Investigación aplicada e innovación

Investigación
aplicada e
innovación
Volumen 1-Nº 2
Segundo semestre 2007
Lima-Perú
ISSN 1996-7551
Editorial ........................................................................................................................................................
89
Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos ................ Adolfo Marchese García
90
Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de
operación .............................................................................................................. Giancarlo Obando Díaz
96
Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual ...... Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera
104
El supervisor como management para generar sinergia .................... Christian León Porras
112
¿Calidad a través de acreditaciones internacionales ó acreditaciones internacionales
a través de la calidad? ..................................................................................... Pablo Moreno Romaní
115
Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero Sae 1045 mediante
ensayo de impacto ....................................................... Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido
122
Medición de flujo en líquidos con válvulas de control .......................... Henry Gómez Urquizo
127
Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta
por realimentación ........................................ Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna
133
Autositonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
..................................................................................................................................... Manuel Manyari Rivera
138
Monitoreo de estaciones mecatrónicas: Laboratorio – TECSUP ..........................................
........................................................................................ Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo
143
Invest Apl Innov 1(2), 2007
87
Director:
Alberto Bejarano
Comité Editorial:
Adolfo Marchese García
Daniel Mendiburu Zeballos
Dante Muñoz Díaz
Elmer Ramirez Quiroz
Hernán Zapata Gamarra
Colaboradores:
Adolfo Marchese García
Christian León Porras
Denis Chávarry Hernández
Ernesto Godines De la Cruz
Elmer Mendoza Trujillo
Giancarlo Obando Díaz
Henry Gómez Urquizo
Jessica Vlásica Malpartida
Jorge Rodríguez Llapa
Mercè Gisbert Cervera
Manuel Manyari Rivera
Manuel Vizcarra Bellido
Pablo Moreno Romaní
Raúl Medrano Tantaruna
Corrector de estilo:
Jorge Alvarado Cevallos
88
Diseño, diagramación:
OnTime Publicidad & Marketing
Impresión:
Stampa Gráfica S.A.C.
Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional
del Perú:
2007-04706
TECSUP
Arequipa: Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis
Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú
Lima: Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú
Publicación Semestral
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reproducción del contenido, sin embargo se autoriza para
fines didácticos la reproducción total o parcial, siempre y
cuando se cite la fuente.
Nota
Las ideas y opiniones contenidas en los artículos son de responsabilidad
de sus autores y no refleja necesariamente el pensamiento de nuestra
institución.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
EDITORIAL
Complacidos por los favorables comentarios recibidos sobre nuestra primera edición,
nos es muy grato publicar el segundo número de la revista Investigación Aplicada e
Innovación, cuyo esfuerzo se ha renovado y acrecentado gracias a las sugerencias
recibidas y que se enmarcan en los procesos de mejora continua que practicamos. Nos
sentimos muy reconocidos por las notas y entrevistas en la prensa escrita, televisión y
páginas web, donde han comentado el lanzamiento de nuestra revista y en especial,
el contenido de sus artículos.
Esta revista, como todas las actividades que se realizan en Tecsup, es guiada por los
valores que compartimos en la institución: ética, cooperación, calidad, innovación
y pasión. Es la colaboración de los docentes y estudiantes en la investigación de
diferentes áreas tecnológicas, y también en la preparación y la revisión de los artículos,
lo que hace posible su publicación.
Con ella esperamos contribuir a mejorar la calidad de los productos y servicios
que ofrecen las empresas peruanas en el mercado interno y en todo el mundo.
En la actualidad se está dando un intercambio de gran cantidad de productos a
mayor número de destinos, lo cual crecerá en un futuro próximo como parte de la
globalización, lo cual es cada vez más importante en la cultura de los empresarios
y ciudadanos de nuestro país. Por ello es indispensable incrementar la investigación
aplicada y la innovación para ser más competitivos en este escenario universal.
Alberto Bejarano
Director Académico
Invest Apl Innov 1(2), 2007
89
Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
Characterization geometallurgical of auriferous minerals
Adolfo Marchese García
RESUMEN
En la metalurgia extractiva de minerales auríferos, es
possible to select a treatment process considering envi-
posible encontrar el oro incluido y/o asociado a diferen-
ronmental criteria.
tes minerales. Esto nos lleva necesariamente a estudios
de caracterización del mineral a el fin de determinar la
Mineral characterization was done in order to propose
ocurrencia del oro y su comportamiento frente a los pro-
economic and ecologic processes for treating a gold ore.
cesos extractivos, para seleccionar los procesos ambien-
Thus, were done mineralogical, physicochemical, and
talmente aplicables en el beneficio, extracción y recupe-
metallurgical studies on an auriferous ore from north
ración del metal valioso.
zone of the country with the objective of determining
the most important parameters on the extraction pro-
En este trabajo técnico se realizó la caracterización
cesses and select viable technologies of treatment.
geometalúrgica del mineral con el objeto de identificar
90
los procesos aplicables técnica, económica y ambien-
Each composite was characterized mineralogically,
talmente en el beneficio y extracción de oro a partir
physicochemically and metallurgically determining the
de mineral de mina. Se realizó la caracterización mi-
main influential aspects on extractive processes. Results
neralógica, fisicoquímica y metalúrgica de un mineral
obtained show that gold is present in a fine size (less
aurífero de la zona norte del país, para determinar los
than 75 µm) and the majority is free. For that reason, the
parámetros que más influyen en los procesos de extrac-
ore must be grinded very fine in order to be treated by a
ción y seleccionar así las tecnologías más adecuadas de
treatment of direct cyanidation by agitation.
implementación.
PALABRAS CLAVES
Cada composito fue caracterizado mineralógica, fisicoquímica y metalúrgicamente, determinando las carac-
Caracterización mineralógica, caracterización fisicoquí-
terísticas más influyentes en los procesos extractivos.
mica, caracterización metalúrgica, cianuración, extrac-
Los resultados obtenidos indican que el oro presente en
ción, recuperación.
el mineral se presenta en un tamaño muy fino (menor
75 micrones), y que la gran mayoría está como libre o
KEY WORDS
expuesto. Por tal motivo se requiere que el mineral sea
molido finamente para su posterior tratamiento de cia-
Mineralogical characterization, physicochemical characte-
nuración convencional por agitación.
rization metallurgical, cyanidation, extraction, recovery.
ABSTRACT
INTRODUCCIÓN
On the extractive metallurgy of auriferous ores, it’s pos-
Como parte del desarrollo del proyecto investigativo
sible to find gold included and/or associated to differ-
se realizó la caracterización mineralógica, química, fisi-
ent minerals. This aspect obliges to take characterization
coquímica y metalúrgica para dos diferentes muestras
studies in order to know how the gold is on the ore and
de mineral provenientes de un yacimiento con reser-
its behaviour on extractive processes. In this way will be
vas de mineral aurífero.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
Al inicio, un experto mineralogista caracterizó microscópica-
%
%
Ganga
%
Óxidos
mente cada una de las muestras, clasificándolas en dos tipos
trazas Oro electrum 40
Cuarzo
8
Hematita-Goethita
de mena: minerales oxidados y minerales sulfurados. A partir
40
10
Moscovita 1
de allí, se unieron las muestras de un mismo tipo tecnológi-
trazas Galena
1
Zircón
trazas Magnetita
co de mena y se conformaron dos compositos: composito 1
trazas Esfalerita
trazas
Pirrotita
trazas Ilmenita
(mineral oxidado) y composito 2 (mineral sulfurado).
trazas Arsenopirita
trazas
Clorita
trazas
Turmalina
Cada composito fue sometido a caracterización mineralógica, química, fisicoquímica y metalúrgica, determinando las
Mena
Pirita
Rutilo
Trazas = <0.5%
Tabla 2 - Composición mineralógica del composito sulfurado.
características más influyentes en los procesos extractivos.
RESULTADOS Y DISCUSION
METODO EXPERIMENTAL
Caracterización Mineralógica: Las tablas 1 y 2 contienen
los resultados del análisis microscópico de cada composito,
a. Caracterización Mineralógica: Los dos tipos de mena
fueron analizados por difracción de rayos X y micros-
donde se muestran las composiciones mineralógicas presentes en la mena, la ganga y las alteraciones por óxidos.
cópica por la técnica de análisis de material particulado en secciones delgadas pulidas. Como resultado
La presencia de minerales consumidores de cianuro y
de esta caracterización se determinó la composición
de oxígeno, tales como los óxidos de hierro y sulfuros de
mineralógica, la ocurrencia y distribución del oro en
hierro, respectivamente, indican que durante el proceso
los finos, livianos y pesados.
de lixiviación, el composito oxidado será controlado por
la concentración de cianuro y para el composito sulfura-
b. Caracterización Química: Se determinaron las leyes de oro
do el control lo ejercerá el oxígeno disuelto.
y plata de cada una de las muestras, a través de las técnicas
de ensayo al fuego convencional y ensayo al fuego com-
Por otra parte, los dos compositos contienen cantidades
binado con el método de absorción – atómica. Además se
significativas de arcilla, situación que dificulta el proceso
determinaron las concentraciones de algunos elementos
de lixiviación, puesto que las arcillas aumentan la viscosi-
que pudieran interferir en los procesos de extracción.
dad de la pulpa y dificultan la difusión del oxígeno en la
solución. Este problema es más crítico para el composito
c. Caracterización Fisicoquímica: Debido a que los
sulfurado por presentar, además, minerales consumido-
procesos metalúrgicos extractivos requieren del ma-
res de oxígeno. Otros minerales que se presentan en pe-
nejo de pulpas es necesario determinar algunas carac-
queñas cantidades como la galena, calcopirita y esfalerita
terísticas fisicoquímicas del mineral, tales como: den-
actúan relativamente como consumidores de cianuro.
sidad, nivel de acidez, tipo de sales solubles, velocidad
de sedimentación, viscosidad de pulpa y porcentaje
Mediante la caracterización mineralógica se determinó
de retención de líquidos.
también la ocurrencia del oro y el tamaño promedio de
las partículas de oro.
d. Caracterización Metalúrgica: Con el fin de determinar
la respuesta del mineral frente a los procesos de bene-
Según las microfotografías tomadas por el mineralogista,
ficio y extracción, y de esta manera predecir su com-
la mayor ocurrencia de oro es en forma libre o asociado a
portamiento metalúrgico, se realizaron una serie de
óxidos. No se encontró oro incluido en sulfuros, lo que des-
ensayos para determinar: Índice de Bond, distribución
carta la necesidad de aplicar un pretratamiento al proceso
del oro por fracciones granulométricas, grado de lixivia-
de cianuración para la exposición y/o liberación del oro.
bilidad y la distribución del oro en diferentes matrices.
%
Mena
%
Ganga
%
Óxidos
trazas
Oro electrum 40
Cuarzo
40
Hematita-Goethita
3
Pirita
15
Moscovita trazas Magnetita
trazas
Calcopirita
trazas Zircón
trazas
Galena
trazas Pirrotita
trazas Rutilo
Trazas = <0.5%
Tabla 1 - Composición mineralógica del composito oxidado.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 1 - Ocurrencia del oro en cada compost.
91
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
Es importante resaltar que el tamaño de las partículas de
métodos convencionales de cianuración, ya que depen-
oro es muy pequeño, inferior a 100 micrones, lo que indica
de del grado de liberación o exposición del oro durante
que será necesario reducir el mineral hasta granulometría
las operaciones de conminución.
fina para lograr exponer o liberar el oro. Además, a este
tamaño, la cinética de extracción de oro es rápida, ya que
La mayor cantidad de oro se encuentra en el mineral pe-
el área de contacto con la solución lixiviante es grande.
sado, es decir en los sulfuros y óxidos.
En la tabla 3 se presentan los porcentajes en peso de finos, livianos y pesados que conforman cada uno de los
Según estos resultados, el uso de procesos de concentra-
compositos.
ción gravimétrica o lavado (para eliminar arcillas), previos
al proceso de cianuración, no son aplicables a este mineral, ya que acarrearía a pérdidas considerables de oro al
Composito
Finos (%)
Livianos (%)
Pesados (%)
Oxidado
46.49
41.56
11.95
64.01
17.82
18.22
48.16
36.63
15.21
42.50
46.55
11.02
Sulfurado
descartar los finos. Sin embargo, es posible pensar en el
tratamiento de finos y pesados por separado, dependiendo de los resultados metalúrgicos, ya que como se puede
observar, el porcentaje de mineral pesado es bajo (15%) y
contiene más del 65% del oro.
Tabla 3 - Porcentajes en peso de finos, livianos y pesados para cada
composito.
Caracterización Química: Se determinaron las leyes de
oro y de plata de cada composito, cuyos resultados se pre-
Porcentaje de oro (%)
sentan en la tabla 5. En la tabla 6 se presentan las leyes
Composito
Finos (%)
Livianos (%)
Pesados (%)
Oxidado
46.49
41.56
11.95
64.01
17.82
18.22
48.16
36.63
15.21
La relación Au:Ag del composito oxidado y del sulfurado es 2
42.50
46.55
11.02
y 0.6, respectivamente, y según ella es posible aplicar proce-
Sulfurado
Tabla 4 - Distribución del oro en los finos, livianos y pesados para
cada composito.
determinadas para algunos elementos importantes.
sos de recuperación con carbón activado. Para minerales con
elevadas cantidades de plata y bajas de oro, no se recomienda
usar carbón activado, ya que la plata compite con el oro du-
92
Composito
Ley de oro (g/t)
Ley de plata (g/t)
Oxidado
12.04
6.08
Sulfurado
17.68
29.64
As
Sb
Zn
Cu
Pb
inventarios de carbón activado para recuperar pequeñas cantidades de oro, lo cual no es rentable a nivel industrial.
Composito oxidado
Tabla 5 - Leyes de oro y de plata de cada composito.
Composito Te
rante el proceso de adsorción, haciendo que se manejen altos
Fe
S
(g/t)
(g/t)
(g/t)
(g/t)
(g/t)
(g/t)
%
%
Oxidado
27.0
371
5,2
340
347
180
12,6
0,034
Sulfurado
34.6
315
6,2
1570
410
811
13,4
3,247
Densidad (g/cm3)
60 tyler
100 tyler
200 tyler (75 um)
Densidad aparente
1.113
1.053
0,833
Densidad real por
2.86
2.85
2.82
picnómetro
Composito sulfurado
Tabla 6 - Leyes de algunos elementos presentes en cada composito.
En la tabla 4 se presentan los resultados de los porcentajes de oro distribuido en finos, livianos y pesados.
Densidad (g/cm3)
60 tyler
100 tyler
200 tyler (75 um)
Densidad aparente
1,112
1,093
0,909
Densidad real por
2,86
2,83
2,83
picnómetro
Tabla 7 - Densidades reales y aparentes de cada composito.
Alrededor del 50% del mineral de cada composito se encuentra en los finos, además la cantidad de oro presente
en ellos es alta, alrededor del 30%, lo cual corrobora la
El telurio es un elemento que se encuentra frecuente-
ocurrencia del oro libre a tamaños muy finos.
mente en menas auroargentíferas puede estar compuesto de oro-telurio, lo cual no responde a los procesos de
El oro presente en los livianos está asociado o incluido
lixiviación, e impide la extracción del oro, dándole refrac-
a la sílice, por esta razón puede ser recuperable por los
tariedad química al mineral.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
El arsénico y el antimonio pueden estar presentes como
nuración, la adición de cal para elevar el pH a los niveles
arsenopirita (FeAsS) y estibina (Sb2S3). Estos minerales
requeridos.
son perjudiciales durante el proceso de cianuración, porque la arsenopirita consume oxígeno formando un pro-
La diferencia del pH al usar agua destilada y cloruro de
ducto que se adhiere a la partícula del oro inhibiendo la
calcio es causada por la existencia de compuestos de
reacción con el cianuro y la estibina es un fuerte consu-
aluminio que se disuelven en soluciones de cloruro de
midor de cianuro y oxígeno.
calcio y afectan la acidez de la pulpa.
Las cantidades de zinc, cobre, plomo, hierro y azufre co-
d. Determinación de las velocidades de sedimentación:
rroboraron la presencia de esfalerita (ZnS), calcopirita
Los ensayos de velocidad de sedimentación proporcio-
(CuFeS2), galena (PbS), pirita (FeS2) y hematita (Fe2O3). El
naron ciertos criterios de selección para los procesos
composito sulfurado contiene altos porcentajes de azu-
de separación sólido-líquido. Por medio del método de
fre, zinc y plomo con respecto al oxidado, debido a la pre-
Coe-Clavenger, se determinaron las curvas de velocidad
sencia de estos sulfuros metálicos.
de sedimentación que se presentan en la tabla 9.
Caracterización Fisicoquímica: Durante la caracterización fisicoquímica se determinaron algunos parámetros
que brindan información para la selección del proceso
y posterior diseño de los equipos que serán parte de la
pH
Composito
Agua destilada
Cloruro de calcio
Oxidado
5.25
4.37
Sulfurado
5.45
4.9
Tabla 8 - Acidez de cada composito.
planta de procesamiento.
a. Determinación de densidad: Los resultados de las
Velocidades de
Composito Oxidado
Composito Sulfurado
densidades a diferentes granulometrías para cada
Sedimentación
60 Tyler 100 Tyler 200 Tyler
60 Tyler 100 Tyler 200 Tyler
composito se presentan en la tabla 7.
Las diferencias notables de densidades reales por des-
cm/min
0.908
0.786
0.275
0.967
0.700
0.371
Tabla 9 - Velocidades de sedimentación a diferentes granulometrías para los compositos.
plazamiento con respecto a la malla 200 fueron debido a
Se observa que el composito oxidado presenta velocida-
la presencia de arcillas que, al estar a una granulometría
des de sedimentación menores a todas las granulome-
fina y en contacto con agua, se hinchan al atrapar parte
trías, debido posiblemente a la mayor cantidad de arci-
del líquido en su estructura cristalina. Esta diferencia fue
llas que dificultan el proceso de sedimentación.
más notoria en el composito oxidado debido a la mayor
cantidad de arcillas que este contenía.
Con el fin de acelerar las velocidades de sedimentación
y obtener menores áreas de espesamiento, sería conve-
b. Determinación de sales solubles: La presencia de sales solubles en los compositos fue negativa, no se en-
niente evaluar algunos reactivos que actúen como agentes floculantes como los polímeros sintéticos.
contraron sales ferrosas, sales férricas, sales de cobre ni
sales de zinc. Esto indicó que no sería necesario pensar
en el lavado del mineral antes de la cianuración, para
prevenir el consumo de cianuro por estas sales.
c. Determinación del grado de acidez: La determinación del pH fue un parámetro necesario para evaluar
el consumo de reactivos, teniendo en cuenta que el
proceso de cianuración se realiza en un rango de pH
de 10,5 a 11. El pH fue estimado utilizando agua destilada y cloruro de calcio, siguiendo los procedimientos
indicados en la norma ASTM D 4972-89. Los resultados
se presentan en la tabla 8.
Figura 2 - Curvas de sedimentación a 200 mallas Ty para los dos
compositos. Pulpa 25% sólidos.
e. Determinación de la viscosidad: La viscosidad es
una medida de las características reológicas de un
fluido, en este caso las pulpas minerales. El equipo
Según los resultados de pH, los dos compositos tienen
usado para su determinación fue un viscosímetro ro-
carácter ácido y sería necesario antes del proceso de cia-
tatorio de agujas.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
93
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
Se determinaron las viscosidades de pulpas a diferentes
La mayor cantidad de oro se encuentra en la granulome-
porcentajes de sólidos para ambos compositos, con el fin
tría fina, malla 200 Tyler (75 micrones), lo que corrobora
de estimar el porcentaje de sólidos apropiado para el ma-
que el oro se encuentra a un tamaño muy fino. Por tal mo-
nejo de pulpas, especialmente en el proceso de agitación.
tivo, no es aplicable la implementación de procesos de
concentración gravimétrica convencional, ya que se per-
Se observa que la viscosidad del composito oxidado es
dería parte del oro en los relaves de concentración. Para
mayor que la del sulfurado para todo el rango de porcen-
lograr exponer o liberar el oro, se deberá moler entonces
taje de sólidos. Este comportamiento se debe a la mayor
el mineral hasta una granulometría fina.
cantidad de arcillas que tiene el composito oxidado.
Para porcentajes de sólidos mayores al 40% se presenta
un aumento excesivo en la viscosidad para ambas muestras. Por este motivo se estima este porcentaje como
apropiado para el manejo de pulpas durante los procesos que requieran agitación. No es aplicable tratar pulpas
con porcentajes de sólidos menores al 40%, ya que se requerirían equipos con mayores capacidades para tratar
la misma cantidad de mineral.
Figura 4 - Distribución de oro y de plata para cada composito.
94
Figura 3 - Curvas de viscosidad de pulpas minerales a diferentes
porcentajes de sólidos en peso.
Figura 5 - Distribución de oro y de plata para el composito sulfurado.
f. Determinación del porcentaje de retención de lí-
b. Determinación del grado de lixiviabilidad: Se de-
quidos: Los resultados de las pruebas para la deter-
terminó por el ensayo de lixiviación de botella, usando
minación del porcentaje de retención de líquidos a
como reactivo lixiviante el cianuro de sodio (NaCN). El
diferentes granulometrías se muestran en la tabla 10.
grado de lixiviabilidad de una mena aurífera se clasifica de acuerdo con el porcentaje de oro o plata disuel-
Los porcentajes de retención de líquidos para ambas
tos a las 96 horas de tratamiento con cianuro.
muestras son altos. Este comportamiento predice la dificultad para la implementación de procesos de filtración.
Los resultados para cada composito se presentan en la
El composito oxidado presentó porcentajes de retención
tabla 11. En la tabla 12 se presenta la clasificación del tipo
de líquidos mayores al sulfurado. Esto se debió nueva-
de mena según el grado de lixiviabilidad.
mente a la presencia de arcillas y finos que retienen y
obstaculizan la filtración de las soluciones.
Caracterización Metalúrgica: Con la caracterización
metalúrgica se determinó la respuesta del mineral a los
procesos de beneficio y extracción.
a. Determinación de la distribución de oro y plata
por fracciones granulométricas: Esto se realizó con
el fin de establecer el rango de granulometría en que
se encuentra el oro.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Porcentaje de retención de líquidos (%)
Composito
60 Tyler
100 Tyler
200 Tyler
Composito oxidado
30.0
32.5
35.3
Composito sulfurado
25.2
27.0
30.7
Tabla 10 - Porcentajes de retención de líquidos a diferentes granulometrías para los compositos.
Composito
Oro disuelto (%)
Plata disuelta
Composito oxidado
87.12
48.71
Composito sulfurado
94.06
84.77
Tabla 11 - Porcentaje de oro y de plata disueltos a las 96 horas de
lixiviación en botella.
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
Según la cantidad de oro disuelto, los dos compositos se
cional con agitación, observándose que la granulo-
pueden clasificar como altamente lixiviables, lo que indi-
metría fina es apropiada para este tipo de proceso.
ca que los dos compositos no presentan refractariedad a
• La implementación de procesos para la recuperación
la cianuración.
del oro disuelto, tales como el proceso CIP (Carbón•InPulp) o el proceso CIL (Carbón-In-Leaching), resulta-
El grado de lixiviabilidad, de acuerdo a la plata disuelta,
rían apropiados para este mineral, ya que la cantidad
clasifica al composito oxidado como difícilmente lixivia-
de arcillas presentes dificultan los procesos de separa-
ble y el composito oxidado como medianamente lixivia-
ción sólido-líquido. Además, las cantidades de planta
ble.
disueltas en la solución son bajas y no representarían
excesivos consumos de carbón.
c. Lixiviación Diagnóstico: La lixiviación diagnóstico
• Finalmente, se concluye que los dos compositos
puede ser usado como el primer paso en la investiga-
presentan comportamiento metalúrgico bastante
ción de los problemas experimentados en una planta.
similares, por lo que pueden ser mezclados durante
Este ensayo permite determinar matrices que confor-
el procesamiento y tratamiento del mineral a escala
man el mineral, cuyos resultados se presentan en la
industrial.
tabla 13.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
En la tabla 13 se observa que la mayor parte del oro se encuentra como libre o expuesto. Esto justifica el alto grado
de lixiviabilidad del mineral y el tamaño del oro fino. Por
otra parte, el composito sulfurado presenta solamente el
1% del oro en sulfuros, lo que corrobora la no refractariedad de este mineral y, por lo tanto, no es necesario pensar
en un pretratamiento para la disolución del oro.
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aplicaciones. Chile. Andros Impresos. 2001.
2. Cárdenas, A. Metalurgia Extractiva del Oro. Bolivia. Imprenta FOCET “lmral”. 1994.
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Editorial Reverté. 1978.
4. L. Lorenzen, J. S. J. Van Deventer. The identification of
Oro disuelto (%)
Grado de lixiviabilidad
refractoriness in gold ores by the selective destruction
<65
Difícilmente lixiviable
of minerals. Minerals Engineering. Vol. 6. Os. 8-10,
65 – 85
Medianamente lixiviable
1993.
>85
Altamente lixiviable
5. ASTM E 400-71 Standart test method for spectrogra-
Tabla 12 - Grado de lixiviabilidad de un mineral de acuerdo con el
porcentaje de oro disuelto.
Porcentaje de oro (%)
Tipo de
Composito
Composito
ocurrencia
Oxidado
Sulfurado
Oro libre o expuesto
97
94
Oro en sulfuros
0
1
Oro en óxidos o carbonatos
0
0
Oro en sílice y silicatos
3
5
Tabla 13 - Ocurrencia del oro en los dos compositos.
Tipo de ocurrencia.
CONCLUSIONES
• Los resultados obtenidos indican que el oro presente
en el mineral es de un tamaño muy fino (<75 micrones), y que la gran mayoría está como libre o expuesto.
Por tal motivo, se requiere que el mineral sea molido
finamente para su posterior tratamiento directo de
cianuración.
• Se determinó que el proceso de tratamiento apropiado para este tipo de mineral es la cianuración conven-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
phic analysis of ores, minerals and rocks by the Fire
assay preconcentration technique. Reapproved 1988.
6. Brent, J. H. Dissolution chemistry of gold and silver in
different lixiviants. Mineral processing and Extractive
Metallurgy Review. Volumen 4, 1998.
7. Tecsup. Archivo de informes de investigación metalúrgica del Dpto. Química-Metalurgia, años 1995-1997.
95
Producción de biogás en reactores anaeróbicos
bajo diferentes configuraciones de operación
Biogas production in anaerobic reactors under different
operation configurations
Giancarlo Obando Diaz
RESUMEN
El biogás, obtenido del proceso de fermentación de la
Materials for construction, operation type (with or without
materia orgánica (biomasa que incluye residuos anima-
heating and mixer system), organic matter availability and
les, vegetales, entre otros) en ausencia de oxigeno (reac-
local climate have to be considerated for digester sizing.
tores anaeróbicos o biodigestores) básicamente es una
With focus in the more favorable conditions analyzing for
mezcla de metano y dióxido de carbono. Las propiedades
biogas production and for organic matter biodegradation,
combustibles, que le otorga el metano, pueden ser apro-
in this article some tools for anaerobic reactor operation
vechadas para operar diversos sistemas que van desde la
are evaluated.
cocción de alimentos y la iluminación hasta la generación
de energía eléctrica/mecánica, y abastecimiento de redes
PALABRAS CLAVES
de distribución de gas (locales o públicas); en pequeña
escala, la cocción de alimentos y la iluminación represen-
Biodigestor, biogás, reactor anaeróbico, estiércol de bovi-
tan los principales usos de este combustible renovable.
no, efecto invernadero, biofertilizantes.
Para el dimensionamiento de un biodigestor, deben con-
KEY WORDS
96
siderarse, básicamente, los materiales utilizados en su
construcción, el tipo de operación (c/s calentamiento,
Digester, biogas, anaerobic reactor, cow manure, bio-fertili-
agitación, etc.), la disponibilidad de materia orgánica y las
zers, global warming effect.
condiciones climáticas.
INTRODUCCIÓN
Con el objetivo de analizar, tanto en laboratorio como en
campo, los niveles más favorables para la producción de
Actualmente, factores como la disponibilidad de ener-
biogás y para la degradación de la materia orgánica, en el
gía, la optimización de procesos y las crecientes exi-
presente artículo se hace un levantamiento de las herra-
gencias ambientales vienen incentivando el desarrollo
mientas necesarias para la evaluación de la operación de
sustentable para el acompañamiento del crecimien-
un reactor anaeróbico.
to económico de los países. En ese sentido, sistemas
energéticos basados en fuentes renovables de energía
ABSTRACT
cumplen un papel importante en la substitución del
petróleo y sus derivados. Las fuentes renovables más
The biogas, a biomass (including animal and vegetable
promisorias son la energía solar, la eólica y la biomasa.
wastes, and others) fermentation product in absence
of oxygen is, basically, a methane and carbonic dioxide
La biomasa fue la principal fuente de energía utilizada
mixture. Its combustible properties, due to the methane,
hasta el inicio del siglo XX. En los últimos años, prin-
could be used in many systems like stoves for cooking,
cipalmente a partir de la década de 1990, las diversas
gas lamps, power generation and gas grid supplying (lo-
legislaciones ambientales impulsaron el re-inicio de las
cal or public); in small-scale systems, the stoves for coo-
investigaciones tecnológicas sobre sistemas de con-
king and lamps for illumination represent the main uses
versión que aprovechan ese recurso. En ese sentido,
for this renewable fuel.
el estudio de procesos termoquímicos (combustión
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
directa y gasificación) y biológicos (digestión anaeró-
la temperatura como la agitación de la biomasa confi-
bica) viene permitiendo el desarrollo de equipamien-
nada en el reactor permiten obtener niveles más favo-
tos capaces de mejorar el potencial energético de esa
rables para la producción de biogás; dada esta afirma-
fuente de baja densidad energética a fin de consolidar
ción, diversos parámetros deberán ser evaluados para
su aprovechamiento.
determinar su factibilidad técnico-económica.
Las mayores fuentes de biomasa se encuentran en las
1. La digestión anaeróbica
áreas rurales y agroindustriales, donde la cantidad de
residuos orgánicos (restos de cosechas, estiércol animal,
La Digestión Anaeróbica (DA) consiste en un proceso
efluentes agroindustriales, entre otros) es significativa y
de dos etapas para descomponer la materia orgánica
puede justificar la implementación de sistemas para su
(sólidos volátiles) en la ausencia de oxigeno, produ-
aprovechamiento energético en pequeña escala, permi-
ciendo biogás y efluente como producto. En la primera
tiendo así la creación de plantas de generación descen-
etapa, los sólidos volátiles (SV) son convertidos en áci-
tralizadas para el consumo in situ por sistemas aislados
dos grasos por bacterias anaeróbicas conocidas como
y/o para integración a la red pública (Díaz, 2006).
formadoras de ácidos. En la segunda etapa, los ácidos
son convertidos en biogás por otras bacterias conoci-
Las haciendas lecheras, así como los sistemas de cría de
das como formadoras de metano.
animales en confinamiento para producción de carne
(reses, aves, cerdos, etc.), entre otras, presentan algunas
Independientemente de la cantidad exacta de estiércol
particularidades que las tornan muy interesantes en ese
producido, su manejo adecuado se torna una necesi-
sentido. Por un lado existe una gran cantidad de resi-
dad a fin de evitar la acumulación y sus consecuencias
duos orgánicos (principalmente el estiércol animal), para
(emisiones contaminantes, mal olor, atracción de mos-
los cuales es necesario darles un destino adecuado, y
cas, entre otras). La instalación de un biodigestor surge
por otro una gran demanda de energía para el manejo,
como una solución para reducir las emisiones de me-
tratamiento y conservación de los productos (leche, car-
tano, disponer de un combustible y hasta generar una
ne, vegetales, frutas), principalmente en haciendas mas
ganancia adicional a través de la generación de crédi-
alejadas de los centros de comercialización.
tos de carbono mediante la implantación de proyectos
del Mecanismo de Desarrollo Limpio. (Díaz, 2006).
A pesar de conocerse las ventajas de la utilización de
la tecnología de la digestión anaeróbica para el tra-
El biogás básicamente es una mezcla de metano y dióxi-
tamiento adecuado de los residuos orgánicos, con in-
do de carbono, además de otros gases en pequeñas can-
cidencia en la reducción de las emisiones toxicas a la
tidades. Su poder calorífico y la densidad influencian en
atmósfera (metano principalmente), aspectos econó-
la operación del equipamiento conversor y en el dimen-
micos, operacionales, culturales y de disponibilidad de
sionamiento de los equipamientos de almacenamiento y
energía, limitan su proliferación.
compresión, respectivamente. Esos parámetros varían según la composición del biogás (tablas 1, 2 y 3) composición
Sobre los aspectos operacionales inciden tanto la fal-
que varía con la calidad de la materia orgánica y las carac-
ta de capacitación de los operadores, la ausencia de
terísticas del proceso de digestión, principalmente. Por lo
sistemas de control de temperatura y pH, los residuos
general, se considera que el poder calorífico inferior (PCI)
ajenos a la biomasa degradable que ingresa al biodi-
de un biogás con contenido de 50 a 80% de metano, varía
gestor. Diversos autores afirman que tanto el control de
entre 17.820 y 28.440 kJ/m3 (CCE apud BAYER et al., 2000).
Rendimento
Resíduos
Substrato
Estiércol de vaca
Estiércol de caballo
Estiércol de puerco
Estiércol de ovelha
Estiércol de aves
Estiércol humano
Restos de maíz
Restos de arroz
(kg/unid./año)
6.000,00
5.000,00
3.000,00
800,00
25,00
250,00
9.988,00
3.379,00
* por unidad animal/humano o hectárea.
Fuente: Verástegui & Matero (1979)
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Biogás
(kg/unid./d)
16,44
13,70
8,22
2,19
0,07
0,68
27,36
9,26
(m3/kg fresco)
0,04
0,06
0,05
0,15
0,09
0,04
0,19
0,19
(m3/unid./año)
223,00
286,00
156,00
121,00
2,28
12,00
1.898,00
642,00
Tabla 1 - Producción de biogás a partir de diferentes sustratos.
(m3/unid./d)
0,61
0,78
0,43
0,33
0,01
0,03
5,20
1,76
97
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
Componente
Biogás
CH4 (metano), % en volumen
55-70
CO2 (dióxido de carbono), % en volumen
30-45
N2 (nitrógeno), % en volumen
0-2
H2S (gás sulfhídrico), ppm
~500
NH3 (amoníaco), ppm
~100
Fuente: Jensen & Jensen (2000)
ordeño, refrigeración, iluminación, servicio de limpieza,
entre otros.
Silva (1995) afirma que los motores de combustión interna pueden ser modificados sin grandes complicaciones
para operar parcial o totalmente con el biogás en lugar
de los combustibles fósiles normalmente utilizados (gasolina, kerosene, diesel, entre otros).
Tabla 2 - Composición típica del biogás.
3. Biodigestores
Combustible
Equivalencia
Gás Natural
0,60 m3
Propano
0,88 l
Butano
0,79 l
Gasolina
0,63 l
Diesel
0,57 l
Carbón bituminoso
0,70 kg
Leña húmeda (10%)
1,60 kg
No existe un único diseño de biodigestor de aplicación
universal, la práctica enseña que los biodigestores deben ser desarrollados según sean las necesidades del
local de instalación, en que varían las características y la
disponibilidad de la biomasa a tratar, el clima y hasta los
hábitos culturales, entre otros. El tipo de funcionamiento
del biodigestor permite clasificarlos en continuos y discontinuos.
Fuente: Walsh et al. (1988)
Tabla 3 - Equivalencia aproximada de 1,0 m3 de biogás (60% de
CH4).
2. Utilización del biogás
98
Un proyecto típico para la generación de energía a partir
de biogás consiste, básicamente, de un biodigestor, un
sistema de manejo del gas y un equipamiento conversor. La remoción del CO2 diluido en el CH4 permite elevar
el poder calorífico del biogás y facilita la compresión del
mismo (WALSH et al., 1988; JENSEN & JENSEN, 2000). Ya la
remoción del sulfuro de hidrógeno (H2S) evita el deterioro prematuro de las máquinas transformadoras de energía, pues este sulfuro, cuando mezclado con agua, forma
ácido sulfhídrico, que es altamente corrosivo. De los usos
finales del biogás, la combustión directa y la operación
de motores de combustión interna (MCI), son los más comunes en explotaciones rurales (Tabla 4).
Utilizado
Consumo
Cocción para 1 persona
0,24-0,33 m3/d
Iluminación (lámpara 40W)
0,283 m3/h
Iluminación (limpia)
0,12 m3/h
Generación de electricidad
0,62 m3/kWh
Refrigeradora por absorción
2,5 m3/d
Accionamiento de MCI
0,424 m3/h/HP
Fuente: Massotti (2003); Werner et al. (1989)
Tabla 4 - Usos finales del biogás.
En áreas alejadas de la red pública de distribución, existe
una cultura de uso de grupos generadores accionados
por motores de ciclo Otto y ciclo Diesel para generación
de la energía eléctrica necesaria para los sistemas de
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Los biodigestores discontinuos fueron los primeros en
ser utilizados y básicamente constan, al igual que los
biodigestores continuos, de un depósito impermeable a
líquidos y gases, provistos de accesos de carga y descarga de la biomasa, además de una salida para el biogás
producido y muchas veces un inóculo que propicia la fermentación. La producción de biogás es intensa durante
20 a 50 días, dependiendo de la temperatura de operación; registrada una caída sensible en el flujo de biogás,
se lo descarga, para dar inicio al siguiente ciclo.
Estos biodigestores son adecuados para procesar materiales orgánicos de descomposición lenta y/o baja disponibilidad. La instalación de un banco de biodigestores
discontinuos permite reducir el inconveniente de una
producción discontinua de biogás. Ya los biodigestores
continuos sufren una carga y descarga continua de biomasa, lo que propicia una producción constante de biogás, para su utilización es necesaria una alta disponibilidad de materia orgánica.
4. El efecto de la temperatura y la agitación de la biomasa confinada, en el desempeño del biodigestor
La realización y la eficiencia de la digestión anaeróbica dependen de condiciones específicas de operación,
como el tipo de sustrato confinado, la temperatura y pH
del mismo, la concentración de sólidos y tiempo de retención de la biomasa en el biodigestor, entre otros. Un
mayor control de estos parámetros, permite la optimización del proceso de la digestión anaeróbica, así como la
concepción de biodigestores más eficientes. La alteración
abrupta de estos factores influencia el desempeño global
del proceso.
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
Según sea el tipo de bacteria desarrollada en la biomasa, pueden distinguirse 3 niveles de temperatura, siendo
las bacterias criofílicas aquellas que actúan a temperaturas inferiores a 20°C, las bacterias mesofílicas actúan
entre 30 y 40°C y las bacterias termofílicas, entre 45 y
60°C. Un sustrato a mayor temperatura permite que las
reacciones biológicas (metabolismo) ocurran mas rápido, requiriéndose un menor volumen de biodigestor,
pero se torna necesaria la inclusión de un sistema de
calentamiento y/o aislamiento del biodigestor, que influencia en el costo de las instalaciones (BENINCASA et
al., 1991).
Por otro lado, Werner et al. (1989) señala que para obtener permisibles costos de operación de un biodigestor
se requiere una temperatura tal, que permita menores
tiempos de retención, pero que aseguren la fermentación de la biomasa. Así mismo, indica que la producción
de biogás no depende de la temperatura y si del tipo de
biomasa confinada.
El requerimiento de energía útil para el control de
la temperatura representa un alto costo, que limita
el uso del proceso termofílico, sin embargo, apunta
Rodrigues & Barbosa (1998), este requerimiento de
energía no es una limitante para residuos orgánicos
desechados a altas temperaturas, como es el caso de
la viñaza que sale de la destilería de alcohol a aproximadamente 80°C.
4.2. Agitación de la biomasa
La agitación permite mantener una distribución homogénea del sustrato y una temperatura uniforme. Así mismo, se reduce la formación de costra en la superficie de
la biomasa confinada. Sathianathan (1975; apud BENINCASA et al., 1991) resalta el efecto positivo de la agitación
leve de la biomasa sobre el incremento de la velocidad
de las reacciones; ya una fuerte agitación, indica el autor,
ocasiona el efecto contrario.
Por otro lado, un sistema de agitación se hace necesario
en biodigestores que superan los 100 m3 de capacidad.
Este proceso puede ser realizado por agitadores mecánicos y/o por un sistema de recirculación de biogás (inyección por bombeo). Independientemente del método
usado, esta debe realizarse varias veces al día.
En la tabla 5 se observa las ventajas de incluir un agitador y un calentador de biomasa en el reactor anaeróbico.
Una mayor producción de biogás es alcanzada con el sistema de agitación a pesar de ser menor la temperatura
controlada en el reactor; este valor casi duplica a la referencia sin agitación.
Parámetros
Sin agitación
Con agitación
Temperatura (°C)
28,7 a 31
26,7 a 27,8
Producción de biogás (m3)
0,130 a 0,260
0,313 a 0,387
Fuente: Werner et al. (1989)
4.1. Calentamiento del biodigestor
Existen tres tipos de calentamiento del biodigestor: interno, externo y directo.
Tabla 5 - Efecto de la agitación, por recirculación de biogás, en la
producción de biogás.
5. Herramientas para la determinación de
parámetros de operación
• Calentamiento interno: Realizado a través de la circulación de agua en serpentines, cuya temperatura no
debe sobrepasar los 54,4 °C para prevenir la formación
de incrustaciones de la biomasa en las tuberías. Se
recomienda una superficie de calentamiento de 930
cm2 para cada 2,84 m3 de digestor (BENINCASA et al.,
1991).
• Calentamiento externo: El calentamiento es efectuado por la circulación de materia orgánica en fermentación a través de un intercambiador de calor localizado
fuera del biodigestor. Una bomba permite tal circulación además de promover la agitación (mezcla) de
la biomasa confinada. El riesgo de obstrucción de las
tuberías debe ser llevado en cuenta al aplicar este método (BENINCASA et al., 1991).
• Calentamiento directo: Realizado mediante la inyección directa de vapor o gases calientes en el interior de la biomasa en fermentación (BENINCASA et
al., 1991).
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La cantidad de biogás producido, la cantidad de sólidos
totales del afluente, los solidos volátiles destruidos en el
proceso de la digestión anaeróbica y el pH son parámetros que permiten evaluar la factibilidad de usar un sistema de calentamiento para el control de la temperatura
de fermentación.
5.1. Sólidos totales, sólidos volátiles y pH
El análisis de estos tres factores es necesario para conocer la degradación de los sólidos en la biomasa confinada en el biodigestor. Los sólidos totales (ST [%]) son
evaluados a partir de pequeñas muestras húmedas, en
una balanza se determina el peso húmedo (PU [kg]) y,
después de someter las muestras a un proceso de secado prolongado (105ºC y 18 horas, aproximadamente),
el peso seco (PS [kg]). Seguidamente, el contenido de
sólidos totales, es calculado según la fórmula (ARCURI,
1986; RODRIGUES & BARBOSA, 1998):
99
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
(1)
Las muestras secas, obtenidas en el paso anterior, son aprovechadas para el cálculo del contenido de sólidos volátiles
(SV [%]), para esto, estas son sometidas a temperaturas de
300 a 600ºC, posteriormente son enfriadas hasta alcanzar la
temperatura ambiente; en una balanza electrónica es determinado el peso de las cenizas (PC [kg]). Arcuri (1986; apud
RODRIGUES & BARBOSA, 1998) propone para el cálculo:
(2)
Donde el contenido de metano en el biogás (%CH4) es
un valor que se encuentra entre 50 y 70%, para biomasas
que presentan carbohidratos y grasas, como componentes principales. La emisión diaria de metano del sistema
de gerenciamiento de estiércol animal- SGEA es calculado por:
(4)
Siendo n el número de animales, FECH4 , SGEA el factor de
emisión de metano de un SGEA (Fig. 01), en kg/vaca/dia,
calculado por:
Generalmente, dada la dificultad de acceso al biodigestor
para la toma de muestras (carga y descarga) el pH apenas
es determinado al inicio y al final del proceso.
5.2. Producción de biogás
100
(5)
Donde FCM es el factor de conversión de metano (tabla
7), que depende del SGEA utilizado y el clima; Bo es el potencial de producción de metano (tabla 6); CH4 es la masa
específica del metano (kg/m3).
En los sistemas de digestión anaeróbica tanto el volumen y la composición del biogás generado, son utilizados como indicadores de la eficiencia del proceso,
pudiendo así mismo, controlarse el proceso de fermentación. Por otro lado, Maia (1981, apud CAETANO 1985)
indica que la tasa de producción de metano constituye
una buena herramienta para impedir problemas operacionales, siendo necesario, para ello, cuantificar el biogás
producido.
El método utilizado para la cuantificación del biogás de
un biodigestor o un banco de biodigestores depende de
la fase del proyecto. En la fase del pre-proyecto (biodigestor aun no instalado) esta se hace a partir de las características de la biomasa a utilizar (Tabla 1). Cuando ya
está instalado el biodigestor, generalmente son utilizados medidores basados en la variación de nivel de una
columna líquida; procesos más sofisticados consideran
sensores de presión, sensores fotoeléctricos y circuitos
electrónicos.
Cuando se evalúa un pre-proyecto, el volumen de biogás a producir puede determinarse según el procedimiento desarrollado por El Panel Intergubernamental
para los Cambios Climáticos (Intergovernanmetal Panel
on Climate Change - IPCC), esta metodología permite
calcular la emisión total de metano (ETCH4), según las
características y tipo de manejo de los residuos orgánicos (IPCC, 1996). Para el volumen del biogás producido
por día, se tiene:
Figura 1 - Tratamiento del estiércol en biodigestor de manta flexible.
Características del ganado lechero
Región
Masa
Bo
SV
(kg)
(m CH4/kgSV)
kg/animal/d
América del Norte
600
0,24
5,2
Oeste Europeo
550
0,24
5,1
Este Europeo
550
0,24
4,1
Oceanía
500
0,24
3,5
América Latina
400
0,13
2,9
África
275
0,13
1,9
Medio Oriente
275
0,13
1,9
Asia
350
0,13
2,8
3
Fuente: IPCC (1996)
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(3)
Tabla 6 - Potencial de producción de metano y sólidos volátiles de
ganado lechero.
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
Clima
SGEA
Frio
templado caliente
Laguna anaeróbica (lagoon)
90,0%
90,0%
90,0%
Lodo (liquid)
10,0%
35,0%
65,0%
Almacenamiento sólido (solid storage)
1,0%
1,5%
2,0%
Lote seco (drylot)
1,0%
1,5%
5,0%
Pastaje (pasture/range)
1,0%
1,5%
2,0%
Estiércol en establo y usado
0,1%
0,5%
1,0%
(8)
Donde Hagua es obtenido a través de:
(9)
(10)
como fertilizante (daily spread)
Digestor (digester)
5 - 10,0%
Quema como combustible (burned for fuel) 10,0%
10,0%
0,0%
Otros
1,0%
1,0%
1,0%
Fuente: IPCC (1996)
Tabla 7 - Factor de conversión de metano (FCM).
Donde p es la presión interna del gasómetro (kPa); Patm
es la presión atmosférica (atm); p es la densidad del agua
(1000 kg.m-3); g es la aceleración de la gravedad (9,8 m.s-2);
W es el peso total del gasómetro; E es el empuje debido al
volumen desplazado por la parte inmersa del gasómetro
y f el factor de transformación de atm para kPa (101,325).
5.2.1. Medidor de columna de líquido
En este proceso, la cuantificación se hace indirectamente
a través de la variación de nivel de líquido de un recipiente receptor de gas para otro frasco receptor de líquido.
Keenan & La Greca (1976; apud CAETANO, 1985) proponen hacer el cálculo del volumen de gas producido según la siguiente fórmula:
(6)
Figura 2 - Esquema de un biodigestor discontinuo con gasómetro.
De la igualdad obtenemos:
Donde V es el volumen de gas observado (m3); T y p representan la temperatura (°C) y presión (mmHg) a la que V es
medido, respectivamente, y pw es la presión de vapor de la
columna líquida a la temperatura T (mmHg).
5.2.2. Gasómetro fluctuante
Este sistema esta constituido por dos recipientes sobrepuestos de manera invertida, formando un recipiente
para el almacenamiento del biogás, llamado de gasómetro. La parte móvil superior se encuentra inmerso
en un sello de agua y la inferior, como es el caso de los
modelos indianos, constituye el cuerpo del biodigestor.
En este proceso la cuantificación está basada en el desplazamiento del recipiente superior y el diámetro del
gasómetro. Rodrigues & Barbosa (1998) cuantificaron el
volumen de gas producido VG (m3) por un biodigestor
de funcionamiento discontinuo, desarrollado en el Brasil,
con gasómetro de PVC, según:
(7)
Donde H1 (figura 2) representa la diferencia entre el nivel superior del gasómetro (NG) y del agua (NA), en la
parte externa (m); Hagua es la diferencia entre los niveles
de agua, externo e interno en el gasómetro (m) y A1 es
el área transversal del gasómetro (m2); así se tiene que:
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101
(11)
Donde m es la masa del gasómetro; H es la altura del gasómetro (m); H2 es la parte del gasómetro inmerso en el agua (m).
5.3. Eficiencia del biodigestor
La eficiencia de un biodigestor está ligada a la reducción
de los sólidos volátiles de la materia orgánica (biomasa +
agua = afluente) y su cálculo está basado en la relación
que existe entre la Tasa de Aplicación de Material Orgánico (TAMO) y la Velocidad de Descomposición de Sólidos
Volátiles (VDSV), según (BATISTA, 1981).
(12)
Donde TAMO relaciona el total de sólidos volátiles del
afluente, que ingresan al biodigestor, (SVa), el volumen del
mismo (VB), al tiempo de retención y a la concentración
de sólidos volátiles, según:
(13)
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
La Velocidad de Descomposición de Sólidos Volátiles está
relacionada a la cantidad de sólidos volátiles que se degrada
en el biodigestor, expresado en unidades de masa por volumen de biodigestor y tiempo, según (EMBRATER, 1981):
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
(14)
CONCLUSIONES
102
• El biodigestor representa una potencial herramienta
para la creación de una sociedad rural auto-suficiente que produzca prácticamente lo requerido para cubrir las necesidades materiales, sobrando excedentes suficientes para comercializarlos o cambiarlos
por recursos esenciales que falten al sistema o que
deban venir de afuera.
• Un proyecto típico para la generación de energía a
partir de biogás consiste, básicamente, de un biodigestor, un sistema de manejo del gas y un equipamiento conversor; su operación satisfactoria
esta basada, principalmente, en la proyección del
sistema global para la máxima demanda, utilizando
materiales de construcción de gran disponibilidad
local y capacitando a los operadores para el mantenimiento de los parámetros adecuados de operación.
• Para el análisis de los parámetros que gobiernan
la operación de un biodigestor se requiere implementar, más que un sistema, una rutina para el levantamiento de datos que nos ayuden a verificar la
eficiencia del reactor y la digestión anaeróbica, así
como la eficacia de la tecnología implementada. Las
herramientas dispuestas auxilian en esa labor. Por
otro lado, el análisis de esos parámetros permitiría
establecer las ventajas y desventajas técnico-económicas de la inclusión de sistemas de calentamiento
y/o agitación.
• Los biodigestores discontinuos son muy utilizados
en bancos de prueba (laboratorio) para la determinación de los parámetros que gobiernan la digestión
anaeróbica, debido a su simplicidad de instalación y
operación, permitiendo, de esta manera, una mejor
visualización de tales parámetros.
• En trabajos posteriores serán aplicados los conceptos y herramientas abordadas en este trabajo para
la determinación de los parámetros de operación
de biodigestores con agitadores y/o sistemas de
calentamiento de la biomasa confinada. Así mismo,
se recomienda que trabajos de investigación, que fomenten el uso de la tecnología de la digestión anaeróbica, deben ser elaborados tanto por la comunidad
científica como por el sector empresarial para el correcto tratamiento de los residuos orgánicos, cuyas
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emisiones (metano, principalmente) repercuten negativamente sobre el medio ambiente, promoviendo
el calentamiento global.
1. BAYER M.M; MARINHO, J.N; PANNIERSELVAM, P.V. Estudo de engenharia de processo e custo para valorização de biogás via cogeração de energia auxiliado
por computador. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA, XIII., 2000, São Paulo. Anais ...
Águas de São Pedro, São Paulo. 2000
2. BENINCASA, M.; ORTOLANI, A.F.; LUCAS JR., J. Biodigestores convencionais. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias - UNESP, Jaboticabal, 25 p.1990.
3. CAETANO, L. Proposição de um sistema modificado para quantificação de biogás. 1985. Dissertação
(Mestrado). Fac. de Cs. Agronômicas do campus Jaboticabal da Universidade Estadual Paulista (UNESP).
Botucatu, 1985.
4. Díaz, G.O. Analysis of milk cooling systems in dairy farms using the biogas generated by CDM projects, M.Sc. Thesis, Universidade de São Paulo, 2006.
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103
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
Teaching and learning in virtual environments
Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera
RESUMEN
104
La evolución acelerada de la tecnología ha cambiado
nuestra forma de vivir, trabajar y aprender. La Sociedad
del Conocimiento concibe los procesos de gestión de la
información como camino obligado para generar conocimiento, base sobre la que hoy se sustenta la competitividad en todos los órdenes de la vida económica y
social.
this kind of formation makes us to generate new methodological strategies. We will observe the process from
the virtual teacher perspective as a facilitator element
and from the student perspective as an active agent. To
analyse the interactions between them and to reflex on
their rolls and attitudes will bring us success in this kind
of formation.
En las últimas décadas los cambios en la sociedad y los
modos de transmitir la información han hecho de las
Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC’s)
un recurso necesario en los procesos de formación.
PALABRAS CLAVES
En este artículo pretendemos reflexionar sobre las formas de enseñar y aprender en un aula virtual. El uso de
las TIC’s en este tipo de formación, hace que se generen
nuevas estrategias metodológicas. Veremos el proceso
desde la perspectiva del docente virtual como elemento
facilitador y desde la perspectiva del estudiante como
agente activo. Analizar las interacciones entre ellos y reflexionar sobre sus roles y actitudes, tendrá como consecuencia el éxito en este tipo de formación.
KEY WORDS
ABSTRACT
The accelerated evolution of the technology has changed
our lifestyle as well as our way of working and learning. The
process of changing an Information Society for a Knowledge one carries on a new conception of the information
management process as a mandatory way to generate
knowledge. Today, it is the base on which the competitivity
in all aspects of economic and social life is supported.
In last decades, the society changes and the way how
information is transfered have made of Information and
Communication Technologies (ICT’s) a necessary resource
for formation process.
In this paper, we pretend to reflex on the ways of teaching and learning in a virtual classroom. The use of ICT’s in
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Enseñanza/aprendizaje, aula virtual, estudiante virtual,
docente virtual, estrategias.
Teaching/learning, virtual classroom, virtual student, virtual teacher, strategies.
INTRODUCCIÓN
La formación virtual en la actualidad, después de haber pasado por una serie de etapas y niveles, es una
alternativa viable en la formación y profesionalización
de aquellos que por diversos motivos no pueden asistir a un aula presencial. Esa demanda ha hecho que
empresas, universidades y centros de enseñanza superior, analicen, planifiquen y pongan en marcha nuevos
entornos de formación apoyados en las TIC’s; en otras
palabras lo que llamamos aprendizaje en red, formación virtual, teleformación, e-learning.
La formación virtual ha sido cuestionada sobre su efectividad debido a los casos de deserción y por quienes
piensan que la educación presencial es irremplazable.
Sin embargo, no podemos negar el gran impacto que
las TIC’s tienen en la formación de las personas. La formación virtual permite una mayor flexibilidad para
el alumno, como por ejemplo: la capacidad de acceder y participar de experiencias educativas variadas
desde escenarios distintos al aula presencial como la
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
propia casa, el lugar de trabajo o centros de recursos
multimedia; la capacidad de adecuar el ritmo y horarios de trabajo a sus intereses personales; la posibilidad
de compartir el control del contenido y el proceso de
aprendizaje y el mantener espacios de relación social
entre los participantes.
El éxito de la formación virtual requiere que los actores
o elementos participantes interactúen de manera planificada, metolodológica y estratégica, en la búsqueda
de un objetivo en común lo cual es, sin lugar a dudas,
“aprender”, “formarse”, lo cual se logrará creando nuevas actitudes, motivaciones y conocimientos tanto en
docentes como en estudiantes. Ambos tienen que ser
capaces de interactuar en un mismo escenario viendo
a la tecnología como un medio y no como una finalidad.
Sangrá (2001: 2) nos dice que “El aprendizaje en ambientes virtuales es el resultado de un proceso, tal y
como valoraríamos desde la perspectiva humanista, en
el que el estudiante construye su aprendizaje”. El constructivismo es uno de los pilares de la formación virtual.
Esta teoría aplicada a la formación virtual busca que el
sujeto sea capaz de traspasar las fronteras del medio
como fuente de información y a partir de allí otorgarle
significados, reorganizarla, procesarla internamente y
finalmente crear conocimiento.
Es nuestro interés principal reflexionar sobre los procesos de enseñanza-aprendizaje en un aula virtual y los roles de sus participantes, así como dar pautas sobre métodos y estrategias para el éxito de la formación en ella.
Para lograrlo, les alcanzamos las siguientes reflexiones:
1. El aula virtual: un entorno para el aprendizaje
En la formación virtual al igual que en la formación presencial, convergen conceptos de orientaciones y didác-
ticas diversas, las cuales en conjunto deben actuar de
acuerdo con los objetivos y finalidades educativas de
cada institución.
En formación virtual, un elemento imprescindible es el
entorno en que se desarrolla, siendo la diferencia más
notoria con respecto a la formación presencial. El entorno, que es un espacio al cual llamamos aula virtual o campus virtual, será el medio de conexión y comunicación
entre los elementos del proceso formativo y los servicios
que se ofrecen.
En un aula virtual, la palabra clave es interactividad, interacción sincrónica (en tiempo real) y asincrónica (en tiempo diferido). Se trata de ofrecer a distancia las mismas posibilidades de comunicación que existen en un aula real.
Levy (1999: 14) señala que: “Lo virtual no es en modo alguno, lo opuesto a lo real, sino una forma de ser fecunda
y potente que favorece los procesos de creación, abre
horizontes y cava pozos llenos de sentido bajo la superficialidad de la presencia física inmediata”. Podemos afirmar entonces que el aprendizaje se producirá a pesar de
que el profesor no se encuentra frente a los alumnos.
El entorno debe proporcionar herramientas necesarias
para facilitar la comunicación, la participación y la colaboración. Para ello se proveen una serie de servicios que
permitan las tutorías, las simulaciones, las pruebas prácticas y el seguimiento.
Las herramientas de comunicación otorgan nuevas dimensiones al espacio interactivo que van desde la manipulación de objetos o procesos no presentes, participar
en sesiones de trabajo y experiencias de aprendizaje
entre grupos dispersos y acceder a recursos y materiales
didácticos variados.
La tabla 1, describe diferentes situaciones de aprendizaje, haciendo uso las de herramientas de comunicación en
un aula virtual.
Situación de
Herramienta
Formación
aprendizaje
de comunicación
SemiPresencial -Virtual
Interacción
Chat, Comunicación instantánea,
Los estudiantes interactúan entre sí y con el docente virtual mediante el uso de
Síncrona
Videoconferencia, Audioconferencia,
herramientas que combinan texto, imagen y sonido.
Pizarra electrónica, Navegación
Las TIC’s ejercen en este caso de facilitadoras de comunicación entre el docente y
compartida, Votaciones, Aplicaciones
el grupo clase, así como fuentes de información.
compartidas: calendario
Interacción
Correo electrónico
Los entornos tecnológicos de formación son el elemento a destacar en este caso,
Asíncrona
Listas de distribución
pues, basados en él, el estudiante interactuará con los contenidos, con el docente,
Conferencia electrónica o Foro
con sus compañeros.
Los estudiantes descargan tareas y recursos de información y el docente se limita
a orientar y tutorizar al estudiante telemáticamente.
Importante es el papel del centro de recursos o biblioteca virtual.
Tabla 1 - Herramientas para la interacción en el aula virtual.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
105
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
Dependiendo del programa académico y de las necesidades particulares de formación, el entorno deberá
integrar los materiales didácticos y los mecanismos de
evaluación adecuados para lograr el autoaprendizaje.
Los materiales didácticos juegan un papel importante en
la formación virtual. La intervención del docente no puede separarse de la creación de los materiales didácticos,
los cuales tienen que adaptarse a los alumnos y basarse
más en el diseño pedagógico que permite aprender. El
docente puede trabajar con otros profesionales especializados en diseño, pero es su conocimiento sobre la forma de trabajar con esa información lo que los convierte
en materiales didácticos. La elaboración de materiales de
calidad es una condición necesaria para el éxito del proceso formativo y deben responder a las necesidades de
formación previamente detectadas, teniendo en cuenta
el perfil del estudiante al que va dirigido
En la figura 1 se observa el ciclo de comunicación del
proceso formativo virtual, siendo el estudiante el centro
del mismo.
formación es un acto natural en la gran mayoría de los
estudiantes, por no decir en todos.
El proceso de enseñanza/aprendizaje en entornos tecnológicos nos obliga a reconceptualizar el papel del docente. Este ya no es sólo el que enseña, sino el que facilita, promueve y guía el aprendizaje del estudiante. Esta
educación no se entiende tanto como logro o resultado
sino más bien como el proceso de enseñar a aprender
al estudiante. No se trata tan sólo de que el estudiante
adquiera conocimientos y competencias, sino de desarrollar su capacidad para aprender a aprender.
El docente virtual debe propiciar prácticas individuales
y ejercicios colectivos mediante tareas puntuales orientadas a proporcionar al estudiante una serie de técnicas
y contribuir a desarrollar sus estrategias de aprendizaje
que le permitan utilizar óptimamente la investigación
y sus capacidades de estudio durante el desarrollo de
su aprendizaje. Además esta nueva forma de comunicación obliga al docente a desarrollar habilidades para escribir y dialogar no sólo con los estudiantes sino entre
colegas, expertos, etc.
Salmon (2000), ha realizado estudios sobre el rol tutorial
(e-moderating) y, a partir de investigaciones, ha definido un modelo para la interacción del docente con los
estudiantes, el cual ha dividido en cinco grandes etapas
o fases: acceso y motivación, socialización, intercambio
de información, construcción del conocimiento y desarrollo.
106
Figura 1 - La comunicación entre los elementos del proceso formativo virtual.
Finalmente un entorno virtual debe poseer herramientas y mecanismos de gestión, que permitan automatizar
ciertas tareas administrativas y servirá de apoyo a los
actores implicados en el seguimiento y evaluación de
actividades.
En la figura 2 se muestran las etapas del modelo, en el
cual la intensidad de la interacción del tutor con los estudiantes varía, en función de las fases y de las necesidades establecidas por cada una de ellas. Inicialmente, hay
poca comunicación, pero esta se intensifica medida en
que se establecen vínculos más fuertes y mayor necesidad por parte de los estudiantes, fundamentalmente en
la fase donde se comparte información y se construyen
los conocimientos, previéndose que posteriormente
exista una mayor autonomía por parte del estudiante.
2. El rol del docente virtual
Como explicamos previamente, la perspectiva de la
educación tradicional muestra al profesor como única
fuente de información y sabiduría y a los estudiantes
como receptores pasivos, pero debemos reconocer que
las nuevas corrientes pedagógicas buscan que los profesores de aula incentiven la opinión crítica, el razonamiento y el constructivismo en los estudiantes. Además,
en la actualidad acudir a Internet como fuente de in-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 2 - Modelo para explicar las fases de moderación e interactividad en un curso virtual.
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
Salmón dice, además, que los docentes virtuales o moderadores, como ella los llama, deben ser especialmente seleccionados, formados y desarrollados y que estos deben
poseer ciertas características y cualidades, que detallamos
a continuación:
Comprensión de los procesos online
El docente que ha tenido alguna experiencia de aprendizaje online podrá sentirse identificado con el estudiante,
lo cual hace que se logre una empatía con las situaciones
y retos del mismo. Es importante además que el docente
sepa establecer lazos de confianza con sus estudiantes.
Tendrá que ser capaz de promover debates, resumir, reformular, desafiar y monitorear la comprensión.
Habilidades técnicas
Es fundamental que el docente virtual sea hábil en el uso
de las TIC’s como medio para potenciar el aprendizaje.
Debe ser capaz de explotar las características del entorno,
crear espacios de comunicación e interacción, crear y manejar conferencias, etc.
Destrezas en la comunicación online
La comunicación es aspecto clave en la formación virtual. El docente virtual tiene la responsabilidad de relacionarse de forma positiva con los estudiantes, siempre
con un estilo cortés y respetuoso. Los mensajes que
genere deben ser dinámicos y personalizados. Debe
procurar en lo posible estimular la interacción entre los
estudiantes.
Experto en contenidos
El conocimiento y experiencia hacen que el docente
virtual ponga a disposición de sus estudiantes material
apropiado y recursos de utilidad. Son estas características,
sumadas a la creatividad, las que hacen que proponga y
avive debates interesantes.
Características personales
Un docente virtual debe tener determinación y motivación. Debe ser capaz de adaptarse a nuevos contextos
de enseñanza, métodos y audiencias. Es importante su
actitud positiva y dedicación por la enseñanza virtual.
Windham (2005: 61) para The Net Generation, nos dice
que “cuando un estudiante elige un aula virtual, él aún
desea retos, exploración y desarrollar su creatividad. Esto
implica que el docente virtual encuentre el modo de ofrecer a los estudiantes un método de exploración e investigación dentro del currículo”.
Es importante además mencionar que esta reconceptualización en los roles de los docentes virtuales les permitirá
poner en marcha todas sus capacidades al servicio de su
propia formación.
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3. El rol del estudiante virtual
Lo primero que debe preguntarse una persona que desea
formarse en un entorno virtual, es si esta modalidad de
aprendizaje es la adecuada para él o ella, es decir cuestionarse aspectos como por ejemplo: ¿si tiene la necesidad y motivación de hacer ese curso en ese momento?,
¿será capaz de autogestionarse y encontrar nuevos métodos de aprender?, ¿será capaz de interactuar a través
de medios de forma disciplinada y constante? Finalmente
si será capaz de ver al profesor como alguien que guiará
su aprendizaje y a los compañeros como miembros de un
grupo de trabajo virtual activo.
El aspecto más importante que debe contemplar una persona que desee formarse en la virtualidad es cuán motivado
está para hacerlo de este modo. La motivación finalmente
se verá reflejada como valor añadido en el conocimiento y
en el uso de las herramientas de comunicación.
Un estudiante virtual requiere saber usar las TIC’s a nivel de
usuario básico, entre las habilidades que deben tener están:
usar la computadora, escribir documentos, navegar en Internet, crear, leer y enviar correos electrónicos, enviar mensajes
instantáneos (chat), descargar y enviar archivos adjuntos, crear
presentaciones en power point, crear hojas de cálculo, etc.
El aprendizaje de los estudiantes resalta la importancia de
considerar las variables cognitivas, metacognitivas, motivacionales y conductuales. Para que un estudiante virtual
logre el éxito académico, este tiene que poner a prueba
su voluntad y habilidad. Si decide que el puede hacerlo,
es decir que tiene los conocimientos y destrezas necesarias (cognición) y si realmente quiere hacerlo, es decir si
tiene la voluntad y la intención de hacerlo (motivación),
es entonces cuando realmente pondrá en marcha su proyecto de aprendizaje en un medio de formación virtual.
Los estudiantes virtuales tienen que crear sus propios
códigos y lenguajes para ser capaces de asimilar sus
procesos de aprendizaje. Los intereses, necesidades y circunstancias de cada uno determinan la planificación y el
control del aprendizaje.
Duart (2000: 95) explica en la tabla 2, diferentes elementos
referentes a la motivación formativa.
Motivación
Estudiante
Materiales
didácticos
Acción
docente
Los elementos motivadores parten de:
- La necesidad personal de formación.
- El interés por los contenidos del curso.
- La significación personal de los aprendizajes.
Forman un todo sistemático que debe tener en cuenta:
- El perfil del estudiante que los usará.
- El modelo de formación en el que se incluyen.
- La significación de los contenidos que incluyen.
Tiene que procurar el desarrollo de las siguientes capacidades:
- Trabajo autónomo del estudiante.
- Planificación del aprendizaje.
- Relación conceptual/redes conceptuales.
Tabla 2 - La motivación como variable formativa.
107
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
Podemos apreciar claramente que la motivación debe estar presente no sólo en el estudiante, sino que deben ser
los materiales y el docente quienes completen el círculo
motivador. Además la interacción que exista entre el estudiante y los materiales, entre el estudiante y el docente
y la interacción entre los mismos docentes incentivará la
reflexión y propiciará las actividades en ambientes de debate, tales como los foros, chats y correo electrónico.
El estudiante virtual debe saber reconocer sus habilidades, capacidades, destrezas y recursos y además debe tener la capacidad de generar otros nuevos o mediante la
asociación o reestructuración de otros preexistentes. La
capacidad de saber reconocer nuestros propios recursos
hará que podamos elaborar finalmente un plan de acción.
Es el mismo estudiante quien puede crear estrategias
para incrementar la motivación, la atención, la concentración y en general el aprovechamiento de los propios
recursos cognitivos.
4. Estrategias y características del aprendizaje en la formación virtual
108
Según la Real Academia Española, método es el modo
de obrar o proceder, hábito o costumbre que cada uno
tiene y observa, mientras que estrategia es “el arte, traza
para dirigir un asunto en fin del objeto deseado”. Las estrategias se han añadido a la psicología del aprendizaje y
la educación para resaltar el carácter procedimental del
aprendizaje. En la formación virtual las estrategias de enseñanza y aprendizaje son un aspecto substancial, debido a su misma naturaleza.
La didáctica es un aspecto que no podemos dejar de
mencionar, pues se define como las situaciones que el docente propone al estudiante para facilitar su aprendizaje.
Existen diferentes modelos didácticos que proponen
diversas metodologías. Están los modelos didácticos directivos y otros nada directivos. Hay unos que estimulan
la individualización mientras otros proponen la colaboración y cooperación en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Carretero (2006: 88) en la Formación sin Distancia.
Esteban (2003), clasifica a las estrategias de aprendizaje
en diferentes tipologías, según las actividades cognitivas
a realizar:
• Asociativas: Actividades simples, con operaciones
básicas y elementales que no trabajan estrictamente
la información. Sirven para proporcionar una base
para posteriores conocimientos.
• De elaboración: Promueven nuevas estructuras de
conocimiento y la relación entre diferentes conocimientos. Sirven, pues, de andamiaje al aprendizaje
mediante la elaboración de significados.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
• De organización: Establecen relaciones internas
entre elementos que componen los materiales de
aprendizaje y los conocimientos previos que posea
el alumno. Entre las estrategias de organización consideradas se suelen citar las clasificaciones; la construcción de redes de conocimientos (networking);
estructuras de nivel superior (covariación, comparación, colección, descripción y respuesta), cada una de
las cuales implica una técnica cognitiva específica;
los mapas conceptuales; mentales, etc.
• Estrategias de apoyo: Son aquellas que en lugar de
dirigirse directamente al aprendizaje de los materiales,
contribuyen incrementando la eficacia de ese aprendizaje, mejorando las condiciones en que se produce
(incrementan la atención, la motivación, la concentración, etc).
En la formación virtual se requiere que el estudiante construya su propio conocimiento. Es necesario, por lo tanto,
que el docente proponga actividades que pudieran ser:
situaciones reales, prácticas y motivadoras que permitan
la reflexión de los mismos y que puedan de ese modo
aportar con sus ideas, proponer debates, etc.
Algunas técnicas que se pueden aplicar a la formación
virtual podrían ser:
• Videoconferencias y video: Disertaciones o técnicas
expositivas, demostraciones, interrogatorios, evaluaciones, debates, entrevistas, círculos concéntricos, etc.
• Trabajos en grupo: Mediante estudios de casos, tormenta de ideas, estudio intensivo de un problema,
etc.
• Prácticas de laboratorio: Mediante la realización de
experimentos sencillos o más complicados, dirigidos
por el docente, y que pueden ser grabados en video o
recreados mediante una simulación animada.
• Simulaciones: Donde se plantea el análisis de una situación real mediante una práctica simulada grabada
en video o recreada mediante animación.
• Juegos de roles: Los estudiantes interpretan diferentes papeles en una situación simulada.
La actividad constructiva según Pere Marqués (2005) requiere que los estudiantes sean capaces de:
• Comprender y planificar las tareas a realizar.
• Seleccionar y organizar la información disponible de
manera crítica y creativa (la información se puede organizar significativamente de muchas maneras distintas).
• Elaborar la información (para comprenderla) e integrarla significativamente en sus conocimientos previos atendiendo a visiones multiculturales.
• Transferir y aplicar estos conocimientos a la vida real,
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
más que reproducirlos mecánicamente (en los exámenes).
• Evaluar y contrastar los objetivos establecidos y los resultados obtenidos.
Las TIC’s permiten diferentes formas de lectura no lineales
en donde el sujeto va creando y recreando los contenidos
en función de sus intereses, aptitudes y actitudes frente al
objeto de estudio, lo que le obliga a desarrollar habilidades del pensamiento distintas ya que requiere apropiarse
del conocimiento para aplicarlo a su práctica cotidiana,
reflejando lo que es la aplicación del aprendizaje significativo.
Windham (2005:56-58) en su obra The Net Generation
nos explica algunos principios básicos para que las
generaciones actuales puedan aprender en el mundo
de la tecnología, pues el uso de esta implica una serie
de “distracciones” y el objetivo trazado de aprendizaje
muchas veces se queda en el camino. Estos principios
hablan de:
• Interacción: Que permite la comunicación con las
personas (estudiantes y profesores) y también con el
material de estudio.
• Exploración: Así como hemos aprendido a navegar
en Internet a través de enlaces, lo mismo se debe hacer con nuestros objetos de estudio.
• Relevancia: Implica que un estudiante finalice sus
estudios con la suficiente capacidad para afrontar
un mundo laboral, y que lo aprendido en el aula no
sea tan perecedero como la tecnología que cambia
a diario.
• Multimedia: Los docentes deben proponer elementos multimedia para mantener la atención del
alumno.
• Instrucción: Principio que obliga al estudiante a ir en
búsqueda de información verdadera, a través de bibliotecas, revistas especializadas, etc. Además deben
tener las suficientes habilidades para buscarla.
5. Cómo lograr el éxito en el aprendizaje
virtual
Schrum y Hong (2002) sugieren siete dimensiones relacionadas con el éxito de los estudiantes en el aprendizaje virtual:
• Experiencia tecnológica: No es suficiente el acceso a
las herramientas adecuadas, los estudiantes necesitan
tener un nivel de seguridad en el uso de las mismas.
• Preferencias de aprendizaje: Los estudiantes deben
reconocer sus propias habilidades y estilos para interactuar en un ambiente virtual. Esto quiere decir que
los estudiantes que necesiten escuchar los debates
de sus compañeros de clases, necesitarán compensar
esta falta de otra manera, lo cual podría ser mediante
sesiones de chat o videoconferencias. Los estudiantes
deben tomar ventaja del aspecto visual del entorno
por las diferentes formas en que el material es presentado. Otros estilos indican que algunos prefieren el
trabajo grupal al trabajo en solitario.
• Hábitos de estudio y habilidades: Los estudiantes
aprecian el control que pueden tener en su aprendizaje, lo cual se demuestra en la responsabilidad de
completar y presentar las actividades propuestas. Se
ha demostrado que entregar mucho material y mucho trabajo al mismo tiempo es contraproducente.
Los docentes deben dar cierta flexibilidad a los estudiantes para que aprendan por sus propios medios.
• Metas y propósitos: El éxito en la formación virtual
se ve reflejado en el grado de motivación de los participantes.
• Factores del estilo de vida: Los estudiantes deben
estar alertas en la responsabilidad de conducir sus
vidas y necesitarán en este caso determinar si están
dispuestos a dedicar 10 a 20 horas diarias de estudio.
Tendrán que determinar además si tienen flexibilidad
de horarios. Los docentes virtuales recomiendan que
los estudiantes puedan equilibrar los complejos aspectos de sus vidas con sus programas de estudio.
• Trato personal y características: Los estudiantes en
línea exitosos tienden a comprometerse fuertemente, dedicando tiempo y esfuerzo en su formación. Los
educadores concuerdan en que la falta de voluntad y
la autodisciplina son factores críticos en el éxito de los
estudiantes.
A los que nosotros añadiríamos todos aquellos relacionados con la capacidad comunicativa, tanto síncrona
como asíncrona, del estudiante en entornos tecnológicos. Su capacidad y la eficacia de las herramientas tecnológicas de comunicación es lo que realmente marcará el nivel de éxito óptimo del proceso de aprendizaje.
RESULTADOS
• El acceso a las herramientas: Los estudiantes sin regular acceso a las herramientas adecuadas, ya sea en casa,
en el centro de estudios o en el trabajo, tienen mayor
dificultad en seguir una formación virtual. Aquellos que
tienen al alcance las herramientas consideran tener una
pequeña ventaja porque pueden concentrarse en su
aprendizaje en su propio horario.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
A continuación mostramos algunas reflexiones sobre
las características de los estudiantes del futuro, es decir aquellos niños que han nacido y crecen bajo la influencia de las TIC’s e Internet.
- Saben usar las TIC’s para procesar la información y
como instrumento cognitivo que puede liberarles
109
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
de determinados trabajos de rutina y potenciar sus
CONCLUSIONES
procesos mentales, tales como: la observación, la
exploración, la búsqueda, la comparación, el ordenamiento, la clasificación y la toma de decisiones.
• Utilizan las TIC’s para comunicarse en el ciberespacio, ampliando así su entorno de relación con otros
compañeros, docentes, etc. Discuten y aprenden
unos de otros; así van construyendo un aprendizaje
social.
• Conocen las herramientas que los medios brindan,
las cuales establecen un nuevo modelo de aprendizaje, basado en el descubrimiento y la participación. Además se relacionan con un nivel superior
de pensamiento, que les permitirá tomar decisiones sobre cómo reunirse, organizarse, analizar y
compartir información.
• Tienen la capacidad de aprender en la red. Saben
aprovechar los nuevos entornos virtuales de aprendizaje.
• Tienen la capacidad de acceder a la información
de forma interactiva, dejando de lado el modo secuencial, es decir, saben participar en varias actividades a la vez: navegan en algún material nuevo y
establecen hipervínculos con servidores y fuentes
de información en todas partes.
• Serán capaces de mantener comunicaciones mul-
110
timedia con un aparato móvil desde cualquier
parte del mundo, pues tienen la capacidad sufi-
• La formación virtual aporta unas ventajas que pueden justificar su rápida expansión: la posibilidad de
utilizar materiales multimedia, la fácil actualización
de los contenidos, la interactividad, acceso al curso
desde cualquier lugar y en cualquier momento, la
existencia de un feed-back de información inmediato, de manera que el docente conoce si el estudiante
responde al método y alcanza los objetivos fijados
inicialmente.
• Internet, la red de redes, contribuye a aumentar el
acceso a la información y permite la comunicación,
condición necesaria para construir conocimiento. En
un entorno de formación virtual la construcción del
conocimiento es tarea también de los estudiantes y
no sólo del docente, el medio o de las herramientas.
El estudiante, al interactuar con los docentes y demás
compañeros en un entorno virtual se encuentra con
la posibilidad de aprender a partir de sus intereses,
curiosidades o experiencias, en lugar de seguir un camino preestablecido por el propio docente con una
tendencia, normalmente, homogeneizadora.
• La estrategia didáctica que el docente virtual aplique
a su grupo de estudiantes debe integrar una serie
de actividades e interacción entre los mismos. Estas
estrategias deben proporcionar motivación, información y orientación para que ellos definan su propio
proceso de aprendizaje.
ciente y necesaria para utilizar el sistema con eficiencia.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Tendrán la capacidad de aprender haciendo, así el
aprendizaje se vuelve más experimental y se refuerzan las teorías constructivistas para el aprendizaje.
• Interactuarán con mayor facilidad y preferirán las
plataformas de contenidos, sin dejar de lado los libros.
• Serán capaces de generar proyectos con estudiantes, profesores y la comunidad en general que les
permita hacer un uso significativo de las TIC’s disponibles. Además de estimular en ellos hábitos de
investigación, para lo cual cuentan con una gran
capacidad de abstracción, análisis y síntesis.
• Tendrán la necesidad de interactuar en la solución
de problemas del mundo real, para lo cual buscarán participar constantemente de simulaciones
virtuales, juegos de roles, etc.
Estas reflexiones son para nosotras motivo suficiente para
seguir apostando y esforzándonos en la investigación de
este tipo de formación que se mueve a futuro con una
rapidez vertiginosa.
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para generar sinergia
The supervisor like management to generate synergy
Christian León Porras
RESUMEN
112
En este artículo se enfatiza que el supervisor globalizado
losofan si el líder nace o se hace. Varias escuelas de ne-
debe convertirse en el management dentro de la orga-
gocios, por medio del MBA o Maestría en Administración
nización, sabiendo conducir a su personal a través de ha-
de Empresas, enfatizan en tener en sus diversas mallas
bilidades humanas que generan liderazgo hacia él, lo cual
curriculares la receta para generar habilidades geren-
conduce a los objetivos estratégicos propuestos por la alta
ciales de liderazgo. No obstante, el concepto de líder
gerencia, bajo el pilar existencial laboral contemporáneo:
proviene de la palabra inglesa leader, que traducido al
“Gana – Ganar”,pues el supervisor se legitima en sus subordi-
castellano significa: guía. Y al buscar en el diccionario
nados cuando la gente lo sigue ya que son motivados por él.
de la Real Academia Española, vemos que líder significa
Finalmente, el “sentido del deber” de todo buen supervisor,
“Persona a la que un grupo sigue reconociéndola como
está en servir al cliente interno y deberse al cliente externo.
jefe u orientadora”.
ABSTRACT
Un líder siempre tiene seguidores y por ende influye
e inspira en ellos. Sus rasgos de personalidad gene-
In this article there is emphasized that the included super-
ralmente son notoriamente resaltantes a la vista en
visor must turn into a management inside the organization,
un grupo social, ya que su lenguaje no verbal indica
being able to drive to his personnel across human skills that
postura firme, mirada fija y segura, genera tranquili-
generate leadership towards him and this drives to the stra-
dad porque proyecta seguridad en sí mismo y conta-
tegic aims proposed by the high management, under the
gia emociones, demostrado en una investigación que
existential labour contemporary prop: “Win - Win”., since the
realizó el profesor Sigal Barsade en la Universidad de
supervisor is legitimized in his subordinates when the people
Yale . En primera instancia todos sus miembros se be-
follow it since they are motivated by him. Finally the “sense
nefician. Empero, ¿se beneficiará la humanidad? El líder
of the duty “ of every good supervisor, this one in serving the
internal client and to be drunk to the external client.
PALABRAS CLAVES
Supervisor, management, inteligencia emocional, liderazgo y equipo de trabajo.
KEY WORDS
Supervisor, management, emotional intelligence, leadership and team of work.
como tal debe tener claro que esas mínimas decisiones
que tome tienen que beneficiar a la humanidad, así de
grandilocuente.
Habiéndonos enfocado en el concepto real del líder,
podemos introducirnos en la concepción del supervisor, quien es el que ejerce la inspección superior en trabajos realizados por otros. Pero no es un líder, debería
transformarse en uno de ellos, ¿podrá conseguirlo? Las
aptitudes emocionales son susceptibles de ser desarrolladas, si es que uno tiene la firme decisión actitudinal
para hacerlo. Y como en gran medida el liderazgo pasa
INTRODUCCIÓN
por aptitudes emocionales que influyen en las perso-
En la actualidad se diserta en seminarios, congresos,
vés de su formación evolutiva que nutre su autoestima,
cursos, mucho sobre liderazgo y sus clasificaciones, fi-
además de sobreponerse a las circunstancias adversas
Invest Apl Innov 1(2), 2007
nas, podríamos decir entonces que el líder se hace a tra-
León C. – El supervisor como management para generar sinergia
que la vida, felizmente, nos brinda con la finalidad de
Peter Drucker, filósofo en las ciencias empresariales,
fortalecernos y aprender de ellas para mejorar día tras
tanto del siglo XX como del XXI y creador del concep-
día.
to de management, manifestaba que esta disciplina en
términos simplistas no es otra cosa que maximizar las
Un aspecto importante que el supervisor contempo-
fortalezas y minimizar las debilidades del conocimien-
ráneo no debe dejar de lado en su labor diaria dentro
to, sin embargo señalaba que lo más importante no era
de una organización, es la de entrenar sus habilidades
la cantidad de conocimiento, sino su productividad y
humanas dirigidas hacia sus colaboradores, es decir,
que el conocimiento es un medio para la acción. Lo que
facultades como la comunicación asertiva, la empatía,
se puede interpretar de estos comentarios y mi aporte
destreza para motivar, adecuadas relaciones interper-
personal, es que el supervisor en este mundo globali-
sonales, capacidad de negociación, entre otras, y muy
zado debe de ser un management de las competencias
relevante su facultad para generar sinergia, es decir el
(el conocimiento es parte de la estructura de compe-
todo es más que la suma de sus partes; entre las ha-
tencias) de sus subordinados, formar cuadros de man-
bilidades de sus subordinados, formando equipos de
dos y establecer las condiciones favorables para que el
trabajos sólidos.
trabajo bajo condiciones de presión, sea un estimulante
que nos lleva a la planificación y organización de las di-
En la actualidad, los empleadores y los especialistas en
versas responsabilidades que tenemos en función a un
gestión humana están de acuerdo que lo más impor-
tiempo cada vez más es escaso y decirle no a la cultura
tante para la contratación de nuevo personal en em-
del incendio. Volviéndonos proactivos, que no significa
presas grandes o multinacionales (como lo demostró
únicamente el tener la iniciativa, sino hacer que las cosas
el estudio realizado en la Petroquímica AMACO en el
sucedan, ser creadores de nuestro propio porvenir.
año de 1994) sobre todo en cargos gerenciales, más
que la pericia técnica o conocimientos especializados,
El sentido del deber que tendría que poseer el supervisor
es la inteligencia emocional o aptitudes emocionales o
globalizado, aparte de cumplir con los objetivos estraté-
habilidades humanas, ya que estas son las que generan
gicos que su puesto de trabajo demanda, es la de forjar
verdaderamente el motor de crecimiento en una orga-
futuros líderes laborales, y esto podrá hacerlo cuando se
nización, creando ambientes de trabajos que benefician
preocupe verdaderamente por su personal, se mimetice
la salud mental colectiva y potencian fortalezas en los
con ellos estimulando la capacidad empática que todo
colaboradores.
líder debería tener, descubra sus potencialidades y las
INVESTIGACIÓN EN AMACO:
Multinacional Petroquímica cede central Nebraska
73%
27%
Aptitudes
Emocionales
Habilidades Técnica e intelecto
¿Cuál es exactamente la importancia que tiene la aptitud emocional para la excelencia, comparada con las habilidades
técnicas y el intelecto?
Invest Apl Innov 1(2), 2007
113
León C. – El supervisor como management para generar sinergia
maximice, creando un ambiente de cohesión, confianza
colectiva y solidaridad entre sus miembros; en otras palabras, un equipo de trabajo. Premiando en público y lla-
•
mando la atención en privado, poseyendo el aplomo de
que al obtener resultados el supervisor – management
debe expresar: “mi equipo lo hizo”, cuando las cosas no
resultan como se esperó, debe decir “hay que ver la ma-
•
nera de mejorar sobre la base de lo aprendido” y finalmente si los resultados son fatales y desastrosos, debe
decir: “yo soy el responsable y asumo las consecuencias”
•
y no buscar culpables para que el más débil asuma las
consecuencias, como suele pasar en nuestro país.
Con esta acción logra ejemplaridad como pilar para legitimarse frente a sus subordinados, sabiendo que existe
una filosofía explícita en que todos ganamos con nuestro esfuerzo. Es allí donde se logra consolidar la filosofía
de trabajo en equipo, viendo que su supervisor al margen de buscar ser servido, tiende a servir y apoyar a su
personal, conceptualizando como una cultura el servicio
per sé hacia los demás integrantes de la compañía, generando un efecto multiplicador positivo. Estas acciones
repotencian actitudes sólidas para los diversos cambios
organizacionales y del mercado que se avizoran.
Finalizando, comentaremos a modo de epílogo que no
114
se puede contar con una cultura de servicio al cliente
externo sino se genera dentro de la empresa, una cultura de servicio al cliente / proveedor interno que al fin
de cuentas son todos los trabajadores del conocimiento
que aportan sus competencias para llegar a las metas
que plantea la alta dirección.
CONCLUSIONES
• Un líder debe tener conciencia que sus decisiones,
aunque parezca insignificante, deben tener una tras-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
•
cendencia que beneficie no sólo al grupo humano
que lidera, sino también a la humanidad.
El supervisor tiene que entrenar sus habilidades humanas o aptitudes emocionales en el día a día, y esto
es generalmente en su centro de labores, en actitudes
que nutran emocionalmente a sus colaboradores.
Los especialistas en gestión humana están convencidos que lo más importante para la contratación
de un ejecutivo es el peso que tiene su inteligencia
emocional.
El supervisor debe convertirse en un management
dentro de la organización y frente a sus colaboradores, maximizando las potencialidades y minimizando
las debilidades de estos. También tiene que liderar
con el ejemplo en sus acciones que busquen la filosofía de equipo: el ganar – ganar.
No se puede contar con una cultura de servicio al
cliente externo sino se genera dentro de la empresa,
una cultura de servicio al cliente / proveedor interno.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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2. FURNHAM, Adrian. Psicología Organizacional: El
Comportamiento del individuo en las organizaciones. Oxford university Press. México, 2001
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4. LEÓN, Ch. (2001). La inteligencia emocional en estudiantes de educación superior universitaria y no universitaria de Administración de Empresas. Tesis, Lima.
5. RODRÍGUEZ PORRAS, José M. (1995) El factor humano en la empresa. Ediciones. Universidad de Navarra,
España.
6. VALLS, A. (1997). Inteligencia emocional en la empresa. Barcelona: Editorial Gestión 2000.
¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o
acreditaciones internacionales a través de la calidad?
¿To get quality through international accreditation or to get
international accreditation through quality assurance?
Pablo Moreno Romaní
RESUMEN
Las acreditaciones nacionales o internacionales, de las ca-
lity of administrative and learning processes and by the fulfi-
rreras de ingeniería y tecnología, se logran demostrando
llment of standards established by the profession for which
que la calidad de los procesos administrativos y de do-
students will prepare.
cencia cumplen los estándares establecidos por la profesión para la cual se preparan los estudiantes.
The final “good” of a high education is formed and well
equipped graduates who are successfully inserted into
El producto final de una buena educación superior es que
the labor market. In that way, universities and institutes,
el egresado se inserte exitosamente al mercado laboral
that manage curricular plans and practical experiences
y tenga un desarrollo de carrera que le permita ser exi-
with the tendencies of the industry and the labor market,
toso. En esa línea, las instituciones de educación superior
those that have decided to strategically orient themselves
que logran vincular sus planes curriculares y experiencias
to develop and to consolidate the relation with the social
prácticas con las tendencias de la industria y del mercado
and productive sectors, are those that contribute indeed
laboral; es decir, aquellas que han tomado acciones estra-
to the satisfaction of the needs of the society as a whole.
tégicas orientadas a desarrollar y consolidar la relación
con los sectores social y productivo, son las que contribuyen efectivamente a la satisfacción de las necesidades de
The objective of this paper is to create awareness, on the
la sociedad en su conjunto.
favorable economic situation, the comparative advantage
of Peru and the initiative of the ICACIT to lead processes in
La iniciativa peruana del Instituto de la Calidad para la
national and international accreditation, hoping that this
Acreditación de Carreras de Ingeniería y Tecnología (ICA-
would generates an appropriate panorama so directors
CIT), la actual coyuntura económica del país nos prepara
can make right decisions to evaluate engineering and te-
para tomar el camino por el cual se han decidido otros
chnology programs.
países como Hong Kong, Corea e Irlanda y poder correr la
ola de la globalización.
PALABRAS CLAVES
El objetivo de este trabajo es llamar la atención de que
Acreditación, constituyentes, calidad educativa, objetivos
la situación económica favorable, la ventaja comparativa
educacionales, resultados, globalización, ingeniería, tecnología.
del Perú y la iniciativa del ICACIT por liderar procesos de
acreditación nacional e internacional forman un escena-
KEY WORDS
rio oportuno para que los directivos tomen las decisiones
correctas de auto- evaluar las carreras de ingeniería y tec-
Accreditation,constituencies,educational quality,program objec-
nología que conducen.
tives, program outcomes, engineering, technology, globalization.
ABSTRACT
INTRODUCCIÓN
National or international engineering and technology pro-
Cada vez se escuchan más fuerte los campanazos de la
gram accreditations will be achieved by demonstrating qua-
globalización. Hay países para los cuales el concepto
Invest Apl Innov 1(2), 2007
115
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
no es nuevo y se remonta a los años de la caída del
Estados Unidos, como sustancialmente equivalente al ba-
Muro de Berlín por allá por 1989. A esta realidad mun-
chelor of engineering technology.
dial se asocia la ventaja comparativa de las naciones y
la competitividad de las empresas. En el primer caso,
Calidad de la educación superior
nos referimos a la abundancia o escasez de recursos de
los que dispone un país y en el segundo la eficiencia
La calidad de la educación superior “es un concepto plu-
con que las empresas invierten recursos económicos y
ridimensional que debería comprender todas sus funcio-
humanos en la producción de bienes y servicios.
nes y actividades: enseñanza y programas académicos,
investigación y becas, personal, estudiantes, edificios,
¿Cómo son las condiciones de producción de bienes y
instalaciones, equipamiento y servicios a la comunidad y
servicios que forman parte de nuestra oferta exportable y
al mundo universitario. Una auto-evaluación interna y un
de consumo interno respecto a otros países?, ¿Cómo está
examen externo [1].
la situación de la educación superior en el Perú cuando
pensamos en la globalización?, ¿En qué están pensando
Acreditación
los directivos de las universidades e institutos de ingeniería y tecnología?
La acreditación de acuerdo al Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET), es la garantía de que
Claramente se nota una relación entre las preguntas
una carrera o programa logra estándares de calidad es-
expuestas y es posible que se nos ocurran muchas res-
tablecidos por la profesión para la cual se prepara a los
puestas.
estudiantes. Por ejemplo: una carrera de ingeniería o
tecnología acreditada debe alcanzar los estándares de
Desarrollar carreras eficaces, es decir cuyos egresados
calidad que la profesión de ingeniería o tecnología ha
logren insertarse con éxito al mercado laboral, pasa por
establecido.
conocer la totalidad de los procesos involucrados en la
116
ejecución de un currículo; implementar planes o progra-
De acuerdo a datos de la Asamblea Nacional de Rectores,
mas de mejora continua y optar por acreditaciones inter-
en el Perú se ofrecen cerca de 1 200 carreras en institu-
nacionales cuyos beneficios recaigan sobre los egresados
ciones de educación superior. El 62% de ellas pertenecen
y docentes.
a las ramas de las ciencias sociales y apenas el 38% de
ellas pertenecen a las ramas de la ingeniería y tecnología.
Compararnos y lograr las mejores prácticas de edu-
“Las economías latinoamericanas van hacia industrias
cación superior del mundo permitirán, en el largo pla-
con mayores requerimientos tecnológicos, para producir
zo, aprovechar la ventaja comparativa de nuestro país
exportaciones de mayor valor agregado. Necesitan más
dándole mayor valor agregado a los recursos naturales
técnicos…”[2], y más ingenieros.
y geográficos; formar e insertar egresados al mercado
laboral para que incrementen la productividad y com-
En estos años hemos podido conocer a la mayoría de los
petitividad de las empresas y aporten al desarrollo eco-
directores de las carreras de ingeniería, responsables de
nómico y social del país.
proyectos de acreditación, responsables de institutos tecnológicos del Perú, jefes de oficinas de acreditación, coor-
En el presente trabajo se presentan algunas definiciones
dinadores de calidad de la educación, en todos los casos,
de la calidad en la educación así como la definición de
tanto de instituciones públicas y privadas. Los problemas
acreditación. Se presenta la situación actual de las carre-
recurrentes que se tienen para implementar procesos de
ras de ingeniería y tecnología en el Perú; las iniciativas ac-
calidad son: falta de presupuesto, falta de recursos huma-
tivas peruanas que apuntan a preparar carreras con egre-
nos capaces, falta de tiempo y falta de decisión de los di-
sados globales. Así mismo, se presenta el camino que han
rectivos, por mencionar algunos.
tomado otros países para poder correr sobre la ola de la
globalización.
Pero en las oportunidades en las que nos encontramos
con muchos de ellos hemos planteado algunas pregun-
Finalmente se describe la experiencia de la carrera de
tas, que aunque parecen de elementales respuestas no
Electrónica y Automatización Industrial en Tecsup, al ser
lo son: ¿cada cuánto tiempo se actualizan los planes
reconocida internacionalmente, por ABET, el comité de
curriculares y quiénes participan en la actualización?,
acreditación de carreras de ingeniería y tecnología de
¿cómo está distribuida la teoría y la práctica?, ¿cuáles
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
son los Objetivos Educacionales de las Carreras que
segundo lugar después de Luxemburgo. Su crecimiento
deben lograr los egresados estando activos en el mer-
entre 1995-2004 ha sido en promedio de 7%; pasó de ser
cado laboral?, ¿Cuáles son los Resultados de las Carre-
un país agrícola a uno industrial de 46 %; exportando el
ras que deben ir alcanzando los estudiantes conforme
80 % de su producción que ocupa al 29 % de la fuerza
avanzan en su formación?, ¿Cuántos egresados tienen
laboral.
las carreras?, ¿Cuántos de ellos están trabajando?, ¿En
qué mercado se encuentran las carreras?, ¿Cómo se
Según la Organización Mundial de Comercio, durante los
comporta el número de postulantes a las carreras que
años setenta, Perú, Corea y Hong Kong eran economías
se ofrecen?.
cuyas exportaciones anuales totales alcanzaban aproximadamente 1 000; 2 500 y 1 000 millones de dólares res-
Lo que se pretende al plantear éstas preguntas es incen-
pectivamente. Hoy en día mientras Perú ha multiplicado
tivar el pensamiento crítico sobre: ¿Para qué se necesita
sus exportaciones por 24, Corea lo ha hecho por 284 veces
el presupuesto que falta?, ¿Para qué se necesita el recur-
y Hong Kong por 105 veces.
so humano capaz?, ¿Para qué se necesita el tiempo que
falta? Quizá al ensayar buenas respuestas encontraremos
El ex Primer Ministro de Irlanda, en el último CADE realiza-
por qué los directivos no toman las decisiones que debe-
do en Arequipa opinó: “Dar el salto de país en desarrollo
rían tomar.
hacia país desarrollado se llama “educación” y es aquello
que distingue al “Milagro Irlandés” y sus logros económi-
Hablar de acreditación es hablar de calidad. Al pensar en
cos.
calidad, en varias de las citas anuales de la Semana de la
Calidad que se desarrollan desde hace varios años en el
La decisión por invertir en la educación y apertura hacia
Perú y en las conferencias de la última Convención Mine-
el exterior le ha dado a Irlanda, Corea y Hong Kong resul-
ra realizada en Arequipa, donde asisten emprendedores y
tados extraordinarios.
académicos, hay consenso que para implementar procesos de calidad lo primero que hay que lograr es el íntegro
Acuerdos internacionales
apoyo de las más altas autoridades de las instituciones.
Son ellos los que pueden responder las ocho preguntas
En el mundo de la ingeniería y tecnología de los países
arriba expuestas.
más desarrollados se han creado tres principales acuerdos. Los Acuerdos de Washington, Sydney y Dublín. A tra-
Mi experiencia me ha enseñado que no hay ningún país
vés de estos acuerdos, los signatarios, entes independien-
que tenga todo ni que no quiera todo. Hace mucho tiem-
tes que promueven la calidad de la educación superior,
po que sabemos cuál es el estado de la enseñanza supe-
reconocen la equivalencia de las carreras de ingeniería y
rior del Perú; tratar de responder ¿por qué está como está?,
tecnología acreditadas.
a estas alturas del partido es pernicioso. La propuesta es
que se revisen para, establecer procesos administrativos
Para echar a andar estos acuerdos, los signatarios han
y educativos, y mejorarlos. Para ello, se debe emplear es-
intercambiado información y han examinado sus proce-
tándares comprobados internacionalmente; cuya base es
sos, políticas y procedimientos con el fin de conceder los
justamente la revisión y mejora continua.
reconocimientos y acreditaciones de las carreras de ingeniería y tecnología de programas académicos y llegar a la
¿Querer es poder?, ¡Hacer es poder!
conclusión de que son comparables.
La UNESCO se refiere, en el artículo 6 de la Declaración
Así, han desarrollado criterios de evaluación que aplican a
Mundial sobre la Educación Superior en el Siglo XXI, a la
los programas de las carreras que lo solicitan. Ellos acredi-
calidad como “La pertinencia de la educación superior
tan y reconocen como sustancialmente equivalentes a los
que debe evaluarse en función de la adecuación entre lo
programas comparándolos con las carreras de los países
que la sociedad espera de las instituciones y lo que estas
signatarios.
hacen”.
Los países a los que pertenecen estos signatarios son
Irlanda tiene la producción más alta de Europa estimada
Estados Unidos, Japón, Malasia, China, Canadá, Australia,
en 44 500 dólares per cápita (Perú: 6 600 dólares) [3]; so-
Inglaterra, entre otros, y por supuesto a los dos milagros
bre el 10% de los cuatro países más grandes, ocupando el
económicos llamados Irlanda y Hong Kong.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
117
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
¿Qué se está haciendo en el Perú?
La primera experiencia exitosa
Para citar el ejemplo de la minería, en el Perú, esta acti-
De manera concreta, la carrera de Electrónica y Automa-
vidad en el 2006 aportó el 6,6% del PBI; el 63% del valor
tización Industrial de Tecsup ha logrado recibir el reco-
total de las exportaciones; el 19% de los tributos totales;
nocimiento internacional de ABET, y es considerada una
el 36% del impuesto a la renta. Representa inversiones
carrera similar a las que se dictan en Estados Unidos que
identificadas para el período 2007-2014 que ascenderían
otorga el Bachelor of Engineering Technology.
a valores entre USD 8 400 a 10 000 millones [4].
Acorde con la visión de “Ser la institución peruana de eduEsta actividad genera 95,000 empleos directos y 400,000
cación superior líder en tecnología, con prestigio y certifi-
indirectos y US$ 1400 millones en compras internas. Es de-
cación internacional”, Tecsup inició en el 2003 el proyecto
cir es la actividad más importante junto con textiles y pro-
de acreditación de la carrera de “Electrónica y Automati-
ductos agroindustriales. El Reporte de Inflación para Sep-
zación Industrial”, evaluándola primero de manera interna
tiembre 2007 del BCR expresa que en el presente año los
para constatar que reúna condiciones correspondientes
términos de intercambio en la balanza comercial se incre-
al rango al que aspiran “Bachelor of Engineering Techno-
mentarían 3,0 por ciento, por la evolución más favorable de
logy” de Estados Unidos; es decir, que su plana docente, el
las cotizaciones de los metales respecto a lo esperado en
plan de estudios, la infraestructura y recursos financieros,
mayo. Pero que tendrían una corrección en los años 2008 y
que intervienen en la formación están acorde con las exi-
2009, por menores precios de los minerales ante un menor
gencias que se definieron, y aseguran que lo que se dice
crecimiento mundial y altos precios de petróleo.
que hace efectivamente se hace.
Dado que la minería es una actividad de producción a
Estas condiciones tienen que ser continuamente revisa-
menores costos, ¿Cómo estamos preparando a los inge-
das y deben proponer acciones concretas de mejora a
nieros, tecnólogos y técnicos del sector para que sean
cada una de las variables relacionadas con la educación
más productivos frente al escenario esperado?.
y administración de una carrera acreditable y sobre todo
debe ser similar en calidad y experiencias a una que se
118
Las carreras de ingeniería y tecnología en el Perú, inicia-
dicte en Estados Unidos.
ron proyectos para acreditar su calidad, con el objetivo de
enaltecer dichas profesiones.
Modelo propio: el plan de mejora continua
(PMC)
Hace cuatro años cinco carreras de ingeniería y tecnología
se embarcaron en proyectos para obtener el reconocimien-
El PMC es un sistema dinámico desarrollado en Tecsup,
to internacional de acreditación. Ahora son 26 las carreras
que define las acciones de Medición, Evaluación y Mejora
que apuntan a obtener una acreditación con el objetivo de
de los Objetivos y Resultados de las carreras, y que tiene
enaltecer a sus egresados en dichas profesiones.
por finalidad sistematizar la optimización en los servicios
educativos y administrativos que se brinda.
El Instituto para la Calidad y Acreditación de Carreras de
Ingeniería y Tecnología, ICACIT, lidera estos procesos de
La ejecución del PMC permite medir, mediante la aplica-
Auto Evaluación que el Accreditation Board for Enginee-
ción de 14 herramientas de medición, cualitativa y cuan-
v
ring and Technology (ABET ), de Estados Unidos, exige
titativamente, el logro de los objetivos de corto plazo lla-
para medir la situación educativa y administrativa de las
mados Resultados de los Programas y objetivos de largo
instituciones educativas y hacer comparables las carreras
plazo, llamados Objetivos Educacionales. Ver: Figura 1:
entre los dos países.
“Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup”.
Los criterios de evaluación consideran: Objetivos Educacio-
El hecho que los alumnos y egresados logren estos dos
nales y resultados específicos de las carreras, planes de me-
elementos permite que el programa logre su misión y por
jora continua, características específicas de las carreras, nivel
ende se alcancen la misión y visión de la institución.
profesional y académico de la plana docente, infraestructura,
estructura organizacional y soporte financiero. El fin de estos
El logro de los OEP se mide a través de la aplicación de
proyectos es lograr, tales estándares locales, que sean com-
4 herramientas de medición: (1) encuestas a egresados,
parables y se puedan lograr acreditaciones internacionales.
(2) encuestas a empleadores, (3) seguimiento de los movi-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
mientos de todos los egresados para conocer la evolución
laboral, remunerativa y plan de desarrollo profesional, y
Un ejemplo es la medición del logro de los Objetivos Edu-
(4) reuniones del Comité Técnico Consultivovi.
cacionales del Programa Mantenimiento de Maquinaria
de Planta, realizado de acuerdo al cronograma de ejecución del Plan de Mejora Continua, para el 2006 y 2007; la
próxima medición se realiza en enero del 2008.
Figura 1 - Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup.
El logro de los Resultados se mide a través de la aplica-
Tabla 1 - Medición de las OEP del programa Mantenimiento de
maquinaria de planta.
ción de 5 herramientas de medición: (1) los criterios de
Las acciones de mejora se implementan por cada jefe de
desempeño, que permite una medición directa de las ha-
departamento. El comité que genera las acciones de me-
bilidades, conocimientos que los alumnos deben ser ca-
jora verifica en sus reuniones periódicas la implementa-
paces de hacer y conocer, (2) medición del desempeño de
ción y resultados obtenidos y conserva las evidencias del
estudiantes en pasantías en empresas, (3) medición del
trabajo realizado en agendas y actas de reuniones.
desempeño de los estudiantes en prácticas de tres meses
en la empresa, (4) encuestas a estudiantes sobre Resul-
119
tados, (5) entrevistas a estudiantes, para medir el grado
en que cada uno de ellos entiende la diversidad cultural
y cómo perciben su responsabilidad social y ética en el
ejercicio de la profesión y la necesidad de educación a lo
largo de la vida; así como su nivel de comunicación.
Los Objetivos de los cursos se miden durante la ejecución
de cada asignatura a lo largo de la carrera. Una vez que se
miden el logro de los OEP y Resultados los cinco entes de
evaluación proponen mejoras.
¿Qué se hace con lo que se mide?
En la etapa de evaluación se toma la información obtenida de la medición con la finalidad de proponer acciones
de mejora al logro y formulación de los Objetivos Educa-
Tabla 2 - Logro de los OEP período 2006-2007.
Proyecto de acreditación
La acreditación exigió trabajo interno y externo. El
trabajo interno consistió en la asignación de recursos
para la realización del proyecto; la conformación del
equipo de trabajo; conocimiento de los criterios de
evaluación de ABET, capacitación del equipo de traba-
cionales de los Programas, (OEP) y Resultados de los Pro-
jo; capacitación del personal administrativo y docente;
gramas. La evaluación se lleva a cabo a través de cinco
así mismo, de los alumnos, egresados y empleadores
entes de evaluación: (1) Comité Central de Mejora, (2) Co-
de los egresados. Se trabajó un inventario de los pro-
mité de Programa, (3) Comité Técnico Consultivo, (4) Co-
cesos de la gestión educativa y administrativa de apo-
mité de Servicios a Estudiantes y Egresados y (5) Jefatura
yo, y con todo eso se elaboró un auto estudio o auto
del Departamento. En este proceso están involucrados
evaluación, sobre la base de los criterios de evaluación
los docentes, alumnos, egresados, miembros de empre-
de ABET que consideran los OEP, Resultados, Plan de
sas, personal administrativo y directivo de Tecsup.
Mejora Continua, Características de la Carrera o Progra-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
ma, Nivel profesional y relación industrial de la Plana
CONCLUSIONES
Docente, Infraestructura, Equipamiento y Software, Disposición de Recursos Financieros, Características Espe-
Queda expuesto que la situación económica es favo-
cíficas de la Carrera con Relación al Nivel de Bachelor
rable, que el Perú tiene ventajas comparativas y que el
in Engineering Technology de Estados Unidos. En esta
ICACIT se encuentra en buen momento. El escenario es
auto-evaluación se describieron todas las fortalezas y
oportuno para que los directivos de las facultades de
debilidades de la carrera y se determinaron las brechas
ingeniería y tecnología vayan a sus puestos de trabajo
para trabajar en la mejora de manera eficiente.
y pregunten sobre los objetivos de corto y largo plazo
de las carreras que dirigen para considerar los principios
Etapas de la acreditación
orientadores de las instituciones de educación superior
y los intereses de los constituyentes (docentes, egresa-
Se realizaron visitas de campo en dos etapas. Una visita
dos y empresas).
de capacitación del equipo de Tecsup a Estados Unidos
y dos visitas de evaluadores norteamericanos a la sede
Las condiciones para presentarse a procesos de evaluación
de Tecsup. Durante las visitas a Tecsup, revisaron proce-
internacional son pruebas para las que se debe estar prepa-
sos académicos y administrativos, se entrevistaron con
rado. Las acreditaciones y reconocimientos internacionales
los directivos, jefes de departamento, docentes, alum-
se logran con calidad en la enseñanza y en la administración
nos, egresados y miembros de empresas. Las visitas tu-
de recursos que demuestran las carreras e instituciones efi-
vieron una duración de tres días.
caces. La calidad se refiere a una vía para la mejora continua
de las carreras.
RESULTADOS
120
La decisión de directivos, las posibilidades y exigencias
La acreditación o reconocimiento internacional se lo-
que se abren al Perú en términos de competitividad y
gra mostrando carreras que tienen sus procesos ad-
productividad y la, quizá, única interacción en América
ministrativos y de docencia identificados. Es necesa-
Latina alrededor de una institución como el ICACIT, for-
rio demostrar que estos procesos son medidos y los
man esa ola que nos llevará a ser parte de los tres princi-
resultados obtenidos, evaluados para determinar las
pales acuerdos: Washington, Sydney y Dublín en donde
mejoras en los objetivos de corto y largo plazo de las
se reconocerá la equivalencia de las carreras de ingeniería
carreras.
y tecnología del Perú y a nuestros egresados como egresados del mundo.
Se logró la acreditación a través de la calidad de la enseñanza demostrada.
La mejora de la calidad de las carreras de ingeniería y
tecnología en el Perú tienen la gran posibilidad de aprovechar los conocimientos de la experiencia realizada por
Tecsup.
Han participado en las evaluaciones de la carrera de Electrónica y Automatización Industrial, voluntarios del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), asociación
técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización. El Dr. Tom Cain ex Presidente Mundial del IEEE y el
Dr. Mario González profesor de la Universidad de AustinTexas; el experto en acreditación el Dr. Fred Emshousen, de
la Universidad de Purdue de Indiana. Frank Hart, decano
de la Escuela de Tecnología en Ingeniería y Ciencias de la
Computación de Bluefield State College de West Virginia;
el Dr. Scott Dunning de la Universidad de Maine y David
Baker, del Rochester Institute of Technology todos reconocidos en la docencia e investigación en USA. Invest Apl Innov 1(2), 2007
i Institución peruana que lidera procesos de acreditación y auto- evaluación.
ii Declaraciones específicas de habilidades, conocimientos, aptitudes, experiencias que los egresados
van a poder demostrar a los pocos años de haber
egresado.
iii Declaraciones específicas de habilidades, conocimientos, aptitudes, experiencias que los alumnos van
a poder demostrar al momento de su graduación.
iv Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía
v Accreditation Board for Engineering and Technology;
establecida en 1932 congrega a 28 sociedades profesionales y técnicas en ciencias aplicadas, computación, ingeniería y tecnología de Estados Unidos.
vi Los Comités Técnicos Consultivos están conformados
por miembros de empresas de producción y servicios que emplean a egresados de Tecsup, docentes,
jefes de departamento y coordinadores de la oficina
de calidad. Estos comités se reúnen para conocer las
tendencias de la industria y las inversiones que ellos
realizan en activos fijos.
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Declaración Mundial sobre la Educación Superior en
el Siglo XXI: Visión y Acción [citada 9 de Octubre 1998];
Se consigue en <www.unesco.org/education/educprog/wche/declaration_spa.htm>
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Washington, la mentira populista y la esperanza de
América Latina- 9ª ed.- Buenos Aires: SUDAMERICANA,
2006.
3. The World Fact Book [citada 08 de Octubre 2007]; Se
consigue en <www.cia.gov/library/publications/theworld-factbook/index.html>
4. Banco Central de Reserva del Perú, Panorama Actual y
Proyecciones Macroeconómicas; septiembre 2007.
121
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad
del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
Influence of the temperature of anneling in the fracture
toughness of the steel SAE 1045 by means of test of impact
Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo es la evaluación del com-
sacrifices the hardness and allows to know that it failure
portamiento del acero SAE1045 cuando estan previa-
patterns for impact of mechanical components following
mente expuesto a un tratamiento térmico de templado y
the norms of test of materials of the ASTM.
revenido, es sometido a un ensayo de impacto. Para esto
se mecanizó las probetas de acuerdo con normas ASTM,
PALABRAS CLAVES
posteriormente se procedió a realizar un tratamiento
térmico de temple y revenido a dichas probetas en un
Ensayo de impacto, templado, revenido, patrón de falla,
horno eléctrico con control electrónico de temperatura;
tenacidad.
finalmente se deja enfriar las probetas a temperatura ambiente y se mide la dureza obtenida. Para el estudio de la
KEY WORDS
influencia de la temperatura en el revenido del acero SAE
122
1045 se realiza el ensayo de impacto a las probetas reve-
Impact test, quench, anneling, failure pattern, fracture
nidas a diferentes temperaturas (500, 600 y 700º C). De
toughness.
este estudio se deduce que efectivamente el aumento de
la temperatura de revenido, incrementa la tenacidad del
INTRODUCCIÓN
acero, pero sacrifica la dureza y permite conocer patrones
falla por impacto de componentes mecánicos siguiendo
Nuestro país se encuentra en una fase de desarrollo muy
las normas de ensayos de materiales de la ASTM.
amplia en cuanto a proyectos de ingeniería. La calidad
de los aceros (en cuanto a sus propiedades mecánicas) a
ABSTRACT
emplear es determinante en el éxito o fracaso de dichos
proyectos, que en algunos casos pueden llegar a miles de
The target of the present work is the evaluation of the
millones de dólares de pérdidas.
behavior of the steel SAE1045 when been previously exposed to a thermal treatment of quench and anneling, it
El desconocimiento del comportamiento de los aceros so-
is to subject a test of impact. For this the specimen test
metidos a diferentes temperaturas de trabajo implica que
were mechanized in accordance with norms ASTM, later
las estructuras o construcciones mecánicas colapsen. Un
one proceeded to realize a thermal treatment of quench
claro de ejemplo de la influencia de la temperatura en el
and anneling to the above mentioned specimen test in
cambio de las propiedades mecánicas fue el hundimiento
an electrical oven with electronic control of temperature;
del Titanic sólo por mencionar uno.
finally it allows itself to air cool the specimen test to temperature enviroment and the obtained hardness measu-
El ensayo de impacto permite evaluar la energía absorbi-
res itself. For the study of the influence of the tempera-
da en la zona elástica de la curva esfuerzo deformación
ture in the anneling of the steel SAE 1045, carries out the
en una probeta de acero, bajo ciertas condiciones, carac-
test of impact to the anneling specimen test for different
terizándose dicha energía en una fractura que puede ser
temperatures (500, 600 and 700º C). Of this study it is de-
frágil o dúctil. Este ensayo ha sido empleado desde hace
duced that really the increase of the temperature of an-
60 años para evaluar las propiedades mecánicas de los
neling, increases the fracture toughness of the steel, but
materiales. El ensayo de Charpy es muy importante ya que
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
nos permite relacionar el aspecto empírico con el com-
beta produce su fractura, lo que se determina a través de
portamiento del material durante su vida útil en función
las diferencia de energía potencial del péndulo antes y
de su calidad.
después del impacto.
La metodología de trabajo para el presente ensayo fue
La fabricación de las probetas debe ser hechas de acuer-
la siguiente: se prepararon nueve probetas normalizadas
do a norma; en caso contrario esto provocaría concentra-
según la norma de la ASTM (American Society for Testing
ción de esfuerzos, tensiones en zonas puntuales, no per-
and Materials- sección ensayos de impacto), luego se pro-
mitiendo un adecuado análisis.
cedió a templar en aceite las probetas, se dejó enfriar a
temperatura ambiente y se realizó el revenido de dichas
Otro aspecto importante es la temperatura ambiente y
probetas a diferentes temperaturas (500ºC, 600ºC y
condiciones de ejecución de la prueba; al momento de
700ºC) dejándolas enfriar de forma natural al medio am-
realizar el ensayo es recomendable utilizar las pinzas con
biente.
las características que indica el estándar.
Una vez que todas las probetas alcanzaron la temperatura
Al ser impactada la probeta por la maza, se va a producir
ambiente se procedió a medir su dureza para verificar su
una fractura, básicamente puede ser de dos tipos: frágil y
cambio de propiedades. Finalmente se realizó el ensayo
dúctil, característica que depende de su capacidad para
de impacto a estas probetas siguiendo los procedimien-
absorber energía durante el ensayo. La fractura se da en
tos normalizados.
dos partes: la formación de la grieta y su respectiva propagación en función de la energía absorbida.
Mediante los resultados obtenidos se comprobó que a
una mayor temperatura de revenido del acero SAE 1045
Tratamiento térmico
se logra un incremento de la tenacidad del mismo, pero
disminuyendo su dureza, coincidiendo con los funda-
Es someter un material a un proceso térmico que tiene
mentos teóricos de comportamiento de los aceros.
por finalidad cambiar o alterar las propiedades del acero.
Es decir que, para un determinado contenido de carbono
La presente investigación nos permitirá tener un mejor
se puede obtener un acero altamente resistente y frágil
conocimiento del comportamiento de los aceros en apli-
o de una baja resistencia y elevada tenacidad, lo cual se
caciones industriales, como por ejemplo: los resortes de
dará de acuerdo con la aplicación buscada.
válvulas de motores de combustión interna, los cuales
son sometidos a tratamientos térmicos de templado y re-
Dentro de los tratamientos térmicos más usados se tiene:
venido y adicionalmente nos permitirá realizar un mejor
templado, recocido, revenido y normalizado.
diagnóstico de falla por impacto de componentes mecá-
En la presenta investigación nos centraremos en el tem-
nicos, ya que la probeta ensayada por impacto nos dará
plado y revenido.
un patrón de falla característico de rotura.
Templado: Tratamiento térmico donde se busca obtener
Ensayo de impacto
que el acero esté constituido por martensita. La velocidad de enfriamiento es rápida para evitar la transforma-
Este ensayo se caracteriza por evaluar la energía de im-
ción de la austenita en ferrita y perlita.
pacto que absorbe el material, cuya capacidad de resistir
el impacto de un golpe se suele llamar tenacidad. El ensa-
Revenido: Al realizar un enfriamiento rápido en el templa-
yo permite apreciar la influencia de ciertos factores en el
do, la martensita obtenida es muy frágil, lo cual imposibilita
comportamiento mecánico de materiales en condiciones
su uso, entonces se somete el material a un proceso de re-
de trabajo.
venido de la martensita, lo cual permite mejorar las propiedades mecánicas del acero en la ductibilidad y tenacidad.
Este ensayo consiste en golpear mediante una maza
(martillo de impacto) una probeta que se sitúa en el soporte de la máquina de ensayo, la maza que está acopla-
Procedimiento experimental
da al extremo del péndulo se deja caer desde una altura
que controla velocidad de aplicación de la carga en el
Material Analizado:
momento del impacto, cuya energía absorbida por la pro-
El material seleccionado para su estudio en este trabajo
Invest Apl Innov 1(2), 2007
123
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
ha sido el acero SAE 1045 de fabricación nacional que tie-
de forma natural hasta alcanzar la temperatura ambien-
ne las siguientes características:
te. Para medir las temperaturas de las probetas se utilizó
un medidor láser de temperatura con el objetivo de no
Elemento
Acero SAE 1045
tocar las probetas y causar una variación de temperatura,
C
0,45%
(la precisión de este instrumento es de 0,1 º C). Se eligió
Mn
0,75%
dichos rangos de temperaturas por ser usuales en la in-
P
0,04%
dustria.
S
0,050%
Tabla 1 - Composición química del acero SAE 1045.
La cuarta etapa del ensayo fue realizar la medición de durezas a las 12 probetas aplicando el estándar ASTM E-92-
Elemento
SAE 1045
Límite de Fluencia
Resistencia a la
kg/ cm2
tracción en kg/ cm2
4500
7500
82 reaprobado 2003, en una máquina de ensayo con indentadores normados para medición de dureza Vickers.
La fórmula de cálculo de dureza Vickers en función de las
características geométricas de la huella es:
Tabla 2 - Propiedades mecánicas del acero SAE 1045.
HV = 2Psen(a/2)/d2 = 1.8544P/d2
Etapas del ensayo:
La primera etapa del ensayo consistió en el mecanizado
de 12 probetas para el ensayo de impacto, por lo cual se
procedió a maquinar dichas probetas utilizando máquinas herramientas convencionales y respetando las dimensiones y tolerancias especificadas en la norma ASTM
E23-05 punto 7. La probeta elegida a mecanizar fue de
tipo A.
124
Figura 1 - Probetas preparadas de acuerdo a ASTM E23-05. Tipo A.
Donde:
P: Fuerza en kgf
d: Diagonal en mm.
a: Ángulo del diamante.
La fuerza aplicada para el presente ensayo fué de 20kgf
para las probetas revenidas y 50kgf para las probetas sin
tratamiento.
La quinta etapa consistió en someter las 12 probetas a ensayos de impacto por el método Charpy de acuerdo con la
norma ASTM E23-05 punto 8.3, dentro de los parámetros
de temperatura ambiente recomendados 20 ± 5 º C. El
equipo utilizado cuenta con un certificado de calibración
vigente al momento de realizar el ensayo, cabe mencionar que este equipo cuenta con un sistema de adquisición de data de energía, el cual toma en cuenta la fricción
del aire al momento que el martillo cae para impactar las
probetas.
La segunda etapa del ensayo fue realizar el tratamiento
térmico de templado a las probetas, lo cual se hizo en un
horno de inducción con control digital de temperatura,
logrando alcanzar las temperaturas recomendadas (800º
C, para asegurar la austenización de las probetas ensayadas), eligiendo como medio de enfriamiento el aceite
para las probetas de la número 2 a la 9 y enfriando por
agua a la probeta número 1. A las tres probetas restantes
no se les realizó tratamiento térmico de templado, con el
fin de tener un valor normal de propiedades mecánicas.
La tercera etapa consistió en realizar un revenido a 9 probetas en horno eléctrico, 3 probetas se revinieron a 500º
C, 3 probetas a 600 º C y finalmente 3 probetas a 700º C
(límite de revenido). El enfriamiento de las probetas fue
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 2 - Posicionamiento de la probeta en la máquina de ensayo
de impacto.
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
con respecto al de 600ºC (113.16 J/cm2) obteniendo una
mejora de 89%, pero si comparamos el de 700ºC con el
revenido de 500º el incremento es de 339%.
Influencia del revenido en la
Resilencia del Acero SAE 1045
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
Figura 3 - Probetas con Revenido a 500º C después de la prueba de
impacto.
0.00
1
2
Al natural
Revenido a 500ºC
3
Revenido a 600ºC
Revenido a 700ºC
Figura 5 - Curvas de Resiliencia de las probetas ensayadas a diferentes temperaturas de revenido del acero SAE 1045.
La evolución de la dureza va en sentido inverso a la temperatura de revenido, esto debido a que la martensita va
aliviando sus tensiones y en temperaturas altas se transforma en otros constituyentes más estables, este análisis
es tema de otra investigación.
Figura 4 - Probeta sin tratamiento térmico después del impacto.
Evolución de la Reciliencia en función de la
Temperatura de Revenido
RESULTADOS
Los resultados obtenidos en los ensayos de impacto por
el método Charpy a las probetas revenidas y al natural nos
muestran lo siguiente:
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
Al natural
Resiliencia
Promedios
Dureza
(J/cm2)
(J/cm2)
Vickers Hv
54,18
212,80
49,20
59,15
54,18
Revenido a 500ºC
69,78
73,31
71,54
71,54
441,00
Revenido a 600ºC
115,96 115,96 107,56
113,16
321,00
Revenido a 700ºC
176,48 198,21 175,84
183,51
286,00
Tabla 3 - Valores de resiliencia obtenidos en el ensayo Charpy.
Analizando los resultados se aprecia claramente que la
resiliencia se incrementa a medida que aumenta la severidad de revenido, los valores del acero al natural muestran un promedio de 54.18 J/cm2, el cual comparado con
el promedio del primer revenido a 500ºC deja ver un gran
salto en la capacidad de absorber la energía de impacto.
Nótese que la dureza del acero con un revenido de 700ºC
tiene un valor próximo al del acero al natural, sin embargo
su resiliencia es notablemente mayor.
Analizando ahora los aceros revenidos se aprecia que mejora su tenacidad; comparando el revenido a 600ºC (113,16
J/cm2) con el de 500ºC (71,54 J/cm2) mejora su resiliencia
en 132% de valor apreciable, sin embargo el mayor salto
en resiliencia se da en el revenido de 700ºC (183,51 J/cm2)
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Revenido
a 700º C
Revenido
a 600º C
Sin
Tratamiento
1
125
Revenido
a 500º C
2
3
3
Promedios
Figura 6 - Curvas de Resiliencia vs. Temperatura de Revenido del
acero SAE 1045.
CONCLUSIONES
Después de haber concluido satisfactoriamente los ensayos de impacto, se llegó a las siguientes conclusiones:
• Se verificó que el incremento de la temperatura en el
tratamiento térmico de revenido mejora la tenacidad
en el acero SAE 1045 , de una capacidad de absorción
de energía de impacto de 54,18 J/cm2 a 183.51 J/cm2
estando apto este material para trabajar en condiciones superiores de energía de impacto.
• Para el acero SAE 1045, se recomienda realizar un temple en aceite, debido a que el temple en agua resulta ser muy severo para este material. En los ensayos
Charpy realizados, la probeta numero 1 templada al
agua se fisuró por la excesiva tensión interna, producto de la mayor velocidad de enfriamiento en agua.
• Observando las fracturas de las probetas se nota claramente que las revenidas a 500ºC presentan una frac-
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
tura de 90º, lo cual indica que se trata de una fractura
frágil, además que su superficie presenta un grano
fino producto de un correcto procedimiento de temple, mientras que las probetas sin revenido presentan
una fractura parcial.
• La fractura de las probetas revenidas a 600ºC y 700ºC,
presentan una fractura ondulada, lo cual indica la disminución de las tensiones internas, pero la superficie
presenta una mayor rugosidad e incremento del tamaño de grano, verificado por la disminución de la
dureza de estas probetas.
• Las formas de las fracturas obtenidas en los ensayos
Charpy nos pueden permitir establecer patrones típicos de falla de aceros que hayan sido sometidos a
templado y revenido y que se utilicen en aplicaciones
industriales.
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3. Volume 03.01. Standard Practices por Force Verification of Testing Machines. Designation E4-03.
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126
Invest Apl Innov 1(2), 2007
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3. Volume 03.01. Standard Test Methods for Vickers
Hardness of Metallic Materials. Designation E92-82.
Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
Liquid Flow Measurement with Control Valves
Henry Gómez Urquizo
RESUMEN
Los medidores de flujo para conductos cerrados más co-
This arrangement looks like the physical arrangement in a
nocidos son los de placa orificio, los cuales aprovechan
plate orifice flowmeter. This way, the equations to compu-
la diferencia de presión que se produce a través de una
te the rate flow in a plate orifice flowmeter, will be valid to
restricción en el conducto para medirla y luego calcular
compute the flow rate thought a control valve. In this pa-
el flujo que produce la caída de presión. De otro lado,
per, we have defined the flow rate mathematical relations
una válvula de control utiliza un tapón y un asiento para
as a functions of spindle stroke and differential pressure,
estrangular el área y variar el caudal; es decir, la válvu-
taking into account how the installations on control valve
la tiene un orificio cuya sección transversal es constante,
performance affects in application with variable pressure.
pero por la acción del obturador el paso es variable. Este
These mathematical relations we have tested experimen-
arreglo es semejante a la disposición física que se tiene en
tally, applying to a modular system with different control
un medidor de flujo tipo placa orificio.
valves to measure the water rate flow in conditions like industry. The outcomes obtained show that our hypothesis
Por lo tanto, las ecuaciones que permiten calcular el flujo
is valid for specific range and special conditions.
por un medidor placa orificio, también serían válidas para
calcular el flujo a través de una válvula de control. En esta
PALABRAS CLAVES
investigación se han establecido las relaciones matemáticas del flujo en función de la posición del vástago y la
Capacidad de válvula, característica inherente, caracterís-
presión diferencial, teniendo en cuenta cómo afecta la
tica instalada, medición de flujo.
instalación sobre el comportamiento de la válvula en una
aplicación a presión variable. Estas relaciones matemá-
KEY WORDS
ticas, se han probado experimentalmente, aplicándolas
a un sistema modular con diferentes válvulas de control
Valve capacity, inherent characteristic, installed characte-
para medir el flujo con agua en condiciones semejantes a
ristic, flow measurement.
las industriales. Los resultados obtenidos muestran que
nuestra hipótesis es válida en un rango específico y en
INTRODUCCIÓN
condiciones especiales.
Para controlar el flujo de líquidos a través de tuberías se
ABSTRACT
requiere por lo general de tres tipos de instrumentos: el
medidor de flujo, el controlador de flujo y la válvula de
The well known flowmeter for tubing are plate orifice,
control. Independientemente de la tecnología utilizada
these one use the differential pressure through a restric-
por el medidor de flujo, este finalmente convierte algún
ted tube, to measure and after that compute de flow rate
parámetro físico proporcional al flujo a una señal estanda-
produced by differential pressure. In the other side, a
rizada que se transmite al controlador; el cual mediante
control valve uses a plug and a seat arrangement to res-
el algoritmo de control apropiado, establece la diferencia
trict the area and vary the flow rate; that means, we have
entre el valor deseado de flujo y el valor real para entre-
in the valve an orifice which transversal section is cons-
gar a la válvula de control otra señal que compense esta
tant, but because the plug action the passing is variable.
diferencia.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
127
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
El cálculo del flujo mediante la lectura de la caída de pre-
Esta ecuación es la forma general del flujo en función de
sión a través de una restricción en una tubería, es tal vez
la presión diferencial, sin embargo para líquidos, la ecua-
la técnica de medición más comúnmente utilizada en
ción 2 es la más utilizada por los fabricantes de medido-
aplicaciones industriales. Las caídas de presión genera-
res de flujo [3].
das por una amplia variedad de restricciones geométricas
han sido bien estudiadas a lo largo de los años y están
bien documentadas en textos de instrumentación y control [1], así como en Internet [2].
El control del flujo por una tubería requiere de una válvula de control, si consideramos que la válvula de control
permite variar el caudal mediante el estrangulamiento
del conducto, es decir, en la válvula se tiene un orificio
Figura 1 - Medidor placa orificio.
cuya sección transversal es constante, pero gracias a la
presencia de un tapón u obturador, la luz a través de ella
es variable de acuerdo a su posición. Este arreglo es muy
semejante a la disposición física que se tiene en un medidor de flujo tipo placa orificio.
Se ha visto que cuando restringimos el paso de un fluido
a través de un conducto se origina una presión diferencial
que obliga a que el fluido transcurra a mayor velocidad
por el estrangulamiento. Esta presión diferencial, según el
Figura 2 - Válvula de control.
principio de medición de los medidores placa orificio, está
relacionada con el flujo a través de la tubería. Por lo tanto las ecuaciones de la medición de flujo con medidores
128
(2)
placa orificio son válidas para el flujo a través de válvulas
de control.
Aquí, 5,668 es un coeficiente que se deriva del tipo de
unidades utilizada, Fa es el factor de expansión del orificio
Así, en un lazo de control de flujo, si la presión diferencial
que depende del tipo de material del medidor, K es el
generada por la válvula de control puede relacionarse con
coeficiente de flujo, d es el diámetro del orificio, dp es la
el flujo, entonces el medidor de flujo puede ser completa-
presión diferencial a través del medidor y gf es la grave-
mente eliminado y sólo utilizar la válvula como medidor
dad específica del fluido.
y regulador de flujo. Esta idea se ha desarrollada matemáticamente y contrastado experimentalmente. Aunque
Coeficiente de flujo de válvulas de control
la idea puede aplicarse a todo tipo de fluidos, para los
propósitos de esta investigación, sólo se ha considerado
El método más aceptado para el dimensionamiento de
como fluido el agua fresca.
válvulas de control es conocido como el procedimiento
del Cv. El Coeficiente de Flujo o Cv de una válvula depen-
Medición de flujo por presión diferencial
de del tipo, diámetro y grado de apertura del dispositivo
obturador.
El flujo Q a través de un medidor de presión diferencial
convencional como el de la Figura 1 está dado por la
La fórmula básica para el cálculo del Cv en líquidos es:
Ecuación 1.
(3)
(1)
Donde Q es el caudal para líquidos en (gal/min) y en con-
donde Cd es el coeficiente de descarga y dP es la presión
diciones estándar (60 °F y 14,7 psia); PV es la pérdida de
diferencial medida a través del medidor; esto resulta de
carga en la válvula en (psig); P1 es la presión aguas arriba
tomar la diferencia de las presiones P1 y P2, es decir antes
(psia); P2 es la presión aguas abajo (psia) y es la densidad
y después de la placa orificio.
relativa del líquido respecto del agua a 60 °F.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
Según norma ANSI/ISA [ ], la determinación del Cv para
fluidos incompresibles como el agua, está dada por la
ecuación:
(4)
Se ha introducido el factor N1 de acuerdo a las unidades
utilizadas, Fp es un factor de corrección para cuando se
tiene reductores o accesorios para acoplar la válvula a la
instalación, Gf es la gravedad específica del fluido y ∆P es
la presión diferencial.
Cálculo del flujo en válvulas de control
Primer método: flujo en función de la carrera del vástago de
la válvula.
Cuando una válvula de control se instala en un proceso
que es impulsado por una bomba, la presión que cae en
la válvula es variable (Figura 3), por lo tanto su característica de caudal inherente sufre profundas alteraciones. El
grado de las alteraciones depende del proceso, del tipo
de instalación, resistencias relativas al fluido, etc. En esa
situación, la característica de caudal inherente (Cv) pasa a
denominarse característica de caudal instalada (Cvr).
En función de la relación PR que hay entre la caída de presión a través de la válvula y la caída de presión total del
sistema, la característica de caudal instalada puede alterarse considerablemente. Lo que es más interesante aún,
es que si la característica de caudal inherente fuera lineal,
esta tiende a la apertura rápida conforme la relación entre las presiones disminuya, mientras que las características inherentes igual porcentaje y parabólica modificada
tienden a lineal según se puede apreciar en la Figura 4.
Obteniendo la característica instalada de una válvula
y mediante análisis de regresión se puede determinar
un modelo matemático que permitiría el cálculo del
flujo en términos del desplazamiento del vástago de
la válvula.
Segundo Método: Flujo en función de la presión diferencial.
Si de la Ecuación 4 despejamos el término Q, tendremos
la posibilidad de determinar el flujo conociendo la caída
de presión en la válvula, esta ecuación se parece a la Ecuación 2 para medidores placa orificio. Ahora los términos
N1, Fp y f permanecen constantes en una instalación, el
único que cambia de acuerdo a la posición de la válvula
será el valor de Cv.
Esta relación ya ha sido establecida en textos de la especialidad [ ], entonces se tendría:
(5)
donde Cv es la capacidad de válvula; N1 es una constante
para el dimensionamiento de la válvula en unidades de
flujo volumétricas, que puede ser 0,0865 cuando se use
m3/h y kPa, ó 0,865 cuando se use m3/h y bar y será 1,00
cuando se use gpm y psia; FP es un factor de corrección
que tiene en cuenta las pérdidas de presión debido a las
conexiones que se utilizan para insertar la válvula en el
circuito de tuberías. Estas pérdidas se deben a la utilización de reductores, codos o tees, el factor no tiene dimensiones y es igual a 1,00 cuando no se usan estos accesorios, sin embargo cuando se usen, el FP a considerar
debe hallarse experimentalmente o buscarse en tablas.
P1 y P2 son las presiones aguas arriba y aguas abajo de la
válvula y es la densidad relativa del líquido respecto del
agua a 60 °F.
Reemplazando los valores conocidos en la Ecuación 5, haciendo =1 que sería la densidad relativa del agua en condiciones ambientales y considerando que la capacidad
de válvula real Cvr esta representando a todos los factores
que afectan el flujo, obtenemos la Ecuación 6.
Figura 3 - Instalación a presión variable.
Característica instalada
(6)
De igual forma como en el método anterior, por análisis
de regresión obtenemos un modelo matemático para calcular el flujo en términos de la presión diferencial.
Implementación
Figura 4 - Características instaladas.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Para verificar los dos métodos de determinación del flujo
se ha utilizado los módulos de experimentación que se
muestran en la Figura 5.
129
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
tubo de flujo 9100
• PIT 10: Transmisor indicador de presión diferencial EJA
110A de Yokogawa
• TT10: Transmisor de temperatura tipo RTD Jumo
• Carga: 6 metros de tubería flexible transparente de 1”
de diámetro
• AS: Sensor de distancia LVDT RS AC 25
RESULTADOS
Figura 5 - Módulos de experimentación.
Figura 6 - Representación esquemática de la instalación.
130
Los módulos de experimentación dispuestos según el
esquemático de la Figura 6 permiten la medición de las
variables de interés con el mínimo de perturbaciones de
acuerdo a recomendaciones ANSI/ISA [6].
En el experimento usamos una válvula Hoffman M9S025
de 1” isoporcentual con cuerpo de válvula modular de
hierro fundido, tipo globo con un solo asiento. El diámetro del asiento es de 24,2 mm y el vástago desarrolla un
recorrido de 20 mm. El valor de Cv para esta válvula es
de 12, lo que quiere decir que se tendrá 12 gpm al 100%
de apertura, siempre que la caída de presión a través de
la válvula sea de 1 psi para el agua a 60 °F.
En aplicaciones donde la presión es variable, no podemos
usar el valor de Cv=12 gpm que da el fabricante. El valor
de Cv real debemos determinarlo experimentalmente
de acuerdo a las condiciones de nuestra instalación. Haciendo lecturas en un medidor de flujo electromagnético
Foxboro, en un medidor de presión diferencial Yokogawa
y un sensor de distancia RS se obtuvieron los datos de la
Tabla 1. La precisión especificada por los fabricantes es
de +/- 0,25% de la lectura en condiciones de operaciones
referenciales.
Tabla 1 - Datos medidos y calculados.
Los módulos comprenden los siguientes equipos:
Por el primer método:
• Tanque: Tanque abierto de almacenamiento de agua
fresca con una capacidad de 160 litros.
• B: Bomba centrífuga monoblock Hidrostal de 1 pulgada de diámetro
• Motor eléctrico WEG 230 VAC 3 de 1,9 HP.
• VSD: Variador de velocidad Allen Bradley CAT1305.
• V1, V3: Válvulas manuales esféricas de 90° de 1”.
• M1, M2: Manómetros de presión de 0 a 300 psi de ¼”.
• MF: Medidor de flujo electromagnético Foxboro de 1” .
• V2: Válvula de prueba isoporcentual de 1” Hoffmann.
• FIT 10: Transmisor Indicador de flujo Foxboro IMT25 con
Se observa en los datos obtenidos que el mayor valor
para el flujo es de 7,4 gpm, éste sería el Cvr de nuestra
válvula. Al representar los valores de flujo en forma normalizada en términos del desplazamiento del vástago H,
obtenemos la característica instalada de la Figura 7, aquí
podemos compararla con la característica inherente de la
válvula [7].
Invest Apl Innov 1(2), 2007
En la curva instalada, observamos cierto patrón de correspondencia a partir del 23% de apertura de válvula;
para determinar la relación existente en ese intervalo, hacemos un análisis de regresión cuadrático con
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
ayuda del software Minitab. El modelo matemático
que representa ese intervalo se muestra en la Figura
8. Entonces, el valor del flujo para el intervalo comprendido entre el 23 y 100% del desplazamiento del
vástago sería:
El modelo matemático logrado, representa el flujo en términos de la raíz de la presión diferencial, esta relación es
la Ecuación 8 que nos permite calcular los valores del flujo
mostrados en la tabla 1.
(7)
Utilizando la Ecuación 7 se ha obtenido el flujo Qc y su
error relativo mostrados en la tabla 1. El máximo error relativo logrado es de 2,8%.
Figura 10 - Análisis de regresión para el flujo en función de la raíz
(dP).
(8)
Debemos observar que el error relativo máximo obtenido
es de 1,7%, el cual es menor que en el método anterior.
Figura 7 - Característica instalada según modelo matemático.
Figura 8 - Análisis de regresión para la característica instalada.
Por el segundo método:
Mediante la Ecuación 6 sabemos que el flujo Q esta relacionado con la presión diferencial, si graficamos el flujo
en función de la raíz de la presión diferencial, obtenemos
la curva que describe el comportamiento de la capacidad
de válvula instalada Cvr. Esta relación la podemos observar en la Figura 9. Aplicamos el mismo procedimiento
que en el primer método, hacemos el análisis de regresión cuadrática con el software Minitab y obtenemos la
curva modelada de la Figura 10.
Figura 9 - Curvas del flujo en función de la raiz (dP).
Invest Apl Innov 1(2), 2007
DISCUSIÓN
Los métodos desarrollados permiten determinar el flujo
en una instalación a presión variable, considerando como
variables independientes por separado a la posición del
vástago de la válvula o a la presión diferencial que cae
en la válvula. Un segundo factor que debe determinarse,
es la influencia de las características de la instalación en
el funcionamiento de la válvula. Este factor sólo puede
recogerse de la instalación, por lo que se hace necesaria
la medición del flujo a través de la válvula de control en
un primer momento con ayuda de un medidor de flujo
patrón. El levantamiento inicial de esta información permitirá a futuro poder determinar el flujo sin necesidad del
medidor de flujo patrón, siempre y cuando las condiciones de la instalación no varíen.
La influencia de la instalación en la medición del flujo a
través de la válvula de control está fuertemente ligada a
la presión que cae en la válvula con respecto a la presión
total del sistema. Esta relación es la que determina las
diferentes características instaladas que se muestran en
la Figura 4, esto obliga a aplicar cualquiera de los métodos cada vez que se tenga un cambio en esa relación
de presión. También hay que cuidar que no se produzca
cavitación.
Otro factor a tener en cuenta es la histéresis de la válvula,
sabido es que una válvula presenta cierto juego o tolerancia en el mecanismo que transmite el movimiento del
actuador hacia el obturador. Este juego mecánico hace
que la válvula alcance diferentes posiciones del vástago
cuando está abriendo o cerrando el asiento de válvula
131
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
para una misma señal de entrada. Este efecto se puede
minimizar con la ayuda de un posicionador de válvula,
pero siempre existirá.
Los métodos mostrados en este trabajo se pueden aplicar
a todo tipo de fluidos, inclusive gases o aire. Atmanand y
Konnur (1999) [8], ya aplicaron una variante de la medición de flujo en términos de la posición del vástago, pero
lo hicieron para el aire y utilizando el método gravimétrico o a presión constante, desgraciadamente no hemos
podido encontrar en la bibliografía revisada mayor información sobre nuestra metodología.
CONCLUSIONES
132
• Se ha mostrado dos métodos para la medición de flujo
a presión variable en instalaciones donde se tiene ya
un medidor de flujo. Luego de haber caracterizado la
instalación existente y determinado las relaciones de
presión que cae en una válvula o la posición del vástago en cada instante, se puede prescindir del medidor
de flujo convencional y utilizar la válvula de control
como medidor placa orificio.
• Los métodos de medición de flujo presentados, sólo
se pueden aplicar luego de haber caracterizado la influencia de la instalación sobre el comportamiento de
la válvula y de haber seleccionado adecuadamente la
región de trabajo de la válvula. De esta forma al hacer
el análisis de regresión, nos aseguramos que el modelo matemático logrado permita predecir los valores de
flujo con el mínimo error.
• Durante las pruebas experimentales, hemos podido
utilizar válvulas de diferentes características, tanto
las lineales, isoporcentuales y de apertura rápida; las
que mejor se prestan para la aplicación de los mé-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
todos desarrollados, son las válvulas isoporcentuales
y parabólicas. Las otras válvulas modifican su curva
característica por la influencia de la instalación haciendo que la curva sea más pronunciada y se parezca a una válvula ON-OFF, con esto al hacer el análisis
de regresión obtenemos modelos matemáticos que
arrojan errores en la medición de flujo que superan
el 30%.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Acedo Sánchez, J. Control Avanzado de Procesos. Teoría y Práctica. Ediciones Diaz de Santos S.A. Madrid
2003:10-16.
2. Omega. A Flow Measurement Orientation, Transactions in Measurement and Control, Vol 4: 16-33. Disponible en URL: http:www.omega.com
3. ABB Inc. Flowmeter Handbook. For knowledge. For
Reliability. For performance. Warminster, PA. 2004: p.
22.
4. ANSI/ISA-75.01.01-2002 (60534-2-1 Mod). Flow Equations for Sizing Control Valves Fourth Printing: 15 August 2005
5. Fisher, Emerson Process Management, The Control
Valve Handbook Fourth Edition, Fisher Controls International LLC 2005, p 114.
6. ANSI/ISA-75.02-1996. Formerly ANSI/ISA S75.02-1996.
Control Valve Capacity Tests Procedures.
7. Control Valve Characteristics. Internacional site for
Spirax Sarco. Disponible en www.spiraxsarco.com/resource/steam-engineering-tutorials.
8. Atmanand M. A. and Konnur M. S. A Novel Method of
Using a Control Valve for Measurement and Control of
Flow. IEEE Transactions On Instrumentation and Measurement. Vol 40. No 6. December 1999.
Simulación del control no lineal de un motor de inducción
usando linealización exacta por realimentación
Simulation of nonlinear control of induction motor using
exactly feedback linearization
Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna
RESUMEN
Los sistemas físicos reales son no lineales y por lo tanto sus
KEY WORDS
modelos matemáticos responden generalmente a dichas
características. El método clásico para su control radica
Feedback linearization, induction motor, nonlinear con-
en determinar un modelo linealizado cercano a un punto
trol, field oriented control.
de operación, lo que limita su acción a dicho rango.
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo, usaremos el modelo matemático
de un motor de inducción basado en las ecuaciones de-
El objetivo del presente artículo es comprobar mediante
terminadas en la referencia [1], y aplicaremos el método
simulación, la técnica de control avanzado usando Linea-
de control avanzado denominado “Linealización exacta
lización Exacta por Realimentación aprendidas durante
por realimentación”, que permite tener un modelo linea-
el curso de Control No Lineal del programa de Maestría
lizado del motor para todo su rango de operación. Para
en Ingeniería de Control y Automatización, ver la referen-
comprobar el modelo usamos la técnica de control de
cia [3]. La Figura 1 muestra el fundamento del método
campo orientado con algoritmos de control clásico con-
usado. El sistema no lineal escogido es un motor de in-
trolando el flujo magnético y la velocidad del motor; el
ducción, cuyo modelo matemático presentado se basa en
resultado es simulado mediante el software SIMULINK.
las ecuaciones matemáticas desarrolladas en la referencia
[1]. Para las consideraciones de la simulación del modelo
ABSTRACT
recomendamos ver la referencia [2].
The real physical systems are non-linear, and therefore
their mathematical models usually respond to those characteristics. The classic method for control lies in determining a linearized model near to a point of operation,
limiting their action to that rank. In this paper, we use a
mathematical model of an induction motor based on the
equations identified in the reference [1], and implement
advanced control method called “Exactly feedback Linea-
Figura 1 - Fundamento de linealización exacta por realimentación.
rization”, which provides a linearized model of motor for
its entire operating range. To verify the model we use the
technique of Field Oriented Control with classic control
Modelo matemático del motor de inducción
algorithms controlling the magnetic flux and velocity of
motor; the result is simulated by the software SIMULINK.
De la referencia [1]: Un motor de inducción está conformado por tres bobinados en el estator y tres bobinados del
PALABRAS CLAVES
rotor. Por estudios realizados en la simetría de máquinas
eléctricas, se pueden representar las tres fases bobinadas
Linealización exacta, motor de inducción, control no li-
por medio de dos bobinados en el estator y dos bobinados
neal, control de campo orientado.
en el rotor. La dinámica entonces se describe como:
Invest Apl Innov 1(2), 2007
133
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
(1)
(7)
(2)
Donde y son auto inductancias y M es la inductancia
mutua. Eliminando , ,
,
en la ecuación (6) por
medio de la ecuación (7), se obtiene:
Donde
RS , Rr
iS , ir
uS : resistencia del devanado
del estator y del rotor
: corriente del estator y rotor
: voltaje de entrada del estator
: flujo concatenado
Los subíndices s y r corresponden al estator y rotor respectivamente, (a, b) son los ejes de referencia del estator,
(d’,q’) son los ejes de referencia del rotor, es el ángulo de
rotación del rotor con respecto al estator, np es el número
par de polos, es la velocidad del rotor.
El torque producido por la máquina es expresada en términos de flujo del rotor y corriente del estator tal como:
134
(8)
(9)
(3)
Por lo tanto la dinámica del rotor es:
Las ecuaciones de transformación de (d’, q’) a (a, b) son las
siguientes:
(4)
(5)
Aplicando las transformaciones (4) y (5) y usando las ecuaciones (1), (2) y (3) se obtiene
Donde J es el momento de inercia del rotor y de cualquier
herramienta acoplada a este y TL es el torque de la carga.
Adicionando la dinámica del rotor (10) a la dinámica electromagnética (8) y acomodando las ecuaciones en la forma de espacio de estados, toda la dinámica del motor
de inducción bajo la presunción de iguales inductancias
y circuito magnético lineal son dadas por el modelo de
5to orden:
(6)
Considerando que el circuito magnético es lineal y que la
inductancia mutua es igual y despreciando pérdidas en el
hierro, las ecuaciones magnéticas son las siguientes:
Invest Apl Innov 1(2), 2007
(10)
Ordenando la ecuación (11) se obtiene:
(11)
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
Reemplazando la ecuación (14) en las ecuaciones (15) y
(16) se obtiene:
(12)
(17)
Las constantes son:
Ahora definimos las variables de estado en las nuevas
coordenadas:
Sea el valor estimado de . Sumando y restando
en la primera ecuación del sistema (12). Sea el vector
de estado
y el vector de control
, suprimiendo los subíndices r y s para
podemos escribir el sistema (12) en
forma compacta como:
(18)
(13)
Donde:
Y la realimentación de estado:
(19)
Control del motor de inducción
El sistema (12) quedará transformado en:
Control orientado al campo
Para aplicar esta técnica es necesario realizar la transformación de los ejes de coordenadas fijos del estator (a, b)
al de los ejes en giro del rotor (d, q).
Primero definimos:
(20)
(14)
De donde se puede deducir que:
Para eliminar los términos no lineales de la tercera y cuarta
ecuaciones de (20), definimos la siguiente ley de control:
Las transformaciones que relacionan ambos sistemas de
coordenadas son:
(15)
(16)
(21)
Si reemplazamos (21) en (20) se obtiene el sistema de lazo
cerrado:
Invest Apl Innov 1(2), 2007
135
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
Símbolo
Descripción
Valor
Resistencia del estator
0,18 Ω
Resistencia del rotor
0,15 Ω
Corriente del estator
Flujo del estator
(22)
1,3 Wb
Corriente del rotor
Flujo del rotor
Voltaje de entrada
Velocidad angular
220 rad/s
Número par de polos
1
Ángulo de rotación
De la ecuación (22) observamos que el flujo tiene una dinámica lineal
(23)
Inductancia del estator
0,0699 H
Inductancia del rotor
0,0699 H
Inductancia mutua
0,068 H
Inercia del rotor
0,0586 kg-m2
Torque de carga
70 N-m
Torque eléctrico del motor
potenc. promedio 15 kW
Tabla 1 - Datos del motor trifásico.
Y puede ser independientemente controlado por
zando un controlador PI, como el siguiente:
136
, utili-
Linealización exacta por realimentación
(24)
Cuando el flujo
es regulado por la constante de referencia
, se tendrá que la dinámica de la velocidad
será también lineal
Simulación
(25)
La Figura 2 presenta el programa redactado en SIMULINK
para simular el efecto de controlar la velocidad (valor
deseado: 200 rad/s) y flujo del motor (valor deseado: 1,3
weber) mediante linealización exacta por realimentación
de estados. Se puede observar los bloques que conforman al programa así como las ecuaciones introducidas en
cada una. Las Figuras 3, 4 y 5 muestran los resultados del
control de velocidad y flujo. Se ha considerado un torque
máximo de 70 N-m (ver la Figura 5) para un motor de inducción estándar de 15kW.
Y puede ser independientemente controlado por , utilizando dos lazos anidados de controladores PI, como el
siguiente:
Si
y
(26)
Figura 2 - Programa implementado en Simulink.
son definidas como salidas, el control orientado
al campo logra una linealización asintótica de la entrada y
salida. Los controladores PI usados son para contrarrestar
la variación de los parámetros.
Para realizar la simulación consideramos los datos de un
motor trifásico mostrados en la Tabla 1.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 3 - Valor de velocidad acercándose a la referencia 200 rad/s.
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
Figura 4 - Valor de flujo acercándose a la referencia 1,3 Weber.
que en la práctica no corresponde debido a que las
cargas causan calentamiento de las bobinas y como
consecuencia la variación de dichos parámetros. Se
concluye que, para un control más preciso debemos
adicionar un algoritmo que varíe el valor de la resistencia de acuerdo a la temperatura estimada por medida de la corriente o en todo caso se debe utilizar un
control adaptivo.
• El control basado en la técnica FOC es mucho mejor
que el antiguo método conocido como Escalar o V/
Hz pues se está considerando el modelo matemático
del motor. En la actualidad existen otras técnicas de
control de velocidad y torque de motores de inducción, basados en observadores y modelos matemáticos que tienen en cuenta el cambio de temperatura
de los devanados del motor, consiguiendo un control
más efectivo.
• Durante la simulación se ha considerado que el motor
trabaja a condiciones nominales de carga.
BIBLIOGRAFÍA
Figura 5 - Valor de torque nominal.
CONCLUSIONES
• Se cumple el objetivo de comprobar que el método
de linealización exacta por realimentación permite
usar controladores clásicos para el control de sistemas
no lineales, tal como un motor de inducción en el presente caso.
• Para el modelo matemático del motor se ha considerado que sus valores de resistencia son constantes, lo
Invest Apl Innov 1(2), 2007
1. Marino, R., Peresada, S., Valigi, P. Adaptive Input-Output
Linearizing Control of Induction Motors, Rev. IEEE
Transactions on Automatic Control; 38 (2), febrero
1993: 208-221.
2. Seron, M.M. Control No Lineal del Motor de Inducción.
Se consigue en URL: http://www.eie.fceia.unr.edu.
ar/~marimar/snl/snl01_tp.pdf.
3. Ingar, C. Curso: Control No Lineal, 2006 semestre 2,
Apuntes de clase del programa de Maestría en Ingeniería de Control y Automatización, PUCP, LimaPerú.
137
Autosintonización on-line de controladores basado
en modelo y localización de polos
On-line auto tuning of controllers based on model
and pole location
Manuel Manyari Rivera
RESUMEN
Diversas técnicas para la sintonización de controladores PID han sido formuladas en los últimos años. Este
artículo describe un algoritmo eficaz de auto-sintonización on-line de controladores PID basado en identificación de sistemas usando mínimos cuadrados recursivos
(RLS). Los parámetros del controlador PI/PID son fijados a
través de localización de polos y con condiciones iniciales
establecidas estratégicamente de modo a no desestabilizar el sistema a lazo cerrado. Para mostrar los resultados
del presente trabajo fueron hechas simulaciones en MATLAB® con diversas plantas de primer y segundo orden.
ABSTRACT
138
In the last years, diverse techniques for tuning PID controllers have been formulated. This article describes an
effective algorithm for auto tuning online PI and PID
controllers, based on systems identification and using
recursive least squares (RLS). Parameters of PI/PID controllers are fixed through pole location and initial conditions
were established strategically for do not turn unstable
the system in closed loop. In order to show the results
of this work, simulations in MATLAB® with diverse plants
have been presented.
zación en la industria y a las flexibilidades y desempeños
de implementación que estos controladores presentan.
En este contexto, diversas técnicas de sintonización han
sido propuestas (Ziegler and Nichols, 1942), (Astrom,
1995), (Basilio and Matos, 2002) entre otros. El primero de
ellos (Ziegler and Nichols, 1942), propuso una técnica que
es ampliamente usada en problemas prácticos de sintonización de controladores, ya sea en el mundo industrial
como en las aplicaciones de investigación. Esta técnica se
basa en la observación de ciertos parámetros de la dinámica de la planta para hacer el cálculo de los parámetros
de los controladores P, PI y PID, de acuerdo con unas reglas
de sintonización establecidas (Ziegler and Nichols, 1942).
Una de las desventajas de éste método es el elevado porcentaje de overshoot en su respuesta de salida, que en algunas
aplicaciones puede resultar indeseable y hasta intolerable.
Otra propuesta hecha por (Astrom, 1995), ofrece una técnica de auto-sintonización basada en la conmutación y la
adaptación del controlador para adecuarse a las caracte-
PALABRAS CLAVE
rísticas de la planta. Para ciertas aplicaciones esta técnica
resulta complicada y con poca performance para otras,
Identificación de sistemas, PID, localización de polos, sin-
dependiendo del proceso en cuestión.
tonización on-line, control de procesos.
Por otro lado, un importante paso que un diseñador siem-
KEY WORDS
pre toma en cuenta es obtener el modelo de la planta,
para identificar, analizar y diseñar. Todo esto bajo la premi-
System identification, PID, pole location, online auto-tu-
sa que: entre mayor conocimiento se tenga de la planta,
ning, process control.
mayor capacidad de ejercer control se obtendrá.
INTRODUCCIÓN
Una técnica simple y ampliamente usada para la identificación de sistemas es el método de mínimos cuadrados.
En los últimos años, diversas técnicas para la sintonización y diseño de controladores han sido estudiadas, en
especial los controladores PI y PID, debido a su gran utili-
Invest Apl Innov 1(2), 2007
En este trabajo se puede encontrar referencias de algunos métodos de sintonización de controladores, dados en los últimos años.
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
Esta técnica permite identificar plantas de forma off-line y
segundo orden sin comprometer en gran parte el mode-
on-line a través de algoritmos recusirvos.
lamiento de sus dinámicas. Considere la planta de segundo orden como siendo modelada por la siguiente función
En el presente artículo. Se presenta un método de sintoni-
de transferencia por:
zación de controladores basado en identificación de sistemas y localización de los polos de la planta. Este algoritmo
(3)
utiliza identificación con mínimos cuadrados recursivos
(RLS), ajusta los parámetros del controlador de forma a
localizar los polos de forma conveniente y establece las
Podemos expresar la función de transferencia del contro-
condiciones iniciales de las variables de identificación y
lador PI como:
controladores en forma estratégica con la finalidad de no
desestabilizar la planta en lazo cerrado ni causar transicio-
(4)
nes indeseables de la planta.
Este artículo está organizado como sigue: La teoría de
Haciendo un análisis en el plano complejos, de (4) se pue-
controladores, criterios para la localización de polos de
de notar la presencia de un polo en el origen y un cero en
la planta y especificaciones de diseño, son analizados en
. Una forma simple y eficaz de eliminar la dinámica de
Fundamentos. El método de mínimos cuadrados recur-
uno de los polos de G(s) es localizando el cero de C(s) en
sivos en Identificación de Sistemas. Las condiciones de
–a, es decir:
inicialización, ejemplos del algoritmo y algunas simulaciones, son presentadas en Discusión y Resultados y finalmente se dan algunas Conclusiones.
(5)
FUNDAMENTOS
Dicha eliminación de polo y cero nos permite reducir el
Es bien conocido que los controladores PID brindan una
orden de la función de transferencia y disminuir la com-
señal de control que es proporcional al error entre el set-
plejidad del problema. De tal forma tenemos que:
139
point y la salida (P), proporcional a la integral del error (I)
y proporcional a la derivada del error (D), más específica-
(6)
mente:
(1)
Es fácil ver que la función de transferencia a lazo cerrado queda reducida a un sistema de segundo orden de la
forma:
Nótese que en (1), los parámetros a calcular y/o sintonizar son KP, KI y KD, los cuales serán materia de estudio en
(7)
el presente trabajo. Este tipo de controladores tienen la
capacidad de eliminar el error en régimen estacionario
ante una referencia tipo escalón y la habilidad de antici-
Dadas algunas especificaciones de diseño, podemos
par cambios en la salida (Basilio and Matos, 2002), puesto
crear una ecuación característica de diseño, entonces
a que contiene un integrador, el cual cumple con gran
aproximamos el denominador de (7), a:
parte de estas características funcionales. Sabemos que
la función de transferencia del controlador PID puede ser
(8)
expresada por:
Luego podemos obtener los parámetros de sintonización
(2)
Comúnmente los procesos reales pueden ser modelados
como plantas de primer y segundo orden, sistemas de
orden superior pueden ser aproximados por plantas de
Invest Apl Innov 1(2), 2007
del controlador según (5) y (8):
(9)
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
(12)
TEOREMA: La función J( ) es mínima para ’ tal que:
Figura 1 - Estructura de control a lazo cerrado.
De esta manera se tiene un sistema de segundo orden con
Si la matriz
es no singular, el mínimo es dado por:
error en régimen permanente nulo ante una entrada de
tipo escalón. Cabe destacar que este tipo de respuestas,
(13)
tienen buen índice de rechazo a perturbaciones externas
por el hecho de tener un integrador en el controlador.
El método de mínimos cuadrados puede aplicarse para
la identificación de sistemas dinámicos discretos y conti-
IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS
nuos a través de un cambio de variables y una discretización en N parámetros.
Uno de los objetivos de la ingeniería es poder obtener
Es decir:
el modelo matemático de los diferentes fenómenos de la
• u(1), u(2), ..., u(N) secuencia de entrada aplicada a un sis-
naturaleza, para así poder analizarlos y predecir su con-
tema,
ducta futura. En este contexto, en la ingeniería de control
• y(1), y(2), ..., y(N) secuencia de salida.
vemos que es importante el conocimiento del modelo
matemático de las plantas y sistemas a ser controlados,
Es bien conocido que un sistema dinámico, continuo e inva-
pero por la necesidad técnica de diversas áreas, se creó la
riante en el tiempo puede ser expresado en su equivalente
teoría de identificación de sistemas.
discreto, esto es, en una función de transferencia discreta:
Esta teoría nos permite tener una aproximación experi-
(14)
mental del modelo de los procesos. Dentro de la identifi-
140
cación de sistemas, se tiene una técnica muy usada, como
lo es los mínimos cuadrados. En un problema de mínimos
Del mismo modo, formamos una matriz de parámetros
cuadrados la variable calculada es dada por:
expresada por:
(10)
Donde:
(15)
Sea (N), el vector que denota los mínimos cuadrados estimados basados en N mediciones, entonces introducimos
•
, son funciones conocidas.
•
las ecuaciones de parámetros en función de N:
, parámetros desconocidos.
•
, parámetros experimentales.
El objetivo es determinar los parámetros desconocidos de
tal forma que las variables
y los valores experimentales
(16)
sean los más cercanos posibles a la variable medida
La ecuación (10) podemos expresarla en forma vectorial
a través de:
La estimación de ’(N) utilizando mínimos cuadrados es
(11)
dada por:
(17)
Ahora defínase la función pérdida como una función del
De la misma manera, para N+1 muestras podemos rees-
error:
cribir la ecuación como:
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
Siendo que la matriz
(18)
es positiva definida, la so-
lución de estimación conocida como Mínimos Cuadrados
Figura 2 - Bloques funcionales del sintonizador.
Ponderados (Weighted LS) en la forma recursiva, viene
dada por:
RESULTADOS
Para comprobar los resultados del presente trabajo se
(19)
realizaron simulaciones utilizando como herramienta el
SIMULINK de MATLAB. Se ejecuto el algoritmo de estimación de parámetros e inmediatamente el cálculo de los
coeficientes del controlador. Los resultados alcanzados
Donde:
L(N+1) es la ganancia de estimación, además tenemos:
fueron satisfactorios.
Un punto importante en el desenvolvimiento de este
trabajo, es la inicialización de condiciones, es decir, los
valores iniciales para el algoritmo de estimación y cálculo de ganancias. Vemos que en la función de transfe-
A partir de estas ecuaciones recursivas podemos estimar
los coeficientes de la función de transferencia discreta, luego de ello, es simple convertir a su equivalente continuo, es
decir, calcular G’(s), el modelo aproximado de G(s). Una vez
estimado el modelo de la planta, se aplicará las ecuaciones
de la sección anterior, es decir las ecuaciones (8) y (9).
DISCUSIÓN
rencia del controlador se tiene un polo en el origen y un
cero en
, si este cero tuviera un valor inicial menor,
es decir a la izquierda del polo de la planta en el plano
s, y en KP un valor bajo, el sistema puede tener una respuesta al escalón de tipo monotónica o subamortiguada, de tal forma que no representa gran influencia en la
fase transitoria hasta la sintonización de acuerdo con las
especificaciones de diseño. Partiendo del modelo inicial de la planta G’(s) se procede al establecimiento de
las condiciones iniciales del estimador de parámetros
Diferentes esquemas y metodologías de control PID vie-
y el calculo inicial de los coeficientes del controlador. A
nen siendo ampliamente aplicados en los sistemas de
continuación se muestra un ejemplo ilustrativo de este
control de procesos. Es importante el cálculo de los pará-
algoritmo. Sea la planta:
metros del controlador PID debido a su gran importancia
e influencia en la performance del control. Un problema
encontrado en los sistemas es su variabilidad en el tiempo, por tanto se requiere de una reformulación del problema de sintonización.
Con un tiempo de muestreo h=0.05 s, tenemos la siguiente función de transferencia discreta:
En este sentido, un algoritmo de sintonización on-line
que estima los parámetros de la planta y posteriormente
calcula las ganancias del controlador, se comportaría de
una forma eficaz y sin necesidad de paradas o pruebas.
Este trabajo desenvuelve una solución a este problema
Aplicando el algoritmo de sintonización propuesto se logró identificar la planta, tal como muestra la figura 3, así
con una estrategia de sintonización on-line que calcula
como también el cálculo de los coeficientes del controla-
los parámetros del controlador a partir del modelo, todo
dor, ver figura 4. Para la inicialización de los parámetros se
esto efectuado en tiempo real según figura 2.
tomó en cuenta el criterio antes descrito.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
141
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
De la figura 4, es fácil notar que los coeficientes calculados convergen a:
Los cuales fueron hallados para una especificación de diseño =0.7. Con tal controlador se puede tener un sistema que rápidamente alcanza el set-point con un mínimo
de sobrepaso y además tiene rechazo a perturbaciones
de salida, tal como muestra la figura 5. Cabe destacarse la
importancia de la excitación de la planta para obtener un
correcto modelo nominal.
CONCLUSIONES
142
• En este trabajo fueron estudiadas técnicas de identificación de sistemas, localización de polos y consideraciones asociadas a algoritmos on-line, considerando
condiciones iniciales y cumplimiento de especificaciones de diseño. En las simulaciones hechas, se pudo notar que las características del controlador son capaces
de rechazar perturbaciones de salida de tipo escalón,
ruidos de medición y perturbaciones de entrada.
• Dentro de los trabajos a realizarse en base a este algoritmo, está su implementación para sistemas y procesos reales, incluyendo sistemas con tiempo muerto.
Como trabajos futuros se prevé la implementación
del algoritmo presentado para la obtención de parámetros para las instrucciones PID en Controladores
Lógicos Programables (PLCs) y de esta manera controlar plantas modulares reales de los laboratorios de
TECSUP, tales como control de nivel en tanques, control de temperatura en cámaras térmicas, entre otros;
usando conjuntamente MATLAB® y RSLOGIX® a través
de OPC O DDE en la implementación del algoritmo.
Figura 3 - Polos de la planta identificados con WRLS.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 4 - Coeficientes del controlador, calculados a partir del
modelo identificado.
Figura 5 - Respuesta al escalón unitario, incluyendo una perturbación de salida tipo escalón.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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pp. 759–768.
Monitoreo de estaciones mecatrónicas:
Laboratorio – TECSUP
Monitor of mechatronic station: Laboratory - TECSUP
Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo
RESUMEN
El presente trabajo explica la implementación de un sis-
los procesos es la elección de los componentes de la red,
tema de monitoreo y supervisión de cuatro estaciones
así como la tecnología adecuada para su realización. En
Mecatrónicas en el laboratorio de Tecsup. El objetivo es
el trabajo que presentamos se muestra la secuencia uti-
fomentar la importancia del monitoreo y supervisión de
lizada para realizar el monitoreo de estaciones, utilizando
los sistemas de producción, así como la forma de configu-
equipos con capacidad de comunicación y redes indus-
rar las redes de comunicación industrial. Para tal efecto
triales.
se utilizó una red Profibus DP para enlazar los PLC’s que
controlan las estaciones de trabajo, esta red, a su vez, es
Descripción de las estaciones mecatrónicas
monitoreada por una estación maestra vía Ethernet.
En el laboratorio de sistemas mecatrónicos de Tecsup
ABSTRACT
contamos con 8 estaciones, de las cuales se han tomado
4 de ellas para poder realizar su monitoreo, a continua-
The present work explain the implementation of a moni-
ción presentamos un detalle del funcionamiento de las
toring and supervision system of four workstations me-
estaciones elegidas:
chatronics in laboratory of Tecsup.The objective is encourage the importance of the monitoring and supervision of
1. Estación de distribución:
the production systems, as well as showing the form to
configure the industrial communication networks. For
La estación de distribución es un dispositivo de alimen-
such effect a network Profibus DP was used to connect
tación. Según VDI 3420, los dispositivos de alimentación
PLC’s that control the workstations, this network is moni-
son unidades que realizan funciones de carga, orden y
tored by a masterful station via Ethernet.�
alimentación de piezas al siguiente proceso. Además, los
dispositivos de alimentación también pueden facilitar el
PALABRAS CLAVES
orden de las piezas de acuerdo con las características de
dimensiones, peso, etc.
Mecatrónica, Supervisión, Scada, Ethernet.
KEY WORDS
Mechatronics, Supervision, Scada, Ethernet.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad todos los procesos de manufactura y
cualquier proceso en general necesitan ser monitoreados, por ello, los fabricantes tienden a la integración de
sus procesos de modo que todos se comuniquen. Uno
de los principales obstáculos al realizar el monitoreo de
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 1 - Estación de distribución.
143
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
Se utilizan en almacenes con alimentación por gravedad, ali-
Según VDI 2860 la verificación, de la misma forma que la
mentadores vibratorios, transportadores inclinados, tolvas, etc.
medición, es un subtérmino de la función de manipulación ‘comprobación’.
1.1 Módulo de almacén apilador
El módulo de almacén apilador del tipo cilíndrico separa piezas apiladas. Un cilindro de doble efecto expulsa la
pieza más baja del almacén, mientras que las piezas superiores caen por gravedad, accionando un interruptor que
indica la disponibilidad de la pieza siguiente.
1.2 Módulo de transferencia
El módulo de transferencia es un brazo manipulador neumático. Este brazo es movido mediante un motor de giro
limitado. Las piezas de trabajo se sujetan por una ventosa
de vacío y trasladadas a la siguiente estación. La detección
2.1 Módulo de detección
La detección del material o del color se realiza con la ayuda de tres sensores de proximidad del tipo inductivo, capacitivo y óptico:
El sensor de proximidad inductivo detecta las piezas metálicas.
El sensor de proximidad capacitivo detecta las piezas metálicas y de plástico.
El sensor de proximidad óptico detecta las piezas de color
de las posiciones finales se realiza por medio de sensores.
rojo y piezas metálicas.
2. Estación de verificación
Las características de cada pieza se detectan por medio
de las combinaciones lógicas de las señales de salida.
Los principales elementos constitutivos de la etapa de verificación son la adquisición de información (real), su comparación con las características especificadas (referencia)
y el resultado de ello: “pieza buena/rechazada” o “si/no”. El
principal constituyente de la medición es la comparación
de características (valores actuales) con referencias específicas variables (valores de consigna).
144
Las características de verificación estándar son, por ejemplo, verificación de la disponibilidad, identidad, forma,
tamaño, color, peso y orientación de una pieza. La verificación en la producción automatizada, en oposición a
la producción manual, asume un papel importante. En la
producción manual, las piezas rechazadas pueden clasificarse inmediatamente. En la producción automatizada,
las piezas rechazadas pueden producir interferencias en
2.2 Módulo elevador
Las piezas se elevan desde el módulo de detección al
módulo de medición por medio del módulo elevador. Un
cilindro de elevación y un cilindro de expulsión se utilizan como actuadores. La detección de las posiciones alto
y bajo se realiza por medio de sensores de proximidad
magnéticos o inductivos.
2.3 Módulo de medición
El módulo de medición consiste en un sensor analógico
para la medición de la altura de la pieza. Es un potenciómetro lineal cuyo valor analógico medido debe procesarse posteriormente a través de un PLC con entradas analógicas o por medio de un convertidor AD.
el proceso de producción o paradas del sistema.
3. Estación de procesos
Los objetivos de la estación de verificación son:
• Determinar la naturaleza del material.
• Verificar la altura.
• Separar la pieza o ponerla a disposición de la siguiente
La expresión ‘proceso’ es un término que cubre los procesos de producción tales como mecanización, formación,
tratamiento y ensamblaje.
estación.
Figura 2 - Estación de verificación.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 3 - Estación de procesos.
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
El tratamiento es el cambio de características intrínsecas
del material y/o de las características superficiales de los
objetos. El ensamblaje es la unión permanente de varios
objetos.
La finalidad de la estación de procesos es:
• Procesar los diferentes tipos de piezas, rojas o negras
de plástico y metálicas de aluminio.
• Verificar los resultados después del procedimiento.
Según VDI 2860, la formación es la creación de objetos
geométricamente definidos partiendo de un material sin
forma. El cambio de forma es el cambio de perfil geométrico y/o las dimensiones de los objetos.
3.1 Módulo de mesa de indexación
La mesa giratoria de indexación es accionada por un motor reductor de corriente continua. Las posiciones de la
mesa se establecen por medio de levas movibles en la
parte giratoria que son detectadas por medio de un sensor inductivo de proximidad.
En la mesa, hay dispuestos agujeros en el centro de cada
una de las posiciones de trabajo, de forma que la presencia de la pieza puede detectarse por medio de un sensor
de proximidad óptico.
3.2 Módulo de verificación del taladrado
La pieza procesada del módulo de taladrado se verifica
para comprobar la presencia del agujero. Si este es co-
Figura 4 - Estación de manipulación.
Según VDI 2860 la manipulación es la creación, cambio definido o mantenimiento temporal de una configuración especial especificada de objetos geométricamente definidos.
5. Integración de las estaciones
Las estaciones se agrupan una tras otra hasta formar un
proceso productivo, a continuación se presenta el caso en
estudio, se trata de las estaciones de distribución, verificación, procesos y manipulación.
rrecto, el cilindro de verificación alcanza la posición final
extendida, el sensor de final de carrera produce una señal.
3.3 Módulo de taladrado
El módulo de taladrado realiza agujeros en las piezas. Un
cilindro de doble efecto retiene la pieza. La máquina de
taladrado es accionada por un motor de velocidad constante de 24 VDC. La máquina de taladrado se mueve eléctricamente con la ayuda de unidades de guía. Las posiciones superior e inferior se detectan por medio de sensores
de proximidad inductivos.
Figura 5 - Estaciones integradas.
4. Estación de manipulación
La manipulación es un subconjunto del flujo de materia-
Propuesta de monitoreo
les. Las subfunciones adicionales son el transporte y el
Para realizar el monitoreo de las estaciones mecatrónicas
almacenamiento.
se utiliza una red Profibus DP para las cuatro estaciones,
se cuenta con un maestro profibus con capacidad de co-
Las funciones de la estación de manipulación son:
• Sacar piezas de la estación de procesamiento y
municación Ethernet y cada estación de trabajo dispone
• Clasificar piezas según sus características.
figura, el detalle de las redes propuestas:
Invest Apl Innov 1(2), 2007
de un HMI Touch Panel. A continuación se muestra en la
145
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
Figura 6 - Propuesta de monitoreo
Para enviar los datos a la estación maestra se conecta
todos los PLC que controlan las estaciones vía una red
Profibus DP, adicionalmente se cuenta con una estación
de ingeniería con la finalidad poder acceder a las CPU´s
146
de cualquiera de las estaciones en red y poder realizar
algún cambio en la programación si es que fuese necesario.
Los PLC’s de la red que controlan cada estación se han
configurado como esclavos, estos envían los datos del
proceso al PLC maestro vía la red Profibus; el PLC maestro tiene capacidad de comunicarse vía Ethernet, este PLC
envía todos los datos de las estaciones esclavas hacia una
Figura 7 - Pantallas del Panel de la estación de procesos.
estación de supervisión que cuenta con software Scada.
Se puede observar en la figura 6, que el medio de transmisión entre el PLC maestro y la estación de supervisión es
inalámbrico, para ello tanto el PLC como la estación cuentan con acces point.
Configuración de redes de estaciones mecatrónicas
Cada estación tiene un control local que se encuentra
en el tablero de cada una de las estaciones, desde allí se
puede arrancar y parar el proceso, estos son reemplaza-
Figura 8 - Pantallas del Panel de la estación de manipulación.
dos por un panel de operador desde donde se pueden
realizar funciones adicionales al tablero local. Este panel
A continuación se muestra la configuración de la red Pro-
se conecta al PLC vía el puerto MPI.
fibus DP que enlaza a los controladores del proceso:
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
Figura 9 - Configuración de la red Profibus DP.
Como se observa en la figura 9, se han asignado las di-
Para que el PLC maestro se comunique con la red Ethernet
recciones 2 al 5 de la red DP a cada PLC que controlan las
es necesario asignarle una dirección IP, esto se logra en la
estaciones y configurados como esclavos. Al PLC maestro
configuración de hardware del PLC, como se puede ver en
se le ha asignado la dirección 11 de la red. Se ha consi-
la figura 11 se le ha asignado la dirección 192.168.14.202
derado que todas las entradas y salidas de cada estación
al PLC maestro.
envíen su información mediante palabras cuya dirección
está asignada de acuerdo con las direcciones de red de
cada PLC, así por ejemplo todas las entradas y salidas de
la estación de distribución que ocupan 2 Bytes, se envían
a través de la palabra AW2 hacia el PLC maestro, este a su
vez recibe esta data a través de las entradas EW2. De esa
misma forma se realiza para las entradas a los esclavos
que vienen de las salidas del PLC maestro, esto se generaliza para cada PLC.
El PLC maestro ahora envía todos los datos hacia la esta-
Figura 11 - Configuración de dirección IP.
ción de supervisión, esto se logra utilizando Ethernet.
Una vez configurada la dirección IP la configuración de
red queda de la siguiente manera:
Figura 10 - Transmisión de datos hacia la estación de supervisión.
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Figura 12 - Configuración de redes.
147
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
Con esta configuración, los PLC’s esclavos transfieren los
datos del proceso al Maestro vía red Profibus. Este a su vez
está conectado a la red Ethernet.
La siguiente pantalla es la correspondiente a la estación
de distribución:
Los datos que son monitoreados se encuentran en el
Maestro y para monitorearlos se utiliza el software Scada
Win CC con driver Protocol Suite vía TCP/IP. A continuación se muestra la configuración de la conexión:
Figura 16 - Pantalla de la estación de Distribución.
CONCLUSIONES
Figura 13 - Parámetros de conexión TCP/IP.
Como se podrá apreciar, para conectarse al PLC es necesario identificar su dirección IP y el número de ranura corresponde al slot donde se encuentra alojado el CPU del
PLC, en este caso slot 2.
• El desarrollo de un proyecto SCADA exige el uso de
tecnología, por ello será necesario que las variadas
alternativas tecnológicas de comunicación que se
presentan en el desarrollo del proyecto, sean experimentadas para lograr la mayor optimización del
Configuración de pantallas de monitoreo
sistema.
• En la actualidad el uso de Ethernet Industrial se está
148
Se implementaron pantallas de monitoreo para cada estación utilizando el software WinCC instalado en la estación de supervisión. Todas las entradas y salidas de las estaciones se configuran en el administrador de variables,
tal como se muestra en la siguiente figura:
difundiendo en la mayoría de aplicaciones industriales, por ello es importante presentar soluciones que
demuestren su uso.
• Las tendencias en los procesos de manufactura es
al uso de sistemas mecatrónicos, integrando sus
procesos mediante redes de comunicación, las
cuales pueden ser desarrolladas utilizando herramientas software y harward disponibles en el mercado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Con los tag definidos se realizan los enlaces en las pantallas, a continuación se muestra la pantalla principal:
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
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149
Invest Apl Innov 1(2), 2007
150
Campus Arequipa
Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú
T: (54)426610 - F: (54)426654
MAIL: [email protected]
Campus Lima
Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú
T: (51)317-3900 - F: (51-1)317-3901
MAIL: [email protected]
www.tecsup.edu.pe
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