589
0983187
0983188
0980381
Área [Km2 ]
13.37
2.64
2.53
Área [Km2 ]
0.08
0.15
0.15
0.15
Tipo de Investigación
La investigación de este proyecto es de tipo cualitativa-cuantitativa puesto que el desarrollo se
basa en el análisis de los estudios del estado de los diseños y del medio ambiente de las obras
hidráulicas para el control de erosión en la vía y se hace una revisión de los cálculos para el
vertedero tipo Creager que se encuentra en el puente María Auxiliadora; sumado a ello, se
efectúa el planteamiento de las fichas de manejo ambiental para las obras en taludes y ríos.
La fase cuantitativa porque se requiere hacer un diseño hidráulico para el control de erosión ya
que de esta manera se adquieren conocimientos además de que se hace la elección correcta del
diseño que permite reducir los riesgos en la vía, se identifican las características de beneficio en
pro de la población y el medio ambiente respectivamente, utilizando herramientas como lo
instrumentos de medición para recolección de datos e información.
3
4. Resultados
a. Cuenca del río Cáqueza
El río Cáqueza toma su nombre al entrar al municipio del mismo nombre, luego de la
confluencia de los ríos Une y Guativas. Su recorrido es corto haciéndolo de occidente a oriente.
Luego de recibir las aguas del río Une recibe las aguas de varias quebradas por las dos márgenes
como Puente Gallo, del Guamo, San Porro, la Mendoza que nace en la Laguna Negra, Cinativa,
Santa Rosa, Las Manitas y Negra; los cuales, beneficiando en buena parte el municipio de
Cáqueza, Entrega sus aguas al río Negro a una altura aproximada de 1400 m. De acuerdo con la
codificación de unidades hidrográficas el río Cáqueza se comporta como una subcuenca de la
cuenca del río Negro.
El área del río Cáqueza dentro del municipio es de 8147.02 has, que corresponden al 72.4% del
área total del municipio. Se ubica a los 1750 metros sobre el nivel del mar y pertenece los
climas extremadamente frío pluvial, frío seco y húmedo así como medio seco.
Tabla 2. Características morfométricas de la cuenca.
Cuenca
Área
Km2
Longitud
corriente
principal
(Km)
Río
Cáqueza
294.3
34.71
Perímetro
(Km)
Longitud
Axial
(Km)
Ancho
promedio
(Km)
83.67
24.73
11.90
Forma de
la cuenca
(Kc)
Oval
redonda a
Ovaloblonga a
las
crecidas
Fuente: (Páez, 2013)
b. Estado actual de la cuenca
La fuente principal presenta un caudal de 7,84 m3/s. El uso fundamental que se le está dando al
recurso agua es el consumo humano y la producción agropecuaria; Las coberturas forestales que
4
protegen a esta fuente son muy limitadas, por consiguiente la fauna de ésta zona no es muy
significativa bajo estas condiciones.
El río cuenta con un bajo poder de captación de aguas lluvias, índices de escurrimiento muy
altos y procesos erosivos moderados; se requiere de prácticas de manejo para disminuir la
velocidad de las aguas de escurrimiento y mantener los procesos erosivos dentro de los niveles
normales. Esto se debe al conflicto de uso de los suelos que se presentan en la are de influencia
cercanos a la cuenca del río Cáqueza.
El camino de herradura existente en el margen izquierdo de la cuenca y el carreteable de la
margen derecho que actualmente son utilizados por la población cercana a la cuenca para el
transporte y posterior comercialización de los productos agropecuarios así como los
desplazamientos a los diferente municipios de Cundinamarca, son vía de entrada esporádica de
ganado. (Abner, 2013, págs. 27,30).
c. Aspectos Climáticos
El Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales -IDEAM- cuenta con
estaciones en el municipio de Une, estas estaciones reportan datos las 24 horas del día, todos los
días del año, en estos momentos desde hace varios años no se registran datos.
Con los registros de las siguientes estaciones se utilizan para el desarrollo del proyecto, la
descripción climatológica es referida a partir de información secundaria de los datos Estadísticos
de Hidrología y Climatología con registro de años 1986 a 2006, que se encuentra disponible de
la estación Las Casas identificada con el código 3503008 de tipo pluviográfica (PG), ubicada a
2100 metros sobre el nivel del mar, en el municipio de Cáqueza, dadas las coordenadas (0427N7356W).
También se encuentra la estación CARAZA identificada con el código 3502710 de tipo
Lignigráfica (LG), ubicada 2020 metros sobre el nivel del mar, en el municipio de Cáqueza,
dadas las coordenadas (0426N-7402W), para esta estación se tomara en cuenta los últimos 18
5
años dados los registros del año 1992 a 2009 en caudales máximos anuales, administrada por el
IDEAM.
A continuación se presenta el análisis de los datos arrojados por las estaciones meteorológicas
anteriormente nombradas, esto con el fin de conocer las características climáticas del municipio
además estas se tienen en cuenta para el desarrollo del proyecto.
d. Precipitación
Las lluvias comienzan a evidenciarse en el mes de marzo y su intensidad se empieza a notar a
medida que avanzan los meses, teniendo un tope máximo hasta el mes de julio con lluvias
promedio entre 60 y 105 mm/mes. Se inicia el descenso de las mismas hasta finales de
noviembre y en algunos sectores a principios de diciembre con precipitaciones entre 15 y 50
mm/mes, para un total de 9 meses lluvias marcadas; su máxima intensidad se presenta en
consecuencia de que en este lapso la ZCIT se desplaza hacia el norte.
Ilustración 1. Variación de la precipitación, Estación las Casas.
Fuente: (Ideam, 2006)
e. Temperatura
Se observa que la temperatura es inversamente proporcional a la precipitación. Es evidente que
al disminuir las lluvias, aumentan las temperaturas y si estas bajan es por el aumento o llegada
6
del periodo húmedo. La temperatura media oscila entre 16°C en el mes de julio y 17,5°C en los
meses secos. De acuerdo con la información de la Estación las Casas.
Ilustración 2. Variación de la Temperatura, Estación Las Casas
Fuente: (Ideam, 2006)
f. Intensidad de precipitación
Para el análisis de las curvas IDF, se utilizó la estación “Las Casas”, la cual se encuentra
ubicada en el municipio de Une, en el Río Caquezá y proporciona la información de
precipitación utilizando las gráficas de fluviógrafo de la base de datos del IDEAM, la
metodología se aplica en la selección de los valores en función del tiempo y total de
precipitación; como se observa en la lustración 2.
La intensidad de precipitación que debe usarse en la estimación del caudal máximo de aguas
lluvias corresponde a la intensidad media de precipitación dada por las curvas IDF para el
periodo de retorno de diseño que se asume para la investigación y una duración equivalente al
tiempo de concentración de la escorrentía.
7
Ilustración 3. Curva de Intensidad Duración Frecuencia, Estación Las Casas
Fuente: (Estudios y Diseños Para La Construcción Del Plan Maestro De Acueducto Y
Alcantarrillado Del Municipio De Une -Cundinamarca, 2013)
Tabla 3. Valores de la precipitación (mm/hora). Estación las Casas Cáqueza
(Estudios y Diseños Para La Construcción Del Plan Maestro De Acueducto Y
Alcantarrillado Del Municipio De Une -Cundinamarca, 2013)
Tiempo
retorno
(años)
2
5
10
20
50
100
Intensidad de la lluvia (mm/h)
Duración de la lluvia (minutos)
5
22
35
43
52
62
70
10
20
31
38
45
55
62
20
17
26
33
39
47
53
30
14
22
28
33
40
45
60
12
18
22
27
32
36
120
9
14
17
20
24
27
180
7
10
12
14
16
18
g. Selección del período de retorno
Con la información obtenida se procede a realizar el análisis de la relación entre la intensidad de
precipitación en minutos para un periodo de retorno considerado de 100 años. Esto permite que
8
a medida que aumenta el tiempo de retorno, la precipitación siempre aumente y siga
aumentando, aspecto que se debe tener en cuenta en el momento del diseño para el vertedero
tipo Creager. Esta es la estructura que se quiere construir para que dure un buen tiempo y que no
presente complicaciones en su formación a medida que aumente las precipitaciones con los
años.
h. Análisis estadístico de datos hidrológicos
Con base en la determinación del área aguas arriba de la estación Caraza, del puente María
auxiliadora sobre la corriente del río Cáqueza, se calcula el caudal máximo de diseño que
contribuye a cada área del puente y el viaducto.
La determinación del caudal máximo de diseño para el vertedero tipo Creager, no solo se tiene
en cuenta la localización de la cuenca en el plano cartográfico y además de la información de los
caudales de la estación CARAZA, los cuales ayudan al cálculo más estimativo del caudal de
diseño.
Para los fines de este proyecto, se procedió al cálculo del caudal de diseño teniendo en cuenta
los últimos 18 años de la estación CARAZA con los registros de caudales máximos anuales para
relacionarla con el caudal calculado de la cuenca. El método se presenta a continuación:
i. Estación Caraza
Esta estación se eligió para el desarrollo del proyecto puesto que es la que está más cercana al
área de estudio con una altura de 2100 msnm a comparación de otras estaciones y sobre la
corriente del Río UNE, ya que desde este nace el río Cáqueza.
9
j. Modelo de distribución
El análisis de frecuencias tiene la finalidad de estimar precipitaciones, intensidades o caudales
máximos, según sea el caso, para diferentes períodos de retorno mediante la aplicación de
modelos probabilísticos.
En la estadística existen diversas funciones de distribución de probabilidad teóricas; para el
desarrollo del proyecto se escoge la fórmula tipo Weibull.
Para la aplicación de esta fórmula se utilizaron los datos obtenidos de la estación Caraza para los
caudales anuales que representan 18 años atrás. Además, se debieron organizar de menor a
mayor para calcular la probabilidad para luego utilizar dichos datos en la gráfica Gumbel.
Tabla 4. Datos ordenados de menor a mayor para los caudales de la estación Caraza.
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Caudales m3/s
Probabilidad
22,6
0,05
23,3
0,11
29,6
0,16
33,9
0,21
35,9
0,26
36,4
0,32
36,6
0,37
44,5
0,42
46,6
0,47
47,0
0,53
48,2
0,58
49,4
0,63
50,1
0,68
50,1
0,74
51,7
0,79
56,5
0,84
79,4
0,89
80
0,95
Fuente: Elaboración propia.
10
A continuación se presentan los resultados apoyados con dos gráficas de probabilidad de
Gumbel llamados papel de gumbel-aritmetico y papel de gumbel-logarítmico, en donde se
ubican los cálculos obtenidos anteriormente para la probabilidad. Esto se hace con el fin de
determinar el caudal de diseño para el vertedero en un periodo de retorno de 100 años.
k. Estimación de caudales
Cuando no existen datos de aforo se utilizan los datos de precipitación de la estación como datos
de entrada a una cuenca que producen un caudal (Q). Cuando se produce precipitación, la
cuenca se humedece totalmente de manera progresiva, infiltrándose una parte en el subsuelo y la
otra se convierte en flujo superficial.
Se realiza un análisis estadístico de los caudales máximos anuales para la estación más cercana
al punto de interés, en este caso CARAZA. Se calculan los caudales para el período de retorno
de interés (100 años son valores estándar) usando la distribución Gumbel.
En este caso se realizó regla de tres para determinar los caudales faltantes para el Puente María
Auxiliadora y para el Viaducto como se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 5. Caudales Máximos.
Cuenca
Área (Km2)
1Estacion CARAZA
13,37
2Pte María Auxiliadora
16.01
3Viaducto
18.54
Fuente: Elaboración propia
Caudal (m3 /s)
82
98.19
113.70
l. Caudal de Diseño
Con respecto a la determinación del causal de diseño que se determinó en cálculos anteriores
para dimensionar el proyecto, se usó la información proporcionada por el estudio hidrológico. El
caudal de diseño que garantiza la estabilidad de las estructuras en este caso para el puente María
11
Auxiliadora y el vertedero Creager, es el de 82m3/s teniendo en cuenta el diagnóstico
previamente realizado de los daños existentes a causa de la socavación que existe.
m. Diseño Hidráulico para el Vertedero Tipo Creager
El cálculo hidráulico considerado para establecer las dimensiones mínimas de la sección del
vertedero, se fundamenta en la metodología que plantea el autor Hernán Materón en su libro
‘Obras Hidráulicas Rurales’, por ser el procedimiento más utilizado y de fácil aplicación que
permite obtener las condiciones óptimas de diseño adecuado.
A continuación se muestra el diseño para el caudal máximo que se determinó por medio de la
gráfica Gumbel:
Tabla 6. Cálculos con el caudal máximo (Vertedero Creager).
N° de formula
1
Nombre
Unidad
Resultado
Longitud
L [Mts]
25
Caudal
Q [m3/s]
82
L [Mts]
2
2
Altura de la Presa
Altura del agua en la cresta
Hd[Mts]
1.47
3
Relación
[h/hd]
17.01
4
Velocidad
V [Mts/S]
2.23
5
Altura de energía
He [Mts]
3.70
6
Profundidad Critica
Yc [Mts]
1.05
7
Velocidad Critica
Vc [Mts/s]
3.20
8
Perfil Aliviadero
X
0.3
0.6
0.9
Y
0.04
0.14
0.30
1.2
1.5
1.8
0.51
0.76
1.07
9
Pozo de amortiguación
V1 [Mts/s]
7.32
10
Altura de la salida
Y1 [Mts]
0.45
11
Numero de Froude
Nf
3
12
Altura del diente
h1/Y1 [Mts]
0.31
13
Altura del resalto
Y2 [Mts]
0.81
14
Altura del salida del canal
Y3 [Mts]
0.64
Lj [Mts]
2.48
15
Longitud pozo de
amortiguación
Lj [Mts]
4.78
Promedio Lj
[Mts]
3.63
Fuente: Elaboración propia.
12
La tabla anterior especifica las medidas adecuadas para el diseño del vertedero tipo Creager,
teniendo en cuenta las condiciones actuales de la estructura que cuenta con una longitud 10.4m,
esta longitud no es pertinente para el diseño que se plantea para un periodo de retorno de 100
años, debido a que esta estructura fue diseñada para tiempos secos donde el caudal es pequeño y
se despreció temporadas de lluvias donde el caudal aumenta considerablemente y sobre pasa la
altura de la estructura rebosando por el borde libre, demostrando así las fallas de diseño que
llevaron al deterioro de la estructura y su rompimiento.
El objetivo de esta investigación es replantear estas medidas de diseño, para que la estructura
tenga una durabilidad de 100 años y no sufra tantos daños en periodos de tiempo muy corto
como se viene presentando exactamente en el puente maría Auxiliadora, por lo anterior como
primera medida se tiene en cuenta la longitud del vertedero la cual debe ser ampliada
aproximadamente a 25 m como parámetro inicial de diseño, acorde con el valor máximo que
puede presentar el río en periodo de precipitaciones con valores muy altos, incrementándolo el
caudal a 82m3/s y de esta manera se evita que el flujo del agua rebose la estructura.
A continuación se observa los valores calculados para el vertedero Creager, cumpliendo con las
condiciones para que la estructura soporte los caudales máximos y así mismo los mínimos, que
se presentan en diferentes épocas del año.
Ilustración 4. Diseño vertedero Creager
Fuente: Elaboración propia
13
Otras de las fallas identificadas de la estructura es la ausencia del perfil del aliviadero ya que
esta estructura no conto con esta condición de diseño, además de esto no se retiró rocas de gran
tamaño lo que genero un resalto hidráulico descontrolado e generando socavación en la base de
la estructura; teniendo en cuenta este diagnóstico se plantea diseñar el perfil del aliviadero con
las dimensiones establecidas en la tabla 13, lo que va a permitir producir y al mismo tiempo
retener el resalto hidráulico que se genera con el fin de convertir el flujo supercrítico en flujo
subcrítico, y así evitar el proceso de socavación que se produzca aguas abajo de la estructura,
Asegurando a si la durabilidad del vertedero. A continuación en la ilustración 5 se puede
observar el perfil del aliviadero.
Tabla 7. Perfil del Aliviadero.
X
Y
0.3
0.04
0.6
0.9
1.2
0.14
0.30
0.51
Fuente: Elaboración propia
1.5
0.76
1.8
1.07
Ilustración 5. Perfil del Aliviadero
Fuente: Elaboración propia.
Puntos definidos para estimar el tiempo de concentración para las microcuencas
14
Los puntos para estimar el tiempo de concentración, se encuentra en la siguiente tabla con las
coordenadas correspondientes.
Tabla 8. Puntos para estimar el tiempo de concentración.
Código
4
5
6
7
8
Curso
X
Quebrada Migua
1003851
Quebrada Migua
1003900
Quebrada Migua
1006751
Quebrada Munar
1007318
Quebrada San porro
1010388
Fuente: Elaboración propia.
Y
0983589
0983187
0983188
0982924
0980381
n. Tiempo de concentración
Se debe determinar la determinar la pendiente con la siguiente formula:
𝑆:
𝐻𝑚á𝑥 − 𝐻𝑚𝑖𝑛
𝐿
Aplicando esta fórmula se obtiene las pendientes para cada una de las Microcuencas, como se
ilustra en la siguiente tabla:
Tabla 9. Pendientes de las Microcuencas.
N° de
Microcuenca
1
2
3
4
5
Cota
Cota
Longitud
Máxima
mínima
[Mts]
[Mts]
[Mts]
3200
2600
2000
3200
2500
3000
3200
2300
4000
3500
2200
10000
2600
2300
3000
Fuente: Elaboración propia
Pendiente
0,30
0,23
0,23
0,13
0,10
Aplicando la formula Kirpich, se obtienen los siguientes tiempos de concentración:
𝑇𝐶: 0.01595 ∗ 𝐿0.77 ∗ 𝑆 −0.385
15
Tabla 10. Tiempo de concentración para las Microcuencas.
N° de
Longitud Pendiente
Tiempo de Concentración
Microcuenca
[Mts]
[Minutos]
1
2000
0,30
8,83
2
3000
0,230
13,36
3
4000
0,225
16,82
4
10000
0,13
42,06
5
3000
0,100
18,41
Fuente: Elaboración propia
Al calcular el tiempo de concentración se procede a utilizar la curva Intensidad Frecuencia
Duración (IDF), para determinar la Intensidad para cada cuenca, cabe señalar que para el diseño
de obras viales, la selección de período de retorno depende de la importancia de la estructura.
Los períodos de retorno en obras viales, varían típicamente entre los 25 y 100 años. Es inusual
usar períodos de retorno mayores a 100 años en el diseño hidráulico de obras viales.
Para el tipo de obras que se escogieron de drenaje urbano se seleccionó un periodo de retorno de
50 años y con ello se realiza el caudal de escorrentía.
Tabla 11. Intensidad con un tiempo de retorno de 50 años.
N° de
Tiempo de
Tiempo de
Intensidad
Microcuenca Concentración
retorno
[Minutos]
[años]
[mm/hora]
1
8,83
50
57
2
13,36
50
51
3
16,82
50
50
4
42,06
50
36
5
18,41
50
49
Fuente: Elaboración propia
16
Intensidad de
diseño
[l*s/ha]
158,46
141,78
139,00
100,08
136,22
Para determinar el coeficiente de escorrentía se tiene en cuenta la siguiente información:
Tabla 22. Valores típicos del coeficiente de escorrentía C.
Fuente: (Maccaferri, 2013)
El área de drenaje se determinó por medio de un plano geográfico de la zona que muestra las
curvas de nivel, definiendo los bordes topográficos de las áreas que aportan agua al sistema de
drenaje. Para determinar el caudal de la cuenca del río Caquezá aguas arriba y de las
Microcuencas se determina con la siguiente ecuación:
𝑄: 𝐶 ∗ 𝐼 ∗ 𝐴
Tabla 13. Caudales máximos.
Microcuenca
N°
1
2
3
4
5
Coeficiente
de
escorrentía
C
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
Intensidad
Área
l*s/ha
Ha
158,46
8,13
141,78
15,00
139,00
15,00
100,08
15,33
136,22
15,00
Fuente: Elaboración Propia
Caudal
Caudal
l/s
386,25
638,01
625,50
460,19
612,99
m3/s
0.39
0.64
0.63
0.46
0.61
A continuación se calcula la altura del agua “hv” en tres de los disipadores de energía que se
encuentran sobre el corredor vial (Disipador 1 Km 11+00, Disipador 2 Km 11+900 y disipador
3 Km 12+040) de la vía Bogotá Villavicencio; para verificar si el caudal que se proyectó para 50
años no sobre pasa las dimensiones de las estructuras y que cumplan su función de proteger el
talud.
17
Calculo del vertedero Rectangular
Q=1.84 ∗ 𝐿 ∗ ℎ𝑣 3/2
ℎ𝑣 3/2 =
𝑄
1.84 ∗ 𝐿
Tabla 14. Alturas del agua en el vertedero-Disipador de energía.
Microcuenca
N°
1
2
3
Longitud del
Caudal
vertedero
(Disipador)
m3/s
m
0.39
0.70
0.64
0.70
0.63
0.70
Fuente: Elaboración Propia
hv
m
0.49
0.49
0.48
De acuerdo al caudal se proyectó la altura del nivel del agua en los disipadores, demostrando
que estas estructuras dimensionalmente controlan el agua de escorrentía que se genere en los
próximos 50 años, sin percance alguno.
ñ. Viaducto
Para justificar el diseño que existe en el viaducto se requiere utilizar la metodología de cálculo
“ecuación de Manning” dada por el ingeniero irlandés Robert Maninng en 1889 que presento
esta ecuación.
La cual se modificó más adelante hasta llegar a su bien conocida forma actual. Esta ecuación fue
desarrollada a partir de siete ecuaciones diferentes, basada en los datos experimentales de Bazin
y a demás verificada mediante 170 observaciones, debido a la simplicidad de su forma y a los
resultados satisfactorios que arroja en aplicaciones prácticas, la ecuación de Maninng se ha
convertido en la más utilizada de todas las ecuaciones de flujo uniforme para cálculos de flujo
de canales abiertos.
18
El modelo de Manning se expresa por la siguiente ecuación:
𝟐
𝑨 ∗ 𝑹𝟑 ∗ 𝑺𝟏/𝟐
𝑸=
𝒏
Donde:
Q: Caudal [m3/s]
A: Área de la sección de flujo [m2]
R: Radio hidráulico.
En la fórmula de Maninng se encuentra que la mayor dificultad está en la determinación del
coeficiente de rugosidad “n” ya que no existe un método exacto para la selecciona del valor de
este; por lo anterior el autor Ven te chow, plantea una tabla de valores comunes de “n” con
diferentes rugosidades para diferentes tipos de canales que determina las condiciones naturales
de cada uno; para el estudio del canal el cual se analiza en esta investigación se sigue la
metodología de Ven te Chow comparando e identificando el respectivo “n” y el tipo de canal
como se observa en la ilustración 19
El valor de “n”, correspondiente al canal, representa aproximadamente el coeficiente de
rugosidad que para este caso es 0.028
Para Calcular la pendiente se reemplaza la fórmula:
Cota máxima: 2000 m
Cota Mínima: 1500 m
Longitud Del Río Caquezá: 14 km
𝑆:
2000𝑚−1500𝑚
14000𝑚
=0.035
Se despeja A*R2/3 Factor de sección del flujo uniforme
𝑄∗𝑛
𝑆 1/2
: 𝐴 ∗ 𝑅 2/3
113.70𝑚3/𝑠∗0.028
0.0351/2
19
: 17.01
El Caudal experimental se determinó anteriormente como se muestra en la tabla 15
(15.51m3/S), para determinar el factor de sección del flujo uniforme.
El caudal sería:
𝑸=
𝟐. 𝟑𝟑 ∗ 𝟎. 𝟎𝟑𝟓𝟏/𝟐
= 𝟏𝟓. 𝟓𝟔 𝒎𝟑 /𝒔
𝟎. 𝟎𝟐𝟖
Se realiza cálculos a diferente altura como se muestra en la siguiente taba:
Tabla 3. Calculo de la altura de la sección del canal que contiene el agua
Altura
Y
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Perímetro
Mojado
P
2.12
4.24
6.36
8.49
10.61
12.73
Factor de sección
Radio
para el cálculo de
Área
Hidráulico
flujo uniforme
A
R
AR^(2/3)
2.25
1.06
1.79
9
2.12
7.14
14.25
2.24
10.06
20
2.36
13.05
26.25
2.47
16.16
33
2.59
19.42
Fuente: Elaboración Propia.
Para determinar la profundidad del canal se grafica los valores de Y vs AR2/3, obteniendo que el
factor de sección del flujo uniforme no superara la altura de los espigones, demostrando que
estas obras no tendrán problema y evitaran que el agua no se rebose hacia las columnas del
viaducto en un tiempo de retorno de100 años.
20
Ilustración 6. Curva para determinar la profundidad del canal
Fuente: Elaboración Propia
Ilustración 7. Sección trasversal del canal en forma perpendicular a la dirección del flujo
Fuente: Elaboración Propia.
En la ilustración 7 se observa el esquema de la sección trasversal del canal en forma
perpendicular a la dirección que lleva el flujo, indicando el nivel máximo al cual podrá llegar el
agua en tiempo de fuertes precipitaciones, alcanzando una altura de 2.52 m, teniendo en cuenta
las dimensiones de la obra de espigones y gaviones se demuestra que la estructura está en
condiciones para evitar el paso del afluente a la columnas del viaducto evitando los procesos de
socavaciones dados años atrás y subsanando la problemática que genera el Río Cáqueza en el
viaducto.
21
Fichas de manejo ambiental
Ficha de Manejo Ambiental 1. Diseño Hidráulico vertedero Tipo Creager
PROGRAMA
Diseño hidráulico del vertedero tipo Creager para el control de erosión
OBJETIVO
Implementar y rediseñar las medidas del vertedero tipo Creager, para evitar la erosión
hidráulica en las columnas del puente María Auxiliadora.
METAS
Aumentar la vida útil del vertedero tipo Creager a 100 años , con el fin de evitar la
afectación a la zona de estudio
IMPACTOS A MANEJAR
Alteración de las columnas de puente María Auxiliadora
Generación de Erosión Hídrica.
Correctiva
TIPO DE MEDIDA
LOCALIZACIÓN Y/O BENEFICIADOS
Kilómetro 26 vía Bogotá Villavicencio, municipio de Caquezá.
Usuarios que se movilizan por el corredor vial y población aledaña.
ACCIONES DE MANEJO
Realizar un diagnóstico del estado actual de la estructura hidráulica.
Determinar falencias y posibles errores en el diseño
Seguimiento de la estructura Hidráulica en periodos húmedos y secos.
Identificar las condiciones geológicas, geomorfológicas e Hidrológicas de la zona.
Establecer el diseño con las condiciones ideales para el vertedero tipo Creager según
Hernán Materón.
Formular los resultados obtenidos durante todo el proceso investigativo.
22
SEGUIMIENTO Y MONITOREO
Imagen N°1
Previo a la contruscción de la presa
Creager se puede apreciar notablemente la
existencia de socavación bajo la estructura
del puente, lo cual ocasiono el deterioro
de las columnas del mismo; a un cuando
se utilizaron otras medidas como los
bolsacretos, que no brindaron la solución
adecuada lo que llevo a la construcción
de la Presa Creager
Imagen N°2
En la imagen se puede observar la
construcción de la Presa, evidenciando un
factor determinante para la vida útil de
esta, como lo es la enorme roca ubicada
inmediatamente en la parte inferior de
salida del flujo, la cual ocasiono un
resalto hidráulico
que deterioro el
concreto en la base de la estructura
rompiendo la estructura.
23
Imagen N° 3
Como consecuencia de la afectación
anterior se evidencia la ruptura de la
presa, lo que con lleva a la acumulación
de sedimentos arrastrados por la corriente
turbulenta, que afecta la estructura.
Debido a las causas nombradas anteriormente se formula un diseño hidráulico con nuevas
medidas, evitando el deterioro de las columnas del puente y prolongando la vida útil de la
presa Creager, teniendo en cuenta las condiciones geológicas, geomorfológicas e
hidrológicas de esta zona.
Para la descripción del diseño de la presa Creager observar la tabla N° x
INDICADORES
Nombre del indicador
Formula
𝑂𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑖𝑑𝑎𝑠
∗ 100
𝑂𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟
Estructuras Hidráulicas
DESCRIPCIÓN
Concreto
Varillas
Desvió Río
Mano de obra
RESPONSABLE DE LA EJECUCIÓN
Ingeniera Ambiental
COSTOS
VALOR
UNIDAD CANTIDAD
UNITARIO
m3
100
$ 400.000
Kg
11000
$ 6.000
Global
Global
$ 30.000.000
Trabajador
4
$ 3.000.000
VALOR
TOTAL
24
VALOR TOTAL
$ 40.000.000
$ 66.000.000
$ 30.000.000
$ 12.000.000
$ 148.000.000
Ficha de Manejo Ambiental 2. Obras hidráulicas protección del Viaducto
PROGRAMA
Obras hidráulicas para la protección del viaducto
(Espigones – Gaviones)
OBJETIVOS
Realizar un diagnóstico las obras hidráulicas implementadas en el viaducto para el
control de erosión en las columnas del mismo.
Determinar con la formula hidráulica de Manning, el comportamiento del caudal del río
Cáqueza.
METAS
Realizar el 100% de las obras necesarias para evitar la socavación de las columnas del
viaducto para un periodo de durabilidad de 100 años.
IMPACTOS A MANEJAR
Deterioro de la estructura , por aumento del Caudal en el río Cáqueza
Socavación en la base de las columnas
Preventiva
TIPO DE MEDIDA
LOCALIZACIÓN Y/O BENEFICIADOS
Kilómetro 31 vía Bogotá Villavicencio – Viaducto
Usuarios que se movilizan por el corredor vial y población aledaña.
ACCIONES DE MANEJO
Realizar un diagnóstico del estado actual de los gaviones y los espigones.
Determinar si las obras hidráulicas amortiguan la creciente del río evitando el paso del
agua hacia las columnas de viaducto.
Realizar Seguimiento de las estructuras en periodos húmedos y secos.
Determinar la altura de la sección del canal perpendicular al río con la fórmula
Hidráulica de MANNING.
25
SEGUIMIENTO Y MONITOREO
Imagen N°1
2006
2007
En las imágenes es evidente el deterioro que sufrieron las columnas del viaducto (el año
2007) donde la corriente del río pasaba al costado de la estructura, lo que ocasionó por
procesos naturales desvío del cauce causando una afectación en las columnas del víaducto,
perdiendo estabilidad y generando procesos de socavación como se puede observas en las
fotografías.
26
Para resarcir las alteraciones ocasionadas
por la corriente del río, se optó por
implementar una medida correctiva
utilizando obras de estabilización
(Gaviones) con el fin de evitar la erosión
en las columnas, igualmente para impedir
el paso del agua hacia estas.
2008
2013
2013
La alternativa de los gaviones no fue suficiente para controlar la problemática a la cual se
enfrenta el viaducto, por lo tanto fue necesario implementar nuevas obras en el 2011, en
este caso se complementó con espigones que actúan en defensa de crecientes y resulta
conveniente estas obras para la fijación de márgenes manteniendo el cauce del río.
Actualmente las estructuras combinadas de gaviones y espigones presentar falencias en
la base de estas, generando inestabilidad de la obra, rompimiento de las mallas y
generando acumulación de sedimentos de arrastre por la corriente del río.
27
INDICADORES
Nombre del indicador
Fórmula
𝑂𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑖𝑑𝑎𝑠
∗ 100
𝑂𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟
Obras de estabilización
Acciones Correctivas
RESPONSABLE DE LA EJECUCIÓN
Contratista e INVÍAS
COSTOS
VALOR
DESCRIPCIÓN
UNIDAD
CANTIDAD
UNITARIO
Metros
ESPIGON
30
$ 300.000
lineales
Desvió río
global
global
$20.000.000
Propio del proyecto
Rocas
mallas
Metros
lineales
100
Mano de obra
Trabajador
4
$ 30.000
$
3.000.000
VALOR
TOTAL
VALOR
TOTAL
$ 9.000.000
$ 20.000.000
$0
$ 3.000.000
12.000.000
$ 44.000.000
5. Conclusiones
La carretera Bogotá- Villavicencio se caracteriza por tener una topografía abrupta y por ser una
zona de alto riesgo sísmico que presenta fenómenos de deslizamientos caída de rocas y
frecuentes movimientos de masa, afectando la movilidad de los usuarios de la vía y poniendo
en peligro la integridad de las personas, lo que conlleva a la necesidad de instalar obras para la
estabilidad de taludes y el control de erosión.
Las obras hidráulicas que se encuentran sobre el corredor vial en los tramos 2 y 3 se caracterizan
por tener corrientes efímeras, lo cual significa que solo llevan abundante agua en época de
lluvias, de acuerdo al estudio de caudales que se realizó para periodos de retorno de 50 años, se
determina que estas estructuras son y serán autosuficientes para el tiempo estimado.
28
Las características que se tienen en cuenta como resultado de los cálculos para el diseño
Hidráulico del vertedero Creager en el km 24,presentan cambios y modificaciones considerables
como la ampliación del cauce actual a 25m de longitud, la proyección de caudal máximo anual
de 82m3/s, el cual corresponde a un periodo de retorno de 100 años, por otro lado el perfil del
aliviadero se debe ampliar a 3.63 m y se debe tener en cuenta la altura del diente
aproximadamente a 0.31 m asegurando el cambio de flujo supercrítico a subcrítico. Ya que en el
diseño actual estos parámetros no se tuvieron en cuenta obteniendo como resultado una
estructura obsoleta.
El vertedero tipo Creager es una obra que se construye con el fin de encausar el exceso de agua
que se incrementa en diferentes temporadas del año sin peligro de producir erosión y deterioro
en la estructura vial, y controlando que el afluente no se desborde y conserve su cauce natural.
La obra instalada en el km 31 en el sector del viaducto, “Espigones y gaviones”, es óptima para
evitar el desbordamiento del río Caquezá hacia las columnas del mismo, contando con que la
estructura soporte un posible caudal máximo (113.70m3/s), como el que se determinó en el
estudio teniendo en cuenta el área del cuenca y las variables utilizadas en la ecuación de
Manning, incluyendo posibles periodos de fuertes crecientes sin que afecten la estructura.
Las fichas de manejo ambiental son una excelente herramienta que plantean medidas correctivas
y además el seguimiento de las obras que se han instalado en los kilómetros 26 y 31 vía Bogotá
- Villavicencio, donde se evidencia las fallas de estas estructuras para contrarrestar los procesos
de erosión y socavación en el puente María Auxiliadora y en el Viaducto.
29
Referencias
Chow, V., T. (2004). Hidraulica de Canales Abiertos. California: Mc-Graw Hill.
Hernán, M. (1997). Obras Hidraulicas Rurales . Santiago de Cali: Universidad del Valle .
Lopez, G., M. (1996). Manual de estabilidad de taludes. Vía Bogotá-Villavicencio: Instituto
Nacional de Vías.
Monsalve, S., G. (2000). Hidrología en la Ingeniería. Bogotá: Escuela Colombiana de
Ingeniería.
Maccaferri. (2009). Muro contra caída de piedras. Perú, Lima: Case History
Vélez, J. P. (2013). Aplicación De diferentes Metodologías para estimar de
curvas intensidad frecuencia duración en Colombia
Rocha, F., A. (2013). Consideraciones sobre las defensas fluviales a base de espigones.
Arequipa
Maccaferri (2009). Control de caídas. Costa Rica, Bajos del Toro: Case History
Fernández, B. F. C. D. del C. (2013). Field measurements of anchored flexible systems for slope
stabilisation: Evidence of passive behaviour. Engineering Geology.
Azzmi, M. Noor M., J. (2011). Geotechnical Approaches for Slope Stabilization in Residential
Area. Procedia Engineering.
30
José Benigno Lemus Alarcón1, Rolando
Luciano Serra Toledo2, Myriam Herrera
Paloma3, Alba Guiomar Soler Mantilla4
EXPERIMENTOS DIDÁCTICOS CON
PUNTERO DE DIODO LÁSER, QUE APOYAN
EL ESTUDIO DE LA ÓPTICA EN
INGENIERÍA
pedagógicas, constituyen para el estudiante una
intensiva experimentación, con el uso del puntero
1
Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de
Ingeniería, Universidad Libre de Colombia,
Bogotá, Colombia. Integrantes grupo de
investigación Colciencias: AVENCIT
2
Departamento de Física, Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de
la Habana, Cuba.
3
Departamento de Física, Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de
la Habana, Cuba.
4
Departamento de Física, Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de
la Habana, Cuba.
5
Fecha de recepción 03/03/2014
Fecha de aceptación del artículo 02/05/2014
Resumen
de diodo como elemento de apoyo (medio de
enseñanza) en el estudio, comprensión y ampliación
de los conceptos teóricos de óptica estudiados con
anterioridad o no, permitiéndole desarrollar
habilidades prácticas orientadas a proponer y
ejecutar otros experimentos aplicados a su rama del
conocimiento y en procesos que encontrará en la
industria y en su vida profesional. En esta
perspectiva, los experimentos, aquí planteados,
presentan al estudiante, una sugestiva oportunidad
para que explore y desarrolle gran parte de la óptica
aplicada.
En el mundo contemporáneo, toda actividad
humana se apoya de aplicaciones tecnológicas de
diverso tipo; en cada acción que realiza el hombre
utiliza medios tecnológicos para su optimización y
perfeccionamiento. El proceso educativo, no es
ajeno a dichos medios. El diodo laser, hoy con
amplias aplicaciones, industriales, médicas y de
entretenimiento entre otras, ha popularizado su uso
y de ahí que el puntero de diodo laser de bajo costo
y fácil manipulación, se pueda utilizar como medio
de enseñanza en el proceso de enseñanzaaprendizaje de la óptica en ingeniería y en otras
ramas del conocimiento; remplazando en todo o en
parte a los láseres convencionales, costosos, más
peligrosos y de difícil manipulación.
Palabras clave
Puntero de diodo laser, Enseñanza-Aprendizaje,
Medio de Enseñanza, Óptica
En éste trabajo, se muestran los resultados
preliminares de algunos de los experimentos
realizados en el laboratorio de física de la
Universidad Libre de Colombia. Estas prácticas
Abstract
1
In today's world, every human activity is imbued
with technological applications of various kinds, in
every action the individual uses technological
means for optimization and improvement. The
teaching - learning process, is no stranger to the
technological media. The laser diode, now with
wide applications, industrial, medical and
entertainment among others, has popularized its use
and hence the diode laser pointer, low cost and easy
handling, it can serve as aid of teaching in the
process of teaching and learning of optics in
engineering and other branches of the knowledge,
replacing in whole or in part to conventional lasers,
expensive, danger and difficult to handle.
practices are for the student an intensive
experimentation in the use of diode pointer as
support (through teaching) in the study,
understanding and expansion of the theoretical
concepts previously studied optical or not and to
allow develop practical skills to guide you to
propose and implement other experiments applied
to their branch of knowledge and processes found in
the industries in their professional life. In this
perspective, experiments, raised here, presented
with a suggestive opportunity to explore and
develop much of the applied optics.
In this paper, we present the preliminary results of
some experiments in the laboratory of physics at the
Universidad Libre de Colombia. These teaching
Diode laser pointer, Teaching-Learning, Aid for the
Teaching, Optics
Key words
1. Introducción
Desde cuando un equipo de investigadores de
varios laboratorios en forma casi simultánea, entre
estos la General Electric, en septiembre de 1962,
desarrollaron por primera vez, los Diodos Láser [1];
millones de ellos se han utilizado en una amplia
gama de productos tanto de consumo como de tipo
industrial; es así como hoy en día, son usados en los
reproductores de medios ópticos para leer datos de
CDs, DVD, HD-DVD y en la actualidad para
lectura–escritura en doble capa y así doblar la
capacidad de los recientes discos
Blu-ray. También se usan para producir los pulsos
de luz que viajan a través de fibras ópticas para
enlazar redes de computadoras, comúnmente
llamadas “autopistas de la información”. Las
impresoras láser utilizan diodos láser para generar
las cargas estáticas encargadas de atraer las
partículas de tinta de los tambores del tóner para la
impresión. Desde luego los punteros, usados para
presentaciones usan diodos láser; estos se han
utilizado en dispositivos que miden distancias y
niveles de control. Los diodos láser de mayor
potencia se utilizan tanto en cirugía para quemar los
tejidos con gran precisión sin afectar tejidos
vecinos, como en el corte y grabado de materiales
industriales.
Por ser los punteros de diodos láser (figura1),
elementos de fácil manipulación, económicos y de
bajo consumo de energía, se abren grandes
posibilidades de utilizarlos como medios en la
realización de los experimentos para la enseñanza
de la óptica y así remplazar en buena parte, los
láseres de He-Ne, usados (en laboratorios de óptica)
aún en la actualidad, dispositivos estos, de elevado
costo, de difícil manipulación, transporte y
mantenimiento.
Figura 1. Fotografía del clásico puntero láser.
Con respecto a la utilización del diodo laser como
medio de enseñanza de la óptica en ingeniería, no
se han encontrado ni reportado en toda la literatura
disponible sobre diseño y construcción de un
sistema completo de experimentos para la
enseñanza de la física en ingeniería, solo algunos
ensayos aislados, como por ejemplo, en Brasil y
España, [2], [3],[ 4] en donde se aplica el puntero
para realizar algunos experimentos de óptica
geométrica, propagación rectilínea de la luz,
reflexión, refracción y difracción entre otros.
2. Materiales y Métodos
Uno de los principales puntos en la agenda actual
de la Didáctica, es sin duda el uso de materiales
para la enseñanza pues constituyen
las
herramientas mediadoras del proceso enseñanzaaprendizaje entre el docente y el estudiante. Esto
supone considerarlos como elementos que ofrecen
la posibilidad de adquirir y facilitar la comprensión
de los saberes de las diferentes disciplinas, por
parte de los estudiantes.
En la abundante lista de las herramientas, recursos,
materiales y medios de enseñanza, usados con
intencionalidad didáctica en el proceso de enseñaraprender, se incluyen entre otros: instrumentos y
equipos de laboratorio, guías y libros de texto,
videos, cine de diversos tipos y formatos, textos
literarios, juegos didácticos, revistas, documentos
históricos, programas radiales y de T.V.,
documentales, tableros inteligentes, papelógrafos,
sitios Web, etc., que constituyen los elementos
facilitadores del aprendizaje; sin embargo, es
necesario, tener en cuenta además de las
herramientas, los criterios y fundamentos esenciales
para su selección, según la disciplina, contexto y
nivel académico de los estudiantes, para generar de
esa manera, buenas prácticas del proceso de
enseñanza. En otros términos los medios y su
selección deben estar sincronizados.
Ahora, algunas de las razones por las que se escoge
el puntero de diodos láser como herramienta para la
realización de experimentos de óptica, que facilitan
la comprensión y aprendizaje de la óptica y que
brindan grandes posibilidades para su utilización en
el diseño de nuevas prácticas. [ 5], [6], [7]. Son
entre otras:
 Umbral de corriente muy bajo,








Alta eficiencia,
Alta fiabilidad,
Gran durabilidad,
Bajo costo,
Permiten la modulación directa de la
radiación emitida, simplemente controlando
la corriente eléctrica a través de la unión p-n,
Volumen y peso pequeños,
Consumo de energía muy bajo,
Banda estrecha del espectro.
Los láseres semiconductores están dentro de los
más pequeños y eficientes que existen en la
actualidad; tienen tamaños del orden de los
micrómetros y emiten en longitudes de onda que
cubren la franja desde el infrarrojo hasta el azul (de
aproximadamente 500 nm). Debido al pequeño
tamaño del medio activo (unión P-N), la salida de
la luz láser es muy divergente y se requiere de una
lente para obtener una forma adecuada del haz. Por
esta razón el puntero láser ya la trae incorporada
[8], [9].
En la figura 2, se ilustra la anatomía interna del
puntero láser, alimentado por 3 pilas de las
llamadas de botón, de 1.5 V cada una, el módulo de
control del diodo láser y el módulo del diodo láser
[10], donde se puede apreciar la salida del haz.
Figura 2. Estructura interna del puntero láser.
Aunque el diodo láser de los punteros usados en los
experimentos que se describen en este trabajo,
cumple con lo establecido en las secciones 1040.10
y 1040.11 y está catalogado en la clase II de las
normas internacionales CFR (Code of Federal
Regulations) [11], debido a que por sus propiedades
de
emisión
tales
como:
direccionalidad,
coherencia, intensidad o alto brillo y monocromía
se debe garantizar una excelente seguridad en su
manejo; es vital, seguir las
recomendaciones y procedimientos.







siguientes
Tratar a la emisión láser con cierto respeto,
no es un juguete.
No mirar la salida del láser directamente,
(incluso cuando está apagado) ni mirar el
haz ni en forma directa ni reflejado con el
ojo desnudo ni con binoculares, lupas o
telescopios.
No es recomendable usar gafas de sol para
su visualización directa.
No apuntar el haz directamente hacia los
ojos de otra persona.
No dejar encendido los láseres si no están
en uso.
El laboratorio debe estar iluminado con la
suficiente luz, así la pupila permanece
contraída y se reducen los riesgos de daño
en la retina debido a exposiciones
accidentales.
Es conveniente despojarse de anillos,
pulseras bolígrafos de metal y de cualquier
otro elemento que pueda reflejar el haz
accidentalmente. Cubrir o retirar vidrios, y
elementos metálicos reflectantes como
herramientas y utensilios de laboratorio.
A. Desarrollo de las prácticas de laboratorio
Al hacer un análisis de los programas de física en
ingeniería en general, y en particular de la
asignatura de óptica, se seleccionaron y definieron
algunas de las prácticas de laboratorio que se
podían desarrollar con los punteros de diodo láser,
como fuentes de luz. En primer lugar se estudiaron
las características del puntero y luego se
desarrollaron los temas de óptica geométrica,
reflexión especular, reflexión difusa, reflexión
interna total pues esta explica el principio de
funcionamiento de los sistemas de comunicación
por fibra óptica.
Con el fin de obtener un material de bajo costo y
que los mismos estudiantes fabricaran sus propios
elementos de trabajo, se hicieron varias pruebas con
diferentes materiales caseros entre los que se
destaca, el uso de gelatina sin sabor como elemento
para construir lentes, prismas, láminas de caras
paralelas y en general medios refractantes; con la
ventaja de poder observar la trayectoria del haz
dentro de ellos. En la imagen adjunta (Figura 3), se
observan algunos de los elementos empleados en
las pruebas. En la actualidad, se están
perfeccionando los moldes y las técnicas de cortado
de los bloques de gelatina, para que las superficies
queden lo suficientemente lisas y de esa manera
minimizar los efectos de difusión tanto en la
reflexión como en la refracción.
Figura 3. Elementos refractantes de gelatina.
B. Ejercicios exploratorios con el puntero
láser
En seguida, se describen algunos de los ejercicios
exploratorios hechos con el puntero de diodo láser
para estudiar sus características de: Color,
Trayectoria del haz, Dispersión, Divergencia
angular e intensidad.
C. Color
El láser del puntero, emite una intensa luz roja de
una longitud de onda que está entre los 630 nm y
680 nm., esto se evidencia, proyectando el láser
directamente o atreves de objetos transparentes
como papel celofán de diferentes colores, uno a la
vez o combinados, a unos 20 cm de una pantalla o
de una pared; igual en las presentaciones con el
puntero, es evidente el color rojo que emite y se
proyecta en la pantalla.
D. Dispersión, visualización y trayectoria del
haz
Como es sabido, los objetos son visibles gracias a
la luz que dispersan hacia los ojos del observador.
La luz emitida por el láser, como la de cualquier
otra fuente, es invisible a no ser que se intercalen en
su camino, partículas transportadas por el aire,
humo o cualquier otro medio que refleje y disperse
el haz; es esta dispersión la que permite ver el rayo.
Este concepto se logra ilustrar con los siguientes
ejercicios.
Encender el láser y rociar en su camino, el
contenido de: un espray, un ambientador tipo
aerosol o incluso el rociado de agua; si los
observadores se sitúan a 90º con la dirección del
láser, éste será completamente visible mientras las
partículas del rocío, permanecen suspendidas en el
aire.
Se construye una cámara de humo tipo acuario,
utilizando
una cubeta de acrílico o vidrio
completamente sellada con un orificio de entrada
con cierre hermético y se deposita el humo
producido por el líquido parra máquina de humo, se
hace pasar el haz atreves de la cubeta y observar la
trayectoria del rayo. Este ejercicio, se puede
realizar incluso con solo dirigir el humo de un
cigarrillo en la dirección del rayo.
Ahora, la cubeta se llena con agua y se le adicionan
unas gotas de leche descremada, fluoresceína de
sodio suficiente para darle al agua el color
suficiente para que dispersen el rayo.
Se puede utilizar sal de fijación fotográfica disuelta
en agua adicionándole unas cuantas gotas de ácido
sulfúrico para que sus partículas se precipiten
lentamente y se pueda observar el haz.
El tanque con agua, es un excelente medio para
estudiar los fenómenos de reflexión, refracción,
reflexión interna total entre otros.
Otra forma de visualizar el haz, es hacerlo pasar por
un medio transparente. En la figura 4, se muestra el
paso del haz a través del medio gelatinoso
preparado para construir las lentes.
Figura 4. Trayectoria del haz por un medio
transparente.
E. Dispersión angular del puntero láser
El haz producido por el puntero es relativamente
estrecho, sin embargo, a cierta distancia, comienza
a notarse la forma de cono conocido como
“divergencia angular, dispersión angular o
divergencia del haz”; eso significa que el rayo no se
propaga completamente paralelo. La figura 5,
ilustra la naturaleza altamente direccional del haz
láser. La direccionalidad es la característica que
causa que el haz viaje en una dirección simple
dentro de un cono angosto de baja divergencia.
PUNTERO
Figura 5. Divergencia del haz del puntero láser.
El valor aproximado de la propagación angular
cuando se conoce la longitud de onda λ, está dada
por:
∆𝜃 ≈ 𝜆/𝐷
(1)
Donde ∆𝜃 el ángulo de, λ la longitud de onda de
haz y D el diámetro del haz a la salida del puntero.
Para el caso del puntero, en un experimento anterior
[12], se encontró que la longitud de onda del haz
que emite el puntero es de λ = 675 nm; valor que
está dentro del rango dado por el fabricante para
este tipo de diodo que como se ha indicado, está
entre 630 nm a 680 nm. Se mide el diámetro del
haz con ayuda de papel milimetrado y se encuentra
que esta alrededor de 3mm. Para éste caso,
aplicando la ecuación (1) se obtiene:
∆𝜃 ≈
675𝑛𝑚
3𝑚𝑚
O en grados
=
675 𝑋 10−9 𝑚
3 𝑋 10−3 𝑚
= 0.225 mrad
∆𝜃 = 0.0405º
(2)
En la figura 6., se describe otra forma de obtener el
ángulo, de la radiación emitida por un puntero de
diodo láser. Se representan las líneas rectas que
borden el haz y que generan el ángulo del cono de
divergencia. En éste caso, se registra la divergencia,
midiendo distancias L y diámetros d del haz en
puntos “1” y “2” de la trayectoria.
Figura 6. Medida del ángulo de divergencia del
haz.
Usando la geometría del gráfico, se puede obtener
una muy buena aproximación para la divergencia
del haz láser y que puede escribirse como:
𝑑 −𝑑
𝜃 = 𝐿 2 − 𝐿1
2
1
(3)
Aquí:
θ: es la divergencia de Haz (en radianes).
d1, d2: son los diámetros del haz en los puntos “1”
y
“2”.
L1, L2: son las distancias medidas a lo largo del eje
del láser, desde la salida del haz hasta los puntos
“1” y “2” respectivamente. Es de anotar, que en
algunos textos, se considera el ángulo de
divergencia, como la mitad del ángulo obtenido en
la ecuación (3).
Para medir los diámetros planteados, se calcan los
diámetros del haz usando una hoja de papel
milimetrado a diferentes distancias; luego, se traza
un gráfico de los diámetros del haz respecto a las
distancias. En seguida, se calcula la dispersión del
haz angular hallando la pendiente del gráfico es
decir, dividiendo en cambio en el diámetro del haz
sobre los cambios en las distancias como se
muestra en la ecuación (3). El cociente indicará el
ángulo medido en radianes. Ahora bien, si se
multiplica el valor obtenido por 1000 se obtiene la
dispersión del haz angular (haz de ángulo de
divergencia) en mrad (mili radianes). Como se hizo
en la ecuación (2).
F. Intensidad del haz
En comparación con una fuente convencional de
luz, una de las ventajas de un láser es que el rayo
por tener un haz intenso, su brillo no decrece con la
distancia; esto se puede evidenciar, colocando una
hoja de papel blanco en la pared frente al láser y
alejarse en forma continua hasta unos cuantos
metros y observar la intensidad de la mancha (esta
debe ser de color rojo brillante), con la ayuda de
otra persona. NOTA, nunca se debe mirar
directamente el haz del puntero.
Al comparar, la intensidad del láser con la emitida
por una bombilla incandescente convencional de 40
W, se nota que en comparación con el mW del
puntero, éste es mucho más intenso. Esta calidad de
brillo del puntero láser, lo hace único para su uso en
la mayoría de las manifestaciones ópticas Pero
también, significa que no se debe mirar
directamente al rayo y se deben tomar precauciones
para que el haz o su reflejo no vayan directamente a
los ojos de los demás presentes o en los
alrededores.
Ahora, una aplicación de los ejercicios
exploratorios con el puntero para medir una
distancia utilizando el método de triangulación.
G. Reflexión y refracción del haz
Figura 8. Reflexión refracción en medios de
gelatina.
Figura 7. Montaje para medir longitudes.
Como se ilustra en la figura 7, Se instala el láser en
una mesa sólida y utilizando una línea horizontal de
referencia trazada con el láser, se dirige el haz a un
objeto lejano situado en el punto O marcado
previamente sobre una pared.
Con el transportador se mide el ángulo 𝛼, formado
entre la posición 1 del láser y la traza horizontal. A
continuación, se mueve el láser a la posición 2 y de
nuevo se dirige el rayo al punto O de la pared y se
mide el ángulo 𝛽, formado entre la trayectoria del
láser y la línea base. Por último, se mide la
distancia b (correspondiente a la distancia entre A y
B de las posiciones 1 y 2). A partir de estas tres
medidas, los dos ángulos y la distancia (b) se forma
el triángulo AOB, del cual, con ayuda de la
geometría, se pueden determinar las distancias D1 y
D2. Correspondientes a las distancias entre las
posiciones A y D del láser con el punto O situado
en la pared y registradas en las ecuaciones (4) y (5)
respectivamente.
𝐷1 = 𝑏
𝑠𝑒𝑛 (180− 𝛽)
𝑠𝑒𝑛 (𝛽−𝛼)
𝑠𝑒𝑛 𝛼
𝐷2 = 𝑏 𝑠𝑒𝑛 (𝛽−𝛼)
Óptica geométrica.
(4)
(5)
En las fotos adjuntas Figura 8, se observan los
fenómenos de reflexión y refracción obtenidos con
una lente y un bloque de caras paralelas hechos con
gelatina. Al trazar la normal y aplicando la ley de
Snell, se logra obtener el índice de refracción de la
gelatina.
Figura 9. Visualización de la refracción de la luz.
En la figura 9, se ilustra la fotografía de la
desviación del rayo, debida al cambio de un medio
transparente a otro; en este caso del aire al agua
mesclada con unas gotas de leche descremada. En
el fondo del vaso, se observa la reflexión difusa que
sufre el haz del puntero láser. Con la ayuda de la
geometría, se pueden obtener los ángulos de
incidencia y refracción y así obtener el índice de
refracción de la mescla.
H. Reflexión interna total
Para éste experimento y con el fin de observar el
haz del láser, a través del líquido, también se
vierten unas cuantas gotas de leche descremada a
un vaso con agua y se dirige la luz del puntero láser
desde una de las paredes del vaso, por debajo del
nivel del agua, hacia arriba en forma inclinada
como se ilustra en la fotografía de la Figura 10,
buscando el ángulo crítico, hasta obtener la
reflexión interna total.
agua) a un medio de menor índice de refracción
(como el aire). En el experimento se observa cómo
el haz se refleja en la superficie del líquido y vuelve
a introducirse dentro del mismo. Variando la
orientación del haz, se pueden observar tanto el
fenómeno de la reflexión cono el de refracción y
medir los ángulos de incidencia, reflexión y
refracción, igual que el ángulo crítico y el ángulo
que genera la reflexión interna total. De esa manera
se estudian con buena aproximación, las leyes de la
óptica geométrica.
Este experimento es de considerable interés
práctico ya que es la base de la explicación del
funcionamiento de las fibras ópticas, elementos hoy
en día imprescindibles en la comunicación y
transmisión de voz y datos a grandes distancias.
3. Resultados y Discusiones
De los resultados obtenidos en el presente trabajo,
merecen ser resaltados entre otros, los siguientes
aspectos:
Figura 10. Reflexión interna total.
En la foto de la figura 10, y su geometría se observa
el fenómeno de reflexión interna total del haz. Este
fenómeno se produce cuando el ángulo incidente
del haz que llega a la superficie de separación de
dos medios de diferentes índice de refracción
supera el valor del ángulo crítico; que es el
obtenido cuando el haz incidente hace que el rayo
refractado, se encuentre a lo largo de la frontera de
la sustancia. Trazando la normal, se obtiene el
ángulo crítico como:
𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑟 sin 𝜃𝑟
(6)
Cuando 𝜃𝑟 = 900 , se obtiene que 𝜃𝑖 = 𝜃𝑐 y si
𝑛𝑟 = 1
Entonces:
sin 𝜃𝑐 =
1
𝑛𝑖
(7)
Este efecto, solo tiene lugar cuando el haz pasa de
un medio de mayor índice de refracción (como el
Se hizo un análisis de la importancia y factibilidad
para utilizar los punteros láser como medios de
enseñanza de la óptica en carreras de ingeniería.
Se notó la importancia de aplicar los punteros de
diodo láser y sus características, en las diferentes
prácticas de laboratorio que se están desarrollando
en la asignatura de óptica.
Un punto importante, es que se logró incrementar el
grado de motivación en los estudiantes de
ingeniería para el estudio y disfrute de la óptica, y
así conseguir y buscar nuevas aplicaciones en los
diferentes frentes del conocimiento.
Se continúa con el trabajo y desarrollo de
experimentos de óptica básica y aplicada utilizando
los punteros láser como fuente de emisión de luz.
En la actualidad se están haciendo pruebas con el
puntero para analizar fenómenos como: el efecto
Thyndal como una aplicación directa de la
dispersión del haz; la cromatografía de columna
con un puntero láser basado en el índice de
refracción y un sistema de detección (fotómetro).
Se destaca además, la participación activa tanto de
estudiantes como de docentes de diferentes
carreras, en el desarrollo del proyecto no solo de
Universidad Libre de Colombia sino también de
otras instituciones no solo de ingeniería sino de
otros programas.
Con los resultados obtenidos, se abre la posibilidad
de utilizar los experimentos realizados y sus
resultados en las diferentes áreas del conocimiento
y en la búsqueda de otras aplicaciones.
4. Conclusiones
Se han presentado algunos de los montajes, el
diseño y realización de una parte de una serie de
experimentos que apoyan el estudio de la óptica en
ingeniería, utilizando los punteros de diodos láser
como fuente de luz, ya que por sus cualidades,
constituyen una buena opción para la enseñanza de
la óptica en ingeniería.
Los experimentos aquí planteados, se pueden
realizar tanto en el laboratorio de física como en el
aula o incluso en la casa de cada estudiante ya que
no requieren ni de montajes ni equipos especiales.
De esta manera se favorece y apoya la comprensión
de las leyes y conceptos de la Física y en particular
de la Óptica en momento y sitio determinado.
De igual manera, estos experimentos, ayudan a
incrementar la motivación de los estudiantes por la
disciplina pues le permiten diseñar y realizar
nuevos experimentos y montajes relacionados
directamente con su carrera profesional.
Con el desarrollo de los experimentos, se introduce
la importancia de la utilidad del puntero de diodo
láser como una herramienta en la las
investigaciones científicas apropiadas para los
estudiantes tanto de niveles básicos como de
niveles más avanzados.
Referencias
[1] Bertolotti, M. (2005). The history of the laser,
University of Rome. La Sapienza, IOP Publishing
Ltda.
[2] Carreras, B., C. (2006). “El trabajo
experimental en la enseñanza de la Física”,
Revista Española de Física, Volumen 20, Nº 2,
Madrid
[3] Roman, Ya. K.. “Advanced Optics with Laser
Pointer and Metersticks”, New York City College
of Technology, the City University of New York,
2005. Disponible en arXiv:physics/0508210v1.
[4] Viscovini, R., C. (2000).“Kit de Experimentos
Ópticos com Apontador Láser”, Revista Brasileira
de Ensino de Física, vol. 22, Nº. 1,143-145,
Campinas,
[5] S. L, S.(2006).“Semiconductor Physical
Electronics”, Springer, USA, Second Edition.
[6] Sands, D. (2005). Diode Lasers, Series in
Optics and Optoelectronics, IOP Publishing Ltd,
London, UK.
[7] Rasnell, L., Industrial laser Technology,
Catálogo
productos 2008. Disponible en,
www.rasnellaser.com
[8] Sony semiconductor, “Laser Diode Guide”,
Sony Corporation, 2000.
[9] Sanyo Electric. Co. Ltda, “Laser Diode Guide”,
Sanyo Electric. Japan 2007.
[10] Hill, J. (2005). “The diode laser” Physics 464
Physics
––Applied.
Optics
Applied
Optics3/1/053/05
[11] CFR 1040 2010 Performance Standards for
Light-Emitting Products: Section 1040.10 Laser
Products and Section 1040.11 Specific Purpose
Laser Products. (Maryland: FDA). Disponible en:
http://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/c
fcfr/CFRSearch.cfm?fr=1040.10
[12] Lemus, J. et al. “Los diodos láser. Necesidad
de su utilización en la enseñanza de la física en
ingeniería y resultados preliminares de su
aplicación”. 14 Convención científica de Ingeniería
y Arquitectura. La Habana Cuba 2008.
LA IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN EN LAS
ORGANIZACIONES AUTOMATIZADAS
11
Paula Andrea Pardo Clavijo , Roger González Jaramillo
2
Estudiante Ingeniería de Sistemas Decimo Semestre11, Estudiante Ingeniería de Sistemas Noveno
Semestre2
[email protected]
[email protected]
Fecha de recepción 01/09/2014
Fecha de aceptación del artículo 14/10/2014
Resumen
Palabras Claves
Con el paso del tiempo los sistemas de
información han logrado sobresalir en el
entorno organizacional, como eje que afianza
e integra cada uno de los entes que la
conforman,
ya que mediante la
implementación de estos sistemas se logra
mejoras relevantes que marcan un nuevo
inicio en la historia de la entidad que lo
aplique, logrando automatizar los procesos
operativos, tener mayor flexibilidad en su
infraestructura, alcanzar una interrelación
entre la empresa, el mercado, la
competencia, los proveedores y los entes
gubernamentales,
presentando
una
interacción entre cada uno de estos sistemas,
lo cual le permite responder rápida, exigente,
eficaz y efectivamente ante los retos del
entorno.
Automatización, Dinámica,
Información,
Inteligencia de Negocios, Integración,
Organización, Sistema
1
Abstract
Over time, information systems have
managed to excel in the organizational
environment as bailing axis and integrates
each of the entities that make it up, because
by implementing these systems is achieved
significant improvements that mark a new
beginning in history of the entity that
administers, making automated operational
processes, have more flexibility in their
infrastructure, achieve a relationship between
the company, the market, competitors,
suppliers
and
government
agencies,
presenting an interaction between each of
these systems, allowing you to respond
quickly, demanding, efficient and effective
response to the challenges of the
environment.
Key
Words
Automation,
Dynamics,
Information, Business Intelligence,
Integration, Organization, System.
1. Introducción
2. Automatización en las organizaciones
En la actualidad, oír hablar de automatización
es común, teniendo en cuenta que los procesos,
las técnicas y los sistemas de producción han
cambiado con el paso del tiempo, desde los
más rudimentarios hasta los más sofisticados.
La automatización1, de manera general,
comprende varios dispositivos, alguno de ellos
podrían considerarse tales como sensores,
actuadores o PLC, componentes capaces de
observar y controlar todo el proceso de
manufactura, es por ello que los agente
inteligente2 [1] al estar conformados por 3
estructuras: Un sensor3, un módulo de
razonamiento4 y un actuador5 [2], permiten
involucrar la toma de decisiones acerca de los
cambios que deben hacerse en cada uno de los
procesos, controlando todos los aspectos que
estos involucran.
La industria actual se ve expuesta a diversas
situaciones de las que debe emerger, si dentro
de sus objetivos está el sobrevivir ante los
bruscos cambios de su entorno, teniendo en
cuenta que los mercados requieren de
competencias cada vez más intensas, la
abundante demanda de bienes y el incremento
de servicios personalizados, que exigen
productos hechos en menor tiempos y con
mayor calidad; la oferta y vida útil de los
productos de consumo obligan a tener
tecnologías que brinden mayor flexibilidad,
con gran velocidad de respuesta
a los
requisitos estatales, al cumplir con sus
proveedores y
la satisfacción de las
necesidades de sus clientes, actualizando
simultáneamente los conocimientos de la
fuerza laboral.
Son tan diversas las aplicaciones de los
agentes inteligentes como diversos son los
tipos de problemas que se pueden resolver con
ellos [3], al ser capaces de auto aprender,
autoevaluarse y cambiar su acción para así
responder o actuar de acuerdo al ambiente en el
cual está inmerso [4].
En la antigüedad los procesos de manufactura,
eran 100% centralizados, en donde un PLC era
el encargado de interconectar cada una de las
Es por ello que la automatización de los
procesos industriales contribuye a una elección
de las entidades, en búsqueda de la
competitividad,
mediante
las
mejoras
funcionales y estructurales, de su sistema.
1
Entiéndase por automatización, al proceso de hacer que las
maquinas sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o
ninguna mano de obra, usando equipos y dispositivos especializados
que los permitan ejecutar y controlar.
2
Un agente inteligente dentro de un contexto informático, se concibe
como un programa de computador capaz de realizar diferentes tipos
de tareas que requieren de cierto grado de inteligencia y aprendizaje
con un alto nivel de autonomía.
3
El sensor se encarga de percibir el entorno y comunicarlo al módulo
de razonamiento.
4
El módulo de razonamiento, mediante un proceso cognitivo
determina una conducta acorde con el objetivo deseado.
5
El actuador ejecuta la acción.
2
maquinas del sistema, este modelo presentaba
ciertas desventajas con respecto al que hoy se
busca adoptar (esquema distribuido), ya que si
fallaba una máquina que dependiera
funcionalmente de otra, estas no tenían la
capacidad de interactuar entre sí para
autorregularse; suponga así, una planta de
textiles en donde una cinta transportadora
suministra diferentes tipos de tela a la máquina
que clasifica y entrega posteriormente a la
cortadora, en donde la segunda anteriormente
mencionada deja de cumplir su función,
ocasionando una falla en la línea de
producción, ya que la primer máquina que es la
encargada de suministrar la materia prima al
estar programada de determinada forma, no
suspenderá su actividad sino se le da la orden
directamente,
ocasionando
incalculables
perdidas, al no tener interconexión con el
estado de todas las maquinas o al menos con
las que interactúa.
capacitada para poner en operación la línea de
producción establecida, ocasionando que al
innovar un producto las herramientas
empleadas en el proceso inmediatamente
anterior fueran obsoletas.
Sin embargo con el rápido progreso que la
ciencia y la tecnología han venido presentando,
especialmente a lo largo del siglo XX, en
cuanto a la innovación de los equipos que
permiten un excelente sistemas de control, se
ha mejorado eficazmente las operaciones,
logrando incrementar la productividad.
La automatización entonces, se vio impulsada
en gran parte por el control numérico (CN6),
avance que se dio a principios de 1950, que
junto con la instauración de las computadoras,
impulso tecnologías como el control numérico
computacional (CNC), control adaptativo
(CA), controlador lógico programable (PLC) y
sistemas de manufactura integrada por
computadora, con modelos como (CAD7,
CAE8, CIM9, CAM10).
Figura 2. Modelos de implementación en
manufactura.
6
El control numérico (CN) es un sistema de automatización de
máquinas que brinda herramientas que son operadas mediante
comandos programados.
7
El diseño asistido por computadora o CAD (computer-aided design),
es el uso de un amplio rango de herramientas computacionales de
asistencia.
8
La Ingeniería asistida por computadora o CAE( Computer Aided
Engineering) es el conjunto de programas informáticos que permiten
analizar y simular los diseños de ingeniería, para
9
La manufactura integrada por computadora es la integración de las
computadoras en todos los aspectos del proceso de manufactura.
En función de consolidar lo anteriormente
mencionado, basta con ver en la historia, hacia
la década de 1950 aproximadamente, en donde
la mayor parte de las operaciones de
manufactura eran efectuadas con maquinaria
tradicional como tornos, fresadoras, prensas y
demás, las cuales carecían de flexibilidad, al
requerir en gran medida de mano de obra
10
La fabricación asistida por ordenador o CAM (computer-aided
manufacturing), es una metodología de diseño de productos en los
que se incluye la participación activa de un computador.
3
embargo a continuación se mencionaran
algunos de los objetivos, se cree de manera
generalizada se destacan:
o Integrar diversos aspectos de las
operaciones para mejorar la calidad.
o Mejorar la productividad.
o Reducir la intervención humana.
o Economizar espacio.
o Reducción de costos a largo plazo.
o Organizar el proceso para satisfacer la
demanda.
Figura 3. Componentes requeridos por una
entidad para que pueda ser automatizada.
Los anteriormente descritos dependen en gran
medida de lo sofisticada que desee llegar a ser
la entidad que implante la automatización,
como estrategia de negocio.
En la anterior imagen (Figura 3) se pueden
observar los componentes básicos que debe
tener una organización antes de pensar en
automatizar sus procesos, en donde todas sus
máquinas deben contar con un sistema de
control numérico computacional, para así tener
la posibilidad de crear un sistema de
información que rija los subsistemas que
conforman cada una de las maquinas como
entes activos y funcionales.
b. Pirámide de automatización
La siguiente figura (Figura 4) representa la
disposición de la planta automatizada, en
donde cada uno de los niveles representa un
área funcional de la misma; la fase operativa
está contenida por los dos nivel inferior (nivel
1 - 2), mientras que la siguiente que es la de
supervisión está integrada por el (nivel 3), y la
superior que es la de administración tiene 3
niveles en su interior (nivel 4 - 5 - 6).
a. Objetivos de la automatización
Como se ha venido tratando, la automatización
de procesos11, sin duda, constituye uno de los
objetivos de las organizaciones modernas
permitiéndoles permanecer activas en el
entorno de alta competitividad al cual están
sujetas.
Los objetivos que busca cada organización con
la introducción de la automatización en cada
uno de sus procesos, depende de las
necesidades que avoque estas entidades, sin
Figura 4. Pirámide de automatización.
11
Considérese la automatización de procesos como el conseguir que
mediante la utilización de técnicas de control, este funciones sin
intervención humana.
Nivel 1: Siendo una parte fundamental de la
red de campo, en el están ubicados los
4
dispositivos de medida, por un lado, los
sensores que cumplen la función de transmitir
y traducir las señales que percibe del entorno,
por ejemplo, miden las variables de los
procesos, tales como la temperatura, la presión,
el nivel de agua y el caudal; por otro lado están
los actuadores que se encargan de ejecutar las
ordenes de los elementos de control, son
dispositivos
como
motores,
válvulas,
calentadores y cortadoras.
control de producción, almacenamiento de
datos, etc.).
Nivel 2: En él, están ubicados los
controladores lógicos programables (PLC´s),
los cuales ocupan el nivel superior de la red de
campo, siendo los encargados de ordenar las
acciones a los actuadores, al recibir la
información de los distintos sensores, por lo
cual los dispositivos de este nivel permiten que
los sensores y actuadores funcionen de forma
conjunta para realizar los procesos que estén a
su consideración.
Nivel 5: En este nivel se encuentra el sistema
de ejecución de la manufactura (MES), el cual
dirige y monitoriza los procesos de producción
en la planta, incluyendo el trabajo manual o
automático de informes.
Nivel 4: El sistema de control distribuido
(DCS), forma parte vital de la fase
administrativa, al ser un sistema de control
aplicado a entornos dinámicos, en donde el
sistema de los controladores está conectado
mediante redes de comunicación y de
monitorización, para su vigilar y control.
Nivel 6: La planeación de los recursos
empresariales (ERP), son los sistemas de
información gerenciales que integran y
manejan muchos de los negocios asociados con
las operaciones de producción y de los aspectos
de distribución de una compañía, formando
parte del nivel más superficial en una entidad.
Nivel 3: Hace parte de la fase de supervisión,
el presente nivel pretende monitorear por
medio de una red de comunicación, todos los
dispositivos de control existentes dentro de la
entidad; al estar constituidos por computadores
o sistemas de visualización tales como
interfaces humano – maquina (HMI). En este
nivel es posible visualizar como se están
llevando a cabo los procesos en la línea de
producción, a través del control de supervisión
y adquisición de datos o SCADA, al ser un
sistema basado en computadores que permite
supervisar y controlar variables de proceso a
distancia, proporcionando comunicación con
los dispositivos de campo por medio de un
software especializado, también provee de la
información que se genera en el proceso
productivo a diversos usuarios, tanto del
mismo nivel como de otros usuarios dentro de
la empresa (supervisión, control calidad,
La estructura piramidal descrita anteriormente,
da un enfoque integrador, el cual precisa la
unificación de las células de automatización, en
donde la comunicación que exista entre cada
una de ellas, es de vital importancia para llevar
a cabo un excelente proceso automatizado,
pese a la enorme demanda de información
manejada en todas las unidades funcionales de
la empresa. Los niveles deben estar
interconectados entre sí, permitiendo controlar
los tiempos de respuesta de los dispositivos de
control, los cuales deben ser cortos y
deterministas, en donde las perturbaciones
clásicas del entorno han de poder ser
soportadas sin que ello afecte a la fiabilidad y
disponibilidad de las instalaciones.
5
Basado en la cantidad de máquinas
numéricamente controladas (NC), y en su
distribución, un FMS se puede dividir en cinco
clases:
c. Celdas de manufactura flexible
Un sistema de manufactura flexible12 (FMS),
es un conjunto de máquinas controladas por
computadoras, incluyendo dentro de este
sistema, los procesos de transporte, carga y
descarga de material. Todos estos equipos
están supervisados y también controlados por
una computadora central.
o
o
o
o
o
Estos sistemas de fabricación surgieron en la
década de los 80 como consecuencia de la alta
demanda de productos, la mayor calidad de los
mismos, la globalización de los mercados y el
aumento de los índices de la competitividad.
3. Taxonomía estructural de los FMS
Módulos de Manufactura Flexible
Celdas de Manufactura Flexible
Grupos de Manufactura Flexible
Sistemas de Producción Flexible
Líneas de Manufactura Flexible. Así,
Todos los procesos son coordinados y
supervisados
por
un
sistema
administrativo. Actualmente, cuando
los cuatro procesos ilustrados en la
(Figura 5), se hacen automáticamente,
se
tratan
como
si
fueran
completamente independientes.
En el sentido más amplio un FMS, puede estar
formado de tres subsistemas: fabricación,
maquinado y ensamble. Cada uno de estos tres
subsistemas puede estar altamente integrado
con almacenamientos automatizados y con
sistemas de diseño ayudados por computador
(Figura 5).
Sin embargo el FMS requiere una mayor
integración de todos esos procesos. Por lo cual,
a mayor grado de automatización de un FMS,
mayor debe ser la integración necesaria entre el
diseño de la parte, la programación de la
máquina, la programación y el proceso de
maquinado de cada una de las partes
integrantes [5].
La integración entre un FMS y un sistema de
almacenamiento
automatizado
es
frecuentemente utilizada en un sistema de
manejo de materiales; por ejemplo, un sistema
de vehículos guiados automáticamente, y un
sistema de computador.
4. Recomendaciones
Desarrollar una investigación que permita
estructurar un sistema de información, que
brinde los más altos estándares de calidad en la
toma de decisiones.
Implantar los agentes inteligentes en los
procesos industriales, de tal forma, que se
puedan aprovechar las características que
ofrecen para estar a la vanguardia del entorno.
Las aplicaciones de los conceptos del FMS a la
fabricación, al maquinado y al ensamble y su
integración
con
los
sistemas
de
almacenamiento automatizado y de diseño
ayudado por computador podrán demostrar las
completas ventajas del concepto.
Para tener una perspectiva más clara, respecto
a lo que se pretende brindar por medio de este
artículo, en cuanto a la implantación de un
sistema de información que rija los procesos
automatizados, se recomienda obtener
el
12
Hace referencia a que mediante un FMS se pueden fabricar varios
productos simultáneamente, si el mercado así lo requiere.
6
artículo anterior que se enfoca más a la
últimamente mencionada [6].
Referencias
[1] Serrano, C., (2011). La contabilidad en la
era del conocimiento. Sistemas informativos
contables.
Universidad
de
Zaragoza.
Recuperado
30,
01,
2011.
De
http://ciberconta.unizar.es/leccion/introduc/482
.HTM
.
5. Conclusiones
La información que podemos como humanos
procesar es superior al tiempo que el negocio
requiere para ser competitivo, por ello se debe
implementar sistemas automatizados y cien por
ciento interconectados.
[2] Russell, S., y Norvig, P., (1996).
Inteligencia Artificial: Un Enfoque Moderno.
Ed. Prentice Hall.
El proceso de toma de decisiones a nivel
empresarial,
requiere
de
determinadas
herramientas que garanticen la eficacia y
fidelidad de las mismas.
[3] Nafarrete, O., R. (2008). Aplicaciones para
Agentes Inteligentes en Mercadotecnia.
Mercadotecnia Global: Revista de Mercados y
negocios Internacionales. Instituto Tecnológico
de Estudios Superiores de Occidente (ITESO)
– México. Recuperado 16, 09, 2012. De
http://www.mktglobal.iteso.mx/index.php?opti
on=com_content&view=article&id=112&Itemi
d=110
Es de vital importancia tener implantada la
automatización en las entidades que así lo
requieran, pero más que esto, se necesita de un
sistema de información que rija, interconecte,
controle y administre cada uno de los entes
automatizados.
[4] Artificial Intelligence Center. – AIC –.
(2005). The open agent architecture – OAA –.
AIC. Recuperado 12, 02, 2011 de
http://www.ai.sri.com/~oaa/main.html#1
La automatización de los procesos industriales
contribuye a una elección de las entidades, en
búsqueda de la competitividad, mediante las
mejoras funcionales y estructurales.
[5] Jaramillo C. Sistemas de manufactura
flexible: Un enfoque estructural. Dpto. de
informática U.C.P.R. Unidad no. 414. Curso
desescolarizado 861001 Recuperado 02, 06,
2012
de
http://biblioteca.ucp.edu.co:8080/jspui/bitstrea
m/10785/157/1/SISTEMAS%20DE%20MAN
UFACTURA%20FLEXIBLE%20UN%20ENF
OQUE%20ESTRUCTURAL.pdf
Se requiere de un completo sistema de
información
que le permita a las
organizaciones situarse en un excelente lugar
dentro del ámbito competitivo, al brindarle
información oportuna, veras y fidedigna de
toda su estructura, al igual que la interrelación
que presenta está con los demás sistemas que
interactúa, permitiéndole tomar las mejores
decisiones a nivel organizacional.
[6] Moreno, D. Gonzáles, R. Pardo, P. (2011).
“Multiagentes y Holones de Manufactura: Un
Paralelo Holístico”, en Historia y Practicas
Investigativas de los Semilleros en Ingeniería.
Editorial Kimpres Ltda. Pág. 218. ISBN 978958-8534-53-4
7
Los Semilleros de investigación: Una apuesta al fortalecimiento de la
investigación formativa
Rodrigo Velásquez Giraldo1
Resumen
Si el presente es la clave del pasado como lo dijo Sherlock Holmes, el texto que se
presenta sintetiza el devenir más reciente de los semilleros de investigación en la Facultad
de Ingeniería de la Universidad Libre-Bogotá. Más que una reflexión, el propósito es
sistematizar, clasificar y registrar el estar y que-hacer de los grupos de semilleros
destacando diversos aspectos de su desarrollo tales como el crecimiento por programa, el
número y estado de los proyectos ; el acompañamiento de los grupos por parte de los
docentes-investigadores y la participación en diferentes eventos académico-investigativos.
Se trata de un breve estado de conocimiento de los semilleros pretendiendo que sea
sistemático, ordenado y organizado,
de tal manera, que estos datos sirvan para
posteriormente explicar otros.
Palabras clave Investigación, semilleros, registro, proyectos, acompañamiento
Abstract
If present is the key to the past as Sherlock Holmes once stated, the text ahead summarizes
the most recent state of mind of the “research breeding ground” in the Libre University
Engineering Department, in Bogotá. . More than being a reflection, the purpose is to
systematize, classify and register the state and the work of the breeding ground research
groups, highlighting different aspects in their development, such as the growth of the
program, the number and balance of the projects, the coaching of the teachers-researchers
to the groups and the participation in events both academic/research.
Key words: research, breeding ground, register, projects, coaching
2
1
Docente-Investigador y Coordinador de semilleros de Investigación – Facultad de Ingeniería.
1
Hoy los semilleros de investigación hacen parte del andamiaje, la organización y la gestión
de la investigación formativa de la Facultad porque de una manera visible se materializa su
accionar, tanto en el tiempo de las reuniones de trabajo, la participación en los eventos, el
trabajo de campo en los proyectos ,las actividades de capacitación y la interacción
permanente con los asesores en donde el integrante del semillero va ganando terreno en
diversos aspectos formativos, tanto a nivel de conceptos relacionados con las gramáticas
básicas de la investigación como a nivel de su práctica investigativa en temas de logística,
procesos metodológicos y trabajo de campo.
Como lo enseña la gráfica 1, al cierre del Primer Semestre del año 2013 en la Facultad de
Ingeniería se han conformado desde el 2003 un total de 86 los grupos en donde el
programa de Ingeniería industrial tiene una leve ventaja sobre los demás programas
(27.5%; 26.5% y 23%) , Sistemas, Ambiental y Mecánica , respectivamente.
Cuadro 1. Histórico grupos de semilleros en Ingeniería.
Programas
Grupos
Ambiental Industrial Mecánica Sistemas
Activos
15
10
12
8
Inactivos
3
2
3
3
Egresados
5
9
4
8
Desertados
2
3
3
6
Total
25
24
22
25
Fuente: Base de datos Coordinación Semilleros.
Total
45
11
26
14
96
Gráfica 1. Histórico grupos de semilleros en Ingeniería.
16
14
12
Activos
10
8
Inactivos
6
Egresados
4
Desertados
2
0
Ambiental
Industrial
Mecánica
Sistemas
Fuente: Base de daos Coordinación de Semilleros.
2
En estos procesos formativos los semilleros pasan por
tropiezos. En esta secuencia se identifican semilleros
Desertados. Como lo muestra la misma gráfica 1, la
desertados entre 2004 y 2013 es baja, comparada con
activos.
fases de desarrollo y también
activos, inactivos, Egresados y
cifra de 14 semilleros, 14.5%
los semilleros graduados y los
2. Los semilleros activos
La Gráfica 2 muestra la distribución actual de los semilleros activos. Puede observarse un
repunte de los grupos en Ingeniería Mecánica que puede relacionarse con el ingreso de
nuevos investigadores al programa y por un grado de “entusiasmina”2 Que le han puesto a
los semilleros y el despegue de nuevos proyectos en los grupos de investigación.
Se consideran así los grupos que actualmente con la asesoría de un docente-investigador
desarrollan un proyecto, bien que éste se encuentre a nivel de propuesta de Investigación,
en curso o ya en la fase de finalización. Estos grupos se reúnen con periodicidad; elaboran
actas o sus bitácoras; participan en eventos, tanto en la Redcolsi como en otros del nivel
local, nacional o internacional.
Gráfica 2. Semilleros activos por Programa.
Ing.
Sistemas
18%
20
Ing.
Ambiental
33%
15
15
10
Ing.
Mecánica
27%
10
12
8
5
0
Ing.
Industrial
22%
Ing.
Ambiental
Ing.
Industrial
Ing.
Mecánica
Ing.
Sistemas
Fuente: Base de datos Coordinación
Dada la dinámica, discusión, organización
y reconceptualización que sobre la
investigación formativa se viene dando en la Facultad desde el Centro de investigaciones,
ahora los semilleros, más que nunca, ubican problemáticas relacionadas con las líneas de
investigación de los programas a donde se adscriben y en más estrecha relación con los
grupos de investigación que las desarrollan.
2
El término no es mío, lo ha introducido el Profesor J. Bueno, uno de los fundadores de los semilleros de
Investigación en la Universidad de Antioquia.
3
3. Población de estudiantes en semilleros
La pertenencia a un semillero es una decisión libre y voluntaria. La cultura del facilismo,
los medios de comunicación y en general, la imagen social de la ciencia no ayuda a los
jóvenes a tener amor por la ciencia. Aún en nuestros currículos no se ha introducido la
psicología de la ciencia, que como bien lo expone Ardila (2007: 105) permite investigar los
procesos psicológicos en el descubrimiento científico y los determinantes motivacionales,
cognitivos y de personalidad en los jóvenes que incursionan en la investigación.
Sin embargo, aproximadamente el 15 % de los estudiantes de la Facultad está en los
semilleros y esta cifra no es nada despreciable. (Gráficas 3 y 4).
Gráfica No 3. Semilleristas por Programa y por sexo.
160
140
135
120
100
113
94
Mujer
80
60
79
64
48
43
36
40
20
Hombre
69
25
22
16
0
Ing. Ambiental Ing. Industrial Ing. Mecánica Ing. Sistemas
4
Total
Gráfica 4. Distribución de hombres y mujeres por Programa.
Ing.
Sistemas
16%
Ing.
Mecánica
22%
Mujer
Ing.
Sistemas
18%
Ing.
Ambienta
l
25%
Ing.
Industrial
37%
Hombre
Ing.
Mecánica
41%
Ing.
Ambienta
l
25%
Ing.
Industrial
16%
Fuente: Base de datos Coordinación Semilleros
También en la Facultad se comparte la idea que la investigación no es para todos los
estudiantes y no es tanto un asunto de cantidad como sí de gusto e interés por la
investigación. En principio, los semilleros sin institucionalización, como lo expresa Bueno
(2010: 91) son jóvenes con vocación que se entregan sin esperar nada a cambio fuera de la
satisfacción de encontrar sus propias respuestas y reinventarse ellos mismos.
No obstante, dadas las condiciones materiales en que se desenvuelve la institucionalidad, en
la Facultad se ha venido reconfigurando el sentido y el que-hacer de los semilleros en
concordancia con el desarrollo de los grupos de investigación y las líneas en cada
programa. Ahora los proyectos que los semilleros realizan están más a tono con los grupos
y los investigadores, buscando materializar y cualificar esta relación en los tiempos y
espacios más concretos del proyecto como el laboratorio, el trabajo de campo y el lugar de
la reunión.
Esta relación biunívoca Investigador-Asesor y estudiante está latente desde los inicios de
los semilleros y explicitarla y concretarla es una condición para el desarrollo y formación
del espíritu científico, así como ha sucedido en la historia de la ciencia en donde grandes
investigadores se fueron haciendo al lado del maestro.
4. Socialización de la investigación.
Las siguientes gráficas visualizan modos de socialización de la investigación de los
semilleros de acuerdo a los lineamientos de la Redcolsi. Cada universidad debe realizar un
encuentro interno de semilleros y con el aval de la dirección o coordinación de
investigación los mejores proyectos deben ser llevados al Encuentro Regional que realiza el
Nodo.
A su tiempo, también los proyectos mejor evaluados, en categoría de sobresaliente y
meritorio pueden ir al Encuentro Nacional e Internacional que la Redcolsi que se realiza
5
una vez al año. Haciendo el mismo ejercicio, actualmente la Redcolsi como miembro de
Milset tiene un número determinado de cupos para exponer los proyectos en los encuentros
que a nivel mundial realiza esta organización.
Gráfica No 5. Ponencias en Encuentros de la Redcolsi por año.
No ponencias en eventos de Semilleros
60
52
50
46
42
40
38
38
32
30
28
24
26
20
13
10
4
0
48
6
5
17
13
9
18
17
15
26
27
18
16
13
14
8
0
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Fuente: Base de datos Coordinación Semillero.
6
Seccional U. Libre
Regional Nodo Bogotá Cund.
Encuentro Nacional e
Internacional Red Colsi
Gráfica No 6. Progresión de ponencias presentadas por año en el Encuentro
Seccional – Universidad Libre Bogotá.
Seccional U. Libre
2004
1%
2005
4% 2006
6%
2013
14%
2007
6%
2008
9%
2012
17%
2009
12%
2011
16%
7
2010
15%
Fuente. Base de datos Coordinación Semilleros
Los Encuentros de la Redcolsi se consideran espacios de formación por la riqueza de ese
bagaje académico que allí circula. Las conferencias de expertos; las ruedas temáticas; los
mini-cursos; la mirada externa de los pares evaluadores a los proyectos y toda la
interlocución que se genera, interinstitucional, inter-regional, inter-nacional e intercultural.
Se da en estos Encuentros una tensión entre la competitividad y la condición de ser iguales.
Se encuentran las universidades públicas y las privadas; las más ranqueadas y las de más
bajo perfil. Todos en los mismos escenarios, en los mismos tiempos y todos escuchando a
todos.
7
Gráfica No 7. Progresión de ponencias presentadas por año en Encuentro Regional Nodo Bogotá-Cundinamarca.
Regional Nodo Bogotá Cund.
2% 3%
2004
6%
15%
2005
2006
8%
2007
9%
18%
2008
2009
2010
13%
13%
2011
2012
13%
2013
Fuente: Base de datos Coordinación de Semilleros
En la gráfica 7 se visualiza la participación en los Encuentros nacionales e internacionales,
en forma proporcional a la formación de nuevos semilleros y a partir del 2011, mediada
por la evaluación tanto en los encuentros institucionales como el Nodal, en donde se ha
requerido evaluación entre sobresaliente y meritorio.
8
Gráfica 8. Progresión de ponencias presentadas por año en el Encuentro Nacional e
internacional de la Redcolsi.
Encuentro Nacional e Internacional Red Colsi
4%
13%
5%
2004
8%
2005
2006
15%
2007
14%
2008
2009
2010
7%
2011
2012
12%
0%
2013
22%
Fuente: Base de datos Coordinación Semilleros
5. Proyectos en otros escenarios
Los semilleros también prueban oportunidades en otros escenarios tanto nacionales como
internacionales por fuera de la Redcolsi, logrando aceptación de sus ponencias en diversas
modalidades, bien a nivel oral, poster o exposición en Stand.
Es significativo para los estudiantes de los semilleros que realizando el ejercicio de aplicar
a una convocatoria para un evento sus ponencias resulten aceptadas. El hecho puede ser
un indicador de la calidad del proyecto al tiempo que revierte en un estímulo, al
investigador
En el siguiente cuadro se registran la mayoría de estas participaciones:
9
Cuadro 2. Registro de participaciones en eventos internacionales por semillero y número
de ponencias.
EVENTO
AÑO
PAIS
IX Simposio Internacional
“Humedales 2013”
Institute of Industrial
Engineers – Annual
Conference and Expo 2013
2013
Cuba
ICESE /2010 International
Conference on
Onviroronmental Sciencies
and Engineering
2010
Accop
PROFESOR
ASESOR
Ingrid Rivera
2013
San Juan,
Puerto Rico
Kronos,
4 Ponencias
Agua Viva
1 Ponencia
Venecia
Italia
2011
Pucón
Chile
Disis
1 Ponencia
2012
Abilene-Texas
USA
Icaro
1 Ponencia
Abilene –Texas
USA
Buenos Aires
Argentina
Nashville
USA
Buenos Aires
Argentina
Barcelona
España
Thermas de
Chillan
Chile
Base Aérea
Marco Fidel
Suarez
Cali
Icaro
1 Ponencia
SAIOP
IX congreso del Instituto
Chile de Investigación
Operativa ÓPTIMA
Cansat Competition
Cansat Competition
2011
EPIO
2010
Ahiche Annual Metetting
2009
EPIO
2009
ANSE
2009
OPTIMA
2009
II Congreso de
Internacional de Ciencia y
Tecnología Aeroespacial
SEMILLERO
2008
Agua Viva
Óscar Mayorga Torres
Andrés Felipe López Vasquez
Salvador Vargas
René Silva Larrotta
Ever Fuetes Rojas
Gabriel Camargo
Saiop
Saiop
Ever Fuetes Rojas
Ever Fuentes Rojas
Saiop
Ever Fuentes Rojas
Icaro
René Silva Larrotta
Fuente: Base de datos Coordinación de Semilleros.
Así mismo en el nivel nacional los semilleros han participado con ponencias en los
siguientes eventos:
10
Cuadro 3. Registro de participaciones en eventos nacionales por semillero y número de
ponencias.
Evento
Año
2007
Convención Científica Nacional –
A.C.A.C
Encuentro Nacional de Ingeniería
Ambiental y Sanitaria
III Congreso Internacional de
Ciencia y Tecnología Aeroespacial
- Bogotá
Expociencia/Expotecnología –
A.C.A.C, Bogotá
Pulso Verde – ECO 1102 ,
Cartagena
2008
2009
2
2010
2011
2012
3
2013
2
3
1
13
3
3
4
1
Fuente: Base de datos Coordinación Semilleros.
Igualmente se han desarrollado proyectos conjuntos y en convenio en el departamento de
Cundinamarca con las Alcaldías de Ubaque, Chía, Zipaquirá, Fusagasugá, Soacha, Madrid
y en Departamento de Boyacá en Valle de Tensa.
También en Bogotá D.C. con algunas empresas como Corabastos; Jardín Botánico, José
Celestino Mutis, Jabones el Tigre, Serfelsa Ltda., Matecsa S.A., INCI., Transmilenio; Dátil
de Colombia, CAR, entre muchas. De esta manera se tienen modestos logros de
interrelación entre la investigación y el sector productivo
6. Proyectos y prácticas investigativas
En un proceso que es recurrente y dinámico en el tiempo, por cuanto en los grupos de
semilleros, unos terminan su ciclo en el semillero, (generalmente se gradúan) y otros
inician su actividad investigativa, se constituye un escenario con mucho dinamismo y
participación de nuevos estudiantes y profesores.
Desde su inicio cada semillero, bien que se conforme en I, II, o VI Semestre realiza sus
primeros pinitos en investigación con la asesoría de un docente-investigador.
Progresivamente el semillero va robusteciendo su proyecto a través de un proceso que va
desde la documentación y escritura; pasando por el trabajo de campo y la permanente
retroalimentación, no solo de su asesor sino de otros pares cuando el proyecto se presenta
en los encuentros de semilleros de la Redcolsi o en otros eventos académicos.
Actualmente en la Facultad y por una decisión del Comité de Unidad Académica (2011: 12) los proyectos de los semilleros vienen siendo tenidos en cuenta como opción de grado,
11
considerando y reconociendo que los semilleros constituyen un escenario con muchos
ingredientes en investigación formativa. Si históricamente los semilleros no buscaron
cambiar las misiones de las IES, tampoco se vieron inmersos en los planes de acción o en
las reglamentaciones generales convirtiéndose en un movimiento social emergente de
características indefinidas en los marcos institucionales (Bueno: 2010:90). Esto explica la
razón por la cual este devenir de los semilleros en la Facultad expresado en el surgimiento
de los grupos, motivaciones , condiciones de organización, acompañamiento de los
profesores , participación y las mismas prácticas investigativas que van realizando,
engloban todos los componentes de la investigación formativa, que finalmente es
reconocida o legitimada.
En el cuadro 4 se presenta una relación de los proyectos que se adelantan actualmente y su
estado de desarrollo.
12
Cuadro 4. Registro de Proyectos por Semillero, estado de desarrollo y Asesor.
Semillero
Ingevisión-A
María Paula Vásquez
Daniela Becerra
GRISK – I
Paulina Navas
Viviana Carvajal
GRISK –I
Proyecto
Adhesivos tipo mortero para baldosas
de cerámica con reemplazo de
agregado fino por cascarilla de arroz.
Estudiantes.
Gestión del riesgo para Corabastos
desde la perspectiva de fenómenos
naturales y riesgos sociales en la sede
administrativa.
Gestión del riesgo para Corabastos
desde la perspectiva de riesgo
tecnológico en la sede administrativa.
Est
ad
o
Asesor
EC
Martha Novoa
G.
EC
Sonia Lucila
Meneses V.
EC
Sonia Lucila
Meneses V.
Andrea Parra
Fernando Ortiz
Kimul –M
Ingeniería de investigación
automotriz. Rediseño de un chasis
para karts.
P
Alba Soler
Mantilla
Proracing MIL – M
Mejoramiento de la disipación del
calor en los frenos de los vehículos de
competencia automotriz.
P
Alba Soler M.
Skycol – S
EC
Karen Aponte
Jair Quintero, Carlos
Torres.
Las TIC como gradiente diferenciador
del indicador de Gini.
Eduardo Triana
M.
Alas Escritas
Paula Pardo
Desarrollo de las competencias lectoescriturales.
EC
Gloria Cristina
Arce Narváez
Aprovechamiento de residuos del cultivo de
plátano en la obtención de etanol EC.
P
Uso de biomasa en el tratamiento de aguas del
beneficio del café.
EC
Obradih Caicedo
O.
Aplicativos didáctico-pedagógicos para el
desarrollo del pensamiento lógico y científico
en estudiantes de ingeniería
P
Rodrigo Velásquez
G.
Carol Villamil.
Diego Santana
Bioalternativas – A
Mildred Magaly G. y Juan
Camilo Sánchez A.
Bioalternativas – A
Wendy Chacón y Kimberly
González
Idepi – B
13
Luisa Fda.
Navarrete
Saiop – I
Juan Carlos Pava
David Guillermo Sastre
Saiop – I
Diego
Lesmes
Rodríguez.
EC
Ever Fuentes R.
EC
Ever Fuentes R.
EC
Ever Fuentes R.
Diseño de un sistema logístico para Mipymes
dedicadas a la fabricación de productos en
caucho, plástico y vidrio ubicadas dentro de la
localidad de Engativá en la ciudad de Bogotá.
David
Diseño de un sistema logístico para las
Mipymes dedicadas a la fabricación de
alimentos sólidos ubicadas en la localidad de
Engativá en la ciudad de Bogotá.
Saiop
Jeyson Martínez G.
Diseño de un modelo logístico para las
cadenas de abastecimiento del sector de
muebles de madera de la localidad de
Engativá.
Saiop – I
Alejandra Bohórquez C
Julieth
Andrea
Garzón
Sánchez
Diseño de modelo logístico para las Mipymes
dedicadas a la fabricación de productos
químicos de consumo en la localidad de
Engativá.
EC
Ever Fuentes R.
Saiop – I
Desarrollo de un sistema de medición para las
agendas de investigación y desarrollo
tecnológico para las cadenas agro industriales.
EC
Ever Fuentes R.
EC
Ever Fuentes R.
Agenda de investigación y desarrollo
tecnológico para la cadena agroindustrial de la
habichuela en el municipio de Fómeque,
Cundinamarca.
EC
Ever Fuentes R.
Estrategias de mejora para el sistema
integrado de transporte público colectivo en
Bogotá basadas en dinámica de sistemas.
EC
Ever Fuentes R.
Estrategias de mejora para el sistema
integrado de transporte público masivo en
Bogotá basadas en dinámica de sistemas.
EC
Ever Fuentes R.
Estrategias de mejora para el sistema
integrado de transporte público individual en
Bogotá basadas en dinámica de sistemas.
EC
Ever Fuentes R.
Leonard Barrera P.
Javier Gallego Anaya
José
Fernando
Castañeda
Saiop - I
Cristhian Mondragón
Diana Arboleda
Fanny Muñoz A.
Paola Rosero
Sergio Moreno
Saiop - I
Carol Viviana Arteaga
Saiop - I
Sindy Rojas
Saiop – I
Angie Corredor
Saiop – I
Miguel Fajardo
Cristian Cruz
Bernal
Diseño de un sistema logístico para la
empresa Pap Power.
Evaluación de huella de carbono y consumo
de energía en el ciclo de vida de la planta de
café en la finca la Majavita en Socorro,
Santander.
14
E Ever Fuentes R.
C
Saiop – I
Sistema de planeación programación y control
para la producción de maderas en el sector de
suba Bogotá.
E Ever Fuentes R.
C
Cristian Fabián Vega J.
Saiop – I
EC
Ever Fuentes R.
Definir la agenda de investigación y
desarrollo tecnológico en la cadena
agroindustrial de la leche cruda, para el
municipio de La Mesa Cundinamarca.
EC
Ever Fuentes R.
Diseño de un modelo logístico para las
Mipymes dedicadas a la fabricación de
productos metalmecánicos ubicadas en la
localidad de Engativá en la ciudad de Bogotá.
EC
Ever Fuentes R.
Agenda prospectiva de investigación y
desarrollo tecnológico para la cadena
productiva del banano en la Mesa,
Cundinamarca.
EC
Ever Fuentes R.
EC
Ever Fuentes R.
Jesús Fabián Jaimes y
Victor Olarte
Modelo de un sistema logístico para las
empresas fabricantes de muebles de alta
gama, ubicadas en la localidad de Engativá en
la ciudad de Bogotá.
Al Natural- A
Tania Pérez F.
Alejandra Sabogal A.
Contaminación de la Laguna la Herrera por la
industria y la minería en Mosquera
(Cundinamarca).
Energías Renovables -M
Jorge Bohórquez M.
Et al. (8)
Deshidratador solar.
Johanna Vargas P. y
Guillermo Gómez F.
Saiop – I
Martin Alberto Téllez L. y
Robín David Rozo A.
Saiop – I
Jhon Henry Noval L. Diana
Patricia Pulido B.
Saiop – I
Ivone Fernanda Gamba T y
Edgar Mauricio Triana C.
Saiop – I
Planeación, programación y control de la
producción de la línea de tableros
de distribución en siemens Manufacturing.
Energías Renovables – M
Pablo E. Bonilla L.
P
EC
Gabriel Camargo
EC
Gabriel Camargo
P
Gabriel Camargo
EC
Gabriel Camargo
EC
María Teresa Ortiz
Gasificación de biomasa.
Edison Peña C.
Energías Renovables – M
Wilson Hernández L. , et al
(4)
Uso de la biomasa residual del maíz.
Energías Renovables – M
Desalinización solar.
Nathaly Agudelo G. et al (3)
Bioambiental-A
Natalia Castellanos;
Marisol Cárdenas
Estudio Linnológico de la Laguna de Ubaque
15
Alejandra Charry;
Andrés Machado
(Cundinamarca).
Acua-Ingeniería – A
Luisa
Daniela
Estudio de la contaminación del río Tunjuelo
en el punto de descarga de los lixiviados
generados en el relleno Doña Juana.
EC
María Teresa Ortiz
Amautas – S
Módulo de gestión del conocimiento para la
plataforma Moodle de la Universidad.
EC
Juan Carlos
Guevara
Skycol – S
Construcción de un satélite geoestacionario
de investigación para la Universidad Libre.
EC
Eduardo
Moyano
Triana
Domus Sapientia- S
Mejoramiento del desempeño de los
estudiantes de la asignatura de teoría de las
decisiones a través de un Tutor virtual
implementando la metodología MECCOVA.
EC
Pedro
Forero S.
Alonso
Movilibre – S
Software de entrenamiento para las pruebas
saber 11.
EC
Fabián Blanco G
Movilibre – S
Herramienta de apoyo para el entrenamiento
de las pruebas Saber-Pro
EC
Fabián Blanco G
Movilibre – S
Formulación de una metodología para el
diseño y la implementación de redes MESH
como una alternativa de solución para las
comunidades y zonas rurales de Colombia.
EC
Fabián Blanco G
Movilibre – S
Repositorio para las asignaturas de
ingeniería de sistemas y el apoyo al estudio
autónomo.
EC
Fabián Blanco G
Forenses Digitales – S
Seguridad forense y tratamiento legal en
delitos informáticos.
P
Álvaro Gamboa R.
Ovimatica- S
Propuesta de una metodología constructivista
para la construcción de objetos virtuales de
aprendizaje.
EC
Néstor Forero S.
EC
Néstor Forero S.
Ovimatica-S
Diseño y construcción de un objeto virtual de
aprendizaje para la asignatura de gestión
ambiental.
Ovimatica- S
Diseño y construcción de un objeto virtual de
aprendizaje para la asignatura de lógica
matemática.
EC
Néstor Forero S.
Ovimatica- S
Diseño y construcción de un objeto virtual de
aprendizaje para casos de factorización en
tercer grado de secundaria.
EC
Néstor Forero S.
16
Ovimatica-S
Diseño y construcción de un objeto virtual de
aprendizaje para la asignatura de estructuras
de datos.
EC
Néstor Forero S.
Ovimatica-S
Construcción de un objeto virtual de
aprendizaje para la asignatura de estructura
de datos.
EC
Néstor Forero S.
Ovimatica-S
Construcción de un objeto virtual
aprendizaje para la asignatura web.
de
EC
Néstor Forero S.
Ovimatica-S
Lineamientos de diseño pedagógico para la
elaboración de objetos virtuales de
aprendizaje.
EC
Néstor Forero S.
Modelación y análisis del proceso de arribo
y atención de pacientes a la Unidad de
Urgencias del Hospital Universitario de la
Samaritana.
Desarrollo de un modelo de planeación
capacidades para la asignación de médicos
residentes en el Hospital Universitario de la
Samaritana.
P
Manuel Camacho
Edgar Duarte
Ingeniería y sustentabilidad –
I
David Hernández Ch.
Leidy Murillo H
Ingeniería y sustentabilidad –
I
Carlos Araujo C
Jair Báez A
Ingeniería y sustentabilidad –
I
Julián Gualteros A
Cristian Castañeda p.
Ingeniería y sustentabilidad –
I
Luis Otálora A.
Leidy Murillo H
Ingeniería y sustentabilidad –
I
Luis C. Arciniegas C.
Ingeniería y sustentabilidad –
I
Michael Cañón M.
Xiomara Moscoso M.
Ingeniería y sustentabilidad –
I
Wilmer Bohórquez C.
Gisec – M
Diego Martínez A.
P
Manuel Camacho
Edgar Duarte
P
Manuel Camacho
Edgar Duarte
P
Manuel Camacho
Edgar Duarte
P
Manuel Camacho
Edgar Duarte
Desarrollo de un modelo para el análisis y
mejoramiento del proceso de referencia y
contra-referencia de pacientes en el Hospital
Universitario de la Samaritana.
Desarrollo de un modelo multinivel para la
gestión de inventarios de medicamentos en el
Hospital Universitario de la Samaritana.
Desarrollo de una metodología basada en
balanced score card para la medición del
desempeño de la red de abastecimiento de
medicamentos en el Hospital Universitario de
la Samaritana.
Mejoramiento del proceso de distribución de
medicamentos por dosis unitario en el
Hospital Universitario de la Samaritana.
Desarrollo de un modelo muti-nivel para la
gestión de insumos médicos en el Hospital
Universitario de la Samaritana.
Análisis micro-estructural y ultrasónico de un
acero SAE 1020, tratado térmicamente por
medio de un temple a 800°c, 900°c y 1000°c.
17
Manuel Camacho
Edgar Duarte
P
P
P
Manuel Camacho
Edgar Duarte
Jaime
Pérez
Andrés
Gisec – M
Diego Ospina v.
Nathalia Beltrán S.
Gisec- M
Edgar
Cortés F.
Leonel Carvajal P.
Gisec – M
Felipe Vargas C.
Análisis y comportamiento al desgaste bajo
norma ASTM G65 de la influencia de la
presión del aire en recubrimientos 140 mxc530as y 140 mxc-560as aplicados por aspersión
térmica sobre acero de bajo carbono y baja
aleación mediante aspersión térmica por arco.
Influencia del tipo de electrodo y disposición
del cordón utilizados en el proceso de
hardfacing sobre la resistencia al desgaste
abrasivo en palas de retroexcavadora.
Influencia del tratamiento térmico de recocido
sobre la microestructura, dureza y atenuación
ultrasónica de aceros inoxidables AISI 304.
Jaime
Pérez
Andrés
P
Jaime
Pérez
Andrés
P
Jaime
Pérez
Andrés
P
Gisec – M
Héctor Rojas M.
Gisec – M
Héctor Rojas M.
Icaro – M
Fredy Galindo H.
Jonathan Calderón R.
Diseño y construcción de un cohete Sonda.
Automatiza-M
Sergio Rodríguez Martín Súa
Robot de patas Bio-inspirado.
Automatiza-M
Diseño y construcción de un robot anfibio.
EC
Mauricio Peña
P
Mauricio Peña
P
Magtubisix – M
Stefanía Aguilar V.
Radioastronomía.
EC
Scology- I
Brayan Herrera
Roberto Hernández
Desarrollo de bolsas agro-alimentarias –
Corabastos (Etapa Local).
EC
Scology – I
Paula Ruiz
Gissela Garavito
Desarrollo de bolsas agro-alimentarias –
Corabastos (Etapa Internacional).
EC
Ingacol- I
Jorge Bojacá
Vigilancia tecnológica para la planeación de
producción de cosecha de pasifloras
EC
Leyla Ramírez
Ingacol – I
Andrea
Arrubla A.
Vigilancia tecnológica para el
almacenamiento pasifloras
EC
Leyla Ramírez
Ingacol – I
Diana
Pinzón G.
Vigilancia tecnológica para el empaque
pasifloras.
EC
Leyla Ramírez
Ingacol – I
Mónica
Acuña B.
Vigilancia tecnológica para el transporte
terrestre de pasifloras.
EC
Leyla Ramírez
Ingacol – I
Laura
Lancheros R.
Vigilancia tecnológica para el transporte
Aéreo y Marítimo de pasifloras.
EC
Leyla Ramírez
18
Cristian Goes
Ignacio Campos N.
Ignacio Campos N.
POAM
María Camila Awazacko
Martínez, Lizeth Paola Fierro
Suárez
Tecnoambiental – A
Marta Saavedra
Yessenia
Oliveros,
Karey Galvis
Tecnoambiental - A
Yuli Rosero T.
“Análisis de la problemática del municipio de
Ubaque (Cundinamarca) desde la gestión del
Sistema de Información Ambiental
Corporinoquía y de la participación.
Estudio Hidrológico de los ríos Dulce y
Nimay como fuente de abastecimiento al
municipio de Sasaima (Cundinamarca)
Estudio Hidrológico del Río el Palmar como
fuente de abastecimiento del Municipio de
Ubaque (Cundinamarca)
P
Agua Viva – A
Cindy Botello
Estudio técnico del acueducto comunitario de
ASUARU - Ubaque
EC
Agroecología
–
Andrea
Fernández Garzón; Laura
Patricia Perdomo; Karen
Bibiana
Mejía;
Johana
Caballero Vanegas
Calidad del suelo en agro-ecosistemas
cafeteros (ecológicos y convencionales) en
Anolaima, Cundinamarca.
EC
P
Gilberto
M.
Vallejo
Ernesto Torres Q.
Ernesto Torres Q.
EC
Ernesto Torres Q.
Agroecología – Sandra Milena
Forero y María Alejandra
Farfán
Agroecología
–
Jessika
Katherine Franco y Leidy
Paola Romero
Accop – A
Daniela Dishington L.
Accop- A
Andrea Vargas S. y Andrés
León M.
Accop – A
Yenny Robayo G.
Alexandra Guzman
CAD & CFD (M)
Cristian Andrés León Arce
CAD & CFD (M)
Carlos Alberto Ramírez León
Manuela
Avellaneda
P
Manuela
Avellaneda
Análisis del conflicto minero-ambiental del
páramo de Tasco, Boyacá.
Formulación de medidas de manejo ambiental
de suelos y aguas en la cuenca media del río
Ocoa (Villavicencio –Meta).
Ingrid Rivera D.
Ingrid Rivera D.
P
Gina González A.
Lineamientos de gestión ambiental en la
Industria de canteras- Estudio de caso –
Cantera Asocentro.
Diseño de un vehículo de bajo consumo
basado en el reglamento de la competencia
Shell Eco-Marathon
Diseño y construcción de moldes para la
fabricación de piezas en materiales
compuestos
CAD & CFD (M)
Eddie Barrera A
Edwin Martínez F.
CAD & CFD (M)
German Torres A.
Edwin Gauque P.
P
Impactos ambientales de prácticas agrícolas y
usos del suelo asociados a ecosistemas de
páramo en el municipio de Choachí,
Cundinamarca.
Evaluación del sistema Bioventing para tres
(3) suelos de la sabana de Bogotá.
Manuela
Avellaneda
EC
EC
Fredy Aguirre G.
EC
Fredy Aguirre G.
EC
Fredy Aguirre G.
EC
Salvador Vargas D.
Diseño y construcción de un prototipo de
submarino no tripulado
Análisis aerodinámico de una microturbina
eólica de eje vertical
19
CAD & CFD (M)
EC
Salvador Vargas D.
EC
Salvador Vargas D.
EC
Salvador Vargas D.
EC
Salvador Vargas D.
Ventilación natural en edificios
Diego A. López
CAD & CFD (M)
Cesar Padilla D.
Carlos González S.
Agnie Guzmán
CAD & CFD (M)
Fabio Chaparro M.
CAD & CFD
Análisis de la interacción hidrodinámica
lateral y longitudinal entre aerogeneradores
Análisis aerodinámico de perfiles para
turbinas de eje vertical
(M)
Yesenia Arenas A.
William Cárdenas G.
Diseño de un sistema de tratamiento de agua
potable
Convenciones: A= Ambiental; I= Industrial, M=Mecánica: S= Sistemas
Fuente: Base de datos Semilleros Ingeniería
Referencias
Ardila, R. (2007). Los científicos y su mundo psicológico. Revista Innovación y Ciencia,
Volumen XII No 1 y 2. Panamericana Formas e Impresos S.A. pág. 105.
Bueno, J., C. (2010). La educación en la formación de la actitud investigadora. En:
Molineros, F. Orígenes y dinámica de los semilleros de investigación. Popayán, Visual
Mak.
Comité de Unidad Académica. (2011). Requisitos Semilleros de Investigación. Facultad de
Ingeniería, Universidad Libre, Bogotá.
20
NEUTRONES: SUS FUENTES Y APLICACIONES
Pedro Julio Reyes Torres1
Resumen
Los neutrones son partículas subatómicas que se encuentran abundantes en la naturaleza
ligados al núcleo de los diferentes elementos. Los neutrones se producen artificialmente
por diferentes medios tales como las fuentes de neutrones o los reactores nucleares, y
son muy utilizados actualmente como una herramienta para investigaciones en la
medicina, la biología, la arqueología, la criminalística y muchas otras ramas del saber,
por lo que su estudio y aplicación son de importancia relevante.
Palabras Clave: neutrones, quark, elementos traza, genoma, aplicaciones
Abstract
Neutrons are subatomic particles that are abundant in the nature and they are ligated to
different elements nuclei. Neutrons take place artificially by different means as like that
the neutron sources and the nuclear reactors. Neutrons are used at the moment like a
very useful tool in medicine research, biology, archaeologist and many other branches
of the knowledge, by which the study and application of neutrons is important in the
present time.
Keywords: neutron, quark, trace elements, genome, applications
1
Magíster en Física
Universidad Militar Nueva Granada. Bogotá, Colombia
Correos: pedro.reyes@unimilitar. Edu.co, [email protected]
1
1. Introducción
Al bombardear algunos elementos como Li, Be, B y otros elementos livianos con
partículas alfas (α), Bothe y Becker descubrieron la emisión de radiación gamma (  )
artificialmente. En particular, Juliot y Curie estudiaron en detalle la reacción Be   ,
observando que adicional a la radiación gamma (  ) emitida, había una radiación muy
penetrante que podía liberar protones de sustancias hidrogenoides con energías de unos
5 MeV. Con estas y otras observaciones adicionales, Chadwick concluyó en 1932 que
ésta radiación desconocida era eléctricamente neutra y cuyas partículas constituyentes
tenían una masa comparable a la masa del protón; a las que denominó neutrones
(símbolo “n”).
Desde entonces, los neutrones han sido objeto de múltiples estudios y para su detección
se emplean diferentes dispositivos, por ejemplo, cámaras revestidas con boro, detectores
de fisión, detectores de helio-3 y detectores de centelleo para neutrones, entre otros. Sin
embargo una forma práctica de detección se hace mediante el método conocido como
activación neutrónica, a través de la reacción de captura radiactiva (n,) inducida en
algún material, por ejemplo Oro, mediante el bombardeo con neutrones.
Con este artículo se quiere divulgar algunas generalidades sobre la física del neutrón,
sus fuentes y el potencial de aplicación en los diferentes campos de la ciencia y la
tecnología.
2. Aspectos Teóricos
El neutrón (n), es una partícula subatómica que experimenta interacciones nucleares
fuertes y se considera constituido por dos quarks down y un quark up. Posee una masa
comparable a la masa del protón (≈ 1,67x10-27 kg), y tiene carga eléctrica nula. Se
encuentra abundante en los núcleos de todos los átomos existentes en la naturaleza, pero
siempre ligado al núcleo. Fuera del núcleo es una partícula inestable que puede
desintegrarse con un periodo de desintegración de unos 12,5 minutos, en protones (p+) y
2
electrones (e-), de acuerdo con la siguiente ecuación (ec. 1): n = p+ + e- +  , donde 
representa un
neutrino, partícula necesaria para que haya conservación de momento y
energía. Sin embargo, el neutrón no puede existir aislado por tiempos relativamente
largos, pues antes de que se cumpla esta ecuación de desintegración, puede ser
absorbido por los átomos de los materiales que lo circundan en tiempos inferiores al
microsegundo.
Es interesante tener en cuenta que de acuerdo con los diferentes experimentos se
considera al núcleo de un átomo como una esfera de radio R, que depende del número
de protones y neutrones contenidos en él, y que para la mayoría de los núcleos se
expresa mediante la siguiente ecuación:
R = R0 A1/3
(2)
R0 es una constante determinada en 1,2x10-15 m, y A es el denominado “número
másico”, que corresponde a la suma del número de protones (Z), también denominado
número atómico, y del número de neutrones (N) constituyentes del núcleo. En tanto que
el número atómico define las propiedades químicas de los elementos representados en la
tabla periódica, el número másico define las propiedades físicas de los mismos.
Es importante destacar que el neutrón es necesario para mantener la estabilidad de casi
todos los núcleos atómicos (con excepción del hidrógeno) pues debido a la interacción
fuerte, se atrae con otros neutrones y protones pero no se repele con ninguno, aspecto
que sí se sucede con los protones, los que se atraen nuclearmente pero se repelen
electrostáticamente.
Los elementos de número atómico bajo son más estables y poseen igual número de
protones que de neutrones. Sin embargo, a medida que el número atómico crece, el
número de neutrones que configura núcleos estables se hace mayor que el número de
protones, situación que se comprende por el hecho de que a mayor número de protones,
más fuerte es la fuerza de repulsión colombiana entre ellos haciéndose necesario la
presencia de más neutrones para que a través de la llamada fuerza nuclear se alcance la
estabilidad. Es de tenerse en cuenta que la mayor parte de los núcleos estables tienen
3
números pares de Z y N y que los de más alta estabilidad corresponden a los siguientes
números denominados números mágicos:
Z o N = 2, 8, 20, 28, 50, 82,126
A su vez, hay núcleos que teniendo el mismo número atómico, poseen diferentes
números másicos, son los denominados isótopos. Por ejemplo, químicamente sólo se
distingue “hidrógeno”, pero físicamente hay tres tipos de hidrógeno: hidrógeno natural
1
1
H ; deuterio 12 H ; tritio 13 H . En tanto que el primero de estos es muy estable, los dos
últimos son muy inestables y tienden a ocasionar reacciones nucleares con relativa
facilidad entre ellos mismos o con otros elementos.
3. Fuentes de Neutrones
Generalmente, al bombardear algún material “blanco” con partículas tales como
partículas alfa (), protones (p+), o deuterones (d), se forma un núcleo excitado
compuesto, que al desexcitarse puede emitir neutrones. El núcleo residual
puede
permanecer en estado excitado retornando al estado base mediante la emisión de
radiación gamma (  ). Entre las principales fuentes artificiales de neutrones están:

Las fuentes tipo (,n): los neutrones se producen mediante la interacción de una
partícula alfa emitida por un elemento radiactivo de alto número atómico, con un
elemento de bajo número atómico con el que está mezclado homogéneamente. Entre
estas fuentes se destacan las de Americio - Berilio y Radio – Berilio [1]. En general
son fuentes pequeñas y compactas que no requieren sistemas de vacío ni de altas
tensiones. Son fáciles de transportar y no necesitan personal especializado para su
manipulación. La desventaja principal consiste en la baja producción de neutrones
(~ 107 neutrones por segundo), lo que no permite determinar por activación las
trazas de elementos, aunque sí es posible observar de forma global cantidades de
elementos que tengan elevadas secciones eficaces de activación.
4

Los generadores de neutrones: son básicamente aceleradores de partículas entre los
que se cuentan: el acelerador de Van de Graaf (produce deuterones con energías de
hasta 10 MeV), los aceleradores tipo Cockcroft-Walton (capaces de producir
deuterones de 0,7 MeV) [1], el ciclotrón y el espectrógrafo de emisión. Todos estos
dispositivos tienen el mismo principio básico de funcionamiento y sus componentes
principales son: la fuente de iones, el mecanismo acelerador y el blanco. Se pueden
obtener neutrones por medio de reacciones como las siguientes:
2
Q  3,2669 Mev
H  d 3He  n  Q
3
Q  17,588Mev
H  d  4 He  n  Q
Q , representa el cambio de energía del sistema.

Los reactores nucleares: son dispositivos en los que se genera energía a partir de la
fisión en cadena ocasionada en determinados núcleos pesados, particularmente
235
U . El proceso se comienza bombardeando con neutrones núcleos de uranio, que
escinden en dos fragmentos y el surgimiento de dos o tres neutrones rápidos por
término medio. A los reactores se les suele clasificar de diversas formas según sus
características y el uso a que están destinados. Por ejemplo, según la energía de los
neutrones utilizados para provocar la fisión de los núclidos, se suelen clasificar
como reactores térmicos, reactores rápidos y reactores medios. De otro lado, según
su utilización se les denomina como: reactores de potencia (utilizados en la
generación de energía eléctrica); reactores de investigación (dedicados a la
experimentación); reactores de ensayo de materiales (para el estudio de materiales
empleados en la construcción de reactores), reactores de enseñanza (empleados con
fines pedagógicos) y reactores reproductores (utilizados en la creación de materiales
fisionables).
5
Si bien todos estos tipos de reactores tienen características muy diferentes, en su interior
existe un campo neutrónico determinado por el flujo de neutrones   nv (n es la
densidad de neutrones y v es la velocidad). Este flujo corresponde al número de
neutrones que en un segundo pasan en todas las direcciones a través de una esfera de
radio R y área de sección transversal A  R 2  1cm 2 . En una primera aproximación
todas las direcciones son igualmente posibles, resultando isotrópica la distribución de
velocidades neutrónicas. En la fisión los neutrones se crean muy rápidos y conforme
viajan a través de los componentes del reactor pierden energía. En general, se suelen
distinguir tres regiones del espectro energético dentro del reactor conforme se describe a
continuación. [1], [2].
a) La región de los neutrones rápidos que recién nacen del proceso de fisión nuclear.
Sus energías (E) son superiores a 0.5 MeV
y el flujo de neutrones puede
determinarse, en muy buena aproximación, mediante la siguiente ecuación de
distribución que de forma semiempírica fue propuesta por Watt [3].
 ( E )  exp( E ) Senh(2 E )1 / 2
(3)
b) La región conocida como epitérmica o de neutrones de resonancia. Las energías
están dentro del rango comprendido entre 0,2eV  E 0,5MeV .
c) En esta región el espectro energético puede expresarse, en general, por la ecuación
 ( E)  ( epi / E)dE , y está determinado por el proceso de moderación de los
neutrones
mediante colisiones elásticas con los núcleos de las sustancias
moderadoras con las que el neutrón interactúa, cediendo parte de su energía.  epi
depende débilmente de la energía y en primera aproximación se puede tomar como
constante.
d) La región de neutrones térmicos a la que se han incorporado los neutrones
resultantes de la fisión mediante el proceso de moderación. Sus energías son
inferiores a 0,2 eV, y se encuentran ahora en equilibrio termodinámico con el
movimiento de agitación térmica de los átomos de los materiales moderadores [4].
6
El espectro neutrónico correspondiente a esta región, en función de la energía E,
puede expresarse mediante la siguiente ecuación:
 ( E )dE   th ( E / kT ) exp( E / kT )(dE / kT )
(4)
k Es la constante de Boltzman, T es la temperatura absoluta y th es el flujo
térmico.
Es importante tener en cuenta que en un reactor nuclear, los neutrones se mueven en
forma de zig-zag muy complicado y que a cada instante cambian de posición, dirección
y energía. En su camino, pueden ser absorbidos, pueden ser dispersados o bien pueden
escapar del sistema; se dice que los neutrones han sido transportados desde su
nacimiento como neutrones rápidos a la región térmica y el estudio de los detalles de su
evolución se realiza mediante la teoría del transporte de Boltzman. [3], [6], la cual
sobrepasa la intención de esté artículo.
4. Importancia y utilidad de los neutrones
Al ser los neutrones partículas constituyentes de los núcleos, su importancia es capital
en la estructura de todo lo que existe en el Universo y su comprensión es, entonces,
fundamental para conocer las propiedades de la materia y su utilización en las diferentes
ramas de la ciencia y la tecnología. A continuación se hace una breve descripción de
algunas aplicaciones de los neutrones en diferentes campos del saber:
a) Determinación de elementos traza
Los neutrones que se producen, por ejemplo, en los reactores nucleares se llevan a la
región térmica (bajas energías) y se utilizan luego para bombardear diferentes
materiales bajo estudio. Los núcleos de estos materiales absorben a los neutrones
formándose isótopos radiactivos del mismo elemento blanco, presentándose de
inmediato la emisión de un fotón gamma, proceso éste que se conoce como el método
de activación neutrónica. Al ser un método de alta sensibilidad (distingue partes por
millón), es utilizado para la determinación de aquellos elementos que se encuentran en
7
cantidades muy pequeñas en los diferentes materiales, los que se conocen como
elementos traza. Por ello, ramas de la ciencia como la medicina, la biología, la
arqueología, las bellas artes, el medio ambiente y la criminalística, entre otros, apetecen
de este método como una herramienta de gran utilidad para sus respectivas
investigaciones.
Destacando el caso de la medicina y la biología, es notable considerar que sólo 11
elementos de la tabla periódica forman la mayor parte de la materia viviente. De estos,
solo 4; Oxígeno, Carbono, Nitrógeno e Hidrógeno forman el 96 % de la materia viva.
Los otros 7 elementos: Calcio, Fósforo, Azufre, Potasio, Sodio, Cloro y Magnesio
suman un 3,6 % de la misma [11].
Los demás elementos encontrados en la materia viva con ayuda de este método
neutrónico, se hallan en pequeñísimas cantidades o en forma esporádica. Estos
elementos traza que básicamente son: Hierro, Yodo, Cobre, Manganeso, Cinc, Cobalto,
Molibdeno, Selenio, Cromo, Estaño, Vanadio, Fluor y Silicio, que podrían llamarse
esenciales, pueden jugar roles muy importantes en los organismos y pueden presentar
comportamientos distintos y contradictorios, como que su carencia puede causar la
muerte pero el exceso puede tener igual efecto como suele suceder con el Selenio,
mineral éste muy importante para el sistema inmunológico, pero en exceso presenta
efectos nocivos como caída del pelo y de las uñas, así como nauseas, fatiga y otros
trastornos. Si bien las alteraciones metabólicas en seres vivos han existido desde
tiempos inmemoriales, se ha descubierto recientemente que son ciertos elementos traza
los responsables de efectos tóxicos que en muchos casos afectan a grandes masas de
población. A su vez, la revolución industrial, el urbanismo, el transporte masivo y el uso
desaforado de fuentes de energía han ocasionado grandes problemas de contaminación y
de salud pública, gracias a la presencia de los elementos traza como el mercurio.
b) Estudio de las leyes fundamentales de la naturaleza
La visión acerca de los constituyentes fundamentales de la naturaleza (partículas
elementales y fuerzas) ha evolucionado drásticamente en el último siglo. Se han
propuesto varios modelos (como el modelo Standard) que intentan describir cómo era el
8
Universo en sus primeros segundos de vida, y cómo interaccionan las fuerzas y
partículas para formar núcleos complejos que a su vez forman los átomos de que está
compuesta la materia.
Con el fin de verificar estos modelos, los físicos dedicados al estudio de partículas han
propuesto diversos experimentos abarcando un gran rango de energías. En algunos
experimentos se pretende hacer colisionar haces de partículas con energías del orden 1
012 eV, para simular las condiciones del Universo en sus primeros segundos de vida.
Pero otros experimentos buscan efectos sutiles en el comportamiento de las partículas,
perceptibles solo a muy bajas energías. Este tipo de experimentos que se realizan en las
fuentes de neutrones (incluidos algunos reactores nucleares) en el rango de energías por
debajo 10-3 eV, podrían ayudar a explicar bastante acerca de la simetría de las partículas
y sus interacciones, y tal vez a explicar porque el Universo está constituido
principalmente de materia y no de antimateria.
“Un ejemplo interesante de remarcar es la reciente observación con una fuente de
neutrones, de la cuantificación de los estados neutrónicos por efecto del campo
gravitacional de la Tierra, lo que ha confirmado experimentalmente la coexistencia de
gravedad y mecánica cuántica y ha abierto a su vez el campo de la espectroscopia en los
pico-eV” [10].
c) Comprensión de los procesos biológicos
Adicionalmente, en esta era del genoma, las técnicas analíticas complementarias
empleadas, entre las cuales están las de dispersión de neutrones, han ayudado a los
biólogos de todo el mundo a descifrar la estructura de grandes moléculas biológicas
tales como las proteínas, sus complejos ordenamientos entramados y como desarrollan
sus funciones en la célula, y por tanto, el impacto sobre la vida y la propia salud. Entre
los diferentes estudios realizados con neutrones dentro de este campo se puede
mencionar: estudios de complejos moleculares relacionados con la digestión (el
metabolismo) de las grasas, estudio del papel de los átomos de hidrógeno en las
enzimas, estudios acerca de la estabilidad de enzimas para aplicaciones en
biotecnología, papel de las moléculas de agua en los cambios del ADN, estudio de
9
membranas biológicas o cómo los péptidos penetran a través de las membranas, y
estudios en terapias génicas. [10].
Algunas fuentes de neutrones construidas con diversos fines, se encuentran en Europa,
Estados Unidos y Japón. Por ejemplo, la principal fuente de neutrones europea es el ILL
(Institut Laue Langevin, Grenoble, Francia), la cual es solicitada por científicos de
diferentes especialidades y diferentes nacionalidades. Entre otras fuentes de neutrones
muy importantes están el ISIS (en Oxford, UK), el LLB, (en Saclay, Francia), el SINQ
(en Viligen, Suiza) o el BENSC (en, Berlín, Alemania). En Estados Unidos hay fuentes
de neutrones dedicadas a investigación en Los Álamos, Argonne, en Washington y en
Oak Ridge entre otras. En el Japón cuentan con fuentes de neutrones (JAERI, KENS,
KURRI) y están construyendo una nueva llamada J-PARC en Tokai.
4. Conclusiones
Al ser el neutrón una partícula que hace parte de la estructura de la materia, su estudio
resulta de interés y debería incorporarse en el programa de Física moderna que
normalmente se sigue en las diferentes Instituciones de Educación Superior,
complementando así, la formación académica del estudiante y motivando en éste el
deseo de explorar la constitución de todo aquello que conforma la naturaleza.
Las aplicaciones de técnicas neutrónicas, como una herramienta complementaria, han
resultado de gran utilidad en la comprensión de diversos fenómenos de la naturaleza por
lo que especialmente, en países avanzados
se está ampliando la red de fuentes
neutrónicas para el servicio de la comunidad científica y por supuesto para beneficio de
la comunidad en general.
Los neutrones al igual que todas las radiaciones, producen daños directos e indirectos en
los materiales alcanzados ya que pueden provocar reacciones nucleares y químicas, y
por consiguiente, daños que podrían ser irreparables especialmente en la materia viva
10
conforme ha sucedido en explosiones nucleares ocasionando la muerte, o al menos
trastornos directos y mutaciones genéticas
Entre los problemas que se afrontan con las fuentes neutrónicas se puede mencionar: los
altos costos de construcción, los cuidados de manejo y operación y los riesgos
inherentes a las radiaciones, lo que se constituye en una barrera para algunos países en
vía de desarrollo.
11
Glosario
Electrón: (Del griego ελεκτρον, ámbar), es una partícula subatómica de masa me
=9.11x10-31 kg y carga eléctrica negativa e- = 1,6x10-19 C. Rodea al núcleo y su
movimiento produce corrientes eléctricas.
Fisión: Proceso nuclear mediante el cual un núcleo se parte en dos o más núcleos más
livianos y algunos subproductos como neutrones libres y la emisión de rayos gamma lo
que supone la liberación de cantidades grandes de energía.
Fuerza fuerte: Fuerza atractiva de muy corto alcance (~ 1 fm), que mantiene unidos a
los nucleones (partículas nucleares protón y neutrón).
Genoma: es todo el material genético contenido en las células de un organismo en
particular. En el caso de los seres humanos, el genoma nuclear tiene 6.000 millones de
pares de bases, lo que incluye dos copias muy similares del genoma haploide de 3 000
millones de pb.
Isótopos: compuestos por átomos de un elemento químico cuyos núcleos tienen igual
número atómico Z, pero distinto número másico A.
Modelo Estándar (habitualmente abreviado como SM, del inglés Standard Model) en
física de partículas trata de describir los fenómenos conocidos asociados al mundo de
las partículas fundamentales y a sus interacciones.
Mutación: es una alteración o cambio en la información genética de un ser vivo, que va
a producir cambios en las características de forma súbita y espontáneamente, y que se
puede transmitir hereditariamente.
Protón: (del griego, protón = primero) es una partícula subatómica con carga positiva
e+ = 1,6x10-19 C y masa mp = 1,6726x10-27 kg.
Experimentalmente se observa que el
protón es una partícula estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035
años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse.
Quarks: Constituyentes fundamentales (fermiones) de
espín 1/2 que junto a los
leptones forman la materia visible. Se conocen seis tipos o "sabores" distintos de quarks
que han sido denominados de la siguiente manera: "up" (arriba), "down" (abajo),
12
"cham" (encanto), "strange" (extraño), "top" (cima) y "bottom" (fondo). Curiosamente
tienen carga eléctrica fraccionaria de -1/3 o +2/3 de la carga del electrón.
Radiación: Energía transportada mediante ondas electromagnéticas.
13
REFERENCIAS
[1] Travesi, A. (1975). Análisis por activación neutrónica, teoría, práctica y
aplicaciones. Madrid. Servicio de publicaciones de la Junta de Energía Nuclear.
[2] Thomoson, M,N and Taylor, L.M. (1965). Neutron spectra from Am-Be and Ra-Be
sources, Nuclear Instruments and Methods. Viena.
[3] Beckurts, K.H. and Wirtz, K. (1964). Neutron Physics. New York, Springer-Verlag.
[4] Csikai, L. (1987). Handbook of fast neutron generators. CRC press, Inc. Boca
Ratón, Florida.
[5] Murray, R., L. (1959). Nuclear reactor physics. USA., Prentice Hall Inc.
[6] Caro, Rafael. (1976). Física de reactores nucleares. Madrid, Publicaciones de la
JEN.
.
[7] Feltz, D., y Small, E. (1986). Computer software for research reactor. User manual
for neutron activation software package. Texas University.
[8] Quittner, P. (1972). Gamma ray spectroscopy with particular reference to detector
and computer evaluation techniques. Budapest Academia Kiado.
[9] Knoll,G. F. (1979). Radiation detection and measurements, USA, Jhon Wiley &
Son.
[10] Wikipedia, La encyclopedia libre.
[11] Lenihan, J.M.A. (1969). Modern Trends in Activation Analysis. National Bureau of
Standards. Special Publication 312, Vol 1. Junio.
14
[12] Dusan, H. (2002). ¿De qué están hechas las cosas? Modelo estándar de partículas
elementales. Revista Ciencia e Ingeniería Neogranadina ISSN 0124-8170 N0 12 de
julio.
[13] Medina, A., S., M. y Reyes, T., P., J. (2002). Radiaciones ionizantes y efectos
sobre la materia. Revista Ciencia e Ingeniería Neogranadina ISSN 0124-8170 N0 12 de
julio.
.
15
INVESTIGACIÓN EN PEQUEÑAS CENTRALES EN COLOMBIA
Ernesto Torres Quintero1
Resumen
El presente documento tiene como objeto exponer los resultados de un trabajo de Investigación
realizado en actividades de investigación dentro del grupo de Investigación
TECNOAMBIENTAL y de un proceso investigativo llevado a cabo en el INEA, IDEAM y la
UPME, en PLAN NACIONAL DE DESARROLLO DE FUENTES NO CONVENCIONALES
DE ENERGÍA – FNCE 2010-2020.
Palabras Clave: pequeñas Centrales Hidroeléctricas, Hidráulica
Abstract
This paper aims to present the results of research work done in research activities within the
research group and a process TECNOAMBIENTAL research conducted in the INEA, IDEAM
and UPME on NATIONAL DEVELOPMENT PLAN NO SOURCES CONVENTIONAL
ENERGY - FNCE 2010 to 2020.
Key words: small Hydroelectric Power Plants, Hydraulics
1. Descripción de la tecnología y aplicaciones
Las PCHs son son una energía alternativa y una tecnología ampliamente conocida y aplicada en
el país para un rango muy amplio de capacidades instaladas, desde algunos kW hasta 20 MW.
Aun cuando existen innumerables posibles variaciones de configuración o esquema de los
proyectos, las siguientes son las instalaciones más frecuentes.
a. Piconcentrales
Son plantas de una capacidad instalada entre 1 y 10 kW, operación a filo de agua, aplicable a
zonas no interconectadas o casos aislados de zonas interconectadas.
Esquema de una picocentral
1
Ingeniero Civil, Magister
TECNOAMBIENTAL.
Recursos
Hidráulicos,
1
Coordinador
Grupo
de
Investigación
Esquema 1. Piconcentrales.
Fuente: www.aprotec.org/pages/ Fuente: http://hidrica_pico.html
Las Microcentrales tiene una capacidad instalada entre 10 y 100 kW, operación a filo
de agua, aplicable a zonas no interconectadas o casos aislados de zonas interconectadas.
La planta típica corresponde a una central de 50 kW.
Las Minicentrales tiene una capacidad instalada entre 100 y 1000 kW, a filo de agua,
aplicable a zonas no interconectadas o casos aislados de zonas interconectadas. La
planta típica corresponde a una central de 1000 kW
Las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) tienen una capacidad instalada entre
1.000 y 20.000 kW, a filo de agua, aplicable a zonas no interconectadas y zonas
interconectadas.
Aunque hay varias técnicas para la captación del agua, con mucha frecuencia se emplea
el Sistema a filo de agua. En este sistema parte del agua embalsada en el río se desvía a
un canal de generación que se vuelve a unir con el río más adelante aguas abajo. La
central de máquinas se localiza después de la cámara de carga y cerca del retorno del
agua al río. La gran mayoría de los sistemas de PCH´s son de este tipo. En Colombia
algunos ejemplos Sueva, Cali I y Cali II.
Foto 1. Pequeña central hidroeléctrica de derivación (filo de agua).
2
b. Tendencias Internacionales
A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía
hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad
de centrales hidráulicas. En todo el mundo, este tipo de energía representa
aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia
sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más
importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el
río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor
capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados
Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las más grandes.
En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre
un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas
presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están
utilizando este sistema con buenos resultados. En Euskadi, debido a que los ríos son de
curso corto y no conducen caudales importantes, existen bastantes minicentrales
hidráulicas. En el resto de España hay problemas de escasez de agua y se han construido
presas para riego. Posteriormente han sido aprovechadas para generar energía, y
actualmente tenemos una fracción importante de energía hidroeléctrica instalada.
El uso de las energías renovables se potenció a partir de las crisis de los precios del
petróleo de los años setenta. El temor a un hipotético desabastecimiento o a que los
precios energéticos creciesen de forma excesiva motivó la puesta en marcha de
programas nacionales e internacionales de investigación y desarrollo de tecnologías de
estas energías, así como del fomento de su aplicación.
En el ámbito internacional fue la Agencia Internacional de la Energía, IEA, quien hizo
realidad ese primer impulso. En España se creó el Centro de Estudios de la Energía,
posteriormente transformado en Instituto de Diversificación y Ahorro Energético,
IDAE, quien se responsabilizó de las tareas de promoción. A lo largo de la década de
los noventa han sido criterios ambientales los que han impulsado el desarrollo de las
energías renovables.
El aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en capas altas de la
atmósfera, en especial CO2 proveniente del uso de combustibles fósiles, que son causa
del cambio climático es hoy la primera razón para impulsar estas energías. Así lo
propugnan diferentes organizaciones ecologistas.
c. Aspectos destacados Pch a nivel mundial 2
1 China agregó 37 GW de capacidad de energía renovable, más que cualquier otro
país en el mundo, para alcanzar 226 GW de la capacidad de las energías renovables
total. A nivel mundial, cerca de 80 GW de capacidad de renovación se ha añadido,
entre ellos 31 GW de hidráulica y 48 GW de capacidad no hidráulica. Adiciones de
energía eólica alcanzó un récord de 38 GW.
2
Energías renovables 2010 informe sobre la situación mundial 2010
3
2 China fue el principal mercado, con 13,8 GW, lo que representa más de un tercio
del mercado mundial en marcha de apenas un 2 por ciento del mercado en 2004,
Estados unidos ocupó el segundo lugar con 10 GW.
La proporción de
generación de energía eólica en varios países alcanzó máximos históricos, incluido
un 6,5 por ciento en Alemania.
3 Casi todas las industrias de energías renovables con experiencia crecimiento del
sector manufacturero en 2009, a pesar de la continua crisis económica mundial,
aunque muchos la expansión del capital planes se redujeran o pospuestos. Deterioro
de acceso a mercados de valores, la dificultad para obtener financiación, y
consolidaciones industriales negativamente afectado a casi todos los las empresas.
4
"Estímulo verde" desde finales de los esfuerzos-2008 por muchos de los las
principales economías del mundo ascendió a cerca de $ 200 mil millones aunque
la mayoría de estímulo fue lento al arrancar o menos 10 por ciento de los fondos
de estímulo verde se había gastado durante 2009.
d. Potencial de desarrollo de las PCHS
Colombia ha sido clasificada, como el cuarto país en el mundo con capacidad hidráulica,
según las estadísticas, Colombia tiene un caudal en los principales ríos de 52.075, m3/seg y
un área total de 1.141.748 km2.
En cuanto a hidroelectricidad en proyectos grandes, según el Inventario de Interconexión
Eléctrica S.A. -ISA-, se cuenta un potencial de 93.085 MW con unos inventarios de 308
proyectos mayores de 100 MW. De esta potencialidad se han convertido 7.700 MW a
capacidad instalada. Según el Plan Energético Nacional - PEN-, en pequeñas Centrales
Hidroeléctricas, se ha estimado un potencial global de 25.000 MW instalables, de los
cuales según inventario de del Programa Nacional de Energías No Convencionales y de
estudios adelantados por la Universidad Nacional de Colombia, se han construido 197
Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (ver planos 1 y 2 e inventario anexo), con una
capacidad instalada aproximada de 168,2 MW. A pesar de contar con este gran potencia,
en proyectos grandes se ha explotado un 8,27% y en Pequeñas Centrales Hidroeléctricas el
0,67%. En el año 2007 el IDEAM en convenio de la UPME desarrollaron una
investigación en la cual el Potencial se estima del orden de 8.000 MW.
e. Reseña histórica de las pequeñas centrales hidroeléctricas a nivel nacional e
internacional
En el mundo se han instalado aproximadamente 25.5 GW en plantas hidroeléctricas a
pequeña escala. Siendo posible afirmar que en los países que han alcanzado una
participación significativa en los balances energéticos, se ha contado con legislaciones e
incentivos que favorecen el desarrollo de este tipo de sistemas. En el caso de China se han
construido más de 89.000 microcentrales con una capacidad total de 6.3 GW y capacidad
promedio de 70 kW.
En Colombia, las PCHs comenzaron a implantarse a finales de 1889, con la puesta en
marcha de plantas en Bogotá, Bucaramanga y Cúcuta. En 1898 se construyó una PCH en
Santa Marta, aunque se tienen referencias de que antes, se habían construido PCHs en
fincas particulares.
4
En 1930 existían en Colombia plantas hidroeléctricas que funcionaban a filo de agua que
suministraban un potencial de 45 MW. Entre los años 40-60 se instalaron gran cantidad de
PCHs, para electrificar las pequeñas y medianas poblaciones, entre los años 60 al 80, no
hubo construcciones de PCHs y por el contrario, por falta de mantenimiento o
interconexión muchas quedaron fuera de servicio.
La crisis energética a comienzos de la década del 70, fortalece la idea de incrementar la
participación de las fuentes no convencionales en los planes de expansión, incluida las
PCHs. Se constituyen entonces, numerosos grupos de investigación en el área, que por
falta de apoyo, muy pocos lograron consolidarse. Igualmente, el Gobierno Nacional, con el
apoyo de cooperación técnica internacional, emprendió diversos trabajos para incrementar
la participación de las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas y a través del Instituto
Colombiano de Energía Eléctrica -ICEL-, se dio inicio a un Plan Nacional de Pequeñas
Centrales Hidroeléctricas, pero los resultados no fueron alentadores. Otras entidades como
la Corporación Autónoma del Valle del Cauca -CVC- y la Corporación Eléctrica de la
Costa Atlántica -CORELCA-, mostraron mayores logros, pero no significativos dentro del
balance energético regional y menos aún dentro del balance energético nacional.
Con la crisis del sector eléctrico, durante el racionamiento en 1992, se abre nuevamente la
posibilidad de desarrollar los proyectos estancados y la posibilidad de evaluar otros
nuevos. En tal sentido, entidades como el IPSE, al cual el Gobierno Nacional le ha
asignado la misión de energizar las zonas no interconectadas del país, han vuelto a
reactivar sus programas de pequeñas centrales. Actualmente, se están construyendo PCHs
en Nariño, Chocó, Guajira y Meta.
Adicionalmente, el Gobierno Colombiano, ha empezado a fortalecer los programas de
PCHs y otras fuentes renovables mediante la ley Eléctrica, donde asignan funciones
específicas en energización e investigación al ICEL y al INEA. Igualmente, fortalece la
financiación de proyectos, mediante la ley 141 del 28 de junio de 1994, por medio de la
cual se creó el Fondo Nacional de Regalías, en el cual se asignará un 15% de los recursos,
para financiar proyectos regionales de inversión en energización, con recursos
provenientes de las regalías que reciben los departamentos y los municipios por la
explotación de recursos no renovables como el carbón y el petróleo.
En el año 1998 en la Presidencia liquidó el INEA, dejando sin investigación las Energías
Alternativas, a partir de ese año las PCHs han sido construidas por Empresas privadas y
algunas por el IPSE entidad que sustituyó al ICEL.
f. Proyectos de desarrollo en mecanismo de desarrollo limpio en Colombia
La búsqueda de formas alternativas de energía en países en desarrollo, oscila de acuerdo
con la coyuntura del país, más en específico en relación con el precio internacional del
petróleo.
Pero la cuestión no es solamente nacional, también "zonal". En zonas remotas la
generación descentralizada con recursos energéticos localmente disponibles resulta casi
siempre más indicada que el transporte de energía desde lugares lejanos.
En tal sentido la generación de energía con pequeñas centrales hidroeléctricas (PCH) ha
recibido una atención importante en las últimas dos décadas.
5
Así es que actualmente Colombia es el cuarto país de Latinoamérica en número de
proyectos MDL registrados ante la ONU, y el número 11 del mundo. De acuerdo a los
estudios se proyectan 33 proyectos de generación de energía hidroeléctrica, con una
potencia de reducción de emisiones de GEI 2.256.348 TonCO2e/año.
Cuenta con un portafolio de 146 proyectos de Mecanismo de Desarrollo Limpio, de los
cuales el sector de la energía ocupa el 26.71%.
Para Colombia en este momento se encuentran 15 proyectos registrados de energía
hidráulica con capacidad de 580.184 TonCO2e/año.
Se hallan registrados ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio
Climático - CMNUCC, 6 proyectos en el sector de la Energía a partir del año 2006, con
una Potencial Anual de Reducción de Emisiones GEI de 166.828 (TonCO2e/año).
Se encuentran certificados con reducción de Emisiones - CERs. 4 proyectos con una
Potencial Anual de Reducción de Emisiones GEI de 338.101 (TonCO2e/año)
El potencial eléctrico del sector hidroeléctrico se encuentra 33 proyectos con un potencial
1.413.464 Potencial Anual de Reducción de Emisiones GEI de 166.828 (TonCO2e/año).
g. Experiencias en planes y programas de PCHS
Plan de Microcentrales ICEL: Entre los años 1979 a 1982, el ICEL realizó estudios de
prefactibilidad y factibilidad en sitios aislados. Los Proyectos evaluados en este Plan son
los siguientes: Unguía (1100 kW), Bahía Solano (2400 kW), El Calvario (200 kW), Santa
Rosa (250 kW), Argelia (750 kW), Juradó (800 kW), Paya (48 kW), Pisba (36 kW), Mitú
(650 kW), Aguazul (4800 kW), Puerto López (600 kW), Tame (1800 kW). Con este
programa se pretendía instalar cerca de 13,4 MW en zonas aisladas pero solo se ejecutaron
los proyectos de Paya y Pisba.
Cooperación Técnica Alemana: El ICEL con el fin de aprovechar al máximo los equipos
de generación, ejecutó un estudio con cooperación de la República Federal Alemana, para
21 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas, con lo cual incrementaría la potencia de cada
planta.
Plan ICEL- JICA: El ICEL solicitó al Gobierno del Japón en 1987, la realización de un
estudio de rehabilitación para 82 pequeñas centrales eléctricas (3 térmicas, 62 hidráulicas y
17 diesel), las cuales eran operadas por 15 Electrificadoras filiales del ICEL. De estas 82
Centrales se escogieron para estudios de factibilidad las siguientes Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas: Municipal, Intermedia y San Cancio en el Departamento de Caldas y Julio
Bravo en el Departamento de Nariño.
Proyecto Territorios Nacionales: Este proyecto fue desarrollado por ICEL, con la
colaboración del Gobierno Italiano; se seleccionaron 16 posibles proyectos, de las cuales
se les realizaron a estudios de factibilidad técnico económica para los siguientes: San
Pedro (12 MW), Mesetas (720 kW), Nunchía (entre 800 - 1000 kW), La Salina (500 kW),
Recetor (450 kW), Tauranema (entre 600 - 800 kW).
Plan Microcentrales CORELCA - PESENCA: CORELCA a través de PESENCA, en
1985, con la participación del ICA y la GTZ, desarrolló un programa en la Costa Atlántica
6
cuyos resultados fueron los siguientes: Palmor (Magdalena, 125 kW, en operación),
Caracolí (Guajira, 100 kW, en construcción), Palestina (Magdalena, 8.5 kW), Paucedonia
(Magdalena, 15 kW, en operación), Siervo Arias (Magdalena, 12 kW, en operación),
Sacramento (Magdalena, 23 kW, en operación), Río Piedras (Magdalena, 250 kW, en
construcción), rehabilitación de la PCH de Gaira (Magdalena, 1090 kW), Mico Ahumado
(Bolívar, 120 kW, en construcción), Machosolo (Magdalena, 10 kW, en operación). En
este Plan se identificaron los proyectos de: Nabusinake (Magdalena, 30 kW), Simití
(Bolívar, 1900 kW), Santa Rosa de Simití (Bolívar, 300 kW), Villa Germanía (Cesar, 60
kW).
Proyecto Piloto en Zonas Aisladas: El Ministerio de Minas y Energía, fue encargado por
el Gobierno Nacional para adelantar los siguientes Proyectos Piloto para suministro de
Energía Eléctrica: Cumbitara (Nariño, 125 kW, en construcción), Acandí (Chocó, 300 kW,
en proyecto), La Macarena (Meta, 150 kW, en proyecto), Caracolí (Guajira, 100 kW, en
construcción), Bahía Solano (Chocó, 600 kW, Puerto López (Cauca, 300 kW, en
construcción).
Plan de Rehabilitación de PCHs por la CVC: En 1983, la Corporación Autónoma Regional
del Valle del Cauca -CVC- realizó estudios de rehabilitación de las siguientes centrales:
Cali I y II, Nima I y II, Guadalajara, El Rubor, La Rivera, Riofrío y Consota. En 1992
inició gestiones para la consecución de los recursos financieros necesarios para emprender
los trabajos de recuperación de estas instalaciones, con un costo total estimado de MUS$
23.
El ICEL ( 1995-1997)
realizo un programa de construcción de PCHs:
Chorrera(Amazonas) 40 KW, San Pedro 15000 KW, López de Micay(Cauca) 450 KW,
Guapi (Cauca) 13500 KW, Timbiqui (Cauca) 8800 KW, B. Solano (Choco) 2220 kw,
Unguia (Choco) 1100 KW, Acandi 250 KW, Pizarro 2000 KW, San José de Guaviare
15000 KW, El retorno 110 KW, La Macarena 600 KW, Puerto Carreño 5000 KW, Bocas
de Satinga 3030 KW, Mocoa (Putumayo) 22000 KW y Mitu (Vaupes) 320 KW, que
adicionaran al sistema 114.8 MW.
El INEA (1995-1997) adelanto los proyectos: diagnostico técnico de rehabilitación de
PCHs de PCHs fuera de servicio, Adecuación de Criterios de diseño de PCHs y
Levantamiento del Potencial hídrico para generación hidroeléctrica a pequeña escala.
IPSE (1197-2013) El IPSE estudia posibilidad de construcción de PCHs en territorios
Nacionales y en el año 2009 por gestión del IPSE y Licitación Internacional de FONADE
se inicio la Construcción de la PCH GUAPI
7
Tabla 1. Pequeñas Centrales Hidroeléctricas de Colombia en Estudio, año 2012.
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
NOMBRE DE LA
CENTRAL
UBICACION
LOCALIDAD
DPTO.
LA CHORRERA LA CHORRERA
AMAZONAS
PAJARITO
YARUMAL
ANTIOQUIA
BELLO
MEDELLIN
ANTIOQUIA
NUTIBARA
MEDELLLIN
ANTIOQUIA
AMERICA
MEDELLIN
ANTIOQUIA
CAMPESTRE
MEDELLIN
ANTIOQUIA
MANANTIALES
MEDELLIN
ANTIOQUIA
SAN LUCAS
SAN LUCAS
BOLIVAR
EL CHISPERO
MANIZALES
CALDAS
SAN PEDRO
SANTUARIO
CAQUETA
SANTANA RAMOS
CAQUETA
TARQUI
CAQUETA
LOPEZ MICAY
LOPEZ MICAY
CAUCA
GUAPI
GUAPI
CAUCA
TIMBIQUI
TIMBIQUI
CAUCA
LOPEZ PTO SERGIO
JOLI/LOPEZ
CAUCA
SANTA ROSA
SANTA ROSA
CAUCA
ARGELIA
ARGELIA
CAUCA
VILLA GERMANIA VILLA GERMANIA CESAR
JURADO
JURADO
CHOCO
ACANDI
ACANDI
CHOCO
UNGUIA
UNGUIA
CHOCO
PIZARRO
PIZARRO
CHOCO
BAHIA SOLANO BAHIA SOLANO CHOCO
CUPICA
CUPICA
CHOCO
SIPI 3
SIPI
CHOCO
PANGUI
CHOCO
SIPI I
SIPI
CHOCO
JOVI
CHOCO
ARUSI
ARUSI
CHOCO
SANTA RITA
CHOCO
CHOPOGORO
CHOCO
CHIGORODO
CHIGORODO
CHOCO
PTO ECHEVERRY PTO. ECHEVERRYCHOCO
DUBASA
DUBASA
CHOCO
PTO CORDOBA PTO.CORDOBA CHOCO
PATECITO
PATECITO
CHOCO
SANANDOCITO
CHOCO
COQUI
COQUI
CHOCO
PAVARANDO
PAVARANDO
CHOCO
NUQUI
NUQUI
CHOCO
INIRIDA
INIRIDA
GUAINIA
EL RETORNO
EL RETORNO
GUAVIARE
SAN JOSE-1
SAN JOSE
GUAVIARE
ACUED. V/CENC. V/CENCIO
META
MACARENA
S.MACARENA
META
SAN JOSE-2
PTO. CONCORDIA META
PISANDA 5B
CUMBITARA
NARIÑO
ALTAQUER
ALTAQUER
NARIÑO
BOCAS DE SATINGA
O.HERRERA
NARIÑO
ALTAQUER
BARBACOAS
NARIÑO
ROSARIO
ROSARIO
NARIÑO
MOCOA
MOCOA
PUTUMAYO
RIO ROJO
ARMENIA
QUINDIO
RIO LEJOS
RIO LEJOS/AZUL QUINDIO
LA VIEJA
CARTAGO
VALLE
CUANCA
TULUA
VALLE
BUGALAGRANDE Q. NORCASIA
VALLE
R.ESPEJO-ALTERN.
ARMENIA
B
VALLE
R.ESPEJO-ALTERN.
ARMENIA
A
VALLE
DESBARATADO MIRANDA
VALLE
CAICEDONIA
SEVILLA
VALLE
SEVILLA
R.BUGALAGRANDEVALLE
ESPARTA
ESPARTA
VALLE
MITU
MITU
VAUPES
PTO CARREÑO PTO CARREÑO
VICHADA
TOTAL
GRUPO DE PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS
CARACTERISTICAS GENERALES
POT. EFECT.CAUDAL DISP.CAIDA BRUTA CAIDA
ENTIDAD
RECURSO
kW
kW
m3/seg
m
NETA m
CARGO
HIDRICO
40
0,25
20
RIO IGARA/PARANA
4750
4,75
124
115
E.P.MEDLLIN
R. NECHI
550
630
0,55
234
111
E.P.MEDLLIN
ACUEDUCTO
900
990
0,8
198
124
E.P.MEDLLIN
ACUEDUCTO
450
540
0,55
168
91
E.P. MEDLLIN
ACUEDUCTO
1050
1080
1,2
161
97
E.P.MEDLLIN
ACUEDUCTO
3800
4000
6
93
70
E.P.MEDLLIN
ACUEDUCTO
120
71
66
Q. LA FRIA
1500
CHEC
R. CHINCHINA
82
RIO SAN PEDRO
300
ICEL
RIO SAN PABLO
50
ICEL
Q. AGUA CLARA
450
15
RIO JOLI
42
RIO NAPI
17760
51
RIO TIMBIQUI
600
5
17
13
RIO MICAY
0,25
0,82
93
Q. LAS PAPAS
3
750
1,5
74
Q. LAS PERLAS
40
0,245
27
CORELCA
R. DILUVIO
1000
27
RIO PARTADO
250
Q. MONO MACHO
1100
68
RIO CUTI
5200
95
RIO PURRICHA
2220
351
Q. MUTATA
RIO LORO
10777
1,39
20
ICEL
RIO SIPI
125
1,73
26
ICEL
Q. QUEBRADAS
656
1,39
80
ICEL
Q. LAS PIEDRAS
100
0,80
8
ICEL
Q. CHONTADURO
519
4,17
25
ICEL
Q.AGUA CLARITA
350
ICEL
RIO GUINEO
2400
0,52
80
ICEL
Q. SANTA ANA
187
1,06
30
ICEL
RIO BAUDO
135
0,48
48
ICEL
RIO BAUDO
3700
26,54
10
ICEL
RIO DUBASA
158
1,34
20
ICEL
RIO BAUDO
115
1,34
30
ICEL
RIO BAUDO
146
0,05
80
ICEL
Q. VALERIO
60
0,48
12
ICEL
Q. BONGO MANSO
230
2,12
40
ICEL
RIO BAUDO
700
3,25
15
ICEL
R. NUQUI
RIO INIRIDA
300
5
CAÑO GRANDE
40
R. GUAYABERO
16
ACUED. V/CENCIO
98
CAÑO CANOAS
250 A 1750
6 A 51
8
ICEL
R. CAFRE
15
PROMONARIÑO
Q. NICHAO
4000
CEDENAR
5
RIO SATINGA
270
29,5
37
PROMONARIÑO
R. GUIZA
540
0,4
230 PROMONARIÑO
Q. PINCHE
108
RIO MOCOA
11
8,9
120
EPSA
R. ROJO
13
6
250
EPSA
R. LEJOS
80
120
80
EPSA
R. LA VIEJA
1400
1,4
60
EPSA
R. CUANCUA
4500
9
60
EPSA
R. BUGALAGRAN.
27
65
50
EPSA
R. LA VIEJA
16
65
30
EPSA
R. LA VIEJA
7
3,3
230
EPSA
R. DESBARATADO
3400
14,1
28
EPSA
R. BARRAGAN
3800
9
50
EPSA
R. BUGALAGRANDE
800
4,5
48
EPSA
R. CAÑAVERAL
3
3
RIO VAUPES
4
RIO BITA
80130
AÑO
1,996
1,996
1,996
1,997
1,996
1995
1979
1978
1990
1990
1990
1991
1991
1990
1990
1949
1949
1949
1949
Fuente: Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas 2004 (E. Torres, G Parga) Actualizado E. Torres 2012)
8
ESTADO PCH
PREFACTIBILIDAD
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO FINAL
CONSTRUCCION
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
CONSTRUCCION
FACTIBILIDAD
FACTIBILIDAD
CONSTRUCCION
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
DISEÑO
PREFACTIBILIDAD
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
CONSTRUCCION
RECONOCIMIENTO
DISEÑO
FACTIBILIDAD
RECONOCIMIENTO
ESTUD.PRELIMIN.
FACTIB. Y DISEÑOS
FACTIBILIDAD
FACTIBILIDAD
RECONOCIMIENTO
DISEÑO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
RECONOCIMIENTO
PREFACTIBILIDAD
PREFACTIBILIDAD
PREFACTIBILIDAD
PREFACTIBILIDAD
DISEÑO
FACTIBILIDAD
Gráfico 1. Pequeñas centrales hidroeléctricas de Colombia en estudio, año 2012.
Fuente: Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas 2004 (E. Torres, G Parga) Actualizado E. Torres
2012)
9
Tabla 2. Pequeñas centrales hidroeléctricas de Colombia en operación, año 2012.
1. SANTA RITA
2. CAICEDO
3. REMEDIOS
4. ABEJORRAL
5. AMAGA
6. AMALFI
7. ANGOSTURA
8. ANTIÓQUIA
9. ARMENIA
10. BARBOSA
11. BOLIVAR
12. CALERA
13. CARACOLI
14. CAÑASGORDAS
15. SAN JUAN
16. EL LIMON
17. CONCORDIA
18. FREDONIA
19. GRANADA
20. GUARNE
21. ITUANGO
22. JERICO
23. LA REBUSCA
24. OLAYA
25. PIEDRAS
26. PUEBLO RICO
27. RÍO ABAJO
28. SALGAR
29. SAN ANDRES
30. SAN JOSE
31. SAN PEDRO
32. EL CAIRO
33. SANTUARIO
34. SONSON
35. SOPETRAN
36. RÍO FRIO
37. TITIRIBI
38. TOLOMBO
39. URRAO
40. EL SALTO
41. MICOAHUMADO
42. PTE. GUILLERMO
43. SOATA
44. TEATINOS
45. CHIQUINQUIRA
46.
LABRANZA
GRANDE
47. PAJARITO
48. PASCA
49. PAYA
50. PISBA
51. ANSERMA
52.
53.
54.
GUACAICA
ARANZAZU
BELEN DE
UMBRIA
55.
INTERMEDIA
56.
MARULANDA
57.
MUNICIPAL
58.
PACORA
59.
PENSILVANIA
60.
PINZON HOYOS
61.
SAN LORENZO
62.
SALAMINA
63.
SAN CANCIO
64.
STA.
R.
DE
CABAL
65.
SUPIA
66.
MANZANARES
67.
GUACAMAYAS
68.
ISLA GORGONA
69.
FLORIDA I
70.
INZA
71.
OVEJAS
72.
SILVIA
73.
ASNAZU
74.
CALOTO
75.
COMODA
76.
RÍO PALO
77.
MONDOMO
78.
SAJANDI
79.
TORIBIO
80.
ZIPAQUIRA
81.
GUATICA
82.
APULO
83.
CAQUEZA
84.
LA SALADA
85.
ANOLAIMA
86.
CHOACHI
87.
FUSAGASUGA
88.
GACHETA
89.
MUÑA
90.
NEUSA
91.
PACHO
92.
PANT.
REDONDO
93.
RIONEGRO
94.
SALTO
ANTIGUO
95.
SESQUILE
96.
TOCAIMA
97.
LA VUELTA
98.
JURIBIDA
99.
CARACOLI
100.
FORTALECILLA
S
101. LA VICIOSA
102.
103.
104.
105.
106.
107.
108.
109.
110.
111.
112.
113.
114.
115.
116.
117.
118.
119.
120.
121.
122.
123.
124.
125.
126.
127.
128.
129.
130.
131.
132.
133.
134.
135.
136.
137.
138.
139.
140.
141.
142.
143.
144.
145.
146.
147.
148.
149.
150.
151.
152.
153.
GIGANTE
154. SANTA ROSA
GUADALUPE
155. CALICHAL
IQUIRA I
156. ZARAGOZA
IQUIRA II
157. PALMAS
LA PITA
158. SERVITA
LAS DELICIAS
159. CASCADA
BONDA
160. CHITOZA
GAIRA
161. LA COMODA
MACHOSOLO
162. CERRITO
MIGUEL MEDINA
163. LA CASCADA
PALESTINA
164. MALAGA
PALMOR
165. PIEDECUESTA
PAUCEDONIA
166. SAN GIL
RÍO PIEDRAS
167. SOCORRO
SACRAMENTO
168. ZAPATOCA
SIERVO ARIAS
169. RÍO RECIO I
CORRALES
170. RÍO RECIO II
EL CALVARIO
171. VENTANAS
SAN JUANITO
172. MIROLINDO
COLORADOS
173. GUALI
CONVENCION
174. LAGUNILLA
OCAÑA
175. PASTALES
PAMPLONA
176. CAJAMARCA
SALAZAR
177. LIBANO
JULIO BRAVO
178. VENADILLO
RÍO BOBO
179. RIVERA
RÍO INGENIO
180. NIMA I
RÍO SAPUYES
181. NIMA II
SAPUYES
182. RUMOR
ALTAQUER
183. CONSOTA I
RÍO MAYO I
184. CONSOTA II
MAYO 1
185. GUADALAJARA
POTOSI
186. CALI I
SANDONA
187. CALI II
MULATO
188. CARTAGO
COLON
189. CUMBRE
MOCOA
190. EL HOMIGUERO
SAN FRANCISCO
191. LA PUERTA
MONTENEGRO
192. PRADERA
PIJAO
193. RÍO FRÍO
EL BOSQUE
194. RÍO FRÍO II
LA UNION
195.
PATICO – LA
ARMENIA
CABRERA
BAYONA
196. COCONUCO
CALARCA
197. SANTA ANA
CAMPESTRE
EL CAIMO
SANTUARIO
NUEVO LIBARE
NUEVA
BELMONTE
DOS QUEBRADAS
Fuente: Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas –INEA- (E. Torres, G Parga) Actualizado E. Torres
2012)
10
Gráfico 2. Pequeñas centrales hidroeléctricas de Colombia en operación, año 2002.
Fuente: Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas –INEA-(E. Torres, G Parga) Actualizado E. Torres
2012)
g. Turbinas más utilizadas a nivel Colombia
Entre los diversos tipos de turbinas utilizados por las Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas, las más utilizadas son las tipos Francis (el 31,61% de las centrales
utilizan esta turbina) y las tipo Pelton (utilizadas por el 27,98% de las centrales). La
Tabla 8 muestra el tipo, número de pequeñas centrales y potencia instalada por tipo de
turbina.
Las turbinas Kaplan son las menos comunes; solo una pequeña central cuenta con este
tipo de turbina; las bombas centrífugas son utilizadas como turbinas especialmente en
las microcentrales.
11
Las turbinas Francis son las utilizadas en las centrales pequeñas y minicentrales, en
tanto que, las turbinas Michell-Banki son las más utilizadas en las centrales tipo
minicentrales.
Tabla 3. Tipos de turbinas utilizadas en las PCH´S.
Tipo de Turbina
N° Centrales
Potencia Instalada en
Kw
PELTON
48
33.926
FRANCIS
52
68.249
MICHELL-BANKI
COMBINADOS
(Pelton-Francis)
KAPLAN
4
100
8
13.231
1
1.500
OTROS
1
-
SIN INFORMACIÓN
87
52.656,9
TOTAL
197
168.162,9
Fuente: INEA, 1997. E. Torres, G Parga) Actualizado E. Torres 2012)
h. Algunos parámetros para tener en cuenta tanto para el diseño como en la puesta en
marcha
Los estudios de hidrología deben permitir disponer de un orden de magnitud para el
caudal del 95% del tiempo, caudales mínimos, y caudales de diseño.
Varios métodos, del Soil Conservation Service, de Gumbel y análisis regional,
permiten establecer un rango para el caudal máximo que se utiliza para el diseño del
vertedero.
En la determinación del volumen anual probable de sedimentos se puede utilizar una
metodología comparativa de análisis regional.
Se debe realizar un seguimiento y monitoreo ambiental para detectar eventuales efectos
generados por la operación del proyecto y ejecutar las medidas de mitigación
identificadas.
Desarrollar un estudio detallado acerca de las especies ictiológicas con el fin de
profundizar acerca de la relación con el hombre como fuente de alimento y de trabajo.
Se debe realizar un plan de acción social tendiente a la integración de todos los actores
sociales presentes en la zona; Tanto las entidades gubernamentales (Corporación
Regional, ICEL), como las no gubernamentales (comunidad) deben concertar
programas integrales con el fin de posibilitar el desarrollo sostenible de la región y
mejoren la calidad de vida de las familias.
Se deberán programar actividades de capacitación, apoyo y asistencia para acciones de
desarrollo comunitario y formación de líderes comunitarios. Se pretende a través de
estos programas garantizar la participación de la comunidad (negras, indígenas etc.) de
12
eventos que afecten su permanencia y que se institucionalicen canales de participación
real de la comunidad en la toma de decisiones.
Se debe considerar las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas como proyectos ambientales
ya que están contribuyendo a preservar el medio ambiente y a evitar el calentamiento
del planeta.
Las hidroeléctricas son una tecnología limpia ya que no contamina el medio ambiente;
mientras que la planta Diesel además de consumir petróleo y gasolina que son combustible
Fósiles, contamina el ambiente con el humo que emite a la atmósfera
i. Estudios ambientales en pequeñas centrales hidroeléctricas
El gobierno Nacional en su preocupación por mejorar la calidad de vida de los
Colombianos que habitan las regiones más apartadas de nuestro país, ha dispuesto a través
del Instituto Colombiano de Energía Eléctrica - ICEL -, de las electrificadoras y del
Instituto de Ciencias Nucleares - INEA- el diseño, y la construcción de Pequeñas
Centrales Hidroeléctricas - P.C.H.s.
Es mediante la puesta en funcionamiento de estas P.C.H. que se atenderá con Energía
Eléctrica municipios marginados como son los que existen en Departamentos como Cauca,
Chocó, Putumayo, Guaviare, etc.
Existen unas etapas necesarias para la construcción de una pequeña Central Hidroeléctrica,
las cuales son a saber:
Identificar centros de población que no serán conectados a una red interconectada
en el futuro previsible y en los cuales está identificada su necesidad energética.
Identificar el lugar donde se genere el menor impacto para allí instalar la Pequeña
Central Hidroeléctrica con el fin de alimentar los pueblos dentro de una distancia
económica, aproximadamente 10 - 20 km.
Determinar los datos hidrobiológicos y geológicos que permitan establecer la
potencia y la energía producible.
Con los datos básicos para la central hidroeléctrica, se prepara un diseño preliminar,
tomando en cuenta la topografía y geología del lugar.
Tabla 4. Costos PCHs Colombia.
Picocentrales
PCHs SIN PCHs SIN
Territorios
Nacionales
Potencia Instalada
2 - 5 kw
1,500 Kw
14,500 Kw
2,000 Kw
Inversión US/Kw
1.000
2.800
2.400
5.000 - 7.000
Vida Util Equipos
30 años
30 años
30 años
30 años
Fuente: Autor
13
2. CONCLUSIONES
Las centrales hidroeléctricas son una fuente de energía renovable importante para la
seguridad energética del país. Colombia es un país con una condición hídrica favorable
para este tipo de generación, por lo que se cuenta con una gran cantidad de centrales
hidráulicas que aportan alrededor del 62 por ciento de la capacidad instalada de
generación eléctrica.
Históricamente, han sido las grandes centrales hidroeléctrica las que han dominado el
sector en Colombia, el impacto que conlleva su construcción - ecológicos, étnicos,
inundación de tierras, reasentamientos humanos – hace que sea cada vez más difícil
desarrollar este tipo de proyectos. Los PCHs, en cambio, se presentan como una
alternativa amigable con el medio ambiente, que requieren de una inversión más baja y
menor tiempo para entrar en funcionamiento.
En Colombia las Energías Alternativas están incrementado su potencial, en especial las
Pequeñas Centrales hidroeléctricas, que pasan de 200 PCHs y van a llegar a 250 PCHs
en el año 2013
Referencias
Díaz A., Otálora O. (1992). Inventario Nacional de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas.
Universidad Nacional de Colombia.
Formulación de un plan de desarrollo para las fuentes Convencionales de Energía en
Colombia (Pdfnce), Corpoema, 2010.
Manual de mini y micro centrales hidráulicas. Guía para desarrollo de proyectos.
Intermedite technology Depelopment Group. 1995.
Ministerio de Minas y Energía. Plan Energético Nacional -PEN- 1994.
Ministerio de Minas y Energía.- Memorias del V Encuentro Latinoamericano y del
Caribe de pequeños aprovechamientos hidroenergéticos. 1993.
PROMONARIÑO.- Plan de Energía no convencional para Nariño y Putumayo. 1993.
Revista HIDRORED 1/93. Red Latinoamericana de Microenergía
Revista HIDRORED 3/94. Red Latinoamericana de Microenergía
The World Bank Group Energy Unit, Energy, Transport and Water Department,
Technical and Economic Assessment of Grid, Mini-Grid and Off-Grade Electrification
Technologies, 2006
14
Torres, E. & Et-al. (1997). Guía de Pequeñas centrales hidroeléctricas INEA.
Torres, E. y Castillo J., J. (1995). Estado actual y perspectivas de las Pequeñas
Centrales Hidroeléctricas en Colombia. Memoria VI Encuentro Latinoamericano de
Pequeños Aprovechamientos Hidroenergéticos.
Torres, E., & Et-al. (1994). Grupo de Hidroelectricidad del INEA. Informe final de
diseño Minicentral de San Lucas Sur de Bolívar.
UPME, costos indicativos de generación eléctrica en Colombia, 2005
15