anales cientifico

anales
científicos
de la Universidad
Nacional Agraria La Molina
Año 2008
Vol. 69(4)
ISSN versión electrónica 1995-7246
Hecho el depósito legal 2003-0311
Anales Científicos
ISSN versión electrónica 1995-7246
Copyright 00424-2011
Publicación de La Universidad Nacional Agraria La Molina
Editor(a): Dra. Carmen Velezmoro Sánchez
investigació[email protected]
Oficina Académica de Investigación
Telf.348 5917 Anexo: 181-182
Apartado: 12-056, Lima 1.
www.lamolina.edu.pe/investigacion
Los artículos publicados son de entera responsabilidad de sus autores. Se permite la
reproducción parcial siempre y cuando se cite la fuente y se envíe a la editorial un
ejemplar de la publicación que incluye el texto reproducido de Anales Científicos
Vol.69 (4).
AUTORIDADES UNIVERSITARIAS
Dr. Jesús Abel Mejía Marcacuzco
RECTOR
Dr. Jorge Aliaga Gutiérrez
VICERRECTOR ACADÉMICO
Mg. Sc. Efraín Malpartida Inouye
VICERRECTOR ADMINISTRATIVO
DECANOS
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AGRONOMÍA
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CIENCIAS
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CIENCIAS FORESTALES
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ECONOMÍA Y PLANIFICACIÓN
Dr. David Campos Gutiérrez
INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
Mg. Sc. Rosa Miglio Toledo
INGENIERÍA AGRÍCOLA
Ing. M.S. Anibal Verastegui Maita
PESQUERIA
Mg. Sc. Víctor Hidalgo Lozano
ZOOTECNIA
Dr. Félix Camarena Mayta
DIRECTOR EPG
2008
ANALES CIENTIFICOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA
MOLINA
Volumen 69 (4), 2008
ISSN 0255-0407
CONTENIDO
PÁGINAS
Ciencias
1.
Evaluación del grado de contaminación del aire en el Centro Histórico de Lima
JERÓNIMO GARCÍA V. , JESSICA TANTALEÁN N.
1 - 11
2.
Rendimiento académico de estudiantes de primer ciclo en relación a la
modalidad y especialidad de ingreso en la UNALM
ROCÍO C. DELGADO A. , MÓNICA R. GUTIÉRREZ R.
12 - 21
3. Contenido de plomo en leche materna de lactantes de la zona metalúrgica de La
Oroya
ELIZABETH PAITÁN A., ELVA RÍOS R., CECILIA NIETO A.
22 - 28
Ciencias Forestales
4.
Estudio anatómico de diez especies forestales procedentes de Loreto, Perú
ALDO CÁRDENAS O. , MANUEL CHAVESTA C.
29 - 34
5.
Durabilidad natural y características de la preservación de la madera de
Caraipa Myrcioides (gavilán blanco) y Miconia barbeyana (palo gusano) por el
método PRESCAP
WILLIAM GUERRERO R. , FLORENCIO TRUJILLO C. , MARTÍN ARAUJO F.
35 - 42
6.
Propuesta de un plan de calidad en la manufactura de postes de eucalipto
(Eucalyptus globulus Labill
MINNELLI BERNUY V., JULIO CANCHUCAJA R., FLORENCIO TRUJILLO C.
43 - 50
7.
Determinación preliminar del módulo de elasticidad mediante el empleo de
técnicas no destructivas para maderas tropicales peruanas
PATRICIA CARNERO P., LUIS YOZA Y., MOISÉS ACEVEDO M., JULIO
ARAKAKI K.
51 - 57
8.
Diseño y elaboración de un equipo para la medición de conductividad térmica
en condiciones de flujo inestable en maderas tropicales
MANUEL BUENDÍA B. , LUIS YOZA Y. , MOISÉS ACEVEDO M. , JULIO
ARAKAKI K.
58 - 64
Industrias Alimentarias
9.
Estabilidad de la bixina soluble en aceite de girasol mediante el uso de pruebas
aceleradas de vida útil (PAVU)
JORGE E. TORRES CH., GLORIA J. PASCUAL CH., W. FRANCISCO SALAS V.
10. Estabilización del ketchup utilizando: goma xantano y goma de tara
JUAN M. ARAUJO VARGAS , LILIANA ESPINO TENORIO
11. Determinación del tiempo de vida en anaquel del aceite de oliva virgen extra
mediante pruebas aceleradas
LUIS BRICEÑO B. , WALTER SALAS V., SANTIAGO TORRES O.
65 - 71
72 - 81
82 – 89
12. Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos
fenólicos a partir de brácteas externas de alcachofa (Cynara scolymus L.)
variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
MELISSA CORONADO C. , MARCIAL SILVA J.
90 - 105
13. Determinación de la máxima retención de ácido ascórbico del Aguaymanto
(Physalis peruviana, Linaeus, 1753) en almíbar aplicando el método superficie
CHRISTIAN ENCINA Z. , MILBER UREÑA P.
106 - 114
Ingeniería Agrícola
14. Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor fricción
en tuberías para el cálculo de las pérdidas de carga principal en conductos bajo
presión
ÁNGEL F. BECERRA PAJUELO
115 - 125
Economía y Planificación
15. Valoración económica del servicio ambiental hídrico en la cuenca del río
Jequetepeque
CARLOS SONCCO M.
126 - 131
16. Estimando los beneficios económicos por cambios en la calidad ambiental del
agua de consumo humano en zonas urbano-marginales de Lima Metropolitana
CARLOS SONCCO, ROGER LOYOLA
132 - 139
17. Determinantes de las migraciones interdepartamentales 1988-1993
TATIANA LEYVA PEDRAZA
140 - 144
18. Identificación de productos con potencial exportador y análisis de los factores
de producción para la agroexportación, en la irrigación Majes, Arequipa
ELÍAS HUERTA C.
145 - 153
19. Reingeniería de procesos en la Oficina de Admisión de la Universidad Nacional
Agraria La Molina
ELÍAS F. HUERTA C.
154 - 161
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 14/05/2007
Aceptado: 27/06/2008
Evaluación del grado de contaminación del aire en el Centro
Histórico de Lima
Jerónimo García V. 1, Jessica Tantaleán N. 2
Resumen
Se ha desarrollado un estudio para conocer la severidad de la contaminación atmosférica en el Centro Histórico de
Lima. Se plantearon como objetivos determinar: la diferencia entre métodos de muestreo de Tubos pasivos y el de
analizador de los gases; la variabilidad temporal de los contaminantes; y las relaciones entre los factores de
dispersión (V, T y HR) y los contaminantes SO2, NO2, CO, PM10 y PM2.5. Los resultados muestran que las
concentraciones de SO2 y NO2 obtenidas con los tubos pasivos son menores que los obtenidos con los analizadores,
las diferencias son 30% para el SO2 y 86% para NO2. Las variaciones temporales horarias de contaminantes SO2,
NO2, CO, PM10 y PM2.5 muestran concentraciones máximas bimodales, la primera ocurre entre 7 y 10 horas y la otra
entre 19 y 22 horas; las concentraciones de SO2, NO2, CO están muy por debajo de los valores establecidos en los
Estándares de Calidad del Aire (ECA) del país; sin embargo, las concentraciones de los contaminantes de material
particulado PM10 y PM2.5 muestran comportamiento diferentes en las horas de ocurrencia de las máximas bimodales,
las de PM10 llegan a superar el valor límite indicado en el ECA nacional (150 μg/m3 ) y el PM2.5 al valor referencial
(65 μg/m3). En la determinación de los modelos de relación entre contaminantes y factores de dispersión, se logró
determinar relaciones para los 5 contaminantes; sin embargo, el proceso de validación sólo pasaron la relaciones
para SO2, NO2, PM10 y PM2.5, mas no el de CO; de acuerdo a estos resultados, la concentración del SO 2, NO2, PM10
y PM2.5, en el Paseo de los Héroes, pueden estimarse con los modelos determinados y validados con sólo conocer el
viento, temperatura y la humedad relativa.
Palabras clave: Contaminación atmosférica, calidad de aire, contaminación del aire.
Abstract
It was performed a study in order to know the atmospheric pollution severity in Historic Center of Lima City. The
objectives of study were determination of: sampling method difference between gases analyzers and passive tubs
equipments; time variations of pollutants; and relationships between dispersions factors and pollutants. Results show
SO2 and NO2 concentrations measured by passive tubs less than gases analyzers measurements, with 30% and 86 %
difference respectively. Time variations of SO2, NO2, CO, PM10 and PM2.5 pollutants show bimodal maximum
concentrations occurring between 7:00 to 10:00 a.m. and between 19:00 to 22:00 p.m.; all SO 2, NO2, CO
concentrations are to low of National ECA; how ever PM 10 and PM2.5 pollutants concentrations show some hours of
days going up to 150 μg/m3 (National ECA for PM10) and 65 μg/m3 (referential value for PM2.5). For the five
pollutants were found their dispersions factors and pollutants relationships, all of them are statistically significant for
99% confidence level; how ever validations process were successful only for SO 2, NO2, PM10 and PM2.5 but not for
CO pollutant; according these results, the models for SO2, NO2, PM10 and PM2.5 can be used to estimate pollutants
concentrations.
Key words: Atmospheric pollution, air quality, air pollution.
1. Introducción
Contaminante del aire es la presencia de sustancia
o elemento que en determinados niveles de
concentración en el aire genera riesgos a la salud y al
bienestar humano. Su presencia en el aire obedece a
emisiones naturales y a las emisiones procedentes de
las diversas actividades del hombre. En el Centro
Histórico de Lima las fuentes de emisiones están
constituidos por los restaurantes, panaderías, plantas
industriales, vehículos de transporte público y
privado, de todos ellos la fuente de emisión más
importante los constituyen estos últimos. En la
actualidad este sector constituye un complejo para su
análisis y estudio por diversos motivos como: la
diversidad de su flota (tipo de vehículo actual), la
antigüedad, formas de combustión, el combustible
1 Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima,
Perú.
E-mail: [email protected]
2 Ingeniería Ambiental, Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima,
Perú.
usado, los kilómetros recorridos por pasajero,
cantidad de unidades, entre otros. Tales
características de estas fuentes de emisiones están
acelerando la contaminación urbana con su
consecuente deterioro de la salud humana y de la
calidad del aire. Las mediciones de SO2 y NO2 con
tren de muestreo, llevados a cabo por DIGESA en la
estación Lima Centro, indican una tendencia de
aumento en la década del 90, con valores que oscilan
entre 70 a 120 μg/m3 para SO2 y entre 150 a 260
μg/m3 para NO2; en ambos casos la ECA nacional
anual son superados ampliamente, situación que
indica un serio deterioro de la calidad del aire en el
Centro Histórico de Lima (Pacsi, 2003).
En el presente trabajo se realizó la evaluación del
grado de concentración de los contaminantes del aire
en el Centro Histórico a través de técnicas de
monitoreo de Método Pasivo y Método Continuo,
con los que se obtuvo datos del comportamiento
temporal y espacial de los contaminantes. El
monitoreo continuo de PM2.5, PM10, SO2, NO2 y CO,
Evaluación del grado de contaminación del aire en el centro histórico de Lima
con frecuencia horaria durante una semana, se
efectuó con equipos analizadores electrónicos en un
punto del Centro Histórico, dando así una buena
información del perfil diario y semanal de las
concentraciones de los contaminantes mencionados.
El método pasivo consistió en las mediciones de las
concentraciones de NO2 y SO2, mediante tubos
pasivos expuestos por 20 días, en 8 puntos
distribuidos y ubicados estratégicamente en el Centro
Histórico de Lima, los que permitieron analizar su
distribución espacial, para obtener así información
panorámica de las zonas más afectadas y ver su
relación con los factores de dispersión (viento,
temperatura y humedad relativa).
El objetivo general del trabajo fue evaluar el estado
de la Calidad del Aire originado por el parque
automotor en el Centro Histórico de Lima, mientras
que los objetivos específicos fueron los siguientes:
- Determinar la diferencia entre método de muestreo
de tubos pasivos y analizador de gases para la
concentración de NO2 y SO2.
- Determinar el comportamiento temporal de la
concentración de PM2.5, PM10, SO2, NO2 y CO.
- Determinar la relación entre los factores de
dispersión (viento, temperatura y humedad relativa) y
los contaminantes monitoreados (gases y material
particulado).
2. Revisión de literatura
2.1 Aspectos que condicionan la calidad del
aire en Lima Metropolitana
La contaminación atmosférica de Lima - Callao
está asociada a factores socioeconómicos,
administrativos, políticos, físicos y culturales. En los
últimos años las concentraciones de contaminantes
del aire se han incrementado a un ritmo acelerado y
han llegado a niveles que exceden los estándares
internacionales de protección a la salud pública. Esto
ha motivado que las instituciones públicas trabajen
en la definición de políticas de gestión para
contrarrestar y controlar los impactos que son
generados por esta situación ambiental, teniendo
como objetivo principal prevenir los efectos a la
salud pública.
Según estudios de estimación de emisiones
realizados por CEPIS en el 2001 y por INFRAS en el
año 2000, se estima que las emisiones atmosféricas
del
transporte
metropolitano
constituye
aproximadamente el 75% del total de contaminantes
atmosféricos y la diferencia lo constituyen las
emisiones industriales.
Elevado incremento del parque automotor con un
acentuado crecimiento en la década de los 90,
originado en su mayoría por la importación de
vehículos usados.
La gran inmigración de la población proveniente
del interior del país ha originado la introducción de
hábitos ajenos al ecosistema local y la aparición
creciente de actividades informales contaminadoras,
en especial con la pequeña industria informal.
Altos contenidos de azufre en los combustibles.
Cabe indicar que la tendencia mundial es la de
2
establecer 50 ppm como límite máximo permisible
de azufre, mientras que nuestra actual Norma
Técnica establece límites de 5 000 ppm, que son
excesivamente nocivos sobre la salud de nuestros
ciudadanos.
Existencia de flota vehicular pública de una
antigüedad de 12 a 19 años con buses y microbuses
casi obsoletos. (CIDATT – 2 000).
2.2 El parque automotor como principal
fuente de contaminación
En el año 2001 el Consejo Nacional del Ambiente
(CONAM, 2001) realizó el inventario de emisiones
totales, el cual estimó que los aportes de los sectores
transporte e industria al inventario de emisiones
atmosféricas totales posen una participación estimada
del 86 y 14%, respectivamente. Es decir, el transporte
es el sector que domina las emisiones atmosféricas en
la zona metropolitana de Lima Callao.
De conformidad con el inventario de emisiones
ejecutado el año 2 001 (sobre la base de información
al 2000) los mayores niveles de emisión estimados
(ton/año) corresponden al contaminante monóxido de
carbono (CO).
Las emisiones de material particulado estimadas
corresponden a menores valores, sin embargo este
volumen es capaz de mantener niveles muy críticos
de este contaminante en la calidad de aire local, ya
que los efectos en salud (asociados al material
particulado) son de mayor gravedad y se empiezan a
manifestar a concentraciones ambientales mucho
menores que en el caso de los gases (CO, SO2, NO2).
(Swisscontact – Infras 2 000).
La Figura 1 muestra la comparación de las
emisiones vehiculares con las industriales según tipo
de contaminante.
Figura 1. Comparación de emisiones vehiculares e
industriales.
Según la misma fuente (Swisscontact – Infras 2
000), la mayor generación de material particulado en
el parque vehicular lo constituye el aporte de los
microbuses y omnibuses. De igual manera sucede con
los contaminantes SO2 y NOx.
En el año 2000 Swisscontact por encargo del
Comité de Gestión de la Iniciativa de Aire Limpio
para Lima Callao realizó un estudio sobre el estado y
la conservación de los vehículos automotores, siendo
Jerónimo García V., Jessica Tantaleán N.
una muestra representativa de 2 000 vehículos entre
gasolineros y de uso con diesel a someterse a pruebas
de emisiones tanto de gases como de opacidad para
motores impulsados a diesel. Los resultados
mostraron que el parque automotor, de conformidad
con los límites máximos de emisión, poseen para el
CO gasolineros en promedio entre 20 y 30% de
rechazo, para HC gasolineros en promedio entre 12 y
22%, para vehículos pesados a diesel en promedio,
entre 60 y 50% y para vehículos livianos a diesel
entre 50 y 60%, ambos de rechazo (Swisscontact,
2000).
2.3
Condiciones
atmosféricas
condicionan la calidad del aire
que
Las condiciones atmosféricas predominantes van a
determinar la calidad del aire en la ciudad de Lima.
La influencia del Anticiclón del Pacifico Sur induce
afloración de masas de agua y temperaturas frías en
la superficie del mar, impidiendo que haya
precipitación sobre el ecosistema de la ciudad de
Lima, generando aridez, nubosidades bajas y alta
humedad relativa típica de esta localidad.
Los flujos de vientos provenientes del Sur,
ingresan a la costa a una velocidad débil entre 1 a 6
m/s, dependientes del gradiente térmico urbano. Al
ingresar a la ciudad de Lima, se encajonan en las
variadas micro cuencas de la cuenca del rió Rimac,
donde se producen condiciones de estancamiento de
masas de aire, debido a la ausencia de turbulencia
generada por la presencia de inversiones térmicas a
baja altura. La existencia de una capa de inversión
térmica que se manifiesta a una altura aproximada de
290 metros en invierno y 675 metros en verano; sobre
la ciudad de Lima, toma contacto con los espolones
de los andes, produciendo un encajonamiento
atmosférico, debilitando en gran medida la capacidad
de dilución o ventilación horizontal por gradiente
térmico respecto de los distintos contaminantes
atmosféricos.
Los vientos predominantes arrastran contaminantes
sobre estas mismas zonas, los espolones de las
microcuencas y la capa de inversión pueden definir
las condiciones más adversas de concentración de
contaminantes. La presencia eventual de rotores de
viento
en
las
microcuencas
genera
un
comportamiento peculiar de los comportamientos en
dichas zonas. La presencia de calmas contribuyen
también a agravar las condiciones, dado que en
presencia de una capa de inversión muy estable y
presente en todo el año, (lo que coinciden
lamentablemente con las horas pico de tráfico
vehicular en especial para el pico de la mañana) a
diferencia a la buena ventilación en la zona marino
costera, debilitándose las velocidades conforme se
aproximan a la cordillera.
Por lo expuesto se puede deducir que los factores
atmosféricos inciden negativamente sobre la calidad
atmosférica del ámbito local, en especial sobre las
áreas del centro y este. También es relevante
mencionar que los parámetros meteorológicos, en
especial la humedad relativa, radiación solar y
An cient. 69(4) 2008, pp. 1-11
temperatura promueven las reacciones químicas y
fotoquímicas de los contaminantes secundarios en la
atmósfera. (Estudio de saturación, 2001)
Figura 2. Variación diaria del PM10 registrado en
la estación ubicada en el Palacio Municipal en el
año de 1999.
Por lo expuesto, se puede deducir que los factores
atmosféricos inciden negativamente sobre la calidad
atmosférica del ámbito local, en especial sobre las
áreas del centro y este. También es relevante
mencionar que los parámetros meteorológicos, en
especial la humedad relativa, radiación solar y
temperatura promueven las reacciones químicas y
fotoquímicas de los contaminantes secundarios en la
atmósfera. (Estudio de saturación, 2001)
2.4 Evaluación
histórica
de
la
contaminación del aire en el Centro Histórico
de Lima
Las concentraciones de material particulado en
suspensión desde que se inició la medición en la
estación CONACO, administrada por DIGESA
siempre arrojó valores altos respecto de la norma
EPA norteamericana. Para el año 1999 por primera
vez se efectuaron en Lima mediciones promedio 24
horas de PM10 entre el mes de enero y agosto a cargo
de la municipalidad Metropolitana de Lima en la
estación ubicada en el Palacio Municipal; tales
mediciones se muestran en la figura 2.2; se observa
que en los meses de abril, mayo, junio y julio existen
muchos días que superan el valor máximo de 150
µg/m3 del estándar nacional.
Por otro lado, los contaminantes dióxido de azufre
y dióxido de nitrógeno para la misma estación,
muestran un notable crecimiento de los óxidos de
azufre, por la dieselización constante del parque
automotor; ambos contaminantes muestran valores
muy superiores a los estándares nacionales. Como los
registros han sido realizados en las últimas décadas,
el material particulado en el ambiente está
relacionado directamente con las emisiones del
parque automotor.
En el año 2000, Swisscontact y DIGESA
elaboraron un Estudio de Saturación de la calidad del
aire por encargo del Comité de Gestión de la
Iniciativa Aire Limpio para Lima-Callao, financiado
por COSUDE y el Banco Mundial. Dicho estudio
mostró una clara correlación entre las áreas
3
Evaluación del grado de contaminación del aire en el centro histórico de Lima
generadoras de emisión vehicular, su interacción con
el flujo de viento predominante, y se identificó las
áreas de mayor concentración sobre las áreas de
mayor congestionamiento de tráfico, como es el
sector Centro Histórico.
Los mapas elaborados muestran una clara
correlación entre las áreas generadoras de emisión
vehicular y su interacción con el flujo de viento
predominante. También se observa que las mayores
concentraciones se desarrollan sobre las áreas de
mayor congestionamiento de tráfico.
Actualmente se vienen desarrollando monitoreos
permanentes y continuos en la estación de CONACO,
a cargo de DIGESA la cual ha indicado valores
elevados de contaminación respecto de la normativa
Nacional (Estándares Nacionales de Calidad
Ambiental del Aire). La Tabla 1, muestra los
promedios mensuales (µg/m3) registrados en la
Estación de CONACO y publicados en el año 2004.
Tabla 1. Promedios mensuales de contaminantes
SO2, NO2, PM2.5 y PTS en estación de CONACO.
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
SO2
NO2
PM2.5
PTS
136.39
113.52
88.69
74.39
79.14
65.85
69.76
72.82
103.12
78.25
69.80
75.71
78.70
69.91
--67.05
76.74
89.78
100.10
93.23
97.09
176.98
202.20
222.11
226.81
243.25
225.36
249.18
Fuente: Tantaleán N. J. (2006).
De todos los valores reportados para el año 2 004
por DIGESA, los valores más preocupantes son de
las concentraciones de PM2.5, ya que éstos superan
ampliamente los valores de referencia de la EPA de
EEUU de 15 µg/m3 promedio anual, así como la
norma referencial nacional para este contaminante en
todas las estaciones de DIGESA. A esto hay que
agregar que el PM2.5 es el contaminante que más
claramente se lo ha asociado con efectos graves a la
salud pública tales como mortalidad prematura y
bronquitis crónica, entre otros efectos cuantificados
en la literatura epidemiológica.
La Calidad de Aire en el Centro Histórico es
deplorable, en especial los niveles de material
particulado fino (PM2.5) que resulta en gran medida,
agente inductor de enfermedades pulmonares y el
cual tiene una directa relación con las emisiones
vehiculares del parque automotor metropolitano. Las
concentraciones de material particulado fino PM2.5
estarían provocando un incremento del 18% de la
mortalidad diaria y de un 55% en la admisión de
hospitales en usuarios frecuentes del Centro Histórico
de Lima (según correlación de causa efecto
establecidas por la OMS para poblaciones expuestas
a este contaminante por 8 horas).
2.5 Definición de los contaminantes a medir
2.5.1 Material particulado PM 2.5 y PM 10
Según los expertos, esta fracción más pequeña del
material particulado respirable es mucho más
agresiva y peligrosa para la salud. Están asociados a
4
enfermedades del sistema respiratorio y aumenta la
mortalidad prematura y el riesgo cancerígeno. Una
vez que las partículas se han depositado en el sistema
respiratorio, su acción irritante es producto por una
parte, de su composición química y su toxicidad y por
otra de su facilidad para adsorber otras sustancias en
su superficie, produciéndose un efecto sinérgico que
aumenta su agresividad.
Este compuesto es producido por procesos de
producción industrial y comercial y procesos de
combustión en general, y también se genera en la
atmósfera a partir de reacciones de oxidación de
gases precursores (SO2, NO2, HC) especialmente en
condiciones de alta reactividad fotoquímica.
(Viscarra, 1982; Wark, 2000; Gutiérrez, 2001)
2.5.2
Dióxido de azufre (SO2)
El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso es el
compuesto azufrado de origen antropogénico más
importante, es emitido principalmente en los procesos
de combustión de combustibles que poseen niveles
elevados de azufre. Es un gas ácido incoloro irritante,
químicamente es relativamente estable en presencia
de la radiación solar y altas temperaturas con el
oxígeno forma el SO3 trióxido de azufre el cual en
presencia del vapor de agua forma el H2SO4 por ello
es precursor de la formación de lluvia ácida
(precipitación de SO2 y sulfatos en las cuencas y
ecosistemas (Viscarra, 1982; Wark, 2000; Gutiérrez,
2001).
Es recomendable seguir el monitoreo de este
contaminante a largo plazo con métodos pasivos para
vigilar la contaminación de sistemas ecológicos
sensibles.
2.5.3
Oxido de nitrógeno (NO2, NO, NO2)
De los seis o siete óxidos de nitrógeno, el óxido
nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) son
importantes contaminantes del aire. El dióxido de
nitrógeno (NO2) es un gas tóxico, el cual puede tener
efectos adversos crónicos y agudos y puede
incrementar la frecuencia y seriedad de los síntomas
de respiración baja (bronquitis). El dióxido de
nitrógeno juega un papel importante como precursor
en la formación de ozono y oxidantes, que son
también tóxicos en especial para las plantas. Sus
fuentes son mayoritariamente el tráfico motorizado,
así como también la combustión residencial y los
procesos industriales de combustión. El dióxido de
nitrógeno también se genera por oxidación del óxido
nítrico (NO) en condiciones de alta humedad
ambiental o con una actividad fotoquímica relevante.
(Viscarra, 1982; Wark, 2000; Gutiérrez, 2001)
2.5.4 Monóxido de carbono (CO)
Es un gas incoloro e inodoro, pero que puede
causar la muerte cuando se lo respira en niveles
elevados. El CO se produce cuando se queman
materiales combustibles como gas, gasolina,
kerosene, carbón, petróleo o madera en condiciones
de déficit de oxígeno (combustión ineficiente). Las
chimeneas, las calderas, los calentadores de agua y
los aparatos domésticos que queman combustibles
fósiles o derivados del petróleo, como las estufas u
Jerónimo García V., Jessica Tantaleán N.
hornillas de la cocina o los calentadores de
queroseno, también pueden producir CO si no están
funcionando bien. Los automóviles parados con el
motor encendido también despiden CO. Es un gas
estable y tiene una vida media de 2 a 4 meses en la
atmósfera. Tiene una afinidad mucho más alta que el
oxígeno por la hemoglobina de la sangre. Así, se
forma carboxihemoglobina (COHb) que impide a la
hemoglobina transportar el oxígeno a las células, y
por tanto, el organismo no puede obtener la energía
necesaria para sobrevivir. (Viscarra, 1982; Wark,
2000; Gutiérrez, 2001)
muestreadores se colocan en un dispositivo especial,
para protegerlos de la lluvia y minimizar la influencia
del viento.
3. Materiales y métodos
3.1 Equipos y datos
Para el estudio se utilizó los datos utilizados por
Tantalean Noriega J. (2006) en el trabajo denominado
“Evaluación de la calidad del aire en el Centro
Histórico de Lima en el mes de febrero del 2005”, en
el cual se utilizaron los siguientes equipos:
Para el monitoreo pasivo se utilizaron los tubos
pasivos mostrados en la Figura 3.
Figura 4. TEOM (Tapered Element Oscillating
Microbalance)
Analizador de
gases.Teledyne/Advanced
Pollution Instrumentation
Figura 5. Analizador de Gases Teledyne/
Advanced Pollution.
Muestreador pasivo para el
dióxido de nitrogeno
Para el monitoreo PM10, PM2.5, SO2, NO2 y CO se
utilizaron los equipos mostrados en la Tabla 2 y
Figuras 4 y 5.
Tabla 2. Equipos utilizados en el monitoreo
continuo
Equipos a utilizar
Método continuo
Contaminante
Muestreo con membrana
de teflón para la medición
del dióxido de azufre.
Figura 3. Muestreadores pasivos para NO2 y SO2.
El muestreador pasivo para dióxido de azufre está
basado en el principio de la difusión molecular
pasiva de dióxido de azufre hacia una medio
absorbente en este caso de carbonato de potasio y de
glicerina. Los muestreadores utilizados consisten en
un estuche de polipropileno con una apertura de 20
mm de diámetro. Para disminuir la influencia del
viento se fija una membrana sostenida por una red
metálica. Después del tiempo de exposición se
determina la cantidad total de azufre por
cromatografía iónica.
El muestreador de dióxido de nitrógeno está basado
en el principio de difusión molecular hacia un medio
absorbente, en este caso de trietanolamina. El
muestreador consiste en un tubo de polipropileno de
7.4 cm de largo y de 9.5 mm de diámetro interno. Los
An cient. 69(4) 2008, pp. 1-11
Partículas PM 10
TEOM 1400
Partículas PM 2.5
TEOM 1400
Monóxido
Carbono
de
Dióxido de Azufre
Dióxido de Nitrógeno
Analizador de gases M300
Teledyne/Advanced Pollution
Instrumentation.
Analizador de gases M100
Teledyne/Advanced Pollution
Instrumentation.
Analizador de gases M200
Teledyne/Advanced Pollution
Instrumentation.
El Material Particulado PM10 y PM2.5, fue medido
con un monitor TEOM SERIE 1400 (Figura 4), el
cual tiene un mecanismo de tiempo real para la
medición de la concentración de las partículas en el
aire tanto en interior como exterior. Los equipos
TEOM (Tapered Element Oscilating Microbalance)
son monitores basados en filtros de masa que miden
la masa de las partículas suspendidas de la corriente
del gas en ese momento. La frecuencia de oscilación
5
Evaluación del grado de contaminación del aire en el centro histórico de Lima
de una pieza de cuarzo está directamente relacionada
con la masa de partículas muestreadas en el
instrumento, lo que permite manejar información en
forma continua.
Para el monitoreo de gases SO2, NO2 y CO, se
utilizó los analizadores automáticos de gases marca
Teledyne/Advanced
Pollution
Instrumentation
(Figura 5), los cuales además, cumplen con los
métodos descritos en el Reglamento Nacional de
Estándares de Calidad de Aire (D.S. 074-20001PCM) que registran información minuto a minuto y
reportan concentraciones promedio horarias.
Los datos meteorológicos fueron registrados con
una estación automática portátil marca MetOne
Instruments modelo AutoMet.
Por otro lado, los instrumentos mencionados fueron
instalados en estaciones previamente elegidas, para el
caso de los tubos pasivos se muestran en el mapa 1
(Figura 6) y para los gases, partículas y variables
meteorológicos se muestra en el mapa 2 (Figura 7).
2.5 m de altura y la estación meteorológica
automática sobre la unidad móvil aproximadamente a
3 m de altura; este monitoreo se realizó durante una
semana desde el 22 al 28 de febrero del 2005.
3.2 Métodos
3.2.1 Determinación de la diferencia entre
método de muestreo de tubos pasivos y
analizador de gases para la concentración
de NO2 y SO2
Las diferencias fueron evaluadas a través de la
comparación de las concentraciones obtenidas por
cada uno de los métodos, expresándolas como
promedios diarios en las mismas unidades. En la
comparación se determinó el error relativo (Er)
considerando al método de analizadores como el
método adecuado. Se utilizó los datos de la estación 5
(E5), ubicado en la Plaza Grau, del método de tubo
pasivo por ser esta la única estación situada muy
próximo a la estación de monitoreo continuo.
3.2.2 Determinación del comportamiento
temporal de la concentración de PM2.5, PM10,
SO2, NO2 y CO
El comportamiento temporal se realizó a través del
análisis horario de la concentración de los
componentes de calidad del aire PM2.5, PM10, SO2,
NO2 y CO registrados con los equipos automáticos ya
indicados. Se analizaron la gravedad de las
concentraciones halladas comparándolas con valores
indicados en el ECA nacional.
3.2.3 Determinación de la relación entre los
factores de dispersión (viento, temperatura y
humedad relativa) y los contaminantes
monitoreados (PM2.5, PM10, SO2, NO2 y CO)
Figura 6. Mapa 1: Ubicación de los 8 puntos del
muestreo pasivo.
Se evaluaron la relación existente entre las
variables meteorológicas viento (X1), temperatura
(X2) y humedad relativa (X3) y cada contaminante
(Y) medido; haciendo uso de una muestra de 110
datos, medidos en forma horaria. Esta relación se
puede emplear para simular y predecir el
comportamiento de un contaminante a partir de las
variables meteorológicas pronosticadas en el lugar de
estudio.
Para determinar la relación entre las variables se
planteó la siguiente relación o modelo lineal:
YCont
Figura 7. Mapa 1: Ubicación de punto de
monitoreo continuo.
En cada estación se instalaron tres (3)
muestreadotes de tubos pasivos a una altura de 3
metros en postes de alumbrado público con un tiempo
de exposición de 20 días desde el 27 de enero al 15
de febrero del 2005. La estación de monitoreo
continuo se ubicó en el Paseo de los Héroes, frente al
Palacio de Justicia, los equipos de calidad de aire se
instalaron en un laboratorio móvil aproximadamente
6
a b1 X 1
b2 X 2
b3 X 3
( 1)
Donde los parámetros a, b1, b2 y b3 se determinaron
realizando la regresión múltiple y el modelo lineal
fue considerado aceptable cuando la prueba
estadística de F de a ≠ 0, b1 ≠ 0, b2 ≠ 0, b3 ≠ 0,
resultaron significativos para el nivel de confianza de
99%, 95% ó 90%.
A los modelos estadísticamente significativos se
procedió validarlos, recurriendo al error relativo y al
Bias (B). Para ello se trabajó con otra muestra de 52
datos de mediciones horarias de cada variable
dependiente e independiente.
La determinación del error relativo (Er) se realizó
con la expresión (2) y el Bias (B) con la expresión 3.
Jerónimo García V., Jessica Tantaleán N.
Er
(Yes Yob) x100
Yob
( 2)
Tabla 4. Concentraciones de SO2 y NO2 (µg/m3)
obtenidos con tubos pasivos y analizadores
Contaminante
n
B
(Yes Yob) / n
Tubo
pasivo
(µg/m3)
(3)
SO2
NO2
1
Se adoptó estimaciones correctas, aquellas cuyo Er
se encuentren dentro del intervalo ± 20%. Un modelo
para pasar la prueba de validación necesita que el
número de sus estimaciones correctas (± 20%) sean ≥
75% del tamaño de la muestra en utilización.
Por otro lado, el Bias (B) fue utilizado para ver la
sobre o sub estimación de la relación o modelo en
consideración.
3.34
3.04
Analizador,
promedio
de 7 días
(µg/m3)
4.8
21.7
Diferencia
(µg/m3)
-1.46
-18.66
Error
(%)
-30.42
-85.99
4.2 Comportamiento temporal de la
concentración de PM2.5, PM10, SO2, NO2 y Co
Los resultados se muestran en las Figuras 6, 7, 8, 9,
10, y 11 todas las curvas horarias de cada día exhiben
la característica de ser bimodales, en promedio, estas
ocurren entre 19 a 22 horas y entre 7 a 10 horas.
4. Resultados y discusión
4.1 Diferencia entre método de muestreo de
tubos pasivos y analizador de gases para la
concentración de SO2 y NO2
Los resultados se muestran en la Tabla 3 y 4. La
Tabla 3 muestra concentraciones media diaria de 3.34
y 3.04 µg/m3 de SO2 y NO2 respectivamente para
muestreadotes de tubos pasivos y la Tabla 4 muestra
las comparaciones de las concentraciones obtenidas
con los tubos pasivos y analizadores (promedio de los
7 días). Se observa mayores valores para los
analizadores en los dos tipos de contaminantes, las
diferencias
expresadas
en
porcentaje
son
respectivamente -30.42% y -85.99 % y constituyen
diferencias grandes sobre todo en lo concerniente al
NO2. Estos resultados indican la necesidad de realizar
más estudios experimentales con la finalidad de
poder determinar factores de corrección de las
mediciones de métodos de tubos pasivos; todo esto
debido a que monitoreos de la calidad del aire con
tubos pasivos son de bajo costo comparado a los de
los de analizadores y razón por la cual son
recomendados para su uso en la validación de los
modelos de dispersión.
Tabla 3. Concentración de SO2 y NO2 medido con
colectores pasivos (método de muestreo: tubo
pasivo)
Pto Lugar
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
Jirón Huaraz
Av. Moquegua
Calle Chancay
Jirón Junin
Ovalo Grau
Jirón Huanta
Cucardas
Jacinto Benavente
Figura 6. Análisis temporal de las concentraciones
de SO2.
Figura 7. Análisis temporal de las concentraciones
de NO2.
Concentración Concentración
media en 20
media diaria
días (µg/m3)
(µg/m3)
SO2
NO2
SO2
NO2
22.5
24.9
29.2
47.2
66.8
10.8
20.2
18.7
30.7
37.1
40.1
50.4
60.7
30.5
26.9
35.8
1.13
1.25
1.46
2.36
3.34
0.54
1.01
0.94
1.54
1.86
2.01
2.52
3.04
1.53
1.35
1.79
An cient. 69(4) 2008, pp. 1-11
Figura 8. Análisis temporal de las concentraciones
de CO
7
Evaluación del grado de contaminación del aire en el centro histórico de Lima
Figura 9. Análisis temporal de las concentraciones
de PM10.
Figura 10. Análisis temporal de las
concentraciones de PM2.5.
Figura 11. Análisis temporal del factor de
dispersión el viento.
La característica bimodal se explica por las “horas
punta” del tráfico vehicular urbano, situación que es
propiciado en parte por la baja velocidad del viento a
esas horas (ver Figura 11).
El dióxido de azufre en promedio en los 7 días
osciló entre 2 y 8 µg/m3 y el promedio de 24 horas
fue de 4.9 µg/m3, todos estos valores están muy lejos
del valor límite de 365 µg/m3 establecido en el ECA
Nacional. El NO2 fluctuó entre 9 y 30 µg/m3 y el
promedio horario fue de 22 µg/m3, similar que en el
caso anterior, todos estos valores están muy lejos del
valor límite de 200 µg/m3 establecido en el ECA
nacional. Por otro lado, el CO osciló entre 990 a 3500
µg/m3 y el promedio de 8 horas fue 1960 µg/m3,
también en este caso todos los valores están por
debajo límite de 10000 µg/m3 establecido en el ECA
Nacional. Las partículas PM10 oscilaron entre 60 y
150 µg/m3 y el promedio de 24 horas fue de 105
µg/m3, en este caso hubo varias horas en algunos
días donde se superaron el valor límite de 150 µg/m3
establecido en el ECA Nacional. De manera similar
las partículas PM2.5 oscilaron entre 23 y 58 µg/m3 y
el promedio diario fue 40 µg/m3, si bien los
promedios no superan al valor referencial de 65
µg/m3, hubo horas en varios días que se superaron el
valor referencial mencionado.
De todo lo anterior vemos que en el Centro
Histórico de Lima no existen problemas con los gases
analizados, más sí con el caso de las partículas de
PM10 y PM2.5.
4.3 Relación contaminantes (gases
partículas) y factores de dispersión
4.3.1 Modelos
Los modelos determinados se muestran en la Tabla 5,
donde se observa la relación del contaminante Y con
las variables viento (V), temperatura (T) y humedad
relativa (HR) resultaron altamente significativos
(***); observando el error relativo y la desviación
estándar vemos que el modelo del CO es el menos
preciso.
4.3.2 Validación
El modelo para SO2 (Figura 12) muestra que ninguno
de los errores (Er) de estimación superan el 20%
(Figura 12ª), debido a que casos que superan el 20%
de error es cero (Figura 12b), el modelo pasa la
validación y el Bias = 0.98 (Fig. 4.2b) indica ligera
sobre estimación.
Tabla 5. Relación entre los contaminantes y factores de dispersión.
Contaminantes
r
Er
(%)
S
3
(µg/m )
Ecuaciones
Fc
CO
Y= 7287.2-106.1V+14.40T -73.16HR
8.22***
0.45
30.36
760.66
NO2
Y= 5.64+2.071V+1.961T-0.4503HR
41.8***
0.751
1.373
5.215
SO2
Y= -12.09-1.814V+1.265T-0.105HR
11.7***
0.515
0.627
2.307
PM 2.5
Y= 100.63-1.011V+0.81T -1.056HR
7.14***
0.42
3.51
13.47
PM 10
Y= 197.37+0.162V+3.07T -2.205HR
7.38***
0.43
7.347
32.99
Donde: Fc: F calculado significativo al 99%, r: Coeficiente de correlación, Er: Error relativo, S:
Desviación estándar.
8
y
Jerónimo García V., Jessica Tantaleán N.
De acuerdo con este resultado, el modelo
determinado puede ser utilizado para estimar la
concentración del SO2 con sólo medir las variables
viento, temperatura y humedad relativa.
Para el caso de NO2 la Figura 13, muestra que
ninguno de los errores (Er) de estimación superan el
20% (Figura 3ª), debido a que casos que superan el
20% de error es cero (Figura 13b), el modelo pasa la
validación y el Bias = -1.05 (Figura 13b) indica ligera
sub estimación. De acuerdo a este resultado, el
modelo determinado puede ser utilizado para estimar
la concentración del NO2 con sólo medir las variables
viento, temperatura y humedad relativa.
Para el caso de CO la Figura 14, muestra que 28 de
los errores (Er) de estimación superan el 20% (Figura
14ª), debido a que casos que superan el 20% de
error es 28 (Figura 14b), el modelo no pasa la
validación y el Bias = 45.08 (Figura 14b) indica sobre
estimación. De acuerdo a este resultado, el modelo
determinado no puede ser utilizado para estimar la
concentración del CO con sólo medir las variables
viento, temperatura y humedad relativa.
Para el caso de PM10 la Figura 15, muestra que sólo
2 errores (Er) de estimación superan el 20% (Figura
15ª), debido a que casos que superan el 20% de
error es menor de 25% (Figura 15b), el modelo pasa
la validación y el Bias = -4.76 (Figura 13b) indica
ligera sub estimación. De acuerdo a este resultado, el
modelo determinado puede ser utilizado para estimar
la concentración de PM10 con sólo medir las variables
viento, temperatura y humedad relativa.
Figura 12. Validación del modelo de estimación
del dióxido de azufre (SO2), error relativo de
estimación (%) (a), Bias del modelo (b).
Figura 13. Validación del modelo de estimación
del dióxido de nitrógeno (NO2), error relativo de
estimación (%) (a), Bias del modelo (b).
An cient. 69(4) 2008, pp. 1-11
Figura 14. Validación del modelo de estimación
del monóxido de carbono (CO), error relativo de
estimación (%) (a), Bias del modelo (b).
9
Evaluación del grado de contaminación del aire en el centro histórico de Lima
Para el caso de PM2.5 la Figura 16, muestra que
ninguno de los errores (Er) de estimación superan el
20% (Figura 16ª), debido a que casos que superan el
20% de error es 0 (Figura 16b), el modelo pasa la
validación y el Bías = -4.76 (Figura 16b) indica ligera
sub estimación. De acuerdo a este resultado, el
modelo determinado puede ser utilizado para estimar
la concentración de PM2.5 con sólo medir las
variables viento, temperatura y humedad relativa.
5. Conclusiones
Figura 15. Validación del modelo de estimación de
partículas menores de 10 micras (PM10), error
relativo de estimación (%) (a), Bias del modelo
(b).
Las mediciones de los tubos pasivos son menores a
los de analizadores de gases y se requieren
determinar sus factores de corrección.
El análisis temporal de los contaminantes indican
máximas bimodales que están asociados con las horas
de mayor tráfico urbano y horas de menor viento. Las
magnitudes del SO2, NO2 y CO están muy por debajo
de los límites máximos permisibles. Sin embargo en
lo que respecta al material particulado PM10 y
PM2.5 se observaron horas en varios días que
superaron los valores referenciales.
Se
han
determinado
modelos
lineales
estadísticamente significativos para cada uno de los
contaminantes en estudio. Sin embargo en el proceso
de validación, el modelo determinado para el
monóxido de carbono (CO) no pasó este proceso, en
consecuencia los contaminantes SO2, NO2, PM10 y
PM2.5 pueden ser estimados, para el Paseo de los
Héroes, con solo medir el viento, temperatura y la
humedad relativa, y aplicando los modelos
determinados.
6. Referencias bibliográfica
Figura 16 Validación del modelo de estimación de
partículas menores de 2.5 micras (PM2.5), error
relativo de estimación (%) (a), Bías del modelo
(b).
10
COMITÉ DE GESTION E LA INICIATIVA E AIRE
LIMPIO PARA LIMA CALLAO (2004) Plan
Integral de Saneamiento Atmosférico.
GENIVAR/IMP/MML/ACDI
(2002),
Caracterización del Sector Industrial de Lima
Metropolitana. Estudio elaborado para el Instituto
Metropolitano de Lima - IMP.
GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND (2000),
Análisis de Multielementos Químicos de Filtros de
PM10 de Lima – Callao. Estudio elaborado para el
PRAAM.
ESTRELLA ROLANDO (1998) Prevalencia de
Patologías Respiratorias en la Policía de Transito,
Departamento de Sanidad de la Policía Nacional
del Perú. Estudio encargado por la Policía Nacional
del Perú – PNP.
FIGARI BELLO, AIDA (2000) Emisiones de los
Vehículos Automotores y Planeamiento de
Posibles Estrategias de Control en el Área
Metropolitana de Lima y Callao. Tesis de grado de
la UNALM.
GUTIERREZ ENRIQUE y ALBERT FRANCISCO.
Contaminación
Atmosférica,
Ruidos
y
Radiaciones. Editorial EDITEX, Madrid 2001.
MUNICIPALIDAD METROPOLITANA DE LIMA
(1999) Monitoreo de Material Particulado PM10 en
el Palacio Municipal – Centro Histórico de Lima.
Reporte del PRAAM – MML.
Jerónimo García V., Jessica Tantaleán N.
MUNICIPALIDAD
METROPOLITANA
DE
LIMA/PRAAM (2001), Monitoreo de Material
Particulado PM 2.5 en la avenida Abancay –
Centro Histórico de Lima. Reporte del PRAAM –
MML.
PACSI V. SERGIO (2003). Evaluación y Tendencias
de la Contaminación del aire por dióxido de
nitrógeno y dióxido de azufre en Lima
Metropolitana. Anales Científicos. Vol LVI, 2003.
SWISCONTACT/INFRAS, PISA-LIMA/CALLAO:
EMOD/CMAP, (2002) Assumptions and Results.
Estudio encargado por el Comité de Gestión de la
Iniciativa de Aire Limpio de Lima y Callao.
SWISSCONTACT (2000), Revisión Técnica de
Vehículos - Límities Máximos Emisiones. Estudio
encargado por la Dirección General de Asuntos
An cient. 69(4) 2008, pp. 1-11
Ambientales del ex MTC, Vivienda y
Construcción.
SWISSCONTACT (2001) Estudio de Saturación de
la Calidad del Aire de la Ciudad de Lima
Metropolitana y Callao. Estudio encargado por el
Comité de Gestión de la Iniciativa de Aire Limpio
de Lima y Callao.
TANTALEAN N. JESICA (2006). Evaluación de la
Calidad del Aire en el Centro Histórico de Lima
en el mes de Febrero del 2005. Tesis de Ingeniero.
VISCARRA, MANUEL ANDREU (1982), La
Atmósfera Contaminada y sus Relaciones con el
Publico.
WARK KENNETH and WARNER CECIL.
Contaminación del Aire, origen y Control.
Editorial LIMUSA. Mexico, 2000.
11
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 11/02/2008
Aceptado: 31/03/2008
Rendimiento académico de estudiantes de primer ciclo en relación a la
modalidad y especialidad de ingreso en la UNALM
Rocío C. Delgado A. 1, Mónica R. Gutiérrez R. 2
Resumen
El objetivo del estudio fue examinar la asociación entre el rendimiento académico estudiantil en el curso de
Matemática Básica, tanto con la modalidad, como con la especialidad de ingreso. La muestra (n=3558) estuvo
constituida por estudiantes ingresantes de las modalidades concurso de admisión, exonerados primeros puestos de
educación secundaria y exonerados del Centro Pre La Molina. Las categorías del rendimiento académico fueron tres
(muy bajo, bajo y medio-alto) y para la especialidad de ingreso del estudiante fueron once. Se empleó el análisis de
correspondencia simple, los datos se procesaron con el software estadístico SPSS v. 11. Se efectuó el análisis
separadamente para diez ciclos desde el 2001 II hasta el 2006 I. Los resultados permitieron rechazar la hipótesis de
independencia entre las variables. Se evidenció en cada uno de los diez ciclos, la asociación entre: el rendimiento
académico bajo y muy bajo con la modalidad exonerados primeros puestos; el rendimiento muy bajo con la
modalidad concurso de admisión y el rendimiento medio-alto con la modalidad exonerados del Centro Pre La
Molina; el rendimiento académico medio-alto con las especialidades de Industrias Alimentarias, Biología e
Ingeniería Ambiental.
Palabras clave: Rendimiento académico, matemática, análisis de correspondencia.
Abstract
The aim of the study was to explore the association between the academic student performance (ASP) in Basic
Mathematics (BM) class with both type (TA) and career of admission (CA). Data from first semester students
(n=3558) were used in this study. The academic performance in BM class was categorized in three classes (very
low, low and mid-high). The type of admission were admission test (AT), exoneration for being at first places at
high school (EHS), and exoneration for being at the first places at La Molina Pre-academic Center (EPL), and career
of admission had eleven levels. Simple correspondence analysis implemented in SPSS v. 11 was used to analyze
data for ten semesters (2001 to 2006), separately. The hypothesis of independence between ASP with TA and CA
was rejected in all semesters. There is evidence of the association between low ASP and EHS, very low ASP and
EHS, AT and very low ASP, and mid-high ASP and EPL. Food science, Biology and Environmental Engineering
careers were associated with mid-high ASP.
Key words: Academic student performance, mathematics, correspondence analysis.
1. Introducción
Se ha observado que el porcentaje de estudiantes
desaprobados, en el primer curso de matemáticas de
la Universidad Nacional Agraria la Molina
(UNALM), en diez ciclos consecutivos varió entre
20,5% y 45,7%, y el porcentaje de estudiantes que
obtuvieron la nota mínima aprobatoria varió entre
13,1% y 19,3%. Ver Tabla 1.
La preocupación por estos resultados y las
dificultades que generan han dado origen a la
presente investigación, la cual forma parte de un
proyecto orientado a mejorar el rendimiento
académico en los cursos básicos de matemática.
Un primer paso en el estudio del rendimiento
académico, dirigido a la aplicación de medidas
preventivas con fines de mejora, es la exploración del
comportamiento de las variables previas al proceso
de enseñanza aprendizaje, que puedan influir en él.
Así, en el presente trabajo se plantearon los
siguientes objetivos: examinar la asociación entre el
rendimiento académico de los estudiantes en el curso
de Matemática Básica y la modalidad de ingreso, y
examinar la asociación entre el rendimiento
1, 2
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima,
Perú.
E-mail:
[email protected],
[email protected]
académico de los estudiantes en el curso de
Matemática Básica y la especialidad de ingreso.
Tabla 1. Resultados obtenidos por los
estudiantes del 1er ciclo del curso Matemática
Básica.
Ciclo
Total de
ingresantes
2001 – II
2002 – I
2002 – II
2003 – I
2003 – II
2004 – I
2004 – II
2005 – I
2005 –II
2006 – I
348
330
354
324
355
414
353
413
332
420
Estudiantes
desaprobados
(%)
39,4
33,9
37,6
45,7
36,3
20,5
35,1
38,0
31,6
28,8
Estudiantes
con nota
mínima (%)
18,1
17,6
17,2
15,7
13,8
15,0
19,3
13,1
15,7
15,0
*El sistema de calificación es vigesimal y la nota final mínima
aprobatoria es 11.
Fuente: Oficina Académica de Estudios (OAE).
Elaboración Propia.
Se utilizará la técnica de interdependencia: análisis
de correspondencia simple, la cual es una técnica
descriptiva (Hair, 1999). Se aplicará, separadamente,
para diez ciclos desde el 2001 II hasta el 2006 I.
12
Rocío C. Delgado A, Mónica R. Gutiérrez R.
2. Revisión de literatura
2.1 Antecedentes
Estudios previos de aspectos relacionados con el
rendimiento de estudiantes de la UNALM, en el
primer curso de matemáticas, fueron realizados por:
Bazán y Sotero (1998), quienes estudiaron las
actitudes hacia la matemática de estudiantes
ingresantes del ciclo 1995 - I, diferenciando sus
resultados según edad, sexo y especialidad de
ingreso. Algunas de sus conclusiones fueron: que en
general la actitud hacia la matemática es más bien
negativa, no encontraron diferencias por sexo y
hallaron diferencias por especialidad.
Moreno y otros (2001), identificaron similitudes
entre las especialidades de ingreso y grupos horarios
de clases con base en los rendimientos obtenidos en
el curso de Matemática I, en el semestre 2000-I. Una
de las conclusiones con respecto al dominio de la
matemática fue la similitud entre los siguientes
grupos de especialidades: Estadística e Industrias
Alimentarias; Zootecnia y Pesquería; Biología y
Ciencias Forestales; Ingeniería Ambiental e
Ingeniería Agrícola.
Moreno y Huanca (2005), identificaron tipos de
errores que cometieron los estudiantes ingresantes del
ciclo 2004-I de las especialidades de Estadística y
Pesquería, en el tema de inecuaciones del curso de
Matemática Básica, asociándolos a diferentes
características, entre ellas la modalidad de ingreso.
En su estudio encontraron diferencias entre ambas
especialidades.
2.2 Rendimiento académico, concepto y
factores asociados
De La Orden et al. (2001), señala que este tema
puede ser tratado a nivel macro (rendimiento del
sistema educativo) o a nivel micro (rendimiento de
los individuos). En lo sucesivo nos referiremos al
segundo caso.
Edel (2003), conceptualiza el rendimiento
académico como un constructor susceptible de
adoptar valores cuantitativos y cualitativos, a través
de los cuales existe una aproximación a la evidencia
y dimensión del perfil de habilidades, conocimientos,
actitudes, y valores desarrollados por el alumno en el
proceso de enseñanza aprendizaje.
Teniendo en cuenta la acepción original de
rendimiento, tomada directamente del ámbito de la
economía, el rendimiento individual representa como
concepto la consecución de los objetivos educativos o
lo que es lo mismo, el producto educativo buscado
(De La Orden et al., 2001).
Benitez, Jiménez y Osika, 2000 (citados por Edel,
2003) indican que probablemente una de las
dimensiones más importantes en el proceso de
enseñanza aprendizaje lo constituye el rendimiento
académico del alumno y cuando se trata de evaluar el
rendimiento académico y cómo mejorarlo, se
analizan en mayor o en menor grado los factores que
pueden influir en él considerando generalmente, entre
otros, factores socioeconómicos, la amplitud de los
programas de estudio, las metodologías de enseñanza
utilizadas, la dificultad de emplear una enseñanza
personalizada, los conceptos previos que tienen los
alumnos, así como el nivel de pensamiento formal de
los mismos.
De La Orden et al. (2001), refiriéndose a los
estudios realizados sobre este tema, hace una síntesis,
indicando que se ha pretendido explicar el fenómeno
del rendimiento académico como el resultado de la
interacción de un conjunto de factores vinculados al
propio alumno, a la familia y su entorno socio
cultural y socioeconómico y al sistema educativo.
3. Materiales y métodos
3.1 Población y muestra de estudio
La población en estudio estuvo conformada por los
estudiantes de primer ciclo de la UNALM que
cursaron la asignatura de Matemática Básica en el
período 2001 II – 2006 I.
La muestra no probabilística por conveniencia se
determinó considerando solo tres modalidades de
ingreso: concurso de admisión ordinario, exonerados
primeros puestos de educación secundaria y
exonerados del Centro Pre La Molina. Las otras
modalidades de ingreso (traslado externo,
bachillerato internacional, Convenio Andrés Bello,
exonerados profesionales, deportistas calificados,
discapacitados y víctimas del terrorismo) no fueron
consideradas porque solo representan entre el 0,6% y
4,5% del total de ingresantes durante el período
2001-II al 2006-I. Ver Tabla 2 y Tabla 3.
Tabla 2. Distribución de estudiantes de primer ciclo según modalidad de ingreso.
Ciclo
2001 - II
2002 - I
2002 - II
2003 - I
2003 - II
2004 - I
2004 - II
2005 - I
2005 -II
2006 - I
Total de
ingresantes
348
330
354
324
355
414
353
413
332
420
3643
Concurso admisión
ordinario
(%)
69,0
53,3
72,0
61,1
72,1
59,4
70,3
58,4
66,6
63,8
Exonerados
primeros puestos
(%)
4,0
7,6
4,2
7,1
5,1
6,3
5,9
8,5
8,4
6,9
Exonerados centro
pre La Molina
(%)
25,9
34,5
21,8
29,9
21,7
30,4
20,7
30,5
24,4
27,1
Fuente: Oficina Académica de Estudios (OAE). Elaboración Propia.
Tabla 3. Distribución de las muestras por ciclo.
13
Otras
modalidades
(%)
1,1
4,5
2,0
1,9
1,1
3,9
3,1
2,7
0,6
2,1
Ciclo
Total
2001 - II
2002 - I
2002 - II
2003 - I
2003 - II
2004 - I
2004 - II
2005 - I
2005 -II
2006 - I
Concurso
admisión
ordinario
(%)
69,8
55,9
73,5
62,3
72,9
61,8
72,5
60,0
67,0
65,2
Exonerados
primeros
puestos
(%)
4,1
7,9
4,3
7,2
5,1
6,5
6,1
8,7
8,5
7,1
Exonerados
centro pre la
molina
(%)
26,2
36,2
22,2
30,5
21,9
31,7
21,3
31,3
24,5
27,7
344
315
347
318
351
398
342
402
330
411
3558
Fuente: Oficina Académica de Estudios (OAE). Elaboración Propia.
Alimentarias (ALI), Ingeniería Agrícola (AGRI),
Ingeniería Ambiental (AMB), Ingeniería en Gestión
Empresarial (GES), Ingeniería Forestal (FOR),
Pesquería (PES) y Zootecnia (ZOO).
3.2 Variables
Se consideraron tres variables: rendimiento
académico estudiantil en Matemática Básica,
modalidad de ingreso y especialidad de ingreso.
El rendimiento académico estudiantil, se definió
operacionalmente en términos cualitativos en tres
niveles: Muy Bajo, Bajo y Medio-Alto. La asignación
a un nivel o categoría dependió de la nota final
obtenida por el estudiante en el curso. Ver Tabla 4.
3.3 Software estadístico
Los datos fueron proporcionados por la Oficina
Académica de Estudios y se organizaron en una base
de datos para su respectivo procesamiento en el
programa estadístico SPSS por Windows v. 11.
3.4 Método
Tabla 4. Rendimiento académico estudiantil.
Nivel o
categoría
Muy Bajo
Bajo
Medio-Alto
Nota final en
matemática básica
Menor o igual a 09
Igual a 10, 11 y 12
Mayor o igual a 13
De acuerdo a los objetivos planteados y teniendo
en cuenta el tipo de las variables se utilizó la técnica
análisis de correspondencia simple.
Uno de los objetivos de esta técnica es examinar la
asociación entre las categorías de dos variables
cualitativas y representarlas en un mapa perceptual.
La aplicación de la técnica se inicia con la
elaboración de una tabla cruzada de frecuencias de
dos variables cualitativas (tabla de contingencia) con
p filas y q columnas (Tabla 5), la cual se transformará
en una matriz de porcentajes fila y columna
conocidos como perfiles fila y columna. La
ponderación de cada perfil recibe el nombre de masa.
Así las masas de las columnas son los perfiles
promedios de las filas y viceversa. Ver Tabla 6 y
Tabla 7.
Etiqueta de
la categoría
C
B
A
Fuente: Elaboración Propia.
La modalidad de ingreso es una variable cualitativa
nominal con tres categorías: concurso de admisión
ordinario (ADM), exonerados primeros puestos de
educación secundaria (EPP) y exonerados del Centro
Pre La Molina (PRE).
La variable especialidad de ingreso, variable
cualitativa nominal, representa once categorías:
Agronomía (AGRO), Biología (BIO), Economía
(ECO), Estadística e Informática (EST), Industrias
Tabla 5. Tabla cruzada de frecuencias.
Variable 2
Variable 1
c1
c2
f1
a11
a12
cj
Total
cq
q
a1q
a1 j
t1
ai j
ti
ap j
tp
j 1
q
ai j
fi
j 1
q
a pq
fp
j 1
p
p
p
Total
ai1
ai j
k1
i 1
i 1
ai q
kj
kq
i 1
donde:
An cient. 69(4) 2008, pp. 12-21
14
Rocío C. Delgado A, Mónica R. Gutiérrez R.
fi
Ci
aij
ti
ki
: representa la i-ésima categoría de la variable 1
: representa la j-ésima categoría de la variable 2
representa la frecuencia de la i-ésima categoría de la variable 1 en la j-ésima categoría de la
:
variable 2
: total de casos de la i-ésima categoría de la variable 1
: total de casos de la j-ésima categoría de la variable 2
Tabla 6. Tabla de perfiles fila.
Variable 2
Variable 1
f1
c1
c2
a11
t1
a12
t1
fi
cj
cq
a1q
q
a1 j
t1
j 1
t1
ai j
q
aij
ti
j 1
ti
a pq
q
a pj
tp
j 1
tp
fp
1
p
Masa
p
ai1
ti
i 1
p
1
p
w1
ai j
i 1
1
p
wj
ti
p
ai q
i 1
ti
1
1
1
wq
donde:
w j : masa de la j-ésima categoría de la variable 2; es el promedio de los perfiles fila en la j-ésima
categoría de la variable 2 o perfil promedio.
Tabla 7. Tabla de perfiles columna.
Variable 2
Variable 1
f1
c1
c2
a11
k1
a12
k2
cj
Masa
cq
a1q
1
q
kq
ai j
fi
1
q
ki
a pq
fp
1
q
tp
p
i 1
ai1
k1
p
1
i 1
aij
kj
p
aiq
i 1
kq
1
q
a1 j
j 1
kj
q
ai j
j 1
kj
q
a pj
j 1
kj
z1
zi
zp
1
donde:
zi : masa de la i-ésima categoría de la variable 1; es el promedio de los perfiles columna en la iésima categoría de la variable 1 o perfil promedio.
Los perfiles fila de cada categoría de la variable 2 en
función de la variable 1 se pueden considerar como
15
vectores y por tanto, ser representados como puntos
en un espacio q dimensional. El vector con las masas
o
ponderaciones
de
cada
columna:
( w1 , , w j , , wq ) puede considerarse como el
centroide del hipotético espacio q dimensional.
Aquellas categorías de la variable 2 con perfiles
fila parecidos, estarán más cercanas en el espacio q
dimensional. Para una fácil interpretación, de la
cercanía o lejanía, se representarán en un espacio
dimensional reducido.
La representación dimensional requiere del
cálculo de la distancia entre los distintos perfiles fila.
Se formará la matriz de distancias calculando la
distancia chi-cuadrado entre los vectores de los
perfiles fila, donde cada elemento del vector se
pondera por la inversa de su masa correspondiente,
esto es:
aij
ti
q
d (i, i )
ai j
ti
2
wj
j 1
donde:
d (i, i )
es la distancia entre los puntos i y i
a ij
es un elemento del vector perfil fila del
punto i , vector de dimensión q
ti
wj
es un elemento del centroide
Greenacre, citado por Uriel, justifica el empleo de
este tipo de distancias en razón de que la división de
cada término por el valor medio tiene efectos de
estandarización de la varianza, compensando la
elevada varianza en frecuencias de ocurrencia altas y
lo contrario en las frecuencias de ocurrencia bajas, lo
que haría que las primeras tuvieran peso superior en
el cálculo de la distancia.
Similarmente se calculan las distancias entre los
perfiles columna.
Otro concepto importante, para la interpretación de
los resultados del análisis de correspondencia, es el
de inercia, la cual es una medida de la dispersión de
los perfiles en el espacio multidimensional. La inercia
se calcula para cada perfil fila, como el producto de
la masa por el cuadrado de la distancia chi-cuadrado
de este perfil al perfil promedio. La inercia del perfil i
está dada por:
q
I i zi
j 1
aij
ti
2
wj
wj
Cuanto mayor es la inercia, más alejados estarán
unos de otros, los puntos que representan a cada
categoría de las variables.
2
La distancia ( d i ) de un perfil fila i al perfil
promedio se descompone en: la distancia del perfil a
su proyección en el plano y la distancia de esta
proyección al centroide, como se observa en la
Figura 1.
An cient. 69(4) 2008, pp. 12-21
Perfil i con
masa wi
di
di 2 dˆi 2 ei 2
ei
dˆi
centroide
Figura 1. Descomposición de la distancia de un
perfil fila al perfil promedio.
Por tanto, la inercia total estará dada por:
p
IT
p
i 1
p
wi di 2
Ii
i 1
p
di
i 1
2
ei
2
i 1
Es decir, se descompone entre la parte de la inercia
contenida en el plano d i y la inercia residual ei . La
proximidad entre los perfiles y el plano se mide en
términos de mínimos cuadrados ponderados,
mediante la inercia residual que debe ser minimizada
o análogamente la inercia en el plano deberá ser
maximizada. El porcentaje que resulte de la inercia
del plano sobre la inercia total será un indicador de la
bondad de ajuste de la solución dimensional reducida.
Análogamente, se calcula la inercia para todos los
perfiles columna.
Otro indicador de la bondad de ajuste de la
solución, es el estadístico chi-cuadrado que sirve para
contrastar la hipótesis nula de independencia entre
dos variables. Si se acepta la hipótesis, no existe
asociación significativa entre los diferentes niveles de
las variables consideradas.
Luego de este análisis, tanto para filas como para
columnas, y tomando en cuenta las relaciones de
transición entre los dos subespacios, se procede a
realizar un análisis conjunto que permitirá graficar
simultáneamente los puntos perfil fila y columna
sobre un mismo plano, enriqueciendo su
interpretación.
La interpretación de los resultados se realiza
mediante el análisis de la:
Contribución Relativa. Es la contribución de la
dimensión a la inercia del punto, cuanto más cercano
a la unidad, mejor representado estará el punto perfil
fila (columna) en la dimensión analizada. Permite
cuantificar la correlación que existe entre la
dimensión y cada punto fila (columna). Identifica el
grado de participación de cada punto fila (columna)
dentro de la dimensión, es decir, la calidad de su
representación en el eje. Cuando el valor de la
contribución de un punto es relativamente bajo, se
puede interpretar que ese punto fila (columna) no está
correlacionado al eje y por lo tanto no será utilizado
para definir el eje.
Contribución Absoluta. Es la contribución de cada
punto perfil fila (columna) en la formación de un eje,
cuanto más alto es su valor, más alejado se encuentra
ese punto del centroide o posee una alta ponderación.
A los puntos cuya contribución es relativamente baja,
16
Rocío C. Delgado A, Mónica R. Gutiérrez R.
generalmente se les retira del análisis y el
investigador puede considerarlos como elementos
suplementarios en la interpretación del mapa
perceptual, sin tener en cuenta su ponderación.
Finalmente se representa la solución en un mapa
dimensional reducido, denominado mapa perceptual,
por lo general de dos dimensiones o ejes. Los pasos a
seguir para su interpretación son:
- Se buscan los puntos fila que tienen mayor
contribución absoluta
- Se separan los puntos que se proyectan hacia el lado
positivo y los que se proyectan hacia el lado negativo,
es decir, los puntos opuestos.
- Se estudia la calidad de representación de la
contribución relativa de estos puntos. Si un punto
tiene alta contribución relativa, tendrá mejor
correlación con ese eje. Para el estudio será necesario
considerar el conjunto de ejes.
- Se buscan aquellos puntos fila, que si bien no
contribuyen a la formación del eje, sí se encuentran
bien representados (contribución relativa alta).
Finalizada la interpretación de los puntos fila, se
siguen los mismos pasos para los puntos columna,
luego para los puntos fila y columna, es decir, se
analiza la representación simultánea de las categorías
de las dos variables; para finalmente identificar las
asociaciones entre las diferentes categorías.
tomar en cuenta su participación relativa dentro de
una fila (Tabla 9).
Tabla 10. Tabla de perfiles columna.
MOD
ADM
EPP
PRE
Margen activo
REND
B
A
.631
.631
.085
.043
.284
.326
1.000
1.000
C
.735
.108
.157
1.000
Las distancias entre perfiles fila y las distancias
entre perfiles columna se representarán en los
respectivos mapas perceptuales.
En la Tabla 1, el valor chi-cuadrado (11,241)
permite rechazar la hipótesis de independencia entre
las variables rendimiento académico y modalidad de
ingreso y por tanto continuar con el análisis. La
dimensión 1 explica el 93,2% de la variación de los
datos y la dimensión 2 el 6,8%, con lo cual se explica
el 100% de la variación total.
Tabla 11. Cuadro resumen de la modalidad de
ingreso y rendimiento académico.
Proporción de inercia
Dimensión
1
2
Total
4. Resultados y discusión
Valor propio
.160
.043
Inercia
.025
.002
.027
Chi-cuadrado
11.241
Puntuación en la
dimensión
Contribución
REND
B
A
89
12
40
141
118
8
61
187
Margen activo
268
29
114
411
MOD
ADM
EPP
PRE
Total activo
En la Tabla 9 se observa un conjunto de 3 puntos
(modalidad de ingreso) en el espacio vectorial R3.
Estos puntos van acompañados de sus respectivas
ponderaciones (masas) que permitirán encontrar su
correspondiente centro de gravedad y será usado para
la identificación de los ejes o dimensiones.
REND
C
.228
.310
.114
.202
B
.332
.414
.351
.343
A
.440
.276
.535
.455
Margen activo
1.000
1.000
1.000
De igual forma en el Tabla 10, se observa un
conjunto de 3 puntos (rendimiento académico) en el
espacio vectorial R3. Los resultados indicarían que las
frecuencias más altas para los tres rendimientos
académicos corresponderían a la modalidad Concurso
de Admisión (ADM), sin embargo, también se debe
17
Masa
.652
.071
.277
1.000
1
-.145
-.896
.568
2
-.132
.593
.159
Inercia
.003
.010
.015
.027
De los puntos a la
inercia de la
dimensión
1
2
.085
.263
.355
.575
.560
.163
1.000
1.000
De la dimensión a la inercia del
punto
1
2
Total
.816
.184
1.000
.894
.106
1.000
.979
.021
1.000
.8
EPP
.6
.4
PRE
.2
Dimensión 2
Tabla 9. Tabla de perfiles fila.
MOD
ADM
EPP
PRE
Masa
Acumulada
.932
1.000
1.000
Tabla 12. Examen de los puntos de fila, modalidad
de ingreso.
Tabla 8. Tabla cruzada de frecuencias.
61
9
13
83
.024a
Explicada
.932
.068
1.000
y
En la Tabla 8 se observan las frecuencias absolutas
por categoría.
C
Sig.
a. 4 grados de libertad
4.1 Rendimiento académico (REND)
modalidad de ingreso (MOD), ciclo 2006 I
MOD
ADM
EPP
PRE
Margen activo
Masa
.652
.071
.277
0.0
ADM
-.2
MOD
-.4
-1.0
-.8
-.6
-.4
-.2
.0
.2
.4
.6
.8
Dimensión 1
Figura 2. Mapa perceptual de la modalidad de
ingreso.
Las modalidades que tienen mayor grado de
correlación con cada dimensión son aquellas cuyos
valores de contribución relativa son los más altos
(cercanía con ejes). En la Tabla 12 y Figura 2, se
visualiza que las modalidades con mayor
Tabla 13. Examen de los puntos de columna,
rendimiento académico.
Puntuación en la
dimensión
REND
C
B
A
Total activo
Masa
.202
.343
.455
1.000
1
-.717
-.040
.349
2
-.178
.287
-.137
In ercia
.017
.001
.009
.027
De la dimensión a la inercia del
punto
1
2
Total
.984
.016
1.000
.068
.932
1.000
.960
.040
1.000
.8
.7
.6
.5
.4
B
.3
.2
Dimensión 2
.1
0.0
-.1
A
C
-.2
-.3
-.4
REND
-1.0
-.8
-.6
-.4
-.2
-.0
.2
.4
.6
.8
Dimensión 1
Figura 3 Mapa perceptual del rendimiento
académico.
En la Tabla 13 y Figura 3 se visualizan los
rendimientos académicos con altos valores de
contribución relativa; para la dimensión 1 son: muy
bajo (C) (0,984) en la parte negativa y medio-alto (A)
(0,960) en la parte positiva del eje horizontal; para la
dimensión 2 son: bajo (B) (0,932) en la parte positiva
y medio-alto (A) (0,040) en la parte negativa del eje
vertical.
Los rendimientos académicos que contribuyen
significativamente en la formación de las
dimensiones son aquellos con valores de contribución
An cient. 69(4) 2008, pp. 12-21
.8
EPP
.6
.4
B
PRE
.2
0.0
ADM
C
A
-.2
REND
-.4
MOD
-1.0
-.8
-.6
-.4
-.2
.0
.2
.4
.6
.8
Dimensión 1
Figura 4. Mapa perceptual en la modalidad de
ingreso y rendimiento académico.
Contrib ución
De lo s puntos a la
in ercia de la
dimensión
1
2
.650
.148
.003
.653
.346
.199
1.000
1.000
absoluta más altos; para la dimensión 1 son: muy
bajo (C) (0,650) en la parte negativa y medio-alto (A)
(0,346) en la parte positiva del eje horizontal; para la
dimensión 2 son: bajo (B) (0,653) en la parte positiva
y medio-alto (A) (0,199) en la parte negativa del eje
vertical.
Considerando los valores de las contribuciones, la
dimensión 1 hace diferencia entre el nivel medio-alto
(A) de los otros dos rendimientos. Y la dimensión 2
hace diferencia entre el nivel bajo (B) y los otros dos
rendimientos.
Dimensión 2
contribución relativa para la dimensión 1 son: exon.
Centro Pre La Molina (PRE) (0,979) en la parte
positiva y exon. primeros puestos (EPP) (0,894) en la
parte negativa del eje horizontal. Para la dimensión 2
son: Concurso de Admisión (ADM) (0,184) en la
parte negativa y exonerados primeros puestos (EPP)
(0,106) en la parte positiva del eje vertical.
Las
modalidades
que
contribuyen
significativamente en la formación de las
dimensiones son aquellas con valores de contribución
absoluta más altos (alejadas del centroide); para la
dimensión 1 son: exon. Centro Pre La Molina (PRE)
(0,560) en la parte positiva y exon. primeros puestos
(EPP) (0,355) en la parte negativa del eje horizontal.
Además, exon. primeros puestos (EPP) (0,575) en la
parte positiva y concurso de admisión (ADM) (0,263)
en la parte negativa del eje vertical. Adicionalmente
la dimensión 1 hace diferencia entre exon. Centro Pre
La Molina (PRE) y las otras modalidades; la
dimensión 2 entre concurso de admisión (ADM) y las
otras modalidades.
La propiedad de las relaciones de transición
permite representar simultáneamente la modalidad y
el rendimiento en un mismo plano. En la Figura 4, se
observa asociación entre la modalidad exonerado
Centro Pre La Molina (PRE) y el rendimiento medioalto (A) pues están bien representados (contribución
relativa) en la dimensión 1 y contribuyen
simultáneamente a su formación (contribución
absoluta). En la parte negativa de la dimensión 1, la
modalidad (ADM) se asocia con el rendimiento muy
bajo (C). De la dimensión 2 (parte positiva) la
modalidad (EPP) se asocia con el rendimiento bajo
(B) y por la dimensión 1 (parte positiva) se asocia
con el rendimiento muy bajo (C).
Se procedió de igual forma para cada ciclo, desde
el 2001 II al 2005 II; encontrándose resultados
similares a los del Figura 4, es decir, existe
asociación entre el rendimiento medio-alto (A) y la
modalidad exon. Centro Pre La Molina (PRE); el
rendimiento bajo (B) se asocia con la modalidad
exon. primeros puestos (EPP) y el rendimiento muy
bajo (C) se asocian con las modalidades concurso de
admisión (ADM) y exon. primeros puestos (EPP).
4.2
Rendimiento
académico
(REND)
y
especialidad de ingreso (ESP), ciclo 2006 I
En la Tabla 14 se observan las frecuencias
absolutas por categoría.
Tabla 14. Tabla de cruzada de frecuencias.
18
Rocío C. Delgado A, Mónica R. Gutiérrez R.
REND
ESP
A GRO
BIO
A MB
FOR
ECO
EST
GES
A GRI
ZOO
PES
A LI
Margen activo
C
B
8
2
2
8
14
4
9
14
6
14
2
83
A
32
6
4
16
14
7
4
16
13
17
12
141
35
17
24
11
9
14
12
12
21
8
24
187
Margen activo
75
25
30
35
37
25
25
42
40
39
38
411
En la Tabla 15 se observan 11 puntos
(especialidad) en el espacio vectorial R3. Para el
rendimiento muy bajo (C), la frecuencia más alta
correspondería a Economía (ECO) (0,378), para el
nivel bajo (B) correspondería a Ing. Forestal (FOR)
(0,457) e Ing. Ambiental (AMB) (0,800) para el nivel
medio-alto (A), no obstante se debe considerar la
participación relativa en las columnas.
el nivel muy bajo (C) correspondería a Economía
(ECO), Ing. Agrícola (AGRI) y Pesquería (PES), sin
embargo se debe considerar la participación relativa
dentro de cada fila.
Tabla 16. Tabla de perfiles columna.
ESP
AGRO
BIO
AMB
FOR
ECO
EST
GES
AGRI
ZOO
PES
ALI
Margen activo
REND
B
.227
.043
.028
.113
.099
.050
.028
.113
.092
.121
.085
1.000
C
.096
.024
.024
.096
.169
.048
.108
.169
.072
.169
.024
1.000
A
.187
.091
.128
.059
.048
.075
.064
.064
.112
.043
.128
1.000
Tabla 17. Cuadro resumen, especialidad de
ingreso y rendimiento académico.
Tabla 15. Tabla de perfiles fila.
REND
ESP
A GRO
BIO
A MB
FOR
ECO
EST
GES
A GRI
ZOO
PES
A LI
Masa
C
.107
.080
.067
.229
.378
.160
.360
.333
.150
.359
.053
.202
B
.427
.240
.133
.457
.378
.280
.160
.381
.325
.436
.316
.343
A
.467
.680
.800
.314
.243
.560
.480
.286
.525
.205
.632
.455
Margen activo
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
En la Tabla 16 se observan 3 puntos (rendimiento)
en el espacio vectorial R11. Los resultados indicarían
que las frecuencias más altas para dos rendimientos
bajo (B) y medio-alto (A) corresponderían a
Proporción de inercia
Dimensión
1
2
Total
Valor propio
.371
.177
Inercia
.137
.031
.169
Chi-cuadrado
69.262
Sig.
.000a
Explicada
.815
.185
1.000
En la Tabla 17 se observa que el valor chicuadrado (69,262) permite rechazar la hipótesis de
independencia entre las variables rendimiento
académico y especialidad de ingreso y por tanto
continuar con el análisis. Por otro lado las
dimensiones 1 y 2 explican, respectivamente, el
81,5% y 18,5% de la variación total de los datos.
Tabla 18. Examen de los puntos de fila, especialidad de ingreso.
Puntuación en la
dimens ión
19
Masa
.182
.061
.073
.085
.090
.061
.061
.102
.097
.095
.092
1.000
1
-.191
-.755
-1.070
.387
.816
-.327
.209
.636
-.259
.876
-.684
2
.543
-.160
-.566
.408
-.232
-.167
-1.082
-.125
.037
.044
.207
Contribución
Inerc ia
.012
.013
.035
.007
.023
.003
.014
.016
.002
.027
.017
.169
Acumulada
.815
1.000
1.000
a. 20 grados de libertad
Agronomía
(AGRO)
(0,227)
y
(0,187)
respectivamente. La frecuencia más alta (0,169) para
ESP
AGRO
BIO
AMB
FOR
ECO
EST
GES
AGRI
ZOO
PES
ALI
Total activo
Masa
.182
.061
.073
.085
.090
.061
.061
.102
.097
.095
.092
De los puntos a la
inerc ia de la
dimens ión
1
2
.018
.305
.094
.009
.225
.132
.034
.080
.162
.027
.018
.010
.007
.403
.111
.009
.018
.001
.196
.001
.117
.022
1.000
1.000
De la dimensión a la inercia del
punto
1
2
Total
.207
.793
1.000
.979
.021
1.000
.882
.118
1.000
.655
.345
1.000
.963
.037
1.000
.889
.111
1.000
.073
.927
1.000
.982
.018
1.000
.990
.010
1.000
.999
.001
1.000
.958
.042
1.000
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 11/02/2008
Aceptado: 31/03/2008
1.0
(PES) (0,196) e Industrias Alimentarias (ALI) (0,117)
en la parte positiva e Ingeniería Ambiental (AMB)
(0,225) y Economía (ECO) (0,162) en la parte
negativa del eje horizontal. En la dimensión 2 son:
Agronomía (AGRO) (0,305) e Ingeniería Forestal
(FOR) (0,080) en la parte positiva e Ingeniería en
Gestión Empresarial (GES) (0,403) e Ingeniería
Ambiental (AMB) (0,132) en la parte negativa del eje
vertical.
AGRO
.5
FOR
ALI
PES
ZOO
0.0
BIO
AMB
-.5
Dimensión 2
AGRI
ECO
EST
GES
-1.0
ESP
-1.5
-1.5
-1.0
-.5
0.0
.5
1.0
1.5
Dimensión 1
Figura 5. Mapa perceptual de la especialidad de
ingreso.
En la Tabla 18 y Figura 5 se observa que las
especialidades que tienen valores altos de
contribución relativa para la dimensión 1 son:
Pesquería (PES) (0,999) e Ing. Agrícola (AGRI)
(0,982) en la parte positiva y Zootecnia (ZOO)
(0,990) y Biología (BIO) (0,979) en la parte negativa
del eje horizontal. Para la dimensión 2, son:
Agronomía (AGRO) (0,793) e Ing. Forestal (FOR)
(0,345) en la parte positiva e Ing. en Gestión
Empresarial (GES) (0,927) e Ing. Ambiental (AMB)
(0,118) en la parte negativa del eje vertical.
También se observa que las especialidades de
ingreso que contribuyeron significativamente en la
formación de las dimensiones fueron aquellas con
valores de contribución absoluta más altos, para la
dimensión 1, las especialidades de ingreso con
mayores contribuciones absolutas son: Pesquería
Finalmente, considerando los valores de
contribución relativa y absoluta, la dimensión 1
diferenció las especialidades de ingreso (en el eje
positivo) Pesquería, Economía e Ingeniería Agrícola
con respecto a las especialidades (en el eje negativo)
de Biología, Zootecnia, Industrias Alimentarias e
Ingeniería Ambiental. En cambio, la dimensión 2
diferenció entre las especialidades de ingreso
Agronomía, Ingeniería Forestal y Zootecnia (en el eje
positivo) y Biología, Ingeniería Ambiental e
Ingeniería en Gestión Empresarial (en el eje
negativo).
En la Tabla 19 y Figura 6, se observa que los
rendimientos académicos con altos valores de
contribución relativa para la dimensión 1 son: muy
bajo (C) (0,855) en la parte positiva y medio-alto (A)
(0,965) en la parte negativa del eje horizontal; para la
dimensión 2 son: bajo (B) (0,643) en la parte positiva
y muy bajo (C) (0,145) en la parte negativa del eje
vertical.
Tabla 19. Examen de los puntos de columna, rendimiento académico.
Puntuación en la
dimensión
REND
C
B
A
Total activo
Masa
.202
.343
.455
1.000
1
.915
.282
-.619
Contribución
2
-.546
.548
-.171
Inercia
.073
.028
.067
.169
1.0
.5
A
C
Dimensión 2
-.5
-1.0
REND
-1.5
-1.5
-1.0
-.5
0.0
.5
1.0
De la dimensión a la inercia del
punto
1
2
Total
.855
.145
1.000
.357
.643
1.000
.965
.035
1.000
dimensiones son aquellos con valores de contribución
absoluta más altos y para la dimensión 1 son: muy
bajo (C) (0,457) en la parte positiva y medio-alto (A)
(0,470) en la parte negativa del eje horizontal; para la
dimensión 2 fueron: bajo (B) (0,583) en la parte
positiva y muy bajo (C) (0,341) en la parte negativa
del eje vertical.
B
0.0
De los puntos a la
inercia de la
dimensión
1
2
.457
.341
.073
.583
.470
.075
1.000
1.000
1.5
Dimensión 1
Finalmente, considerando los valores de
contribución relativa y absoluta, la dimensión 1
diferenció el rendimiento medio-alto (A) de los otros
dos niveles.
En tanto, la dimensión 2 diferenció el rendimiento
bajo (B) de los otros dos niveles.
Figura 6. Mapa perceptual del rendimiento
académico.
Los
rendimientos
que
contribuyeron
significativamente en la formación de las
20
Rocío C. Delgado A, Mónica R. Gutiérrez R.
1.0
AGRO
.5
estudiantes ingresantes de la modalidad exonerados
primeros puestos y concurso de admisión.
Considerar la variable modalidad de ingreso en el
desarrollo de futuros trabajos de investigación
relacionados con la predicción del rendimiento
académico en los cursos básicos de matemáticas que
ofrece la UNALM.
B
FOR
ALI
PES
ZOO
0.0
BIO A
AGRI
ECO
EST
C
AMB
-.5
Dimensión 2
6. Referencias bibliográficas
GES
-1.0
REND
-1.5
ESP
-1.5
-1.0
-.5
0.0
.5
1.0
1.5
Dimensión 1
Figura 7. Mapa perceptual de la especialidad de
ingreso y rendimiento académico.
En la Figura 7 se observa la asociación entre el
rendimiento medio-alto (A) y las especialidades de
Biología (BIO), Ing. Ambiental (AMB), Estadística
(EST), Zootecnia (ZOO) e Ind. Alimentarias (ALI);
la asociación entre el rendimiento bajo (B) y las
especialidades de Agronomía (AGRO) e Ing. Forestal
(FOR) y la asociación entre el rendimiento muy bajo
(C) y las especialidades de Economía (ECO), Ing.
Agrícola (AGRI), Pesquería (PES) e Ing. en Gestión
Empresarial (GES).
Se procedió de igual forma para cada ciclo, desde
el 2001 II al 2005 II; encontrándose algunas
variaciones entre los resultados de los diferentes
ciclos, así como algunas coincidencias.
5. Conclusiones
Con respecto a la asociación entre las variables
rendimiento académico y modalidad de ingreso, para
cada ciclo desde el 2001 II hasta el 2006 I, se
evidenció que:
- El rendimiento bajo (B) y muy bajo (C) se asocian
con la modalidad Exonerados Primeros Puestos
(EPP)
- El rendimiento académico muy bajo (C) se asocia
con la modalidad Concurso de Admisión (ADM).
- El rendimiento académico medio-alto (A) se asocia
con la modalidad Exonerados del Centro Pre La
Molina (PRE).
- En relación a la asociación entre las variables
rendimiento académico y especialidad de ingreso,
para cada ciclo desde el 2001 II hasta el 2006 I, se
evidenció que el rendimiento medio-alto (A) se
asocia con las especialidades Ing. Ambiental,
Biología e Industrias Alimentarias, no observándose
un patrón de asociación
con las demás
especialidades, en el período mencionado.
Para finalizar el presente estudio y con base en los
resultados y las conclusiones, sugerimos:
Incluir el dato de modalidad de ingreso en el
historial académico online del estudiante.
Diseñar e implementar un módulo especial antes
del inicio de cada ciclo, que permita afianzar los
conocimientos previos requeridos en el curso de
Matemática Básica, especialmente dirigido a los
21
BAZÁN, J. y SOTERO, H. 1998. Una aplicación al
estudio de actitudes hacia la matemática en la
UNALM. Anales Científicos UNALM. Volumen
XXXVI. Págs. 60-72.
EDEL, R. 2003. El rendimiento académico: concepto,
investigación y desarrollo. Revista Electrónica
Iberoamericana sobre Calidad, Eficacia y Cambio
en Educación. Vol.1, N° 2. Disponible en la World
Wide
Web:
http://www.ice.deusto.es/RINACE/reice/vol1n2/Ed
el.pdf. Consultada el 19 de Diciembre de 2007.
DE LA ORDEN, A. et al. 2001. Modelos de
investigación del bajo rendimiento. Revista
Complutense de Educación. ISSN: 1130-2496.
Vol. 12. Núm. 1. Págs. 159-178. Universidad
Complutense de Madrid.
HAIR, JOSEPH; ANDERSON ROLPH; TATHAM
RONALD y BLACK WILLIAM. 1999. Análisis
Multivariante. Prentice Hall.
HERNANDEZ DE RINCON, A.I. El rendimiento
académico de las matemáticas en alumnos
universitarios. ED. [online]. abr. 2005, vol.12, no.1
[citado 15 Noviembre 2007], p.9-30. ISSN 13154079. Disponible en la World Wide Web:
<http://www.serbi.luz.edu.ve/scielo.php?script=sci_a
rttext&pid=S131540792005004000002&lng=es&nrm=iso>.
HERNANDEZ, R., FERNADEZ, C. y BAPTISTA,
L. 2003. Metodología de la Investigación. Tercera
edición. México. McGraw-Hill.
MORENO, A. et al. 2001. Análisis de similaridad
entre las especialidades y entre los horarios de
clases de la UNALM en el curso de Matemática I.
Anales Científicos UNALM. Volumen XLIX.
Págs. 14-27.
MORENO, A., HUANCA, L. 2005. Análisis de
correspondencias múltiples aplicado a la
identificación de características de los estudiantes
ingresantes de estadística y pesquería de la
UNALM. Anales Científicos UNALM. Volumen
LXII. Págs. 170-186.
MORENO, A. 1998. Identificación de atributos
asociados a universidades mediante la aplicación
de las técnicas multivariantes: Análisis Factorial y
Análisis factorial de correspondencias. Tesis
UNALM. Pág. 23.
URIEL, EZEQUIEL y ALDÁS, JOAQUÍN. 2005.
Análisis Multivariante Aplicado. Thomson.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 12/09/2007
Aceptado: 27/06/2008
Contenido de plomo en leche materna de lactantes de la zona metalúrgica de
La Oroya
Elizabeth Paitán A.1, Elva Ríos R.2, Cecilia Nieto A.3
Resumen
El presente estudio se realizó para determinar los niveles de Plomo en leche materna de lactantes con tiempos
mínimos de residencia de un año en la ciudad de la Oroya. Se realizó un estudio de corte transversal, evaluándose la
leche materna proveniente de 38 lactantes que tuvieron partos de evolución normal en el hospital II de EssaludCiudad de La Oroya, departamento de Junín, Perú. Las muestras de leche materna fueron analizadas por
espectrofotometría de absorción atómica con horno de grafito en el Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN
Lima) para determinar el contenido de plomo presentes en las muestras. El contenido promedio de Plomo hallado en
las muestras de leche materna analizadas fue de 108.33 ug/dl Si bien no se hallaron correlaciones positivas entre
el nivel de Plomo en la leche materna analizada y la cercanía de la zona de fundición, el tiempo de residencia y la
edad de la madre, se observó que en todas las muestras analizadas el contenido de Plomo supera el valor crítico
establecido por el Codex Alimentario y FAO 2000 (2.0 ug/dl).
Palabras clave: Plomo, leche materna, contaminación, metales pesados.
Abstract
The present study was done to determine the lead levels in mother chest´s milk samples, with at least one residence
year in the Oroya city. It was done a traversal sectional study and mother milk from 38 women, who had normal
childbirths in the hospital the II Essalud-Oroya city- Junín, Perú was analized. The mother chest´s milk samples
were analyzed to determine lead content by Atomic Absorption´s Spectrophotometry method with graphite oven.
The assays were done in IPEN Institute- Instituto Peruano de Energía Nuclear - Lima, Perú. The average content of
Lead found in the samples of mother milk analyzed was of 108.33 ug/dl. Though positive correlations were not
situated between the Lead level in the milk samples and the nearness of the zone of smelting, residence and the
age of the mother, it was observed that the Lead content in all the analyzed samples overcomes the critical value
established by the Codex Alimentario and FAO 2000 (2.0 ug/dl).
Key words: Lead, chest’s milk, heavy metals, contamination.
1. Introducción
La contaminación por Plomo (Pb) en poblaciones
que viven en zonas minero metalúrgicas es un
problema de gran dimensión que afecta
sistemáticamente a importantes sectores de la
población, especialmente al personal que labora en
esta actividad, y afecta a sus familias debido a que la
acumulación de Plomo durante la exposición crónica
y su posterior movilización y secreción con la leche
materna constituyen un peligro para la salud, de
recién nacidos, mujeres gestantes, e infantes. Por lo
tanto, la prevalencia de contaminación por estos
metales, como problema de salud pública constituye
un
obstáculo
oculto
para
el
desarrollo
socioeconómico de la población.
El Plomo es un mineral tóxico, absorbible y
acumulable en el sistema nervioso central y en
tejidos. Los efectos deletéreos de la contaminación
por Plomo se asocian con un retraso en el crecimiento
y desarrollo, alteración de la audición, desarrollo de
neoplasias de diversa etiología así como efectos
adversos en el sistema urinario (nefritis tóxica) y
sistema gastrointestinal (Corey y Galvão, 1989)
problemas cognitivos, de conducta e incluso la
muerte (Duffus, 2001) constituyendo un importante
problema de salud pública en mujeres gestantes,
neonatos e infantes.
1
Universidad Nacional del Centro del Perú. Lima, Perú.
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima,
Perú.
E-mail:
[email protected],
[email protected]
2, 3
En las zonas minero metalúrgicas de Perú, existe
una alta exposición a la contaminación con Plomo.
Existe un importante segmento ocupacional de la
población departamental ubicada directamente a los
asentamientos mineros o industrias minero
metalúrgicas, o en zonas muy cercanas, como ocurre
con la provincia de Yauli, en el distrito de La Oroya,
el distrito de Monobamba en Chanchamayo y el
distrito de La Unión Leticia en Tarma (proyecto plan
integral, 2004). Particularmente, la ciudad de La
Oroya situada a 3730 metros sobre el nivel del mar
dispone de una población de 8000 mujeres en edad
fértil (15-49) (Censo 1993), que se encuentran
expuestas a la contaminación por Plomo y Cadmio
entre otros. Esta contaminación es transmitida al feto
en diferentes proporciones, ocasionando perjuicios en
el neonato que se agudizan más al tener una ingesta
de leche materna con alto nivel de estos minerales.
Gran parte del Plomo absorbido se acumula en los
huesos y tejidos, siendo eliminado en la leche (CIAT,
1968) secreciones gastrointestinales, cabello, uñas
sudor y orina.
El
presente
estudio
permitió
conocer
detalladamente el contenido de Plomo y su relación
con las diferentes condiciones a la que está expuesta
la madre lactante de La Oroya. Para ello en muestras
de leche extraídas de 38 madres lactantes, residentes
al menos 01 año en la ciudad de La Oroya, se
determinó los niveles de Plomo y se evaluó el
impacto respecto al tiempo de residencia , cercanías
de vivienda a la fundición y edad de la madre,
Elizabeth Paitán A., Elva Ríos R., Cecilia Nieto A.
comparándose con los niveles de tolerancia
establecidos como máximos por FAO/OMS (2000) y
por el Codex Alimentario (2001), considerándose que
el contenido de Plomo hallado en leche materna está
presente por la contaminación del ambiente con
Plomo, el cual es absorbido y almacenado en el
organismo de la madre de La Oroya.
Las hipótesis planteadas fueron las siguientes:
Los niveles de Plomo en la leche materna de
mujeres que residen al menos un año en la ciudad de
La Oroya superan el nivel crítico establecidos por
FAO/OMS (2000) y por el Codex Alimentario (2001)
y que es de 2.0 ug/dl.
Los niveles de Plomo en la leche materna son más
altos en las mujeres que residen en zonas cercanas a
las fundiciones (ciudad de La Oroya vieja) que los
niveles contenidos en leche materna de mujeres que
residen en zonas más alejadas de las zonas de
fundición.
Los niveles de Plomo en la leche materna son más
bajos en madres que tienen menos años de residencia
en La Oroya.
En este estudio se plantearon los objetivos:
Determinar el nivel de Plomo en leche materna de
mujeres que viven al menos 01 año en La Ciudad de
La Oroya-Perú.
Determinar la relación entre el nivel de Plomo
hallado en la leche materna y la cercanía de la
residencia a la zona de fundición.
Determinar la relación existente entre el nivel de
Plomo hallado en la leche materna, con los años de
residencia en la Ciudad de La Oroya.
Determinar la relación existente entre el nivel de
Plomo, hallado en la leche materna, con la edad de la
madre.
por métodos de espectrofotometría de absorción
atómica (EAA) con horno de grafito (AOAC, 1980).
2. Materiales y métodos
2.1 Lugar de ejecución
Los materiales y equipos necesarios para el
desarrollo de la presente investigación fueron los
siguientes dependiendo de la fase del estudio
experimental en particular.
El estudio se realizó en la ciudad de La Oroya
ubicada en la Provincia de Yauli, departamento de
Junín, donde se ubica el Centro Metalúrgico de
fundiciones de Plomo, Zinc y Cobre de la compañía
Doe Run Perú, situada a una altitud de 3730 msnm
que comprende dos zonas características: La Oroya
Antigua (lugar donde se ubica la fundición) y La
Oroya Nueva donde se ubica la refinería. La fase de
campo se realizó entre Octubre 2002 y Enero 2003.
Los ensayos de Plomo por espectrofotometría de
absorción atómica fueron realizados en el Instituto
Peruano de Energía Nuclear (IPEN), Laboratorio de
Química; mientras, que la planificación y realización
del muestreo de las lactantes para el estudio fue
realizado en el Hospital II Essalud de la Ciudad de La
Oroya, Junín.
2.2 Diseño experimental
El diseño utilizado fue de tipo transversal (Cross
Sectional Study) donde se evaluaron 38 madres
lactantes, encuestándolas para establecer el grupo
etáreo al que pertenecen así como el tiempo y lugar
específico de residencia dentro de la localidad de La
Oroya. Las 38 muestras de leche materna fueron
analizadas, determinándose el contenido de Plomo
23
2.3 Población y muestra
La población tuvo las siguientes características, como
criterios de selección:
Lactantes con embarazo normoevolutivo (≥37
semanas de embarazo) ,
Período mínimo de residencia continua de 01 año
en la localidad de la Oroya
Haber sido atendidas en el Hospital II Essalud de la
ciudad de la Oroya
Haber tenido alumbramiento entre Octubre 2002 y
Enero 2003
Manifestar por escrito su interés en la participación
del proyecto y autorizar la toma de muestra de
correspondiente
Como criterios de exclusión se consideraron los
siguientes:
Diagnóstico de diabetes, insuficiencia renal,
epilepsia, toxemia gravídica o impedimento físico
o mental.
Períodos de residencia en la ciudad de La OroyaJunín, Perú menores a un año o períodos
intermitentes que no cumplan con el criterio de
residencia continua de 01 año en la localidad de La
Oroya.
La muestra estuvo conformada por 38 muestras de
leche materna extraídas después de 15 días de
haber transcurrido el parto, cada una en un
volumen de 10 ml. El muestreo fue aleatorio y la
forma de asignación de los casos al grupo de
estudio fue secuencial en base a los criterios de
selección establecidos.
2.4 Material y equipos
2.4.1 Fase de Extracción de muestra
Guantes estériles, mascarillas, alcohol, agua
destilada, alcohol, tubos de extracción al vacío de
10ml, viales de 5 ml, gradilla para tubos, varillas
de vidrio, marcadores de vidrio.
Sistema de frío consistente en caja térmica para
preservación de muestras durante su transporte.
Hojas de toma de datos para las encuestas.
2.4.2 Fase de preparación de muestra y
conservación previa al análisis
Balanza analítica, placas petri, vasos de 250 ml,
estufa, refrigeradora, congeladora.
2.4.3 Fase de ensayos de cuantificación de
plomo
Reactivos
Todos los reactivos químicos utilizados en el
presente estudio (ácido nítrico concentrado, ácido
clorhídrico, fosfato de amonio) fueron de grado
reactivo.
Las soluciones stock de 1000 ug/ml de Plomo
fueron Baker, los estándares de trabajo fueron
Contenido de plomo en leche materna de lactantes de la zona metalúrgica de La Oroya
preparados por dilución directa del stock diluyendo
alícuotas en ácido nítrico 0.2%.
Equipos
Espectrofotómetro de absorción atómica, Perkin
Elmer (PE 4110) con horno de grafito (ubicado en el
Laboratorio de Química del Instituto Peruano de
Energía Nuclear-IPEN).
La estufa y la mufla estuvieron equipadas con
controlador de temperatura. Todos los contenedores
utilizados como crisoles de cuarzo, tubos de plástico,
fueron lavados con detergente y tratados con ácido
clorhídrico y enjuagados luego con agua bidestilada.
2.5 Metodología
2.5.1 Fase de Extracción de muestras
Se extrajeron 10 ml de leche materna proveniente
de cada una de las lactantes que cumplieron con los
criterios de selección y que cumplían los 15 días de
post parto. La extracción de muestras fue realizada
con tubos de extracción al vacío, las muestras
extraídas
fueron
rotuladas
y
colocadas
inmediatamente a refrigeración (4 ºC) y luego
mantenidas en caja térmica hasta la siguiente fase de
preparación de muestras.
Simultáneamente, a la extracción de muestras, se
realizó una encuesta a fin de recabar los siguientes
datos:
Nombre de la donante, edad, dirección, ubicación
de la vivienda, tiempo de residencia, duración exacta
del embarazo, número total de partos y parto
específico motivo del estudio, suplementación de
hierro, existencia de familiares viviendo o laborando
en la fundición, visitas y antecedentes de
suplementación con hierro. Declaración de
consentimiento para la participación voluntaria en la
presente investigación.
2.5.2 Fase de preparación de muestra y
conservación previa al análisis
Las muestras colectadas y refrigeradas, fueron
extraídas de los tubos de extracción al vacío y
colocadas en placas petri para ser secadas a 70 ºC
(AOAC, 1980). Una vez deshidratada, cada muestra
fue pulverizada con la ayuda de una varilla de vidrio.
Las muestras deshidratadas y molidas fueron
colocadas en viales de 5ml de capacidad, rotulados y
para su traslado a Lima, al Laboratorio de Química
del Instituto Peruano de Energía Nuclear-IPEN.
2.5.3 Análisis de Plomo
Las muestras recepcionadas en el Laboratorio de
Química del IPEN en Lima, Perú fueron
acondicionadas para la ejecución de ensayos
destinados a la cuantificación de Plomo por
espectrofotometría de absorción atómica con horno
de grafito – método AOAC 1980 (Iyengar, 1988,
2001ª,2001b).
Cenizado
Se pesó 1 g de muestra homogenizada en un crisol
de 50 ml se secó en estufa a 120 ± 20 ºC toda la
noche hasta obtener una muestra seca. Se colocó en
mufla fría y se llevó a 450 ºC ± 20 ºC. Al día
siguiente las muestras fueron enfriadas a temperatura
ambiente. Se adicionó 1ml de ácido nítrico y se
An cient. 69(4) 2008, pp. 22-28
colocó en plancha caliente para secar. Se volvió a la
mufla y se llevó a 450 ºC ± 20 ºC.
Se repitió el proceso hasta que las muestras
estuvieran libres de carbón.
Se disolvió la ceniza en 5 a 10 ml de HCl 1N y se
transfirió la muestra desde el crisol a un tubo limpio.
Las soluciones finales de muestras fueron diluidas a
volumen en ácido nítrico 0.2%. Cada batch de
muestras procesadas incluyó un blanco de reactivos
y muestra control conteniendo los reactivos en los
mismos volúmenes.
Condiciones instrumentales
Longitud de onda 283.3 nm; slit 0.7 nm;
atomización 2000 ºC, lectura por triplicado, volumen
de muestra 10 ul.
Las muestras fueron colocadas en varillas y leídas
por espectrofotometría de absorción atómica con
horno de grafito para determinar el contenido de
Plomo que fue calculado en partes por millón (mg/l).
Calibración del instrumento
La curva de calibración para la determinación de
Plomo fue preparada usando un blanco y soluciones
standard de trabajo (10-60 ug). Las concentraciones
finales de Plomo fueron registrados en la
computadora en ug de Pb/g de muestra original. La
calibración fue verificada periódicamente analizando
el standard a una frecuencia de 20 lecturas.
2.6 Análisis Estadístico
Se compararon los resultados obtenidos
relacionados al contenido de plomo según zona de
residencia, años de residencia y edad de la madre,
esta data fue analizada estadísticamente para la
respectiva evaluación de su significancia, haciendo
uso pruebas estadísticas de análisis de varianza y
realización de comparaciones múltiples.
3. Resultados y discusión
Características evaluadas en lactantes donantes de
muestras.
3.1 Edad promedio
El promedio de edad de las madres lactantes fue de
29 años, siendo el mínimo 16 años y el máximo 39
años. El 50% disponía de edad en el rango entre 30 a
39 años y el otro 50% entre 16 y 29 años.
3.2 Tiempo de residencia promedio
El tiempo de residencia de las madres lactantes
participantes en este estudio estuvo entre 1 a 35 años
de residencia.
3.3 Número promedio de partos
El número promedio de partos fue de 2.
3.4 Contenido de Plomo en las muestras
analizadas
Tabla 1. Contenido de plomo en leche materna
expresado en ug/dl.
[Pb]
ug/dl
Muestra
N
Mínimo
Máximo
Promedio
D.S.
CV
(%)
Leche
materna
38
26.4
416.0
108.3
70.8
65.4
24
Elizabeth Paitán A., Elva Ríos R., Cecilia Nieto A.
La Tabla 1 muestra los resultados y estadísticos
relacionados de tendencia central del contenido en
Plomo (Pb) en leche materna. Los resultados
obtenidos con la aplicación de la prueba Anderson
Darling para contenido de Plomo en leche materna
no muestran un distribución normal (p = 0.002)
siendo los valores de la prueba de Skewess y kurtosis
2.31 y 8.66 respectivamente.
Se observó que el 100% de las muestras de leche
materna analizadas (n = 38) estuvieron por encima de
los 2.0 ug/dl que es el límite establecido por el Codex
Alimentario para leche (2001) y por FAO/OMS
(2000).
3.5 Zona de residencia
La Tabla 2 muestra que un 52.6% de las donantes
de leche materna para el estudio residía en La Oroya
Nueva ubicada a 3 km de la zona de fundición de
Plomo, Cadmio y Zinc mientras que un 23.7% en la
zona de La Oroya Vieja, zona precisa en donde se
encuentra la zona de las fundiciones; habiéndose
considerado para el presente estudio que
acumulativamente un 76.3% viven en zonas aledañas
a la fundición y un 23.7% de residentes en otras
zonas diferentes que no tienen relación ni cercanía
con la fundición.
Tabla 2. Frecuencia y porcentajes de distribución
por zona de residencia de las madres lactantes.
Zona
Residencia
Frecuencia
Porcentaje
Acumulativo
9
23.7 %
23.7%
20
52.6 %
76.3%
9
23.7 %
100 %
La Oroya
Vieja
La Oroya
Nueva
Otras Zonas
Tabla 3. Concentración de plomo en leche
materna según zona de residencia (ug/dl).
Zona de
Residencia
Oroya Vieja
Oroya nueva
Otras
zonas
n
Mín
Máx
Prom.
D.S.
CV
9
20
84.3
26.4
151
416
122.7
99.7
21.1
91.0
17
91
9
43.7
186
113.0
51.3
45
La Tabla 3 muestra los contenidos de Plomo en la
leche materna según la zona de residencia de las
madres lactantes. El ANOVA realizado entre las
zonas de residencia no muestra diferencias
significativas entre éstas, (p = 0.714). Sin embargo,
la concentración promedio de plomo en leche de
lactantes que viven en la zona de La Oroya Vieja fue
1.23 más alto que el encontrado en las madres que
viven en la zona de la Oroya Nueva por lo que se
deduce que la cercanía de la zona de residencia a la
fundición sería un factor de contribución en la
contaminación de la leche materna por Plomo. Estos
resultados coinciden con los reportados por
Oskarsson et al. (1995) quienes hallaron niveles
perceptiblemente más altos de Plomo en la leche
materna de mujeres que vivían cerca del fundidor de
25
metal con respecto al contenido hallado en la leche de
mujeres lactantes que habitaban en un área utilizada
como área de control.
La prueba de comparaciones múltiples de Tuckey
muestra, al comparar los contenidos de Plomo de
muestras de leche provenientes de madres residentes
en la zona 1 (Oroya Vieja) con la zona 2 (Oroya
Nueva) y zona 3 (otras zonas) que no existen
diferencias significativas de los contenidos de Plomo
hallados en las diversas zonas. Sin embargo, se
aprecia la zona 1, Zona de La Oroya Vieja, cercana a
la zona de fundición, presenta mayor concentración
de plomo (122.7 ug/dl) p = 0.995 y la menor cantidad
(99.7 ug/dl) (p = 0.999). Se encuentra en la zona 2,
zona denominada La Oroya Nueva, zona más alejada
de los lugares de fundición.
En ambos casos estos valores demuestran ser
significativamente superiores (p = 0.00) a lo
establecido como valor crítico por el Codex
Alimentario, que está fijado sólo en 2.0 ug/dl.
Así mismo, los resultados obtenidos resumidos en
la tabla 3, muestran que los niveles de Plomo en las
leches analizadas se encuentran muy por encima de
los valores reportados por investigadores como Corey
y Galvão (1989) que reporta 0.12 ug/dl y por encima
de lo reportado por investigadores mejicanos (2.47
ug/dl) y por investigadores en Austria, Bassam et al.
(1995) encontró valores de 2.3 ug/dl. Por su parte
Triphati et al. (1992) reportan valores entre 0,17 a
0.34 ug/dl. Vavalis et al. (1997) en Grecia hallaron
niveles de 0.90 ug/dl en la leche de la mujer urbana y
niveles promedio de 0.84 ug/dl en el área rural. En
Italia Guidi et al. (1992) reportan 127 ppb en
muestras de leche materna de la zona urbana de Italia
y en la leche materna de lactantes del área rural 46
ppb. Por su parte, en Estados Unidos en condiciones
normales se halló de 0.2 a 0.5 ug/dl pero en mujeres
expuestas se reportó hasta 2,0 ug/dl. En Arabia
Saudita, Al-Saleh et al. (2003) reportan 3.17 ug/dl
entre otros.
En la presente investigación el contenido promedio
de Plomo fue de 122.7 ug/dl en leche proveniente de
lactantes residentes en la zona de La Oroya Vieja y
para las mujeres lactantes de La Nueva Oroya el
contenido promedio de Plomo fue 99.7 ug/dl. Este
resultado podría indicar que el tener un nivel de
polución más alto en La Oroya Vieja (cerca de las
fundiciones) hace que los niveles de Plomo en leche
materna sean más altos, tal es así que la gente que
vive más cerca de las fundiciones, tiene mayor riesgo
de contaminación siendo la vía de contaminación por
Plomo más significativa, el humo y polvo que
contaminan los componentes ambientales como el
aire, alimentos y el agua (Goyer, 1989).
Respecto a las madres que viven en otras zonas, el
promedio de Plomo alcanzó niveles de 113 ug/dl
debido probablemente a que por la cercanía en la
localidad, deben frecuentar las zonas de La Oroya
Vieja y La Oroya Nueva. En todos los casos
analizados, los niveles de Plomo hallados en la leche
materna son muy altos y agudizan más los resultados
hallados por Castro (2004), quien señala que la
Contenido de plomo en leche materna de lactantes de la zona metalúrgica de La Oroya
mayor parte de neonatos en la localidad de La Oroya
nacen con elevados niveles de Plomo en sangre, lo
que ocasiona que este elemento (Plomo) se almacene
en diferentes órganos especialmente tejido óseo
(Gonzáles et al., 1997) y en el cerebro (Sanin et al.,
2001) ocasionando dificultad en el desarrollo y
crecimiento así como tendencia al desarrollo de
neoplasias (Corey y Galvao, 1989).
Tabla 4. Concentración de plomo en muestras de
leche materna según años de residencia en la
ciudad de La Oroya (ug/dl).
Años de
residencia
n
Mín.
Máx.
Prom.
D.S.
1 a 8 años
9 a 13 años
14 a 26 años
> 26 años
12
11
9
6
26.4
43.5
53.1
26.4
218.0
186.00
416.0
168.0
77.5
114.26
139.94
122.21
55.20
46.05
116.35
26.77
La Tabla 4 muestra los resultados de contenido de
Plomo en leche materna en relación al tiempo de
residencia, en base a cuartiles, con los que se obtuvo
rangos de años de residencia, donde se observa que la
concentración promedio de Plomo en leche de
lactantes que residen entre 9 y 13 años es 1,47 veces
más alta que la leche de lactantes con períodos de
residencia de 1 a 8 años. De manera similar el
contenido de Plomo en leche de lactantes que residen
entre 14 y 26 años, fue 1,8 veces más que las leches
provenientes de lactantes con períodos de residencia
entre 1 a 8 años. Se observa así mismo que cuando
los períodos de residencia son mayores a los 26 años
el contenido es sólo 1.58 veces mayor. Estos
resultados indicarían que el tiempo de residencia en
la zona de estudio, es un factor que influye sobre el
contenido de Plomo en la leche materna, ya que el
Plomo almacenado en los huesos, se estaría liberando
con más facilidad durante la etapa de lactancia, tal
como refiere Gluson et al. (1997), Sanin et al. (2001)
y Gonzáles et al. (1997) quienes coinciden al indicar
que el Plomo almacenado en los huesos se moviliza
con mayor facilidad durante el período de lactancia.
Este hallazgo está en concordancia igualmente con lo
expuesto por Corey (1989) que afirma que los altos
niveles de Plomo encontrados en la leche materna por
el tiempo de residencia en La Oroya han sido
influenciados por el tiempo de exposición a
ambientes donde se encuentran fundiciones.
El ANOVA realizado para evaluar el impacto por
años de residencia en el contenido de Plomo en leche
materna
no muestran diferencias estadísticas
significativas entre las medias del nivel de Plomo
hallado en leche materna de madres con diferentes
rangos de años de residencia, así entre 1 a 8 años es
de 79.95 ug/dl, (p = 0.997), de 8 a 13 años es de
107.09 ug/dl (p = 0.821), de 14 a 23 años es 139.94
ug/dl (p = 1.00) y para madres que residen más de 26
años es de 113.33 ug/dl (p = 0.757). Sin embargo,
puede resaltarse que la concentración de Plomo en la
leche materna de lactantes con 1 a 8 años de
residencia, está 40 veces por encima lo establecido
en el Codex Alimentario (2.0 ug/dl) (2001), mientras,
An cient. 69(4) 2008, pp. 22-28
que para las que residen entre 9 a 13 años se
incrementa 54 veces por encima por encima del valor
crítico y las madres con tiempos de residencia entre
13 a 26 superan 70 veces este valor.
Así mismo, se observa una disminución del
promedio de Plomo, cuando las lactantes tienen un
periodo de residencia mayor a 26 años lo cual
posiblemente sea debido al tiempo de vida media de
Plomo en los huesos. Se conocen valores de vida
media del plomo en huesos de aproximadamente 20 a
27 años, razón por la que el contenido de Plomo en
leche materna de madres que residen más de 26 años
sea menor que las que radican entre 13 y 26 años.
Tabla 5. Concentración de plomo en muestras de
leche materna clasificado según grupo etáreo de
las lactantes donantes (ug/dl).
Edad
n
Mín.
Máx.
Prom.
D.S.
16-25 años
26-30 años
> 30 años
10
12
16
36.2
26.4
27.5
416
183
186
127.8
104.4
99.1
114.7
57.8
40.8
Haciendo una comparación del contenido de Plomo
en leche materna según la edad de las madres
lactantes (Tabla 5) se observa que la leche
proveniente de lactantes entre 16 a 25 años de edad
presentan contenidos de Plomo que no presentan
diferencias significativas con los contenidos
promedios en leches de madres cuyas edades fluctúan
entre 26 y 30 años (p = 0.6) ni con los contenidos de
plomo hallados en leches de madres que residen un
tiempo mayor a 30 años. Sin embargo, se observa en
éste último grupo (lactantes mayores a 30 años) que
existe una disminución en el promedio del contenido
de Plomo, disminución que podría ser debida al
tiempo de vida de Plomo como se mencionó
anteriormente. Por otro lado, de acuerdo a la prueba
de comparaciones múltiples de Tukey se concluye
que no hay diferencias significativas entre los
contenidos de Plomo y las edades de las madres. Sí
puede afirmarse que el grupo 1 de edades resulta
tener mayor concentración de plomo (127.80 g) que
las otras edades y menor la edad 3 (99.14 g).
4. Conclusiones
1. Se analizaron 38 muestras de leche materna de
lactantes residentes al menos 01 año continuo, en la
Ciudad de La Oroya provincia de Yauli,
departamento de Junín, Perú. El valor promedio de
Plomo fue de 108.33 ug/dl. El valor hallado de
Plomo en las muestras de leche analizadas, supera
el valor critico establecido por el Codex
Alimentario y FAO 2000 (2.0 ug/dl).
2. Si bien el 100% de las muestras analizadas,
mostraron contenidos de Plomo por encima del
límite crítico referenciado, no se hallaron
correlaciones positivas entre este contenido de
Plomo y la zona de residencia o los años de
residencia de la madre, como tampoco se hallaron
correlaciones con la edad de la madre.
3. Se halló que el contenido de Plomo en lactantes
residentes en zonas cercanas a las fundiciones
26
Elizabeth Paitán A., Elva Ríos R., Cecilia Nieto A.
(zona denominada La Oroya Vieja) fue 1,23 veces
más elevado que el contenido de Plomo en leches
de lactantes que residen en zonas más alejadas de
las fundiciones (zona denominada La Oroya
Nueva).
4. Se observó que el contenido de Plomo hallado en
leches provenientes de lactantes con 1 a 8 años de
residencia supera unas 40 veces el límite crítico
establecido, mientras, que las leches de madres con
tiempos de residencia entre 9 a 13 años, fue 54
veces mayor y el contenido hallado en madres con
tiempos de residencia de 14 a veces años llega a ser
70 veces superior a 2.0 ug/dl observándose una
disminución del promedio de Plomo, cuando las
lactantes tienen un periodo de residencia mayor a
26 años.
5. El contenido de Plomo hallado en diferentes
grupos etáreos no exhiben diferencias significativas
habiéndose hallado una disminución en el
promedio del contenido de Plomo de leches
provenientes de lactantes con edades mayores a 30
años.
5. Referencias bibliográficas
AL-SALEH I, SHINWARI N, MASHHOUR A,
Occup Environ Méd. 2002. Heavy metal
concentrations in the breast ilk of Saudi women.
Jun; 59(6):394-6; discussion 397.
ASSOCIATION OF ANALYST CHEMIST AOACOFFICIAL METHODS OF ANALYSIS 1980.
AOAC 972.25 1980 13th edition.
AGENCY OF TOXIC SUBSTANCES AND
DISEASES REGISTRY. USA-ATDSR, 1992.
Efectos del plomo en la salud de los niños y
adultos.
BAGHURST P.A. 1992. Environmental exposure to
lead and children´s intelligence at the age of seven
years: The Port Pirie Cohort Study. New England
Journal of Medicine 327: 1279-1284.
BHATTACHARYYA,
M.A;
WILSON,
E.
SILBERGELD, L. WATSON Y E. JEFFREY,
1995. Metal induced osteotoxicities in metal
Toxicology. Academic Press San Diego. USA. Pp
465-510.
CARPENTER DO 2001. Effects of metals on the
nervosu system of human and animals. Int. J.
Occup. Med Environ Health 2001; 14(3): 209-18.
CARRIÓN N, 2002 Determinación de metales
pesados: Métodos de análisis en ambientes y
sistemas biológicos. Universidad Central de
Venezuela.
CASTRO J. 2004. Plomo en la sangre materna y su
impacto sobre su concentración en la placenta y
sangre del neonato en una zona metalúrgica de los
Andes Centrales del Perú .Tesis para otra el título
de Magíster en Nutrición
CENTRO PANAMERIANO DE INGENIERIA
SANITARIA -CEPIS. 1995. intoxicación por
Plomo: de la detección a la prevención primaria.
Salud Pública de México Mayo-Junio 1995
Volumen 37, Nº 3 pp 264- 275.
CHATRANON W, CHAVALITTAMRONG B,
KRITALUGSANA S, PRINGSULAKA P. 1978.
27
Lead concentrations in breast milk at various stages
of lactation. Southeast Asian J Trop Med Public
Health. Set 9(3):420-2.
CODEX ALIMENTARIUS - TCP / RLA / 0065:
2001. Fortalecimiento de los Comités Nacionales
del Codex y aplicación de las normas del Codex
Alimentario.
COREY G., Y GALVÃO L. 1989. Plomo Serie
Vigilancia 8 (Centro Panamericano de Ecología
Humana y Salud. Washington, DC: Organización
panamericana de Salud/Organización Mundial de la
Salud (OPS/OMS).
DIRECCION
GENERAL
DE
SALUD
AMBIENTAL DIGESA,- Ministerio de Salud.
Estudio de Plomo en sangre en una población de La
Oroya, Noviembre 1999 Pág. 3.
DUFFUS J.H. 2002. “Heavy Metals” a meaningless
term – Pure Appl. Che, Vol 74, Nº 5 , pp 793- 807
DUFFUS J.H. 2001 “Heavy Metals” a meningless
term Chemistry International November 2001; 23.
FAO
FOOD
AND
AGRICULTURAL
ORGANIZATION
/
ORGANIZACION
MUNDIAL DE LA SALUD FAO/OMS. 2000
“ADI de Plomo” Ingesta Admitida de Plomo.
Directiva 2000/63 CE.
FAO
FOOD
AND
AGRICULTURAL
ORGANIZATION-FAO 2002. Fortalecimiento de
los Comités Nacionales del Codex y aplicación de
las normas del Codex Alimentario. Proyecto TCP /
RLA / 0065:2001.
FAUST D.M. & BROWN 1987 Moderately elevated
blood lead levels: effects on Neuropsychological
functioning in children , Pediatrics 80(5):623-629.
GUIDO B, RONCHI S, ORI E, VARNA PF,
CASSINDRI TT, TRIPODI A, BORGHI A,
MATTEI F, DEMARIA F, GALAVOTTI E, et am.
Concentrazione del piombo nel latte materno di
donne residenti in aree urbane rispetto a donne
residenti in aree rurali. Pediatr Méd Chir 14
611.616 (1992).
GULSON BL, MAHAFFEY KR, JAMESON CW,
MIZON KJ, KORSCH MJ, VIMPANI G. 1997.
Pregnancy increases mobilization of lead from
maternal skeleton. J Lab Clin Med. 130:51-62.
GULSON BL, MAHAFFEY KR, JAMESON CW,
MIZON KJ, KORSCH MJ, CAMERON MA;
EISMAN JA, 1998. Mobilization of lead from
skeleton during the post-natal period is larger than
during pregnancy J Lab Clin Med.in press.
ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD OMS 1987 Plomo y sus compuestos inorgánicos en
todos los alimentos y forrajes.
OSKARSSON A, PALMINGER HALLEN I,
SUNDBERG J. 1995 Exposición a los elementos
tóxicos vía la leche materna. Analista 120(3):765770.
PROYECTO PLAN INTEGRAL, 2004. El plan
integral para el control de la por Plomo en la
Oroya.
SANIN LH., 2001 Effect to maternal lead burden on
infant weight and weight gain at one month of age
Contenido de plomo en leche materna de lactantes de la zona metalúrgica de La Oroya
among breastfed infants. Pediatrics 2001 May;
197(5):1016-1023.
VALDÉS F. Y V. CABRERA 1999. La
contaminación por metales pesados en Torre’n,
Coahuila, México. Texas Center for Policies
Studies-CILADHAC.
An cient. 69(4) 2008, pp. 22-28
VAVLIS D, BNTIS J, AGORASTOS T,
ANGELIKAKIS
G,
CONSTANTINO
A,
PATSOUROU A 1997. Lead concentration in early
human milk or urban and rural mothers. Clin Esp.
Obter Gynecologic; 24(4): 198-9.
28
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 09/04/2008
Aceptado: 27/06/2008
Estudio anatómico de diez especies forestales procedentes de Loreto, Perú
Aldo Cárdenas O. 1, Manuel Chavesta C. 2
Resumen
La finalidad del presente trabajo fue estudiar la estructura anatómica y la elaboración de una clave dicotómica para
diez especies forestales procedentes de Loreto, Perú. La descripción de las características generales y macroscópicas
se obtuvieron de muestras de xiloteca en condición seca al aire y las microscópicas de láminas histológicas y tejido
macerado. Resalta el sabor amargo en Hymenolobium excelsum y radios estratificados en Batesia floribunda.
Microscópicamente Eschweilera timbunchensis, Perebea guianensis, Hymenolobium excelsum y Pouteria
glomerata se caracterizan por su fibra larga, solo Persea americana presenta fibras septadas y estratificadas;
Perebea guianensis fibras septadas y Batesia floribunda fibras estratificadas.
Palabras clave: Madera, estudio, anatomía.
Abstract
This paper pretends to determine the anatomical structure, and the elaboration of a dicotomical key for ten forestry
species from Loreto (Perú). The description of the general and macroscopic features were obtained from air dry
xiloteque specimens, and the microscopic ones from histological slides and macerated tissue. The results highlights
the bitter taste of Hymenolobium excelsum and the storied rays in Batesia floribunda. In a microscopic view,
Eschweilera gigantea, Perebea guianensis, Hymenolobium excelsum and Pouteria glomerata are characterized by
their long fibres. Perebea guianensis has septate fibres and Batesia floribunda storied fibres; however Persea
americana has both, septated and storied fibres.
Key words: Wood, study, anatomy.
1. Introducción
2. Revisión de literatura
El bosque tropical peruano posee una enorme
diversidad de especies, las cuales constituyen uno
de los problemas inmediatos al acercarnos a la
vegetación forestal amazónica; esta diversidad
quedó demostrada en las más de 3000 especies
arbóreas diferentes en nuestro territorio reportadas
por Brako&Zarucchi; en el “Catálogo de las
angiospermas y gimnospermas del Perú” (Reynel
et al., 2003). Sin embargo, la diversidad de especies
y la falta de investigación; sumado a la presión de
la sociedad y de las industrias hacia las especies
comerciales hacen que estas cotidianamente vean
mermadas su volumen.
Existen diversas definiciones del concepto madera,
una de las más simples y actuales corresponde a
García et al. (2003), los cuales indican que la madera
es el conjunto de tejidos del xilema que forman el
tronco, las raíces y las ramas de los vegetales leñosos,
excluida la corteza; sin embargo, la madera en sí es
distinta incluso en un mismo individuo, y más aún si
pertenecen a distintos ámbitos geográficos. La
identificación de maderas, según León y Espinoza
(2001); tiene como objetivo conocer el árbol o la planta
que la produce y esto se logra mediante el análisis de la
estructura anatómica de la pieza en estudio. Esta
identificación podría llevar a conocer el nombre de la
especie a la cual pertenece la muestra de madera, pero
muchas veces diferentes especies de un mismo género
son muy similares en cuanto a su estructura anatómica
y por ello sólo podemos conocer el género al cual
pertenece la pieza de madera.
Por tal motivo es de vital importancia fomentar
las investigaciones, entre ellas los estudios
anatómicos, hacia especies no aprovechadas y poco
conocidas en el contexto actual pues el país ha
optado por el aprovechamiento forestal bajo la
modalidad de concesiones forestales; disponiéndose
de muchas especies en su estado natural lo cual
conlleva a la necesidad de conocer un mayor
número de especies potenciales para la industria
maderera nacional, siendo, prioritario la realización
de estudios tecnológicos, específicamente los
estudios anatómicos, los cuales conjuntamente con
la elaboración de una clave dicotómica son los
objetivos del presente trabajo para diez especies
forestales provenientes de Loreto, Perú.
1
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria
la Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected],
2
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria
la Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
Según Wheeler y Bass (1998) y García et al. (2003),
la correcta identificación de una especie es de gran
importancia desde el punto de vista comercial nacional
e internacional, arqueológico terrestre y marino,
paleontológico, bellas artes, restauración de edificios,
tráfico de especies protegidas, etc; pero además, está en
relación con un apropiado procesamiento de la madera,
especialmente el secado ya que especies aún parecidas
requieren diferentes programas. Agrega, que cuando
surgen problemas durante el procesamiento
(maquinado o acabado) una de las primeras preguntas
es si la madera fue correctamente identificada.
Según Pérez (1986), dentro de la anatomía de
maderas uno de los principales objetivos es que sirve
de ayuda para la identificación ordinaria de maderas,
mencionando aportes y contribuciones tales como:
Estudio anatómico de diez especies forestales procedentes de Loreto, Perú
De ayuda para el botánico sistemático, en
aquellos casos en que el correspondiente material
de herbario es estéril o insuficiente, o cuando la
identificación botánica mediante hojas, flores, etc.,
presenta algunas dificultades. En muchas ocasiones
se hace necesario identificar maderas en la forma de
trozas, listones, muebles, tableros contrachapados,
entre otros.
De interés para el comerciante de maderas, ya
que mediante los servicios del anatomista de
madera, se puede obtener la identidad de la madera
objeto de negociación. Maderas pertenecientes a
especies, géneros y aún familias diferentes pueden
ser confundidas a simple vista. Es más, pueden
tener el mismo nombre vulgar; sin embargo, por
presentar diferentes componentes en su estructura,
sus propiedades y sus usos apropiados pueden
variar.
De utilidad en el control de explotación,
importación y exportación de maderas; con cierta
frecuencia, principalmente en el mercado
internacional se habla de fraudes por envíos de
madera
involuntaria
o
deliberadamente
confundidas, también pueden ocurrir que durante el
transporte de maderas comerciales se extravíen las
señales de identificación.
Recabar información fundamental sobre la
estructura de las maderas de una localidad o región
determinada, mediante la elaboración de claves,
descripciones o su incorporación a un banco de
datos.
El género Batesia ha sido estudiado por Detennie
y Jacquet (1983) y Mainieri y Pérez (1983).
Brosimun potabile ha sido descrita anatómicamente
por Valderrama et al. (1989); asimismo INIA
(1996) describe las especies Brosimun guianense y
Brosimun utile y Chavesta (2005) a Brosimun
rubescens. INIA (1996), describe anatómicamente a
Couma macrocarpa. Respecto al género
Eschweilera este ha sido estudiado por Detienne y
Jacquet (1983); asimismo Acevedo y Kikata
(1994), Chavesta (2005) y Valderrama et al. (1989)
estudian a Eschweilera timbunchensis; INIA (1996)
y Loreiro y Braga (1979) a Eschweilera fracta e
INPA (1993) a Eschweilera sagotiana.
Respecto al género Guateria, Acevedo y Kikata
(1994) y Aróstegui et al. (1975) describen a
Guateria decurrens y Valderrama et al. (1989) a
Guatteria elata. Hymenolobium excelsum ha sido
reportada por el INPA (1991). Maclura tinctoria ha
sido estudiada por Loreiro y Braga (1979) y
Mainieri y Pérez (1989). Detienne y Jacquet (1983)
describen el género Perebea. Mainieri y Pérez
(1989) incluyen a Persea racemosa.
Detienne (1982) indica que el género Pouteria
brinda una madera de color marrón claro, densidad
alta (1 a 1,3 g/cm3). INIA (1996) incluye a Pouteria
reticulata y Pouteria nemorosa.
Las claves de identificación según distintos
autores son mecanismos que permiten la
30
identificación de especies. Barajas (1981), indica que la
mejor forma de identificar una especie, además de
haber seguido la clave y llegado a la identificación, es
cotejar las características de la pieza de madera con la
descripción dada para la especie en la literatura, a fin
de cerciorarse totalmente que la identificación es
correcta. Izco et al. (1997); señalan que las claves
permiten la identificación de las familias, géneros y
especies que la componen; siendo estas, un sistema de
clasificación cuyo fin es servir de ayuda para la
identificación de los distintos grupos taxonómicos por
lo que es considerado un sistema artificial.
León y Espinoza (2001), manifiestan que cualquier
esquema que se utilice para la identificación debe
cumplir con los siguientes criterios: ser un método
simple y de bajo costo que permita el almacenamiento
y rápida recuperación de información; permita la
selección de los caracteres más adecuados para el
diagnóstico; facilite la inclusión de nuevas especies y
tenga la facilidad de añadir nuevos datos o comentarios
adicionales respecto a las especies ya incluidas.
Afirman que existen diferentes claves de identificación
como las claves dicotómicas, claves de tarjetas
perforadas y programas de computación diversos; los
cuales trabajan administrando datos ordenadamente,
priorizando características saltantes, e identificando la
especie o un grupo posible de estas.
Las claves dicotómicas según León y Espinoza
(2001) y Wheeler y Baas (1998), indican que reciben
este nombre debido a que consisten de una serie de
alternativas pareadas las cuales representan caracteres
contrastantes con respecto a la estructura de la madera.
Las alternativas presentadas en la clave deben ser
breves y precisas, de manera tal que el usuario pueda
seleccionar correctamente la que corresponde a la
muestra desconocida. Una vez seleccionada la
alternativa representativa de la muestra en estudio, la
clave indica a que paso debe dirigirse para encontrar
nuevas alternativas las cuales deben ser comparadas
con la pieza de la madera en cuestión. Este proceso se
repite hasta llegar a la identificación.
3. Materiales y métodos
Las especies estudiadas fueron identificadas por el
Herbario Amazonense (AMAZ) de la Facultad de
Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de la
Amazonia Peruana. Las muestras de xiloteca fueron
proporcionadas por la empresa industrial Maderera
Zapote de Loreto, Perú al Laboratorio de Anatomía de
la Madera de la Facultad de Ciencias Forestales de La
Universidad Nacional Agraria la Molina; cuyos
registros de xiloteca se presentan en la Tabla 1.
El estudio anatómico se realizó según las
estipulaciones de COPANT (1974) y IAWA (1989).
Los parámetros estadísticos de los elementos
anatómicos se calcularon de acuerdo a lo establecido
por COPANT (1972); habiéndose tomado 50 datos por
cada parámetro anatómico. Las características
obtenidas fueron evaluadas y permitieron elaborar una
clave dicotómica para las 10 especies en estudio.
Aldo Cárdenas O., Manuel Chavesta C.
Tabla 1. Especies empleadas en el estudio anatómico.
NOMBRE COMÚN
Huayruro
Manchinga
Leche Huayo
Machimango
Carahuasca
Mari Mari
Insira
Chimicua
Palta Moena
Quinilla Blanca
NOMBRE CIENTÍFICO
Batesia floribunda Spruce ex Benth.
Brosimum potabile Ducke
Couma macrocarpa Barb. Rodr.
Eschweilera gigantea (Kunth.) Macbride
Guatteria pteropus Benth.
Hymenolobium excelsum Ducke
Maclura tinctoria (L.) Steud.
Perebea guianensis Aubl.
Persea americana L.
Pouteria glomerata (Miq.) Radlk.
4. Resultados y discusión
En las Tablas 2 y 3 se presenta un resumen de las
características
generales,
macroscópicas
y
microscópicas para las diez especies estudiadas.
Puede observarse que a nivel general y
macroscópico; 5 de las maderas estudiadas son de
color rojo; estas son Huayruro, Manchinga, Leche
Huayo, Machimango y Quinilla Blanca; Mari Mari,
Insira, Chimicua, y Palta Moena son amarillas y
Carahuasca la única blanca. Asimismo, 5 tienen
textura fina, estas son Manchinga, Machimango,
Insira, Chimicua y Quinilla Blanca; 3 textura
media Leche Huayo, Carahuasca y Palta Moena; y
2 textura gruesa Huayruro y Mari Mari;
características también reportadas por Valderrama
et al. (1989) y Detienne y Jacquet (1983).
En cuanto al grano Leche Huayo, Carahuasca y
Palta Moena tienen grano recto, en tanto el resto de
especies lo presentan entrecruzado. Respecto al
parénquima Leche Huayo, Carahuasca y Quinilla
Blanca lo presentan apotraqueal (difuso o difuso en
agregados); Machimango en bandas (reticulado); y
el resto de especies paratraqueal (vasicéntrico,
aliforme o aliforme confluente). A este nivel
resaltan dos especies con características únicas,
Mari Mari presenta sabor amargo y Huayruro
radios estratificados; además, Machimango e Insira
presentan tilosis inclusión que podría afectar su
proceso de preservación y secado. Estos resultados
confirman lo señalado por INIA (1996),
Valderrama et al. (1989) y Loreiro y Braga (1979).
Respecto a las características microscópicas
Leche Huayo, Machimango e Insira presentan
radios exclusivamente homocelulares; sólo Quinilla
Blanca posee radios tipo I; Huayruro, Manchinga,
Mari Mari, Chimicua, y Palta Moena poseen radios
tipo II; así como Carahuasca y Quinilla Blanca
tienen radios tipo III; dichos resultados son
confirmados por Detienne (1982) y Detienne y
Jacquet (1983).
Las maderas de Machimango, Mari Mari, Insira y
Quinilla Blanca se caracterizan por su fibra larga,
siendo Huayruro y Mari Mari las únicas especies
con espesor de pared de fibra gruesa. Asimismo, la
madera de Palta Moena es la única que presenta
fibras septadas y estratificadas; Chimicua sólo
An cient. 69(4) 2008, pp. 29-34
FAMILIA
Fabaceae
Moraceae
Apocynaceae
Lecythidaceae
Annonaceae
Fabaceae
Moraceae
Moraceae
Lauraceae
Sapotaceae
Nº XILOTECA
3975
3980
3973
3977
3978
3982
3974
3979
3981
3976
fibras septadas y Huayruro solo fibras estratificadas;
resultados que coinciden con los reportados por
Detienne y Jacquet (1983) y Detienne (1982).
En cuanto a presencia de cristales de oxalato de
calcio y sílice inclusiones que afectan el filo de las
herramientas utilizadas en sus procesos de
transformación mecánica, todas las especies a
excepción de Carahuasca y Palta Moena presentan
cristales; en tanto solo Quinilla Blanca presenta sílice.
En la Tabla 4, se presentan los valores estadísticos de
las dimensiones de los elementos xilemáticos para las
diez especies estudiadas. En el se observa que el
coeficiente de variabilidad más alto (88%) lo presenta
Batesia floribunda en relación al número de poros por
mm2, el cual es explicado debido a que al contabilizar
los poros por mm2 en algunas áreas no se presentan
poros. Respecto al coeficiente de variabilidad de la
longitud de fibra todas las especies mantienen valores
cercanos a 25% lo que demuestra una homogeneidad
de las mismas, no ocurre lo mismo con el espesor de
pared de fibras el cual fluctúa alrededor de 45%
indicando una heterogeneidad en las especies.
La clave dicotómica macroscópica elaborada, se
presenta a continuación:
1a Madera con parénquima apotraqueal y/o
paratraqueal
2
1b Madera con parénquima en bandas del tipo
reticulado, poros solitarios y múltiples radiales, color
rojo, con presencia de tilosis, grano entrecruzado,
resistencia dura al corte
Eschweilera gigantea.
2a Maderas con parénquima apotraqueal
3
2b Maderas con parénquima paratraqueal
5
3a Poros exclusivamente solitarios; y solitarios y
múltiples radiales
4
3b Poros exclusivamente múltiples radiales,
parénquima difuso en agregados, grano recto, color
rojo, blanda al corte
Couma macrocarp
4a Poros exclusivamente solitarios, color blanco
rojizo, grano recto, parénquima difuso en agregados,
textura media, veteado jaspeado, suave al corte
Guatteria pteropus
4b Poros solitarios y múltiples radiales, color rojo,
grano entrecruzado, parénquima difuso, textura fina
Pouteria glomerata
5a Maderas de color rojo
6
5b Maderas de color amarillo
7
31
Estudio anatómico de diez especies forestales procedentes de Loreto, Perú
6a Maderas con radios estratificados, poros
mayormente solitarios, color rojo, grano
entrecruzado, parénquima aliforme y aliforme
confluente, dura al corte
Batesia floribunda
6b Maderas con radios no estratificados, poros
solitarios y múltiples radiales, textura fina, grano
entrecruzado, dura al corte parénquima aliforme
confluente
Brosimun potabile
7a Maderas sin sabor característico
8
7b Maderas de sabor
amargo, poros
mayormente solitarios, parénquima aliforme, grano
entrecruzado, dura al corte Hymenolobium
excelsum
8a Madera dura al corte
9
8b Madera blanda al corte, poros solitarios,
parénquima vasicéntrico
Persea americana
9a Madera con presencia de tilosis, color amarillo
intenso, parénquima aliforme y aliforme confluente,
textura fina
Maclura tinctoria
9b Madera con ausencia de tilosis, amarillo pálido,
parénquima aliforme, textura fina Perebea guianensis
La clave elaborada fue probada por personas con
conocimiento básicos en identificación de maderas,
resultando ser eficaz desde un punto de vista práctico.
Batesia floribunda Spruce Ex. Benth
Brosimun potabile Ducke.
Couma macrocarpa Barb. Rodr.
Escheweilera gigantea Kunth. (Mc Bride)
Guatteria pteropus Benth.
Hymenolobyum excelsum Ducke
Maclura tinctoria (L.) Steud
Perebea guianensis Aubl.
Persea americana L.
Pouteria glomerata (Miq.) Radlk
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X
X X
X
X
X
X X
X
X X
X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Gomas
Presencia de tilosis
Estratificados
Reticulado
X X
X
Otros
Sabor Caracteristico
No estratificados
X
X X X
X
X
X X X
X
X
X
X X
X X
X
X X
X X X X
Aliforme
Radios
Aliforme confluente
Parénquima
Vasicéntrico
Difuso
Solitarios
Pred. Multiples radiales
Visibles a simple vista
Poros
Visible con lupa de 10 X
Blanda
Dura
Satinado
Bandas paraleals
X
X
X
X
X X
X
Jaspeado
Gruesa
X
X X
Resistencia
al corte
Veteado
Arcos superpuestos
X
X
X
X
Fina
Media
Entrecruzado
ESPECIES
Grano Textura
Rojo
Blanco rojizo
Amarillo
Recto
Color
Difuso en agregados
Tabla 2. Características generales y macroscópicas de las diez maderas estudiadas.
X
X
X
X
X X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Tabla 3. Características microscópicas de las diez maderas estudiadas.
Batesia floribunda Spruce Ex. Benth
Brosimun potabile Ducke.
Couma macrocarpa Barb. Rodr.
Eschweilera gigantea Kunth. (Mc Bride)
Guatteria pteropus Benth.
Hymenolobyum excelsum Ducke
Maclura tinctoria (L.) Steud
Perebea guianensis Aubl.
Persea americana L.
Pouteria glomerata (Miq.) Radlk
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
32
Poros por mm2
Diámetro de poros
Parénquima
Puntuaciones intervasculares
5
6
7
Longitud de elementos vasculares
N° de radios / mm
Radios
8
Radios Heterogéneos
Inclusiones
Cristales
Fibras septadas
Fibras estratificadas
Gruesa
X
X
X
Sílice
13
11 12
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X X
X
X
X X
X
X
X
X
LEYENDA
1
2
3
4
13
Delgada
Largas
10
Muy delgada
Medianas
Cortas
9
Tipo III
Tipo I
Tipo II
8
Heterocelulares
Numerosos
7
Homocelulares
Poco numerosos
Pocos
6
Largos
Medianos
Cortos
5
Opuestas
Alternas
Reticulado
Aliforme
Aliforme confluente
4
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Vasicéntrico escaso
Difuso
X
X
X
Difuso en agregados
3
Grandes
Medianos
Pocos
2
Moderadamente numerosos
ESPECIES / CARACTERÍSTICAS
Muy pocos
1
Longitud de fibra
9
10 Espesor de pared de fibra
Fibras septadas
11
Fibras estratificadas
12
X
X X
X
X
X
X
X
Aldo Cárdenas O., Manuel Chavesta C.
Tabla 4. Valores estadísticos de los parámetros anatómicos.
Longitud de elementos
vasculares (µm)
Número por mm2
Altura (µm)
Ancho (µm)
Nº de células en alto
Nº de células en ancho
Número / mm
Diámetro total (µm)
Espesor de pared (µm)
Longitud (µm)
Brosimun potabile Ducke.
Couma macrocarpa Barb. Rodr.
Escheweilera gigantea Kunth. (Mc Bride)
Guatteria pteropus Benth.
Hymenolobyum excelsum Ducke
Maclura tinctoria (L.) Steud
Perebea guianensis Aubl.
Persea americana L.
Pouteria glomerata (Miq.) Radlk
Ŝ
X
C.V. (%)
Fibras
ŝ
39.10
77.39
1
83.11
12.38
3
1
1.25
3.98
1.44
358.10
X
217.4
278.1
1
329.8
44.2
13
4
5
16.7
4.9
1360.6
C.V (%)
18
28
88
25
28
26
29
24
24
30
24
ŝ
25.19
97.65
3
144.90
6.98
9
1
1.33
3.02
0.63
352.72
1360.0
Especies / Valores
Batesia floribunda Spruce Ex. Benth
Radios
Diámetro Tangencial
(µm)
Poros
X
110.0
391.3
11
428.6
27.1
22
3
6
12.3
1.8
C.V (%)
23
25
32
34
26
39
35
21
25
35
26
ŝ
17.60
111.61
2
159.55
4.90
5
1
1.72
24.3
0.73
357.79
1382.5
X
121.9
469.4
5
342.2
19.3
11
1
10
24.3
2.7
C.V (%)
14
24
36
47
25
44
39
18
29
27
23
ŝ
23.43
11
1
173.91 12.76 11
1
2
3.00
0.44
323.50
1990.0
X
155.6
348.8
3
482.3
32.6
20
2
12
14.3
1.4
C.V (%)
15
40
45
36
39
56
38
17
21
31
16
ŝ
22.40
87.08
1
862.37 17.16 31
1
1
8.25
0.87
236.06
1193.8
X
147.4
428.1
2
1745.0
52.1
43
4
3
29.6
2.5
C.V (%)
15
20
48
49
33
73
35
31
28
35
20
ŝ
42.18
52.88
1
196.45 10.46 10
1
1
3.08
1.48
471.53
1830.0
X
212.1
295.0
3
533.8
50.5
25
3
3
21.5
5.3
C.V (%)
20
18
44
37
21
40
21
30
14
28
18
ŝ
29.92
81.65
4
200.74 14.99 12
1
1
3.42
0.87
332.06
1256.9
X
140.3
297.5
7
569.3
64.2
26
3
2
13.0
1.8
C.V (%)
21
27
51
35
23
45
18
26
26
50
26
ŝ
18.61
62.25
3
438.73
7.56
19
1
1
3.99
0.65
266.31
1171.9
X
136.9
329.4
10
1088.3
49.2
45
4
6
15.9
2.1
C.V (%)
14
19
31
40
15
42
21
20
25
31
23
ŝ
22.13
118.85
2
83.87
4.23
4
0
1
2.65
0.59
188.89
1325.6
X
115.5
463.8
7
275.0
17.9
12
2
4
13.2
1.7
C.V (%)
19
26
36
30
24
31
14
33
20
36
14
ŝ
23.48
180.82
3
1193.18 14.01 46
1
2
3.25
0.85
440.16
X
105.3
1159.4
21
2604.4
68.8
77
3
11
24.1
1.9
2260.6
C.V (%)
22
16
16
46
20
60
28
16
13
45
19
: Desviación estándar
: Promedio
: Coeficiente de variabilidad
5. Conclusiones
1. Las maderas de Manchinga, Machimango, Insira,
Chimicua y Quinilla Blanca presentan textura fina,
Leche Huayo, Carahuasca y Palta Moena textura
media, y sólo Mari Mari y Huayruro textura gruesa.
2. Asimismo, sólo las maderas de Leche Huayo,
Carahuasca y Palta Moena presentan grano recto.
3. La presencia de tilosis en Machimango e Insira
podrían afectar su secado y preservación; además,
la presencia de cristales en todas las especies
excepto en Carahuasca y Palta Moena pueden
provocar mayor desgaste del filo de las
herramientas cortantes al igual que la presencia de
sílice en Quinilla Blanca.
4. A nivel microscópico Leche Huayo,
Machimango
e
Insira
presentan
radios
exclusivamente
homocelulares;
Huayruro,
Manchinga y Palta Moena exclusivamente
heterocelulares y Carahuasca, Mari Mari, Chimicua
y Quinilla Blanca presentan radios de ambos tipos.
An cient. 69(4) 2008, pp. 29-34
La única especie con radios estratificados es Huayruro.
5. Las maderas de Machimango, Mari Mari, Insira y
Quinilla Blanca se caracterizan por su fibra larga; Palta
Moena es la única que presenta fibras septadas y
estratificadas, Chimicua sólo fibras septadas y
Huayruro fibras estratificadas.
6. Las claves de identificación elaborada han probado
ser eficientes para las diez especies estudiadas, cuando
son empleados por personas con conocimientos
básicos en Anatomía de la Madera.
Con base a los resultados recomendamos realizar
estudios complementarios de propiedades físico
mecánicas, preservación, secado y trabajabilidad de las
especies estudiadas, con el fin de optimizar su
utilización.
6. Referencias bibliográficas
ARÓSTEGUI, A; SATO, A; GONZÁLES, V;
VALENZUELA, W; LAO, R. 1975. Estudio
tecnológico de maderas del Perú” (Zona Pucallpa).
Vol III. Características tecnológicas y usos de la
33
Estudio anatómico de diez especies forestales procedentes de Loreto, Perú
madera de 40 especies del bosque nacional
Alexander Von Humboldt. Lima, Ministerio de
Agricultura – Universidad Nacional Agraria La
Molina. 171 p.
ACEVEDO, M; KIKATA, Y. 1994. Atlas de
Maderas del Perú. Lima, PE, Universidad
Nacional Agraria de la Molina. 202 p.
BARAJAS, J. 1981. Descripciones y clave para la
identificación de maderas comerciales comunes.
Veracruz,
MX,
Instituto
Nacional
de
investigaciones sobre recursos bióticos”. (La
madera y su uso en la construcción, N º3).
COPANT (Comisión Panamericana de Normas
Técnicas). 1972. Maderas: Métodos para realizar
el análisis estadístico de las propiedades de las
maderas: Esquema 1º de Norma. COPANT 30:
1–012. Caracas, VE. 8 p.
COPANT (Comisión Panamericana de Normas
Técnicas). 1974. Maderas: Método para la
descripción de las características generales,
macroscópicas y microscópicas de las maderas
angiospermas y dicotiledóneas: Anteproyecto de
Norma. COPANT 30: 1 – 019. Caracas, VE. 25
p.
CHAVESTA, M. 2005. Maderas para pisos. Lima,
PE. Universidad Nacional Agraria La Molina.
Facultad de Ciencias Forestales – Departamento
de Industrias Forestales. 176 p
DETIENNE, P. 1982. Manuel D´identification des
bois de Guyana. Paris, FR. Centre Technique
Forestier Topical. 315 p.
DETIENNE, P; JACQUET, P. 1983. Atlas
D´identification des bois de L´amazonie et des
régions voisines. Paris, FR. Centre Technique
Forestier Topical. 114 p.
GARCÍA, L; GUINDEO, A; PERAZA, C; y DE
PALACIOS, P. 2003. La madera y su anatomía.
Anomalías y defectos, estructura microscópica de
coníferas y frondosas, identificación de maderas,
descripción de especies y pared celular. Madrid,
ES. 194 p.
IAWA. 1989. List of microscopic features for
hardwood identification with an appendix on
non-anatomical information. Bulletín 10(3). The
Netherlands. 113 p.
34
INIA. 1996. Manual de Identificación de especies
forestales de la Sub-región andina. INIA, OIMT.
Lima, PE. Organización Internacional de Maderas
Tropicales. 489 p.
INPA 1991. Catálogo de Madeiras da Amazonia.
Ministerio da Ciencia e Tecnología. Manaus, BR
Instituto Nacional de Pesquisas da Amazonía.
Manaus, Brasil. 153 p.
INPA 1993. Catálogo de Madeiras do Amapá.
Características tecnológicas. Ministerio da Ciencia e
Tecnología. Manaus, BR. Instituto Nacional de
Pesquisas da Amazonía. 58 p.
IZCO, J; BARRENO, E; BRUGUES, M. 1997.
Botánica. Madrid, ES. 781 p.
LEÓN, W; ESPINOZA DE PERNIA, N. 2001.
Anatomía de la madera. Mérida, VE. Universidad de
los Andes. Consejo de Publicaciones. 396 p.
LOREIRO, A; BRAGA P. 1979. Madeiras do
Municipio de Aripuana e suas utilidades (Mato
Grosso). Aripuana, BR. Acta Amazónica. 88 p.
MAINIERI, C; PEREZ, J. 1983. Manual de
Identificacao das principas madeiras comerciais
brasileiras. Sao Paulo. Instituto do pezquizas
tecnológicas do estado de Sao Paulo. 241 p.
MAINIERI, C; PEREZ, J. 1989. Fichas de
características das madeiras brasileiras. Sao Paulo,
BR. Instituto do pezquizas tecnológicas do estado de
Sao Paulo. 418 p.
PÉREZ, A. 1986. Apuntes de anatomía de la madera.
Mérida, VE, Universidad Nacional de los Andes. 132
p.
REYNEL, C; PENNINGTON, T; PENNINGTON, R;
FLORES, C; DAZA, A. 2003. Árboles útiles de la
Amazonía y sus usos – Un manual con apuntes de
identificación, ecología y propagación de las
especies. Lima, PE. Herbario de la Facultad de
Ciencias Forestales de la Universidad Nacional
Agraria La Molina. 509 p.
VALDERRAMA, H; ARAUJO, A; ARÓSTEGUI, A.
1989. Estructura anatómica y clave de identificación
de 20 especies forestales de la zona de Colonia
Angamos, Río Tavarí y Jenaro Herrera. IIAP, INPA.
Iquitos. Universidad Nacional de la Amazonía. 130
p.
WHEELER, E; BASS, P. 1998. Identification of
Woods. IAWA Journal 19(3): 241 – 264.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 23/05/2008
Aceptado: 24/06/2008
Durabilidad natural y características de la preservación de la madera de
Caraipa myrcioides (gavilán blanco) y Miconia barbeyana (palo gusano) por el
método PRESCAP
William Guerrero R. 1, Florencio Trujillo C. 2, Martín Araujo F. 3
Resumen
En el presente trabajo se ha evaluado la durabilidad natural y las características de la preservación por el método
PRESCAP de postes de madera de Caraipa myrcioides (Gavilán Blanco) y Miconia barbeyana (palo gusano),
provenientes del bosque secundario de la cuenca del Río Palcazu. Utilizando como referencia la norma ASTM - D
2017, la resistencia de la madera a la acción de los hongos xilófagos Gloeophillum trabeum, Heterobasidium
annosum y Polyporus versicolor, corresponde a la Clase A (altamente resistente) a Gavilán Blanco, y a la Clase B
(Resistente) a Palo Gusano. En cuanto a la preservación de la madera de Palo Gusano se obtuvo una retención de
12,767 kg/m3 usando sal CCA-C y de 14,557 kg/m3 usando sal CCB; mientras, que para Gavilán Blanco se obtuvo
una retención de 13,200 kg/m3 usando CCA-C y 14,817 kg/m3 usando CCB; lo cual, de acuerdo a los rangos
establecidos por la Norma Técnica Peruana INDECOPI 251.035, es aceptable en postes de madera para transmisión
eléctrica.
Palabras clave: Durabilidad natural, preservación, método PRESCAP.
Abstract
This research paper evaluates the natural durability and wood preservation characteristics of Caraipa myrcioides
(Gavilán Blanco) and Miconia barbeyana (Palo Gusano), using the PRESCAP procedure for wood poles,
proceeding from secondary forest of the Palcazu river basin. The laboratory standard method ASTM - D 2017 was
used as a reference for proving the wood resistance against Gloeophillum trabeum, Heterobasidium annosum and
Polyporus versicolor fungus. As a result, gavilan blanco was classified as “Highly Resistant” (Class A), and Palo
Gusano was classified as “Resistant” (Class B). In the case of preservation essays, waterborne preservatives CCA-C
and CCB were used, obtaining respectively a retention of 12.767 kg/m3 and 14.557 kg/m3 in Palo Gusano, and
13.200 kg/m3 and 14.817 kg/m3 in Gavilan blanco; which, according to the values established by the Peruvian
standard INDECOPI 251.035 is acceptable for the wood poles use.
Key Words: Natural durability, preservation, PRESCAP procedure.
1. Introducción
En la actualidad, el sistema nacional de
electrificación requiere de una gran cantidad de
postes de madera para cubrir con la demanda
energética. En el año 2005, la demanda de postes de
madera alcanzó las 70 000 unidades, principalmente
de 8 y 12 metros de longitud, con el objetivo de
abastecer las necesidades de pequeños servicios
eléctricos.
Debido a que la mayoría de trabajos de servicios
eléctricos se han realizado en sierra, el Eucalipto ha
sido la especie que más se ha utilizado en la
obtención de postes de madera. Sin embargo,
prácticamente se ha agotado la posibilidad de obtener
postes de eucalipto de buena calidad debido a la
masiva extracción de esta especie desde inicio de la
década del 70. Por ello, en la actualidad gran parte de
la demanda se satisface gracias a la importación de
postes de madera de Pino Amarillo del Sur,
provenientes principalmente de Estados Unidos y
Canadá.
1
Ingeniero Forestal, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima, Perú.
2
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria la
Molina. Lima, Perú.
E-mail: [email protected]
3
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria la
Molina. Lima, Perú.
Es en este sentido, que la apertura del mercado a
nuevas especies forestales que sustituyan al eucalipto,
con similares o superiores características de uso,
exige de estudios de investigación que permitan
identificar y difundirlas para su utilización de manera
que se amplíe la oferta nacional y una intervención
más integral del bosque, con mejores perspectivas
económicas y mayores oportunidades de desarrollo.
El presente trabajo tiene por objetivo demostrar
que la madera de las especies Caraipa myrcioides
“Gavilán Blanco” y Miconia barbeyana “Palo
Gusano”, provenientes de bosques secundarios de la
cuenca del río Palcazú, cumplen con las exigencias
de preservación en la elaboración de postes de
madera. De este modo, se pretende contribuir con
nuevas alternativas que satisfagan la necesidad actual
de este producto.
2. Materiales y métodos
2.1 Lugar de ejecución
El estudio se realizó en el año 2002, en la planta de
preservación de postes de madera de la Cooperativa
Forestal “SAYA” propiedad de la comunidad nativa
de Shiringamazú, ubicada en el distrito del Palcazú,
provincia de Oxapampa, departamento de Pasco.
Aquí se realizó también la toma de muestras para los
ensayos de durabilidad natural. Los estudios de
durabilidad natural, penetración y retención de
preservantes en la madera y el análisis de los
Durabilidad natural y características de la preservación de la madera de Caraipa myrcioides (gavilán blanco) y
Miconia barbeyana (palo gusano) por el método PRESCAP
resultados se realizaron en el Laboratorio de
Preservación de la Madera, del departamento
académico de Industrias Forestales de la Facultad de
Ciencias Forestales de la Universidad Nacional
Agraria La Molina.
2.2 Materiales y equipos
2.2.1 Madera
Se emplearon postes de madera, con longitud y
diámetro dentro de los parámetros establecidos para
la Clase 6, según la norma técnica peruana ITINTEC
251.022. Los individuos provienen de los bosques de
la comunidad nativa de Shiringamazú, de las especies
Caraipa myrcioides “Gavilán Blanco” y Miconia
barbeyana “Palo Gusano”.
2.2.2 Hongos xilófagos
Para la prueba de durabilidad natural, se utilizaron
los hongos xilófagos Gloelophillum trabeum (Pers.
Ex Fr.) Murr., Polyporus versicolor L. ex Fr. y
Heterobasidium annosum (Fr.) Karst, cultivados en
Extracto de Malta–Agar, del laboratorio de
preservación de la madera de la Facultad de Ciencias
Forestales - UNALM.
2.2.3 Método de cultivo
Se empleo Extracto de Malta-Agar como medio de
cultivo para los hongos xilófagos, el cual tiene la
siguiente formulación:
Extracto de Malta-Agar (g/kg)
Dextrosa
20 g
Extracto de Malta
20 g
Agar-agar
15 g
Peptona
6g
Agua destilada
939 g
2.2.4 Preservantes
Se emplearon 2 sales preservantes hidrosolubles,
que actualmente se utilizan en la preservación de
postes de madera para el sistema de electrificación
nacional. Las sales tienen la siguiente composición:
Preservante CCA – C:
Óxido de cromo
44%
Óxido de cobre
17%
Óxido de arsénico
30%
Inertes
9%
Preservante CCB – 70:
Óxido de cromo
40%
Óxido de cobre
17%
Ácido Bórico
38%
Inertes
5%
2.2.5 Equipos e instrumentos
Equipo de preservación PRESCAP
05 Casquetes PRES-CAP (ampliable a 30 de diversos
calibres).
2 Tanques de presión de 90 galones cada uno
Tanque de almacenamiento con una capacidad de 200
galones
Tanque de mezcla con una capacidad de 100 galones
Maquinaria de carpintería
Espectrofotómetro Espectronic 20D
Autoclave de esterilización
Incubadora con termostato regulable
36
Balanza de precisión de 0,01 gamos
Instrumental de laboratorio para cultivos
Reactivos
químicos
de
coloración
espectrofotometría, entre otros.
y
2.3 Procedimientos
2.3.1 Durabilidad natural
De la zona en estudio, se extrajeron 5 árboles de
cada especie para la elaboración de probetas de
madera de madera de duramen de 3,0 x 1,0 x 0,5 cm,
libres de defectos, de las cuales se seleccionaron al
azar 15 probetas por cada hongo de prueba, siguiendo
lo recomendado por INDECOPI NTP 251.027 y
ASTM D – 2017.
Los hongos de prueba fueron cultivados en placas
petri en sustrato de Extracto Malta – Agar. El cultivo
se desarrollo durante 30 días de incubación a 27 ± 1
ºC de temperatura.
Posteriormente, las probetas de madera fueron
secadas en estufa hasta alcanzar peso constante,
determinando el peso seco inicial (PSi), y luego
hidratadas por inmersión durante 72 horas.
Seguidamente, las probetas fueron esterilizadas
empleando una autoclave durante 11 minutos a 126
ºC de temperatura y a 1.25 atm de presión, para ser
inoculadas con los hongos xilófagos. A continuación,
las probetas esterilizadas fueron introducidas en las
placas petri, exponiéndolas al ataque de los hongos
xilófagos por un periodo de 90 días de incubación a
27 ± 1 ºC. Transcurrido el periodo de exposición las
probetas fueron extraídas de las placas petri y
secadas a estufa a 103 ± 2 ºC hasta alcanzar peso
constante, a fin de obtener el peso seco final (PSF).
La resistencia de la madera al ataque de los hongos
xilófagos se expresa con la pérdida de peso
porcentual (%PP) de las probetas expuestas, debido a
la destrucción de la sustancia leñosa. Este valor se
obtuvo utilizando la siguiente ecuación:
%PP = (PSI – PSF) x 100%
PSI
Para clasificar la madera de acuerdo al valor de su
durabilidad natural se utilizó la norma ASTM D
2017, como se muestra en la Tabla 1, en la que se
establece una escala en función al porcentaje de peso
perdido por la madera expuesta al ataque de hongos
xilófagos.
Tabla 1. Escala de clasificación de la madera
según su resistencia a la pudrición o durabilidad
natural.
Gado de
Peso
Peso
resistencia a los
residual
perdido
Clase
hongos
promedio
promedio
xilófagos
(%)
(%)
A
Altamente
90 – 100
0 – 10
resistente
B
Resistente
76 – 89
11 – 24
C
D
Moderadamente
resistente
No resistente
Fuente: ASTM D-2017.
56 – 75
25 – 44
55 ó menos
45 a más
William Guerrero R., Florencio Trujillo C., Martín Araujo F.
2.3.2 Preservación por el método PRESCAP
Se seleccionaron al azar 10 árboles de cada especie
de la zona en estudio. Los individuos seleccionados
fueron dimensionados, descortezados y preservados
durante las primeras 24 horas de extracción. La
longitud final de cada individuo fue de 8 metros.
Para el tratamiento preservador, se adecuó la base
de cada poste para la fijación de los anillos metálicos
y de los casquetes de preservación. Al asegurarse los
casquetes, se verificó que estos estén fijados de
manera tal que no se presenten fugas de preservante
durante el tratamiento preservador.
Se utilizaron preservantes hidrosolubles CCA-C y
CCB-70. Las sales fueron preparadas en solución
acuosa al 5% de concentración en un tanque de
mezcla, y de allí distribuidas a los distintos casquetes
por una cañería matriz, mediante el empleo de una
bomba que inyecta el preservante a una presión de
55,2 kg/cm2.
Para facilitar el proceso de impregnación de las
sales preservantes, los postes fueron colocados en
caballetes
en
forma
inclinada,
habiendo
aproximadamente entre el pie y la cabeza del poste
una diferencia de 50 centímetros, para lograr un
rápido desplazamiento del preservante. Asimismo, en
la cabeza de los postes se colocaron recipientes a fin
recoger los residuos de savia y solución preservadora
derivada del proceso evitando el impacto sobre el
medio ambiente. El tiempo empleado para cada
tratamiento preservador fue de alrededor de 5 horas
en promedio.
Finalmente, los postes fueron apilados durante 10
días para asegurar la fijación del preservante. Luego
de este plazo, de cada poste se obtuvieron 3 muestras,
conforme a la Norma Técnica Peruana 251.025, la
primera a 1/10 de la longitud total del poste, la
segunda a 0,5 metros arriba de donde se obtuvo la
primera, y la tercera a la misma distancia respecto de
la segunda. Las muestras, en forma de rodajas de 10
cm de espesor, fueron rotuladas, embaladas y
enviadas a Lima para los análisis correspondientes.
Análisis de penetración
Los análisis de penetración se basaron en la
identificación de cobre presente en la madera, para lo
cual se utilizó el reactivo Cromo Azurol “S”, de
acuerdo a lo establecido en la NTP 251.026, el cual
reacciona dando como resultado un color azul en la
madera impregnada. Este reactivo se pulverizó sobre
la superficie de las rodajas previamente espilladas.
Posteriormente se registraron las áreas coloreadas a
fin de calcular y clasificar el tipo de penetración de
acuerdo a la NTP ITINTEC 251.032, como se
muestra en la Tabla 2.
Para determinar el grado de penetración se calculó
el espesor de la superficie coloreada de la rodaja
expresada en porcentaje con referencia al total de la
cara de la rodaja y se clasificó de acuerdo la Tabla 3,
para lo cual se utilizó la siguiente fórmula:
An cient. 69(4) 2008, pp. 35-42
P = Ec x 100 %
Et
donde:
P : Penetración (Expresada en porcentaje)
E c : Sección de la rodaja coloreada
E t : Sección total de la rodaja
Tabla 2. Calificación de muestras según el tipo de
penetración.
Código
Descripción
Total Regular ( Toda la sección es
TR
preservada)
Total Irregular (Existen pequeñas zonas más
TI
o menos preservadas)
Parcial Regular (Zona preservada es
PR
periférica y uniforme)
Parcial Irregular(Zona preservada periférica
PI
sin un patrón definido)
Penetración Nula (No existe una penetración
PN
significativa)
Fuente: ITINTEC 251.032.
Tabla 3. Calificación de muestras según el grado
de penetración
Código
FP
MP
DP
IP
Descripción
Fácilmente Penetrable (Penetración
superior al 50% de la superficie)
Moderadamente
Penetrable
(Penetración no mayor al 50%)
Difícilmente Penetrable (Penetración
no mayor al 10%)
Impenetrable ( La penetración no es
significativa o es nula)
Fuente: Bueno, 1972.
Análisis de retención
Para los análisis de retención, se utilizó la cara
opuesta de las rodajas, donde se extrajo alrededor de
10 g de aserrín de cada una de las rodajas con el fin
de realizar las pruebas de colorimetría.
En un vaso de precipitación, se preparó una
solución con 1 g de aserrín de madera preservada y
400 ml de hipoclorito de sodio, para cada muestra.
Esta solución fue colocada en un agitador magnético
durante 15 minutos y luego fue filtrada. La solución
resultante fue vertida en una celda porta muestra y
colocada en el espectrofotómetro Spectronic 20D con
el cual se hizo la determinación de los valores de los
preservantes retenidos en la madera para cada uno de
sus componentes óxidos. Estos valores fueron
verificados con ayuda de los datos del fabricante
debidamente corregidos.
Para determinar la cantidad de preservante
contenido en la madera se realizaron lecturas en el
espectrofotómetro a 450 nm de longitud de onda para
el caso de los testigos o solución de referencia y para
las soluciones a partir de madera preservada se
utilizaron las longitudes de onda que se indican en la
Tabla 3, de acuerdo a los valores que se establecen en
las normas AWPA A2-94; A9-95 y A11-93.
37
Durabilidad natural y características de la preservación de la madera de Caraipa myrcioides (gavilán blanco) y
Miconia barbeyana (palo gusano) por el método PRESCAP
Tabla 3. Longitud de onda en el espectrofotómetro
“Spectronic 20D” para cuantificar los
componentes activos de los preservantes en la
madera.
Componente
Longitud de onda
(Nanómetros)
Cromo
450
Cobre
610
Arsénico
560
Boro
585
Fuente: González, A. 1997.
Los resultados obtenidos, expresados en
kilogramos de oxido por metro cúbico de madera
tratada fueron comparados y clasificados de acuerdo
a la NTP ITINTEC 251.035, como se muestra en la
Tabla 4.
Tabla 4. Retenciones para madera al exterior y en
contacto con el suelo.
Retención
Elevada
Buena
Mala
Nula
CCA – C
(kg/m3)
Mayor a 12
Menor a 12
Mayor a 8
Menor a 8
0
CCB – 70
(kg/m3)
Mayor a 16
Menor a 16
Mayor a 14
Menor a 14
0
Fuente: JUNAC, 1988.
2.3.3 Análisis estadístico
Para los resultados de los ensayos de durabilidad
natural se realizó un análisis de diseño de bloques
completos de manera aleatoria. Para efectos del
análisis, se plantearon dos hipótesis que permitan
encontrar la existencia o no de diferencias
significativas entre los resultados en función a la
especie de madera evaluada y al tipo de hongo
utilizado.
H1: No existe diferencia significativa del porcentaje
de pérdida de peso entre los tres tipos diferentes
de hongos.
H2: No existe diferencia significativa del porcentaje
de pérdida de peso entre los dos tipos diferentes
de madera.
También se realizó la prueba de Duncan a fin de
definir el nivel de actividad de los hongos frente a la
madera y qué madera presenta mayor resistencia.
Asimismo, para los resultados de los ensayos de
preservación se desarrolló el análisis de variancia
(ANVA) con un valor de confianza del 95%, con ello
se calculó la media, desviación estándar y el
coeficiente de variación en cada especie y cada
preservante, tanto para los análisis de penetración
como retención. Además, se realizó un análisis
estadístico de diseño factorial de 2 x 2, en el cual los
factores estuvieron representados por los preservantes
CCA-C y CCB que fueron empleados en el
tratamiento de la madera y los niveles fueron
38
asignados a las especies Palo Gusano y Gavilán
Blanco.
Para el análisis de los resultados de penetración y
retención del preservante en la madera se plantearon
las siguientes hipótesis:
H1: No existe diferencia significativa del nivel de
penetración y/o retención entre las tres secciones
de la madera evaluada.
:
H2 No existe diferencia significativa del nivel de
penetración y/o retención en la madera entre los
dos tipos de preservantes utilizados.
H3: No existe diferencia significativa del nivel de
penetración y/o retención entre las dos especies
de madera estudiadas.
Así mismo, se realizaron cruces entre los
resultados a nivel de la especie de madera, sección de
donde provenía la probeta y los tipos de preservante a
fin de observar la variabilidad de estos resultados.
3. Resultados
3.1 Durabilidad natural de la madera
En la Tabla 5, se presenta los resultados finales de
las pruebas de durabilidad natural para las dos
especies estudiadas. Estos muestran, según la norma
ASTM D-2017, que la madera de Palo Gusano es
calificada en la categoría resistente, y la madera de
Gavilán Blanco es calificada en la categoría
altamente resistente.
Tabla 5. Pérdida de peso promedio y clasificación
de la durabilidad natural en Palo Gusano y
Gavilán Blanco.
Especies
Gloeophillum
trabeum
Polyporus
versicolor
Heterobasidiu
m annosum
Resistencia
Promedio
Gado
de
Resistencia
Palo Gusano
(Miconia
barbeyana)
Gavilán Blanco
(Caraipa
myrcioides)
9,962%
5,789%
15,677%
3,777%
12,926%
2,749%
12,855%
4,105%
Resistente
Muy Resistente
En el caso de la madera de Palo Gusano se observa
una mayor actividad por parte del hongo Polyporus
versicolor, mientras, que Gloeophillum trabeum fue
el que causó menor deterioro en las probetas
expuestas. Por otro lado, en el caso de la madera de
Gavilán Blanco, se observa una mayor actividad por
parte del hongo Gloeophillum trabeum, mientras, que
Heterobasidium annosum fue el que causó menor
deterioro en las probetas expuestas.
En la Tabla 6 se presenta el análisis de varianza del
porcentaje promedio de la pérdida de peso de la
madera con cada hongo xilófago para la especie Palo
Gusano y en la Tabla 7, se observa el análisis de
varianza para la especie Gavilán Blanco.
William Guerrero R., Florencio Trujillo C., Martín Araujo F.
Tabla 6. Análisis de varianza del porcentaje promedio de peso perdido de la madera de Palo Gusano por el
ataque de los hongos xilófagos.
Hongos de Prueba
N
Mínimo
Máximo
Media
Desviación
Estándar
Varianza
Gloeophillum trabeum
Polyborus versicolor
Heterobasidium annosum
N válido
15
15
15
45
4,90
11,69
6,16
4,90
16,83
20,89
16,79
20,89
9,9620
15,6767
12,9253
13,6100
4,14226
2,87284
2,76193
4,01000
17,158
8,253
7,628
12,855
Tabla 7. Análisis de varianza del porcentaje promedio de peso perdido de la madera de Gavilán Blanco por el
ataque de los hongos xilófagos.
Hongos de Prueba
N
Gloeophillum trabeum
Polyborus versicolor
Heterobasidium annosum
N válido
15
15
15
45
Mínimo
Máximo
4,94
2,93
1,96
1,96
6,93
4,49
3,52
6,93
Del análisis de medias de Duncan de los hongos
xilófagos, se puede observar:
Gloeophillum trabeum
(X1) = 7.87
Polyporus versicolor
(X2) = 9.73
Heterobasidium annosum (X3) = 7.84
Ordenando las medidas: X2>X1>X3
Parámetro de análisis:
Sx
8.24
6
1.1718
donde:
Sx : Error estándar de medias de los resultados por
pérdida de peso de la madera por acción de los
hongos xilófagos.
Del análisis, se puede inferir que no existen
diferencias significativas entre la actividad de los
hongos Gloeophillum trabeum y sobre las maderas
ensayadas. Por otro lado, se puede afirmar que
existen diferencias significativas ente la actividad de
Polyporus versicolor y Gloeophillum trabeum y
Heterobasidium annosum, siendo el primero el de
mayor actividad sobre las maderas ensayadas.
De los resultados se desprende que la especie
Caraipa myrcioides (Gavilán Blanco) presenta una
mayor resistencia al ataque de los agentes
destructores de la madera que la especie Miconia
barbeyana (Palo Gusano), sin embargo ambas
presentan valores de resistencia
relativamente
elevados.
3.2 Preservación de la madera
3.2.1 Penetración
En la Tabla 8 se presentan los resultados promedio
del tipo de penetración. En el se observarse que la
especie Caraipa myrcioides (Gavilán Blanco)
presenta una penetración más uniforme que Miconia
barbeyana (Palo Gusano).
An cient. 69(4) 2008, pp. 35-42
Media
5,7900
3,7773
2,7493
3,8500
Desviación
Estándar
0,52776
0,40250
0,43012
1,35300
Varianza
0,279
0,162
0,185
0,202
Tabla 8. Tipo de penetración de preservante en la
sección transversal de las rodajas de madera de
las especies Palo Gusano y Gavilán Blanco.
Palo Gusano
Gavilán Blanco
Muestra
CCA-C
CCB-70
CCA-C
CCB-70
Total
Regular
Total
B
Regular
Total
C
Irregular
Total
Promedio
Regular
Total
Regular
Total
Regular
Total
Regular
Total
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
Parcial
Regular
A
Se observa que los postes de Miconia barbeyana
(Palo Gusano) presentan penetración Total Irregular
en toda su longitud, posiblemente debido a
obstrucciones en su estructura vascular. Pese a ello,
posee una buena aptitud hacia la preservación debido
a que las muestras evidencian la presencia del
preservante en casi la totalidad de la superficie de las
rodajas a excepción de la parte central en la que se
constituye la médula.
En el caso de Caraipa myrcioides (Gavilán
Blanco), se observa una distribución más uniforme de
la sal preservante a lo largo de las muestras. En las
rodajas extraídas se puede observar un anillo de
madera preservada claramente definido. La presencia
de irregularidades en la penetración en algunas de las
probetas estudiadas está directamente vinculada a la
presencia de nudos, picaduras o rajaduras en la
estructura del poste.
En la Tabla 9 se presentan los resultados promedio
de acuerdo al grado de penetración. Puede observarse
en forma general que la especie Miconia barbeyana
(Palo Gusano) presenta una mejor disposición a ser
preservada siendo clasificada como fácilmente
penetrable (FP) con relación a la especie Caraipa
39
Durabilidad natural y características de la preservación de la madera de Caraipa myrcioides (gavilán blanco) y
Miconia barbeyana (palo gusano) por el método PRESCAP
myrcioides (Gavilán Blanco) que clasifica como
moderadamente penetrable (MP), esto se debe entre
otros motivos a que cada especie presenta mayor o
menor proporción de albura y duramen
respectivamente en su estructura xilemática, la
densidad básica de Gavilán Blanco es mayor
presentando a su vez poros de menor diámetro.
Tabla 9. Grado de penetración de preservante en porcentaje de superficie de la sección transversal de las
rodajas de madera de Palo Gusano y Gavilán Blanco.
Palo Gusano (%)
Muestra
Gavilán Blanco (%)
CCA-C
CCB-70
CCA-C
CCB-70
A
72,04
76,62
38,47
35,39
B
72,82
74,18
35,42
34,22
C
71,78
72,93
28,83
33,76
Promedio
72,21
74,58
34,24
34,46
Fácilmente Fácilmente Moderadamente Moderadamente
Penetrable Penetrable
Penetrable
Penetrable
Clasificación
En la Tabla 10 se presenta el análisis de varianza de los datos de penetración de las sales preservantes en los
postes de las dos especies estudiadas.
Tabla 10. Análisis de varianza de los resultados del análisis de penetración de la madera de Palo Gusano y
Gavilán Blanco por los preservante CCA – C y CCB – 70.
Especie /
Preservante
N
Palo Gusano
CCA – C
Desviación
Estándar
Varianza
72,210
2,57283
0,6122
79,89
74,576
3,79499
1,4403
28,51
41,99
34,243
4,88884
2,3919
23,44
46,93
34,457
6,70619
4,4991
Mínimo
Máximo
10
68,36
82,02
Palo Gusano
CCB – 70
10
69,48
Gavilán Blanco
CCA – C
10
Gavilán Blanco
CCB – 70
10
Se puede afirmar que no existen diferencias
significativas en la penetración del preservante entre
las dos especies de madera estudiadas. Además,
existen diferencias significativas en la penetración de
acuerdo al tipo de preservantes CCA-C y CCB-70.
Este mejor comportamiento comparativo de la sal
CCA – C se puede deber a la menor solubilidad y la
mayor presencia de materiales inertes suspendidos en
el preservante CCB – 70.
Se puede observar igualmente que la especie
Miconia barbeyana (Palo Gusano) presenta una
distribución más uniforme de los resultados lo que se
refleja en los valores de la varianza y de la desviación
estándar. Además, se puede afirmar que existen
diferencias significativas en la penetración del
40
Media
preservante en las secciones o niveles de extracción
de muestras, siendo la de mayor penetración la
sección A (en la base del poste).
3.2.2 Retención
En la Tabla 11 se presentan los resultados
promedio de la retención del preservante en la
madera. Puede observarse que la especie Caraipa
myrcioides (Gavilán Blanco) presenta una mejor
disposición a retener el preservante con relación a la
especie Miconia barbeyana (Palo Gusano). Ambas
especies retienen con mayor facilidad el preservante
CCB – 70, sin embargo, al comparar los resultados
con los valores exigidos por la norma NTP 251.023
observamos que el preservante CCA – C alcanza una
mejor calificación, debido a su toxicidad.
William Guerrero R., Florencio Trujillo C., Martín Araujo F.
Tabla 11. Resultados promedio de la retención de los preservantes CCA – C y CCB – 70 por las especies Palo
Gusano y Gavilán Blanco expresados en kg/m3.
Muestra
Oxido de Cobre
Oxido de Cromo
Oxido de Arsénico
/ Ácido bórico
Retenciones Totales
Clasificación
Palo Gusano
(kg/m3)
CCA-C
CCB-70
4,213
5,823
2,426
2,620
Gavilán Blanco
(kg/m3)
CCA-C
CCB-70
4,356
5,927
2,508
2,667
6,128
6,114
6,336
6,223
12,767
Elevado
14,557
Conforme
13,200
Elevado
14,817
Conforme
Además, en ambos casos se observa una
distribución bastante homogénea del preservante a lo
largo de los postes en las dos especies estudiadas.
El análisis estadístico, como se muestra en la Tabla
12, ha estado orientado a determinar si la variación
de los resultados de la retención entre los tres niveles
de los cuales se extrajeron las muestras (A, B y C)
presentaban una diferencia significativa para lo cual
se desarrolló un diseño factorial de 2 x 2. De los
resultados podemos afirmar que existen diferencias
significativas en la retención del preservante entre las
dos especies de madera estudiadas Palo Gusano
(Miconia barbeyana) y Gavilán Blanco (Caraipa
myrcioides), aunque esta diferencia es mínima.
Asimismo, existen diferencias significativas en la
retención de acuerdo al tipo de sales preservantes
CCA-C y CCB-70, sin embargo, al analizar las
secciones esta variación es mínima. Además, existen
diferencias significativas en la retención del
preservante en las secciones o muestras sobre las
cuales se realizaron las mediciones y que fueron
obtenidas de los postes a diferentes alturas.
Tabla 12. Análisis de varianza de los resultados del análisis de retención de los preservantes CCA – C y CCB
– 70 en la madera de Palo Gusano y Gavilán Blanco.
Especie / Preservante
Palo Gusano
CCA – C
Palo Gusano
CCB – 70
Gavilán Blanco
CCA – C
Gavilán Blanco
CCB - 70
Mín.
Máx.
10
12,25
13,15
12,77
0,3493
0,1220
10
14,27
15,10
14,56
0,3573
0,1277
10
13,00
13,50
13,20
0,1758
0,0309
10
14,50
15,10
14,82
0,2260
0,0511
Del cuadro anterior se puede observar que el
preservante CCB – 70 alcanza valores relativamente
mayores de retención frente al preservante CCA – C,
sin embargo, analizando su toxicidad y las exigencias
de acuerdo a las normas es el segundo preservante el
que alcanza mejores valores. Asimismo, se observa
que la especie Gavilán Blanco (Caraipa myrcioides)
alcanza mejores niveles de retención de preservantes
tanto con CCA – C como con CCB – 70 igualmente
presenta una distribución más uniforme de los
resultados lo que se refleja en los valores de la
varianza y de la desviación estándar.
El proceso de preservación permite observar como
la solución preservadora desplazaba a la savia del
poste cuando esta empieza a caer por la cabeza del
poste y aproximadamente 3 horas después la savia
debe ser reemplazada por la solución preservadora
residual, en este momento se deben cambiar los
recipientes colocados en la cabeza de los postes a fin
de recuperar el preservante residual para ser
reciclado. Es necesario señalar que para efectos de la
investigación sólo se utilizó solución preservadora en
primer uso.
An cient. 69(4) 2008, pp. 35-42
Media
DE
Varianza
N
4. Conclusiones
1. La durabilidad natural o resistencia a la pudrición
de la madera de duramen de las especies estudiadas,
se clasifica de la siguiente manera:
Caraipa myrcioides (Gavilán Blanco): Clase A
(altamente resistente)
Miconia barbeyana (Palo Gusano)
: Clase B
(resistente)
2. La madera de Gavilán Blanco es más susceptible al
ataque del hongo Gloelophillum trabeum y más
resistente al ataque de Heterobasidium annosum.
3. La madera de Palo Gusano, es mas susceptible al
ataque del hongo Polyporus versicolor y más
resistente al ataque de Gloelophillum trabeum.
4. La preservación de postes de madera de las
especies Caraipa myrcioides (Gavilán Blanco) y
Miconia barbeyana (Palo Gusano) por el método
PRESCAP, cumple con los requerimientos de
preservación establecidos por las normas nacionales.
Se recomienda realizar estudios complementarios que
permitan conocer más acerca de los principios activos
tóxicos presentes en las maderas estudiadas que
confieren resistencia biológica.
41
Durabilidad natural y características de la preservación de la madera de Caraipa myrcioides (gavilán blanco) y
Miconia barbeyana (palo gusano) por el método PRESCAP
Se recomienda realizar estudios complementarios a
fin de determinar la optimización del proceso de
preservación PRESCAP, que contribuya a una
reducción sustancial de los costos de producción.
Se recomienda realizar estudios respecto a la
reutilización o reciclaje de la solución preservadora
de recuperación del proceso de preservación
PRESCAP, con el objeto de disminuir los impactos
negativos sobre el medio ambiente.
5. Referencias bibliográficas
ASTM. 1980a. ANSI / ASTM D1628. Standard
Methods for Analysis of Chromated Copper
Arsenate. EEUU.
ASTM. 1980b. ANSI / ASTM D 2017. Accelerated
laboratory test of natural decay resistance of
woods. EEUU.
AWPA 1993. Standard A11-93. Standard Methods
for analysis of treated wood and treating solutions
by atomic absorption spectroscopy. EEUU.
AWPA 1994. Standard A2-94. Standard Methods for
analysis of waterborne preservatives and FIREretardant formulations. EEUU.
AWPA 1995. Standard A9-95. Standard Methods for
analysis of treated wood and treating solutions by
X – ray spectroscopy. EEUU.
AWPA. 1995. Standard M2. Standard for Inspection
of treated wood products. EEUU.
AWPA. 2000. Standard P5. Standard for Waterborne
Preservatives. EEUU.
BUENO J. 1972. Postes de Madera para Líneas
Aéreas de Conducción de Energía. Universidad
Nacional Agraria La Molina – Facultad de Ciencias
Forestales. Perú.
CANCHUCAJA J., González R., Trujillo F. 1996.
Procesamiento De Postes De Madera Para
Conducción De Energía Eléctrica Tratados Por El
Método Boucherie. Confederación Nacional de la
Madera. Revista El Maderero 1 y 2 (1996).
42
GONZÁLEZ A. 1997. Análisis Colorimétrico de
Sales Preservantes CCA y CCB en Soluciones de
Tratamiento y en Madera Preservada. UNALM –
FCF - PERU
JUNAC, 1988. Manual del grupo andino para la
preservación de maderas. Junta Nacional del
Acuerdo de Cartagena. Lima - Perú
ITINTEC (Hoy INDECOPI). 1974ª. NTP 251.022.
Postes de Madera para Líneas Aéreas de
Conducción de Energía. Requisitos Generales.
Perú.
ITINTEC (Hoy INDECOPI). 1974b. NTP 251.025.
Preservación de Madera. Extracción de muestras de
Madera Preservada. Perú.
ITINTEC (Hoy INDECOPI). 1974c. NTP 251.026.
Preservación de Madera. Penetración y Retención
de los Preservadores en la madera. Perú.
ITINTEC (Hoy INDECOPI). 1974d. NTP 251.027
Preservación de madera. Valor tóxico y
permanencia de preservadores de madera en
condiciones de laboratorio. Perú
ITINTEC (Hoy INDECOPI). 1979. NTP 251.032
Preservación de Madera. Clasificación de las
maderas por sus características de preservación.
Lima – Perú
ITINTEC (Hoy INDECOPI). 1987. NTP 251.035
Preservación de madera. Composición química de
los preservadores para madera. Lima – Perú.
JOSÉ A., TRUJILLO F. 1992. Eficacia del Sistema
de Preservación PRES–CAP en Dos Especies
Forestales del Valle Palcazú – Costos de
Producción. UNALM – FCF - PERU.
ROMANÍ W. 2003. Estudio de flexión en Postes de
transmisión eléctrica y Propiedades Físico –
Mecánicas relacionadas de las especies Gavilán
Blanco (Caraipa myrcioides) y Palo Gusano
(Miconia barbeyana) en el valle de Palcazú.
UNALM – FCF - PERU.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 16/11/2007
Aceptado: 24/06/2008
Propuesta de un plan de calidad en la manufactura de postes de eucalipto
(Eucalyptus globulus Labill)
Minnelli Bernuy V. 1, Julio Canchucaja R. 2, Florencio Trujillo C. 3
Resumen
En el presente trabajo de investigación se efectuó un diagnóstico de la forma de trabajo actual de una planta de
fabricación de postes, para lo cual se realizaron dos evaluaciones: una física para verificar los defectos de forma,
estructura y estado sanitario; y una química para medir la profundidad de penetración y la retención del preservante
en el poste. En función a los resultados obtenidos, se propone un plan de calidad en la manufactura que permita
maximizar el uso de la materia prima, reducir el porcentaje de rechazos y se obtenga un producto de calidad que
cumpla con los requisitos solicitados por el cliente. Los resultados indican que existe una selección inadecuada de
árboles, un deficiente almacenamiento y secado de los postes, por lo cual se obtuvieron valores de penetración y
retención que no están acordes a los rangos establecidos en las normas técnicas.
Palabras clave: Plan de calidad, postes de eucalipto.
Abstract
The present study diagnosis the current working procedures in a pole producing plant two evaluations, one physical
an d the other chemical, were performed; the first one verifying defects in shape, structure and sanitary conditions,
the second measuring the depth and preservant retention by the poles. In accordance with the obtained results, a
quality improvement plan is proposed to optimize the use of prime materials and reduce the discarding percent as
desired by the clients. Results show that an inadecuate tree selection, defects in storing and drying procedures
determine deficient penetration by preservant, outside from the Technical Norm.
Key Words: Quality improvement plan, eucalyptus pole.
1. Introducción
El eucalipto (Eucalyptus globulus Labill) es la
especie más utilizada para la fabricación de postes
destinados a la electrificación rural, debido su
facilidad de transporte y menor costo con respecto a
otros materiales. Para la manufactura de este
producto se debe tener cuidado en la selección de los
árboles, en aspectos como defectos de forma, de
estructura y estado sanitario. Además, debido a su
constitución anatómica requiere ser preservado,
siendo indispensable una adecuada impregnación,
utilizando para ello el método de vacío-presión.
Actualmente, el país cuenta con 3 empresas que
tienen equipos con la capacidad de preservar postes
de madera por el método de vacío-presión, de los
cuales solo uno, ubicado en la ciudad de Lima, se
dedica a la fabricación de este producto. Sin
embargo, su porcentaje de rechazo por el
incumplimiento de los requerimientos técnicos
solicitados por el cliente fluctúa entre 40 – 60%,
dependiendo de sus dimensiones; siendo la principal
causa el escaso conocimiento técnico sobre la
aplicación del control de calidad en el proceso de
manufactura.
En el presente trabajo de investigación se propone
un plan de calidad para la manufactura de postes de
eucalipto, en sus diferentes etapas, evaluando los
defectos de forma, estructura, estado sanitario y
preservación.
1
Ingeniero Forestal, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima, Perú.
2
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria
La Molina. Lima, Perú.
E-mail: [email protected]
3
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria
La Molina. Lima, Perú.
Estos resultados contribuirán a incrementar la
productividad y rendimiento de la empresa en estudio
y de aquellas que estén dedicadas a la misma
actividad, obteniendo postes de calidad acordes a los
requerimientos técnicos normalizados que aseguren
su vida útil en servicio. La investigación tiene como
objetivo establecer un plan para el control de calidad
en la manufactura de postes de eucalipto.
2. Revisión de literatura
2.1 Especie
La especie “eucalipto” (Eucalyptus globulus
Labill) pertenece al Orden Angiospermas, Familia
Myrtaceae y es procedente de Australia. El tronco es
generalmente recto con corteza lisa que se desprende
en largas tiras, además posee ramas a lo largo del
tronco y presenta varios nudos. (Morales; Albertín,
1975)
2.2 Poste de madera
El poste de madera es un producto utilizado para el
sostenimiento de líneas aéreas de conducción de
energía
eléctrica;
tienen
una
sección
aproximadamente circular, con una longitud mínima
de 6 m y una circunferencia mínima de 22 cm
(Instituto de Investigación Tecnológica Industrial y
de normas técnicas, ITINTEC 251.022, 1974).
2.3 Proceso de manufactura
El proceso de fabricación del poste de madera
preservado por el método de vacío – presión es el
siguiente:
Selección de árboles, que consiste en seleccionar
los árboles con características físicas que aseguren el
cumplimiento de los requisitos de calidad del
producto terminado, para lo cual se debe tener en
cuenta lo siguiente: altura comercial, circunferencia
mínima a la altura del pecho, defectos de forma y
estado sanitario. (Canchucaja et al., 1996)
Propuesta de un plan de calidad en la manufactura de postes de eucalipto (Eucalyptus globulus Labill)
Tumbado, que se efectúa con una motosierra de
cadena a una altura aproximada de 30 cm del suelo,
ejecutando el corte en bisel para asegurar el futuro
rebrote del tocón. (Canchucaja et al., 1996)
Despuntado preliminar, para el cual se realizan
cortes en un plano perpendicular al eje longitudinal
del fuste, en la base y en la parte superior, con el fin
de eliminar la copa y determinar la longitud del poste
más un sobredimensionamiento, cuya finalidad es la
de en caso se produzcan rajaduras y grietas en los
extremos durante el secado, eliminar dichas secciones
para obtener su longitud total sin defectos en los
extremos. (Canchucaja et al., 1996)
Almacenamiento de materia prima, que se
efectúa en un patio acondicionado en una zona
cercana a la plantación, donde los fustes deben estar
separados del suelo y con un techo que evite la
incidencia directa de los rayos solares. (Canchucaja et
al., 1996)
Secado, los postes de eucalipto se secan al aire
libre y debido a que el método de impregnación es
por vacío-presión, los postes de madera deben
alcanzar una humedad menor o igual a 30%
(ITINTEC 251.022, 1974). El secado de los postes
debe ser conducida de manera tal que se minimicen la
aparición de defectos físicos (grietas y/o rajaduras) o
biológicos (pudrición e insectos) y no comprometan
su calidad. (Déon, 1989)
Descortezado
que
consiste
en
eliminar
completamente la corteza, incluyendo el líber, debido
a que es virtualmente impermeable a los líquidos
preservantes, además de, albergar insectos, favorecer
la pudrición y retardar el secado. (Junta del Acuerdo
de Cartagena, JUNAC, 1988)
Despuntado final, que se basa en realizar cortes en
un plano perpendicular al eje longitudinal del fuste,
en la base y en la cabeza, con el fin de definir la
longitud final del mismo. (Instituto Nacional de
Normalización, NCh2122, 1978)
Consolidado, que se fundamenta en fijar
dispositivos metálicos, tales como placas anticuarteo,
alambres galvanizados o abrazaderas, con el objetivo
de prevenir la aparición de grietas y rajaduras en los
extremos del poste que excedan a lo tolerado en las
normas técnicas vigentes. (Canchucaja et al., 1996)
Preservación, que consiste en inyectar a la madera
una sustancia química tóxica con el propósito de
incrementar su vida útil en servicio. Dentro de las
variantes que ofrecen los tratamientos con presión en
autoclave, se destacan los siguientes tres procesos:
Bethell, Rüeping y Lowry, siendo el más utilizado
para este caso el procedimiento Bethell o célula llena.
(JUNAC, 1988)
Marcado, los postes deben ser marcados a una
altura de 3,0 m de su base, la cual es fundamental
para efectuar un seguimiento del comportamiento
durante su vida útil en servicio. Esta marca debe
incluir la siguiente información: identificación de la
empresa, designación de la planta, año de
tratamiento, especie de madera y tratamiento
preservador, retención, clase y longitud. Este
marcado se puede efectuar con un pirograbado, placa
44
metálica u otro sistema que garantice su duración.
(American Word-Preserves Association Standard,
AWPA M2-95, 1995)
Almacenamiento de producto terminado, los
postes preservados deben almacenarse bajo techo
para evitar el impacto directo del sol y la lluvia sobre
una base de madera tratada u otro material que
mantenga a los postes alejados por lo menos a 25 cm
del suelo en todos sus puntos. Además, el apilado
debe permitir una buena circulación de aire, evitando
que exista vegetación y madera en descomposición
por debajo y alrededor de las pilas. (NCh2122 1978;
ITINTEC 251.022, 1974)
2.4 Control de calidad
La calidad se define como el grado en que un
producto satisface los requerimientos de un
consumidor específico, de tal manera que cumpla la
función que se espere de él y al mejor precio posible.
(JUNAC, 1989)
El control de calidad comprende todas las
actividades que debe desarrollar la empresa con el fin
de alcanzar sus objetivos de calidad y consiste en
investigar, desarrollar, diseñar, fabricar y vender
productos que sean los más económicos y útiles para
satisfacer los requerimientos del consumidor.
(JUNAC, 1989)
La implementación de un plan de calidad en una
institución se establece como una experiencia de
innovación en la que con el compromiso formal de
todos sus miembros, se persigue la mejora constante
y generalizada de todos los componentes en cualquier
circunstancia y en todo momento. Se trata, en
definitiva, de reorientar la trayectoria de dicha
institución desde una redefinición permanente de su
razón de ser hacia su funcionamiento global a la
búsqueda de la calidad total. (Kaufman y Zahan,
citados por Palacios, 1993)
El control de materiales adquiridos implica la
recepción y almacenamiento a los costos más
económicos de calidad, de sólo aquellas partes cuya
calidad cumple con los requisitos especificados.
(Feigenbaum, 1995)
Para el caso de los postes de madera, se realiza una
evaluación física que implica lo siguiente: medición
de dimensiones, verificación de los defectos de la
madera (de forma y de estructura) y estado sanitario.
El control del proceso se refiere a las diferentes
etapas a seguir para asegurar la calidad del producto
en sus distintas fases de fabricación. (Feigenbaum,
1995)
En este contexto, el control del secado del poste se
realiza debido a que, para preservarlos por el método
de vacío presión, se requiere que estos estén a un
contenido de humedad de hasta 28%, mediante un
secado al aire libre. Este control se realiza utilizando
higrómetros de pines portátiles. (ITINTEC 251.025,
1974)
El control del preservado se realiza durante el
proceso de preservación y se debe verificar la
concentración y composición química del
preservante, y el tratamiento de impregnación
Minnelli Bernuy V., Julio Canchucaja R., Florencio Trujillo C.
propiamente dicho. (American Word-Preserves
Association Standard, AWPA M2-95, 1995).
En lo referente a la evaluación química se debe
determinar la penetración, que es la profundidad de la
capa teórica con que se protege a la madera, tanto
axial como transversalmente. La penetración del
preservante hidrosoluble en la madera tratada se
determina por medio de reacciones colorimétricas,
utilizándose una solución del reactivo de cromo
azurol “S”, que detecta la presencia de cobre en la
madera tratada con un cambio de coloración
producida por el preservante (Santini, 1988).
Asimismo, la retención, que es la cantidad de
producto preservador contenido de manera uniforme
en un determinado volumen de madera expresado en
kilogramos de preservante por metro cúbico de
madera. (JUNAC, 1988)
El control del producto se realiza en el lugar mismo
de la elaboración y continúa hasta el área de servicio,
de modo que la discrepancia con las especificaciones
de la calidad puedan ser corregidas, evitando la
fabricación de producto defectuoso y que el servicio
en el campo de aplicación sea convenientemente
logrado, para asegurar la provisión completa de la
calidad esperada por el cliente. (Feigenbaum, 1995)
3. Materiales y métodos
3.1 Lugar de ejecución
El presente trabajo de investigación se realizó en
las instalaciones de la Empresa Maderas WISE SRL,
ubicada en Mz. B Lote 4 Carapongo 1- San Juan de
Lurigancho, y en los Laboratorios de Paneles de la
Facultad de Ciencias Forestales de la UNALM y de
la Dirección Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de
Energía y Minas.
3.2 Materiales y equipos
Postes de madera de la especie Eucalyptus globulus
Labill, procedentes de la localidad de Uripa,
provincia de Chicheros, departamento de Apurímac.
Insumos como: sal CCA tipo C de la firma
Wollman, en forma de pasta y agua proveniente del
subsuelo.
Los materiales de laboratorio utilizados fueron:
placas petri, cápsulas de plástico, cuchillas,
formularios, reactivo cromo azurol “S” y otros.
En equipos e instrumentos: estufa, vernier digital
(0,01 mm), equipo espectrofotómetro de rayos X
(0,01 kg/m³), molino de tarugos, prensa de muestras,
higrómetro de pines marca GANNT HT 75 (± 1%),
barreno forestal de 8”, cámara digital CANNON y
otros.
3.3 Métodos y procedimientos
3.3.1 Selección y tumbado de árboles para
postes
Fue realizada por el personal de la empresa, según
las pautas pre-establecidas que tienen para dichas
operaciones.
3.3.2 Especificaciones técnicas del producto
Antes de realizar la evaluación física de los postes
sin tratamiento, es necesario tener en cuenta las
especificaciones técnicas del producto, teniendo en
consideración las tolerancias señaladas para los
An cient. 69(4) 2008, pp. 43-50
siguientes aspectos: dimensiones, contenido de
humedad, calidad de producto (defectos de forma,
estructura, estado sanitario y preservación), los cuales
deben estar dentro de los rangos de aceptación de las
normas técnicas vigentes.
3.3.3 Tamaño de muestra
El tamaño de muestra se determinó de acuerdo al
número de cargas de preservación (35 cargas) que se
efectúan mensualmente en la empresa, siendo éste el
20% del total, que corresponde a 7 cargas, que a su
vez constan de 116 postes.
3.3.4 Evaluación física de los postes sin
tratamiento
El procedimiento realizado para la evaluación de
dichos parámetros fue el siguiente:
a) Dimensiones
Se midieron las circunferencias en la base, línea de
tierra y cabeza, así como la longitud total del poste.
b) Contenido de humedad
Se efectuó con el uso de un higrómetro de pines, el
cual previamente fue calibrado en función a la
especie y a las condiciones del medio ambiente. La
medición se realizó en la parte media de la longitud
del poste y a una profundidad equivalente al espesor
de albura del mismo.
c) Defectos de forma
Se evaluaron las curvaturas y torceduras presentes
en los postes, teniendo en cuenta las tolerancias
indicadas en las normas técnicas vigentes.
Para la medición de la flecha o deflexión de la
curvatura se utilizó un cordel de nylon, colocándose
un extremo del cordel en la parte interior de la línea
de tierra, llevándolo y tensándolo hasta llegar a la
parte interior de la cabeza del poste. La flecha o
deflexión máxima fue medida con una cinta métrica
para que, comparando el resultado con las tolerancias
indicadas para dicho defecto, se proceda a la
aceptación o rechazo del producto evaluado.
La medición de las torceduras en el poste se
efectuó observando que la longitud de la torcedura y
su desviación en la misma, este dentro de lo
establecido en las normas técnicas vigentes.
d) Defectos de estructura
En caso de rajaduras y grietas en los extremos, así
como grietas en la superficie del poste, se midieron el
ancho de la abertura y su longitud, utilizándose un
vernier digital y una cinta métrica respectivamente.
Nudos: se determinó el tipo de nudo (sano y
muerto), su diámetro promedio, profundidad y
ubicación en altura de acuerdo a un punto de
referencia más cercano.
Daño mecánico: se determinó el ancho, largo y
profundidad, así como su ubicación en altura con
respecto a un extremo del poste.
e) Estado sanitario
Se evaluó la presencia de hongos e insectos
xilófagos, así como la posible existencia de bacterias
o cicatrices en los postes.
3.3.5 Evaluación del tratamiento preservador
Solución preservadora
Para la determinación de la composición química,
balance del preservante y su concentración, se tomó
45
Propuesta de un plan de calidad en la manufactura de postes de eucalipto (Eucalyptus globulus Labill)
una muestra de 250 ml de solución por carga de
impregnación,
analizándose
luego
en
un
espectrofotómetro de rayos X. Dichos resultados se
compararon con los rangos de aceptación
establecidos en la norma AWPA C4-95.
Toma de muestras de madera preservada
En 10 postes seleccionados al azar de cada carga de
impregnación, de acuerdo a lo indicado en la
especificación técnica ETS–LP-03, se extrajo un
tarugo de madera a 3 metros de la base utilizando un
barreno forestal, taponándose luego el orificio con un
tarugo de madera preservada, a fin de mantener
intacto el anillo de preservación. Los tarugos
extraídos fueron colocados en placas metálicas porta
tarugos, poniéndose en cada uno de ellos una etiqueta
con la información que señale el número de carga del
cual ha sido extraída dicha muestra.
Penetración
Los tarugos preservados fueron impregnados con el
reactivo de coloración Cromo Azurol “S”, que
detecta la presencia del cobre en la zona tratada.
Dicha operación se efectuó vertiéndose el reactivo
desde la parte no preservada hasta la parte preservada
del tarugo. Luego se secaron los tarugos por un día a
temperatura ambiente y se determinó la profundidad
y tipo de penetración de cada tarugo muestreado.
Retención
Una vez realizado el ensayo de penetración, se
cortó y separó la zona de albura de los tarugos para
luego realizar el análisis químico en un
Espectrofotómetro de Rayos X, programándose para
que analice madera tratada de eucalipto, siguiendo lo
establecido en la Norma AWPA 11-93. Como
resultado de dicho análisis se obtuvo la retención
total de sales CCA, en kg/m , en forma de óxidos, así
como la de los diferentes componentes que la
conforman. Estos resultados fueron comparados con
los rangos de aceptación establecidos en la Norma
Técnica AWPA M2- 95.
3.3.6 Análisis estadístico
Se aplica la desviación estándar y la prueba de T
para analizar los resultados del tratamiento
preservador referidos a los valores de retención,
concentración de la solución y absorción total.
3.3.7 Propuesta de un plan de calidad
La propuesta de plan de calidad se elaboró en
función a los resultados del diagnóstico que se ha
desarrollado en el presente trabajo.
4. Resultados y discusión
4.1 Evaluación física de postes sin tratamiento
En los resultados de longitud se tiene que el 37,9%
de los postes presentan largos mayores a 12,05 m, el
62,1% están dentro del rango de aceptación y ningún
poste con longitud menor a lo indicado en las
especificaciones técnicas. En el caso de los que
presentan longitudes mayores puede corregirse
efectuando un corte a la longitud deseada. Asimismo,
el 76,7% de los postes mostraron circunferencias en
la línea de tierra mayores a 75 cm; el 9,5% se
encuentran dentro del rango de aceptación y el 13,8%
46
son menores a lo requerido. Estos resultados indican
que el 86,2% de los postes son aceptados según lo
señalado en las normas técnicas ITINTEC 251.022 y
251.024.
Con respecto al contenido de humedad de los
postes evaluados, tomados al azar durante el
procesamiento rutinario de la empresa el 91,4%
presentan valores mayores al 30% (31% a 50%),
4,3% se ubican en un rango de 28% a 30% y el 4,3%
con humedad menor al mínimo requerido. Según
estos resultados, más del 90% de los postes están
muy húmedos y no están en condiciones para ser
preservados según lo indicado en la norma técnica
ITINTEC 251.022.
El alto contenido de humedad de los postes es
resultado de un tiempo insuficiente de secado al aire,
tanto en el bosque como en la planta, lo cual influyó
significativamente en los resultados de absorción y
retención, así como en la penetración del preservante
luego del tratamiento químico.
En lo referente a los defectos de forma se tiene que:
en curvatura el 100% de los postes presentan una
flecha menor al máximo tolerado; y en torcedura el
99,1% de los postes son aceptados y el 0,9%
rechazados. Estos resultados indican que casi la
totalidad de los postes no muestran este defecto, por
lo que se encuentran dentro de los rangos de
aceptación establecidos en las normas técnicas
ITINTEC 251.022 y 251.024.
En lo que se refiere a los defectos de estructura se
encontró que: en grietas (extremos y superficie) el
95,7% están dentro y el 4,3% fuera de las tolerancias,
los cuales muestran que la mayoría de los postes son
aceptados según lo señalado en las normas técnicas
ITINTEC 251.022 y 251. 024. En rajaduras el 65,5%
se ubican dentro de las tolerancias y el 34,5% fuera
de las tolerancias establecidas. Para llegar a estos
resultados se evaluaron las tolerancias señaladas en
las normas técnicas respecto a las aberturas y
longitudes de las rajaduras, así como el número de
éstas, tanto en la cabeza como en la base del poste.
Estos defectos, si bien es cierto en el momento de
la evaluación física son tolerados, pueden acentuarse
hasta el punto de ser motivo de rechazo, debido a que
en la planta no existe una adecuada cobertura que
proteja a los postes de la acción directa de los rayos
solares, tanto en la superficie como en sus extremos.
En lo que concierne a nudos, se observó que el
60,3% de los postes evaluados están dentro y el
39,7% fuera de los rangos de aceptación señalados en
las normas técnicas ITINTEC 251.022 y 251.024.
Analizando estos resultados se apreció que el
porcentaje de postes rechazados por mostrar este
defecto es significativo.
4.2 Evaluación del tratamiento preservador y
del producto terminado
En la evaluación del historial y resultados del
tratamiento preservador por carga, se observó que los
resultados de absorción total varían de 252,18 l/m3 a
293,8 l/m3, siendo estos valores inferiores a los
Minnelli Bernuy V., Julio Canchucaja R., Florencio Trujillo C.
resultados de absorción total esperados cuando se
tienen postes con contenidos de humedad inferiores
al 30%. Los resultados de la desviación estándar
demuestran que hay una alta variabilidad entre ellos,
la cual puede deberse a las siguientes causas: el
volumen de madera por cada carga que ingresa en el
autoclave no es homogénea ya que depende de las
dimensiones de los postes y sobre todo del porcentaje
de albura que contenga cada uno de ellos; los tiempos
de vacío inicial, presión y vacío final varían en cada
carga de tratamiento; finalmente, la cantidad de
solución que ingresa en la autoclave es diferente en
cada una ellas, dado que los volúmenes de cada carga
son diferentes en función de los volúmenes de cada
uno de los postes que lo conforman.
En la penetración se tuvo que el preservante
ingresó a una profundidad similar al espesor de
albura, y con respecto a la calificación y porcentaje
de postes evaluados por profundidad de penetración,
se encontró que el 74,28% de los postes tuvo una
profundidad de penetración en la albura mayor al
85% valor que esta dentro de los rangos establecidos
en las normas técnicas vigentes y el 25,72% no
alcanzó este valor, debido a que estos presentan
contenidos de humedad mayores al 30% al momento
de la impregnación, lo cual no permitió que el
preservante penetrara adecuadamente en toda la zona
de albura.
Además, si bien el 74,28% superó el valor
porcentual mínimo de penetración establecido,
debido a que el ingreso de la solución preservadora
fue facilitado por la presencia de grietas y rajaduras
admisibles y no admisibles presentes en los postes
evaluados, los altos niveles de contenido de humedad
observados afectaron la uniformidad en la
penetración del preservante en la madera.
En la retención del preservante por carga de
preservación se encontró que el valor máximo de
retención es de 7,36 kg/m³ y el mínimo de 3,84
kg/m³, los cuales son inferiores al valor mínimo
aceptado en la norma técnica ITINTEC 251.035, que
es de 9,6 kg/m³. Finalmente, los cálculos de la
desviación estándar y el coeficiente de variación para
comparar los valores de retención, mostraron la
existencia de una alta variabilidad entre ellas debido
a que si bien los contenidos de humedad de los postes
son altos, sus valores fluctúan entre 31% a 50%, así
como el número e intensidad de las grietas que
presenta cada poste.
Las bajas retenciones obtenidas, así como la alta
variabilidad entre ellas se deben principalmente al
alto contenido de humedad de los postes en el
momento de la preservación, así como una
concentración de la solución menor a la requerida
acentuada por una inadecuada homogenización
continúa de la solución en el tanque de
almacenamiento.
Finalmente, se hizo una comparación de la
retención teórica de la hoja de carga versus la
retención lograda en el análisis químico. En todos los
casos se observaron que los valores de retención
An cient. 69(4) 2008, pp. 43-50
teórica fueron mayores a las encontradas en los
análisis químicos. Ambas retenciones se compararon
con una prueba de T Student, la cual muestra que si
existen diferencias significativas entre tratamientos.
Esta diferencia entre ambas retenciones se debe
fundamentalmente a que la retención teórica esta
calculada en función a la cantidad de solución
utilizada en cada tratamiento, multiplicada por la
concentración de la misma, sin tener en cuenta que
parte de la solución preservadora se queda en las
tuberías y en la autoclave al no ser recuperada
completamente en el vacío final, así como parte de la
solución preservadora que se queda en la superficie
de los postes. Esta retención teórica no representa la
cantidad exacta de óxidos que han quedado en la
madera después de la impregnación, por lo que se
tiene que efectuar un análisis químico.
4.3 Matriz diagnóstico resumen
Luego de realizar la evaluación física y química de
los postes se desarrolló una matriz del diagnóstico
resumen de las condiciones actuales con las que
trabaja la empresa en estudio, el cual se presenta en la
Tabla 1.
4.4 Propuesta del plan de calidad
De acuerdo a los resultados obtenidos en la fase de
campo, se propone el procedimiento de control y las
mejoras necesarias para asegurar la calidad del
producto final en cada etapa del proceso de
manufactura. A pesar que no se ha realizado la toma
de información para las dos primeras etapas de la
manufactura de postes de madera, éstas se tomarán en
cuenta para realizar las propuestas de mejora, ya que
forman parte importante y fundamental de los
criterios que se tomarán en cuenta para determinar la
calidad del producto terminado. Es así que se
propone la siguiente secuencia de actividades.
4.4.1 Selección de árboles
De acuerdo a la clase y longitud del poste a
elaborar, es primordial definir los requisitos que debe
tener un árbol para obtener un producto de calidad,
acorde con las normas técnicas vigentes. Por lo cual
es necesario identificar en primer lugar la calidad de
sitio y la edad de la plantación, luego, los defectos de
forma y estructura visibles (nudos), y el estado
sanitario de los fustes. De acuerdo con lo mencionado
anteriormente, al momento de seleccionar un árbol
para poste de transmisión de energía eléctrica, se
debe tener en cuenta lo siguiente: calidad de sitio,
edad de la plantación, longitudes, circunferencias,
forma y estado sanitario.
El personal encargado de seleccionar los árboles
para postes debe ser periódicamente capacitado sobre
el uso, interpretación y aplicación de las normas
técnicas para conocer los requisitos y tolerancias, así
como contar con los instrumentos adecuados (cintas
métricas, hipsómetros y clinómetros) que le permitan
obtener fustes que aseguren postes de buena calidad y
acordes con lo establecido en las normas técnicas
vigentes.
47
Propuesta de un plan de calidad en la manufactura de postes de eucalipto (Eucalyptus globulus Labill)
Tabla 1. Matriz del diagnostico del proceso de manufactura, maquinaria, equipos, instrumentos y la mano de
obra.
Etapas
Selección de
árboles
Tumbado
Despuntado
preliminar
Almacenamiento
de materia prima
Secado al aire
libre
Descortezado
Despuntado final
Consolidado
Preservación
Marcado
Almacenamiento
del producto
terminado
Proceso de Manufactura
Inadecuada, ya que presentan nudos en
exceso y con circunferencias mínimas en la
línea de tierra menores a lo especificado en
las Normas Técnicas.
Adecuado, ya que no se observaron postes
con daño mecánico en su superficie.
Adecuado, ya que no se observaron postes
con longitudes menores a los indicados.
Inadecuado, ya que se realiza en contacto
directo con el suelo y sin cobertura que los
proteja del sol y de la lluvia.
Deficiente, lo que origina la presencia de
grietas y rajaduras en los extremos.
Asimismo, a un tiempo menor al requerido
para alcanzar la humedad requerida para su
preservación.
Adecuado, ya que no se observaron postes
con daño mecánico en su superficie.
Adecuada, ya que no se observaron postes
con longitudes menores a los indicados.
Los postes se están consolidando con
alambre galvanizado Nº 8 con una sola
vuelta, pero en varios casos se observó que
se realizaba cuando los postes ya
presentaban rajaduras y grietas en los
extremos.
Acorde a lo indicado en las Normas
Técnicas, sin embargo debido a que los
postes presentan humedades mayores al
30% al momento de la impregnación, no
permitió que el preservante penetrara
adecuadamente en toda la zona de albura y
lograr valores de retención inferiores al
mínimo establecido en las Normas Técnicas.
Además, la concentración de la solución
utilizada era inferior al requerido para
alcanzar dicha retención.
No se realiza dicha operación.
Deficiente, debido a que si bien esta
separado del suelo, no tiene una cobertura
que lo proteja de la acción del sol y la lluvia
lo que origina la presencia de grietas y
rajaduras.
4.4.2 Tumbado
Este paso se debe realizar teniendo en cuenta que el
fuste no sufra daños mecánicos que lo descalifiquen
como poste y para disminuir los impactos
ambientales que afectan el suelo, la vegetación y
fauna presentes en la zona. El personal designado a
esta operación deberá estar capacitado no solo para
realizarla adecuadamente, sino también para conocer
los impactos ambientales que se podrían generar en el
bosque.
4.4.3 Despuntado preliminar.
Esta operación se debe realizar teniendo en cuenta
un sobredimensionamiento mínimo de 50 cm en cada
extremo, con el fin de eliminarlo posteriormente, por
si se presentan grietas o rajaduras durante el secado al
aire.
4.4.4 Almacenamiento de materia prima
El almacenamiento de los fustes debe efectuarse
preferentemente en una zona plana y separados del
suelo aproximadamente 30 cm con el fin de prevenir
el ataque de los organismos de deterioro de la madera
que en él habitan. Asimismo, deberán estar
48
Maquinaria, equipos,
instrumentos
Cinta métrica y pintura
para marcar los árboles
seleccionados.
Motosierra de cadena
Motosierra de cadena y
cinta métrica.
Camión grúa.
Higrómetro de pines,
martillo.
Barretas metálicas con
extremo biselado y
azuelas.
Motosierra de cadena
Alambre galvanizado
Nº 8, azuela y alicate.
Mano de Obra
El personal no tiene un conocimiento
completo sobre el uso, interpretación
y aplicación de las Normas Técnicas.
El personal realiza esta operación de
forma adecuada.
El personal realiza esta operación de
forma adecuada.
El personal no tiene una noción
exacta de la forma correcta del
almacenamiento de los fustes.
El personal no tiene un conocimiento
técnico sobre el uso, interpretación y
aplicación de las Normas Técnicas
para saber los requisitos y tolerancias.
El personal realiza esta operación de
forma adecuada.
El personal realiza esta operación de
forma adecuada.
El personal no lo efectúa
correctamente, debido a un
desconocimiento de la importancia de
dicha operación.
Autoclave de 12.3 m de
longitud y 1,2 m de
diámetro, tanque de
almacenamiento, tanque
de mezcla, vagonetas
metálicas.
El personal dedicado a esta actividad
no está suficientemente capacitado,
por lo que existe una falta de
uniformidad de la solución, no se
determina la concentración antes de
iniciar el tratamiento de cada carga y
no cuenta con los implementos de
seguridad adecuados para evitar
intoxicaciones y posibles accidentes.
Grúa, fajas, pilotes
preservados.
El personal no tiene una noción
exacta de la forma correcta del
almacenamiento de los postes.
protegidos con una cubierta que evite la incidencia
directa de los rayos solares en los extremos y en la
superficie del poste.
4.4.5 Secado al aire
Debe realizarse en el patio de almacenamiento, en
el cual se han apilado los fustes en forma cruzada un
piso con respecto al otro, para lograr una buena
aireación que permita obtener un secado uniforme y
conseguir un contenido de humedad máximo de 30%
en la zona de albura, la cual es necesaria para la
preservación por vacío presión. El período de secado
natural mínimo es de 4 meses aproximadamente para
la especie en estudio.
4.4.6 Descortezado
Se debe retirar por completo toda la corteza, ya que
una pequeña porción de ésta que quede en el fuste,
dificultaría el tratamiento de impregnación y sería
una puerta de entrada para los agentes destructores de
la madera. Asimismo, se debe capacitar al personal
que efectuará dicha operación, dándoles las pautas
necesarias para realizar eficientemente dicha
actividad, para lo cual deberán utilizar herramientas
Minnelli Bernuy V., Julio Canchucaja R., Florencio Trujillo C.
tales como: barretas metálicas con extremo biselado,
azuelas, machetes y otros instrumentos que permitan
su eliminación total de la superficie del poste.
4.4.7 Despuntado final
Se debe efectuar el corte en un plano perpendicular
al eje longitudinal del poste, tanto en la base como en
la cabeza, utilizando para su medición una cinta
métrica en óptimas condiciones de uso. El operario
debe estar capacitado y utilizar una motosierra de
cadena en óptimas condiciones para que la efectúe
correctamente dicha acción.
4.4.8 Consolidado
En el caso de utilizar para esta operación placas
metálicas, se deben colocar tomando como referencia
el punto medio de la circunferencia. En el caso de
utilizar alambre galvanizado número 8, se debe
ranurar previamente el perímetro del poste a una
distancia mínima de dos pulgadas de cada extremo,
luego se coloca el alambre dándole dos vueltas y
sujetándolo por medio de un nudo hecho con el
mismo material.
4.4.9 Preservación
Para obtener el poste con una penetración y
retención mínima establecida en la norma técnica, es
indispensable tener un personal capacitado que siga
con las recomendaciones indicadas durante las
diferentes etapas de la preservación: preparación de
la solución, cargado de los postes a la autoclave,
aplicación del vacío, llenado de la autoclave, período
de presión, extracción de la solución de la autoclave y
vacío final.
4.4.10 Marcado
Se debe asegurar que ésta operación permita que la
información
permanezca
en
el
tiempo,
recomendándose el pirograbado como la alternativa
más adecuada para este caso. Esta marca deberá
efectuarse a 3 m de la base y tener la siguiente
información: Identificación de la empresa, año de
tratamiento, especie de madera y tratamiento
preservador, retención, clase y longitud.
4.4.11
Almacenamiento
terminado
de
producto
Los postes preservados deberán almacenarse bajo
techo y sobre una base de madera tratada o de
concreto, que los mantenga separados del suelo en
todos sus puntos por lo menos a 30 cm y no les
produzcan defectos de forma. Debe considerarse un
tiempo de almacenamiento mínimo de dos semanas
para que durante ese tiempo se produzca la fijación
de las sales en la madera tratada. Para realizar esta
operación, la empresa deberá contar con personal
capacitado y con la maquinaria necesaria para
manipular y almacenar los postes correctamente tal
como se ha mencionado anteriormente.
5. Conclusiones
1. Las deficiencias del procesamiento de postes en la
empresa estudiada se debe a que no cuenta con un
plan de calidad técnicamente elaborado.
2. El rechazo de los postes a preservar se debe
mayormente a un alto contenido de humedad,
rajaduras y nudos no tolerables, así como por
An cient. 69(4) 2008, pp. 43-50
circunferencias en la línea de tierra menores a lo
establecido en las normas técnicas vigentes.
3. Los defectos más comunes en este proceso son la
alta presencia de nudos y un alto contenido de
humedad de los postes antes de su preservación.
4. La profundidad de la penetración del preservante
en los postes fue facilitada por la presencia de grietas
y rajaduras admisibles y no admisibles.
5. La uniformidad de la penetración del preservante
en el espesor de la albura fue afectada por el alto
contenido de humedad observado en los postes.
6. Los valores de retención obtenidos por análisis
químico de los postes evaluados son inferiores al
valor mínimo aceptado en la norma técnica vigente.
7. El alto porcentaje de postes rechazados del total
evaluado, es consecuencia de la no aplicación de un
programa de control de calidad por parte de la
empresa.
6. Referencias bibliográficas
AWPA (American Wood-Preserves Association
Standard). 1995. Poles. Preservative treatment by
pressure processes. C4 – 95. 6p.
AWPA (American Wood-Preserves Association
Standard). 1995. Standard for Inspection of treated
wood products. M2 – 95. 7p.
AWPA (American Wood-Preserves Association
Standard). 1993. Standard Method for Analysis of
treated wood and treating solutions by anatomic
absorption spectroscopy. A11- 93.
CANCHUCAJA, J: González. R: Trujillo. F. 1996.
Procesamiento de Postes de Madera de Eucalipto
para Conducción de Energía Eléctrica tratados por
el Método Boucherie. PE. 80p.
CANCHUCAJA, J. 1992. Control de Calidad para
Postes Preservados por Desplazamiento de Savia.
Tesis Mg. Sc. Lima, PE. UNALM. 88p.
ETS (Especificación Técnica para Suministros).
2003. Postes de madera tropical nacional o de
eucalipto para líneas y redes primarias. ETS-LP03. Dirección Ejecutiva de Proyectos del
Ministerio de Energía y Minas. Lima, PE. 6p.
FEIGENBAUM, A.V. 1995. Control total de la
calidad. México. 3º Ed. MX. Compañía Ed.
Continental, S.A. de C.V. 922p.
DEÓN, G. 1989. Manual de preservaçao das de
madeiras em clima tropical, Internacional Timber
Tropical Organization. BR. 115p. (ITTO Serie
Técnica 3)
INN (Instituto Nacional de Normalización). 1978.
Inspección por atributos - tablas y procedimientos
de muestreo. NCh: 2122. CH. 10p.
ITINTEC (Instituto de Investigación Tecnológica
Industrial y de Normas Técnicas). 1974. Postes de
Madera para Líneas Aéreas de Conducción de
Energía. Requisitos Generales. NTP: 251.022.
Lima, PE. 11p.
ITINTEC (Instituto de Investigación Tecnológica
Industrial y de Normas Técnicas). 1974. Postes de
Madera para Líneas Aéreas de Conducción de
Energía. Postes de Eucalipto. NTP: 251.024. Lima,
PE. 3p.
49
Propuesta de un plan de calidad en la manufactura de postes de eucalipto (Eucalyptus globulus Labill)
ITINTEC (Instituto de Investigación Tecnológica
Industrial y de Normas Técnicas). 1974.
Preservación de Madera. Extracción de muestras de
Madera Preservada. NTP: 251.025. Lima, PE. 5p.
ITINTEC (Instituto de Investigación Tecnológica
Industrial y de Normas Técnicas). 1974.
Preservación de Madera. Penetración y Retención
de los Preservadores en la madera. NTP: 251.026.
Lima, PE. 9p.
ITINTEC (Instituto de Investigación Tecnológica
Industrial y de Normas Técnicas). 1987.
Preservación de Madera. Composición química de
los preservadores para madera. NTP: 251.035.
Lima, PE. 5p.
JUNAC (Junta Nacional de Cartagena). 1989.
Manual del grupo Andino para el Secado de
maderas. Lima, PE. 4–45 p.
50
JUNAC (Junta Nacional de Cartagena). 1988.
Manual del grupo Andino para la Preservación de
maderas. Lima, PE. 6 – 2 p.
KAUFMAN, R. y ZAHAN, D. Citados por Gento
Palacios S. 1993. Implantación de la calidad en
instituciones educativas: UNED. 22 p.
KOPPERS. 1983. The CCA Pole “The pole of the
future with a 40 year past”. Specialty Wood
Chemicals Division. Koppers Company Inc.
Pittsburgh. USA. 21p.
MORALES,
S;
ALBERTIN,
W.
1975.
Requerimientos ecológicos de Eucalyptus globulus
Labill. Primera reunión nacional sobre proyectos
de plantaciones forestales. Documento C-2-7.
Cuzco, PE. IICA: 20-23.
SANTINI, E. 1988. Biodeterioraçao e Preservaçao da
Madeira. Sao Paulo, BR. 125p.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 03/03/2008
Aceptado: 11/04/2008
Determinación preliminar del módulo de elasticidad mediante el empleo de
técnicas no destructivas para maderas tropicales peruanas
Patricia Carnero P.1, Luis Yoza Y.2, Moisés Acevedo M.3, Julio Arakaki K.4
Resumen
La finalidad del presente trabajo es analizar la eficacia de las técnicas no destructivas para estimar el módulo de
elasticidad en flexión de maderas tropicales peruanas. Se usaron para ello 3 equipos de mediciones no destructivas:
un analizador de transformada de Fourier Rápida (FFT), un medidor de tiempo de propagación acústica en
microsegundos y un medidor de tiempo de propagación de ondas de ultrasonido), y se determinaron módulos de
elasticidad (MOE) en base a la medición de frecuencias de vibración transversal y tiempo de propagación del
sonido. Los valores obtenidos por estos métodos se contrastaron con los valores determinados en la prueba de
flexión estática encontrándose coeficientes de correlación lineales de 0,9602 para el método de vibración
transversal; 0,9364 para el método de propagación en microsegundos y 0,9231 para el método de propagación de
ultrasonido, lo cual nos indica que estos métodos tienen un alto potencial de uso para nuestra realidad, con maderas
tan diversas.
Palabras clave: Maderas tropicales, técnicas no destructivas, calidad de madera, FFT.
Abstract
The following study has the objective of analyzing the efficacy of non destructive methods to evaluate wood. To
carry out this objective, three equipments were used (A Fast Fourier Transform Analyzer program (FFT), a
microsecond sound velocity measure timer and an ultrasonic measure timer). The elasticity modulus was determined
based on the measurement of transverse vibration frequencies and time of sound propagation. It was found that the
elasticity modulus obtained with non destructive and destructive testing presented high and positive correlatin
coefficients, which indicates that they have high potential of use for testing the diverse species of woods found in
the Peruvian rainforest.
Key words: Not destructive technical, tropical woods, quality of wood, FFT.
1. Introducción
2. Revisión de literatura
La evaluación del material madera es sumamente
importante debido a la heterogeneidad natural que
presenta, para ello existen diversos métodos de
evaluación, siendo los más comunes la evaluación
visual y las pruebas destructivas que presentan
desventajas como la imposibilidad de evaluar la
estructura interna del material, en el primer caso, y el
no poder usarlo después de ser evaluado, en el último
caso.
Wood Handbook (1999) señala que la velocidad de
sonido en un material como la madera es función del
módulo de elasticidad y de la densidad. Así mismo, la
velocidad disminuye con el incremento de
temperatura o humedad y también disminuye
ligeramente con el incremento de la frecuencia y la
amplitud de la vibración, sin embargo, para las
aplicaciones más comunes estos efectos son muy
pequeños, en condiciones controladas.
Raquele (2004) precisa que la propagación de una
onda en el interior de la madera es caracterizada por
un efecto de disminución de su amplitud (atenuación
de la onda) resultado de los fenómenos de dispersión
y absorción. Asimismo, menciona que la velocidad
de propagación de una onda dentro de la madera es:
1. Mayor en la dirección longitudinal (propagación
por las fibras) que en la dirección radial (propagación
por los radios), siendo menor aún en la dirección
tangencial.
2. Mayor cuanto mayor sea el largo de las fibras.
3. Menor cuanto mayor es la porosidad y
permeabilidad de la pared celular, considerando una
densidad constante en la dirección considerada.
Frente a esta realidad, investigaciones realizadas
con técnicas no destructivas constituyen una buena
alternativa pues son rápidas y confiables y de uso
sencillo. Sin embargo, todos lo estudios realizados se
han hecho en maderas de coníferas provenientes de
plantaciones industriales.
El presente trabajo analiza la eficacia de tres
métodos de evacuación no destructivos para estimar
el módulo de elasticidad en flexión en maderas
tropicales peruanas.
___________________________________________
1
Ingeniero Forestal, Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima, Perú.
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima, Perú.
E-mail: [email protected]
3
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima, Perú.
E-mail: [email protected]
4
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima, Perú.
2
4. Mayor cuanto mayor es la densidad, en cualquiera
de las tres direcciones considerando un contenido de
humedad constante a lo largo de la muestra.
Determinación preliminar del módulo de elasticidad mediante el empleo de técnicas no destructivas para maderas
tropicales peruanas
5. Mayor cuanto mayor es la continuidad de regiones
cristalinas de la pared celular (mayor presencia de
celulosa que de lignina y hemicelulosa), decreciendo
con el aumento de regiones amorfas (mayor presencia
de hemicelulosa y lignina que de celulosa).
Raquele (2004), además señala que existe una
fuerte relación entre velocidad de propagación y la
humedad de la muestra al variar su rigidez y su
densidad. El agua libre aumenta la atenuación
resultando en una disminución de la velocidad en las
direcciones longitudinal, radial y tangencial.
Oliveira (2003), confirma lo expuesto por Raquele,
al encontrar que la velocidad de propagación de las
ondas es mayor en la dirección longitudinal debido a
la orientación de las células en este eje, propiciando
un camino continuo para las ondas. Las menores
velocidades ocurren tangencialmente.
Baettig (2001) afirma que la técnica de evaluación
no destructiva puede definirse como la ciencia de
identificación de las propiedades físico-mecánicas,
sin alterar sus capacidades de uso final. Esta se ha
tornado de uso global en el mundo y se utiliza
principalmente para clasificar productos estructurales
como madera y chapas.
Oliveira (2003), confirma que los métodos nodestructivos presentan ventajas en relación a los
métodos convencionales para la caracterización de la
madera como son: posibilidad de evaluar la
integridad estructural de una pieza sin la extracción
de probetas, mayor rapidez para analizar una gran
población y versatilidad para adecuarse dentro de una
rutina estandarizada en una línea de producción.
Mora (2003), menciona 2 métodos experimentales
para la determinación de los módulos de elasticidad:
Raquele (2004) en cuanto a la técnica de
ultrasonido la falta de homogeneidad de la madera
limita la precisión de esta técnica. Si una muestra
presenta fisuras internas, el pulso ultrasonido será
atenuado en las interfaces, pero si la dimensión de la
discontinuidad es mucho menor que la longitud de
onda, la alteración del pulso será pequeña. La
intensidad de una onda ultrasónica disminuye a
medida que se aleja de la fuente, siendo la
disminución de la amplitud de onda en el material
denominada atenuación o decrecimiento acústico.
1.
Método de ondas de tensión longitudinal,
que permite la medición de la velocidad del sonido
y la atenuación de ondas inducidas en el material
relacionando la magnitud de la velocidad de
propagación de la onda generada, con el módulo de
elasticidad longitudinal, según la siguiente
fórmula:
Kollman (1968) afirma que en un cuerpo sólido
como la madera
son posibles tres tipos de
movimientos de vibración resonantes: a) vibraciones
resonantes longitudinales usados para determinar
constantes elásticas, la velocidad de sonido y
abatimiento logarítmico b) vibraciones resonantes
transversales, correspondientes a la flexión estática;
c) vibraciones resonantes de torsión correspondiente
a la torsión estática.
donde:
Oliveira (2003) precisa que la densidad de la pared
celular es razonablemente constante, pero hay
variación del módulo de elasticidad debido a las
variaciones en la estructura de la pared celular, de ese
modo, se puede esperar un intervalo de valores para
la velocidad de propagación.
MacDonald (1990) afirma que fue Jayne en 1959,
quien inició la hipótesis fundamental para la
evaluación no destructiva de la madera, proponiendo
que el almacenamiento de energía y las propiedades
de disipación de la madera son controlados por los
mismos
mecanismos
que
determinan
el
comportamiento
estático
de
este
material.
Microscópicamente,
las
propiedades
de
almacenamiento de energía son controladas por la
orientación de las células y por la composición
estructural, factores que contribuyen en la elasticidad
estática. Tales propiedades son observables, como
frecuencia de vibración o transmisión de la velocidad
del sonido. De ese modo, las medidas de las tasas de
deterioración de vibraciones libres o atenuación de
ondas acústicas son usadas para observar la
propiedad de disipación de energía en la madera.
52
V2 
Y

(1)
V, es la velocidad de propagación de la onda,
Y, es el módulo de elasticidad longitudinal
(Módulo de Young)
 , es la densidad del material
2.
Método de vibraciones transversales,
consiste en poner en vibración la pieza estudiada
como una viga sobre dos apoyos. Dicha vibración
se estimula por un impacto cuya duración debe ser
extremadamente corta con respecto a la oscilación
que produce.
 2 fn 
E 

  n 
2
mL3
I
(2)
donde:
E : Módulo de elasticidad en vibración transversal
fn : Frecuencia de vibración
n : Es el modo de vibración en condición de
extremos libres dependiendo de la condición
de soporte (n=1, 2, 3…). (Ver Figura 1)
γn : ( n + 0.5 )2, en el caso de n=1, γ1=2.267
m : Masa de la probeta,
L : Es la longitud de la probeta,
I : Es el momento de inercia, en nuestro caso: I =
ab3/12 donde a es el ancho y b corresponde al
espesor.
Patricia Carnero P., Luis Yoza Y., Moisés Acevedo M., Julio Arakaki K.
Los Métodos que miden velocidades de
propagación longitudinal son utilizados para
determinar módulos de elasticidad longitudinales,
mientras, que los métodos de vibración en dirección
transversal son utilizados para la determinación de
módulos de elasticidad en flexión dinámica. Existe
una relación de velocidades de propagación del modo
transversal (Vt) y del longitudinal (Vb): (Elmore y
Helad, 1969), cabe señalar que los modos se
propagan en la misma dirección longitudinal y que
ambas dependen principalmente del módulo de
elasticidad en esa dirección. Además, la relación
indica que la velocidad del sonido del modo
transversal depende de la longitud de onda.
Grupo I: muy baja (MB) densidad menor de 0,30
g/cm3
Ficus americana
(renaco)
Annona duckei
(anonilla)
Cavanillesia umbellata (lupuna colorada)
Croton matourensis
(Ciprana)
Grupo II: Baja (BA), densidad de 0,30 g/cm3 a 0,40
g/cm3
Apeiba membranaceae (peine de mono)
Jacaranda copaia (huamanzamana)
Simarouba amara (marupa)
Vochysia lomatifolia (quillosisa)
Vt 
2

Schefflera morototoni (sacha cetico)
I
Vb
S
(3)
Grupo III: media (ME) densidad de 0,41 g/cm3 a 0,60
g/cm3
Unonopsis floribunda (icoja)
donde:
Xylopia nitida
(espintana)
I : Momento de Inercia; S: Sección de la muestra; y
Matisia bracteolosa(zapotillo)
 : Longitud de onda.
Guarea kuntiana (requia)
Esta relación permite, en forma similar, comparar
los módulos de elasticidad de flexión con los de
compresión (MOE longitudinales) manteniendo la
longitud de la onda constante para la misma probeta.
Sterculia frondosa (huarmi caspi)
Cedrelinga cateniformis (tornillo colorado)
Clarisia racemosa (mashonaste)
Dacroides nitens (copal)
Ocotea fragantísima (anís moena)
Grupo IV: alta (AL) densidad de 0,61 g/cm3 a 0,75
g/cm3
0,224L
0.776L
Naucleopsis glabra (tamamuri)
Caryocar glabrum (almendro)
0.5L
Diplotropis purpurea (chontaquiro)
0.132L
0.868
Tetragastris panamensis (lacre)
Aspidosperma rigidum (remo caspi)
Chrysophyllum prieurii (caimitillo)
0.094L
0.906L
0.356
0.644L
Brosimum potabile
(manchinga)
Apuleia leiocarpa
(anacaspi)
Licania elata
(apacharama)
Grupo V: muy alta (MA), densidad mayor de 0,75
g/cm3
Figura
de vibración
de una
barra en
0.073L1. Modos
0.277L
0.5L
0.723L
0.927L
condiciones de extremos libre-libre.
Dipteryx micrantha
(shihuahuaco)
Tabebuia serratifolia
(tahuari)
Aspidosperma schultesii (quillobordón)
3. Materiales y métodos
El presente estudio se llevó a cabo en el
Laboratorio de ensayos tecnológicos de la madera, en
la Facultad de Ciencias Forestales de la UNALM.
Se evaluaron 30 especies con dos repeticiones por
especie. Las maderas fueron identificadas en el
Laboratorio de Anatomía de la Madera. Las especies
fueron seleccionadas en función de su densidad
básica de acuerdo a la clasificación hecha por
Aróstegui (1982).
An cient. 69(4) 2008, pp. 51-57
Se prepararon probetas de 2,5 x 2,5 x 41 cm. de
acuerdo con la norma técnica peruana 251.017 para
pruebas de flexión estática. Los valores de módulo de
elasticidad fueron obtenidos mediante 4 métodos. El
primer método permitirá calcular módulo de
elasticidad dinámico en flexión, los otros dos
siguientes métodos permitirán determinar MOE
longitudinales y el último corresponde a la prueba
destructiva. El error estimado en los cálculos de los
MOE es de aproximadamente  10%.
53
Determinación preliminar del módulo de elasticidad mediante el empleo de técnicas no destructivas para maderas
tropicales peruanas
Flexión transversal dinámico, usando la
transformada, FFT Analyzer. Para el cálculo del
MOE se utilizó la ecuación 2. FAKOPP Enterprise
Bt. (2005-A).
Medición del tiempo de propagación de onda
inducida por impacto usando el equipo FAKOPP
Microsecond Timer. El MOE se obtuvo en base a la
ecuación 1. FAKOPP Enterprise Bt. (2005-B).
correlación mayores que para el caso anterior. Esto
se puede explicar por el hecho de que en el cálculo
del módulo de Young (MOE Longitudinal) interviene
la variable densidad en forma directamente
proporcional.
MOE
kg/cm2
Medición de la velocidad ultrasónica usando el
equipo FAKOPP Ultrasonic Timer, mediante el
cálculo del MOE se hizo con la misma ecuación 1.
FAKOPP Entreprise Bt 2005-C.
350000
300000
250000
200000
150000
100000
Flexión Estática, con Prensa Universal TINIUS
OLSEN.
y = 286050x - 13150
R2 = 0.8744
50000
0
0.000
( P´ L3 )
MOE 
(4ae3 y )
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
densidad
g/cm3
(4)
Figura 3. Densidad vs. MOE (Microsecond
Timer).
donde:
MOE : Módulo de elasticidad (kg/cm²)
P´
: Carga al limite proporcional, kg
L
: Luz de la probeta, cm
a
: Ancho de la probeta, cm
200000
e
: Espesor de la probeta, cm
150000
y
: Deflexión en el centro de la luz al limite
100000
350000
MOE
kg/cm 300000
2
250000
y = 265132x - 1366.8
R 2 = 0.867
50000
proporcional, cm.
0
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000 1.200
Densidad g/cm3
4. Resultados y discusión
Figura 4. Densidad vs. MOE (Ultrasonic Timer).
4.1 Correlación entre densidad y MOE
La figura 2 muestra la alta correlación entre la
densidad de la probeta en el momento del ensayo y el
MOE, calculado por la técnica de vibración
transversal, a las condiciones de contenido de
humedad que fluctuaron entre 11,30 y 13,88%
(Figura 2). Encontrándose un coeficiente de
correlación linear muy representativo de de 0,7939.
MOE 300000
kg/cm2
250000
200000
150000
De acuerdo a los altos coeficientes de
determinación podemos notar que la densidad está
muy relacionada tanto con el Módulo de elasticidad
en vibración transversal como con los módulos de
Young (longitudinales).
La Figura 5 muestra de la misma manera la alta
correlación entre la densidad de la probeta en el
momento del ensayo y el MOE obtenido por flexión
estática. Podemos corroborar que la densidad es
directamente proporcional a la rigidez de la madera,
por ello a mayor valor de densidad obtenemos
mayores valores de módulos de elasticidad en
flexión, para las mismas contenidos de humedad.
100000
MOE 300000
kg/cm2
y = 212478x + 1001
R 2 = 0.7939
50000
250000
200000
0
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
150000
Densidad g/cm3
Figura 2. Densidad vs. MOE (FFT Vibration
Analyzer).
Las Figuras 3 y 4 muestran la relación existente
entre la densidad y el módulo de elasticidad
determinado por tiempo de propagación de sonido, a
las mismas condiciones de contenido de humedad.
Para ambos casos encontramos coeficientes de
54
100000
y = 209273x + 3000.4
R 2 = 0.7722
50000
0
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
3
Densidad g/cm
Figura 5. Densidad vs. MOE tradicional (flexión
estática).
Patricia Carnero P., Luis Yoza Y., Moisés Acevedo M., Julio Arakaki K.
4.2 Relaciones entre el módulo de elasticidad
destructivo y no destructivos
El MOE determinado por vibración transversal y el
MOE obtenido por flexión estática presentan un
coeficiente de correlación linear de 0,9602. Lo cual
significa que están directamente relacionados.
Además, la ecuación que relaciona estás dos variables
presenta una pendiente cercana a uno, y un valor
mínimo del término independiente, lo cual nos indica
que esta técnica no destructiva es la que corresponde
al MOE en flexión.
300000
M OE
de s t r uc .
kg / c m2
250000
Como podemos notar existe una alta correlación
entre los diferentes métodos no destructivos y el
método de flexión estática, como se puede notar
claramente por los valores de los coeficientes de
correlación lineal, Entre MOE transversal y el MOE
por flexión estática de 0,96 y con los métodos
longitudinales del orden de 0,93 y 0,92.
4.3 Relación de módulos de elasticidad con el
módulo de ruptura (MOR)
La Figura 9 presenta la relación existente entre el
módulo de elasticidad y el módulo de ruptura
determinados ambos por la prueba flexión estática. Se
encontró un coeficiente de determinación (r²) de
0,6228.
200000
150000
100000
R
2
2000
MOR
Kg/cm2
y = 0. 9947x + 804. 34
1800
1600
= 0. 9602
1400
50000
1200
1000
0
0
50000
100000
150000
200000
250000
y = 0.006x + 81.727
800
300000
R 2 = 0.6228
600
M O E V ib r a c ió n t r a n s v e r s a l
400
Figura 6. MOE (FFT Analyzer) vs MOE
destructivo (flexión estática).
Las Figuras 7 y 8, muestran las relaciones
existentes entre el MOE determinado por velocidad
de propagación de una onda inducida por golpe y de
una onda ultrasónica, con el MOE calculado por el
método destructivo de flexión estática.
300000
MOE
destruc.
kg/cm2 250000
200
0
10000
0
50000
0
150000
200000
250000
300000
MOE (Flexión Estática) kg/cm2
Figura 9. MOE (flexión estática) vs. MOR.
La siguiente figura muestra la relación existente
entre el módulo de elasticidad determinado por
vibración transversal y el módulo de ruptura
determinado por flexión estática. Encontramos un
coeficiente ligeramente mayor al del anterior caso.
200000
150000
MOR
kg/cm2
100000
y = 0.7666x + 6555.6
R2 = 0.9364
50000
2000
1800
1600
1400
0
0
50000
100000 150000
200000
250000
300000
1200
1000
MOE (microsecond timer)
Kg/cm2
800
y = 0.0065x + 11.246
R2 = 0.7389
600
Figura 7. MOE long. (Micro. Timer) vs MOE
destructivo (flexión estática).
400
200
0
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
MOE kg/cm2
M OE
300000
de s t r uc .
k g / c m2
Figura 10. MOE (FFT Analyzer) vs. MOR
(flexión estática).
250000
200000
150000
Las Figuras 11 y 12 corresponden a las relaciones
entre módulos de elasticidad determinados por
velocidad de propagación de una onda y módulo de
ruptura en flexión estática.
y = 0. 8177x - 800. 05
100000
R
2
= 0. 9231
50000
0
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
M O E ( U l t r a s o n i c T i me r )
Figura 8. MOE longitudinal (Ultra. Timer) vs
MOE destructivo (flexión estática).
An cient. 69(4) 2008, pp. 51-57
Siendo determinado el módulo de ruptura para el
primer caso mediante el equipo Microsecond Timer
(onda inducida por golpe) y para el segundo con el
Ultrasonic Timer (onda ultrasónica).
55
Determinación preliminar del módulo de elasticidad mediante el empleo de técnicas no destructivas para maderas
tropicales peruanas
MOR
kg/cm2
predecir el comportamiento del módulo de elasticidad
de flexión.
2000
1800
1600
5. Existe una alta correlación lineal entre los módulos
de elasticidad determinados por métodos destructivos
y no destructivos, y el módulo de ruptura en Flexión.
1400
1200
1000
800
600
6. Los métodos no destructivos utilizados en este
estudio demostraron ser eficaces
para estimar
resistencia en maderas de diferentes densidades.
y = 0.005x +
36.407
R 2 = 0.8411
400
200
0
0
50000
100000
150000
200000
MOE LONGITUDINAL kg/cm2
250000
300000
350000
Figura 11. MOE (Microsecond Timer) vs MOR
(flexión estática).
2000
MOR
kg/cm2
1800
Realizar estudios con probetas de diferentes
orientaciones y contenidos de humedad que permitan
analizar las diferentes frecuencias de resonancias con
mayor precisión.
1600
1400
1200
1000
800
600
y = 0.0053x 9.7718
R2 =
0.8259
400
200
Realizar estudios de evaluación y clasificación de
maderas mediante técnicas no destructivas.
0
0
MOE Long.( ULTRASONIC TIMER)
kg/cm2
50000
100000
150000
200000
250000
300000
MOE Long.( ULTRASONIC TIMER kg/cm2
Figura 12. MOE (Ultrasonic Timer) vs MOR
(Flexión estática).
Para todos los casos obtuvimos coeficientes de
determinación relativamente altos. Sin embargo,
encontramos que las pruebas no destructivas guardan
mayor correlación con el módulo de ruptura.
Analizando detalladamente, podemos ver que en el
caso de la determinación del módulo de elasticidad
mediante la prueba de flexión estática, la obtención
del valor está sujeta a mayores fuentes de error, como
son, las lecturas simultáneas de las deformaciones y
cargas estáticas, la determinación del punto exacto de
inflexión de la curva carga-deformación, etc.
Mientras, más objetivo es el parámetro a medirse con
el equipo, mayor es el coeficiente de correlación. Así
encontramos que para los equipos que miden tiempo
de propagación de la onda, los coeficientes de
correlación son más altos.
5. Conclusiones
1. Los métodos de evaluación del módulo de
elasticidad usados y comparados con el método de
flexión estática (método destructivo), presentaron
coeficientes de correlación altos y positivos.
2. Se encontraron, además, coeficientes de
correlación altos y positivos entre los módulos de
elasticidad y la densidad calculada en el momento del
ensayo.
3. El método no destructivo de vibración transversal
es el método más eficaz en la determinación del
módulo de elasticidad en flexión para maderas de
diferentes densidades.
4. Los módulos de elasticidad obtenidos mediante el
método de la velocidad de propagación, tanto con el
equipo Microsecond Timer como con el Ultrasonic
Timer presentan altos coeficientes de correlación. Por
lo tanto, es un método práctico y confiable para
56
Se recomienda utilizar probetas de mayor longitud,
en posteriores estudios, a fin de determinar los modos
superiores de vibración de la muestras disminuyendo
el error de medición.
6. Referencias bibliográficas
ARÓSTEGUI, V. 1982. Recopilación y análisis de
estudios tecnológicos de Maderas Peruanas. PE,
Lima. Ministerio de Agricultura, PNUD. p 32-35.
BAETTIG, R. 2001. Medición de vibraciones
transversales para acceder al módulo de Elasticidad
de la madera. Madera: Ciencia y tecnología. UBB.
CL. 22 p.
ELMORE W.C; HEALD, M. 1969. Physics of
Waves. McGraw Hill U.S.A. 60-67 p.
FAKOPP Enterprise Bt.
2005-A. Fast Fourier
Vibration analyzer User’s Guide. Fakopp
Enterprise publication. HU.
FAKOPP Enterprise Bt. 2005-B. FAKOPP
Microsecond Timer User’s Guide. Fakopp
Enterprise publication. HU.
FAKOPP Enterprise Bt . 2005-C. FAKOPP
Ultrasonic Timer User’s Guide. Fakopp Enterprise
publication. HU.
Forest Products Laboratory. 1999. Wood handbook—
Wood as an engineering material. Gen. Tech. Rep.
FPL-GTR-113. Madison, WI: U.S. Department of
Agriculture, Forest Service, Forest Products
Laboratory. p. 356-359.
KOLLMAN, F; Cote, W. 1968. Principles of Wood
Sciences and technology. US. Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York. p. 274-279.
McDonald, K.A. 1990. Nondestructive testing of
Wood products and Structures: State of the art and
research needs. Madison, W.I.: US. Department of
Agriculture, Forest Service Forest Products
Laboratory. p 137-147.
MORA, P.A. 2003. Empleo de Tecnicas NoDestructivas y Ensayos de Tracción en las
Propiedades Mecánicas
de Maderas de Uso
Estructural de Pino Radiata. Tulca- Chile
OLIVEIRA, F. 2003. Avaliaςão de propriedades
mecânicas de madeira por meio de ultra-som(en
línea). Rio de Janerio. BR Consultado 8 abr. 2007.
Patricia Carnero P., Luis Yoza Y., Moisés Acevedo M., Julio Arakaki K.
Disponible
en:
http://www.aaende.org.ar/ingles/sitio/biblioteca/ma
terial/T-104.pdf.
RAQUELE, 2004. Estudo de propriedades mecánicas
de pecas rolizas de Eucalipto citriodora utilizando a
tecnica de ultra som (en línea). USP. BR.
An cient. 69(4) 2008, pp. 51-57
Consultado 5 dic. 2006. Disponible en
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/88/88131
/tde-23102005-191431/publico/distatiana.pdf.
WOOD Handbook, 1999. Wood as an Engeniering
Material, pg 700.
57
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 03/03/2008
Aceptado: 11/04/2008
Diseño y elaboración de un equipo para la medición de conductividad térmica
en condiciones de flujo inestable en maderas tropicales
Manuel Buendía B. 1, Luis Yoza Y. 2, Moisés Acevedo M. 3, Julio Arakaki K. 4
Resumen
El equipo para la medición del coeficiente de transmisión de calor en muestras de madera, está formado por un
sistema eléctrico encargado de controlar una fuente de calor, un sistema de medición de la temperatura conformado
por una termocupla de cobre-constantán y un programa computarizado que recepciona, analiza y almacena la
información. Se desarrolló la solución de la ecuación de difusión de calor en condiciones dinámicas estableciendo
las condiciónes iniciales y las de frontera; lo que conllevó a la elaboración de las gráficas de Heisler, las mismas
que se compararon con los datos de las mediciones de las muestras. Se midieron en muestras secadas al aire y de
corte tangencial de cachimbo (Cariniana doméstica) y de Ishpingo (Amburana cearensis), con sección cuadrada de
30 cm x 30 cm y espesores variables de 1,0; 2,0 y 3,0 cm. Luego las probetas se recortaron a 20 cm x 20 cm
volviéndose a medir nuevamente, con la finalidad de evaluar la influencia de la geometría de la muestra en las
mediciones. Los valores de la conductividad térmica del cachimbo e Ishpingo fueron 0,18 y 0,14 W/m.K
respectivamente. Los resultados experimentales obtenidos con el equipo diseñado permitieron recomendar,
finalmente, el uso de probetas de 20 x 20 x 3 cm.
Palabras clave: Conductividad térmica, maderas tropicales, cachimbo, ishpingo, Heisler.
Abstract
This device for measurement the thermal conductivity of wood samples, consists of an electrical system that control
a heat source; a system for measure the temperature, using a cooper-constantan thermocouple; and a computer
program that collects, processes and stores output data. The equation of dynamic heat diffusion was determinated
and the initial and boundary conditions were established. These allowed the development of Heisler graphs
containing measurement data of the samples. Samples of Cachimbo (Cariniana domestica) and Ishpingo (Amburana
cearensis) were measured in 30 cm x 30 cm test samples of variable thickness (1,0; 2,0 and 3,0 cm). All test samples
were air dried and oriented tangentially. Thermic conductivity of Cachimbo and Ishpingo were determined to be
0,18 and 0,14 W/m.K respectely. Finally the experimental data permits us to recommend the size 20 x 20 x 3 cm
for the test samples.
Key words: Thermal conductivity, tropical woods, cachimbo, ishpingo, Heisler.
1. Introducción
El tema de estudio del presente trabajo es la
conductividad térmica, propiedad muy importante
para el uso industrial de la madera debido a los
tratamientos que recibe en el proceso de fabricación
de los productos acabados: tratamientos térmicos para
la obtención
de láminas, secado de madera,
producción de tableros, y como material aislante. Sin
embargo, en nuestro país son pocos los estudios
realizados al respecto, encontrándose solo dos
trabajos. El primero realizado por Yoza (1992) y el
segundo por Chavesta (1996). Ambos trabajos fueron
realizados con un equipo diseñado y construido en el
Departamento de Física y Meteorología de la
UNALM por Yoza (1992), el cual permitía
cuantificar el calor específico y la conductividad
térmica de las muestras en forma simultánea en
condiciones estables o estacionarias, lo cuál implica
que la temperatura en cada punto es independiente
del tiempo.
1
Ingeniero Forestal, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima, Perú.
2
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria La Molina.
Lima, Perú. E-mail: [email protected]
3
Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional Agraria
La Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
4
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima, Perú.
A diferencia del equipo mencionado anteriormente,
el equipo diseñado y elaborado en este trabajo mide
la conductividad térmica en condiciones de flujo
inestable o transitoria, debido a que muchos
problemas de transferencia dependen del tiempo y del
espacio.
El estudio tiene como objetivos:
Diseñar y elaborar un equipo para la medición de
conductividad térmica en condiciones flujo inestable
de la madera.
Probar experimentalmente
el equipo en dos
especies Cachimbo (Cariniana domestica) y Ishpingo
(Amburana cearensis).
2. Revisión de literatura
2.1 Transferencia de calor
Incropera (1990), señala que hay tres mecanismos
de transferencia de calor: conducción, convección y
radiación.
Kreith (2001), declara que la conducción de calor
es un mecanismo de transferencia de energía térmica
entre dos cuerpos en contacto directo sin flujo neto de
materia, que tiende a igualar la temperatura dentro de
cuerpo y entre los diferentes cuerpos en contacto. La
conducción térmica está determinada por la Ley de
Fourier.
Manuel Buendía B., Luis Yoza Y., Moisés Acevedo M., Julio Arakaki K.
Q
KA
dT
dx
(1)
Donde Q es la cantidad de calor transferido por
unidad de tiempo (W); k es la conductividad térmica
(W/m.K); A es el área perpendicular al flujo de calor
(m2); dT es la diferencia de temperatura entre las
superficies de la muestra (ºC) y dx es la distancia
entre las superficies de la muestra (m).
Cabe señalar que la constante de proporcionalidad
k, es una propiedad de transporte conocido como
conductividad térmica y su valor numérico depende
del material.
Isachenko (1973), menciona que la convección
depende del movimiento de una masa de una región
del espacio a otra. La transferencia de calor por
convección se modela con la Ley del Enfriamiento de
Newton:
Q h.A(Ts T inf)
(2)
Donde h es el coeficiente de convección (W/m2K)
y Ts T inf es la diferencia de temperatura entre la
superficie del cuerpo y del fluido, ºC.
2.1 Conductividad del calor en madera
Siau (1995), señala que la conductividad térmica es
la capacidad de la madera para transferir el calor.
Representada numéricamente por el coeficiente de
conductividad térmica, que es equivalente a la
velocidad con que atraviesa el flujo de calor en watts
a través de un cubo de un metro de arista cuando
existe un gradiente térmico de 1 ºC entre las caras.
Forest Products Laboratory (1980), afirma que la
conductividad térmica de las maderas estructurales es
mucho menor que la conductividad térmica de los
metales y tres a cuatro veces más que la
conductividad térmica de los materiales aislantes.
Kolmann (1989), señala que la madera y otros
materiales celulósicos son malos conductores de calor
debido a la pasividad de los electrones, como también
a su alta porosidad. También es importante señalar
que la falta de estructura cristalina en su constitución
no permite la transferencia de energía por vibración
(fonones).
Además, el mismo autor
indica que
la
conductividad térmica de la madera en la dirección
radial es 5 a 10% más que en la dirección tangencial.
La conductividad térmica en la dirección
longitudinal, para la humedad entre 6 y 15% es cerca
de 2,23 a 2,75 veces la conductividad a través del
grano.
2.4 Ecuación general de la difusión del calor
Aplicando los principios de conservación de la
energía y evaluando la transferencia de calor en un
volumen de control infinitesimal, se logra la ecuación
general de la difusión del calor, definida así:
x
T
x
k
59
k
T
y
z
k
T
z
Q
.c pw
T
t
(3)
A menudo es posible trabajar con versiones
simplificadas de la anterior ecuación. Si se tratase de
una conducción en condición de flujo inestable en un
sólido infinito, suponiendo que la conductividad
térmica es constante, que no hay generación interna
de calor, y que las variaciones de la temperatura en
las direcciones y, z son muy pequeñas, la ecuación de
calor se reduce a:
T
x2
1 T
t
(4)
Donde “α” es la difusividad térmica y es el
k
.c
pw
resultado de
, ρ es la densidad y cpw el calor
específico de la muestra.
2.5 Desarrollo de la ecuación de la difusión
del calor para una placa plana
Para lograr la solución matemática de la ecuación
de difusión primeramente se efectúa un cambio de
variables de modo que convierta la ecuación 4 en una
ecuación adimensional y luego se determinan las
condiciones iniciales y las de frontera, para ello se
definen los siguientes parámetros adimensionales:
Tm T
Ti T ,
Donde: Θ es la temperatura adimensional; T es la
temperatura de la fuente caliente o en el infinito, Ti
es la temperatura inicial de la muestra y Tm es la
temperatura para x=0 en cualquier instante.
Luego se define el tiempo adimensional o número
de Fourier como:
t
2
L
,
Donde: τ es el tiempo adimensional, t es el tiempo, L
es el ancho de la muestra y
la difusibilidad
térmica, y finalmente el espesor adimensional:
x
L
x*
2.3 Condiciones de la conducción del calor
Pitts (1975), explica que la conducción en estado
estable se dá cuando la temperatura en cada punto es
independiente del tiempo. Manrique (2002),
manifiesta que los procesos de conducción en los que
la temperatura varía en el tiempo así como en el
espacio, se llaman conducción en condiciones flujo
inestable. Siau (1984), afirma que el flujo inestable
ocurre siempre que una muestra de madera es
calentada, impregnada con un líquido o secada.
y
Donde: x* es espesor adimensional, x es cualquier
espesor a lo largo de la muestra.
Aplicando estas relaciones en la ecuación 4,
obtenemos finalmente la ecuación de difusión
adimensional siguiente: (Ver Figura 1)
2
x*
2
(4ª)
Diseño y elaboración de un equipo para la medición de conductividad térmica en condiciones de flujo inestable en
maderas tropicales
T
de la ecuación de difusión de calor en forma
adimensional:
Sen n
2
2
Cos n x * . exp
n
Sen n .Cos n
n 1 n
(8)
Donde: λn valor para la solución enésima de la
T
Sen(
Tm
Ti
Ti
x
-
0
x
L
Figura 1. Corte transversal de la muestra de
ancho 2L y la configuración de las temperaturas
T , Ti y Tm.
Luego, la condición inicial y de frontera serán dadas
por:
( x * ,0)
Condición inicial:
Condiciones de frontera
x*
(1, )
x*
1 para = 0
(0, )
0
El presente estudio se desarrolló en el Laboratorio
de Física del Departamento de Ingeniería Ambiental,
Física y Meteorología, Facultad de Ciencias de la
Universidad Nacional Agraria La Molina.
3.3 Materiales y equipos
X ( x* ) ( )
2
(6)
De acuerdo, con la relación 6 y las condiciones de
frontera expuestas, la solución propuesta sería del
tipo:
C.Cos ( .x * ) exp(
3.1 Lugar de ejecución
para x* = ±1
Bi (1, )
(5)
Aplicando esta relación en la ecuación 4ª se tiene:
( x* , )
3. Materiales y métodos
Las especies evaluadas fueron: Cachimbo
(Carianiana doméstica) e Ishpingo (Amburana
Cearensis).
entre la muestra el la placa caliente; L es el espesor
de la muestra y k es el coeficiente de conductividad
térmica de la muestra.
La solución de la ecuación 4ª se obtiene por el
método de separación de variables con la solución
del tipo,
X
X
)
para x* =± 0
hL
k ; donde h es le coeficiente de convección
( x* , )
Bi.Cos (
3.2 Especies
Bi es el numero de Biot dado por la relación
Bi
)
n
n , derivada de
ecuación n
la aplicación de la solución (7) y las condiciones
iniciales y de contorno.
Como se muestra en la Figura 1 para la solución de
las ecuaciones; estamos suponiendo la existencia de
dos muestras simétricas con respecto a x= 0, lo que se
consigue experimentalmente con el método de
espejo, es decir colocando en la cara fría de la
muestra una placa de muy baja conductividad
térmica, para lo cual se uso una placa de silicio
poroso al vació. (Bejan, 1993)
2
)
(7)
donde: C es una constante a determinar.
Aplicando a la ecuación 7 las condiciones
señaladas, logramos finalmente la solución definitiva
An cient. 69(4) 2008, pp. 58-64
Tarjeta de adquisición de datos, DAQCard -6024E.
Programa de computación LabView 7.
Termistor.
Focos (Leds).
Termocupla de cobre-constantán.
Convertidor/amplificador de señal con ingreso en
mV, HD978TR3 Delta Ohm.
Plancha aislante de silicio poroso (50 cm x 50 cm)
Resistencias planas de calefacción.
Optoacoplador.
Termómetros de precisión.
Computadora.
Fuente eléctrica.
Balanza.
Horno.
Desecadores de laboratorio.
3.4 Métodos y procedimientos
3.4.1 Preparación de las muestras de madera
Se prepararon muestras de 30 cm x 30 cm y
espesor variable: 1,0 cm; 2,0 cm y 3 cm, teniendo al
final 3 muestras por cada espesor. Luego de terminar
con las mediciones de estas muestras. Estas fueron
recortadas a 20 x 20 cm manteniendo los mismos
espesores, con la finalidad de evaluar la variación de
conductividad térmica con respecto al cambio de la
geometría de las muestras y posteriormente se
efectuaron las mediciones con las nuevas
60
Manuel Buendía B., Luis Yoza Y., Moisés Acevedo M., Julio Arakaki K.
dimensiones. Todas las muestras estuvieron secas al
aire y tuvieron orientación tangencial con respecto al
eje longitudinal del árbol.
E0,5
3.4.3 Elaboración del sistema eléctrico
Las funciones básicas de este sistema son: activar
y/o desactivar el paso de la energía eléctrica a las
resistencias encargadas de calentar a la plancha
metálica y medir la evolución de la temperatura en la
superficie de la madera opuesta a la fuente caliente.
3.4.4
Elaboración
computarizado
del
programa
Se utilizó las diversas herramientas del software
LabView 7 para elaborar un programa capaz de
adquirir, analizar, graficar y registrar los datos de
temperatura provenientes de la muestra de madera.
3.4.5 Medición de la temperatura de las
muestras
Pare este fin se utilizó una termocupla de cobreconstantán, el cual mide la temperatura de la
superficie de la muestra opuesta a la fuente de calor.
Para realizar las medidas en las probetas de 20 cm x
20 cm se utilizó una suerte de bastidor de madera
alrededor de las muestras, con el fin de mejor el
aislamiento.
3.4.6 Cálculo de coeficientes térmicos
a) Cálculo de la difusividad térmica
La determinación de la difusividad térmica α, se
basó en lo estipulado por Siau (1995), quién señala
que el valor de la difusividad térmica puede ser
determinado gráficamente, para lo cual hace uso de
los denominados “Gráficos de Heisler”, siendo éstos
una serie de ábacos que muestran la variación
temporal de la temperatura de cualquier punto en la
dirección x al interior de la muestra. Siau hace uso de
éstos gráficos pero de una manera invertida, es decir
construye un gráfico E vs. τ, donde E = 1.
Para fines del presente trabajo se logró adaptar las
ecuaciones establecidas por Siau, lográndose
finalmente la siguiente ecuación:
L
a
L
1,868. .c pw
h
(9)
Donde, a = 0,2 L2/t0.5 es la difusividad térmica
aparente y t 0,5 es el tiempo para llegar a la
temperatura del tiempo medio E 0,5 = Θ 0.5 = 0,5.
Todos los cálculos son basados para un E0,5 = 0,5
denominado temperatura del tiempo medio y
proviene del cociente:
61
Tm
T
Ti
Ti
(10)
donde:
Tm : temperatura medida de la muestra en un
tiempo t, ºC.
Ti
: temperatura inicial de la muestra, ºC.
T∞ : temperatura infinito, establecido en 40 ºC.
3.4.2 Preparación de la fuente caliente
El calor aplicado a las muestras de madera
proviene de una caja de aluminio de 30 cm x 30 cm
x 6 cm, el cuál en su interior contiene 2 resistencias
eléctricas planas de calefacción pegadas a la
superficie interna de la misma.
0,5
El gráfico de la ecuación 9, entre L/αa vs. L es
una recta cuya pendiente corresponde a la inversa del
valor de la difusividad térmica de las muestras.
b) Cálculo del coeficiente de convección
Luego de realizar la regresión lineal del gráfico
L/αa vs. (L), ecuación 9. El valor del intercepto de la
ecuación de esta recta es numéricamente igual a
1,868. .c pw / h
, de donde se despeja y se halla
el valor del coeficiente de convección, h.
c) Cálculo de la conductividad térmica
Se calculó por dos formas: el método directo y el
método dinámico. El primero determina el valor de la
conductividad térmica de la madera utilizando la
siguiente expresión:
k
. .c pw
(11)
Donde: es el coeficiente de difusividad térmica,
es la densidad de la muestra y cpw es el calor
específico de la muestra
El segundo método hace uso de las gráficas de
Heisler, el cual constituye la representación gráfica
de la evolución temporal de la temperatura de algún
punto en una placa plana. La solución de la ecuación
de difusión del calor (8) permite lograr estas
representaciones de Heisler en la que se graficará la
evolución temporal de la temperatura adimensional Θ
en la tapa inferior para x=0.
Se elaborara gráficas de Heisler patrones para
1/Bi= k/hL = 0,0 ; 0,01 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,25 ; 0,333 ; 0,5 ;
0,67 ; 1 ; 2 ; 5 y 10; donde el eje de las abscisas
contiene los valores del número de Fourier,
.t / L2 , el tiempo adimensional y el eje de las
ordenadas los valores de Θ. Todas estas gráficas
muestran la evolución de la temperatura adimensional
de la parte inferior de muestra de madera para x=0.
(Ver Figuras 2, 3, 4 y 5)
Obtenida la información experimental, se
procederá a graficar los valores experimentales de
forma que permitan representar los datos en un
gráfico de Heisler y compararlo luego, con los
gráficos patrones. Si se observa que la curva
perteneciente a la muestra tiene el mismo
comportamiento que las líneas patrones, confirmaría
que la muestra satisface correctamente condición
inicial y las de frontera y por consecuencia satisface
la
solución matemática para este tipo de
transferencia de calor. Luego haciendo uso de los
gráficos patrones y el grafico experimental se
determinará el valor de Bi correspondiente al gráfico
experimental, valor que permitirá determinar
Diseño y elaboración de un equipo para la medición de conductividad térmica en condiciones de flujo inestable en
maderas tropicales
posteriormente el valor del coeficiente de
conductividad térmica con la relación Bi = hL/k.
4. Resultados y discusión
4.1 Contenido de humedad y densidad de las
muestras
Se determinó un contenido de humedad de 10,7% y
una densidad promedio de 0,66 g/cm3 para el caso del
Cachimbo y un contenido de humedad de 11,7% y
una densidad de 0,66 g/cm3 para el Ishpingo.
4.2 Tiempo que demanda en alcanzar Θ=0,5
Tiempo en alcanzar Θ=0,5 (s)
Especie
Cachimbo
Ishpingo
Espesor
“L” (m)
Superficie de la muestra (cm2)
30 x 30
20 x 20
1,0
374
354
2,0
1535
1375
3,0
2661
2531
1,0
466
443
2,0
1422
1353
3,0
3337
2969
Al comparar las probetas de 30 x 30 cm y las de 20
x 20 cm, se nota que en ambas especies las probetas
de mayor área demoran más en alcanzar dicha
temperatura, esto se explicaría a que al ser las
probetas mas pequeñas que la plancha caliente y al
estar rodeadas por el bastidor de madera, se logra
eliminar las pérdidas de calor en los extremos de la
fuente caliente, así como minimizar los efectos del
entorno.
El tiempo que demoran el alcanzar Θ=0,5 las
probetas de Cachimbo de 1,0 y 3,0 cm de espesor es
menor a sus reciprocas de Ishpingo, lo cuál coincide
con lo estipulado en la bibliografía, donde la
conductividad térmica guarda una relación directa
con la densidad y cantidad de extractivos. Este
fenómeno no sucede en las probetas de 2,0 cm de
espesor, pues dado su dimensión intermedia la
difusión del calor no es normal en ellas. Por este
motivo, se descartó el uso de las probetas de dicho
espesor para los posteriores cálculos.
Se observa que la difusividad térmica del Ishpingo
es menor al del Cachimbo, esto se debería a que el
primero tiene mayor contenido de humedad y calor
específico. Pues, según Wangaard (1979), la
difusividad térmica varía inversamente con el
contenido de humedad. Sin embargo, ambos valores
se encuentran muy próximos a un valor típico de la
difusividad térmica de la madera a un contenido de
humedad de 12%, 1,61 x 10-7 m2/s.
4.4 Graficas de Heisler
Con la información obtenida de la temperatura en
función del tiempo, se elaboraron las gráficas de
Heisler respectivos, como se muestran en las figuras
2, 3, 4 y 5 que muestran las curvas que describen la
evolución de la temperatura en la parte inferior de las
muestras.
En el caso de las curvas pertenecientes a las
muestras
de
Cachimbo,
se
observa
un
comportamiento similar en las probetas de 30 x 30
cm y las de 20 x 20 cm. Las curvas pertenecientes a
las muestras de 1,0 cm de espesor se ubican entre las
curvas estándares 1/Bi igual a 0,33 y 0,5. Las de 3 cm
de espesor se ubican entre las curvas 0,1 y 0,2.
Haciendo la interpolaciones respectivas para
0,5 de las muestras de Cachimbo, los valores
calculados para las probetas de 30 cm x 30 cm y
espesor 1,0 cm y 3, 0 cm son, 0,36 y 0,14
respectivamente. Y para las muestras de 20 x 20 cm y
espesor de 1,0 y 3,0 cm son, 0,39 y 0,12
respectivamente. (Ver Figuras 2 y 3)
En el caso de las muestras de Ishpingo, los
espesores similares presentan un comportamiento
muy parecido entre ellas. Siendo, 0,25 y 0,08 los
valores calculados para las curvas de las muestras de
30 cm x 30 cm y de 1,0 y 3,0 cm respectivamente.
Los valores calculados para las muestras de 20 cm x
20 cm y espesor de 1,0 y 3,0 cm son, 0,27 y 0,1
respectivamente. (Ver Figuras 4 y 5)
La diferencia en los valores de las curvas
pertenecientes a 1,0 y 3,0 cm se debe a que el tiempo
que transcurre para que la parte inferior de la muestra
alcance una temperatura dada, es mayor en las
muestras de mayor espesor.
4.3 Valor de la difusividad térmica y del
coeficiente de convección
Cachimbo (30 cm. x 30 cm.)
1,1
Haciendo uso de la relación 9 y efectuando los
gráficos correspondientes se obtienen los valores de
la difusibilidad térmica, como se muestra en el
gráfico siguiente:
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
Especie
Cachimbo
Ishpingo
Superficie de la
muestra (cm2)
Difus.
térmica
(m2/s)
Coeficiente de
convección
(W/m2.K)
30 x 30
1,67 x 10-7
49,15
20 x 20
1,67 x 10-7
51,44
30 x 30
1,25 x 10-7
61,13
20 x 20
1,43 x 10-7
45,15
An cient. 69(4) 2008, pp. 58-64
0,3
0,2
0,1
0
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0
0,01
0,1
0,2
0,25
0,333333
0,5
0,6666667
1
2
5
10
1,0 cm. espesor
3,0 cm. espesor
1,1
62
Manuel Buendía B., Luis Yoza Y., Moisés Acevedo M., Julio Arakaki K.
Figura 2. Gráfica de Heisler para Cachimbo de
30 cm x 30 cm y espesor variable (1,0 y 3,0 cm).
Cachimbo (20 cm. x 20 cm.)
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
1,43 x 10-7
20 x 20
625,25
1666,52
0,149
El valor de la conductividad térmica obtenido por
el método directo del cachimbo es 0,18 W/m.K, el
cuál es muy similar a lo que estipula la bibliografía
para especies de la misma densidad, lo mismo sucede
con el Ishpingo, cuya conductividad obtenida es 0,14
W/m K.
4.5.2. Método dinámico
0,3
0,2
0,1
0
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
0
0,01
0,1
0,2
0,25
0,333333
0,5
0,6666667
1
2
5
10
1,0 cm. espesor
3,0 cm.espesor
En base a la información obtenida de las graficas
de Heisler de el valor de Bi y usando la relación Bi=
k/hl, se determinan los valores de la conductividad
térmica de las muestras, como se muestra en la tabla
siguiente.
Figura 3. Gráfica de Heisler para Cachimbo de
20 cm x 20 cm y espesor variable (1,0 y 3,0 cm).
Especie
Superficie
(cm2)
Espesor
(m)
30 x 30
1
0,9
0,8
0,7
20 x 20
0,3
94
96
0,1
0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,172
49,15
0,191
51,43
0,189
51,43
0,183
61,13
0,156
61,13
0,141
45,15
0,132
45,15
0,146
0,02
0,2
0,1
49,15
0,03
0,00
0,5
0,4
98
02
Cachimbo
0,6
0
k
(W/m.K)
0,00
Ishpingo (30 cm. x 30 cm.)
1,1
-0,1
h
(W/m2K)
0,8
0,9
1
0
0,01
0,1
0,2
0,25
0,333333
0,5
0,6666667
1
2
5
10
1,0 cm. espesor
3,0 cm. espesor
0,01
1,1
30 x 30
0,03
08
Ishpingo
Figura 4. Gráfica de Heisler para Ishpingo de 30
cm x 30 cm y espesor variable (1,0 y 3,0 cm).
02
0,01
20 x 20
06
0,03
08
Ishpingo (20 cm. x 20 cm.)
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0
0,01
0,1
0,2
0,25
0,333333
0,5
0,6666667
1
2
5
10
1,0 cm. espesor
3,0 cm. espesor
1,1
Figura 5. Gráfica de Heisler para Ishpingo de 20
cm x 20 cm y espesor variable (1,0 y 3,0 cm).
En el caso del Cachimbo, las muestras de 20 cm x
20 cm son las que coinciden con el valor directo. En
el caso del Ishpingo, las muestras de 3,0 cm, en
ambas secciones, son las coinciden con su similar
determinado por el método directo.
La diferencia de los valores de la conductividad
térmica del Cachimbo y del Ishpingo, 0,18 y 0,14
W/m K respectivamente, se deben básicamente a la
relativa mayor densidad que presenta la primera
especie mencionada, así como a la abundante
presencia de cristales de oxalato en su estructura
microscópica.
5. Conclusiones
4.5 Cálculo de la conductividad térmica
4.5.1 Método directo
Haciendo uso de la ecuación 11 podemos obtener
los valores de la conductividad térmica, como se
muestra en el cuadro siguiente.
Especie
Cachimbo
Ishpingo
63
Superficie
de la
muestra
(cm2)
Difus.
térmica
(m2/s)
Conduc.
Calor
Densidad
específico
térmica
(kg/m3)
(J/kgK) (W/mK)
30 x 30
1,67x10-7
663,80
1628,64
0,180
20 x 20
1,67 x 10-7
663,80
1628,64
0,180
30 x 30
1,25 x 10-7
625,25
1666,52
0,147
1. El equipo diseñado y construido para el presente
trabajo, permite determinar satisfactoriamente las
constante de conductividad térmica en condiciones de
laboratorio, con una precisión del orden del 10%.
2. La condición inicial, las condiciones de frontera y
la solución matemática de la transferencia de calor
asumidas para el presente trabajo son las correctas.
3. Para el cálculo de la difusividad térmica y del
coeficiente de convección se requiere como mínimo
muestras de dos o más espesores. Teniendo estos
valores, solo se requiere de un espesor para calcular
el valor de la conductividad térmica.
Diseño y elaboración de un equipo para la medición de conductividad térmica en condiciones de flujo inestable en
maderas tropicales
4. Existe una buena consistencia entre las medidas
obtenidas de la conductividad térmica por el método
directo y el método dinámico.
5. Las muestras de 20 cm de lado y de 3,0 cm de
espesor son las brindan resultados óptimos, por lo
cuál se convierten en las dimensiones idóneas para
fines del experimento.
6. La conductividad térmica en la madera depende
directamente de la densidad, contenido de humedad,
cantidad y calidad de extractivos. Las mediciones
obtenidas con el equipo corroboran estas hipótesis.
Con base a los resultados se recomienda:
El espesor de la superficie de la plancha caliente debe
ser lo mas delgado posible, para evitar alteraciones en
su temperatura al momento de entrar en contacto con
la madera y mejorar el flujo convectivo.
La aplicación de la plancha caliente sobre la
muestra debe ser lo más rápido posible, pues de lo
contrario se iría en contra de las condiciones
definidas para el experimento.
Realizar mediciones de conductividad térmica en
otras especies, considerando los tipos de corte con
respecto al eje longitudinal del árbol; de tal manera
que se pueda apreciar el comportamiento del equipo
frente a la anisotropía propia de la madera; así como
a diferentes contenidos de humedad.
6. Referencias bibliográficas
BEJAN, Abrian. 1993. Heat Transfer. MT: McGrawHill. 173p.
CHAVESTA, M. 1996. Determinación del Calor
Específico y de la Conductividad Térmica en dos
Especies Forestales. Tesis Mg. Sc. Lima, PE,
UNALM.
An cient. 69(4) 2008, pp. 58-64
FOREEST PRODUCTS LABORATORY. 1980. The
Enciclopedia of Word. US. Sterling Publishing. P
59-61
INCROPERA,
F.
1999.
Fundamentos
Transferencia de Calor. MX. Limusa. 839p.
de
ISACHENKO, V. 1973. Transferencia de Calor. RU:
Editorial Marcombo. p.19-457.
KOLMANN, F. 1989. Principles of Wood Science
and Technology. US. Springer-Verlag. V. 1, p.
240-257.
KREITH, F. 2001. Principios de Transferencia de
Calor. MX: Thomson Learning. p. 1-288.
MANRIQUE, J. 2002. Transferencia de Calor. MX:
Oxford University Press. 304p.
PITTS, D. 1975. Teoría y Problemas de
Transferencia de Calor.US: McGraw-Hill. 268p.
SIAU, J, 1984. Transport Process in Wood
Springer- Verlag. P. 132-222
DE:
SIAU, J. 1995. Wood: Influence of Moisture on
Physical Properties.US: Department of Wood
Science and Forest Products Virginia Polytechnic
Institute and State University. p. 86-188.
WANGAARD, F. 1968. Heat Transmissity of
Southern Pine Wood, Plywood, Fiberboard and
particleboard. Louisiana, US: The Pennsylvania
State University. 57p.
YOZA, L. 1993. Conductividad Térmica en Madera
de Moena (Aniba amazónica Meiz). Revista
Forestal del Perú. 20 (2). p. 71-77.
64
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 27/12/2007
Aceptado: 09/07/2008
Estabilidad de la bixina soluble en aceite de girasol mediante el uso de
pruebas aceleradas de vida útil (PAVU)
Jorge E. Torres Ch.1, Gloria J. Pascual Ch.2, W. Francisco Salas V.3
Resumen
Se evalúo la estabilidad de la bixina soluble en aceite de girasol mediante pruebas aceleradas (ATSL), para ello las
muestras fueron incubadas a las temperaturas de 40, 50 y 60 ºC y se determinó la concentración de bixina cada 5-6
días. Los datos experimentales obtenidos fueron relacionados con el modelo de pérdida de calidad propuesto por
Labuza (1994) para órdenes de reacción 0 y 1. Se determinó la velocidad de reacción y así mismo se evaluaron los
modelos matemáticos de Arrhenius, lineal, exponencial e hiperbólico para determinar la influencia de la temperatura
con la velocidad de reacción. Se determinó un orden de reacción de primer orden; la constante de velocidad de
reacción a temperatura ambiente encontrada fue de 0,000948 días -1 y el mejor modelo que relaciona la influencia de
la temperatura con la velocidad de reacción fue el modelo hiperbólico. En función a este factor de calidad, se
determinaron tiempos de estabilidad largos así, por ejemplo, para una disminución de 15% de bixina se estimó un
tiempo de estabilidad de 5,71 meses.
Palabras clave: Aceite, tiempo de vida en anaquel.
Abstract
Bixin sunflower oil soluble was evaluated by means of acelerated test (ATSL). For it the samples were incubated to
temperatures of 40, 50 and 60ºC and determined the bixin concentration each 4-5 days. The obtained experimental
datas were ralated with loss quality model proposed by Labuza for zero and first reactions orders. The reaction rate
was determined and also the mathematicals models of Arrhenius, linear, exponential and hyperbolic were evaluated
to determine the influence of temperature with rate reaction. An order of reaction of first order was determined, the
reaction rate constant to environment temperature was of 0.000948 days -1 and the best model than relates the
influence of temperature to the reaction rate was the hiperbolic model. In function to this quality factor, long times
of stability were determined. For example for losses of 15% of bixin a time of stability of 5,71 months was
considered.
Key words: Oil, shelf life.
1. Introducción
El rol de la Industria Alimentaria a través de los
años ha sido y sigue siendo la de diseñar los procesos
para la producción de alimentos, la mejora de los
procesos ya existentes, así como su optimización, y el
diseño y desarrollo de nuevos productos que
satisfagan las exigencias del mercado y que sobre
todo hagan “la vida más fácil al consumidor” y le
permita reducir tiempo en la preparación y el
consumo de sus alimentos.
Dentro de este contexto una empresa Sudamericana
comercializa desde hace algún tiempo un producto
denominado: Aceite vegetal con achiote, el cual es un
aceite de color rojo que es utilizado en aderezos y
guisos en forma directa sin la adición de colorantes
artificiales y/o condimentos, proporcionando a estas
comidas, además, del aceite como medio de cocción,
el achiote; colorante muy utilizado en varios países
de Latinoamérica (incluído el Perú) como sustancia
colorante y como condimento en la preparación de
alimentos.
Debido a estas propiedades el mantenimiento del
color rojo en el producto en almacenamiento
es de vital importancia para evaluar su calidad.
El estudio de la estabilidad de
productos
1
Ingeniero en Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú.
2
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina, Lima, Perú. E-mail: [email protected]
3
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina, Lima, Perú. E-mail: [email protected]
alimenticios es de gran utilidad en la industria de
alimentos, ya que con ello se puede evaluar su tiempo
de vida útil o comercial en el mercado. Este estudio
consiste en investigar los mecanismos y principios
cinéticos generales de la degradación de los
componentes menos estables de dichos alimentos
Uno de los métodos de determinación de la
estabilidad es mediante pruebas aceleradas de vida
útil, el cual consiste en someter el producto a altas
temperaturas y evaluar periódicamente uno o varios
factores de calidad, determinar un orden de reacción,
una velocidad de reacción a diferentes temperaturas,
evaluar la influencia de la temperatura con la
velocidad de reacción, para finalmente plotear y
determinar una velocidad de reacción a temperatura
ambiental.
Los objetivos de la presente investigación fueron
los siguientes:
Determinar el orden de reacción y la cinética de
deterioro de la bixina en el aceite de girasol
coloreado con achiote mediante pruebas aceleradas.
Evaluar la influencia de la temperatura en la
velocidad de reacción mediante los
modelos
matemáticos de Arrhenius, lineal, exponencial e
hiperbólico.
2. Revisión bibliográfica
2.1 Estabilidad de la bixina
El annato es muy estable a temperaturas por arriba
de los 120 °C y comparado a otros colorantes
naturales relativamente estables a la luz. La
Estabilidad de la bixina soluble en aceite de girasol mediante el uso de pruebas aceleradas de vida útil (PAVU)
estabilidad mejora considerablemente a bajas
concentraciones de oxígeno o por la presencia de
antioxidantes en los productos alimenticios
(NATCOL, 1988).
Los carotenoides son altamente insaturados y, por
lo tanto, susceptibles a oxidarse. La pérdida de color
es posible debido a la isomerización de la totalidad de
la forma trans. La isomerización es promovida en
presencia de luz, de calor y de ácidos. Los
carotenoides serán conservados mejor mediante estas
medidas: (1) bajas temperaturas de almacenamiento,
(2) atmósferas inertes de CO2 o N2, por ejemplo, (3)
escaldado cuando sea necesario y (4) adición de
antioxidantes permitidos (MACKINNEY Y LITTLE,
1962).
Dado que los grupos carboxilicos terminales en la
bixina y metilbixina son hallados intactos en sus
productos de degradación, la reacción de degradación
puede envolver una eliminación desde el interior de
la cadena. La estequiometría de la reacción indica
que la parte eliminada tendría la formula de C8H10 y
consiste del equivalente de tres dobles enlaces y dos
grupos metil laterales. El meta-xileno formado a
partir de la bixina y metilibixina se encontró que era
equimolar a la cantidad de pigmento formado de la
degradación en cada caso. Pareciera, por
consiguiente, que la principal reacción de
degradación de la bixina es la siguiente (Belitz y
Grosch, 1997):
C25H30O4 →C17H20O4
+ C8H10
(1)
Bixina
Pigmento amarillo meta-xileno
2.2 Cinética de deterioro de la calidad de los
alimentos
La cinética química es la parte de la físico-química
que estudia la velocidad de las reacciones químicas,
los factores que las afectan y el mecanismo por el
cual transcurren. Los cambios que ocurren en los
alimentos son el resultado de numerosas y complejas
reacciones químicas y bioquímicas, acompañadas de
diversos efectos físicos (Alvarado, 1996).
Singh (1996) indica que la cinética química
involucra el estudio de la velocidad y mecanismos
por el cual una especie química se convierte en otro.
La velocidad de una reacción química es determinada
por la masa de un producto producida o el reactante
consumido por unidad de tiempo. En general, las
velocidades de reacción pueden ser determinadas
conociendo la concentración de los reactantes o los
productos de las reacciones. El mecanismo de una
reacción, por otro lado, es más difícil de determinar
dado que involucra la secuencia de pasos que
producen el resultado global. El mecanismo de
reacciones solo es determinado en sistemas simples.
Una forma general del modelo cinético puede
obtenerse considerando la reacción química siguiente
(SINGH, 1996):
kf
aA + bB
cC + dD
kb
66
(2)
Donde A y B son los reactantes; C y D son los
productos; y a,b,c y d son coeficientes
estequiométricos para los reactantes y productos, Kf y
Kb son constantes de velocidad de reacción hacia
adelante y dirigida hacia atrás.
3. Materiales y métodos
La presente investigación se realizó en los
siguientes laboratorios: Laboratorio de Análisis
Físicos y Químicos de Alimentos y Laboratorio de
Biotecnología de la Facultad de Industrias
Alimentarias de la UNALM.
3.1 Materias primas
La materia prima objeto del estudio fue el aceite de
girasol coloreado con achiote (0,4% de bixina), cuyo
nombre técnico es annato soluble en aceite o BOS
por sus siglas en ingles (Bixin Oil Soluble), el cual
fue proporcionado por la empresa Biocón del Perú
S.A.
3.2 Análisis
Se realizaron los siguientes análisis: determinación
de Acidez libre mediante el método de la AOAC
41.1.21 (1995), Índice de peróxido por el método de
la AOAC 41.1.16 (1995), y análisis de determinación
de annato soluble en aceite, según la Norma Oficial
Mexicana NOM-119-SSAI-1994.
3.3 Procedimiento experimental
3.3.1 Conducción de las pruebas aceleradas
Para la determinación de la estabilidad del aceite
de girasol con achiote mediante pruebas aceleradas
(ATSL), se procedió a colocar muestras del producto
en envases de vidrio color ámbar (30 ml) con tapón y
tapa en estufas termorreguladas a las temperaturas de
40, 50 y 60 °C.
Se evaluó como factor de calidad la disminución de
la concentración de bixina debido a efectos de
oxidación de la misma.
Los análisis respectivos se realizaron por
duplicado, y por cada temperatura de trabajo. El
tiempo de almacenamiento, así como los intervalos
de tiempo para cada análisis fueron determinados en
pruebas preliminares, determinándose un tiempo de 5
a 6 días
3.3.2 Determinación del orden de reacción
Para determinar el orden de reacción, los valores
obtenidos, fueron remplazados en la ecuación (3):
dA
k An
dt
(3)
Donde A es el parámetro de factor de calidad, t es
el tiempo de estabilidad, k es la constante de
velocidad de reacción y n es el orden de reacción.
Para el caso de la concentración de bixina el signo
es negativo, ya que se evalúa la pérdida de calidad
como la disminución de la concentración de bixina en
el producto.
Jorge E. Torres Ch., Gloria J. Pascual Ch., W. Francisco Salas V.
Se realizó una regresión lineal para todos los casos,
asumiendo diferentes valores para n (0 y 1) con el
cual se tuvo el orden de reacción para cada factor
mediante el ajuste de datos con el valor de r2.
Según el orden de reacción, las ecuaciones son las
que se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1. Ecuaciones para los parámetros de
calidad en función del tiempo para órdenes de
reacción 0 y 1.
Ecuación para A
Ao–A=kt
ln(Ao/A)=kt
Mediante la regresión lineal realizada para la
determinación de los órdenes de reacción se
determinaron las constantes de velocidad de reacción
(pendiente de la recta) en las ecuaciones
correspondientes. Se obtuvieron los parámetros de
velocidad de reacción para la concentración de bixina
a las temperaturas de 40, 50 y 60 °C.
3.3.4 Determinación del modelo matemático
que mejor relaciona la influencia de la
temperatura con la velocidad de reacción
Para la determinación del mejor modelo
matemático que relaciona la influencia de la
temperatura con la velocidad de reacción se utilizaron
los modelos de Arrhenius y los propuestos por Saguy
y Karel (1980) los cuales se presentan a continuación:
Ea
Modelo exponencial
k
: k
: k
Modelo hiperbólico
: k
Modelo lineal
k 0 e RT
a bT
aT b
aT
b T
(4)
(5)
(6)
(7)
Se utilizó el Programa Microcal Origin® 5.0 para
realizar el ajuste a los modelos matemáticos
descritos. El criterio de ajuste fue dado en función a
los menores valores del chi-cuadado y los valores
más cercanos a 1 en el coeficiente de correlación.
3.3.5 Estimación de la estabilidad del aceite
de girasol coloreado con achiote
Una vez determinado el orden de reacción, las
constantes de velocidad de reacción y los modelos
matemáticos que mejor describen el efecto de la
relación constante de velocidad de reacción (k) con la
temperatura, para la concentración de bixina, se
determinó el valor de k para el aceite de girasol con
achiote a temperatura ambiental (20°C), mediante
regresión lineal en los modelos elegidos.
Finalmente, se estimó los tiempos de vida útil del
aceite de girasol con achiote en función a los valores
de la constante de velocidad de reacción para cada
factor de calidad a la temperatura ambiental (20°C)
ya determinada y los valores de concentración de
An cient. 69(4), 2008, pp. 65-71
(8)
k
Para órdenes de reacción n = 0, y
Ao
Ae
k
Ln
ts
(9)
3.4 Análisis Estadístico
3.3.3 Determinación de las constantes de
velocidad de reacción
:
Ae
Para órdenes de reacción n = 1.
Fuente: Adaptado de LABUZA (1999).
Modelo Arrhenius
Ao
ts
Se aplicó un análisis de variancia y pruebas LSD
para determinar diferencias significativas entre las
medias de la concentración de bixina y análisis
estadísticos de ajuste a los modelos matemáticos
usados para evaluar la influencia de la temperatura en
la velocidad de reacción. Se utilizaron los programas
Statgraphics® 4.1 y Microcalc Origin® 5.0.
4. Resultados y discusión
4.1 Caracterización de la muestra
La muestra de aceite de girasol coloreado con
achiote presento el siguiente análisis (Tabla 2).
Tabla 2. Resultados de los análisis realizados al
aceite de girasol coloreado con achiote.
Análisis
pH
Contenido de humedad
Contenido de bixina
Índice de acidez
Resultado
5,71
0,5%
0,41%
1,25 mg KOH/kg de grasa
Índice de peróxido
3,24 meq O2/kg de grasa
Como puede observarse el producto presentó una
concentración inicial de bixina de 0,41%. El índice de
peroxido se encontró por debajo del recomendado por
el Codex Alimentarius para aceites comestibles que
es de 10 meq O2/kg de grasa. El índice de acidez
inicial fue elevado.
4.2 Determinación del orden de reacción
Se presenta a continuación, los datos
experimentales de la variación de la concentración de
bixina del aceite de girasol coloreado con achiote a
las temperaturas de 40, 50 y 60 °C a través del
Figura 1: Concentración de bixina en el aceite de girasol
tiempo (Figura
coloreado1).
con achiote a las temperaturas de 40, 50 y 60°C a través
del tiempo
0.44
Concentracion de bixina
(%)
Orden de reacción n
0
1
bixina iniciales y finales. Se utilizaron las ecuaciones
siguientes:
0.42
0.40
0.38
0.36
0.34
0.32
0.30
0
10
20
30
40
50
60
70
Tiempo (dias)
40°C
50°C
60°C
Figura 1. Concentración de bixina en aceite de
girasol coloreado con achiote a 40, 50 y 60 oC a
través del tiempo.
67
Estabilidad de la bixina soluble en aceite de girasol mediante el uso de pruebas aceleradas de vida útil (PAVU)
0.41
0.4
Tal como se observa en la Tabla 3, el orden de
reacción que mejor se ajusta a la oxidación de la
bixina es la del orden n = 1. Sin embargo, puede
observarse también, que a la temperatura de 40 °C el
coeficiente de correlación (r2) con n = 1 es menor que
n = 0 (0.980 y 0.981 respectivamente); debido a que
esta diferencia no es significativa y considerando que
a las demás temperaturas (50 y 60 °C) el orden que
mejor se ajusta es el orden n = 1, se consideró a este
como el orden de reacción que mejor se ajusta a la
oxidación de la bixina.
4.3 Determinación de las constantes de
velocidad de reacción
Luego de realizar la regresión lineal y
considerando el orden de reacción n = 1 como la que
mejor se ajusta a la oxidación de la bixina se tienen
los siguientes resultados de las constantes de
velocidad de reacción (k) a la temperaturas de 40, 50
y 60°C. Los resultados se presentan en la Figura 3 y
Tabla 4.
0.39
0.38
Figura 3: Regresión lineal para el cálculo de las constantes
de velocidad de reacción en función a la concentración de
bixina
0.37
0.36
-0.88 0
0.35
cuarenta
cincuenta
Ln de la concentración de
bixina
CONCENTRACION DE BIXINA (%)
Como puede observarse en la Figura 1, existe una
disminución de la concentración de bixina a través
del tiempo y un aumento en la velocidad de deterioro
de la bixina en función a la temperatura de
exposición.
Natcol (1988), menciona que el annato es muy
estable a temperaturas por arriba de los 120 °C y
comparado a otros colorantes naturales relativamente
estables a la luz. Sin embargo, a tiempos de
exposición relativamente largos (60 días) se observó
una disminución aunque no muy marcada de la
concentración de bixina en el producto analizado.
A continuación, en la Figura 2, se muestra el
análisis estadístico realizado a la concentración de
bixina para cada temperatura de incubación con el
objetivo de evaluar diferencias significativas entre
sus medias. Este análisis fue realizado con el
Programa Statgraphics®
Means and 95.0 4.1
Percent LSD Interval
10
20
30
40
50
-0.91
sesenta
-0.94
TEMPERATURAS(°C)
-1.00
Tabla 3. Correlación lineal del modelo de Labuza
(1994) para los órdenes de reacción n = 0 y n = 1
en función a la concentración de bixina.
Concentra
ción de
bixina
68
Orden de
reacción
70
-0.97
Figura 2. Prueba de comparación de medias de
concentración de bixina en función a la
temperatura (prueba LSD al 95% de confianza).
Como puede observarse no existen diferencias
significativas entre las temperaturas de 40 y 50 °C y
si existen diferencias con la temperatura de 60 °C,
mediante la prueba LSD a un 95% de confianza.
Esto también se puede observar en la Figura 1 donde
los valores de concentración de bixina de las
temperaturas de 40 y 50 °C son más próximos.
Debido a que se necesita como mínimo tres datos
de velocidad de reacción para realizar el estudio se
continúo con la investigación determinando las
constantes de velocidad de reacción para cada
temperatura en estudio mediante regresión lineal.
En la Tabla 3 se presentan los resultados de la
regresión lineal de los valores experimentales
obtenidos de la concentración de bixina utilizando la
ecuación general de perdida de calidad propuesto por
Labuza (1994), considerando los órdenes de reacción
n=0 y n=1.
Factor de
calidad
60
y = -0.00149x - 0.87967
R2 = 0.98036
2
Correlación (r )
n=0
40°C
0.981
50°C
0.979
60°C
0.966
n=1
0.980
0.982
0.969
y = -0.00171x - 0.89338
R2 = 0.98223
-1.03
-1.06
y = -0.00315x - 0.90659
R2 = 0.96951
-1.09
-1.12
Tiempo (días)
40°C
50°C
60°C
Figura 3. Regresión lineal para el cálculo de las
constantes de velocidad de reacción en función a la
concentración de bixina.
Tabla 4. Constantes de velocidad de reacción (k),
en función a la oxidación de la bixina en el aceite
de girasol coloreado con achiote a las
temperaturas de 40, 50 y 60 °C.
Constante de
Temperatura velocidad de
(°C)
reacción (k) en
días-1
40
0,00149
50
0,00171
60
0,00315
Coeficiente
de
correlación
(R2)
0.980
0.982
0.970
Se observa que la velocidad de reacción del
deterioro de la bixina se incrementa conforme
aumenta la temperatura de almacenamiento.
La velocidad de reacción a la temperatura más
elevada (60 °C) es más alta que las dos anteriores,
esto podría significar que a la temperatura de 60 °C la
bixina se deteriora mucho más rápido que a las
temperaturas de 40 y 50 °C.
Jorge E. Torres Ch., Gloria J. Pascual Ch., W. Francisco Salas V.
Como se puede observar en el ajuste a estos dos
primeros modelos matemáticos: modelos Arrhenius y
Lineal; los coeficientes de correlación (R2) son bajos,
0,914 y 0,847 respectivamente; de igual modo los
valores del error son altos respecto a los parámetros
de ajuste. Entre estos dos primeros modelos, el
modelo lineal es el que tiene los menores coeficientes
de correlación.
4.4 Determinación del modelo matemático
que mejor relaciona la influencia de la
temperatura con la velocidad de reacción
Los resultados del ajuste a los modelos
matemáticos que relacionan la influencia de
temperatura con la velocidad de reacción fueron
realizados con el Programa Microcal Origin® 5.0. A
continuación, se presentan los resultados de estos
ajustes en forma gráfica y en tablas. Las tablas
contienen información sobre los parámetros de
regresión de cada modelo y sus parámetros
estadísticos de ajuste.
Velocidad de Reacción (días-1)
0.0032
Velocidad de Reacción (dias^-1)
0.0032
0.0030
Model: Arrhenius Model
0.0028
SSR = 1.396E-7
R^2 = 0.91414
0.0026
Ko = 2766.00748
Ea/R = 4569.72794
0.0024
±13026.77892
±1599.64802
Model: Exponential Model
0.0030
SSR = 1.429E-7
R^2 = 0.91211
0.0028
a = 7.6852E-36 ±1.6985E-34
b = 12.91769 ±3.146
0.0026
0.0024
0.0022
0.0020
0.0018
0.0016
0.0014
0.0022
312
314
316
318
0.0020
320
322
324
326
328
330
332
334
Temperatura (K)
0.0018
Figura 6: de
Ajuste
al Modelo Exponencial
Figura 6. Influencia
la temperatura
con la
velocidad de reacción: Ajuste al modelo
exponencial.
0.0016
0.0014
0.00300
0.00305
0.00310
0.00315
0.00320
1/Temperatura (K^-1)
Figura 4: Ajuste al Modelo Arrhenius
Figura 4. Influencia de la temperatura con la
velocidad de reacción: Ajuste al modelo de
Arrhenius.
Tabla 5. Análisis de regresión al modelo de
Arrhenius.
Parámetro
Valor
Error
Estadísticos
de ajuste
Ko
2766,008
13026,779
ChiSquare
1,40E-07
Ea/R
4569,728
1599,648
R2
0,914
Valor
Tabla 7. Análisis de regresión al modelo
exponencial.
Estadísticos
Parámetro Valor
Error
Valor
de ajuste
a
7,69E-36
1,70E-34
ChiSquare
1,43E-07
b
12,918
3,146
R2
0,912
Velocidad de Reacción (dias^-1)
0.0032
Velocidad de Reacción (días-1)
0.0032
0.0030
Model: Linear Model
0.0028
0.0026
0.0024
0.0022
SSR = 2.4807E-7
R^2 = 0.84742
a = -0.0247
b = 0.00008
±0.01138
±0.00004
0.0030
Model: Hyperbolic Model
0.0028
SSR = 5.8247E-8
R^2 = 0.96418
0.0026
a = -0.00015
±0.00004
b = -349.59806 ±4.81123
0.0024
0.0022
0.0020
0.0018
0.0016
0.0014
312
314
316
318
0.0020
320
322
324
326
328
330
332
334
Temperatura (K)
Figura 7: Ajuste
Modelo Hiperbólico
Figura 7. Influencia
de laaltemperatura
con la
velocidad de reacción: Ajuste al modelo
hiperbólico.
0.0018
0.0016
0.0014
312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334
Tabla 8. Análisis de regresión al modelo
hiperbólico.
Temperatura (K)
Figura 5:de
Ajuste
al Modelo Linealcon la
Figura 5. Influencia
la temperatura
velocidad de reacción: Ajuste al modelo lineal.
Parámetro
Valor
Error
Estadísticos
Valor
de ajuste
Tabla 6. Análisis de regresión al modelo lineal.
Parámetro Valor
a
-0,0247
b
8,30E-05
Error
0,0114
Estadísticos
de ajuste
ChiSquare
Valor
2,48E-07
a
-1,54E-04
3,93E-05
ChiSquare
5,82E-08
3,52E-05
R2
0,847
b
-349,598
4,811
R2
0,964
An cient. 69(4), 2008, pp. 65-71
69
Estabilidad de la bixina soluble en aceite de girasol mediante el uso de pruebas aceleradas de vida útil (PAVU)
Como puede observarse en la Figura 7 y Tabla 8 el
modelo que mejor relaciona la influencia de la
temperatura con la velocidad de reacción de la
oxidación de la bixina es el modelo hiperbólico, ya
que éste presenta el coeficiente de correlación (R2)
más cercano a la unidad (0,964) y el menor valor del
chi-cuadrado (5,82E-08).
4.5 Determinación de la estabilidad de la
bixina en el aceite de girasol coloreado con
achiote
Determinado ya, el mejor modelo que relaciona la
influencia de la temperatura con la velocidad de
reacción, que para el caso de la oxidación de la bixina
es el modelo Hiperbólico, se calculó por
extrapolación la constante de velocidad de reacción
(k) a la temperatura ambiental (20°C), el cual fue el
siguiente.
K20°C = 0,000948 días-1
Para el caso de la concentración de la bixina en el
producto, no se dispone de un valor mínimo
aceptable de calidad, por lo que los resultados del
tiempo de estabilidad se muestran en función al
porcentaje de pérdida de colorante a través del
tiempo. Entonces, aplicando la ecuación 3, de tiempo
de estabilidad del producto con un orden de reacción
n = 1, se tiene el Tabla 9.
Tabla 9. Estabilidad del aceite de girasol
coloreado con achiote en función a la oxidación de
la bixina por porcentajes de pérdida de colorante
(concentración inicial: 0,40% de bixina).
Tiempo
% de
Concentración Tiempo de
de
estab. (días)
perdida final
estab.
(meses)
3
0,388
32,13
1,07
6
0,376
65,27
2,18
9
0,364
99,48
3,32
12
0,352
134,85
4,49
15
0,340
171,43
5,71
18
0,328
209,34
6,98
21
0,316
248,65
8,29
24
0,304
289,49
9,65
27
0,292
231,97
11,07
30
0,280
376,24
12,54
Como puede observarse en la Tabla 9 los tiempos
de estabilidad en función a la oxidación de la bixina
son relativamente largos, así, para reducir en un 15%
la concentración de bixina (de 0,40 a 0,34%) en el
producto final tendrían que transcurrir 171,43 días o
5,71 meses y para reducirlo en un 30% (de 0,40 a
0,28%) los tiempos serian de 376,24 días o 12,54
meses.
5. Conclusiones
El deterioro oxidativo de la bixina en el aceite de
girasol coloreado con achiote por efecto del calor
presenta un orden de reacción de primer orden.
La constante de velocidad de reacción a la
temperatura ambiental (20 °C) en función a la
disminución de la concentración de bixina fue de
0,000948 dias-1, mientras que el modelo matemático
70
que mejor describió la influencia de la temperatura
con la velocidad de reacción para la oxidación de la
bixina fue el modelo hiperbólico al tener éste mejores
coeficientes de correlación que los otros modelos
evaluados.
La estabilidad del aceite de girasol coloreado con
achiote en función a la concentración de bixina fue
evaluado como porcentaje de disminución del
colorante y fue, por ejemplo, de 5,71 meses con una
reducción del 15% de bixina.
La estabilidad en función a la concentración de
bixina en el aceite de girasol coloreado con achiote es
buena, por lo que se concluye que el colorante bixina
es estable en el producto en las condiciones de la
presente investigación.
6. Referencias bibliográficas
ALVARADO, J. 1996. Principios de Ingenieria
aplicados a los Alimentos. Radio Comunicaciones,
division de artes graficas. OEA-PRDCT. Quito –
Ecuador.
ASSOCIATION OF OFICIAL ANALYTICAL
CHEMITS. (AOAC) Official methods of analysis.
1984. fourteenth edition. Arlington. USA.
BADUI, S. 1999. Química de los Alimentos.
Longman de México editores, S.A de CV. México.
BELITZ, H y GROSCH, W. 1997. Química de los
Alimentos. 2° Edición. Editorial Acribia. Zaragoza
– España.
COHEN, E y SAGUY, I. 1985. Statistical evaluation
of Arrhenius model and its aplicability in
prediction of foood quality losses. J. Food Proc.
Preserv. 9: 273-290.
FENNEMA, O. 2000. Química de los Alimentos. 3°
Edición Editorial Acribia. Zaragoza. España.
KIRITSAKIS, A. 1994. El Aceite de Oliva. A Madrid
Vicente Ediciones. Madrid – España.
LABUZA, T. P. 1999. Determination of the Shelf
Life of Foods. Department of Food Science and
Nutrition. University of Minnesota. St. Paul, MN
55108. USA.
LABUZA, T. P. 1994. Shelf Life Testing. Short
Course. En (Metodología para la Determinación de
la vida Útil en Alimentos), Univ. Católica de
Valparaíso. Chile.
LABUZA, T y SCHMIDL, M. 1985. Accelerated
shelf-life testing of food. Food Technology.
40(5):70.LABUZA, T. 1982. Shelf life dating of
foods. Food and nutrition press, Wesport, Conn.
LABUZA, T. y RIBOH, D. 1982. Theory and
application of Arrhenius kinetics to the prediction
of nutrients losses in foods. . Food Technology.
36(10).66.
MAN, C.M.D. 1997. Shelf Life Evaluation of Foods.
Edit. Chapman&Hall. London. UK
Mc KINNEY, G. Y LITTLE, A.C. 1962. Color of
Foods. The AVI Publishing company, Inc,
Welstport, Connecticut
NATCOL Quartely Information Bulletin; Engelhardt,
J.; Lynggaard, B. ; b. Didriksen, ch. 1988. Annato:
Jorge E. Torres Ch., Gloria J. Pascual Ch., W. Francisco Salas V.
The natural colors of choice in modern food
industry. Chr, Hansen’s Laboratorium a/S,
copenhagen. N° 2
SAGUY, L y KAREL, M. 1980. Modeling of quality
deterioration during food processing and storage.
Food Technology. 34(2):78.
An cient. 69(4), 2008, pp. 65-71
SINGH. P. R. 1996 Computer Applications in Food
Technology. Use of Spreadsheets in Graphical,
Statistical, and Process Analyses. Academic Pres.
San Diego. California. USA.
71
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 06/06/2007
Aceptado: 24/06/2007
Estabilización del ketchup utilizando: goma xantano y goma de tara
Juan M. Araujo Vargas 1, Liliana Espino Tenorio 2
Resumen
Fueron evaluadas diferentes concentraciones (0,1 a 1,2%) de goma de tara y goma xantano en la elaboración de
ketchup. Ambas gomas incrementaron el coeficiente de consistencia del ketchup. Inicialmente, la pérdida de suero
disminuyó con la adición de goma de tara (0,9%) y goma xantano (1%), pero esta pérdida se incrementó con el
tiempo de almacenamiento especialmente en el ketchup elaborado con goma de tara. La estabilización del ketchup
se logró a una concentración de 1% de goma xantano. Los panelistas manifestaron preferencia por el ketchup
elaborado con goma xantano, pero cuando fueron correlacionados los atributos de textura y sabor se observó una
asociación negativa (-0,44), indicando que la adición de la goma favorecía la textura mas no el sabor, mientras, que
el ketchup elaborado con goma de tara presentó menor aceptabilidad, pero buena correlación entre los atributos
sensoriales, estos cambios indican que todos ellos se ven afectados con el tiempo de almacenamiento.
Palabras clave: Estabilización ketchup, xantano, tara.
Abstract
Different concentrations (from 0,1% up to 1,2%) of tara gum and xanthan gum in the elaboration of ketchup were
evaluated. Both tara gum and xanthan gum increased the consistency index of the ketchup. Initially the serum loss
decreased with the addition of the tara gum (0,9%) and xanthan gum (1%) but this serum loss increased with the
storage time, especially in the ketchup elaborated with tara gum. The stabilization of the ketchup took place when
using xanthan gum (1%). The sensory panel showed preference for the ketchup prepared with xanthan gum, but
when were correlated the texture and flavor attributes, it was observed a negative association (-0,44), indicating that
the addition of the gum favored the texture but not the flavor, whereas the ketchup elaborated with tara gum
presented less acceptability, but good correlation between the sensorial attributes, these changes indicate that all of
them are affected with the storage time.
Key words: Ketchup stabilization, xantano, tara.
1. Introducción
El ketchup es un sistema heterogéneo elaborado a
partir del extracto frío o caliente de tomates o
directamente de la pasta de tomate. La consistencia
del ketchup es un atributo importante desde el punto
de vista de ingeniería y del consumidor. Durante el
almacenamiento el ketchup tiende a perder su
consistencia debido a la hidrólisis de las sustancias
pépticas y a la producción de sinéresis (De Sio et al.,
1995).
Con la finalidad de aumentar la estabilidad del
ketchup, se utilizan una serie de sustancias, llamadas
hidrocoloides;
los
que
son
generalmente
polisacáridos y son muy ampliamente utilizados en la
industria alimentaría como gelificantes, estabilizantes
y agentes espesantes.
Existen en el mercado una serie de gomas
alimenticias las cuales no son digeribles por el
organismo humano; entre ellas se tiene la goma
xantano y la goma de tara; ambas imparten buena
viscosidad, están muy poco influenciadas por la
temperatura, mantienen su funcionalidad a valores de
pH bajos y tampoco experimentan cambios de textura
después de conservarse a temperatura de
refrigeración o a temperatura ambiente (Cubero et al.,
2002).
El presente trabajo de investigación estuvo
orientado a la estabilización del ketchup, para lo cual
se fijó los siguientes objetivos:
1
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
2
Escuela de Postgrado, Universidad Nacional Agraria La Molina. Lima,
Perú.
Evaluar el efecto de la concentración de la goma
xantano y la goma de tara sobre la viscosidad
aparente en la elaboración de Ketchup.
Evaluar la estabilidad del ketchup elaborado con
las gomas de tara y xantano durante el
almacenamiento.
2. Revisión de literatura
2.1 Estabilizantes
Los estabilizantes se definen como aquellas
sustancias que impiden el cambio de forma o
naturaleza química de los productos alimenticios a
los que se incorporan, inhibiendo reacciones o
manteniendo el equilibrio químico de los mismos
(Madrid, 1987).
2.2 Hidrocoloides
Como característica principal y común se puede
destacar que son moléculas altamente hidrofílicas que
actúan sobre el agua que se encuentra libre en el
medio donde se aplican, llegando a reducir su
movilidad y aumentando así la viscosidad. En este
sentido la estructura del polímero (lineal o
ramificado, su grado de ramificación, etc.) es de gran
importancia ya que de ella depende la capacidad de
retención de agua (volumen de agua que pueden
llegar a incorporar) y, por lo tanto, las características
reológicas y de textura que impartirá al producto
acabado (Cubero et al., 2002).
Desde el punto de vista funcional, hidrocoloides o
“coloides
hidrofílicos”
son
frecuentemente
relacionadas como estabilizantes cuando son usados
en productos de repostería, tal descripción se refiere a
la “estabilización” de las propiedades físicas del
Juan M. Araujo Vargas, Liliana Espino Tenorio
producto durante su vida en anaquel y prevención de
cambios indeseables tales como la recristalización del
azúcar, migración de humedad, coalescencia, o
cambios en las características de la textura (Carr et
al., 1995).
- Goma xantano
Es un exopolisacarido, producido por bacterias del
género Xanthomonas campestris (Azuaje y Sánchez,
1999), en cuya molécula se han podido identificar: Dglucosa, que constituye la cadena principal y
moléculas de D-manosa y D-glucurónico. Las
ramificaciones de la molécula de xantano y las
características uniónicas debidas a los radicales ácido
favorecen la separación de las cadenas y su
hidratación, consiguiendo la solubilización total de la
macromolécula, es muy soluble en agua y leche en
frío, teniendo un efecto espesante de características
no tixotrópicas y alta pseudoplasticidad (Cubero et
al., 2002).
La goma xantano es estable a un amplio rango de
pH (se recomienda acidificar una vez ya se haya
hecho de disolución de la goma xantano) y a la
presencia de sales alcalinotérreas (Katzbauer, 1998).
Su viscosidad está muy poco influenciada por la
temperatura, tampoco experimenta cambios de
textura después de conservarse a temperaturas de
refrigeración o a temperatura ambiente. Es bastante
estable a los tratamientos mecánicos y tiene muy
buena resistencia a los ciclos de congelación descongelación.
- Goma de tara
La goma de tara es un hidrocoloide derivado del
endospermo de la semilla de Tara (Cesalpinia
spinosum, algarrobo de Suramérica), es un
galactomano que consiste en una cadena principal de
manosa con cadenas laterales de galactosa en
proporción 3:1; aunque se disuelve bastante bien en
agua fría su máxima hidratación se obtiene en
caliente.
Imparte viscosidad al medio donde se aplique;
aparte de otras funciones como la de evitar la
formación de hielo durante
la congelación y
mantener buena resistencia al choque térmico. Carece
de reactividad con las proteínas lácteas, y mantiene
su funcionalidad a valores de pH bajos y con
concentraciones elevadas de sal (Cubero et al., 2002).
3. Materiales y métodos
3.1 Lugar de ejecución
El presente trabajo de investigación se realizó en la
Planta Piloto de Tecnología de Alimentos y
Productos Agropecuarios y en el Laboratorio de
Análisis de los Alimentos de la Facultad de Industrias
Alimentarías de la Universidad Nacional Agraria La
Molina.
3.2 Materia prima e insumos
Se trabajó con el tomate de la variedad Rio Grande,
procedente del Fundo “Don Braulio”, ubicado en la
provincia de Pisco en el departamento de Ica; Goma
xantano, Goma de tara y Sorbato de potasio
adquiridos en Montana S.A., Ácido acético glacial,
73
Sigma; Azúcar , Sal y Especias (comino, canela,
pimienta, orégano, ajos).
3.3 Reactivos
Hexano, acido sulfúrico al 99%, sulfato de potasio,
sulfato de cobre, ácido bórico, ácido clorhídrico,
hidróxido de sodio en lentejas al 50% de la marca
Merck.
3.4 Equipos e instrumentos
Balanza analítica, modelo N° AP2105 con
capacidad de 210 x 0,1 g, marca Ohaus, hecho en
Switzerland. Centrífuga, Laboratoriumi Gephkonyve,
tipo LU – 411/l2301 – Budapest, hecho en Hungrya.
Cocina eléctrica, marca Insegesa, hecho en Perú.
Estufa, marca Labor Muszeripari Muvek, tipo LP
302, hecho en Hungrya. Extractor Soxhlet. Mufla,
marca Labor Muszeripari Muvek, tipo LR – 201/A
hecho en Hungrya. Potenciometro digital, modelo
420 A, marca Orion, hecho en
Taiwán.
Refractómetro Abbé, de mesa de 0 – 100° Brix.
Selladora de bolsas plásticas, tipo Tish – 330,
Electric Heating Equipment Co., Ltd. hecho en
Taiwan. Viscosímetro Rotacional de Brookfield
RVT. Pulpeadora. Materiales de vidrio: matraces
volumétricos, vasos de precipitación, baguetas,
buretas, fiolas, etc.
3.5 Métodos de análisis
3.5.1 Análisis físico - químico
Análisis Proximal: por el método recomendado por
la A.O.A.C. (1995).
Determinación del pH, acidez titulable total y
sólidos solubles, por el método recomendado por la
A.O.A.C. (1995).
3.5.2 Cuantificación de la pérdida de suero
Para la cuantificación de pérdida de suero se llevó
20 g de ketchup a un tubo de centrífuga y luego fue
centrifugado a 5 000 rpm por 10 minutos. El
sobrenadante fue descartado y el ketchup restante fue
pesado (Singh et al., 2002).
Pérdida de suero (%) = Peso del suero removido x
100
Peso del ketchup
Con el fin de ajustar la relación funcional entre el
porcentaje de pérdida de suero y el número de días de
almacenamiento se utilizó una curva de crecimiento
logístico utilizando la siguiente fórmula (Seber y
Wild, 2003):
% pérdida
m
1 exp bx d c
Donde: “m” corresponde al valor de la asíntota del
porcentaje de pérdida de suero, “c” corresponde al
momento de tiempo (en días) en que ocurre el 50%
de la pérdida máxima (m/2), “b” es el logaritmo
neperiano de la razón de cambio del periodo t al
periodo t + 1 y d es el número de días de
almacenamiento.
3.5.3 Caracterización reológica del ketchup
Las propiedades reológicas fueron medidas usando
un viscosímetro marca Brookfield Modelo RVT y los
resultados de dichas mediciones fueron procesados
Estabilización del ketchup utilizando: goma xantano y goma de tara
de acuerdo al procedimiento de cálculo descrito por
Mitschka (1982).
pulpeado, se escaldaron los tomates a 85 °C por un
minuto (Benavides et al., 1997).
3.5.4 Análisis sensorial
3.6.5 Pulpeado
Se realizó una evaluación sensorial por
ordenamiento (Brown et al., 2003), se contó con 20
panelistas, los cuales usaron una escala del 1 al 5,
para calificar los atributos: aspecto general, color,
aroma, sabor, y textura del ketchup.
Con la finalidad de obtener una pulpa grosera y de
eliminar las pieles y semillas que estuvieron
presentes en el fruto se realizó el pulpeado del tomate
en una pulpeadora, para lo cual se utilizó una malla
de 2 mm de diámetro.
3.5.5 Análisis microbiológico
Numeración total de gérmenes aerobios mesófilos
viables y coliformes totales, método recomendado
por la A.O.A.C. (1995).
Numeración de mohos y levaduras, método
recomendado por la I.C.M.S.F. (1986).
3.5.6 Análisis estadístico
Para el análisis estadístico se utilizó el programa
estadístico “R”. Los resultados del análisis sensorial
fueron analizados para cada fecha de evaluación y
atributo mediante la Prueba de Suma de Rangos de
Friedman, a un nivel de significancía del 5%.
Se utilizó el análisis de correlación de Kendall para
analizar las asociaciones entre los atributos según
tratamientos y para determinar la relación existente
entre los datos sensoriales y los datos de los análisis
físicos de laboratorio (coeficiente de consistencia y %
de pérdida de suero) a través, del tiempo y con el fin
de evaluar el grado de asociación tanto para el
coeficiente de consistencia como para el porcentaje
de pérdida de suero y el atributo de aspecto general se
utilizó el coeficiente “tau” de Kendall (Claustriaux,
2001).
3.6 Procedimiento experimental
El flujo de operaciones y el esquema experimental
para la estabilización de ketchup utilizando: goma
xantano y goma de tara se muestra en la Figuras 1 y
2 respectivamente,
el cual se describe a
continuación:
Recepción de
materiales
Selección Manual
Selección y
Clasificación
Descarte
Agua
Lavado y
desinfectado
Agua + impurezas
Pre cocción
Goma xantano
Goma de tara
Acido acético
Sal
Azúcar
Especias
Sorbato de Potasio
Pulpeado
Pieles y semillas
Refinado
Semillas
Concentración
Adición de
ingredientes
Agua
PH= 3.8 ± 0.1
°Brix = 28 ± 1
Pasteurización
Envasado
Almacenaje
Figura 1. Flujo de operaciones para la
estabilización del ketchup utilizando goma
xantano y goma de tara.
3.6.1 Selección
La selección tuvo por objeto separar los frutos
dañados y defectuosos. Se descartó la fruta
deteriorada por golpe o en estado de descomposición
y se trabajó con tomates completamente maduros que
presentaron un tamaño homogéneo y un color rojo
oscuro en la superficie. Esta operación se realizó en
forma manual.
3.6.2 Lavado
El lavado permitió eliminar la tierra y los restos de
insecticidas, plaguicidas, etc., adheridas en la
superficie del producto; así como disminuir la carga
microbiana.
3.6.3 Desinfectado
Se llevó a cabo un desinfectado, para lo cual se
sumergió la fruta en una solución de hipoclorito de
sodio en una concentración de 50 ppm de cloro libre
residual durante 15 minutos a temperatura ambiente;
con el objeto de asegurar la inactivación de la carga
microbiana superficial que tenga la fruta (Laencina et
al., 1973).
3.6.4 Pre cocción
Con el fin de inactivar los enzimas pectolíticos,
fijar el color, ablandar los tejidos y facilitar el
An cient. 69(4) 2008, pp. 72-81
Figura 2. Esquema experimental para la
“Estabilización de ketchup utilizando goma
xantano y goma de tara”.
74
Juan M. Araujo Vargas, Liliana Espino Tenorio
3.6.6 Refinado
Con el objetivo de obtener una pulpa fina y
homogénea, se procedió al refinado, para lo cual se
hizo pasar el jugo de tomate nuevamente por la
pulpeadora pero esta vez con una malla de 0,5 mm de
diámetro.
3.6.7 Concentración de la pulpa de tomate
La pulpa de tomate obtenida fue concentrada a
presión atmosférica (paila abierta), a temperatura de
ebullición (100 °C). Esta operación se realizó hasta
lograr obtener un contenido de sólidos solubles de
12° Brix.
3.6.8 Adición de ingredientes
Al jugo concentrado de tomate se le adicionó los
ingredientes mostrados en la Tabla 1; con agitación
constante hasta lograr la homogeneización.
Se usaron diferentes concentraciones de goma (0,1;
0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 y 1,2%),
que se adicionaron en forma independiente, y
mezcladas previamente con el azúcar para luego ser
añadidos durante la etapa final del proceso. El
contenido de sólidos solubles obtenidos con la
adición de azucares fue de 28 0,1% y para regular
el pH hasta un valor de 3,8 0,1 se adicionó ácido
acético y como conservador se utilizó sorbato de
potasio (750ppm) (Cubero et al., 2002).
Tabla 1. Ingredientes usados para la
preparación del Ketchup.
Ingredientes
Tomate
Azúcar
Sal
Acido acético
G. xantano / G. tara
Ajos
Pimienta
Comino
Canela
Color
Orégano
Sorbato
Cantidad (%)
83,92
12,59
2,09
0,25
0,084 – 1,006
0,059
0,008
0,004
0,003
0,003
0,004
0,059
100%
3.6.9 Pasteurización
El ketchup fue pasteurizado a una temperatura de
95 °C por un 1 minuto con la finalidad de obtener la
destrucción de mohos, levaduras y bacterias.
3.6.10 Envasado
El ketchup elaborado fue inmediatamente envasado
en bolsas de polietileno de alta densidad, de 0,13
milímetros de espesor. La temperatura de envasado
fue no menor a 90 ºC. Luego las bolsas fueron
enfriadas hasta temperatura ambiente para ser
almacenadas.
3.6.11 Determinación de la concentración
óptima de la goma xantano y goma de tara
Con la finalidad de determinar la concentración
óptima de goma en la elaboración de ketchup, se
determinó la viscosidad aparente y el coeficiente de
consistencia de todas las muestras elaboradas con las
75
diferentes concentraciones de goma, para la
obtención de un ketchup con características
semejantes al ketchup de la marca comercial
“Helmans”.
3.6.12 Caracterización del ketchup
Después de identificar la consistencia adecuada del
ketchup, se procedió a su caracterización respectiva,
mediante los siguientes análisis: análisis proximal
(tanto a la materia prima, como al producto
obtenido), porcentaje de acidez, contenido de sólidos
solubles, pH, viscosidad aparente, cuantificación de
pérdida de suero, análisis microbiológico y análisis
sensorial.
3.6.13 Almacenamiento
El producto final fue almacenado a temperatura
ambiente, en un lugar fresco y seco por un máximo
de 120 días. Cada 15 días se midió la viscosidad
aparente a una temperatura de 25 ºC; pH, acidez,
contenido de sólidos solubles y cuantificación de
pérdida de suero.
Además se realizó un análisis microbiológico al
producto obtenido tanto al inicio como al final del
periodo de almacenamiento.
4. Resultados y discusión
4.1Caracterización de la materia prima
La Tabla 2
muestra los resultados de la
composición físico - química del tomate.
Tabla 2. Análisis físico - químico proximal del
tomate (en 100 g de parte comestible).
COMPONENTE
Humedad
Proteína (N *6.25)
Grasa
Carbohidratos
Fibra
Ceniza
Acidez titulable (g de ácido
cítrico/100 g)
PH
Sólidos totales
Sólidos solubles (º Brix)
CONTENIDO (%)
93,03
0,95
0,07
3,62
1,52
0,80
0,54
4,20
6,97
4,50
En la Tabla 2, se observa que el tomate tiene un
alto porcentaje de humedad, mientras, que los
contenidos de proteínas y grasa son relativamente
bajos. Al respecto, Davies y Albrigo (1994), señalan
que los frutos en especial los que poseen
características cítricas tienen un bajo contenido de
proteína y de grasa.
El valor del contenido de fibra (1,52 g/ 100 g de
parte comestible) es semejante al valor reportado por
Benavides et al. (1997), quienes encontraron 1,5 g/
100 g de parte comestible de tomate, en tanto el
porcentaje de acidez titulable (0.54%) y el porcentaje
de sólidos solubles (4,5%) se encontraron dentro del
rango reportado por Ross (1998) en diversas
variedades de tomate, los cuales fluctuaban entre 0,41
y 0,65 % de acidez titulable y entre 3,8 a 4,8% para el
porcentaje de sólidos solubles.
Estabilización del ketchup utilizando: goma xantano y goma de tara
tara y xantano, como fluídos No Newtonianos del
tipo Pseudoplástico, ya que los valores de “n” están
entre 0,16 – 0,1; encontrándose dichos valores dentro
del rango establecido para fluídos pseudoplásticos
(Steffe, 1992).
4.2 Determinación de la concentración óptima
de goma xantano y goma de tara para la
elaboración de ketchup
Se usaron diferentes concentraciones de goma
xantano y de goma de tara (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6;
0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 y 1,2%) para la elaboración de
ketchup; a todas estas muestras de ketchup se midió
su viscosidad aparente, así mismo se les caracterizó
reológicamente calculando el índice reológico “n” y
el coeficiente de consistencia “m”.
La Tabla 3 presenta los resultados obtenidos del
coeficiente de consistencia del ketchup a diferentes
concentraciones de goma xantano y de tara, en donde
se puede apreciar que la adición de hidrocoloides
hace que aumente el coeficiente de consistencia;
existiendo una relación directamente proporcional
entre la concentración de goma y dicho coeficiente,
es decir, que éste se ve favorecido conforme aumenta
la concentración de goma, además, se aprecia que a
una misma concentración de goma se obtuvo
diferentes valores de coeficiente de consistencia,
siendo mayor en la goma de tara que en la goma
xantano, indicando con ello que ambas gomas
presentan diferentes comportamientos reológicos.
Efectos similares encontraron Singh et al. (2002) al
utilizar diferentes hidrocoloides a una misma
concentración (0,5%) en la elaboración de ketchup.
La viscosidad aparente tiende a aumentar a medida
que se incrementa la concentración en ambas gomas;
pero disminuye conforme se incrementa la velocidad
de corte, característica de los fluídos pseudoplásticos
(Steffe, 1992); efectos similares encontraron Ma y
Barboza – Cánovas (1995), al utilizar goma xantano
en concentraciones del orden del 0,5, 1,0 y 1,5% en la
elaboración de mayonesa.
Según los resultados obtenidos del índice reológico
“n”, se puede caracterizar a las muestras de ketchup
elaboradas a diferentes concentraciones de goma de
Tabla 3. Coeficiente de consistencia (Pa.sn) del ketchup elaborado con goma xantano y goma de tara a
diferentes concentraciones (%).
Tipo de
Concentración de goma (%)
goma
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
Usada
Xantano
8,9
10,2
12,6
13,2
15,5
18,6
20,9
22,9
26,3
33,1
37,2
41,6
Tara
6,2
6,8
7,8
11,0
14,1
16,6
23,4
27,5
33,8
34,1
39,1
56,4
ketchup, en este caso fue el ketchup de la marca
“Helmans”.
La Tabla 4 presenta los resultados obtenidos para
la caracterización del ketchup “Helmans”.
Con el fin de determinar la concentración adecuada
de goma tara y xantano se compararon los resultados
de coeficiente de consistencia “m” y del índice
reológico “n” con los de una muestra comercial de
Spindle K
Nº
(s/u)
5
1,05
Tabla 4. Resultados de las medidas reológicas del ketchup “Helmans”.
Factor Velocidad Promedio Esfuerzo de Velocidad Viscosidad n
de
de
J
rotación
Lecturas
corte
de corte
aparente
(s/u)
(N)
(min/rev (rpm)
(s/u)
(cP)
( ) (Pa)
( ) (1/s)
-s)
0,895
0,5
24,5
25,73
0,448
57486,0
0,20
1
30,5
32,03
0,895
35782,1
2,5
38,5
40,43
2,238
18067,0
5
45,0
47,25
4,475
10558,7
10
49,3
51,71
8,950
5777,9
20
52,5
55,13
17,900
3079,61
50
64,3
67,46
44,750
1507,54
100
78,0
81,90
89,500
915,08
Después de evaluar los coeficientes de consistencia
del ketchup elaborado con goma xantano y goma de
tara en las concentraciones ensayadas (Tabla 3) y
comparándolos con el coeficiente de consistencia
An cient. 69(4) 2008, pp. 72-81
m
(Pa. s n)
32,51
obtenido del ketchup “Helmans” que fue de 32,51
Pa.sn (Tabla 4), se decidió escoger la concentración
de 1,0% de goma xantano (33,11 Pa. sn) y de 0,9% de
goma de tara (33,88 Pa. sn) para realizar los estudios
76
Juan M. Araujo Vargas, Liliana Espino Tenorio
de almacenamiento ya que al utilizar estas
concentraciones se obtuvo un ketchup con
coeficientes de consistencia similares al ketchup
comercial “Helmans”.
El ketchup elaborado con las concentraciones
determinadas (0,9% para la goma de tara y 1,0% para
la goma xantano) se almacenó por un periodo de 120
días para evaluar su estabilidad durante el tiempo y
fue comparado con un ketchup control, al cual no se
le adicionó ningún tipo de goma.
ketchup control se incrementó de 14% al inicio de
almacenaje a 50,5% al final del almacenamiento (120
días).
Tabla 5. Análisis físico-químico proximal del
ketchup (en 100 g de parte comestible)
COMPONENTE
CONTENIDO (%)
K. xantano
K. tara
Humedad
73,00
73,20
Ceniza
4,53
4,52
Grasa
0,08
0,08
Proteína (N*6.25) 3,05
3,04
Fibra
0,35
0,36
Carbohidratos
19,00
18,80
Sólidos totales
27,00
26,80
Sólidos solubles 28,00
28,00
(º Brix)
Acidez titulable
0,48
0,47
(g de ácido
cítrico/100g)
pH
3,80
3,80
4.3 Evaluación de la estabilidad del ketchup
durante el almacenamiento
4.3.1 Análisis físico-químico proximal del
ketchup
Tanto en el ketchup elaborado con goma xantano
como en el ketchup elaborado con goma de tara, se
evidencia un mayor contenido de carbohidratos,
sólidos totales y fibra, con respecto al ketchup sin
goma (control), esto debido a la adición de las gomas
(Tabla 5).
Los valores de pH, acidez y contenido de sólidos
solubles (ºBrix) permanecieron constantes durante los
120 días de almacenamiento tanto en la muestra
control, como en las muestras que contenían gomas.
K. control
74,00
4,50
0,08
3,04
0,30
18,00
26,00
28,00
0,48
3,80
El ketchup elaborado con goma de tara
(concentración 0,9%) también muestra un incremento
en la pérdida de suero, pero en menor proporción que
el ketchup sin goma, obteniendo al final un 40% de
pérdida; en cambio, el ketchup elaborado con goma
xantano (concentración 1,0%) durante el mismo
periodo de almacenamiento no presentó pérdida
alguna de suero.
4.3.2 Cuantificación de la pérdida de suero
durante el almacenamiento
En la Tabla 6, se puede apreciar que a medida que
transcurre el tiempo de almacenamiento a
temperatura ambiente, la pérdida de suero en el
Tabla 6. Cuantificación de la pérdida de suero (%).
ketchup
0 días
15 días
30 días
45 días
60 días
75 días
90 días
105 días
120 días
Control
14
19
24
28
32
36
40
45
50.5
Tara
0
0
14
22,41
27,81
30,2
34
38
40
Xantano
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Como se puede apreciar en la Tabla 6, ya al inicio
del almacenaje el ketchup control presentó una
pérdida de suero de 14%, a diferencia del ketchup
elaborado con goma de tara y con xantano, los que no
presentaron pérdida alguna de suero. Esto indica que
las gomas permiten eliminar este fenómeno, por lo
menos durante los primeros 15 días de almacenaje en
el caso del ketchup elaborado con goma de tara ,
aunque en el caso de la goma xantano, este fenómeno
no se evidencia por lo menos hasta los 120 días.
En el caso de la pérdida de suero en el ketchup
elaborado con goma de tara, se puede atribuir a la
hidrólisis de la goma, lo que reduce la capacidad para
atrapar agua (Cubero et al., 2002); en cambio en el
ketchup elaborado con goma xantano no se apreció
suero durante el almacenamiento, esto indica que en
la goma xantano no ocurrió hidrólisis, además, cabe
indicar que bajo ciertas condiciones la estabilidad
térmica de la goma xantano contra la hidrólisis es
superior a muchos otros polisacáridos solubles en
agua, se cree que su estructura helicoidal en su forma
ordenada protege a la molécula de la
depolimerización (Katzbauer, 1997).
77
Ajustando los valores de pérdida de suero
obtenidos experimentalmente a una curva de
crecimiento logístico (Seber et al., 2003), se obtuvo
que la pérdida de suero (%) para el ketchup elaborado
con goma de tara alcanza su valor máximo asintótico
a 37,3 %; mientras que para el ketchup control es de
70,2%.
El 50% de pérdida máxima de suero ocurre a los
42,6 días para el ketchup elaborado con goma de tara,
mientras, que para el ketchup control ocurre a los
71,3 días y extrapolando los valores obtenidos se
pudo determinar que el ketchup control tiende a
incrementar el porcentaje de pérdida logrando
obtener un 69,84% de pérdida de suero a los 360
días, mientras, que el ketchup elaborado con goma de
tara presenta cierta estabilidad después de los 120
días llegando a obtener un 37,24% de pérdida de
suero a los 360 días.
4.3.3 Caracterización reológica del ketchup
en almacenamiento
Inicialmente el coeficiente de consistencia del
ketchup control fue de 5,77 Pa.sn , la adición de
gomas permitió que este coeficiente se incrementara
Estabilización del ketchup utilizando: goma xantano y goma de tara
a 33,11 Pa.sn (xantano 1.0%) y 33,88 Pa.sn (tara
0,9%); pero a medida que avanzó el tiempo de
almacenamiento, el coeficiente de consistencia del
ketchup control disminuyó, mientras, que el ketchup
elaborado con goma de tara disminuyó en mayor
proporción; en cambio los valores de coeficiente de
consistencia del ketchup elaborado con goma xantano
no variaron significativamente (Figura 3).
La mayor estabilidad lograda con la goma xantano
se debería a las ramificaciones de la molécula de la
goma xantano y sus características aniónicas debido a
los radicales ácido lo cual favorecen la separación de
las cadenas y su hidratación (Cubero et al., 2002),
consiguiendo la solubilización total de la
macromolécula, lo cual indica que tiene una
excelente capacidad de atrapar agua y por ende evita
la ocurrencia de sinéresis, manteniendo un
coeficiente de consistencia constante.
40
Coef. de consistencia
35
30
25
xantano
20
tara
15
Control
10
5
0
0
15
30
45
60
75
90 105 120
Tiempo de almacenamiento (dias)
Figura 3. Coeficiente de consistencia del ketchup
en función del tiempo de almacenamiento.
4.3.4 Análisis Sensorial del ketchup durante
el almacenamiento
Los resultados del análisis sensorial que se indican
en la Tabla 7, muestran los valores promedio del
nivel de agrado (escala 1 al 5) de las muestras de
ketchup codificadas: ketchup control (136), ketchup
elaborado con goma de tara (369) y ketchup
elaborado con goma xantano (456), reportados
mensualmente por un panel de 20 personas semi
entrenadas, quienes evaluaron los atributos de
aspecto general, color, sabor, textura y aroma durante
cuatro meses.
Tal como se aprecia en la Tabla 7, el ketchup
control, presentó una buena aceptabilidad al primer
día de evaluación, pero conforme transcurrió el
tiempo de almacenamiento el nivel de agrado
disminuyó, sobre todo en lo que se refiere al atributo
de textura el cual presentó un valor promedio de 1,90
en una escala del 1 al 5 a los 120 días, indicando que
no era del agrado de los panelistas ya que a este valor
según la escala significa que
“disgustó
moderadamente”, caso similar se observó para el
ketchup elaborado con goma de tara, el cual presentó
un valor de 1,70 a los 120 días de almacenamiento.
An cient. 69(4) 2008, pp. 72-81
Tabla 7. Promedio de los atributos sensoriales por
tipo de tratamiento en una escala del 1 al 5.
Días
0
30
60
90
120
ketchup
136
(Control)
0
30
60
90
120
0
30
60
90
120
456
(Xantano)
369
(Tara)
As.
general
Color
Sabor
Textura Aro
ma
4.25
3.85
3.70
3.35
2.45
4.15
3.55
3.55
3.40
3.10
4.60
3.90
3.75
2.45
2.60
3.15
3.05
2.40
2.05
1.90
4.20
3.80
3.60
3.00
3.20
4.50
4.45
4.15
3.95
4.35
4.45
4.80
4.70
4.45
4.05
4.65
4.50
4.25
4.30
4.40
4.20
4.50
4.50
4.60
4.80
4.30
4.50
4.00
4.30
4.15
3.90
3.75
3.85
3.40
3.00
4.15
3.85
3.95
4.05
4.00
3.80
3.80
3.65
3.30
3.20
3.85
2.90
3.05
2.10
1.70
4.50
3.65
3.65
3.10
3.15
Con respecto al ketchup elaborado con goma
xantano se puede apreciar que los valores promedio
de los atributos se encuentran en el rango de 3,95 al
4,80, indicando una buena aceptabilidad a través del
tiempo.
Los resultados del análisis sensorial fueron
analizados para cada fecha de evaluación y atributo
mediante la prueba de Suma de Rangos de Friedman,
de donde se obtuvo que la línea base (día 0) no
existen diferencias significativas (significancia >
0,05) entre los tratamientos para los atributos de:
aspecto general, aroma y color, por lo tanto no se
rechaza la hipótesis nula, quiere decir que no existe
correlación entre los atributos y los tratamientos en
estudio, pero cabe resaltar que a partir de los 30 días
se observaron diferencias entre los tratamientos, es
decir hubo cierta correlación entre los distintos
atributos sensoriales, a excepción del atributo color
que no presentó diferencia significativa a los 30 días
(0,1778).
Se evidenció una alta correlación positiva en el
ketchup control (0,948) entre los atributos de aspecto
general y color, textura y color, indicando una gran
asociación entre ellos, es decir que a medida que
disminuya o aumente el puntaje para los atributos de
aspecto general y/o textura, también disminuirá o
aumentará el puntaje para el atributo color o
viceversa en el ketchup control, así mismo se
observó una correlación importante y además positiva
(0,800) entre los atributos de aspecto general y
aroma, aspecto general y sabor, textura y aroma,
sabor y textura; eso quiere decir que existe una
buena asociación entre dichos atributos en el ketchup
control (Tabla 8).
78
Juan M. Araujo Vargas, Liliana Espino Tenorio
Tabla 8. Matriz de correlación del ketchup control entre los 5 atributos sensoriales.
Muestra 136 (Control)
Aroma
As. general
Color
Sabor
Textura
Correlación
Aroma
1,000
0,800
0,737
1,000
0,800
de Kendall
As. General
0,800
1,000
0,948
0,800
1,000
Color
0,737
0,948
1,000
0,737
0,948
Sabor
1,000
0,800
0,737
1,000
0,800
Textura
0,800
1,000
0,948
0,800
1,000
La Tabla 9 muestra la matriz de correlación del
ketchup elaborado con goma de tara entre los cinco
atributos sensoriales, en donde se puede observar una
correlación positiva (0,738) entre los atributos de
aspecto general y aroma, aspecto general y sabor,
textura y aroma, sabor y textura. Además, se observa
que entre los atributos de color y aroma, sabor y
color, presentan una correlación negativa (-0,105),
este resultado implica que el ketchup elaborado con
goma de tara calificada con un sabor y/o aroma
agradable, le corresponde un color inadecuado o
viceversa.
Tabla 9. Matriz de correlación del ketchup elaborado con goma de tara entre los 5 atributos sensoriales.
Ketchup-tara (Muestra 369)
Aroma
As. general
Color
Sabor
Textura
Correlación de Aroma
1,000
0,738
-0,105
0,667
0,738
Kendall
As. General
0,738
1,000
0,200
0,738
1,000
Color
-0,105
0,200
1,000
-0,105
0,200
Sabor
0,667
0,738
-0,105
1,000
0,738
Textura
0,738
1,000
0,200
0,738
1,000
La Tabla 10 muestra la matriz de correlación del
ketchup elaborado con goma xantano entre los cinco
atributos sensoriales. Se puede observar
una
correlación medianamente positiva (0,444) entre los
atributos sensoriales de textura y aspecto general, en
este caso una buena textura se ve reflejada con una
buena aceptación general, también se puede apreciar
que existe una correlación medianamente débil (0,444) entre los atributos sensoriales de textura y
sabor, eso implica que están asociados negativamente
es decir, mientras, la textura tiende a subir, el sabor
tiende a bajar, esto significa que la goma xantano
puede impartir buena textura al producto, pero se ve
afectado el sabor; caso similar fue reportado por
Singh et al. (2002) quienes mencionaron que la goma
xantano a una concentración de 0,5%, fue una de las
mejores gomas ya que dio buena estabilidad al
ketchup, pero lamentablemente no tuvo una buena
aceptabilidad sensorial en lo que se refiere a sabor.
79
5
60
4.5
50
4
40
3.5
30
3
20
2.5
10
2
% de périda de
suero
El valor de tau para el ketchup control y ketchup
elaborado con goma de tara fue de: -1 y
-0,8
respectivamente, lo cual indica que en ese conjunto
de pares de valores (porcentaje de pérdida de suero,
aspecto general) para las cinco observaciones, el
comportamiento del atributo sensorial de aspecto
general estuvo débilmente asociado al porcentaje de
pérdida de suero de manera negativa o inversa, es
decir, mientras que el porcentaje de pérdida de suero
aumenta durante el tiempo de almacenamiento, el
aspecto general disminuye o viceversa (Figura 4).
En el ketchup control y en el ketchup elaborado
con goma de tara existe una alta correlación (fuerte
asociación), esto indica que a medida que el
aspecto general
Tabla 10. Matriz de correlación del ketchup elaborado con goma xantano entre los 5 atributos sensoriales.
Ketchup – xantano (Muestra 456)
Aroma
As. general
Color
Sabor
Textura
Correlación de Aroma
1,000
-0,105
0,000
-0316
-0,316
Kendall
As. General
-0,105
1,000
0,316
-0,222
0,444
Color
0,000
0,316
1,000
0,316
-0,316
Sabor
-0,316
-0,222
0,316
1,000
-0,444
Textura
-0,316
0,444
-0,316
-0,444
1,000
0
0
30
control
control
60
días
90
120
tara
tara
Figura 4. Correlación entre el % de pérdida de
suero y el atributo de aspecto general.
Estabilización del ketchup utilizando: goma xantano y goma de tara
coeficiente de consistencia disminuye, el puntaje
promedio de aspecto general también disminuye;
mientras que en el ketchup elaborado con goma
xantano el coeficiente tau es -0,1, lo cual indica que
en ese conjunto de pares de valores (coeficiente de
consistencia, aspecto general), para las cinco
evaluaciones, el comportamiento de aspecto general
está débilmente asociado al coeficiente de
consistencia de manera negativa o inversa, es decir
no es posible rechazar la hipótesis de que no hay
asociación entre ambas variables.
4.3.5 Análisis microbiológico del ketchup
Los análisis muestran que tanto al inicio como al
final del periodo de almacenamiento la flora
microbiana se encuentró dentro del rango permitido
por la Norma Técnica Peruana (203.028 – 1974) para
ketchup, catsup o catchup, indicando con ello que no
hubo
desarrollo,
ni
multiplicación
de
microorganismos durante los 4 meses de estudio, esto
podría ser debido a que el bajo pH del producto
favorece la ausencia de microorganismos (Tabla 11).
Zemel et al. (1990), afirman que existe una
correlación entre el pH y la estabilidad de un
producto, ya que este parámetro ejerce una influencia
significativa sobre el crecimiento microbiano
limitando el posible desarrollo de numerosos
gérmenes patógenos, si a ello se suma el efecto del
tratamiento térmico a que se someten y el tipo de
envasado, se pueden considerar los productos a base
de tomate como seguros desde el punto de vista de la
alteración microbiana por gérmenes patógenos
(Cardona et al., 1992).
Tabla 11. Análisis microbiológico del ketchup.
0 días
Microorganismos
Control Xantano Tara Control
Hongos y Levaduras (ufc/ml) <10
<10
<10 <10
Mesófilos viables (ufc/ml)
<10
<10
<10 <10
Coliformes totales (ufc/ml)
<10
<10
<10 <10
5. Conclusiones
El incremento de la viscosidad aparente es
directamente proporcional a la concentración de
goma utilizada en la elaboración de ketchup.
El ketchup control y el ketchup elaborado con
goma de tara (0,9%) no presentaron buena estabilidad
durante el periodo de almacenamiento; obteniéndose
una disminución gradual del coeficiente de
consistencia debido a la pérdida de suero.
La estabilización del ketchup se logró a una
concentración de 1% de goma xantano, ya que
permanecieron constantes los valores de viscosidad
aparente, coeficiente de consistencia y no se
evidenció
pérdida
de
suero
durante
el
almacenamiento.
Hubo una buena correlación entre los resultados de
la evaluación sensorial con los resultados del análisis
instrumental.
La evaluación sensorial reveló que el ketchup
elaborado con goma xantano tuvo una buena
aceptabilidad en los atributos de aspecto general,
color, aroma, sabor y textura.
El ketchup elaborado con goma de tara no tuvo
gran aceptación sobre todo en lo concerniente a
textura.
6. Referencias bibliográficas
A.O.A.C. 1995. Official Methods of Analysis.
Edition Association of Official Analytical
Chemistry, Washington D. C. - USA.
AZUAJE, R. y SÁNCHEZ, J. 1999. Producción de
xantano por Xantomonas campestris en un medio
de cultivo no convencional. Acta científica
Venezolana. 50: 201 – 209. Venezuela.
BENAVIDES, A.; KOC, G.; PRADEL,
A. y
ANAMURA, C. 1997. Elaboración de un plan
HACCP y propuesta
de mejora para el
An cient. 69(4) 2008, pp. 72-81
120 días
Xantano
<10
<10
<10
Tara
<10
<10
<10
aseguramiento de la calidad de la línea de
producción de pasta de tomate de la Empresa
Tomatitis S.A. Trabajo de Investigación para
optar el título de Ingeniero en Industrias
Alimentarias. Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima – Perú.
BROWN, J. A.; FOEGEDING, E. A. y DAUBERT,
C. R. 2003. Relationships among rheological and
sensorial properties of young cheeses. Journal
Dairy Science. 86: 3054 – 3067. USA.
CARDONA, A.; CASTELO, M.; SANJUAN, E.;
MILLÁN, R. y GÓMEZ, R. 1992. Zumos de fruta:
Principios generales de elaboración y estabilidad.
Alimentaría. Abril. 53 -56. España.
CARR, J.; SUFFERLING, K. y POPPE J. 1995.
Hydrocolloids and their use in the confectionery
industry. Food Technology. 6: 41- 44. USA.
CLAUSTRIAUX, J. J. 2001. Considérations sur l’
analyse statistique de donées sensorielles.
Bitechnology Agronomy Society Environmental.
5(3): 155 - 158. Francia.
CUBERO, N; MONFERRER, A y VILLALTA, Y.
2002. Aditivos Alimentarios. Editorial Mundi
Prensa. España.
DAVIES, F. Y ALBRIGO, G. 1994. Cítricos.
Editorial Acribia. Zaragoza. España.
DE SIO, F.; DIPOLLINA, G.; VILLARI, G.;
LOIUDICE, R.; LARATTA, B. y CASTALDO, D.
1995. Thermal resistance of pectin methylesterase
in tomato juice. Food Chemistry. 52: 135 - 138.
Gran Bretaña.
ICMSF.
1986.
International
Commission
Microbiological Specifications Foods. Ed. Acribia.
Zaragoza. España.
ITINTEC. 1974. Norma Técnica Peruana 203. 028.
Perú.
80
Juan M. Araujo Vargas, Liliana Espino Tenorio
KATZBAUER, B. 1998. Properties and applications
of xanthan gum. Polymer Degradation and
Stability. 59: 81 – 84. Northern Ireland.
LAENCINA, J.; RIQUELME, F.; RUIZ, J. A. y
GUZMAN, G. 1973. Tratamientos post recolección en la comercialización del tomate
fresco. A. T. A. 13(4): 609 – 616. España.
MA, L. y BARBOSA – CÁNOVAS, G. V. 1995.
Rheological Characterization of Mayonnaise. Part
II: Flow and Viscoelastic Properties at Different
Oil and Xanthan Gum Concentrations. Journal of
Food Engineering. 25: 409 – 425. Gran Bretaña.
MADRID, A. 1987. Manual de utilización de los
aditivos en alimentos y bebidas. Ediciones –
Almeinsa. Madrid – España.
MITSCHKA, P. 1982. Simple convertion of
Brookfield R.V.T. readings into viscosity
functions. Rheologica Acta, 21 (2): 207 –209.
81
Institute of Chemical process fundamentals.
Czechoslovak.
ROSS, J. 1998. Hidroponic: Tomato Production:
Casper Publication. Australia.
SEBER, G. y WILD, C. J. 2003. Nonlinear
Regression. Wiley – IEEE. 792 pp. New Jersey.
SINGH, H.; SHARMA, A y SINGH, N. 2002. Effect
of hydrocolloids, storage temperature, and duration
on the consistency of tomato ketchup. International
Journal of Food Properties. 5(1): 179 - 191. Gran
Bretaña.
STEFFE, F. 1992. Rheologycal Methods in Food
Process. Engineering Freeman Press – East
Lansing USA.
ZEMEL, G. P.; SIMS, S. A.; MARSHALL, M. R. y
BALABAN, M. 1990. Low pH inactivation of
polyphenoloxidase in apple juice. Journal of Food
Science.
55:
562
–
563.
USA.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 25/04/2007
Aceptado: 27/06/2008
Determinación del tiempo de vida en anaquel del aceite de oliva virgen extra
mediante pruebas aceleradas
Luis Briceño B. 1, Walter Salas V.2, Santiago Torres O.3
Resumen
Se determinó el tiempo de vida en anaquel al aceite de oliva virgen extra mediante pruebas aceleradas. El aceite se
almacenó a temperaturas de 50 ºC, 60 ºC y 70 °C, y a intervalos de tiempo establecidos se midió el índice de
peróxido y la acidez libre, y se evaluó las características sensoriales de sabor y olor. Los datos experimentales
fueron relacionados con el modelo matemático de Labuza de primer orden de reacción de deterioro, determinándose
así los valores de las constantes de velocidad de reacción (k) para los índices físico - químicos. Para establecer la
influencia de la temperatura en la velocidad de reacción, se probaron los modelos de Arrhenius, Lineal, Exponencial
e Hiperbólico, propuestos por Kwolek y Bookwalter (1971) y Saguy y Karel (1980), seleccionándose los que mejor
describían la influencia de la temperatura. Los modelos seleccionados fueron el Modelo Exponencial para el índice
de peróxido y el Modelo de Arrhenius para la acidez libre. En base a los modelos indicados, se determinó a 20 ºC
un tiempo de vida de 12,45 meses (373 días) en función del índice de peróxido, y de 13,14 meses (394 días) en
función de la acidez libre.
Palabras clave: Aceite de oliva, vida en anaquel, pruebas aceleradas, índice de peróxido, ácidos grasos libres
Abstract
The objective of this work was to determine the shelf life of the extra virgen oliva oil by means of accelerated
testings. Oliva oil was stored at temperatures 50 ºC, 60 ºC y 70 ºC, and it was measured peroxide value and free
acidity at defined periods of time. It were also evaluated the sensorial characteristics of taste and oddor. To define
the kinetic reaction constants (k) for the physical-chemycal indexes, experimental data were related with the first
reaction of food damage Labuza´s model. On the other hand, in order to establish the temperature influence on the
reaction rate (velocity), Arrhenius, Lineal, Exponential and Hyperbolic mathematical models, recommended by
Kwolek y Bookwalter (1971) y Saguy y Karel (1980), were tested. It was chosen the mathematical model that gave
the best description of the temperature influence: the Exponential model for the peroxide value and the Arrhenius
model for the free acidity. On the base of the indicated mathematical models, it was defined an olive oil shelf life of
12,45 (373 days) months according to the peroxide value, and 13,14 (394 days) months according to the free acidity.
Key words: Oliva oil, shelf life, accelerated testings, peroxide value, free acidity.
1. Introducción
La mayoría de productos alimenticios poseen una
vida en anaquel finita y variable, éste también es el
caso del aceite de oliva virgen. La vida en anaquel
del aceite de oliva virgen se encuentra influenciada
por el nivel de calidad inicial del producto y éste
varía principalmente por las características iniciales
de la materia prima, por los métodos y condiciones de
elaboración
y
por
las
condiciones
de
almacenamiento. Por estos motivos, diferentes lotes
de aceite de oliva, producidos por un mismo molino
de aceite, pueden tener diferentes tiempos de vida en
anaquel.
El método de determinación de la vida en anaquel
a utilizar contempla la influencia de las condiciones
iniciales del producto, así como también las
condiciones de almacenamiento para la predicción de
la vida en anaquel.
El conocimiento de la vida en anaquel de un
producto presenta su mayor utilidad en la necesidad
de colocar en el producto la fecha de expiración en el
envase, obligada por organismos de normalización y
control.
___________________________________________
1
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
2
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
3
Bachiller en Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú.
Los objetivos del presente trabajo de investigación
fueron:
- Determinar el tiempo máximo de almacenamiento
de vida en anaquel del aceite de oliva virgen extra
mediante
pruebas
aceleradas
a
diferentes
temperaturas de almacenamiento.
- Determinar la constante de velocidad de reacción
y los coeficientes del modelo matemático propuesto
por Labuza aplicado a la cinética de deterioro de
alimentos de primer orden de reacción.
2. Revisión de literatura
2.1 El olivo y el aceite de oliva
El olivo ha sido ampliamente cultivado en toda la
parte sur de Europa. Cerca del 98 % de los olivos que
existen en el mundo en la actualidad, están en la zona
mediterránea (Kiritsakis, 1992). En esta zona se
concentra el 95 % de su producción a nivel mundial,
según estadísticas del Consejo Oleícola Internacional
(COI) (FAO, 1998).
El aceite de oliva virgen, por la naturaleza del fruto
del que procede y de las operaciones necesarias para
su extracción, es único entre los aceites, al presentar
unas características organolépticas peculiares, que lo
llevan a ser considerado el rey entre ellos. A
cualquier otro aceite lo más que se le puede pedir es
Luis Briceño B., Walter Salas V., Santiago Torres O.
que sea inodoro e insípido. Al aceite de oliva virgen,
no; debe exigírsele que presente sus especiales
propiedades organolépticas (Gutiérrez - Rosales,
1994).
Durante el almacenamiento, la bodega debe
mantenerse a una temperatura casi constante,
alrededor de los 15 a 18 °C, evitando cambios
térmicos que puedan provocar una congelación
cuando la temperatura sea demasiado baja o
favorecer la oxidación cuando sea muy alta (Alva,
1997).
El aceite de oliva virgen extra, según el Comité
Oleícola Internacional (COI), citado por Kiritsakis
(1992), es el aceite obtenido del fruto del olivo (Olea
europea sativa Hoffm. y Link), únicamente por
procedimientos mecánicos o por otros medios físicos
en condiciones, especialmente térmicas, que no
produzcan la alteración del aceite, que no haya tenido
más tratamiento que el lavado, la decantación, la
centrifugación y el filtrado, y cuya puntuación
organoléptica es igual o superior a 6.5 y, con una
acidez expresada en ácido oleico como máximo de 1
gramo por 100 gramos.
2.2 Pruebas aceleradas de vida en anaquel
El Instituto de Tecnología de Alimentos de los
Estados Unidos (IFT) define el tiempo de vida en
anaquel de alimentos como el período comprendido
entre la elaboración y la venta al por menor de un
producto alimenticio durante el cual el producto es de
calidad satisfactoria (IFT, 1974).
Las pruebas aceleradas de vida en anaquel
consisten en experimentos de almacenamiento a
temperaturas relativamente altas, con el fin de
predecir, con un cierto margen de certidumbre, la
vida en anaquel del alimento en un período de tiempo
mucho más corto que con métodos tradicionales
(Labuza y Schmidl, 1985).
Según Labuza y Schmidl (1985), en las pruebas
aceleradas de vida en anaquel, los análisis pensados
deberían estar basados en los modos específicos de
deterioro. Esto incluye: Sensorial, análisis químicos
específicos, tales como un nutriente, índice de
peróxido o ácidos grasos libres, contenido de
humedad o análisis microbiológicos.
El objetivo inicial de los estudios de cinética
experimental es el desarrollo de un modelo
matemático para describir la velocidad de reacción
como una función de variables experimentales.
Varias expresiones de velocidad pueden ser
combinadas con la definición básica de velocidad de
reacción para producir ecuaciones, las cuales pueden
ser usadas para predecir la composición de un sistema
como una función del tiempo (Hill y Grieger-Block,
1980).
Los modelos matemáticos han sido utilizados tanto
en la ciencia de alimentos como en la farmacéutica
para describir cuánto más rápidamente se llevará a
cabo una reacción si el producto es mantenido a una
temperatura elevada. Si el factor temperatura –
aceleración es conocido, entonces la extrapolación a
temperaturas más bajas, tales como las encontradas
83
en la distribución y/o almacenamiento, podría ser
usada para predecir la vida en anaquel de alimentos,
este factor de aceleración es a veces llamado el factor
Q10 y es definido por Labuza y Riboh (1982) como:
Q
10
Velocidad de reacción a T(ºC) 10
Velocidad de reacción a T (º C)
Para elegir el modelo matemático que se utilizará
en la determinación de la vida en anaquel, Saguy y
Karel (1980) recomiendan lo siguiente: escoger aquel
modelo que presenta la más baja desviación posible
entre el modelo predicho y los datos experimentales,
medidos por el cuadrado medio del error.
3. Materiales y métodos
3.1 Lugar de ejecución
El presente trabajo de investigación se llevó a cabo
en los laboratorios de Análisis Físico-Químicos de
Alimentos y de Análisis por Instrumentación de la
Facultad de Industrias Alimentarias de la UNALM;
Laboratorio de Evaluación Sensorial del Instituto “La
Molina Calidad Total Laboratorios”, de la UNALM y
en la Planta de Extracción y Laboratorio de Control
de Calidad de la empresa productora de aceite de
oliva “Huerto Alamein E.I.R.L.”
3.2 Aceite de oliva
Se utilizó aceite de oliva virgen extra, elaborado a
partir de aceitunas variedad “Coratina”, cuya
extracción provino de la primera prensada en frío.
Las aceitunas utilizadas en la elaboración del aceite
fueron procedentes de plantaciones de oliva ubicadas
al borde de la Reserva Nacional de Paracas, 250 km
al sur de Lima.
3.3 Métodos
3.3.1 Análisis fisicoquímicos
Acidez libre. Método de la A.O.A.C. (1990).
Contenido de cenizas. Método de la A.O.C.S.
(1946), citado por Mehlenbacher (1979).
Contenido de humedad y materias volátiles.
Método de la estufa de aire, según IUPAC (1964),
citado por Madrid et al. (1997).
Índice de iodo. Método de Wijs, descrito por
Mehlenbacher (1979).
Índice de peróxido. Método de la A.O.A.C. (1990).
Índice de refracción. Método de la A.O.C.S.
(1946), citado por Hart y Fisher (1971).
3.3.2 Análisis sensorial
Las muestras de aceite de oliva virgen extra en
estudio fueron evaluadas sensorialmente cada 24
horas mediante los sentidos del gusto y olfato, en
función a la característica de rancidez que presentaba
o no cada muestra. Se emplearon 20 jueces por sesión
de evaluación, pertenecientes al Laboratorio de
Evaluación Sensorial del Instituto “La Molina
Calidad Total Laboratorios”. De esta manera, se
buscó determinar si existían diferencias entre los
resultados de la evaluación sensorial atribuibles a las
temperaturas o a los tiempos de almacenamiento de
las muestras.
Determinación del tiempo de vida en anaquel del aceite de oliva virgen extra mediante pruebas aceleradas
Se utilizó la “prueba de puntuación” (ISO, 1985;
UNE, 1992), mediante una escala estructurada de
cinco puntos para cada atributo (sabor y olor). Según,
la norma ISO 6658 (1985) en la prueba de puntuación
de una escala estructurada el organizador asigna
puntajes en función de reglas fijadas de antemano. Se
asignó los siguientes puntajes para cada tipo de
respuesta:
- Escala: Puntaje asignado
- Rancidez imperceptible: 1
- Rancidez incipiente: 2
- Ligeramente rancio: 3
- Rancio: 4
- Muy rancio: 5
Dado que los datos sensoriales no tienen una
distribución de probabilidades conocida, no
pudiéndose usar las pruebas paramétricas y porque
los panelistas probaron aleatoriamente los
tratamientos sin ningún orden, para establecer si
existen diferencias significativas entre las
temperaturas de almacenamiento o entre los tiempos
de almacenamiento se usó la técnica de KruskalWallis, reportada por Conover (1999). El
procesamiento de los datos se hizo mediante el
programa estadístico R Development Core Team
(2007).
3.3.3 Pruebas aceleradas de vida en anaquel
Con el fin de determinar los coeficientes de primer
orden de reacción del modelo matemático propuesto
por Labuza (1982),
dA
KA
n
, para evaluar la
d
pérdida de calidad de la mayoría de alimentos,
muestras de 40 ml de aceite de oliva virgen extra, en
envases de vidrio ámbar, cerrados herméticamente, se
colocaron en estufas a 50 ºC, 60 ºC y 70 °C,
ocupando el aceite el 90% del volumen total del
envase, y se les determinó el índice de peróxido y la
acidez libre por triplicado a diferentes intervalos de
tiempo; los intervalos de tiempo, definidos en
pruebas preliminares, fueron de aproximadamente 4
horas para el índice de peróxido y de 1 a 3 días para
la acidez libre. Se realizó también una evaluación
sensorial (olor y sabor) cada 24 horas para detectar la
presencia de rancidez.
- Determinación de las constantes de velocidad de
reacción (k)
Los resultados promedio de los índices físicoquímicos (A) para cada tiempo ( ) y temperatura de
almacenamiento fueron reemplazados en la siguiente
ecuación para reacción de orden n = 1, orden de
reacción que, según Labuza (1982), se da en el
deterioro por rancidez de aceite de ensalada:
Log A Log A 0
k
2.302585
(1)
donde:
A0: Factor de calidad inicial
A : Valor de característica al tiempo
: Tiempo
k : Constante de velocidad de reacción de orden uno
An cient. 69(4) 2008, pp. 82-89
Mediante regresión lineal se determinó un valor de
k (constante de velocidad de reacción) para cada
temperatura de almacenamiento.
- Modelos matemáticos ensayados que relacionan
la temperatura con la velocidad de reacción
Con el fin de establecer qué modelos matemáticos
describen mejor la influencia de la temperatura sobre
la constante de velocidad de reacción (k), se probaron
los siguientes modelos matemáticos propuestos por
Kwolek y Bookwalter (1971) y Saguy y Karel
(1980):
a) Modelo de Arrhenius
k k0 . e
EA
RT
(2)
donde:
K : Constante de velocidad de reacción.
K0 : Constante pre –exponencial
EA : Energía de activación en calorías / mol
R : Constante de los gases ideales en cal / (mol
°K), igual a 1.986
T : Temperatura en grados Kelvin
Esta ecuación (ecuación de Arrhenius) enuncia que
un ploteo del logaritmo neperiano de k (Ln k) versus
la recíproca de la temperatura absoluta genera una
línea recta, la pendiente de la cual es la Energía de
Activación dividida por la constante de los gases
ideales “R”. De este modo, midiendo k (constante de
velocidad) a dos o tres temperaturas elevadas, se
puede entonces extrapolar con una línea recta a una
menor temperatura y predecir la constante de
velocidad de reacción a la temperatura menor
deseada (Labuza y Riboh, 1982).
b) Modelo lineal:
c) Modelo exponencial:
k
k
d) Modelo hiperbólico: k
a
bT
(3)
b
(4)
aT
a
b-T
(5)
donde:
k
: Pendiente que relaciona A (Valor de
característica en el tiempo ) y (tiempo)
a, b : Constantes.
T
: Temperatura en grados Kelvin.
Los modelos fueron linealizados y se reemplazó en
ellos los valores de temperatura de almacenamiento
usadas (en unidades absolutas) y las constantes de
velocidad de reacción determinadas, para así
establecer y utilizar el modelo que más se ajustó a
una línea recta. Se seleccionó el modelo matemático
que presentó el coeficiente de correlación (r2) más
cercano a uno y el menor valor del cuadrado medio
del error entre los valores experimentales y los
valores predichos a partir del modelo en análisis.
- Determinación del tiempo de vida en anaquel
Elegido el modelo matemático que describía mejor
la influencia de la temperatura en la constante de
velocidad de reacción, se determinó por
extrapolación el valor de la constante de velocidad
para la temperatura de almacenamiento a condiciones
ambientales (20 ºC en promedio) (Fennema, 1992).
84
Luis Briceño B., Walter Salas V., Santiago Torres O.
determinación del tiempo de vida en anaquel ( s ) a
20 ºC:
Log A Log A 0
k s
2.302585
Conociendo los valores de calidad para el índice
evaluado (A0) y los valores máximos de calidad
señalados por normas nacionales e internacionales
(A) se obtuvo el tiempo de vida en anaquel a
temperatura ambiente de 20 °C.
4. Resultados y discusión
4.1 Caracterización del aceite de oliva
Los resultados de los análisis físico-químicos
realizados en la caracterización del aceite de oliva se
muestran en el Tabla 1.
Tabla 1. Características físico-químicas del aceite
de oliva virgen extra.
Característica
Acidez libre
Valor
0,51 % (ácido oleico)
Contenido de cenizas
0,11 % (m/m)
Humedad y materias
volátiles
Índice de yodo (Wijs)
0,18 % (m/m)
Índice de peróxido
10,10 meq O2 / kg de aceite
Índice de refracción
1,4688
78,00
Los valores encontrados en la caracterización del
aceite de oliva (Tabla 1) están dentro de las normas
nacionales (ITINTEC, 1991) e internacionales
(Codex Alimentarius, 1992) para el aceite de oliva
virgen extra.
4.2 Determinación de las constantes de
velocidad de reacción (k)
4.2.1 Constante de la velocidad de reacción
para el Indice de Peróxido
La ecuación aplicable para este caso, de acuerdo al
modelo de Labuza (1982), es la siguiente (orden de
reacción n = 1):
dP
d
kP
Log P Log P0
Temperatura:
50 °C
Tie
IP
mpo
(meq
(h)
O2/kg)
0.0
11.46
5.0
11.56
10.0
11.48
15.0
12.00
20.0
11.98
25.0
12.14
30.0
12.13
35.0
12.22
41.0
12.57
47.0
12.96
53.0
12.84
59.0
13.21
Temperatura: 60
°C
IP
Tiemp
(meq
o (h)
O2/kg)
0.0
11.43
4.0
12.27
8.0
12.72
11.5
13.14
16.0
13.74
20.0
14.25
24.0
14.70
28.0
14.72
31.5
14.22
35.5
14.74
40.5
15.27
44.5
15.84
Temperatura: 70
°C
IP
Tiemp
(meq
o (h)
O2/kg)
0.0
11.23
4.0
13.24
8.0
12.93
12.0
13.91
16.0
14.43
20.5
14.81
24.0
17.29
28.0
21.33
32.0
20.29
36.0
18.61
40.0
14.76
44.0
12.96
22
20
18
Temp.: 50 °C
Temp.: 60 °C
16
Temp.: 70 °C
14
12
10
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
TIEMPO (horas)
Figura 1. Variación del índice de peróxido vs
tiempo.
k
(7)
k
2.302585
(8)
donde:
P:
Índice de peróxido expresado en meq de O2 /
Kg de aceite en el tiempo
P0: Índice de peróxido inicial expresado en meq
de O2 / Kg de aceite
:
Tiempo en horas
k:
Constante de velocidad de reacción
Los datos experimentales de las determinaciones
del índice de peróxido con respecto al tiempo se
presentan en el Tabla 2 y Figura 1. Estos datos
fueron sometidos a un análisis de regresión lineal, a
85
Tabla 2. Variación en el índice de peróxido (IP)
con respecto al tiempo de almacenaje para cada
temperatura de trabajo.
(6)
Integrando:
Ln P Ln P0
partir de la ecuación 8, para determinar el valor de
constante de velocidad de reacción (k) para cada
temperatura de trabajo (Tabla 3). Se puede ver que el
valor de la constante de la velocidad de reacción (k)
guarda una relación directa con la temperatura: se
incrementa en aproximadamente tres veces por cada
10 ºC de incremento de temperatura.
Índice de peróxido (meq oxígeno / Kg de
aceite)
El valor de k a 20 °C (temperatura ambiental
promedio) fue reemplazado en la ecuación 1 para la
Como se puede apreciar en la Figura 1, en el
tratamiento a 70 ºC el Índice de Peróxido se eleva
bruscamente a partir de las 24 horas
aproximadamente y luego cae en la misma manera a
partir de las 32 horas aproximadamente. Por lo tanto,
para el cálculo del valor de k a dicha temperatura se
consideraron solamente los valores del Índice de
Peróxido hasta las 28 horas.
La caída de índice de peróxido a partir de las 32
horas en el tratamiento a 70 ºC se debería a la
descomposición de los peróxidos en la tercera etapa
de la autooxidación de las grasas. Según Kiritsakis
(1992), la disminución del índice de peróxido se
puede deber a la descomposición de los peróxidos en
Determinación del tiempo de vida en anaquel del aceite de oliva virgen extra mediante pruebas aceleradas
productos secundarios como aldehídos, cetonas y
ácidos de bajo peso molecular.
4.2.2 Constante de velocidad de reacción de la
formación de ácidos grasos libres
Tabla 3. Resultados de la regresión lineal aplicada
a los datos experimentales de índice de peróxido
versus tiempo.
Temperatura
Log P0
K
r2
(°C)
50
1,0567 0,0023026 0,9509
60
1,0820 0,0062170 0,8976
70
1,0526 0,0184207 0,8650
Las ecuaciones utilizadas son similares a las
obtenidas en el análisis de la variación del índice de
peróxido, en las que se reemplaza P (índice de
peróxido) por AL (ácidos grasos libres). Los valores
experimentales de la determinación de los ácidos
grasos libres con respecto al tiempo de almacenaje se
presentan en la Tabla 4 y Figura 2.
Se puede ver que los ácidos grasos libres se
incrementan conforme pasa el tiempo de almacenaje
Porcentaje de ácidos grasos libres
(expresados como ácido oleico)
Tabla 4. Variación del contenido de ácidos grasos libres (AGL) con respecto al tiempo de almacenaje para
cada temperatura de trabajo.
Temperatura: 50 °C
Temperatura: 60 °C
Temperatura: 70 °C
Tiempo
% AGL
Tiempo
% AGL
Tiempo
% AGL
(horas)
(horas)
(horas)
0,0
0,72
0,0
0,71
0,0
0,72
1,0
0,72
1,0
0,73
0,9
0,72
2,0
0,75
2,0
0,75
1,9
0,76
3,2
0,76
3,1
0,77
3,0
0,76
4,0
0,78
3,9
0,78
4,0
0,79
7,0
0,76
7,0
0,80
6,8
0,83
7,9
0,76
7,9
0,80
7,8
0,84
11,0
0,79
11,0
0,82
10,9
0,84
15,0
0,80
15,0
0,86
14,9
0,92
17,9
0,85
17,9
0,90
17,8
0,92
21,0
0,82
22,0
0,87
21,8
0,98
1,1
1,0
0,9
Temp.: 70 °C
Temp.: 60 °C
0,8
Temp.: 50 °C
0,7
0,6
0,5
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Tiempo (días)
Figura 2. Variación del porcentaje de ácidos
grasos libres versus tiempo.
en las tres temperaturas, siendo mayor el incremento
cuanto mayor es la temperatura.
El análisis de la regresión lineal de estos datos, en
base a la ecuación 8, arrojó los valores de la
constante de velocidad de reacción (k) para cada
temperatura que se muestran en la Tabla 5. Como en
el índice de peróxido, el valor de la constante de la
velocidad de reacción (k) de la formación de ácidos
grasos libres (AGL) guarda una relación directa con
la temperatura: en este caso se incrementa en
An cient. 69(4) 2008, pp. 82-89
aproximadamente 1,5 veces por cada 10 ºC de
incremento, casi la mitad del incremento en el índice
de peróxido. Era de esperarse que la constante de la
velocidad de reacción de la producción de ácidos
grasos libres sea menor que la de la formación de
peróxidos, pues se sabe que las reacciones de
oxidación de los lípidos se producen a menor
temperatura que las de hidrólisis (Fennema, 1992).
Tabla 5. Resultados de la regresión lineal aplicada
a los datos experimentales de porcentaje de ácidos
grasos libres versus tiempo.
Temperatura
(°C)
50
Log AL0
K
r2
-0,1349
0,0064472
0,8530
60
-0,1338
0,0096709
0,9102
70
-0,1335
0,0135853
0,9622
4.3 Selección del modelo matemático que
relaciona la temperatura con la velocidad de
reacción en el aceite de oliva virgen
4.3.1 Selección del modelo matemático para la
formación de peróxidos
En la Tabla 6 se presentan los resultados del
análisis de la regresión lineal de los modelos
86
Luis Briceño B., Walter Salas V., Santiago Torres O.
Tabla 6. Resultados de los análisis de regresión
lineal de los modelos matemáticos que relacionan
la velocidad de reacción con la temperatura para
el índice de peróxido.
Modelo
Arrhenius
Lineal
Exponencial
Hiperbólico
Parámetro
Log k0
EA / (2.302585 . R)
r2
Cuadrado medio del error
a
b
r2
Cuadrado medio del error
Log a
b
r2
Cuadrado medio del error
a
b
r2
Cuadrado medio del error
Valores
12,828
-4998,9
0,9981
3,4062 * 10 -7
-0,2593
8,0591 * 10-4
0,9190
1,1452 * 10-5
-89,4698
34,6019
0,9988
2,1785 * 10-7
6543,5578
-19,0002
0,9396
3,7711 * 10-4
Se seleccionó el modelo exponencial por tener el
menor valor del Cuadrado Medio del Error; así como
también el Coeficiente de Correlación r2 más cercano
a la unidad. Sin embargo, se podría decir que el
modelo de Arrhenius también se cumple para el caso
del índice de peróxido ya que dicho modelo arrojó un
Cuadrado Medio del Error muy cercano al del
exponencial, comparado con los modelos hiperbólico
y lineal, así como un Coeficiente de Correlación
también muy cercano a uno.
4.3.2 Selección del modelo matemático para la
formación de ácidos grasos libres (AGL)
En la Tabla 7 se presentan los resultados del
análisis de la regresión lineal de los modelos
matemáticos que relacionan la velocidad de reacción
con la temperatura para la formación de ácidos grasos
libres.
Tabla 7. Resultados de los análisis de regresión
lineal de los modelos matemáticos que relacionan
la velocidad de reacción con la temperatura para
la formación de ácidos grasos libres.
Modelo
Arrhenius
Parámetro
Log k0
EA / (2.302585 . R)
r2
Cuadrado medio del error
Valores
3,3670
-1794,1499
0,9989
3,1403 * 10-8
Lineal
A
b
r2
Cuadrado medio del error
-0,1089
3,5691 * 10-4
0,9969
7,9511 * 10-8
Exponencial
Log a
b
r2
Cuadrado medio del error
-33,3279
12,4108
0,9982
7,9437 * 10-8
Hiperbólico
A
b
r2
Cuadrado medio del error
4.4 Determinación del tiempo de vida en
anaquel
4.4.1 Tiempo de vida en anaquel en función
del índice de peróxido
A partir del modelo exponencial elegido para el
índice de peróxido, se obtuvo por extrapolación
(Figura 3) la constante de velocidad de reacción, k, a
20 ºC, la cual resultó ser 0,00007736 horas –1 .
-1,00
2,46
2,47
2,48
2,49
2,50
2,51
2,52
2,53
2,54
-1,50
70 °C
-2,00
60 °C
-2,50
50 °C
-3,00
-3,50
-4,00
20 °C
-4,50
Logaritmo de temperatura (°K)
Valores experimentales
Modelo exponencial
Figura 3. Extrapolación del modelo exponencial
(índice de peróxido).
Para determinar el tiempo de vida en anaquel ( s) a
temperatura ambiente promedio (20 °C) se utilizó la
siguiente ecuación:
Log P
Log P0
k 20 s
2.302585
Donde:
P:
Índice de peróxido al final de la vida en
anaquel para aceite de oliva virgen extra, igual a 20
meq O2 / kg de aceite (ITINTEC, 1991; Codex
Alimentarius, 1992).
P0: Índice de peróxido inicial del aceite recién
extraído, igual a 10 meq O2 / kg de aceite
Tiempo de vida en anaquel a temperatura de
s:
almacenamiento de 20 °C.
k20: Constante de velocidad de reacción a 20 °C,
obtenida a partir del modelo exponencial, por
extrapolación (Figura 3).
Reemplazando en la ecuación:
Log 20 Log10
87
1467,6330
-4,0749
0,9765
9,3399 * 10-7
Como se puede apreciar, tanto el modelo de
Arrhenius como el exponencial arrojan un alto
Coeficiente de Correlación, 0.9989 y 0.9982
respectivamente; sin embargo, el modelo de
Arrhenius es el que arrojó el menor valor del
Cuadrado Medio del Error (3.1403 * 10 -8),
comparado con el exponencial (7.9437 * 10 -8), por lo
que se seleccionó dicho modelo para relacionar la
temperatura con la velocidad de reacción en la
formación de ácidos grasos libres.
Logaritmo de constante de velocidad
(Log k)
matemáticos que relacionan la velocidad de reacción
con la temperatura para el índice de peróxido.
7.735708462 10 -5
2.302585
s
Determinación del tiempo de vida en anaquel del aceite de oliva virgen extra mediante pruebas aceleradas
s=
8960.36 horas
=
373.35 días
s
s = 12.45 meses
Tiempo de vida en anaquel en función al índice de
peróxido a 20 °C: 12,45 meses.
(sabor y olor) para cada temperatura durante el
tiempo de almacenamiento.
Tabla 8. Resultados promedio de la respuesta
sensorial del sabor.
4.4.2 Tiempo de vida en anaquel en función
de los ácidos grasos libres (AGL)
-1,00
-1,20
0,0028
-1,40
0,0029
0,0030
0,0031
0,0032
0,0033
0,0034
24
44
1,5
1,4
1,9
1,6
1,9
2,0
5,3
5,0
70
1,8
1,7
1,9
5,4
Tabla 9. Resultados promedio de la respuesta
sensorial del olor.
Tiempo de
almacenamiento
(horas)
0
24
44
70
Temperatura
de
almacenamiento (°C)
Total
50
60
70
1,3
1,3
1,3
3,9
1,4
1,8
2,0
5,2
1,3
1,8
1,8
4,9
1,8
1,6
1,9
5,3
0,0035
5
-1,60
-1,80
-2,00
-2,20
70 °C
60 °C
-2,40
-2,60
20 °C
-2,80
Temp.: 50 °C
4
50 °C
-3,00
Inversa de temperatura (1/°K)
Escala sensorial
Logaritmo de velocidad de reacción
(Log k)
A partir del modelo de Arrhenius elegido para los
ácidos grasos libres, se obtuvo por extrapolación
(Figura 4) la constante de velocidad de reacción, k, a
20 ºC, la cual resultó ser k20 = 0,00175255 días –1.
0
Temperatura
de
almacenamiento
Total
(°C)
50
60 70
1,4
1,4
1,4 4,2
Tiempo de
almacenamiento
(horas)
El índice de peróxido es un buen indicador de la
calidad de un aceite con respecto a la oxidación,
siempre y cuando se tenga la certeza de que el aceite
a evaluar no se encuentre en un estado de oxidación
avanzada, debido a que en esas instancias los
resultados del índice de peróxido pueden resultar en
valores bajos, incluso menores a los máximos
estipulados en normas de calidad para aceites.
Temp.: 60 °C
3
Temp.: 70 °C
2
Valores experimentales
Modelo de Arrhenius
Figura 4. Extrapolación del modelo de Arrhenius
(acidez libre).
1
0
20
40
Tiempo (horas)
60
80
Figura 5. Prueba de puntuación –atributo, sabor.
5
Temp.: 50 °C
Escala sensorial
Para determinar el tiempo de vida en anaquel ( s) a
temperatura ambiente promedio (20 °C) se utilizó la
misma ecuación que para el índice de peróxido, en la
que se reemplazó los valores de P (índice de
peróxido) por los de AL (ácidos grasos libres),
obteniéndose así un tiempo de vida en anaquel en
función al porcentaje de ácidos grasos libres a 20 °C
de 13,14 meses (394,14 días).
En las Figuras 1 y 2 (variación del índice de
peróxido y el porcentaje de ácidos grasos libres
versus tiempo) se observa el incremento de dichos
índices en el tiempo al aumentar la temperatura de
almacenamiento, es decir la formación de peróxidos y
ácidos grasos libres están en función de la
temperatura y tiempo de almacenamiento. Existen
otros factores que influyen en el deterioro del aceite
de oliva, como son la luz y el espacio de cabeza; se
envasó el aceite en botellas de color ámbar para
disminuir el efecto de la luz y además se envasó los
mismos volúmenes de aceite (90%) para mantener
fijo el efecto del espacio de cabeza en todas las
muestras.
4.5 Evaluación sensorialEn las Tablas 8 y 9
(Figuras 5 y 6) se presentan los resultados promedio
de los veinte evaluadores de los atributos sensoriales
An cient. 69(4) 2008, pp. 82-89
4
Temp.: 60 °C
3
Temp.:70 °C
2
1
0
20
Tiempo40(horas)
60
80
Figura 6. Prueba de puntuación – atributo, olor.
De acuerdo a la técnica de Kruskal-Wallis,
reportada por Conover (1999), se encontró que
existen diferencias estadísticas significativas en el
sabor y el olor entre las muestras almacenadas a
diferentes temperaturas y entre los tiempos de
almacenamiento experimentados. En las muestras
almacenadas a 50 ºC se encontró diferencias en el
olor y el sabor con el aumento del tiempo de
almacenamiento,
detectándose
una
rancidez
incipiente a partir de las 70 horas, mientras, que en
las muestras almacenadas a 60 ºC y 70 ºC la
diferencia se detectó a partir de las 24 horas.
88
Luis Briceño B., Walter Salas V., Santiago Torres O.
Estos resultados sensoriales coinciden con los
obtenidos para el índice de peróxido, encontrándose
que el grado de oxidación se incrementa con el
incremento de la temperatura y el tiempo de
almacenaje.
De los resultados del análisis sensorial, la
percepción de una rancidez organoléptica incipiente
en el aceite de oliva virgen se daría alrededor de un
valor promedio de índice de peróxido de 14. Aunque,
Tous y Romero (1993) mencionan que el índice de
peróxido detecta la oxidación antes de que ella sea
perceptible organolépticamente y Egan (1987)
sostiene que recién cuando el índice de peróxido se
eleva entre 20 a 40 meq / kg, empieza a notarse un
sabor rancio, mientras, que Cheftel y Cheftel (1976)
indica que muy pocas veces coincide la aparición de
la rancidez organoléptica con un índice de peróxido
concreto.
5. Conclusiones
En el aceite de oliva estudiado se determinó una
vida en anaquel de 12,5 meses en función del
deterioro ocasionado por la oxidación, y de 13,2
meses en función al incremento de la acidez.
Al aumentar la temperatura de almacenamiento se
incrementa la oxidación y la producción de ácidos
grasos libres en el aceite de oliva virgen.
El modelo exponencial y el modelo de Arrhenius
establecieron mejor la influencia de la temperatura en
la velocidad de deterioro para las reacciones de
oxidación (medida por el índice de peróxido) y la
formación de ácidos grasos libres (medida por la
acidez libre), respectivamente.
Mediante las pruebas aceleradas de vida en anaquel
aplicadas al aceite de oliva virgen extra, se puede
estimar el tiempo de vida en anaquel del aceite de
oliva virgen a diferentes temperaturas de
almacenamiento y a diferentes niveles iniciales de
calidad
(medida como grado de oxidación o
contenido en ácidos grasos libres).
En las condiciones en que se llevó a cabo este
estudio, los índices de calidad físico – químicos
(Índice de Peróxido y Ácidos Grasos Libres)
permitieron detectar incremento en el deterioro del
aceite de oliva, con respecto al tiempo y a la
temperatura, mientras, que mediante la evaluación
sensorial no se pudo establecer aumento de deterioro.
No hubo coincidencia entre la aparición de la
rancidez química y organoléptica.
6. Referencias bibliográficas
ALVA, J. 1997. “Elaboración de aceite de oliva
virgen”. En: El cultivo del olivo. Ediciones
MUNDI-PRENSA. Madrid. España.
.A.O.A.C. (Association of Official Analytical
Chemists), 1990. 15th edition. Arlington. USA.
CODEX ALIMENTARIUS. 1992. Aceite de Oliva.
Codex Stan 33 – 1981. Vol. 8. Roma. Italia.
CHEFTEL, J., CHEFTEL, H. 1976. Introducción a la
Bioquímica y Tecnología de los Alimentos. Vol I.
Edit. Acribia. Zaragoza. España.
89
CONOVER, W. 1999. Practical Nonparametric
Statistics. 3ra. Edición. Editorial John Wiley and
Sons.New Cork. USA.
EGAN, H. 1987. Análisis Químico de los Alimentos
de Pearson. México.
FAO. 1998. http://www.fao.org/
FENNEMA, O. 1992. Química de los Alimentos.
Edit Acribia. Zaragoza. España.
GUTIERREZ – Rosales, F. 1994. “El análisis
sensorial de los aceites de oliva vírgenes”. En:
Agricultura. N° 746. España.
HART, L., FISHER, H., 1971. Análisis Moderno de
los Alimentos. Edit Acribia. Zaragoza. España.
HILL, C., GRIEGER – Block, R. 1980.”Kinetic data
generation, interpretation, and use”. En: Food
Technology. 34(2):56
IFT (Institute of Food Technologist’s), 1974. “Shelf
life of foods”. En: Journal of Food Science. 39:861.
ISO (International Organization for Standardization),
1985. International Standard 6658. Sensory
analysis – Methodology – General guidance. 1ra ed.
ITINTEC. 1991. Norma Peruana 209.013. Aceites y
grasas comestibles. Aceite de oliva. 2da ed. Lima.
Perú.
KIRITSAKIS, A. 1992. El Aceite de Oliva. A.
Madrid Vicente Ediciones. Madrid. España.
KWOLEK, W., BOOKWALTER, G. 1971.
“Predicting storage stability from time –
temperature data”. En: Food Technology.
25(10):51.
LABUZA, T. 1982. Shelf Life Dating of Foods. Food
and Nutrition Press, Westport, Conn.
LABUZA, T., RIBOH, D. 1982. “Theory and
application of Arrhenius kinetics to prediction of
nutrient losses in foods”. En: Food Technology.
36(10):66.
LABUZA, T., SCHMIDL, M. 1985. “Accelerated
shelf life testing of foods”. En: Food Technology.
39(9):57.
MADRID, A., CENZANO, I., MADRID, J. 1997.
Manual de Aceites y Grasas Comestibles. 1ra ed. A.
Madrid Vicente Ediciones. Madrid. España.
MEHLENBACHER, 1979. Análisis de Grasas y
Aceites. 1ra ed. en español. URMO S.A. de
ediciones. España.
R Development Core Team. 2007. R: A language and
environment for statistical computing. R
Foundation for Statistical Computing. Viena.
Austria.
SAGUY, I., KAREL, M. 1980. “Modeling of quality
deterioration during food processing and storage”.
En: Food Technology. 34(2):78. TOUS, J. y
ROMERO, A. 1993. Variedades del Olivo. 1 ra ed.
Editorial AEDOS S.A. Barcelona (España). UNE.
1992. Norma Española 87-008-92: Análisis
Sensorial de Alimentos. Metodología. Guia
General.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 23/10/2007
Aceptado: 27/06/2008
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos
fenólicos a partir de brácteas externas de alcachofa (Cynara scolymus L.)
variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
Melissa Coronado C. 1, Marcial Silva J. 2
Resumen
La Metodología de Superficie de Respuesta fue aplicada para determinar las condiciones óptimas en la extracción de
compuestos fenólicos provenientes de las brácteas externas de alcachofa (Cynara scolymus L.). Se utilizó un Diseño
Compuesto Central (DCC) para investigar el efecto de las variables independientes denominadas contenido de
etanol en el disolvente hidroalcohólico (%, v/v), temperatura (ºC), tiempo (min) y relación disolvente/materia prima
(ml/g) sobre las respuestas denominadas Rendimiento de Extracción de Compuestos Fenólicos (Y1) y Actividad
Antioxidante (Y2). El DCC consistió de 16 puntos factoriales, 8 puntos axiales y 7 repeticiones en el punto central.
Los datos fueron analizados utilizando el software Design Expert y para predecir cada respuesta se utilizó modelos
polinomiales de segundo orden. El análisis de regresión, mostró que los modelos obtenidos para las respuestas Y 1 e
Y2 explicaron más del 92,48 y 96,81% de la variación obtenida, respectivamente. Mediante la aplicación de la
metodología de Deseabilidad Global sobre los modelos polinomiales estimados se determinó que los niveles
óptimos de las variables en estudio son 45,48% (v/v), 55,04 ºC, 26,79 min and 7,5 ml/g. Los valores de rendimiento
de extracción y actividad antioxidante estimados por los modelos bajo los niveles óptimos de las variables son
91,55 % (p/p) y 5409,39 (μg eq. Trolox/g), respectivamente, y los obtenidos experimentalmente son 90,52 % (p/p) y
5354,27 (μg eq. Trolox/g). Se observa una concordancia entre ambos resultados, por lo que se puede afirmar que los
modelos empíricos obtenidos por la Metodología de Superficie de Respuesta pueden ser usados exitosamente para
describir adecuadamente la relación entre los factores y las respuestas.
Palabras clave: Compuestos fenólicos, brácteas, alcachofa, diseño compuesto central, superficie de respuesta.
Abstract
Response Surface Methodology (RSM) was applied to predict the optimum conditions for the extraction of phenolic
compounds from artichoke outer bracts (Cynara scolymus L.). A central composite design (CCD) was used to
investigate the effects of the four independent variables, namely ethanol content in the solvent (%, v/v), temperature
(ºC), time (min) and solvent-to-solid ratio on the responses phenolic compounds extraction yield (Y1) and
antioxidant activity (Y2). The CCD consisted of 16 factorial points, 8 axial points and 7 replications al the center
point. Data were analyzed using Design Expert Software. A second-order polynomial model was used for predicting
each response. Regression analysis showed that more than 92.48% and 96.81% of the variation was explained by the
models for Y1 and Y2, respectively. The optimal conditions obtained using the Global Desirability methodology on
the estimated polynomial models for the responses were 45,48% (v/v), 55,04 ºC, 26,79 min and 7,5 ml/g. Under
these conditions the corresponding predicted response values for Y 1 and Y2 were 91,55 % (p/p) and 5409,39 (μg eq.
Trolox/g). In order to check the validity of the models, the phenolic compounds were extracted from the artichoke
outer bracts under optimum conditions; the values were 90,52 % (p/p) and 5354,27 (μg eq. Trolox/g). The
experimental values agrees with those predicted, thus indicating suitability of the models employed and the success
of RSM in optimizing the levels of the independent variables.
Key words: Phenolic compounds, bracts, artichoke, central composite design, response surface methodology.
1. Introducción
Las industrias procesadoras y empacadoras de
vegetales producen enormes cantidades de desechos y
residuos, sobre todo la alcachofa, en la que estos
desechos superan el 60% del peso total del vegetal.
Estos residuos son productos muy perecibles y
difíciles de controlar debido a la contaminación
ambiental que ocasionan (Llorach et al., 2002). En el
caso del Perú, las condiciones de clima, suelo y
medio ambientales favorecen al crecimiento de
cultivos con gran potencial de agroexportación, tal
como la alcachofa; cuya demanda, tanto en fresco
como en conservas, se ha visto incrementada en los
últimos años.
1
Ingeniero en Industrias Alimentarias, Universidad Nacional
Agraria La Molina. E-mail: [email protected]
2
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional
Agraria La Molina: E-mail: [email protected]
Uno de los objetivos de los investigadores es la
utilización integral de los recursos naturales para
maximizar el rendimiento económico y minimizar la
contaminación (Marco, 1999). Los subproductos de
alcachofa han sido estudiados con anterioridad,
vislumbrándose la posibilidad de aplicarlos a
alimentos para animales y producción de fibra. Sin
embargo, para nuestros conocimientos, la extracción
de compuestos fenólicos como antioxidantes
naturales a partir de subproductos de alcachofa
constituye una buena opción de aprovechar y
promover el consumo de productos naturales
(Llorach et al., 2002). Diferentes estudios sobre la
alcachofa han demostrado su potencial de protector
de la salud, especialmente como hepatoprotector,
anticancerígeno y por su capacidad de reducir los
niveles de colesterol. En efecto, la alcachofa es una
buena fuente de antioxidantes porque contiene
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
elevadas concentraciones de ácido caféico y sus
derivados (Llorach et al., 2002). La demanda de
antioxidantes naturales ha crecido considerablemente
en los últimos tiempos, y van a desplazar poco a poco
a los antioxidantes sintéticos como BHT y BHA. Por
todo ello, el objetivo del trabajo de investigación fue:
determinar el contenido de etanol en el disolvente
hidroalcohólico, la temperatura, el tiempo y la
relación disolvente/materia prima que permiten
optimizar la extracción y actividad antioxidante de
los compuestos fenólicos provenientes de las brácteas
externas de alcachofa (Cynara scolymus L.)
aplicando la metodología de superficie de respuesta
(RSM).
2. Materiales y métodos
2.1 Materia prima
Brácteas externas de alcachofa (Cynara scolymus
L.) variedad Green Globe, procedente de la ciudad de
Concepción, provincia de Concepción, departamento
de Junín.
2.2 Equipos, materiales y reactivos
2.2.1 Equipos
Balanza analítica (SARTORIUS BL 2105), estufa
(HERAEUS KF-500), estufa al vacío (LMIN LP402), espectrofotómetro (SPECTRONIC GENESYS
5 CAT. 4001/4 SN 3SG9122004), bomba de vacío
(VACUM BRAND – Me2), baño María (GCA
PRECISION SCIENTIFIC - THELCO 82), baño
María con agitación (GFL 1083), refrigeradora
General Electric (1144YTL8), centrífuga (HETTICH
MODEL ROTOFIX 32), licuadora eléctrica (OSTER
CLASSIC 250-22), rotavapor (BUCHI Modelo R300), agitador magnético con calefacción (CAT
Modelo M6.1), cocinilla eléctrica (INDUSTRIA
NACIONAL), vortex, potenciómetro, liofilizador
(FLEXY DRY TM Modelo FDX-1-54D).
2.2.2 Materiales
Fiolas (PYREX), probetas (PYREX), matraz
Kitasato (PYREX), embudo Buchner (PYREX),
vasos de precipitado (PYREX), pipetas (KIMAX),
micropipetas (TRANSFERPETTE BRAND), tubos
cónicos para centrífuga
de (FALCON™),
EPPENDORF de 3 ml, desecador, placas petri
(KIMAX), frascos de vidrio ambar con tapa, papel
Filtro rugoso para fibra, papel Whatman núm. 1,
termómetro (BOECO), cronómetro (CASIO Ms–3–
1), baguetas, bombillas, espátulas, pinzas, gradillas,
colador, papel de aluminio, bolsas de polietileno
LDPE de baja densidad.
2.2.3 Reactivos
Carbonato de sodio anhidro (MERCK), reactivo
Folin-Ciocalteau 2N (SIGMA), etanol comercial
96% (v/v) (MONTANA), metanol grado analítico
99,9% (v/v) (MALLINCKRODT), 2,2 – Diphenyl –
1 – picryl – hydrazyl (SIGMA), fosfato de potasio
monobásico (RIEDEL DE HAËN), fosfato de potasio
dibásico (RIEDEL DE HAËN), polivinilpirrolidona
(SIGMA), guaiacol (SIGMA).
2.3 Métodos de análisis
91
2.3.1 Contenido fenólico
La cuantificación de fenoles totales se realizó por
el método propuesto por Swain y Hillis (1959) citado
por Cevallos y Cisneros (2003) y constó de tres
etapas, detalladas a continuación:
- Preparación de la muestra
Para el caso de las brácteas frescas de alcachofa y
las brácteas escaldadas y licuadas, se licuó 5 g de
muestra con 30 ml de metanol 70% (v/v) hasta lograr
una pasta homogénea y se dejó reposar de 20 a 72
horas a 4ºC. Se filtró y centrifugó a 4 000 RPM por
15 minutos, separando sobrenadante del precipitado.
Para el caso de los extractos hidroalcohólicos, el
sobrenadante se obtuvo tras su centrifugación a 4 000
RPM por 15 minutos. Para el caso del tratamiento
óptimo, éste fue además liofilizado, y para su
análisis, fue resuspendido en metanol 70% (v/v), en
una proporción 1:100 (extracto:disolvente), y
centrifugado a 4 000 RPM por 15 minutos.
- Cuantificación de los fenoles totales
Se mezcló 8 ml de agua destilada, 0,5 ml de
sobrenadante (agua para el blanco) y 0,5 ml del
reactivo Folin-Ciocalteau 0,25 N y se dejó en reposo
por 3 minutos. Luego se añadió 1 ml de solución de
carbonato de sodio 1 N y se agitó por 1 hora a
temperatura ambiente. Se tomó la absorbancia de las
soluciones a 725 nm, llevando a cero el
espectrofotómetro con el blanco. Los fenoles totales
se expresaron como mg eq. de Ácido
Clorogénico/100 g de muestra, en base seca o en base
húmeda.
- Cálculo de la respuesta: rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos (%, p/p)
Fue calculado mediante la siguiente fórmula:
Rend. de extracción de
compuestos fenólicos (%, p/p)
Cant. de fenoles totales extraídos a partir de B.E.L.
Cont. inicial de fenoles totales en BEL
x 100
(1)
Donde, la cantidad de fenoles totales extraídos a
partir de brácteas escaldadas y licuadas se expresa en
mg eq. Ac. Clorog./100g de B.E.L., en base seca; y el
su contenido fenólico se encuentra en mg eq. Ac.
Clorog./100g de B.E.L., en base seca. Se denomina
B.E.L. a las brácteas escaldadas y licuadas.
2.3.2 Actividad antioxidante
La actividad antioxidante se cuantificó siguiendo el
método del DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl),
propuesto por Brand-Williams et al. (1995), citado
por Cevallos y Cisneros (2003); y constó de tres
etapas, detalladas a continuación:
- Preparación de la muestra
Se utilizó los mismos sobrenadantes empleados
para la cuantificación de compuestos fenólicos.
- Cuantificación de la actividad antioxidante
Se colocó en un tubo Falcon 150 μL de
sobrenadante (metanol para el blanco) y 2850 μL de
solución de DPPH (con una concentración de 98,9
uM en metanol, absorbancia 1,1) y se agitó por 30
minutos y 25 ºC. Se tomó las absorbancias
denominadas absorbancia del blanco y absorbancias
de las muestras (a 515 nm), llevando a cero el
espectrofotómetro
con
metanol
puro.
Las
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos fenólicos a partir de brácteas externas
de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
absorbancias de las muestras no fueron menores a 0,3
ni mayores a la absorbancia del blanco. La actividad
antioxidante fue expresada como ug equivalentes de
Trolox/g de muestra, en base seca o en base húmeda.
- Cálculo de la respuesta: actividad antioxidante
La respuesta denominada actividad antioxidante,
de los extractos hidroalcohólicos en cada punto
experimental, representa la actividad antioxidante de
los compuestos extraídos a partir de las brácteas
escaldadas y licuadas de alcachofa, y es expresada
como μg eq. Trolox/g de B.E.L.
2.4 Metodología experimental
2.4.1 Extracción de compuestos fenólicos
Las alcachofas se seleccionaron manualmente y se
transportaron a la ciudad de Lima en bolsas de
polietileno de baja densidad (entre 0 y 5 ºC). Luego,
se pesaron, se lavaron con agua potable, se pelaron y
cortaron a fin de separar las brácteas externas, tallos y
parte comestible. Las brácteas fueron escaldadas en
agua a temperatura de ebullición por 30 segundos y
se molieron. Para la extracción, se usó 100 ml de
disolvente (volumen constante para todos los puntos
experimentales) con la cantidad de materia prima
requeridos, y se mantuvo en agitación por
determinados tiempos y temperaturas. Cada extracto
se filtró y determinó el contenido fenólico y actividad
antioxidante. Las operaciones de concentración y
liofilización fueron consideradas únicamente para el
caso del tratamiento establecido como óptimo.
2.4.2 Diseño experimental
Para la evaluación del efecto de determinadas
variables sobre las respuestas rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos (Y1) y actividad
antioxidante (Y2), se aplicó la Metodología de
Superficie de Respuesta, con un diseño compuesto
central (DCC) de acuerdo a Montgomery (2002).
- Etapa I: Screening
Se utilizó el diseño factorial 2k con réplica en el
punto central del diseño, tomando como respuesta a
evaluar al rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos (Y1). Las variables bajo estudio fueron:
contenido de etanol en el disolvente hidroalcohólico
(x1), temperatura (x2), tiempo (x3) y relación
disolvente/materia prima (x4) codificadas en 2 niveles
(-1, 1,) e incluyendo un valor para el punto central.
Tabla 1. Variables independientes naturales y
codificadas para la etapa de screening.
Variable
Contenido de
etanol en el
disolvente
hidroalcohólico
Temperatura
Tiempo
Relación
disolvente/m.p.
Unidad
Símbolo
Codi- Natuficada ral
Tabla 2. Diseño experimental 2k con réplicas en el
punto central.
X1
Contenido de
Puntos
etanol en el
Experidisolvente
mentales
hidroalcohólico
(%, v/v)
1
35 (-1)
2
65 (1)
3
35 (-1)
4
65 (1)
5
35 (-1)
6
65 (1)
7
35 (-1)
8
65 (1)
9
35 (-1)
10
65 (1)
11
35 (-1)
12
65 (1)
13
35 (-1)
14
65 (1)
15
35 (-1)
16
65 (1)
17
50 (0)
18
50 (0)
19
50 (0)
20
50 (0)
21
50 (0)
22
50 (0)
23
50 (0)
X4
X2
X3
Relación
TempeTiempo disolratura
vente/m.p.
(min)
(°C)
(ml/g)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
Los valores promedio de rendimiento de extracción
de compuestos fenólicos observados, se sometieron a
un análisis de regresión múltiple y ajustados a un
modelo de primer orden:
yˆ
ˆ
0
ˆx
1 1
ˆ x
2 2
ˆ x
3 3
ˆ x
4 4
(2)
donde:
ŷ: Rendimiento de extracción de
fenólicos estimado (%, p/p).
ˆ
0 : Término independiente.
compuestos
ˆ, ˆ , ˆ
ˆ
2
3 y
1
4 : Coeficientes de regresión lineal.
Niveles
-1
0
1
%(v/v)
x1
X1
35
50
65
ºC
min
x2
x3
X2
X3
50
25
60
40
70
55
ml/g
x4
X4
7,5
9,0
10,5
An cient. 69(4) 2008, pp. 90-105
En la Tabla 2 se presenta el diseño experimental 2 k
con 7 réplicas en el punto central.
x1, x2, x3, x4: Contenido de etanol en el disolvente
hidroalcohólico (%, v/v), temperatura (ºC), tiempo
(min) y relación disolvente/materia prima (ml/g).
- Etapa II: Escalamiento
La etapa de escalamiento se obvió, debido a que el
efecto curvatura fue positivo. De acuerdo a Pinto
(1995) citado por Morales (2003), si existe efecto
curvatura, el siguiente paso sería el análisis de
92
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
superficie de respuesta de segundo orden, mediante
un diseño compuesto central.
- Etapa III: Estimación de los modelos matemáticos
de segundo orden
El análisis de superficie de respuesta de segundo
orden para el rendimiento de extracción de
compuestos fenólicos (Y1) y actividad antioxidante
(Y2), se realizó mediante un diseño compuesto central
(DCC), que, según Box y Draper (1987), para k=4
variables consta de 16 puntos factoriales (2 k), 8
puntos axiales (a una distancia α de los ejes
coordenados) y 7 repeticiones en el punto central;
dando un total de 31 puntos experimentales. La Tabla
3 muestra los niveles de las variables codificadas para
el DCC, y la Tabla 4 presenta el diseño compuesto
central (DCC) utilizado.
Tabla 3. Variables independientes naturales y codificadas correspondientes al DCC.
Variable
Cont. etanol en el
disolvente
hidroalcohólico
Temperatura
Tiempo
Relación
disolvente/m.p.
Unidad
Símbolo
Codificada
Natural
-2
-1
Niveles
0
1
2
%(v/v)
x1
X1
20
35
50
65
80
ºC
min
x2
x3
X2
X3
40
10
50
25
60
40
70
55
80
70
ml/g
x4
X4
6,0
7,5
9,0
10,5
12,0
Tabla 4. Diseño compuesto central DCC.
Puntos
Experimentales
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
93
X1
Contenido de
etanol en el
disolvente
hidroalcohólico
(%, v/v)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
35 (-1)
65 (1)
20 (-2)
80 (2)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
50 (0)
X2
X3
Temperatura Tiempo
(°C)
(min)
X4
Relación
disolvente/m.p.
(ml/g)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
50 (-1)
50 (-1)
70 (1)
70 (1)
60 (0)
60 (0)
40 (-2)
80 (2)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
60 (0)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
7,5 (-1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
10,5 (1)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
6 (-2)
12 (2)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
9 (0)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
25 (-1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
55 (1)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
10 (-2)
70 (2)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
40 (0)
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 23/10/2007
Aceptado: 27/06/2008
Los valores promedio de rendimiento de extracción
de compuestos fenólicos y actividad antioxidante
observados, fueron sometidos a un análisis de
regresión múltiple (método de mínimos cuadrados) y
ajustados a un modelo de segundo orden para cada
respuesta:
k
ˆ
yˆi
o
k
߈i xi
i 1
߈ii xi2
i 1
߈i j xi x j
(3)
i j
donde :
ŷ1: Rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos estimado (%, p/p)
ŷ2:
Actividad antioxidante estimada (μg eq.
Trolox/g B.E.L).
ˆ
0
ˆ
i
ˆ
: Término independiente.
: Coeficientes de regresión lineal.
ˆ
y ij : Coeficientes de regresión cuadráticos.
x1, x2, x3, x4 : Contenido de etanol en el disolvente
hidroalcohólico (%, v/v), temperatura (ºC), tiempo
(min) y relación disolvente/materia prima (ml/g).
ii
2.4.3 Optimización
respuestas
simultánea
de
las
Se utilizó la metodología de la deseabilidad global,
descrita por Cornell (2002) citado por Salazar (2006),
según la cual, se obtuvo una función de deseabilidad
para cada respuesta implicada, asignándose un valor
de 1 para el exponente t en las mismas. Las
restricciones consideradas fueron las siguientes:
- Rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos: mayor o igual a 75% (p/p).
- Actividad Antioxidante: mayor o igual al 75% de
la actividad antioxidante presentada por B.E.L.
Bajo estas restricciones, para la maximización del
rendimiento de extracción de compuestos fenólicos y
de la actividad antioxidante, se utilizaron las
ecuaciones 4 y 5, respectivamente:
0
d1
yˆ1 75
RM MAX 75
1
yˆ1
75
75
yˆ1
RM MAX
yˆ1  RM MAX
1
d2
yˆ 2 0,75 AAB.E . L.
AAMAX 0,75 AAB.E . L.
1
yˆ 2
0,75 AAB. E . L.
1
0,75 AAB. E . L.
2.4.4 Verificación de los niveles óptimos de las
variables
Considerando los niveles óptimos de las variables,
se realizó la extracción correspondiente. Con fines de
verificación, los valores observados de cada respuesta
en este extracto fueron determinados y comparados
con los respectivos valores estimados por el modelo.
2.4.5 Características del extracto óptimo
El extracto óptimo fue sometido a un proceso de
liofilización. La influencia de dicho proceso sobre el
contenido fenólico y actividad antioxidante, fue
analizada antes y después de su realización. Las
características evaluadas fueron:
- Rendimiento de Liofilización del Extracto (g
extracto liof./100g brácteas frescas-base húmeda).
- Contenido Fenólico en Extracto Liofilizado (g
eq.Ác.Clorog./100g extracto liof.-base húmeda).
- Rendimiento Fenólico (g eq. Ác. Clorog.
extraídos/100g brácteas frescas-base húmeda).
- Actividad Antioxidante en Extracto Liofilizado (g
eq.Trolox/100g extracto liof.-base húmeda).
- Actividad Antioxidante Recuperada de brácteas
frescas (ug eq.Trolox/g de brácteas frescas-base
húmeda).
2.4.6 Análisis estadístico
(4)
0
ŷ2: Actividad antioxidante estimada (μg eq.
Trolox/g de B.E.L.; en base húmeda).
RMMAX: Máximo rendimiento de extracción de
compuestos fenólicos observado (%, p/p).
AAB.E.L.: Actividad antioxidante inicial las brácteas
escaldadas y licuadas (μg eq. Trolox/g de B.E.L.; en
base húmeda).
AAMAX: Máxima actividad antioxidante observada
en los extractos (μg eq. Trolox/g de B.E.L.; en base
húmeda).
El valor denominado deseabilidad global (D)
representó la media geométrica de los valores de las
deseabilidades individuales (di); es decir:
D = (d1 x d2)1/2
(6)
Se eligió como tratamiento óptimo aquella
combinación de niveles de las variables que tuvieron
el valor D mas elevado.
yˆ 2
AAMAX
yˆ 2  AAMAX
(5)
donde:
d1: Función de deseabilidad para el rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos.
d2: Función de deseabilidad para la actividad
antioxidante.
ŷ1: Rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos estimado (%, p/p).
La determinación de los polinomios, el análisis de
varianza (ANVA), prueba de significancia de
coeficientes (α = 0,05) y la optimización simultánea,
fueron llevados a cabo utilizando el programa
estadístico Design-Expert® 7.0 (Trial versión).
Adicionalmente, la bondad de ajuste de la ecuación
de regresión a las observaciones experimentales fue
establecida mediante el coeficiente de determinación
(R2), y coeficiente de determinación ajustado (R2adj).
3. Resultados y discusiones
3.1 Etapa I: Screening – Estimación del
modelo matemático de primer orden
Los valores promedio del rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos observado y
estimado para cada punto experimental analizado son
presentados en la Tabla 5.
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
Luego de realizar el análisis de regresión múltiple
con los valores observados, se obtuvo la siguiente
ecuación polinomial de primer grado:
ŷ = 72,97 – 2,70x1 – 3,25x2 – 2,33x3 – 6,76x4
Tabla 5. Rendimiento de extracción de
compuestos fenólicos observado y estimado en la
etapa del screening.
(7)
Rendimiento de Rendimiento de
Puntos
Extracción
Extracción
Experimenta Observado (y )a
Estimado (ŷi)
i
les
(%, p/p)
(%, p/p)
1
92,48
88,01
2
81,34
82,61
3
78,79
81,51
4
75,40
76,11
5
82,49
83,36
6
79,11
77,96
7
74,79
76,85
8
73,43
71,45
9
83,78
74,49
10
63,19
69,10
11
68,09
67,99
12
59,32
62,59
13
61,52
69,84
14
65,87
64,44
15
63,42
63,33
16
64,50
57,93
17
84,94
83,71
18
86,54
83,71
19
80,96
83,71
20
82,11
83,71
21
81,64
83,71
22
83,80
83,71
23
86,01
83,71
a
Valor que representa el promedio de tres repeticiones.
Donde ŷ representa el rendimiento de extracción de
compuestos fenólicos estimado (%, p/p); y x1, x2, x3 y
x4 el contenido de etanol en el disolvente
hidroalcohólico (%, v/v), temperatura (ºC), tiempo
(min) y relación disolvente/materia prima (ml/g),
respectivamente, en forma codificada.
En la Tabla 6 se presenta el análisis de varianza
del modelo lineal. Se puede apreciar que tanto el
efecto de curvatura como la interacción de variables
son altamente significativas ( = 0,05), dado que
presentan un valor F calculado superior al valor F
tabular correspondiente. Por ello, se puede decir que
el modelo de primer orden no es una aproximación
adecuada y no es suficiente para explicar las
respuestas en la región experimental elegida. Al
respecto, Montgomery (2002), expresa que la
existencia de curvatura en la verdadera superficie
puede indicar al experimentador que se encuentra
cerca del óptimo, y no sería necesaria la etapa de
escalamiento.
Media = 76,24, Desviación estándar (SD) = 4,30,
R2 = 0,7780, R2adj = 0,7258
De otro lado, el valor F calculado correspondiente
al modelo es alto respecto a valores F tabular por lo
que se puede inferir que al menos una de las variables
es significativa ( = 0,05). Por ello, mediante el
análisis de significancia de las variables presentado
en la Tabla 7, se pudo confirmar que todas ellas
afectan al proceso significativamente, tal como lo
expresan Liyana-Pathirana y Shahihi (2005), Kwon et
al. (2003), Herodež et al. (2003) y Liu et al. (2000).
Tabla 6. Análisis de varianza (ANVA) de la regresión para el rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos.
Fuente
de
Variabilidad
Suma
de
Cuadrados
Modelo
Curvatura
Residual
Interacción
Error puro
TOTAL
1103,95
561,88
314,99
285,79
29,21
1980,83
Grados
de
libertad
4
1
17
11
6
22
Cuadrado
medio
275,99
561,88
18,53
25,98
4,87
Fc
F(α=0,05)
14,89
30,32
2,96
4,45
5,34
4,03
Tabla 7. Prueba de significancia para las variables en estudio.
Término
del
Modelo
x1
x2
x3
x4
95
Coeficiente
estimado
Suma de
cuadrados
-2,70
-3,25
-2,33
-6,76
116,61
169,45
86,80
731,09
Grados
de
libertad
1
1
1
1
Cuadrado
medio
Fc
p value Prob>F
116,61
169,45
86,80
731,09
6,29
9,15
4,68
39,46
0,0225
0,0077
0,0450
< 0,0001
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos fenólicos a partir de brácteas externas
de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
ŷ1 = 83,71 - 2,82x1 – 2,59x2 - 1,77x3 - 5,72x4 + 2,79x1x3
– 5,88x12 – 2,43x22
(8)
ŷ2= 4322,40 – 137,59x1 – 135,30x2 – 132,78x3 –
979,57x4 + 180,95x1x3 + 169,20x2x4
160,33x3x4 – 729,60x12 – 324,00x22 – 192,19x32
(9)
Considerando el coeficiente de determinación (R2),
se puede establecer que la variación en la respuesta es
explicada por el modelo lineal. Por otro lado, con
referencia al coeficiente de determinación ajustado
(R2adj) y a su interpretación en las investigaciones de
Gao y Jiang (2005), y Aktaş (2005), se puede afirmar
que el modelo estimado no se ajusta de manera
adecuada a los datos experimentales referidos en la
Tabla 5.
Donde ŷ1 representa el rendimiento de extracción
de compuestos fenólicos estimado (%, p/p), ŷ2
representa la actividad antioxidante estimada (μg eq.
Trolox/g de B.E.L.) y x1, x2, x3 y x4 el contenido de
etanol en el disolvente hidroalcohólico (%, v/v),
temperatura (ºC), tiempo (min) y relación
disolvente/materia prima (ml/g), respectivamente, en
su forma codificada.
3.2 Etapa II: Estimación de los modelos
matemáticos de segundo orden
Los valores promedio del rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos y actividad
antioxidante observados y estimados para cada punto
experimental analizado se presentan en la Tabla 8.
Luego de realizar un análisis de regresión múltiple
con los valores observados, se obtuvo las siguientes
ecuaciones polinomiales de segundo grado:
En la Tabla 9 se presenta el análisis de varianza
(ANVA) para el modelo cuadrático de las ecuaciones
8 y 9.
Tabla 8. Rendimiento de extracción y actividad antioxidante observado y estimado en el diseño compuesto
central.
Rendimiento
de
Puntos
extracción
experimentales observado
(y1)a
(%, p/p)
Rendimiento
de
extracción
estimado
(ŷ1)
(%, p/p)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
91,73
78,80
79,23
70,88
79,44
77,65
73,52
76,31
79,23
65,14
70,22
60,70
66,72
63,77
64,29
65,92
65,86
54,56
79,16
68,80
81,80
74,72
89,88
66,99
83,71
83,71
83,71
83,71
83,71
An cient. 69(4) 2008, pp. 90-105
92,48
81,34
78,79
75,40
82,49
79,11
74,79
73,43
83,78
63,19
68,09
59,32
61,52
65,87
63,42
64,50
65,86
53,56
76,00
70,96
79,06
76,46
85,24
70,63
84,94
86,54
80,96
82,11
81,64
Actividad
antioxidante
observada
(y2)a
(μg
eq.Trolox/g
de B.E.L.)
(bh)
4964,89
4315,11
4933,50
3320,99
4098,34
4247,74
3162,41
3273,98
1777,55
1996,81
2174,20
1692,65
1772,30
2115,15
1900,12
1666,84
1768,86
1194,79
3125,22
3083,22
3693,43
3569,48
5674,59
2530,48
4433,79
4385,75
4060,52
4189,50
4323,32
Actividad
antioxidante
estimada
(ŷ2)
(μg
eq.Trolox/g
de B.E.L.)
(bh)
4790,02
4206,56
4627,86
3475,02
4004,06
4144,39
3517,61
3088,55
1940,77
1819,45
2455,40
1764,71
1796,11
2398,58
1986,45
2019,55
1679,19
1128,83
3297,00
2755,80
3819,20
3288,08
5983,85
2065,59
4322,40
4322,40
4322,40
4322,40
4322,40
96
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
30
31
83,80
83,71
4258,62
86,01
83,71
4605,29
a
Valor que representa el promedio de tres repeticiones.
4322,40
4322,40
Tabla 9. Análisis de varianza (ANVA) de la regresión para el rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos y actividad antioxidante.
Respuesta
Rendimiento
de Extracción
de Compuestos
Fenólicos
Actividad
antioxidante
Fuente de
Variabilidad
Suma de Cuadrados
Modelo
Residual
Falta de Ajuste
Error puro
2513,64
204,32
175,11
29,21
Grados
de
Libertad
14
16
10
6
TOTAL
2717,96
30
Modelo
Residual
Falta de ajuste
Error puro
TOTAL
4,364 x 107
1,437 x 106
1,251 x 106
1,868 x 105
4,507 x 107
14
16
10
6
30
El análisis de varianza de los modelos de regresión
demuestra que para ambos casos el modelo
cuadrático es altamente significativo puesto que
presentan valores F calculado superiores al valor F
tabular F( = 0.05). Asimismo, mostraron una falta
de ajuste no significativa a niveles de confianza de
95%, pues los valores F calculados son inferiores a
los valores tabulares. El bajo valor del error puro en
comparación a la suma de cuadrados total indica que
los experimentos tuvieron buena reproducibilidad. El
coeficiente de determinación (R2) indica que la
variación en cada una de las respuestas es explicada
por el correspondiente modelo seleccionado, y el
coeficiente de determinación ajustado (R2adj) indica
que los modelos estimados se ajustan de manera
adecuada a los datos experimentales referidos en la
Tabla 8.
Con respecto a los coeficientes de los modelos
estimados, éstos fueron analizados mediante la
prueba F de Fischer, con el objeto de eliminar
aquellos que no presentaran significancia estadística
( = 0,05). La Tabla 10 resume los resultados de
dicho análisis.
La Figura 1 ilustra el efecto de temperatura y
tiempo sobre el rendimiento de extracción de
compuestos fenólicos (los niveles de las variables
contenido de etanol en el disolvente hidroalcohólico
y relación disolvente/materia prima permanecen
constantes y son iguales 45,48% (v/v) y 7,50 ml/g,
respectivamente. El incremento de la temperatura
tiene un efecto positivo sobre el rendimiento de
extracción, sin embargo este efecto solo se da hasta
los 56ºC aproximadamente, luego decrece. Al
respecto Ibáñez de Oca et al. (1999), citados por
Moure et al. (2001), consideran que la
descomposición de compuestos fenólicos por calor es
el principal mecanismo causante de su reducción en
extractos vegetales, además de la posibilidad de que
los fenoles pueden reaccionar con otros componentes
de las plantas, lo cual impide su extracción. En
referencia al tiempo, pasados los 26 minutos, la
respuesta comienza a disminuir notablemente debido
a que prolongados tiempos de extracción, de acuerdo
a lo señalado por Liyana-Pathirana y Shahidi (2005)
97
Cuadrado
Medio
Fc
F(α=0,05)
R2
R2adj
179,55
12,77
17,51
4,87
14,06
2,37
0,9248
0,8590
3,60
4,06
3,117x106
89835,74
1,251x105
31126,31
34,70
2,37
0,9681
0,9402
4,02
4,06
y Liu et al. (2000), producen la descomposición de
compuestos activos; además, según Naczk y Shahidi
(2004), el tiempo de extracción depende de
naturaleza de los fenoles, de la materia prima y de las
condiciones de extracción. Según lo observado, entre
el tiempo y la temperatura existe lo que Gao y Jiang
(2005) llaman efecto sinérgico, el cual se traduce en
la predominancia de una relación inversa entre las
variables; es decir, que tal como lo señalan Cacace y
Mazza (2003), para mantener constante un mismo
nivel de respuesta, un aumento de temperatura
conlleva a una reducción del tiempo de extracción.
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos fenólicos a partir de brácteas externas
de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
Figura 1. Superficie de respuesta y gráfico de
contornos para el rendimiento de extracción de
compuestos fenólicos, en función a las variables
temperatura (x2) y tiempo (x3) en el DCC.
Tabla 10. Prueba de significancia de los coeficientes de la ecuación de regresión cuadrática para el
rendimiento de extracción de compuestos fenólicos y actividad antioxidante.
Respuesta
Término del
Modelo
Coeficiente
Estimado
Suma de
Cuadrados
Grados
de
Libertad
Cuadrado
Medio
Fc
p value
Prob>F
-2,82
-2,59
-1,77
-5,72
191,42
160,86
75,17
786,46
1
1
1
1
191,42
160,86
75,17
786,46
14,99
12,60
5,89
61,59
0,0014
0,0027
0,0274
< 0.0001
1,15
2,79
-0,29
1,65
0,87
-0,055
20,99
124,20
1,36
43,35
12,18
0,048
1
1
1
1
1
1
20,99
124,20
1,36
43,35
12,18
0,048
1,64
9,73
0,11
3,39
0,95
3,78x10-3
0,2180
0,0066
0,7485
0,0840
0,3433
0,9518
-5,88
-2,43
-1,36
-1,32
987,23
169,29
53,15
49,78
1
1
1
1
987,23
169,29
53,15
49,78
77,31
13,26
4,16
3,90
< 0.0001
0,0022
0,0582
0,0659
1
1
1
1
4,544 x
105
4,393 x
105
4,231 x
105
2,303 x
107
5,06
4,89
4,71
256,35
0.0390
0.0419
0.0454
< 0.0001
1
1
1
1
1
1
3,242 x
105
5,239 x
105
2,136 x
105
1,052 x
105
4,581 x
105
4,113 x
105
3,61
5,83
2,38
1,17
5,10
4,58
0.0757
0.0281
0.1426
0.2953
0.0383
0.0481
1
1
1
1
1,522 x
107
3,002 x
106
1,056 x
106
1,584 x
105
169,44
33,41
11,76
1,76
< 0.0001
< 0.0001
0.0034
0.2029
Lineal
x1
x2
x3
x4
Interacción
Rendimiento
de Extracción
de
Compuestos
Fenólicos
x1 x2
x1 x3
x1 x4
x2 x3
x2 x4
x3 x4
Cuadráticos
x12
x22
x32
x42
Lineal
x1
x2
x3
x4
-137,59
-135,30
-132,78
-979,57
4,544 x 105
4,393 x 105
4,231 x 105
2,303 x 107
Interacción
x1 x2
x1 x3
Actividad
antioxidante
x1 x4
x2 x3
x2 x4
x3 x4
Cuadráticos
x12
x22
x32
x42
An cient. 69(4) 2008, pp. 90-105
-142,34
180,95
115,54
-81,07
169,20
160,33
-729,60
-324,00
-192,19
-74,42
3,242 x 105
5,239 x 105
2,136 x 105
1,052 x 105
4,581 x 105
4,113 x 105
1,522 x 107
3,002 x 106
1,056 x 106
1,584 x 105
98
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
La Figura 2 ilustra el efecto del contenido de etanol
en el disolvente hidroalcohólico y la relación
disolvente/materia prima sobre el rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos (los niveles de
las variables temperatura y tiempo permanecen
constantes y son iguales a 55,04ºC y 26,79 min,
respectivamente. Se observa que entre el 30 y 60%
(v/v) de etanol el valor de la respuesta corresponde a
los niveles máximos, comportamiento similar al
reportado por Pellati et al. (2004), quienes obtuvieron
mínimos valores de eficiencia de extracción al
utilizar un disolvente 100% orgánico, pero máximos
valores al emplear disolventes cuya fase orgánica se
encontraba entre 60 y 80% (v/v). Esto podría deberse,
tal como lo señala, Naczk y Shahidi (2004) y Lago et
al. (1997), a una menor solubilidad de los
compuestos fenólicos en disolventes orgánicos muy
concentrado, puesto que son más solubles en
disolventes de polaridad intermedia-alta. Con
respecto a la relación disolvente/materia prima, ésta
provoca un incremento en el rendimiento de
extracción conforme su nivel crece. Dicha situación
se debe a un aumento de la fase líquida en el sistema,
lo cual, según Silva et al. (2005), mejora el contacto
con la fase sólida e incrementa el gradiente de
concentración, es decir, provoca una mayor
transferencia de masa. Este comportamiento ha sido
demostrado anteriormente por diversos autores tales
como Deshpande and Cheryan (1985), Naczk et al.
Recibido: 23/10/2007
Aceptado: 27/06/2008
(1991) y Naczk et al. (1992); citados por Naczk y
Shahidi (2004), y Herodež et al. (2003); quienes
manifiestan que la concentración final de polifenoles
en los extractos depende de la cantidad de disolvente
usado por kg de materia prima.
El efecto del porcentaje de etanol en el disolvente y
la temperatura de extracción sobre la actividad
antioxidante es mostrado en la Figura 3 (los niveles
de las variables tiempo y relación disolvente/materia
prima permanecen constantes y son iguales 26,79 min
y 7,50 ml/g, respectivamente. Se aprecia que hasta
ciertos niveles (46% v/v de etanol aproximadamente)
el porcentaje de etanol en el disolvente tiene una
influencia positiva en la actividad antioxidante;
pasado dicho nivel, la respuesta comienza a
disminuir. Esto se debería a una mayor extracción de
compuestos fenólicos como consecuencia de una
polaridad
intermedia-alta
del
solvente
hidroalcohólico. La Figura 3 permite también
observar el efecto significativo que ejerce la
temperatura de extracción sobre la actividad
antioxidante; la cual aumenta cuando la temperatura
va de 40 a 53ºC aproximadamente, llegando a sus
niveles máximos entre 53 y 60ºC aproximadamente.
El incremento o disminución de la actividad
antioxidante se debe a la mayor o menor
concentración de fenoles en los extractos obtenidos,
respectivamente; éste hecho encuentra justificación
en lo expresado por Moure et al. (2001) y Gil et al.
(2002), quienes indican que el incremento en la
concentración de compuestos fenólicos en extractos
se traduce en el aumento de la actividad antioxidante.
Figura 2. Superficie de respuesta y gráfico de contornos para el rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos, en función a las variables contenido de etanol en el disolvente hidroalcohólico (x1) y relación
disolvente/materia prima (x4) en el diseño compuesto central.
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos fenólicos a partir de brácteas externas
de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
situación se debe a un incremento en la concentración
de compuestos fenólicos (producto de una mayor
transferencia de masa, tal como se vió para el caso
del rendimiento de extracción), la cual guarda una
relación directa con la actividad antioxidante.
Figura 3. Superficie de respuesta y gráfico de
contornos para la actividad antioxidante, en
función a las variables contenido de etanol en el
disolvente hidroalcohólico (x1) y temperatura (x2)
en el diseño compuesto central.
La Figura 4 ilustra el efecto del tiempo de
extracción y la relación disolvente/materia prima (los
niveles de las variables contenido de etanol en el
disolvente hidroalcohólico y temperatura permanecen
constantes y son iguales a 45,48% (v/v) y 55,04ºC,
respectivamente). En referencia al tiempo, entre los
10 y 50 minutos aproximadamente, la actividad
antioxidante es relativamente constante y se
encuentra en sus niveles máximos. Pasados los 50
minutos, la respuesta comienza a disminuir. Esto se
debe, de acuerdo con lo señalado por LiyanaPathirana y Shahidi a la descomposición de los
compuestos fenólicos producida por prolongados
tiempos de extracción. Se puede notar también que la
relación materia prima/disolvente tiene un efecto
positivo sobre la actividad antioxidante, pues el valor
de dicha respuesta se incrementa rápidamente
conforme la variable en mención aumenta. Esta
An cient. 69(4) 2008, pp. 90-105
Figura 4. Superficie de respuesta y gráfico de
contornos para la actividad antioxidante, en
función a las variables tiempo (x3) y relación
disolvente/materia prima (x4) en el diseño
compuesto central.
3.3 Optimización simultánea de las respuestas
Con el objetivo de encontrar las condiciones de
extracción que cumplieran de la mejor forma con
determinadas restricciones, se llevó a cabo la
optimización simultánea de las respuestas tomando
en cuenta la metodología de la deseabilidad global,
descrita por Cornell (2002), citado por Salazar
(2006), asignando un valor de 1 para el exponente t
en las funciones de deseabilidad. Las restricciones
100
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
establecidas en base a criterios propios fueron las
siguientes:
- Rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos: mayor o igual a 75% (p/p).
- Actividad antioxidante: mayor o igual a 4581,74
μg eq. Trolox/g de B.E.L.( en base húmeda)
Las funciones obtenidas para ambas respuestas
fueron:
yˆ1 75
0
yˆ1 75
92,4827 75
d1
1
75 yˆ1 92,4827
yˆ1  92,4827
1
yˆ 2
0
yˆ 2 4581,74
5674,59 4581,74
d2
(10)
4581,74
1
4581,74
yˆ 2
5674,59
yˆ 2  5674,59
1
Donde 92,4827% (p/p) y 5674,59 μg eq. Trolox/g
de B.E.L. (bh) corresponden a los máximos valores
observados para las respuestas rendimiento de
extracción de compuestos fenólicos y actividad
antioxidante, respectivamente, en el diseño
experimental. Es así que se obtuvieron cuatro
soluciones mostradas en la Tabla 11. El experimento
1 es elegido como óptimo, puesto que presenta el
valor de deseabilidad mas elevado (0,847), así como
mayor rendimiento de extracción de compuestos
fenólicos (91,55%, p/p) y mayor actividad
antioxidante (5409,39 μg eq. Trolox/g de B.E.L.).
Los niveles de las variables correspondientes al
tratamiento óptimo son:
- Contenido de etanol en el disolvente
hidroalcohólico: 45,48%.
Temperatura: 55,04 ºC.
Tiempo: 26,79 min.
Relación disolvente/materia prima: 7,5 ml/g.
(11)
Tabla 11. Condiciones óptimas, respuestas estimadas y deseabilidad global obtenidas luego de la optimización
simultánea de respuestas.
Experimento
1
2
3
4
5
x1
Contenido de
etanol en el
disolvente
hidroalcohólico
(%, v/v)
45,48
45,58
45,51
47,44
46,03
x2
Temperatura
(°C)
x3
Tiemp
o
(min)
x4
Relación
disolv./m.
p. (ml/g)
Rendimient
o de
Extracción
(%, p/p)
Actividad
Antioxidante
(μg eq.
Trolox/g de
B.E.L.) (bh)a
D
55,04
54,67
54,47
54,42
54,95
26,79
26,57
27,32
27,77
31,02
7,50
7,50
7,50
7,50
7,50
91,55
91,45
91,46
91,29
91,134
5409,39
5404,16
5402,03
5404,43
5406,36
0,847
0,847
0,846
0,838
0,834
a
bh = base húmeda
3.4 Verificación de los niveles óptimos de las
variables
La comparación entre los valores observados y
estimados en el extracto óptimo (Tabla 12) revela una
buena correspondencia entre ellos, lo cual implica
que los modelos empíricos obtenidos por la
metodología de superficie de respuesta pueden ser
usados para describir adecuadamente la relación entre
los factores y las respuestas, siempre y cuando se
trabaje en cualquier condición que se encuentre
dentro de la zona experimental analizada.
proceso de sublimación, y no a temperaturas elevadas
como es el caso de otros métodos de deshidratación.
Por otro lado, las características del extracto
liofilizado obtenido bajo las condiciones óptimas de
extracción.
Tabla 12. Comparación de los valores estimados
y observados para las respuestas en el punto
óptimo.
Estimados
Rendimiento
de
Extracción
de
Compuestos
Fenólicos
(%, p/p)
91,55
Observados
90,52
3.5 Características del extracto óptimo
Según lo observado en la Tabla 13, el porcentaje de
pérdida de ambas características debido a la
liofilización fue bajo. En tal sentido, Geankoplis
(1998) señala que esta operación unitaria conserva
y/o mantiene inalterable compuestos de importancia
en alimentos y materiales biológicos, debido a que el
secado se realiza por congelación seguida de un
101
Actividad
Antioxidante
(μg eq.
Trolox/g de
B.E.L.)
(bh)a
5409,39
5354,27
Condiciones de Extracción: Etanol 45,48% (v/v),
7,5 ml/g m.p., 55,04ºC, 26,79min
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos fenólicos a partir de brácteas externas
de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
Al comparar los resultados obtenidos en la presente
investigación con los reportados por otros
investigadores como Llorach et al. (2002), Romani et
al. (2003) y Mabeau et al. (2005), se puede apreciar
que todas las características de los extractos
presentados difieren notablemente. Existen varias
causas que ocasionan esta diferencia, entre ellas la
procedencia de los extractos (distintos tipos de
residuos y de variedades de alcachofa) y las
diferentes condiciones de extracción (temperatura,
tiempo y tipo de disolvente). Estas afirmaciones
Tabla 13. Características del extracto óptimo.
Características evaluadas en el extracto optimo liofilizado
Contenido Fenólico del Extracto Hidroalcohólico Optimo
(mg eq. Ac.Clorog./100g de B.E.L.) (bs)
Contenido Fenólico del Extracto Óptimo Liofilizado (mg eq. Ac.Clorog./100g de B.E.L.)
(bs)
Porcentaje de Pérdidas Compuestos Fenólicos debido a la Liofilización (%)
Actividad Antioxidante del Extracto Hidroalcohólico Optimo (μg eq. Trolox/g de B.E.L.)
(bs)
Actividad Antioxidante del Extracto Optimo Liofilizado
(μg eq. Trolox/g de B.E.L.) (bs)
Porcentaje de Pérdidas Actividad Antioxidante de debido a la Liofilización (%)
Rendimiento de liofilización del extracto (g extracto liofilizado/100 g de residuo) (bh)
Contenido Fenólico en el Extracto Liofilizado (g eq. Ac. Clorog./100g de extracto
liofilizado) (bh)
Rendimiento Fenólico (g eq. Ac. Clogénico extraídos/100g de residuo) (bh)
Actividad Antioxidante en el Extracto Liofilizado (g eq. Trolox /100g de extracto
liofilizado) (bh)
Actividad Antioxidante Recuperada del Residuo (ug eq. Trolox/g de residuo) (bh)
encuentran justificación si se toma en cuenta lo
señalado por Cuvelier et al. (1996) y Hagerman et al.
(1998), citados por Moure et al. (2001), quienes
indican que la calidad de los extractos naturales y
suelo poder antioxidante de los mismos depende no
solo de la calidad original de la planta, el origen
geográfico, las condiciones climáticas, la fecha de
cosecha y almacenamiento, sino que también de los
factores tecnológicos, que afectan las características
de los antioxidantes provenientes de residuos. Del
mismo modo, Kähkönen et al. (1999), citados por
Moure et al. (2001), atribuyen que las diferencias que
puedan existir en las características antioxidantes de
extractos procedentes de residuos vegetales se deben
al tipo de residuo empleado (hojas, corteza, tallos,
semillas, cáscara, etc.).
4. Conclusiones
En la etapa del Screening, se demostró que las
cuatro variables estudiadas (composición del
disolvente, el tiempo, la temperatura y relación
disolvente/materia prima) afectan significativamente
(α = 0,05) el proceso de extracción. Los parámetros
establecidos como óptimos para la extracción de
compuestos fenólicos de las brácteas externas de
alcachofa escaldadas y licuadas (B.E.L.) fueron:
45,48% (v/v) de etanol en el disolvente, 55,04 ºC,
26,79 min y una relación disolvente/materia prima de
7,50 ml/g de B.E.L. El rendimiento de extracción
obtenido bajo las condiciones óptimas fue de 90,52 %
(p/p). La actividad antioxidante registrada para el
An cient. 69(4) 2008, pp. 90-105
Valores
encontrados
(promedio de tres
observaciones)
3147,82
3000,47
4,68
44805,56
42844,56
4,38
4,86
9,01
0,44
12,86
6242
extracto óptimo fue de 5354,26 μg eq. Trolox/g de
B.E.L. La cantidad de compuestos fenólicos y la
actividad antioxidante recuperados a partir de las
brácteas frescas de alcachofa, bajo las condiciones
óptimas fueron 0,44 g eq. Ác. Clorog. /100 g de
brácteas frescas (bh) y 6242 ug eq. Trolox/g de
brácteas frescas (bh), respectivamente. El contenido
fenólico, y actividad antioxidante se vieron reducidas
en un 4,68% y 4,38%, respectivamente, tras el
proceso de liofilización.
5. Referencias bibliográficas
ANDERSON, L.; DIBBLE, M.; MITCHELL, H. y
TURKKI, P. 1990. Nutrición y Dieta. Editorial
Interamericana. México. 280 p.
AGÜERO, M.; PEREDA, J.; ROURA, S.;
MOREIRA, M. y DEL VALLE, C. 2005. Sensory
and biochemical changes in Swiss chard (Beta
vulgaris) during blanching. Lebensm.-Wiss. u.Technol. Argentina. 38: 772-778.
AKTAŞ, N. 2005. Optimization of biopolymerization
rate by response surface methodology (RSM).
Enzyme and Microbial Technology. Turkey. 37:
441-447.
AOAC. Association of Official Analytical Chemist
International. 1995. Official Methods of Analysis.
16th. ed. Washington, D.C. 1105p.
ARTHEY, D. y DENNIS, C. 1992. Procesado de
Hortalizas. Editorial Acribia S.A. Zaragoza España. 332 p.
102
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
AYALA, J. y PARDO, R. 1995. Optimización por
Diseños Experimentales con Aplicaciones en
Ingeniería. A & B S.A. Lima. 270 p.
AYDEMIR, T. 2004. Partial purification and
characterization of polyphenol oxidase from
artichoke (Cynara scolymus L.) heads. Food
chemistry. Turkey. 87: 59-67.
BADUI, S. 1999. Química de los Alimentos.
Longman de México Editores, S.A. de C.V.
México D.F. 648 p.
BOX, G. y DRAPER, N. 1987. Empirical ModelBuilding and Response Surfaces. John Wiley &
Sons. Inc. New York – U.S.A. 669 p.
CACACE, J.E. y MAZZA, G. 2003. Mass transfer
process during extraction of phenolic compounds
from milled berries. Journal of Food Engineering.
Canadá. 59: 379-389.
CALDERÓN,
C.;
GUTARRA,
R.;
HUAMANCHAQUI,
J.;
INGA,
A.;
MARMANILLA, A. y VIZCARRA, H. 2001.
Manual de la Alcachofa. Instituto de Desarrollo
Andino del Perú - IDEA - PERU. Lima. 26 p.
CEVALLOS-CASALS,
B.
y
CISNEROSZEVALLOS, L. 2004. Stability of anthocyaninbased aqueous extracts of andean purple corn and
red-fleshed sweetpotato compared to synthetic and
natural colorants. Food Chemistry. U.S.A. 86: 6977.
CEVALLOS-CASALS,
B.
y
CISNEROSZEVALLOS, L. 2003. Stoichiometric and kinetics
studies of phenolics antioxidants from andean
purple corn and red-fleshed sweetpotato. J. Agric.
Food Chem. U.S.A. 51(11): 3313-3319.
CRONQUIST, A. 1981. An Integrated System of
Classification of Flowering Plants. Columbia
University PRESS. New York – U.S.A. 1262 p.
DAVELOUIS, J.; NAJAR, F.; OLIVEROS, V. y
PASTOR, P. 2002. Propuesta de un plan HACCP
y estimación de los costos para su implementación
en la línea de corazones de alcachofa congelados
para la empresa Frozen Vegetables S.A. Tesis UNALM. Lima.
DESROSIER, N. 1971. Conservación de Alimentos.
Tercera edición. Compañía Editorial Continental
S.A. de C.V. México, D.F. 468 p.
FAO/LATINFOODS. 2002. Tabla de Composición
de Alimentos de América Latina. Disponible en:
http://www.rlc.fao.org/bases/alimento.
FELLOWS, P. 1994. Tecnología del Procesado de los
Alimentos: Principios y Prácticas. Editorial Acribia
S.A. Zaragoza - España. 549 p.
GAO, Y. y JIANG, H. 2005. Optimization of process
conditions to inactivate Bacillus subtilis by high
hydrostatic pressure and mild heat using response
surface methodology. Biochemical Engineering
Journal. China. 24: 43-48.
GARCÍA, B. 2005. Absorción in vivo de oligómeros
de epicatequina. Tesis doctoral. Universidad
Rovira i Virgili. Tarragona - España.
GARCIA, R. 1988. Horticultura. Segunda Edición.
SALVAT Editores S.A. Barcelona - España. 411 p.
103
BERGERET, G. 1963. Conservas Vegetales: Frutas y
Hortalizas. Segunda edición. SALVAT Editores
S.A. Barcelona – España. 570 p.
BILLOT, J. 2002. El pardeamiento enzimático. En:
TIRILLY, Y. y BOURGEOIS, C. Tecnología de
las Hortalizas. Primera edición. Editorial Acribia
S.A. Zaragoza - España. 233-251 p.
GEANKOPLIS C. J. 1998. Procesos de Transporte y
Operaciones Unitarias. Tercera edición. Compañía
Editorial Continental S.A. de C.V. México, D.F.
1008 p.
GIL, M.; TOMÁS-BARBERÁN, F.; HESS-PIERCE,
B. y KADER, A. 2002. Antioxidant capacities,
phenolic compounds, carotenoids, and vitamin C
contents of nectarine, peach, and plum cultivars
from California. J. Agric. Food Chem. Spain.
50(17): 4976-4982.
GIL-IZQUIERDO,
A.;
CONESA,
M.A.;
FERRERES, F. y GIL, M.I. 2002. Influence of
modified atmosphere packaging on quality, vitamin
C and phenolic content of artichokes (Cynara
scolymus L.). Eur Food Res Technol. Spain. 215:
21-27.
GUNAWAN, E. R.; BASRI, M.; RAHMAN, M.;
SALLEH, A. B. y RAHMAN, R. 2005. Study on
response surface methodology (RSM) of lipasecatalyzed synthesis of palm-based wax ester.
Enzyme and Microbial Technology. Malaysia.
37(7): 739-744.
HÄKKINEN, S. 2000. Flavonols and phenolic acids
in berries and berry products. Tesis Doctoral.
University of Kuopio. Finland.
HEMEDA, H.M. y KLEIN, B.P. 1990. Efects of
naturally occurring antioxidants on peroxidase
activity of vegetable extracts. Journal of Food
Science. U.S.A. 55(1): 184-185.
HERODEŽ, Š.; HADOLIN, M.; ŠKERGET, M. y
KNEZ, Ž. 2003. Solvent extraction study of
antioxidants from Balm (Melissa officinalis L.)
leaves. Food Chemistry. China. 80: 275-282.
IHL, M.; MONSALVES, M. y BIFANI, V. 1998.
Chlorophyllase inactivation as a measure of
blanching efficacy and colour retention of
artichokes (Cynara scolymus L.). Lebensm.-Wiss.
u.-Technol. Chile. 31(1): 50–56.
KAUR, CH. y KAPOOR, H. 2001. Antioxidants in
fruits and vegetables - the millenium´s health.
International Journal of Food Science and
Technology. India. 36: 703-725.
KUEHL, R. 2001. Diseño de Experimentos.
Principios Estadísticos para el Análisis y Diseño de
Investigaciones. Segunda Edición. Editorial
Thomson -Learning. México D.F. 666p.
KWON, J.; BÉLANGER, J. y PARÉ, J. 2003.
Optimization of microwave-assisted extraction
(MAP) for ginseng components by response
surface methodology. J. Agric. Food Chem. Korea.
51(7): 1807-1810.
Optimización de parámetros físico-químicos en la extracción de compuestos fenólicos a partir de brácteas externas
de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad green globe, aplicando la metodología de superficie de respuesta
LAGO, S.; GARZÓN, B.; CALERO, S. y VEGA, C.
1997. Accurate simulations of the vapor-liquid
equilibrium of important organic solvents and other
diatomics. The Journal of Physical Chemistry. 101:
6763-6771.
LIU, F.; ANG, C. y SPRINGER, D. 2000.
Optimization of extraction conditions for active
components in Hypericum perforatum using
response surface methodology. J. Agric. Food
Chem. Germany. 48(8): 3364-3371.
LIYANA-PHATIRANA, CH. y SHAHIDI, F. 2005.
Optimization of extraction of phenolic compounds
from wheat using response surface methodology.
Food Chemistry. Canada. 93: 47-56.
LLORACH, R.; ESPÍN, J. C.; TOMÁSBARBERÁN, F. y FERRERES, F. 2002.
Artichoke (Cynara scolymus L.) byproducts as a
potencial source of health-promoting antioxidant
phenolics. J. Agric. Food Chem. Spain. 50(12):
3458-3464.
LÓPEZ-MOLINA, D.; HINER, A.; TUDELA, J.;
GARCÍA-CÁNOVAS, F. y RODRÍGUEZLÓPEZ, J. 2003. Enzymatic removal of phenols
from aqueous solution by artichoke (Cynara
scolymus L.) extracts. Enzyme and Microbial
Technology. Spain. 33: 738–742.
MABEAU, S.; BATY-JULIEN, C.; CHODOSAS,
O.; SURBLED, M.; METRA, P.; DURAND, D.;
MORICE, G.; CHESNE, C. y MEKIDECHE, K.
2005. Antioxidant activity of artichoke extracts and
by-products. Bretagne Biotechnologie Végétale Research Center for Plant Breeding, Biotechnology
and Quality. St Pol de Léon, France.
MARCO, E. 1999. Perfil del Mercado para la
Alcachofa. Comisión para la Promoción de
Exportación – PROMPEX. Lima. 24 p.
MONTGOMERY, D. 2002. Diseño y Análisis de
Experimentos. Segunda Edición. Editorial Limusa,
S.A. de C.V. México, D.F. 589 p.
MORALES, E. 2003. Optimización de los
parámetros fisicoquímicos para la extracción
alcalina de proteínas de hígado de bovino,
aplicando el método de superficie de respuesta.
Tesis. UNALM. Lima.
MORTENSEN, E. y BULLARD, E. 1971.
Horticultura Tropical y Subtropical. Centro
Regional de Ayuda Tecnológica. Segunda Edición.
Agencia para el Desarrollo Industrial - AID.
México D. F. 182 p.
MOURE, A.; CRUZ, J.; FRANCO, D.;
DOMINGUEZ, J.; SINEIRO, J.; DOMINGUEZ,
H.; NÚÑEZ, M. J. y PARAJÓ, J.C. 2001. Natural
antioxidants from residual sources. Food
Chemistry. Spain. 72: 145-171.
MULINACCI, N.; PRUCHER, D.; PERUZZI, M.;
ROMANI, A.; PINELLI, P.; GIACCHERINI, C. y
VINCIERI, F. 2004. Comercial and laboratory
extracts from artichoke leaves: estimation of
caffeoyl esters and flavonoidic compounds content.
Journal of Pharmaceutical and Biomedical
Analysis. Italy. 34: 349-357.
An cient. 69(4) 2008, pp. 90-105
NACZK, M. y SHAHIDI, F. 2004. Extraction and
analysis of phenolics in food. Journal of
Chromatography A. Canada. 1054: 95-111.
NICOLI, M.; ANESE, M. Y PARPINEL, M. 1999.
Influence of processing on the antioxidant
properties of fruit and vegetables. Trends in Food
Science and Technology. Italy. 10(3): 94-100.
NINDO, C.; SUN, T.; WANG, S.; TANG, J. y
POWERS, J. 2003. Evaluation of drying
technologies for retention of physical quality and
antioxidants in asparagus (Asparagus officinalis,
L.). Lebensm.-Wiss. u.-Technol. U.S.A. 36: 507–
516.
PELLATI, F.; BENVENUTI, S.; MAGRO, L.;
MELEGARI, M. y SORAGNI, F. 2004. Analysis
of phenolic compounds and radical scavenging
activity of Echinacea spp. Journal of
Pharmaceutical and Biomedical Analysis. Italy. 35:
289-301.
PLUMB, G.; PRICE, K.; RHODES, M. y
WILLIAMSON, G. 1997. Antioxidant properties
of the major phenolic compounds in broccoli. Free
Rad. Res. UK. 27(4): 429-435.
POTTER, N. 1995. Ciencia de los Alimentos.
Editorial Acribia S.A. Zaragoza - España. 667p.
PRIGENT, S.; GRUPPEN, H.; VISSER, A.; VAN
KONINGSVELD, G.; JONG, G. y VORAGEN, A.
2003. Effects of non-covalent interactions with 5O-caffeoylquinic acid (chlorogenic acid) on the
heat denaturation and solubility of globular
proteins. J. Agric. Food Chem. The Netherlands.
51(17): 5088-5095.
PRIMO, E. 1997. Química de los Alimentos.
Editorial Síntesis S.A. Madrid. 461 p.
PRIOR, R. y CAO, G. 2000. Antioxidant
phytochemicals in fruits and vegetables: diet and
health implications. HortScience. 35(4): 588-592.
ROBARDS, K.; PRENZLER, P.; TUCKER, G.;
SWATSITANG, P. y GLOBER, W. 1999.
Phenolic compounds and their role in oxidative
processes in fruits. Food Chemistry. Australia. 66:
401-436.
ROBLES, F. 2001. La Alcachofa: Nueva Alternativa
para la Agricultura Peruana. Comisión para la
Promoción de Exportación – PROMPEX. Lima. 43
p.
RODRÍGUEZ DE SOTILLO, D.; HADLEY, M. y
HOLM, E. 1994. Phenolics in aqueous potato peel
extract: extraction, identification and degradation.
Journal of food science. U.S.A. 59(2): 649-651.
ROMANI, A.; PINELLI, P.; CANTINI, C.;
CIMATO, A. y HEIMLER, D. 2003.
Characterisation of Violetto di Toscana, a typical
italian landrace of artichoke (Cynara scolymus L.).
Department of Soil Science and Plant Nutrition,
University of Florence. Florence – Italy.
SALAZAR, L. 2006. Optimización del nivel de
sustitución de tejido graso de cerdo por inulina en
la formulación de un paté bajo en grasa. Tesis.
UNALM. Lima.
104
Melissa Coronado C., Marcial Silva J.
SHARAF-ELDIN, M. 2002. Studies on the Effect of
Some Agricultural Treatments on Growth and
Productivity of Artichoke (Cynara cardunculus var.
scolymus (L.) Fiori) and their Relation to Earliness
and Physical and Chemical Characters of Heads.
Egyptian Journal of Biology. Germany. :4.
SHÜTZ, K.; KAMMERER, D.; CARLE, R. y
SCHIEBER, A. 2004. Identification and
Quantification of Caffeoylquinic Acids and
Flavonoids from Artichoke (Cynara scolymus, L.)
Heads, Juice and Pomace by HPLC-DADESI/MSn. J. Agric. Food Chem. Germany 52:
4090-4096.
SILVA, A.; DELERUE-MATOS, C. y FIÚZA, A.
2005. Use of solvent extraction to remediate soils
contaminated with hydrocarbons. Journal of
Hazardous Materials. Portugal. B124: 224–229.
TAPIERO, H.; TEW, K.; NGUYEN, G. y MATHÉ,
G. 2002. Polyphenols: do they play a role in the
prevention of human pathologies?. Biomed
Pharmacother. U.S.A. 56: 200-207.
105
TOMÁS-BARBERÁN, F y ESPÍN, J. C. 2001.
Phenolic compounds and related enzimes as
determinants of quality in fruits and vegetables. J.
Sci. Food Agric. Spain. 81: 853-876.
WANG, S.; POWERS, J.; TANG, J. y NINDO,
C. 2003a. The influence of thermal treatments on
antioxidant activity of asparagus [resumen]. En:
IFT Annual meeting book of abstracts. Food
Engineering:
Thermal processes; 2003 Junio 13-16; Chicago.
Chicago, IL: Institute of Food Technologists.
Resumen 29D-22.
WANG, M.; SIMON, J.; AVILES, I.; HE, K.;
ZHENG, Q. y TADMOR, Y. 2003b. Analysis of
antioxidative phenolic compounds in artichoke
(Cynara scolymus L.). J. Agric. Food Chem.
U.S.A. 51(3): 601-608.
WETTASINGHE, M. Y SHAHIDI, F. 1999. Evening
primrose meal: a source of natural antioxidants and
scavenger of hydrogen peroxide and oxygenderived free radicals. J. Agric. Food Chem.
Canada. 47: 1801-1812.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 08/02/2007
Aceptado: 14/07/2008
Determinación de la máxima retención de ácido ascórbico del Aguaymanto
(Physalis peruviana, Linaeus, 1753) en almíbar aplicando el método superficie
de respuesta
Christian Encina Z. 1, Milber Ureña P. 2
Resumen
Se determinaron parámetros de pH del almíbar (3,0) y de temperatura del tratamiento térmico (93 °C) que hacen
máxima la retención de ácido ascórbico en la conserva de aguaymanto (Physalis peruviana) en almíbar, mediante la
aplicación del método de superficie de respuesta ( =0,05). Se ensayó con frutos provenientes del valle del Mantaro
(Huancayo, Perú). Así mismo, se realizó la evaluación del tratamiento térmico en la que se determinaron las
características de penetración de calor en el punto de más lento calentamiento (a 4,8 cm de la base del envase)
encontrándose los siguientes resultados: fh = 8,14 minutos, jh = 1,59; Tpsih = 26,36 °C, fc = 6,54 minutos, jc = 1,57 y
Tpsic = 145,52 °C y los tiempo de procesamiento, mediante el método de Stumbo, a las temperaturas de 90, 93, 95 y
100 °C, encontrándose los tiempos de 20,90; 13,98; 11,52 y 8,07 minutos respectivamente, para obtener en todos los
casos un mismo valor de Po = 5 minutos.
Palabras clave: Aguaymanto, superficie de respuesta, ácido ascórbico, Stumbo.
Abstract
Parameters of pH value in the syrup (3,0) and of temperature of heat treatment (93°C) were determined, which make
the highest retention of ascorbic acid in the canned good of golden-berry (Physalis peruviana) in syrup, by using of
Surface Response´s method ( =0,05). An array was carried out with fruits from the Mantaro´s valley (HuancayoPeru). Likewise the evaluation of the heat treatment was made, in which the characteristics of heat penetration were
determined in the point of slower heating (4,8 cm of the base of the glass package) finding the following results: fh
= 8,14 minutes, jh = 1,59; Tpsih = 26,36°C, fc = 6,54 minutes, jc = 1,57 and Tpsic = 145,52°C and the time of
processing, by using of the Stumbo´s method, to the temperatures of 85, 90, 93, 95 and 100°C, finding the periods of
29,69; 20,90; 13,98; 11,52 and 8,07 minutes respectively, to obtain in all the cases a same value of P o = 5 minutes.
Key words: Aguaymanto, response surface methodology, ascorbic acid, Stumbo.
1. Introducción
El aguaymanto (Physalis peruviana), uchuva,
uvilla o también conocida como golden berry
(Alarcón,
2002),
está
siendo
introducido
paulatinamente en el mercado internacional
principalmente por su sabor y características
medicinales. En el Perú, según Bernal (1986), se
cultiva principalmente en los departamentos de
Cajamarca, Junín y Cusco. En otras zonas, como en
el valle del Mantaro, se les conoce como capulí.
Según el MINAG (2005), posee de 20 – 40 mg
vitamina C/100 g, provitamina A (3 000 U.I. de
caroteno por 100 g) y vitaminas del complejo B. La
proteína (0,3%) y el fósforo (0,55 mg/100 g) que
contiene son excepcionalmente altos para una fruta.
A pesar de estas cualidades el cultivo de aguaymanto
no se ha desarrollado mucho en el Perú,
restringiéndose a cantidades mínimas que sólo se
expenden en las ferias locales. El desarrollar nuevas
propuestas para su procesamiento puede propiciar su
revalorización y producción a mayor escala, además,
de poner al alcance de las personas sus propiedades
nutritivas y medicinales.
1
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional
Agraria La Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
2
Facultad de Industrias Alimentarias, Universidad Nacional
Agraria La Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
2. Materiales y métodos
2.1 Lugar de ejecución
El presente trabajo de investigación se realizó en
los laboratorios de Físico-Química, Instrumentación y
Biotecnología, Microbiología y Planta Piloto de
Alimentos, de la Facultad de Industrias Alimentarias
de la Universidad Nacional Agraria La Molina.
2.2 Materiales y equipos
2.2.1 Materia prima
Aguaymanto (Physalis peruviana) procedente del
Valle del Mantaro.
2.2.2 Insumos y envases
- Azúcar blanca refinada.
- Envases de vidrio de 393 ml de capacidad (C-246)
con tapas metálicas F.P. de 63 mm.
- Ácido cítrico grado alimentario con 99,5% de
pureza.
2.2.3 Equipos de laboratorio
- Autoclave vertical (modelo 12AA10, Serie 67013)
de fabricación nacional.
- Sistema DATATRACE TEMP SYSTEM, el cual
está comprendido por:
- Un dispositivo que registra la temperatura y el
tiempo, llamado TRACER MICROPACK .
- Un módulo PC Interface utilizado para programar y
leer los tracers.
- Software Datatrace para Windows 95 .
Christian Encina Z., Milber Ureña P.
2.2.4 Reactivos
- Fenolftaleína.
- 2,6 Diclorofenol-indofenol.
- Ácido ascórbico estándar.
- Reactivos diversos referidos en los métodos de
análisis químicos y físico-químicos.
2.3 Métodos de análisis
2.3.1 Análisis fisicoquímicos
- Proximal: análisis de humedad, proteína, grasa,
fibra, ceniza, acidez total, pH, sólidos solubles
(AOAC, 1995).
- Azúcares reductores. Método de Ross (AOAC,
1995).
- Índice de madurez (ICONTEC, 1999).
- Ácido ascórbico (AOAC, 1995).
2.3.2 Análisis físicos
- Tamaño y peso (ITINTEC, 1993; ICONTEC,
1999).
- Medición del peso bruto, peso neto y peso
escurrido (AOAC, 1995).
- Medición del volumen de líquido de gobierno
(AOAC, 1995).
- Medición del vacío (AOAC, 1995).
2.3.3 Análisis microbiológicos
- Recuento total de microorganismos aerobios
(ICMSF, 2000).
- Recuento total de mohos y levaduras (ICMSF,
2000).
2.4 Metodología experimental
Para lograr los objetivos planteados se siguieron las
etapas que se presentan en la Figura 1.
2.4.1 Etapa 1: Caracterización de la materia
prima
- Análisis físico-químico
Se determinó la composición físico-química de los
frutos mediante análisis proximal, determinación de
ácido ascórbico, pH, azúcares reductores, sólidos
solubles y acidez total.
- Análisis físico
Se determinó las características más apropiadas
para el fruto como materia prima para la elaboración
de su conserva en almíbar, según Norma Técnica
NTC 4580 (Icontec, 1999).
- Análisis microbiológico
Se realizó un análisis microbiológico de la materia
prima antes de su ingreso al tratamiento térmico. El
cálculo de este valor dio a conocer el grado de
contaminación microbiana de la materia prima y, a
partir de él, se determinó el valor del tiempo de
tratamiento térmico (Po o UP) requerido para el
procesamiento de la conserva en almíbar; para tal fin
se determinó la cantidad total de mohos (ICMSF,
2000).
2.4.2 Etapa 2: Determinación de las
características de penetración de calor y del
tratamiento térmico
107
- Determinación del punto más frío
Se halló el punto de más lento calentamiento del
autoclave al colocarse sensores en su centro
geométrico y en tres posiciones diferentes en función
de su altura. Asimismo, el punto más frío en la
conserva al colocar los tres sensores en diferentes
posiciones en el envase: en el centro geométrico, a ⅓
de la base y en un punto equidistante entre los dos
anteriores, y someterla a un tratamiento térmico
estándar de 100 °C por 15 minutos. Mediante el
análisis de los datos de temperatura y tiempo
registrados por el sensor, se consideró el punto más
frío el que tuvo mayor valor de fh, según lo
recomendado por Ball y Olson (1957).
- Determinación de los parámetros de penetración
de calor
Posteriormente el producto se trató térmicamente a
una temperatura de 100 °C por quince minutos,
registrándose los datos de tiempo-temperatura del
punto de calentamiento más lento determinado
anteriormente, esta prueba se realizó por duplicado.
Con los datos obtenidos, se graficaron las curvas de
calentamiento y enfriamiento, a partir de las cuales se
determinó: la inversa de la pendiente de la curva de
calentamiento (fh); la inversa de la pendiente de la
curva de enfriamiento (fc); la temperatura
pseudoinicial
de calentamiento (Tpsih); la
temperatura pseudoinicial de enfriamiento (Tpsic); el
factor de retraso en el calentamiento (j h) y el factor de
retraso en el enfriamiento (jc).
- Determinación del tiempo de tratamiento térmico
“Po” requerido
Con todos los datos de temperatura inicial de la
conserva; fh; jh; jc; temperatura del autoclave; tiempo
de levante “CUT”; temperatura del agua de
enfriamiento; carga microbiana inicial; probabilidad
de carga microbiana final; Z; D93,3°C = 1 min
(Byssochamys fulva) se realizan los cálculos de los
tiempos de procesamiento aplicando el método de
Stumbo (1973). El “Po” deseado a la temperatura de
referencia (93,3 °C), fue determinado en función a la
cantidad de microorganismos iniciales y al nivel de
reducción requerido (Ranganna, 1977). Para su
determinación se tomó el recuento total de hongos
realizado en la caracterización microbiológica de la
materia prima. Posteriormente se hallo los tiempos
equivalentes necesarios para diferentes temperaturas
de tratamiento térmico (90; 93,3; 95 y 100 ºC)
aplicando el método descrito por Stumbo (1973).
2.4.3 Etapa 3: Optimización de la retención
de ácido ascórbico durante la elaboración de
la conserva de aguaymanto en almíbar
Determinación de la máxima retención de ácido ascórbico del aguaymanto (Physalis peruviana, Linaeus, 1753) en
almíbar aplicando el método superficie de respuesta
Conocidos los parámetros de penetración de calor y
con los reportados por Encina (2005), se maximizó la
retención de ácido ascórbico aplicando el método de
superficie de respuesta con los factores pH del
almíbar y temperatura del tratamiento térmico, según
diseño experimental propuesto.
2.5 Diseños
estadístico
experimentales
y
análisis
En la etapa tercera, la optimización mediante
superficie de respuesta (p<0,05) se realizó aplicando
el arreglo factorial 3n, donde n es el número de
factores que afectan significativamente la retención
del ácido ascórbico (n=2) y 3 es el número de niveles
a ensayar por factor (Tabla 1 y 2). Según Encina
(2005), los niveles con mayor valor de ETA (relación
entre los factores de control y factores de ruido)
fueron considerados como los valores intermedios del
factorial para la optimización del proceso. Es así que
la selección de la formulación óptima de la
conserva de aguaymanto en almíbar se basó en el
criterio “mayor es mejor” (a mayor cantidad de ácido
ascórbico, el producto final es mejor) del método
Taguchi.
CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA
- Análisis físico-químico y microbiológico.
- Determinación de la cantidad de ácido ascórbico.
- Caracterización física, según la norma NTC 4580 e
ITINTEC (1993).
DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS
DE PENETRACIÓN DEL CALOR Y EVALUACIÓN
DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
- Determinación del punto más frío.
- Determinación de los parámetros del proceso.
- Determinación del tiempo de tratamiento térmico (Po o
UP) requerido.
OPTIMIZACIÓN DE LA RETENCIÓN DE ÁCIDO
ASCÓRBICO DURANTE LA ELABORACIÓN DE LA
CONSERVA DE AGUAYMANTO EN ALMÍBAR
Repeticiones
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Temperatura
(°C)
100
90
90
95
100
95
95
100
90
100
90
90
95
100
95
95
100
90
pH
2
2,5
2
2,5
2,5
2
3
3
3
2
2,5
2
2,5
2,5
2
3
3
3
El análisis de los resultados obtenidos de la
aplicación de dicho método pueden ser interpretados
de la siguiente manera: El factor pH del almíbar tuvo
una de los dos más altos valores de ETA
significativos, correspondiendo el menor valor para el
nivel de pH evaluado (2,5). Así también, el factor
temperatura del tratamiento térmico tuvo el segundo
mayor valor de ETA significativo, correspondiéndole
al nivel mayor (95 °C), siendo por ello elegidos
ambos como variables en la optimización posterior
(Encina, 2005). Las pruebas se hicieron por
duplicado. Para el tratamiento de los resultados
experimentales se utilizó el paquete estadístico
Statgraphic .
En la Figura 2 se presenta el esquema experimental
utilizado los factores pH del almíbar y temperatura
del tratamiento térmico como las variables, que según
el Screaning realizado por el método Taguchi, fueron
las más significativas, y con ellas, lograr la
maximización del ácido ascórbico en la conserva de
aguaymanto en almíbar.
- Determinación de la combinación de las variables del
proceso tecnológico que hace mínima la pérdida de ácido
ascórbico en la elaboración de la conserva de
aguaymanto en almíbar.
Figura 1. Etapas de la investigación.
Tabla 1. Niveles de factores para la optimización
de la retención de ácido ascórbico en la conserva
de Aguaymanto en almíbar.
Nivel
Temperatura del
tratamiento térmico (°C)
-1
0
1
90
95
100
pH del almíbar
2
2,5
3
Tabla 2. Arreglo factorial 32x2, empleado para el
método de superficie de respuesta.
An cient. 69(4) 2008, pp. 106-114
Figura 2. Esquema experimental para la
maximización de la retención del ácido ascórbico
en el Aguaymanto en almíbar aplicando superficie
de respuesta.
108
Christian Encina Z., Milber Ureña P.
3. Resultados y discusión
3.1 Caracterización de la materia prima
3.1.1 Análisis proximal
Los resultados de la composición físico-química
del aguaymanto se presentan en la Tabla 3. Los
contenidos de proteínas y grasa son relativamente
bajos, de 1,2 g/100 g de fruto y 0,2 g/100 g de fruto
respectivamente. Al respecto Davies y Albrigo
(1994), señalan que los frutos en especial los que
poseen características cítricas tienen un bajo
contenido de proteína y de grasa, dentro de los cuales
se puede considerar al aguaymanto.
El contenido de carbohidratos totales (14,9 g/100 g
de fruto) son menores a los reportados por Tapia
(2000), pero están dentro del rango de contenido de
glúcidos presentados por la Comunidad Andina
(2004) y Bernal (1986). Davies y Albrigo (1994)
señalan que los carbohidratos en los frutos
especialmente los que poseen características cítricas
están conformados por monosacáridos (glucosa y
fructosa). Morín et al. (1985) indican que la cantidad
de sólidos solubles que contiene el jugo de una fruta
cítrica es también un índice del grado de madurez de
la misma. La Norma Técnica de Colombia del
Aguaymnato (Icontec, 1999) establece como un
grado Brix mínimo para el estado de madurez
intermedia (“color dos y tres”) de entre 13,2 y 14,1.
El porcentaje de sólidos solubles promedio que se
encontró fue de 12,5; valor menor a lo reportado y
que posiblemente sea por la diferencia entre ecotipos
de Colombia y el proveniente del valle del Mantaro.
Tabla 3. Composición físico-química del
aguaymanto (Physalis peruviana) por 100 g de
parte comestible.
Componentes
Cantidad
Humedad (%)
Proteína (g)
Grasa (g)
Carbohidratos totales (g)
Fibra (g)
Ceniza (g)
Acidez total
(g ácido cítrico/100 g de fruto)
pH
Sólidos Solubles (grados Brix)
Azúcares Reductores (g)
Índice de madurez
(Sólidos solubles/Acidez total)
Ácido Ascórbico
(mg/100 g de fruto)
80,8 ± 0,02
1,2 ± 0,01
0,2 ± 0,01
14,9 ± 0,01
1,78 ± 0,02
1,12 ± 0,01
2,28 ± 0,03
4,08 ± 0,01
12,5 ± 0,05
2,52 ± 0,04
5,48 ± 0,02
28,55 ± 0,10
3.1.2 Análisis Físico
Se trabajó con aguaymanto del tamaño y grado de
madurez más uniforme posible en función a las
especificaciones de la NTC 4580 (Icontec, 1999), la
importancia de esta selección y clasificado de la
materia prima es que en el proceso del tratamiento
térmico se busca que el producto sea uniforme, de tal
forma que la transferencia de calor sea lo más
homogénea posible, además, de dar una mejor
presentación del producto envasado. Al respecto
Hernández (1993), indica que es necesario conocer
109
las dimensiones del producto con los que se trabaja
en procesamiento de conservas y, mientras, su forma
sea mas homogénea será más fácil asumir modelos
matemáticos y con ello facilitar la cuantificación del
tratamiento térmico. El peso es una característica que
también se debe tomar en cuenta, pues influye en la
gravedad específica y por ende en la transferencia de
calor, puesto que los trozos de mayor peso se
sumergen al fondo del envase y los livianos se
quedan en la parte superior, lo que trae consigo una
transferencia de calor no uniforme (Obregón, 2001).
Adicionalmente se trabajó con aguaymantos cuyo
diámetro promedio fue de 18,6 mm que de acuerdo
con las Normas Icontec (1999) corresponden al
calibre C, cuyo rango está entre 18,1 a 20 mm. De
acuerdo con Davies y Albrigo (1994), el tamaño de la
fruta está en función de varios factores, que incluyen
el cultivar, la carga de cosecha y las prácticas
culturales, tales como el riego y la nutrición.
3.1.3 Análisis microbiológico
El
análisis
microbiológico
efectuado
al
aguaymanto fresco dio como resultado un valor 350
ufc/g de bacterias mesófilas aeróbias totales y 1020
ufc/g de hongos totales. Estos análisis se efectuaron
con la finalidad de conocer el grado de
contaminación microbiana que posee la materia
prima y, a partir del dato de hongos en la materia
prima, parámetros cinéticos del microorganismo
referencia para frutas en almíbar (Byssochlamys
fulva) y los datos de penetración de calor en el
aguaymanto en almíbar, determinar el valor del “P”
(UP) requerido para el procesamiento de la conserva
en almíbar.
Análisis similares fueron efectuados en olluco,
mandarina y habas. Para el caso del olluco, Mendoza
(1993) encontró una carga microbiana total de 35 000
ufc/g, como se puede apreciar es un valor muy alto
con respecto al encontrado para el aguaymanto, esto
es debido a que el olluco no tiene ninguna protección
o cáscara como es el caso del segundo. En mandarina
Obregón (2001), encontró un valor de 3163 ufc/g
como carga microbiana inicial, un valor mucho
menor al del olluco, y esto se debe a que el análisis se
realizó sobre los gajos del fruto luego de pelarlos.
Condori (2002), encontró un valor de 1010 ufc/g
como carga microbiana total en las habas verdes,
dando por razón las dos cáscaras que envuelven la
parte comestible de éste.
3.2 Determinación de las características de
penetración de calor y evaluación del
tratamiento térmico
3.2.1 Determinación del punto más frío del
autoclave y en la conserva
En la Tabla 4 se presentan los resultados de la
determinación del punto más frío del autoclave (o
llamada también retorta, es un equipo donde se
realiza el tratamiento térmico para productos
envasados) así como el punto más frío en la conserva
del aguaymanto en almíbar (envases de vidrio C-246)
de 393 ml de capacidad, en base a los valores fh de la
curvas de calentamiento de los puntos analizados. La
Determinación de la máxima retención de ácido ascórbico del aguaymanto (Physalis peruviana, Linaeus, 1753) en
almíbar aplicando el método superficie de respuesta
curva correspondiente al punto ubicado en la parte
superior del autoclave es la que presenta un
calentamiento más lento (Figura 3). En la Figura 4 se
observa que el punto equidistante fue el de más lento
calentamiento.
Casp y Abril (1999), reportan que en los productos
que se calientan por convección, en envases
cilíndricos, el punto crítico se sitúa en el eje
longitudinal a un quinto de la altura, medido de la
base y en los que se calientan por conducción, el
punto crítico se localiza en el centro geométrico de su
masa. Así mismo, Stumbo (1973) hace referencia que
en productos que se calientan por convección el
punto de calentamiento más frío se encuentra sobre el
eje vertical ligeramente más abajo del centro
geométrico.
Sin
embargo,
la
temperatura
correspondiente al centro geométrico se considera
bastante aproximada al promedio efectivo del envase.
Por las referencias anteriormente expuestas y por el
resultado obtenido en la presente investigación, se
puede concluir que el aguaymanto en conserva
presentan un calentamiento por conducción y
convección, puesto que el punto de más lento
calentamiento se encuentra en el punto equidistante
entre el 1/3 de la base, como lo afirman Nickerson y
Sinskey (1978) y Casp y Abril (1999); y es el centro
geométrico tal como señala Stumbo (1973), para este
tipo de calentamientos, lo cual se puede deber a la
composición, por una parte el sólido (aguaymanto) y
por otro el líquido (almíbar).
Tabla 4. Valores de fh para la determinación de los
puntos más fríos del autoclave y de la conserva de
aguaymanto en almíbar.
En el
Autoclave
En la
Conserva
Ubicación donde se realizó la
fh (min)
medida
Punto superior
13,09
Punto medio
12,92
Punto inferior
11,21
Punto equidistante (a 4,8 cm de
10,83
la base)
A 1/3 de la base (a 3,8 cm)
9,72
En el centro geométrico (a 5,8
8,50
cm)
Figura 4. Determinación del punto más frío en
la conserva de aguaymanto en almibar en envases
de vidrio 393 ml.
3.2.2 Determinación de los parámetros de
penetración de calor
Las curvas de calentamiento y enfriamiento
obtenidas por regresión lineal (R2=0,99), fueron
utilizadas para determinar los parámetros de
penetración de calor que se presentan en la Tabla 5.
Tales parámetros se obtienen después de igualar
ecuaciones, y despejarlas en función al intercepto y la
pendientes de las curvas de regresión (Figuras 5 y 6)
ya sea, por ejemplo, para la curva de calentamiento
(Figura 5) la ecuación de regresión es: Log (Tr-T) = 0,1229 (Tiempo) + 1,8671; donde el valor de fh es
igual a la inversa negativa de la pendiente (-1/0,1229) y el valor de Log (Tr-Tpsih) es igual al
intercepto (1,867), donde después de aplicar la teoría
de logaritmos y conociendo el valor de Tr que es
conocido, se puede obtener el valor de Tpsih; de
forma análoga se realiza el análisis para la curva de
enfriamiento.
En la Tabla 5 se puede observar los valores de fh y
fc presentan una diferencia de 1,6 minutos que
representa un 19,66% con respecto al valor de fh. Al
respecto Stumbo y Longley (1966) indican que el
valor de fh igualaría exactamente el valor de fc en el
caso de existir una convección o conducción pura,
pero recomiendan que para la mayoría de los
procesos debe asumirse que fc = fh y que cuando se
note una variación mayor del 20% entre ellos, debe
emplearse el método general para evaluar el proceso.
Por otro lado Jen et al. (1971), señalan que fh será
siempre igual a menos que haya un cambio
significativo en la difusividad térmica del producto
durante el proceso, además indican que si este
cambio tuviera lugar tendría que ser bastante grande,
más de 10 ó 20 minutos, para influir
significativamente en las relaciones fh/U:g.
3.2.3
Determinación
del
tiempo
tratamiento térmico “Po” requerido
de
Al obtener una carga microbiana inicial de 1020
ufc/g en la materia prima, y estimar una reducción
Figura 3. Determinación del punto más frío del
autoclave.
An cient. 69(4) 2008, pp. 106-114
probable de 0,01 ufc/g, se obtuvo un valor de
P938,,93 CC
=
110
Christian Encina Z., Milber Ureña P.
UP938,,93 CC
= 5 minutos. Este valor está de acuerdo con lo
reportado por Ranganna (1977), quien indica un nivel
Tabla 5. Parámetros de las curvas de
calentamiento y enfriamiento de la conserva de
aguaymanto en almíbar.
Parámetros de
Parámetros de
calentamiento
enfriamiento
fh
= 8,14 min
Tpsih = 26,36°C
jh = 1,59
To = 53,6°C
fc
= 6,54 min
Tpsic = 145,52°C
jc
= 1,57
Tg = 99,1°C
CUT = 4,0 min; temperatura del agua de enfriamiento
= 20 °C; carga microbiana inicial = 1 020 UFC./g; j h
= 1,59, probabilidad de carga microbiana final =
1x10-2; jc = 1,57; Z = 8,9 °C; D93,3°C = 1 min
(Byssochamys fulva) se realizan los cálculos de los
tiempos de procesamiento aplicando el método de
Stumbo (1973). Para los cálculos se consideró que el
valor de Ps es igual al del Pc, debido a que la conserva
aguaymanto en almíbar presentan una transferencia
de calor cercana a la convección. Los tiempos de
P8,9 C
UP8,9 C
93,3 C
procesamiento equivalente para 93,3 C =
de 5 minutos, determinados a las temperaturas de 90,
93, 95 y 100 °C fueron: 20,90; 13,98; 11,52 y 8,07
minutos, respectivamente.
Figura 5. Curva de calentamiento de la conserva
de aguaymanto en almíbar.
Figura 7. Temperatura y tiempo en el proceso de
pasteurización de la conserva de aguaymanto en
almíbar.
3.3 Optimización de la retención de ácido
ascórbico durante la elaboración de la
conserva de aguaymanto en almíbar
Figura 6. Curva de enfriamiento de la conserva de
aguaymanto en almíbar.
de reducción de 3 a 5 ciclos logarítmicos para
conservas de pH menor a 4,5; según el nivel de
contaminación de la materia prima.
En la Figura 7 se muestra como varió la
temperatura en el punto más frío de la conserva con
respecto al tiempo. Se aprecia la variación de la
temperatura del producto en el punto más frío
encontrado previamente y del autoclave (retorta) en
función al tiempo de pasteurización, obtenida a partir
de los datos experimentales de tiempo y temperatura.
Se visualiza claramente el tiempo de levante “CUT”
(Come up time, tiempo necesario para que el
autoclave llegue a su temperatura de trabajo) que
dura aproximadamente unos 3 minutos, el perfil de
calentamiento y enfriamiento de la conserva de
aguaymanto en almíbar, que tienen un tiempo de 16
minutos para el calentamiento y 9 minutos para el
enfriamiento.
Con todos los datos obtenidos (temperatura inicial
de la conserva = 53,6 °C; fh = 8,14 min; Tr = 100 °C;
111
En el Tabla 7 se presentan los resultados obtenidos
a partir del arreglo factorial aplicado, los que al ser
procesados para obtener la superficie de respuesta
correspondiente (Figura 8) y sus curvas de nivel
(Figura 9), no arrojaron un óptimo para la variable
respuesta (mg de ácido ascórbico/ 100 g de muestra).
De la superficie obtenida se observa que al
prolongar las curvas de nivel o contornos de la
superficie, se tiene una tendencia hacia lo óptimo
para niveles máximos de pH y medios de temperatura
del tratamiento térmico. Del análisis de varianza se
encontró que el factor B (temperatura de tratamiento
térmico) es significativo (p<0,05), mientras que no lo
fue el factor A (pH del almíbar), así mismo se
encontró que no hay diferencia significativa entre las
repeticiones.
Los niveles de ambos factores (pH del almíbar y
tratamiento del tratamiento térmico) para la
característica evaluada (mayor retención de ácido
ascórbico), junto con los otros que maximizan la
retención de ácido ascórbico para las condiciones
estudiadas, se muestran en la Tabla 8.
En la Figura 10 se presenta el flujo de operaciones
con los parámetros que hacen máxima la retención de
ácido ascórbico utilizando superficie de respuesta.
Determinación de la máxima retención de ácido ascórbico del aguaymanto (Physalis peruviana, Linaeus, 1753) en
almíbar aplicando el método superficie de respuesta
Adicionalmente, cabe mencionar que dentro de los
análisis físicos realizados a la conserva de
aguaymanto en almíbar, tenemos el de espacio de
cabeza promedio de los envases (9 mm), el cual se
encuentra dentro del rango de 0,65 a 1 cm,
recomendado por Hersom y Hulland (1984); así
también respecto al vacío de la conserva (13 pulgadas
de mercurio), se encuentra en el rango requerido por
la norma ITINTEC (1981), la que indica como rango
óptimo un valor entre 10 a 15.
Tabla 6. Tratamientos aplicados para la optimización de la retención de ácido ascórbico.
Repetici
ón
Tratami
ento
Concentración
del NaOH en el
descerado (%)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
Temperatura
del
descerado
(°C)
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
Tiempo del
descerado
(s)
Grados
Brix del
almíbar
pH del
almíbar
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
2
2,5
2
2,5
2,5
2
3
3
3
2
2,5
2
2,5
2,5
2
3
3
3
Tabla 7. Resultados del análisis de cuantificación
del ácido ascórbico de los diferentes tratamientos
ensayados.
Tratamiento
1
Temperatura
del
tratamiento
térmico (°C)
100
90
90
95
100
95
95
100
90
100
90
90
95
100
95
95
100
90
Tiempo del
tratamiento
térmico (min)
8,07
20,90
20,90
11,52
8,07
11,52
11,52
8,07
20,90
8,07
20,90
20,90
11,52
8,07
11,52
11,52
8,07
20,90
1
Parámetro. Valor del factor en estudio que maximiza la retención
de ácido ascórbico durante la elaboración de la conserva del
aguaymanto.
Ácido ascórbico
(mg/100 g)
19,92 ± 0,02
2
15,27 ± 0,04
3
18,98 ± 0,03
4
17,24 ± 0,05
5
18,30 ± 0,03
6
19,73 ± 0,06
7
14,19 ± 0,04
8
14,99 ± 0,04
9
13,20 ± 0,03
Figura 8. Superficie de respuesta – mayor
retención de ácido ascórbico.
Tabla 8. Tratamientos que maximizan la retención
de ácido ascórbico en la elaboración de conserva
de aguaymanto en almíbar aplicando superficie de
respuesta.
Factores
Parámetro1
Concentración del NaOH en el descerado (%)
0,05
Temperatura del descerado (°C)
80
Tiempo del descerado (segundos)
90
Grado Brix del almíbar
30
pH del almíbar
3,0
Temperatura del tratamiento térmico (°C)
93
Tiempo del tratamiento térmico (minutos)
13,98
An cient. 69(4) 2008, pp. 106-114
112
Christian Encina Z., Milber Ureña P.
Contornos
de la of
Superficie
de Response
Respuesta Surface
Estimada
Contours
Estimated
100
C
nua
13.0
l 13.8
14.6
96
15.4
scó
16.2
94
17.0
rbic
17.8
92
o18.6
19.4
(m
90
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
g/1
pH
00g
Figura 9. Curvas de nivel de la superficie )de
Temp
98
respuesta – mayor retención de ácido ascórbico.
El punto de más lento calentamiento en la conserva
de aguaymanto en almíbar se encontró a 4,8 cm de la
base del envase de vidrio de 393 ml (C-246).
Los parámetros de penetración de calor
encontrados para el tratamiento térmico de la
conserva de aguaymanto en almíbar fueron: fh = 8,14
minutos, fc = 6,54 minutos, jh = 1,59; jc = 1,57; Tpsih
= 26,36 °C, Tpsic = 145,52 °C, To = 53,60 °C y Tg =
99,10 °C.
Los tiempos de procesamiento equivalente para
P938,,93 CC
UP938,,93 CC
=
de 5 minutos, determinados a las
temperaturas de 90, 93, 95 y 100 °C fueron: 20,90;
13,98; 11,52 y 8,07 minutos, respectivamente.
La máxima retención de ácido ascórbico,
determinada empleando el método de superficie de
respuesta, fue de 50,54%, obtenida con un pH del
almíbar (3,0); concentración de NaOH, tiempo y
temperatura del descerado (0,05%, 90 s y 80 °C);
grados Brix del almíbar (30); temperatura y tiempo
del tratamiento térmico (93 °C y 13,98 min).
5. Referencias bibliográficas
Figura 10. Flujo de operaciones desarrollado para
la elaboración del aguaymanto en almíbar
maximizando la retención de ácido ascórbico
mediante el método de superficie de respuesta.
4. Conclusiones
113
ALARCÓN, J. 2002. Caracterización Citogenética y
Respuesta al Cultivo in Vitro de Tres Accesiones
de Physalis peruviana L. Tesis UNALM.
AOAC, 1995. Official Methods of Analysis, 16 TH
edition. Association of Official Analytical
Chemists. Washington DC.
BADUI, D. 1984. Química de los Alimentos.
Segunda edición. Editorial Alhambra Mexicana
S.A. México.
BALL, C. Y OLSON, F. 1957. Sterilization in Food
Technology. McGraw-Hill. New York.
BERNAL, J. 1986. Ciencia y Agricultura:
“Generalidades sobre el cultivo de la Uchuva”.
Facultad de Ciencias Agropecuarias UPTC TUNJA. Editorial Rana y el Águila. Colombia.
CASP, A.; y ABRIL, R. 1999. Procesos de
Conservación de Alimentos. Ediciones Mundi
Prensa. Madrid, España.
COMUNIDAD ANDINA, Frutas y Hortalizas
Andinas para el Mundo. Disponible en:
www.comunidadandina.org Consultada el 14 de
marzo del 2004.
CONDORI, M. 2002. Evaluación y optimización del
Tratamiento Térmico del Enlatado de Habas
Verdes (Vicica faba L.) Tesis para optar al título de
Ingeniero de Industrias Alimentarias. Universidad
Nacional Agraria La Molina. Lima-Perú.
DAVIES, F. y ALBRIGO, G. 1994. Cítricos.
Editorial Acribia. Zaragoza. España.
ENCINA, C. 2005. Determinación de la máxima
retención de ácido ascórbico de la conserva de
aguaymanto (Physalis peruviana) en almíbar
aplicando los métodos Taguchi y Superficie de
Respuesta. Tesis para optar el título de Ing. en Ind.
Alimentarias. UNALM.
HERNÁNDEZ, F. 1993. Conservas Caseras de
Alimentos. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid.
Determinación de la máxima retención de ácido ascórbico del aguaymanto (Physalis peruviana, Linaeus, 1753) en
almíbar aplicando el método superficie de respuesta
HERSOM, A. y HULLAND, E. 1984. Conservas
Alimenticias,
Procesado
Térmico
y
Microbiológico. Editorial Acribia. España.
ICMSF. 2000. Microorganismos de los Alimentos, su
significado y métodos de numeración. Segunda
edición. Tomo II. Editorial Acribia. Zaragoza.
España.
ICONTEC. 1999. Norma Técnica NTC 4580.
Uchuva ( Physalis peruviana), para el consumo
fresco o destinadas al procesamiento industrial.
Colombia.
ITINTEC. NTP 203.013. 1981. Métodos de
determinación de estado físico de envasados. LimaPerú.
JEN, Y.; MANSON, J.; STUMBO, C Y
ZAHRADNICK, J. 1971. A procedure for
Estimating Sterilization and Quality Factor
Degradation in Thermally Processed Foods.
Journal of Food Science. Vol 36. pp 693-698.
Kirk, R.; Sawyer, E.g.a.. 1996. Composición y
análisis de alimentos de Pearson. Segunda edición.
Editorial Continental, S.A. México.
MENDOZA, F. 1993. Optimización del tratamiento
térmico en una crema a base de olluco. Tesis para
optar al título de Ingeniero de Industrias
An cient. 69(4) 2008, pp. 106-114
Alimentarias. Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima-Perú.
MINAG. 2005. Pagina web del Ministerio de
Agricultura www.minag.gob.pe Visitada el 06 de
febrero del 2005.
MORÍN, CH.; SALAS, F. y SAN MARTÍN, A.
1985. El cultivo de los cítricos. Departamento de
Horticultura. UNALM. Lima-Perú.
OBREGÓN, A. 2001. Efecto de la Temperatura sobre
la Textura de Gajos de Mandarina Satsuma (Citrus
unshiu) en Almíbar. Tesis para optar el titulo de
Magíster en Tecnología de Alimentos, Escuela de
Post-Grado. Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú.
RANGANNA, S. 1977. Manual of Análisis of Fruti
and Vegetable Products. McGraw-Hill Publishing
Company.
STUMBO, C. 1973. Thermobacterioíogy in Food
Processing. Academic Press INC. USA.
STUMBO, C y LONGLEY, R. 1966 New Parameters
for Processes Calculations. Academic Press INC.
USA.
TAPIA, M. 2000. Cultivos andinos subexplotados y
su aporte a la alimentación. Oficina Regional de la
FAO para América Latina y el Caribe. Santiago,
Chile.
114
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 11/02/2008
Aceptado: 24/06/2008
Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor
fricción en tuberías para el cálculo de las pérdidas de carga principal en
conductos bajo presión
Ángel F. Becerra Pajuelo 1
Resumen
Mediante el presente trabajo se pretende evaluar la aplicación de cinco ecuaciones empíricas para la determinación
del coeficiente de fricción f necesario para calcular las pérdidas de carga en tuberías mediante la aplicación de la
fórmula de Darcy-Weisbach. El trabajo se realizó en el área demostrativa de riego, instalado en los campos
colindantes con la Facultad de Ingeniería Agrícola. Se trabajó en 3 sectores de riego, un sector con riego por goteo,
y dos sectores con riego por aspersión, con una extensión total de una hectárea. Para esto se instalaron 31 puntos de
control de presión distribuidos en todo el sistema de riego. Durante el funcionamiento del sistema de riego para
diferentes caudales y turnos de riego, se midieron las pérdidas de carga reales para los diferentes tramos de tuberías
del sistema de riego, trabajándose con una temperatura promedio del agua de 20 grados centígrados. De los
resultados obtenidos se puede concluir que las fórmula empíricas que más se ajustan al cálculo del coeficiente de
fricción para el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías son las ecuaciones de Moody, Wood, Swamee Jain y
Chen, para caudales de 1.6 a 5 litros por segundo, y para tuberías de PVC de 3 pulgadas de diámetro. La ecuación de
Barr presenta valores demasiado alejados a los obtenidos en campo y a los obtenidos mediante la utilización de la
ecuación de Colebrook-White. El factor de fricción para las tuberías del sistema de riego se encuentra entre los
valores de 0.018 y 0.019. Asimismo, de la evaluación hidráulica realizada, es recomendable la operación del sistema
para caudales uniformes por sector de riego, lo que evitará las caídas de presión u operar el sistema con eficiencias
menores del 50%.
Palabras clave: Coeficiente de fricción, pérdida de carga.
Abstract
The present investigation pretends to evaluate the application of five empirical equations for the determination of the
friction coefficient f, a value that is needed to calculate the head loss in the pipelines using the Darcy-Weischbach
equations. This work was realized in the demonstrative irrigation area, installed in the adjacent fields to the
Agriculture Engineering Faculty. This work was done in three irrigation sections, one drip irrigation section and two
sprinkler irrigation sections, in a total area of one hectare. For that purpose, 31 pressure control points were installed
distributed in the whole irrigation system. Throughout the operation of the irrigation system for different flows and
irrigation turns, the real head loss was measured for the different pipeline sections of the irrigation system, working
with an average water temperature of 20 centigrade degrees. From the obtained results, it was concluded that the
empirical formulas that are more adequate to calculate the friction coefficient in order to calculate the head loss in
the pipelines are the Chen, Moody, Swamee Jain and Wood equation, that work for flows from 1,6 to 5 liters per
second and for PVC pipelines of 3 inchs of diameter. The Barr equation presented values that were too different
from the ones obtained in the field and the ones obtained using the Colebrook-White equation. The friction
coefficient for the main pipelines of the irrigation system is between the values 0,018 and 0,019. Besides, the
operation of the system is recommendable for uniform flows per irrigation sector, in order to avoid the pressure falls
or to operate the system with an efficiency lower that the 50%.
Key Words: Friction coefficient, head loss.
1. Introducción
La Facultad de Ingeniería Agrícola, mediante el
Convenio de Cooperación Técnica Interinstitucional
entre la Universidad Nacional Agraria La Molina y el
Proyecto Subsectorial de Irrigación, logró la
instalación del área demostrativa de riego presurizado
en un área aproximada de 3,52 hectáreas. Su objetivo
principal fue promover y propiciar la participación
conjunta de las dos instituciones para desarrollar
labores de investigación, capacitación y difusión de
los sistemas de riego presurizado en el país,
contribuyendo así a la optimización y uso racional
del agua y el incremento de la producción y
productividad de los cultivos.
1
Facultad de Ingeniería Agrícola, Universidad Nacional Agraria
La Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
Esta área esta considerada como parte de la futura
construcción de los laboratorios de riego, del
departamento de Recursos de Agua y Tierra, con la
finalidad de mejorar la enseñanza de los cursos de
Pre y de Post Grado.
El nivel de producción agrícola depende en gran
medida del control que posee el agricultor sobre los
factores que limitan el óptimo desarrollo de sus
cultivos. Uno de estos factores es el agua y sus
actuales limitaciones en cuanto a disponibilidad,
motivo por el cual cada vez se incrementan más el
área de cultivos mediante riego presurizado, lo que
garantiza un adecuado y óptimo uso del recurso agua.
Para el diseño de estos sistemas de riego los
problemas más comunes y frecuentes son: ¿qué tipo
de tubería usar para conducir el agua de riego?, ¿cuál
es el diámetro de la tubería?, y ¿a qué presión se debe
Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor fricción en tuberías para el cálculo de las
pérdidas de carga principal en conductos bajo presión
entregar el agua para un adecuado funcionamiento
del sistema de riego?
Es en este marco que se plantea la investigación
como un aporte en el diseño de sistemas de riego y la
optimización del uso del área demostrativa de riego
de la facultad orientado a mejorar la enseñanza.
Asimismo, nos permitirá posteriormente modelar
numéricamente la red de riego de la parcela
experimental con fines de optimización de los turnos
de riego en base a las presiones de trabajo.
La investigación tiene dos objetivos: el primero es
validar la aplicación de las ecuaciones empíricas para
la determinación del factor de fricción en tuberías,
para el cálculo de la pérdida de carga, en contraste
con las obtenidas por medición en campo y aplicando
la ecuación de Darcy-Weisbach y el coeficiente de
fricción obtenido a partir de la ecuación de
Colebrook-White. Como segundo objetivo está la
evaluación de las características hidráulicas en la red
de tuberías del área demostrativa de riego de la
facultad, mediante la medición de las pérdidas de
carga reales, para diferentes caudales y turnos de
riego.
Trabajos similares han sido desarrollados en redes
de tuberías para el abastecimiento de agua potable.
Aplicados a sistemas de riego presurizado no
tenemos referencias en nuestro medio ya que
generalmente no se realizan evaluaciones.
como: el fluido debe ser agua a temperatura normal,
el diámetro debe ser superior o igual a 2 pulgadas y la
velocidad en las tuberías se debe limitar a 3 m/s.
Fuera de estos rangos de validez, la ecuación tiende a
sobreestimar los diámetros requeridos, a diferencia de
la ecuación de Darcy-Weisbach, la cual no tiene
ningún tipo de restricciones.
2.2 Ecuación de Darcy-Weisbach
La ecuación de Darcy-Weisbach para el cálculo de
la pérdida de carga principal esta dado por:
hf
f
l v2
d 2g
(2)
Proporciona, por su fundamentación física, una
base racional para el análisis y el cálculo de las
pérdidas por fricción en una tubería. Sin embargo, a
pesar de estar basada en la física clásica, dicha
ecuación presenta el problema que el factor de
fricción f es una función no explícita del número de
Reynolds y de la rugosidad relativa, tal como se
estableció en la ecuación de Colebrook-White, cuya
forma definitiva es:
1
f
2 log10
ks
3.7 d
2.51
Re f
(3)
2. Revisión de literatura
2.1 Ecuación de Hazen-Williams
Es una fórmula frecuentemente empleada en el
diseño de redes de riego, fue desarrollada
empíricamente por Hazen-Williams. Es una ecuación
explícita para las pérdidas de fricción y ahí radica la
gran ventaja sobre la ecuación de Darcy-Weisbach
que es utilizada conjuntamente con la ecuación de
Colebrook-White.
Esta ecuación se usa normalmente para estimar las
perdidas por fricción en laterales y líneas principales
de sistemas de riego por aspersión y goteo.
L
Q 1.851
D 1.167
(1)
hf
10.672
hf
L
Q
C
: Pérdida de carga debida a fricción, m
: Longitud de la tubería, m
: Caudal en la tubería, l/s
: Coeficiente de fricción (en función del material
de la tubería)
: Diámetro interno del tubo, mm
D
C 1.851
El coeficiente de Hazen-Williams es más una
medida de la rugosidad relativa que de la rugosidad
absoluta; no es una característica física del tubo,
como si lo es la rugosidad absoluta Ks, la cual se
utiliza para obtener el factor f.
El uso de la ecuación de Hazen-Williams está
limitado a ciertas características del fluido y del flujo
116
El hecho de que la anterior sea no explícita para el
factor de fricción f implica que la solución de
problemas de tuberías debe incluir métodos
numéricos iterativos, lo cual hacía que su uso fuera
engorroso. Por esto, surgieron una serie de
ecuaciones empíricas que tuvieron y tiene un amplio
uso en la práctica de la ingeniería y por otro lado, una
serie de gráficas de ayuda para el diseño de sistemas
de tuberías, de las cuales las más famosas y, por
consiguiente, las que más se utilizaron, fueron los
diagramas de Moody modificados.
El desarrollo de las ecuaciones empíricas, a su vez,
siguió dos tendencias. La primera estableció
ecuaciones para calcular en forma explícita el factor
de fricción f; es decir, aunque se mantenía toda la
teoría de Darcy-Weisbach se abandona el análisis de
Prandtl-Von Kármán que llevaba a la ecuación de
Colebrook-White. La segunda planteó ecuaciones
empíricas totalmente diferentes a la ecuación de
Darcy-Weisbach, pero que a la larga terminaron
siendo casos especiales de esta última, con formas
muy sencillas.
A continuación, se detallan algunas de las
ecuaciones empíricas más exitosas. Su grado de
exactitud es tan alto para la mayoría de los problemas
de ingeniería, que aún hoy siguen teniendo una gran
aceptación entre los ingenieros en muchos países del
mundo. Como se verá más adelante, su uso es muy
sencillo si se compara con la ecuación de DarcyWeisbach.
Ángel F. Becerra Pajuelo
2.3 Ecuaciones empíricas para describir el
factor de fricción f de Darcy en régimen
turbulento
C = 2,95 x 0.29 log10 2
D = 0,914 x 0.0052 log10
E = 1 + ( 20,44/11 10,54)
Algunas de las ecuaciones más exitosas para
describir el factor f de Darcy, deducidas
empíricamente, son las siguientes:
Y donde 1 y
adimensionales:
2.3.1 Ecuación de Moody
son los siguientes parámetros
2
1
0.958866 Q 2 / 5
2
1.32786 Q3 / 5
Esta ecuación, fue planteada por Lewis F. Moody
después de finalizar el desarrollo de sus diagramas:
f
106
Re
k
20000 s
d
0.0055 1
1/ 3
(4)
En esta ecuación, el factor de fricción es una
función explícita de la rugosidad relativa y del
número de Reynolds. Sin embargo, su forma es
completamente diferente a la de la ecuación de
Colebrook-White.
La precisión de la ecuación de Moody es baja para
números de Reynolds superiores a 3 x 105 y para
rugosidades relativas muy altas (este último caso, sin
embargo, es muy poco común).
2.3.2 Ecuación de Wood
Esta ecuación empírica fue deducida por Donald
Wood en la Universidad de Kentucky en la década de
1960, y tiene la siguiente forma:
f
c
a b Re
(5)
donde:
f = factor de fricción de Darcy
k
a 0,094 s
d
b
88
ks
d
v
2
1
3.7 D /
5.74
Re 0.9
(7)
Esta ecuación es aplicable dentro de los siguientes
rangos:
0,134
100
A /(
1/ 5
hf
g
l
0.25
log
Es otra de las ecuaciones empíricas muy complejas
para explicar el comportamiento del factor de fricción
de Darcy:
2 log10
ks
En este caso, el factor no es función del número de
Reynolds ni la rugosidad relativa. El factor de
fricción es una función explícita del caudal, de la
pendiente de fricción, de la aceleración de la
gravedad, de la rugosidad absoluta y de la viscosidad
cinemática.
El artículo original de Barr (Barr, 1976) no incluye
explícitamente los caudales y el material de tubería
utilizado para estos cálculos, lo cual no es necesario
para establecer la exactitud de su ecuación. Los
resultados corroboran la alta precisión de la ecuación
de Barr para todo el rango de rugosidades relativas y
de números de Reynolds considerados. Sin embargo,
con la creciente rapidez de cálculo de los
computadores y su decreciente costo, la ecuación de
Barr nunca llegó a utilizarse masivamente. Es una
ecuación compleja, a pesar de ser explícita.
f
2.3.3 Ecuación de Barr
f
1/ 5
P.K. Swamee y A.K. Jain en 1976 propusieron la
siguiente expresión explícita para el cálculo del factor
de fricción:
k
0,53 s
d
De nuevo es claro que el factor de fricción de
Darcy es función explícita de la rugosidad relativa y
del número de Reynolds. Su forma es radicalmente
diferente a la de la ecuación de Colebrook-White.
La ecuación de Wood es menos precisa que la de
Moody, puesto que sólo tiene validez para
rugosidades relativas mayores a 10-5 y para números
de Reynolds entre 3 x 104 y 3 x 107.
1
hf
g
l
2.3.4 Ecuación de Swamee y Jain
0, 44
k
1,62 s
d
c
0, 225
2
B
C/
1
donde:
A = 0,325 x 0,027 log10
B = 0,93 x 0,0068 log10
D
2
E
(6)
4000
D/
Re
1x106
3x108
Se recomienda utilizar esta ecuación para obtener
el valor inicial de f para ser utilizado en la ecuación
de Colebrook – White.
2.3.5 Ecuación de Chen
Chen propone la siguiente ecuación que, para el
cálculo del factor de fricción para régimen turbulento
4 x 103 < Re < 1 x 108 y para valores de rugosidad
relativa de 0 <εr< 0,05, proporciona valores con una
precisión +/- 0,3%:
1
f
2.0 x log10
4.52
Re
log10
Re
7
r
3.7
(8)
3. Materiales y métodos
3.1 Materiales
1
1
An cient. 69(4) 2008, pp. 115-125
Materiales de escritorio.
Plano topográfico (Esc. 1/1000).
117
Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor fricción en tuberías para el cálculo de las
pérdidas de carga principal en conductos bajo presión
Materiales de campo (Libreta de campo, wincha,
etc.).
06 equipos de radio comunicación con un alcance
de 5 km.
02 Cronómetros.
06 Manómetros de glicerina (fijos).
03 Manómetros de glicerina portátiles.
31 Puntos de prueba para medición de la presión.
Equipos de riego:
01 Cabezal de riego del área demostrativa.
01 Válvula volumétrica.
Equipos de cómputo:
Computador Pentium IV 400Mhz – 512 MB RAM.
Plotter e Impresora B/N y a color.
Escanner formato A1-36 Bits colores.
CD„s ROM.
Software:
MS Office 2000.
AutoCAD.
3.2 Descripción del sistema de riego
El área demostrativa de riego presurizado de la
UNALM tiene una extensión total de 3 hectáreas y
consta de 5 sectores de riego:
El Sector I comprende un área de 1.26 ha y
actualmente se viene regando por gravedad al no
tener instalado el sistema de riego por goteo. Dispone
de dos válvulas hidráulicas VH1 y la VH2 para el
control de todo el sector de riego.
El Sector II, comprende un área de 0.25 ha, el
sistema de riego instalado inicialmente fue
microaspersion, actualmente se tiene instalado riego
por goteo para un total de 99 plantas de duraznos, con
11 laterales de riego, con 9 salidas por lateral. Cada
salida tiene 8 goteros autocompensantes por planta
con un caudal por emisor de 8 litros por hora. El
marco de plantación es de 5 por 5 metros. Este sector
dispone de dos válvulas hidráulicas para su
operación, la válvula hidráulica num. 3 (VH3), que
opera 5 laterales y la válvula hidráulica num. 4 (VH4)
que opera los restantes 6 laterales de riego. El caudal
teórico de funcionamiento es de 1.98 l/s.
El Sector III, tiene una superficie de 0.65 ha, y
comprende los jardines frente a la Biblioteca
Agrícola, el sistema de riego instalado es aspersión.
Este sector dispone de 3 válvulas manuales y 2
válvulas hidráulicas para su operación. La válvula
manual 5 (VM5) controla 5 aspersores pop up
sectoriales de la cabecera del campo, la válvula
manual 6 (VM6) controla la operación de otros 8
aspersores pop up sectoriales, ubicados al costado de
la pista de ingreso a La UNALM, y la válvula manual
7 (VM7) controla 7 aspersores pop up sectoriales,
ubicados dos al lado derecho y 5 al fondo del campo,
todos ellos de marca NELSON modelo 6000,
boquilla azul num. 7.
118
Los primeros 4 laterales: lateral 1, lateral 2, lateral
3 y lateral 4 se encuentran instalados directamente a
la tubería matriz, sin válvula de control y cuentan con
8 aspersores portátiles de círculo completo que se
instalan con válvulas de acople rápido, los aspersores
utilizados son marca SENNINGER de dos boquillas
Modelo 4023, con un caudal teórico de 4,77 l/s, por
lateral de riego, con una presión de operación de 38,5
mca.
La válvula hidráulica 8 (VH8) controla la
operación de los laterales 5 y 6, cada uno de ellos
tiene 10 aspersores pop up de círculo completo marca
NELSON Modelo 6000 boquilla azul num. 7, con un
caudal teórico de 3,90 l/s, en ambos laterales de riego
con una presión de operación de 36,0 mca.
Los laterales 7 y 8 son controlados por la válvula
hidráulica No. 9; el lateral 7 cuenta con 9 aspersores
pop up de círculo completo, y el lateral 8 cuenta con
9 aspersores pop up sectoriales en los bordes de
campo, en ambos casos son de marca NELSON
modelo 6000 boquilla azul num. 7, con un caudal
teórico de 3,51 l/s, en ambos laterales de riego con
una presión de operación de 36,0 mca.
El Sector IV, tiene una extensión de 0,10 ha., y
comprende los jardines que rodean las oficinas de la
Facultad de Ingeniería Agrícola, el sistema de riego
instalado es aspersión y su operación es controlada
por dos válvulas hidráulicas: La válvula hidráulica
No. 10 VH10, controla la operación de 5 aspersores
Pop Up sectoriales marca NELSON modelo 6000
boquilla azul num. 7, ubicados en la parte posterior
de la Facultad, con un caudal teórico de 0,98 l/s, y
presión de operación de 36.0 mca.
La válvula hidráulica No. 11 (VH11), controla la
operación de los 42 aspersores con cabezales
rociadores pop-up marca NELSON 15 H, ubicados en
la parte lateral y frontal de la facultad, con un caudal
teórico de 5,72 l/s, y presión de operación de 22 mca.
El Sector V, comprende un área de 1,26 ha,
actualmente este sector no esta instalado y se riega
por gravedad.
El cabezal de riego, comprende, entre otros, el
sistema de filtrado y fertilización, elementos de
control de presión, válvulas de control del caudal, y
tablero de mando que permitan el manejo y operación
del sistema.
La fuente de agua es un reservorio recubierto de
geomembrana de 192 m3 de capacidad de donde se
bombea el agua mediante una electrobomba de 5,7
HP, al sistema de tuberías principales, secundarias y
terciarias. El agua a ser captada proviene de la red de
distribución de canales abiertos de la Universidad con
un caudal aproximado de 15 lps, el tiempo de
dotación es de 6 horas, lo que permite cubrir
totalmente la capacidad de almacenamiento de la
cisterna.
El sistema de distribución, comprende la red de
tuberías principales de PVC de clase 5 y de diámetro
de 3 pulgadas. El caudal máximo de distribución es
de 6,6 lps. Las tuberías secundarias y terciarias que
Ángel F. Becerra Pajuelo
permiten distribuir el agua a los sectores de riego, son
también de PVC clase 5 y de diámetros 2 ½”, 2”, 1
½” y de 1 pulgadas.
Se disponen de 11 válvulas hidráulicas de control
ya mencionadas por cada sector de riego y se
encuentran instalados a lo largo del sistema de
tuberías, cuya función es regular la distribución del
agua en la línea principal y cargar la línea lateral para
el normal funcionamiento de los emisores.
Figura B. PC-5-punto de prueba.
3.3 Metodología
La metodología que se utilizará responde a una
serie de acciones concatenadas que pueden
concretarse en los siguientes trabajos realizados:
Levantamiento topográfico de la red de tubería del
área demostrativa en funcionamiento.
Establecimiento de los puntos de control en la red
de riego para el monitoreo de presiones y caudales.
Inspección en los puntos de control establecidos.
Medición de presiones y caudales para diferentes
escenarios de riego.
Compilación y tratamiento de la información
primaria obtenida.
Análisis de los resultados obtenidos.
Comparación de resultados.
Presentación de resultados.
3.3.1 Levantamiento topográfico
Se realizó el levantamiento topográfico del área
demostrativa de riego dando énfasis a la ubicación de
la red de tuberías, los puntos de control de presión,
etc. En el área demostrativa de riego, actualmente en
funcionamiento se disponen de 31 puntos de control
de presión. En los puntos de Control Nos. 01, 02, 03
y 04, así como en el cabezal de riego se encuentran
instalados en forma permanente manómetros de
glicerina fijos; en el resto de los puntos de control
solo se dispone de puntos de prueba, en los cuales se
utilizaron manómetros portátiles de aguja para la
medición de presión.
En la Figura 1 se muestra el área demostrativa
riego, con la indicación la red de tuberías y
ubicación de los puntos de control y los sectores
riego considerados en el presente trabajo
investigación.
Figura A. PC-2 – manómetro fijo.
An cient. 69(4) 2008, pp. 115-125
de
la
de
de
Para la realización de las pruebas hidráulicas y la
toma de datos en campo se requirió contar con el
apoyo de una brigada de trabajo conformada por seis
personas, una persona por cada punto de control para
poder realizar los registros de la información en
forma simultánea, a fin de evitar las fluctuaciones de
presión que pudieran ocurrir. Previamente al inicio de
las prueba se explicó la metodología y procedimiento
para la toma de datos a los integrantes de la brigada
de trabajo, después de lo cual se realizó el
reconocimiento de todo el sistema de riego del área
demostrativa.
3.3.2 Toma de Datos
De los 5 sectores del área demostrativa solo se
trabajó en tres sectores (II, III y IV) y con cuatro
turnos de riego, en los cuales se realizaron las
mediciones de presión y caudal; siendo los turnos
establecidos los siguientes:
Sector II, sistema de riego por goteo, con cultivo de
duraznos, se estableció como turno de riego 3,
dispone de dos válvulas hidráulicas de control de
riego.
Sector III, ubicado frente a la Biblioteca Agrícola
Nacional - BAN, el sistema de riego es por aspersión,
es un área de jardines con ray graas, en el cual se
planteó desarrollar dos turnos de riego: El turno de
riego 01 que engloba a 4 laterales de riego con 8
aspersores portátiles de círculo completo por lateral,
con válvulas de acople rápido y el turno de riego 2
que engloba a otros 4 laterales de riego, con
aspersores sectoriales fijos tipo pop-up. Este Sector
dispone de 5 válvulas de control, 3 manuales y 2
hidráulicas.
Sector IV, correspondiente a los jardines de la
Facultad de Ingeniería Agrícola, con 5 aspersores
sectoriales fijos pop-up y 42 aspersores con cabezales
rociadores emergentes, se consideró como turno de
riego 4, dispone de dos válvulas hidráulicas de
control de riego.
El Sector I y el Sector V actualmente no se
encuentran implementados ni en funcionamiento,
estos sectores se riegan por gravedad, razón por la
cual no se consideraron en el presente estudio.
Los turnos de riego se establecieron considerando:
la presión máxima a la salida de la bomba que es de
44 mca, el caudal máximo de 6,6 l/s, los sistemas de
riego instalados por sector, y los caudales por
emisores y por sistema instalados.
119
Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor fricción en tuberías para el cálculo de las
pérdidas de carga principal en conductos bajo presión


 
 
 
   

 


  


 


  

  
 
 


 


 
Figura 1. Área demostrativa de riego.
120
Ángel F. Becerra Pajuelo
Área de riego frente a la BAN (Sector III–turno 1)
Se instalaron los aspersores en el primer lateral de
riego, (PC 8 y PC 16).
Cada integrante de la brigada se colocó en los
puntos de control PC 1, PC 2, PC 3, PC 4 en la
tubería matriz, y PC 8 y PC 16. Cada uno de ellos
disponía de un radio de comunicación, libreta de
datos y lápiz, a fin de poder registrar la lectura del
manómetro en forma simultánea; el responsable del
equipo disponía adicionalmente de un cronómetro
para el control de las pruebas.
Se cerraron las válvulas correspondientes a los
otros sectores de riego.
Se encendió la bomba del cabezal de riego,
dejándose funcionar unos 5 minutos para que se
estabilice la presión y el caudal de salida.
Una vez estabilizada la presión, el responsable del
equipo indicó dar inicio a la toma de datos en forma
simultánea, registrándose la hora de inicio de la toma
de medida de presión, correspondientes al primer
lateral. Estas tomas de presiones se desarrollaron en
tres repeticiones.
Terminada la medición en el primer lateral se
apagó la bomba del cabezal de riego con el fin de
sacar los aspersores móviles y trasladarlos al segundo
lateral-L2 (PC 9 –PC 17). Este mismo procedimiento
de medición se repitió para el tercer lateral-L3 (PC
10–PC 18) y para el cuarto lateral-L4 (PC 11–PC
19).
Área de riego frente a la BAN (Sector III–turno 2)
Se procedió a abrir la válvula número 8 (VH-8)
correspondiente a los dos laterales de riego Turno II y
se cerraron las otras válvulas.
Dejar operar unos 5 minutos para que se estabilice
la presión y el caudal de salida, después de lo cual se
iniciaba la medida de presión y caudal.
Las medidas de presión se tomaron en los puntos
de control de presión: PC-1, PC-2, PC-3, PC-4,
ubicados en la tubería matriz del sistema y los puntos
de control de presión: PC-12, PC-20; PC-13, PC-21
correspondientes al quinto (L-5) y sexto lateral (L-6)
respectivamente, controlados por la VH-8. Estas
tomas se desarrollaron en tres repeticiones.
Terminada la toma con la primera válvula (VH-8),
se procedió a abrir la válvula 9 (VH-9) y a cerrar la
VH-8, para continuar con las pruebas.
Las medidas de presión que se tomaron fueron en
los puntos de control de presión: PC-1, PC-2, PC-3,
PC-4, ubicados en la tubería matriz del sistema y los
puntos de control de presión: PC-14, PC-22; PC-15,
PC-23 correspondientes al séptimo lateral-L) y al
octavo lateral-L8, controlados por la válvula
An cient. 69(4) 2008, pp. 115-125
hidráulica 9 (VH-9). Estas tomas también se
desarrollaron en tres repeticiones.
Finalmente se tomaron los datos de presión con las
dos válvulas hidráulicas abiertas VH-8 y VH-9, es
decir con los 4 laterales de riego operando.
Área demostrativa cultivo de durazno (Sector III
– turno 3)
Para esta prueba se abrieron la válvula número 3
(VH-3) y la válvula número 4 (VH-4), y se cerrar las
válvulas de los otros sectores de riego.
Dejar funcionar el sistema por unos 5 minutos para
estabilizar la presión y el caudal de salida, después de
lo cual, se inició la medición de la presión y el
caudal.
Las medidas de presión se tomaron en los puntos
de control de presión: PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5,
PC-6, PC-30, y PC-31 ubicados en la tubería matriz;
y se ejecutaron con tres repeticiones.
Jardines de la Facultad de Ingeniería AgrícolaFIA (Sector IV – turno 4)
Abrir la válvula hidráulica No. 10 (VH-10) y se
cerrar las otras válvulas.
Dejar funcionar el sistema por unos 5 minutos para
que se estabilizara la presión y el caudal de salida,
después de lo cual se inició la medición de la
presión y el caudal.
Las medidas de presión que se tomaron fueron de
los puntos de control de presión: PC-1, PC-2, PC-3,
PC-4, PC-5, PC-6, PC-7, correspondientes a la matriz
principal del sistema, y los puntos de control de
presión: PC-24, PC-25.
Se abrió la válvula hidráulica número 11 (VH-11)
y se cerró la válvula hidráulica No. 10 (VH-10).
Dejar que se estabilice la presión y el caudal de
salida, luego iniciar la toma de medida de presión y
caudal.
Las medidas de presión que se tomaron fueron de
los puntos de control de presión: PC-1, PC-2, PC-3,
PC-4, PC-5, PC-6, PC-7, correspondientes a la matriz
principal del sistema, y los puntos de control de
presión: PC-26, PC-27, PC-28, y PC-29, con tres
repeticiones.
No se registraron datos de ambos válvulas abiertas
y trabajando en forma conjunta.
4. Resultados y discusión
Características hidráulicas de la red de riego de la
parcela
Las pruebas hidráulicas realizadas en la red de riego
del área demostrativa fueron por sectores y turnos de
riego. Los valores obtenidos en cada una de las
pruebas se muestran en las Tablas 1 al 4.
121
Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor fricción en tuberías para el cálculo de las
pérdidas de carga principal en conductos bajo presión
Tabla 1. Información de campo, evaluación hidráulica.
Cuadro No. 01 : Informacion de campo - Evaluacion Hidraulica
Sector III, 1er.Turno de Riego: Area frente a la BAN
Escenario 1: Funcionamiento de Lateral 1 (8 aspersores portatiles por cada lateral)
f Darcy Veloc
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Re
Control
(m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
Weisbach m/s
PC-1
40.60
75
4.1
0.0181 0.9280 68914.45
PC-2
56.66
40.00
0.60
75
4.1
0.0187 0.9280 68914.45
PC-3
73.27
39.20
0.80
75
4.1
0.0196 0.9280 68914.45
PC-4
21.82
38.95
0.25
Escenario 2: Funcionamiento de Lateral 2
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Control
(m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
PC-1
40.60
75
4.1
PC-2
56.66
39.95
0.65
75
4.1
PC-3
73.27
39.10
0.85
75
4.1
PC-4
21.82
38.85
0.25
Escenario 3: Funcionamiento de Lateral 3
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
(m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
Control
PC-1
39.90
75
3.79
PC-2
56.66
39.40
0.50
75
3.79
PC-3
73.27
38.70
0.70
75
3.79
PC-4
21.82
38.50
0.20
Escenario 4: Funcionamiento de Lateral 4
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Control
(m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
PC-1
40.00
75
3.79
PC-2
56.66
39.50
0.50
75
3.79
PC-3
73.27
38.80
0.70
75
3.79
PC-4
21.82
38.60
0.20
f Darcy Veloc
Weisbach m/s
0.0196
0.0198
0.0196
f
f
Moody Wood
f
Barr
Re
f
f
Moody Wood
f
Barr
0.8579 63703.85 0.0194 0.0195 0.0342
0.8579 63703.85 0.0194 0.0195 0.0343
0.8579 63703.85 0.0194 0.0195 0.0343
f Darcy Veloc
Weisbach m/s
0.0176
0.0191
0.0183
0.0190 0.0192 0.0345
0.0190 0.0192 0.0345
0.0190 0.0192 0.0346
0.9280 68914.45 0.0190 0.0192 0.0346
0.9280 68914.45 0.0190 0.0192 0.0346
0.9280 68914.45 0.0190 0.0192 0.0346
f Darcy Veloc
Weisbach m/s
0.0176
0.0191
0.0183
Re
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody Wood Barr Swamee Jain Chen
Re
f
f
Moody Wood
f
Barr
0.8579 63703.85 0.0194 0.0195 0.0342
0.8579 63703.85 0.0194 0.0195 0.0343
0.8579 63703.85 0.0194 0.0195 0.0343
Tabla
2. Información
de campo,
Cuadro No. 02 : Informacion
de campo
- Evaluacion Hidraulica
0.0194
0.0194
0.0194
f
f
Swamee Jain Chen
0.0194
0.0194
0.0194
0.0198
0.0198
0.0198
0.0198
0.0198
0.0198
122
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody Wood Barr Swamee Jain Chen
0.0189
0.0189
0.0189
0.0189
0.0347
0.0348
0.0347
0.0347
0.0192
0.0192
0.0192
0.0192
0.0193
0.0193
0.0193
0.0193
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody Wood Barr Swamee Jain Chen
0.0193
0.0193
0.0193
0.0193
0.0194
0.0194
0.0194
0.0194
0.0344
0.0344
0.0343
0.0344
0.0197
0.0197
0.0197
0.0197
0.0198
0.0198
0.0198
0.0198
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody Wood Barr Swamee Jain Chen
0.0173
0.0173
0.0173
0.0173
0.0175
0.0175
0.0175
0.0175
0.0358
0.0358
0.0357
0.0358
0.0178
0.0178
0.0178
0.0178
0.0199
0.0199
0.0199
f
f
Swamee Jain Chen
evaluación hidráulica.
0.0188
0.0188
0.0188
0.0188
0.0196
0.0196
0.0196
f
f
Swamee Jain Chen
Sector III, 2do. Turno de Riego: Area frente a la BAN
Escenario 1: Funcionamiento de Válvula Hidraúlica 8 (Laterales 5 y 6):
f Darcy Veloc
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Re
Control (m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
Weisbach m/s
PC-1
38.80
PC-2 56.66
75
4.38 38.10 0.70
0.0185 0.9914 73620.81
PC-3 73.27
75
4.38 37.15 0.95
0.0194 0.9914 73620.81
PC-4 21.82
75
4.38 36.88 0.27
0.0185 0.9914 73620.81
PC-5 54.72
75
4.38 36.20 0.68
0.0186 0.9914 73620.81
Escenario 2:Funcionamiento de Válvula Hidraúlica 9 (Laterales 7 y 8):
f Darcy Veloc
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Re
Control (m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
Weisbach m/s
PC-1
40.50
PC-2 56.66
75
3.85 39.95 0.55
0.0188 0.8715 64712.35
PC-3 73.27
75
3.85 39.20 0.75
0.0198 0.8715 64712.35
PC-4 21.82
75
3.85 39.00 0.20
0.0178 0.8715 64712.35
PC-5 54.72
75
3.85 38.45 0.55
0.0195 0.8715 64712.35
Escenario 3: Funcionamiento de Válvula Hidraúlica 8 y 9 (Laterales 5,6, 7 y 8):
f Darcy Veloc
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Re
Control (m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
Weisbach m/s
PC-1
30.00
PC-2 56.66
75
6.25 28.60 1.40
0.0182 1.4147 105052.5
PC-3 73.27
75
6.25 26.80 1.80
0.0181 1.4147 105052.5
PC-4 21.82
75
6.25 26.30 0.50
0.0168 1.4147 105052.5
PC-5 54.72
75
6.25 25.00 1.30
0.0175 1.4147 105052.5
0.0196
0.0196
0.0196
0.0179
0.0179
0.0179
0.0179
0.0199
0.0199
0.0199
Ángel F. Becerra Pajuelo
Cuadro No. 03: Informacion
de campo
- Evaluacion Hidraulica
Tabla
3. Información
de campo, evaluación hidráulica.
Sector II, 3er.Turno de Riego: Area Cultivo de Duraznos
Escenario 1: Funcionamiento de Válvula Hidraúlica 3 y 4
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Control (m)
(mm)
(l/s) (m.c.a) (m.c.a)
PC-1
44.00
PC-2 56.66
75
1.65 43.80 0.20
PC-3 73.27
75
1.65 43.70 0.10
PC-4 21.82
75
1.65 43.60 0.10
PC-5 54.72
75
1.65 43.50 0.10
PC-6
0.70
75
1.65 43.50 0.00
PC-31 25.50
75
1.65 43.40 0.10
PC-30 25.40
75
1.65 43.40 0.00
f Darcy
Veloc
m/s
Re
Weisbach
0.037237
0.014398
0.048346
0.019278
0.000000
0.041369
0.000000
0.3735
0.3735
0.3735
0.3735
0.3735
0.3735
0.3735
27733.87
27733.87
27733.87
27733.87
27733.87
27733.87
27733.87
Tabla
4. Información
campo,
Cuadro No. 04 : Informacion
de campo
- Evaluacionde
Hidraulica
An cient. 69(4) 2008, pp. 115-125
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0237
0.0330
0.0323
0.0332
0.0325
NA
0.0331
NA
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0240
0.0240
0.0240
0.0240
0.0240
0.0240
0.0240
evaluación hidráulica.
Sector IV, 4to.Turno de Riego: Area Jardines de la Facultad de Ingenieria Agricola
Escenario 1: Funcionamiento de Válvula Hidraúlica 11
f Darcy
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Veloc
Re
Control
(m)
(mm)
(l/s)
(m.c.a) (m.c.a)
Weisbach
m/s
PC-1
35.80
PC-2
56.66
75
5.13
34.80
1.00
0.019261 1.1612 86227.1
PC-3
73.27
75
5.13
33.50
1.30
0.019363 1.1612 86227.1
PC-4
21.82
75
5.13
33.10
0.40
0.020006 1.1612 86227.1
PC-5
54.72
75
5.13
32.20
0.90
0.017949 1.1612 86227.1
PC-6
75
5.13
32.20
0.00
0.70
0.000000 1.1612 86227.1
PC-7
40.83
75
5.13
31.50
0.70
0.018710 1.1612 86227.1
Escenario 2: Funcionamiento de Válvula Hidraúlica 10
f Darcy
Punto Longitud Diámetro Caudal Presión Perdida
Veloc
Re
Control
(m)
(mm)
(l/s)
(m.c.a) (m.c.a)
Weisbach
m/s
PC-1
44.50
PC-2
56.66
0.8
44.50
0.00
75
0.000000 0.1811 13446.7
PC-3
73.27
0.8
44.00
0.50
75
0.306232 0.1811 13446.7
PC-4
21.82
0.8
44.00
0.00
75
0.000000 0.1811 13446.7
PC-5
54.72
0.8
43.30
0.70
75
0.574062 0.1811 13446.7
PC-6
0.8
43.30
0.00
0.70
75
0.000000 0.1811 13446.7
PC-7
40.83
0.8
42.80
0.50
75
0.549538 0.1811 13446.7
Los resultados obtenidos en el Sector III, en el
primer y segundo turno de riego, son valores que
presentan uniformidad para caudales que varían de
3.79 l/s a 4.38 l/s; sin embargo, y, como era de
esperar, en el segundo turno en el riego con los 4
laterales juntos, al ser de aspersión, el caudal se
incrementa a 6.25 l/s y la presión cae a 25 mca, lo
que ocasiona que los emisores funcionen por debajo
de su presión de operación de 36 mca. Esto
distorsiona la información, motivo por el cual estos
valores no podrían utilizarse para los análisis
posteriores.
En la información obtenida en el Sector II, tercer
turno de riego, se puede observar que la presión de
operación se incrementa debido a que el sistema
opera con un caudal de 1.65 l/s, por lo cual la
velocidad de flujo disminuye a 0,37 m/s y la pérdida
de carga también 0.10 a 0.20 mca. Esto se debe a que
el sistema instalado, es riego por goteo, con goteros
autocompensantes que requieren una presión de
operación de solo 10 mca. Similar al caso anterior
esto distorsiona la información, motivo por el cual
estos valores no podrían utilizarse para los análisis
posteriores.
Para el Sector IV, cuarto turno de riego, si solo
opera la válvula hidráulica 11, el caudal es de 5.13
l/s, con una presión de operación de 31.5 mca, con lo
cual el sistema opera normalmente; sin embargo, si se
abre la válvula 10, a pesar de que el caudal que
controla esta válvula es bajo, la presión de operación
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody Wood Barr Swamee Jain Chen
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody
Wood
Barr Swamee Jain Chen
0.0181
0.0181
0.0181
0.0181
0.0181
0.0181
0.0183
0.0183
0.0183
0.0183
0.0183
0.0183
0.0353
0.0353
0.0353
0.0352
NA
0.0352
0.0185
0.0185
0.0185
0.0185
0.0185
0.0185
0.0187
0.0187
0.0187
0.0187
0.0187
0.0187
Factor de friccion f Ecuaciones empiricas
Moody
Wood
Barr Swamee Jain Chen
0.0287
0.0287
0.0287
0.0287
0.0287
0.0287
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
NA
0.0333
NA
0.0339
NA
0.0338
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
0.0286
cae, y si solo se opera la válvula 10, al ser el caudal
de 0.8 l/s, la presión, al igual que el sector II y III, se
incrementa, la velocidad cae a 0.18 m/s y las pérdidas
de carga también 0,5 a 0.7 mca., estos valores no se
utilizaron para los análisis posteriores.
4.2 Evaluación del factor de fricción en la red
de tuberías
La evaluación del factor de fricción para las
tuberías de la red fue determinada en base a las
mediciones de la presión en los puntos de control de
la red, es decir la caída de presión nos indicó la
pérdida de carga principal en la tubería, y haciendo
uso de la ecuación de Darcy–Weisbach determinamos
el factor “f”.
Asimismo, se determinó el factor de fricción “f”
utilizando las siguientes 5 ecuaciones empíricas:
ecuación de Moody, Wood, Barr, Swamee Jain y
Chen. De los resultados podemos resaltar que las
ecuaciones empíricas de Moody, Wood, Swamee Jain
y Chen arrojan valores del factor de fricción muy
aproximados a los obtenidos por la aplicación de la
ecuación de Darcy–Weisbach
(f = 0.019 en
promedio) y al valor obtenido por la ecuación de
Colebrook-White (f = 0.0195), mientras, que la
ecuación de Barr da resultados no satisfactorios. Los
rangos de caudales variaron de 1 a 6 l/s, el número
de Reynolds está comprendido entre 60,000 y
120,000 para la tubería matriz de PVC, clase 5, de 75
mm de diámetro.
123
Aplicación de las ecuaciones empíricas para la determinación del factor fricción en tuberías para el cálculo de las
pérdidas de carga principal en conductos bajo presión
Asimismo, los valores del factor de fricción f
obtenidos por las fórmulas empíricas se compararon
con el f obtenido con la ecuación de Darcy-Weisbach
y con el f obtenido de la ecuación de ColebrookWhite.
En la Figura 1, se puede observar que el coeficiente
de fricción f determinado por las ecuaciones
empíricas de Moody, Wood, Swamee Jain y Chen, se
ajustan mejor a los valores medidos en campo y a los
obtenidos mediante la aplicación de la ecuación de
Colebrook-White.
Re = 1.3x106 x Q/D
Asimismo, se calculó la pérdida de carga con la
ecuación de Darcy-Weisbach; para determinar el
coeficiente de fricción se utilizó la ecuación para
flujo turbulento, Reynolds mayor de 2000:
1/(f)1/2 = -0.8 + 2.0 * Log10 (Re (f)1/2)
También se determinó con la ecuación de
Colebrook-White el valor de f para su aplicación en
la ecuación de Darcy.
De los resultados obtenidos, podemos observar que
las pérdidas de carga obtenidas con la ecuación de
Hazen-Williams son muy similares a los obtenidos
con la ecuación de Darcy-Weisbach, y estos valores a
su vez se encuentran por encima del valor de la
pérdida de carga medida en el campo, los porcentajes
de error varían entre 0.2 y 12 %. En la Figura 2 se
Gráfico No. 2: Perdidas por Friccionpuede observar claramente este comportamiento.
h (mca)
Comparacion entre Hazen-Williams y
Darcy-Weisbach
Figura 1. Ecuaciones empíricas para f.
Sin embargo, los valores de las ecuaciones
obtenidas con la ecuación de Barr presentan valores
de f mucho mayores.
El f de la ecuación de Cheng da valores muy
similares, por no decir iguales a los valores f de
Colebrook-White, el porcentaje de error para las
diferentes pruebas oscila entre 0.09 a 0.15%, con la
ecuación de Swamee-Jain el porcentaje de error es
del orden de 0.61%, con la ecuación de Wood el
porcentaje de error oscila entre 1.24 a 2.05%, y con
la de Moody el porcentaje de error oscila entre 0.99 a
3.04%, para las diferentes pruebas, respecto al valor
de f obtenido con la ecuación de Colebrook–White.
Cabe señalar que la ecuación de Chen y SwameeJain presentan la menor discrepancia respecto al valor
de f obtenido con la ecuación de Colebrook–White.
Si comparamos el valor de f con el obtenido
despejando la ecuación de Darcy-Weisbach, el
porcentaje de error para la ecuación de Moody, varia
del 1 al 10 %, repitiéndose este comportamiento para
las ecuaciones de Wood, en el caso de la ecuación de
Swamee-Jain y la ecuación de Chen el porcentaje de
error se encuentra entre el 1 y 6%, siendo los valores
de f de estas los que más se aproximan a los
obtenidos con la ecuación de Darcy.
2.0
1.0
0.0
0.80 1.65 3.79 3.85 4.10 4.38 5.13 6.25
Caudal (l/s)
Hazen-Williams
Darcy-Weisbach
Perdida de Carga real
Figura 2. Pérdidas por fricción-comparación entre
Hazen-William y Darcy-Weisbach
4.4 Determinación de la curva caudal vs
presión
En base a la información de campo de las Tablas 1
al 4 se obtuvo la curva de caudal versus presión para
la bomba, que se presenta en la Figura 3.
4.3 Cálculo de las pérdidas de carga
utilizando la ecuación de Hazen-Williams
Figura 3. Curva caudal-presión.
Considerando que la ecuación más utilizada por los
ingenieros y técnicos para la determinación de
pérdida de carga en tuberías para en el diseño de
sistema de riego a presión es la de Hazen-Williams,
se calculó la pérdida de carga en la tuberías
utilizando esta ecuación, para lo cual se consideró un
valor de CHW = 150, temperatura del agua de 20 °C y
la ecuación para calcular el número de Reynolds:
La bomba utilizada es de tipo centrifuga, marca
Hidrostal, modelo B1 ½ x 2, 5.7T, de 3500 RPM y
5.7 HP de potencia. De la observación de la curva
caudal-presión y de la curva de la bomba se puede
concluir que la bomba debe de operar para un caudal
entre los 4 y 6 litros por segundo, con la finalidad de
tener una eficiencia de operación del 50 al 65%.
124
Ángel F. Becerra Pajuelo
Trabajar con caudales menores, significa eficiencias
menores del 50%, lo que influye en un mayor costo
de operación del sistema de riego.
5. Conclusiones
1. Las ecuaciones de Chen y Swamee Jain así como
las de Wood, y Moody para el cálculo del factor de
fricción, presentan valores que se ajustan a los
valores obtenidos en campo para una tubería de PVC
de 3 pulgadas, y para caudales entre 3.80 l/s a 6.25
l/s.
2. Las ecuación de Barr sobreestima el valor del
coeficiente de fricción en comparación a los valores
obtenidos en campo y los obtenidos con la ecuación
de Colebrook-White.
3. Los valores de f obtenidos con la ecuación de Chen
y la ecuación de Swamee-Jain presentan la menor
discrepancia respecto al valor de f obtenido con la
ecuación de Colebrook–White (porcentaje de error
entre 0.09 a 0.15%) y 0.61% respectivamente. En la
ecuación de Wood el porcentaje de error oscila entre
1.24 a 2.05%, y en la de Moody el porcentaje de
error oscila entre 0.99 a 3.04%, para las diferentes
pruebas.
4. Los factores de fricción para las tuberías de la red
de riego del área demostrativa, en promedio es del
orden de f = 0.019.
5. Los caudales encontrados en la red para los
diferentes escenarios fluctúan entre 1.65 y 6.25 l/s, lo
que origina sobre-presiones en el sistema o presiones
por debajo de la presión de operación de los
emisores.
6. Las pérdidas de carga obtenidas en las pruebas
hidráulicas hasta el PC4 son del orden de: en el turno
de riego I oscila entre 1.4 a 1.65 m, en el turno de
riego II oscila entre 1.50 a 1.92 m y en el turno de
riego IV es de 2.7 m.
An cient. 69(4) 2008, pp. 115-125
Con base en los resultados recomendamos:
Operar el sistema en turnos de riego para caudales
entre 4 a 6 l/s, por ejemplo regar el sector II con una
línea de lateral del sector III.
Retirar los manómetros de glicerina fijos instalados
en el cabezal de riego y en los puntos de control 1, 2,
3 y 4, instalando en su reemplazo puntos de prueba
para medición de presión mediante manómetros
portátiles.
La elaboración de un Manual de operación del
sistema del área demostrativa de riego y de
mantenimiento del cabezal de riego.
Mantener caudales constantes de operación por
sector y turno de riego a fin de evitar las caídas de
presión de operación.
Modelar numéricamente la red de riego de la
parcela experimental con fines de optimización de los
turnos de riego en base a las presiones de trabajo.
6. Referencias bibliográficas
MOTT, ROBERT. L. 1996. “Mecánica de Fluidos
Aplicada”,
Editorial
Prentice
Hall
Hispanoamericana S.A. 4ta.edición.
POTTER, MERLE C. y DAVID C WIGGERT 1998.
“Mecánica de Fluidos”. Ed. Prentice Hall
Hispanoamericana S.A, 2da. Edición, 752 Pág.
STREETER, VÍCTOR L. y
WYLIE, E.
BENJAMÍN.
2000. “Mecánica de Fluidos”.
Novena edición. Editorial Mc Graw Hill. Bogotá,
Colombia, 740 Pág.
SALDARRIAGA V. JUAN G. 1998. “Hidráulica de
Tuberías”. Ed. Mc Graw Hill Interamericana S.A.
Santa Fe de Bogotá, Colombia. 564 Pág.
SHAMES, IRVING H. 1995. “Mecánica de Fluidos”.
Mc Graw Hill, 3ra. Edición, Bogotá, Colombia,
825 Pág.
125
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 06/06/2007
Aceptado: 27/06/2008
Valoración económica del servicio ambiental hídrico en la cuenca del río
Jequetepeque
Carlos Soncco M. 1
Resumen
El desarrollo de esta investigación tuvo como propósito estimar el valor económico del beneficio generado por el
servicio ambiental de hídrico, proporcionado por los bosques y agroecosistemas de la cuenca del río Jequetepeque.
Para ello, se utiliza el método de valoración contingente (MVC) con formato tipo referéndum y la estimación de la
disposición a pagar (DAP) se realiza mediante un modelo logit lineal. Los resultados muestran que la DAP por
familia es S/. 11,83 (US $ 3,64) y los beneficios totales anuales ascienden a S/. 4´340,388.39 (US $ 1´335,504.12).
La información obtenida contribuye a proporcionar un criterio económico para la implementación de esquemas de
pago por servicios ambientales, los cuales pueden llegar a constituir un instrumento valioso con potencial de
promoción e impulso de estrategias de desarrollo sostenible, a la vez que se garantiza un flujo sostenible de servicios
ambientales fundamentales, en este caso el agua.
Palabra clave: Valoración Contingente, Disposición a Pagar, Servicio ambiental.
Abstract
This research had as purpose to consider the economic value of the benefit generated by the environmental service
of hydric, provided by the forests and agro ecosystems of the Jequetepeque Basin River. For it, the contingent
valuation method is used (CVM), with format type referendum and the estimation of the willingness to pay (WTP)
is realised by means of a linear model logit. The results show that the WTP by family is S/. 11.83 (U.S. $ 3.64) and
the annual total benefits are S/. 4´340,388.39 (U.S. $ 1´335,504.12). The obtained data contributes to provide an
economic criterion for the implementation of schemes of payment by environmental services, which can get to
constitute a valuable instrument with promotion potential and impulse of strategies of sustainable development,
simultaneously that is guaranteed a sustainable flow of fundamental environmental services, in this case the water.
Key words: Contingent valuation, willingness to pay, environmental Service
1. Introducción
Los ecosistemas naturales de la cuenca del río
Jequetepeque proporcionan una amplia variedad de
servicios
ambientales.
Los
bosques
y
agroecosistemas, por ejemplo, a demás de otras
funciones, brindan servicios hidrológicos como la
filtración de aguas y la regulación de flujos hídricos,
los cuales generan
importantes beneficios
económicos, ambientales y sociales directos e
indirectos a las poblaciones asentadas al interior de la
cuenca. Sin embargo, estos servicios generalmente no
son valorados, hasta que los efectos de la
disminución y/o pérdida paulatina de los mismos se
hacen palpables en forma de inundaciones,
disminución de la cantidad y calidad del agua,
afectando el bienestar de los diferentes usuarios de la
cuenca (hidroeléctricas, minería, agricultores,
ganaderos, población, etc.).
La pérdida de esos servicios ambientales, a pesar
de su valor, tiene una sencilla explicación. Al no
recibir, los usuarios de la cuenca alta ninguna
compensación por los servicios ambientales que sus
tierras generan para otros agentes, éstos carecen de
motivación económica para tomar en cuenta esos
servicios ambientales cuando deciden acerca del uso
de sus tierras.
Si la planificación del desarrollo se basa en
consideraciones económicas determinadas por el
1
Escuela de Postgrado, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Lima, Perú. Facultad de Economía y Planificación.
E-mail: [email protected]
mercado, y si las funciones y servicios ambientales
que prestan los ecosistemas de la cuenca no son
tomadas en cuenta, las decisiones que se tomen
estarán sesgando la orientación del desarrollo, en
contra de los recursos que encierran estos
ecosistemas.
Desde esta perspectiva, es de mucha utilidad
conocer la importancia de la incorporación de
elementos de valoración económica de los servicios
ambientales, y que además, la información generada
pueda ser útil y confiable para la elaboración de
políticas
ambientales
orientadas
hacia
la
conservación y manejo sostenible de los recursos
naturales, y adicionalmente promover esta
experiencia de manejo sostenible, en una zona, como
la cuenca del río Jequetepeque, la cual amerita una
atención especial, dada la gran variedad de factores
económicos, sociales y ambientales que en ella
confluyen, importantes para el desarrollo de la zona.
En este contexto, el objetivo de esta investigación
fue estimar el valor económico del beneficio
generado por el servicio ambiental hídrico
proporcionado por los bosques y agroecosistemas de
la cuenca del río Jequetepeque. La información
obtenida contribuye a proporcionar un criterio
económico para la implementación de esquemas de
pago por servicios ambientales, los cuales pueden
llegar a constituir un instrumento valioso con
potencial de promoción e impulso de estrategias de
desarrollo sostenible, a la vez que se garantiza un
flujo
sostenible
de
servicios
ambientales
fundamentales, en este caso el agua. Para ello se
utiliza el método de valoración contingente (VC), con
Carlos Soncco M.
formato tipo referéndum y, la estimación de la
disposición a pagar (DAP) se realiza mediante un
modelo logit lineal (Hanemann, 1984).
2. Revisión de literatura
2.1 Método de valoración contingente
El método de VC según Portney (1994), es un
método que utiliza encuestas, aplicadas a muestras
seleccionadas, para obtener la disposición a pagar
(DAP) de los encuestados, de proyectos o programas
hipotéticos. El valor producido como respuesta a
través de este método está bajo la dependencia de la
naturaleza del mercado hipotético comunicado a los
encuestados. El formato de encuesta que se utiliza en
el método de VC, normalmente consta de tres partes
principales (a) el escenario o descripción de la
política o programa por el cual el bien/servicio va a
estar proporcionado, (b) el mecanismo de obtención
de valor, y (c) los factores sociales, económicos,
demográficos y ambientales que podrían influenciar
potencialmente en el valor escogido por los
encuestados (Portney, 1994; Mitchell y Carson,
1989).
La aplicación del método de VC esta sujeta a
diversas críticas. Sin embargo, la principal crítica gira
entorno a dos aspectos; (a) la validez y (b) la
fiabilidad (Smith, 1993; Freeman, 1993; Noaa, 1993).
La fiabilidad y la validez de los resultados de VC son
generalmente afectadas por diversos tipos de
prejuicios y errores que ocurren durante los procesos
de valoración. Estos prejuicios y estos errores hacen
que los resultados sean menos útiles para propósitos
de diseño de políticas, especialmente en un contexto
de países en desarrollo. No obstante, existe una gran
cantidad de pautas disponibles que permiten conducir
o llevar a cabo, correctamente, estudios de VC
(Mitchell y Carson, 1989; Noaa, 1993), incluso en
países en desarrollo (Whittington, 1996).
2.2 Especificación del modelo
De a cuerdo con Hanemann (1984), se formula el
problema como la comparación entre dos funciones
indirectas de utilidad (este modelo es conocido como
“diferencia en la función de utilidad”), se supone que
el entrevistado posee una función de utilidad U (Q,
M, S), que depende de la mejora de la calidad
ambiental (Q) de Q0 a Q1, del ingreso M, y teniendo
como parámetros el vector de características
socioeconómicas S del individuo.
Dado que se desconoce la función U (Q, M, S),
entonces se plantea un modelo estocástico de la
forma:
U (M , Q, S )  V (M , Q, S )  
(1)
Donde,
es la variable aleatoria con media cero,
y V(.) es la parte determinística de la función de
utilidad. Si la persona entrevistada esta dispuesta a
pagar P soles mensuales, para que se protejan los
bosques y agroecosistemas, ubicados en la cuenca
alta del río Jequetepeque, que permita el
aseguramiento del suministro de agua, y donde el
vector de precios de mercado Pm es omitido ya que
se asume constante, se cumple que:

127
V ( M  P, Q 1 , S )  V ( M , Q 0 , S )   0   1

(2)
(i  0,1)
i
Donde
son
independiente
e
idénticamente distribuidas, éste término de error
representa la influencia sobre la utilidad no observada
por el investigador o el error aleatorio en el proceso
mismo de elección. Luego el cambio de utilidad se
expresa como:
V  V ( M  P, Q1 , S )  V ( M , Q 0 , S )
y    0  1
(3)
A este nivel, la respuesta SI/NO del entrevistado es
una variable aleatoria y la probabilidad de una
respuesta afirmativa (SI) está dada por:
Pr ob( SI )  Pr(V   )  F (V )  1  G (.)
(4)
F

Donde,
es la función de probabilidad
acumulada de los errores representados por .
2.3 Estimación de la disposición a pagar
Para estimar la DAP se debe estimar la
probabilidad de aceptar o no el precio ofrecido como
función del mismo precio y algunas variables
socioeconómicas que cambian la función de utilidad
indirecta (∆V). En este estudio, para la estimación de
la disposición a pagar media, a partir de las
respuestas obtenidas de la pregunta dicotómica,
consideramos la aproximación de Hanemann (1984),
donde demuestra como la interpretación teórica del
bienestar se puede desarrollar a partir del modelo de
utilidad aleatoria de McFadden (1973).
En el estudio se utiliza una forma funcional lineal y
una distribución logística para la estimación de los
parámetros. Con base al modelo de la ecuación (4), el
modelo logit surge de suponer que la función G (·) es
logística, lo que da lugar a:
Pr ob(SI )  Pr ob(  P   )  Pr ob( DAP  P)  [1  exp(  P)]1
(5)
Donde:  y  son los parámetros desconocidos a
estimar a partir de los datos. A partir de aquí, el valor
esperado de la DAP es:
0


0
E( DAP)   Gc( P)dP  [1  Gc( P)]dP   / 
C*  DAP   / 
(6)
(7)
 , representa el cambio de utilidad por la
Donde
mejora del servicio ambiental de regulación hídrica y

(constante), la cual aumenta con el ingreso,
implicando que cuanto más alto sea P en la encuesta,
menor será V
y por tanto, menor será la
probabilidad de que un individuo responda SI.3.
3. Materiales y métodos
3.1 Descripción y tamaño de Muestra
La muestra estuvo constituida por la población
beneficiaria por la mejora del servicio ambiental
hídrico de la cuenca del río Jequetepeque, es decir,
las poblaciones de la cuenta media y baja. Sin
embargo, dado que la población, en su mayoría se
dedica a la actividad agrícola, es ésta la población
objetivo del estudio, dejando de lado a los otros
Valoración económica del servicio ambiental hídrico en la cuenca del río Jequetepeque
usuarios,
como
la
empresa
minera,
las
hidroeléctricas, la fábrica de cemento y las EPS.
De acuerdo a Méndez (2004), se selecciona una
muestra aleatoria de 382 hogares. Sin embargo, el
tamaño de muestra fue ampliado a 450; esto teniendo
en cuenta que alguno de los formatos de la encuesta
podían contener información incompleta y por lo
tanto, debían ser desechados. La base de datos
depurada, queda establecida en 424, a partir de la
cual se realizan los análisis estadísticos y
econométricos.
3.2 Diseño del formato de encuesta
Se diseña una primera encuesta (formato abierto),
la cual es aplicada a una submuestra (grupo focal),
con el fin de elaborar un instrumento entendible para
la población objetivo, que permitiera sondear acerca
de los valores de disponibilidad a pagar. Todo este
trabajo previo permite el diseño de la encuesta
definitiva con formato referéndum, dividido en tres
secciones: la primera está compuesta de preguntas
acerca de aspectos relevantes del servicio ambiental
hídrico. En la segunda parte, se plantea el escenario
hipotético y se pregunta por la disposición a pagar de
los hogares por la mejora ambiental. Finalmente, en
la tercera parte, se preguntan algunos datos socioeconómicos que constituyen variables que afectan la
respuesta de la disposición a pagar.
3.3 Variables del modelo
Las variables incluidas son aquellas que se
consideran relevantes y que ayudan a explicar la DAP
de la población objetivo. En la Tabla 1 se muestra la
codificación de las variables incluidas en la encuesta
y la hipótesis que se prueban con los análisis
estadísticos y econométricos. A continuación, se
discute brevemente cada una de ellas y su influencia
en al DAP:
Disposición a pagar (DAP = X1)
Contiene la postura del entrevistado en cuanto a la
pregunta 18 de la DAP. Toma el valor de 1 si la
respuesta es positiva o afirmativa y 0 si es negativa.
Monto a pagar (MP = X2)
Contiene los valores de la tarifa o montos a pagar
utilizados para preguntar la DAP mensual de los
encuestados por la mejora ambiental. El rango de
valores o vector precios esta entre S/. 1,00 y S/. 20,00
nuevos soles. Se espera que esta variable tenga una
influencia negativa en la DAP.
Ingreso (ING = X3)
Variable categórica que representa los ingresos
mensuales familiares. Se espera que esta variable
tenga una influencia positiva en la DAP.
Edad (X4)
Variable continúa, representa la edad en años del
entrevistado. Se espera que pueda influir
negativamente en la DAP, debido a que personas
mayores tienden a participar menos en los programas
de conservación y saneamiento ambiental.
Sexo (SEX = X5)
Variable binaria que representa el sexo del
entrevistado. Toma el valor de 1 si es de sexo
An cient. 69(4) 2008, pp. 126-131
masculino y 0 si es de sexo femenino. Estudios
previos señalan que el sexo femenino tiende a indicar
mayores valores de DAP.
Educación (EDU = X6)
Variable categórica. Se espera que su influencia sea
positiva sobre la DAP. Una persona mas educada,
entenderá fácilmente la importancia de la
conservación y protección de los recursos naturales
como el agua.
Trabajo (TRAB = X7)
Variable binaria que toma el valor de 1 si el
entrevistado trabaja y 0 si no trabaja. Se espera que
esta variable pueda influir significativamente en la
DAP, ya que la persona que trabaja dispone de un
salario y tiene la oportunidad de disponer de él.
Tamaño de Familia (FAM = X8)
Variable discreta. Se espera que esta variable
influya negativamente, debido a que en familias
numerosas su DAP puede ser menor por tener que
destinar más recursos para el sostenimiento del hogar.
Hijos Menores de 18 Años (HMEN = X9)
Variable discreta. Se espera que esta variable
influya positivamente, debido al deseo de las
personas mayores de brindar un mejor ambiente a los
hijos.
Tabla 1. Codificación de las variables e hipótesis
de los coeficientes.
Variable
MP o monto a
pagar para
determinar la DAP
en Nuevos Soles
Nivel de ingresos
(nuevos soles)
Edad del
entrevistado
Sexo del
entrevistado
Nivel educativo
Trabaja
actualmente
Tamaño de la
familia
Hijos menores en la
familia
Cantidad de
hectáreas
cultivadas
Conoce la
nacimientos de de
río Jequetepeque y
afluentes
Importancia de
presencia de
bosques y
vegetación para la
existencia de agua.
Códigos y valores
MP
Hipótesis
βBID < 0
ING
Menos de 200 = 1;
entre 200 y 400 = 2; 400 y
6000 = 3; 600 y 800 = 4, 800 y
1000 = 5; 1000 y 1200 = 6,
1200 y 1500 = 7; mas de 1500
=8
EDAD
βINGR
SEX
βSEX
Masc = 1; Fem = 0
>0
βEDAD < 0
<0
EDUC
Sin Educ. = 1;
Primaria = 2; Secundaria = 3,
Coleg Téc. = 4, Universitario
=5
TRAB
SI = 1; NO = 0
βEDUC
>0
βTRAB
>0
FAM
βFLIA < 0
HMEN
βHMEN
HA
βHA
CON
IMPORT
SI = 1; NO = 0
SI = 1; NO = 0
>0
>0
βCON
>0
βIMPORT
>0
Fuente: Elaboración propia (análisis y discusión de
resultados).
128
Carlos Soncco M.
Hectáreas Cultivadas (HA = X10)
Variable continua. Se espera que esta variable
influya positivamente, debido a que la cantidad de
uso de agua es mayor a medida que tengan mayor
cantidad de hectáreas de terreno.
Conoce nacimiento de fuentes de agua (CON =
X11)
Variable binaria que tomo el valor de 1 si el
entrevistado tiene conocimiento acerca de los lugares
donde nace el río Jequetepeque y afluentes y de lo
que representa para su bienestar; toma el valor de 0 si
es el caso contrario.
Importancia (IMPOR = X12)
Variable binaria que tomo el valor de 1 si el
entrevistado considera que son importantes la
presencia de bosques y vegetación para la existencia
de agua en el río Jequetepeque, toma el valor de 0 si
es el caso contrario.
De otro lado, las personas que respondieron
afirmativamente, el 33% mencionó que la institución
más adecuada para recibir el pago es una ONG, luego
seguían la Junta de Usuarios, Comité Ambiental y
gobiernos locales con un 29%, 20% y 16%,
respectivamente (Figura 4). Esto evidencia la poca
confiabilidad que se tiene todavía en las instituciones
públicas. En cambio, se demuestra la confianza en
delegar esa responsabilidad a una ONG que tenga
influencia directa en el proyecto; de esto se concluye
el papel fundamental y serio que debería jugar la
organización que lleve a cabo esta actividad, pero sin
dejar de lado la coordinación con las autoridades
públicas.
ot r os
Desconf i anza en l as
1%
i nst i t uci ones
6%
Razones
económi cas
44%
3.4 Resultados estadísticos
E l gobi er no deber i a
Con relación a la pregunta de la DAP, el 55,2% de
los entrevistados respondieron afirmativamente a esta
pregunta, mientras, que el resto respondió de forma
negativa. El comportamiento de los entrevistados
resultó como se esperaba, a medida que los montos
contenidos en la pregunta de DAP aumentaban la
probabilidad de obtener respuestas positivas iba
disminuyendo (Figura 1 y 2).
pagar
43%
No l e i nt er esa
6%
Fuente. El abor aci ón pr opi a en base a r esul tado de l as encuestas
Figura 3. Motivos que originaron respuestas
negativas.
Con f or mar un comit é
Ot r os
ambien t al
2%
20%
ONG en car gada delpr oyect o
33%
Respuesta
Negativas; 45%
Gobier n os locales y/ o
mun icipales
16 %
Jun t a de usuar ios
29%
Respuesta
Positivas; 55%
Fuent e. Elaboración propia en base a result ado de las encuest as
Figura 1. Porcentaje de respuestas afirmativas.
Fuente. El abor aci ón pr opi a en base a r esul tado de l as encuestas
Figura 4. Institución más adecuada para recibir el
pago.
Mujeres;
11%
Hombres,
89%
Fuent e: Elaboración propia
Figura 5. Nivel de participación de hombres y
Mujeres.
Universit ario
2%
Superior t écnica
Figura 2. Probabilidad de respuesta afirmativa.
Asimismo, del 44,8% de las personas entrevistadas
que dijeron “no” a la pregunta de la DAP, el 43,5%
contestaron de forma negativa debido a razones
económicas, el 43,0% mencionó que es el gobierno
quien debería de pagar por este servicio ambiental,
6,0% contestaron en forma negativa debido a la
desconfianza en las instituciones y un 6,0% dijo que
no le interesaba (Figura 3).
129
Sin inst rucción
5%
9%
Secundaria
30%
Primaria
54%
Fuente: Elaboración propia
Figura 6. Niveles de educación de los
entrevistados.
Valoración económica del servicio ambiental hídrico en la cuenca del río Jequetepeque
En cuanto a la variable sexo, el 89,43% de las
personas fueron hombres; esto refleja el poco trabajo
de las instituciones en el tema de genero (Figura 5),
según los resultados, son los mujeres las que
presentan una mayor disponibilidad a pagar, sin
embargo, esta variable no mostró significancia en el
modelo econométrico empleado.
En cuanto a la variable nivel de educación, se
encontró que el 53,5% tiene un nivel de educación
primaria, 30,4% nivel secundario, 9,4% superior
técnica, 1,7% nivel universitario y 5% no poseía
ningún nivel de instrucción (Figura 6). Además,
respecto a la pregunta si el encuestado trabaja o no,
se encontró que el 86,08% trabaja y el 13,92% no
trabaja, mientras, que el 32,8% del nivel de ingreso
familiar/mes se encuentran en un rango de 200 a 400
nuevos soles.
Del mismo modo con respecto al variable tamaño
de familia, el 51,18 % de las familias esta compuesta
de 5 – 8 miembros y el 41,27% tiene un tamaño entre
1-4 miembros, mientras que en relación a la variable
número de hijos menores, se encontró que el 84,2%
de las familias tienen entre 1-2 hijos menores de
edad.
Por ultimo, frente a la pregunta si conoce o no las
fuentes de nacimiento de agua del río Jequetepeque y
afluentes, el 56,1% respondió que si conoce al menos
una fuente de nacimiento y, respecto a la importancia
de los bosques y cobertura vegetal para el suministro
de agua, el 98,1% califica de valiosa esta relación.
Esto pone de manifiesto el comportamiento
estratégico de los encuestados, pues como se
mencionó anteriormente, sólo un 55,2% respondió
afirmativamente a la pregunta de disponibilidad a
pagar. Así mismo, con respecto a la interrogante
sobre ¿Quién debería velar por los bosques en el
país? Solamente un 41% afirmó que deben de ser
todos los ciudadanos.
Tabla 2. Estimación del modelo.
Coeficiente
Error
Z
Standard
P(|Z|>z)
-0,5234
0,5068
-1,0330
0,3017
MP (X2) ***
-0,1133
0,0183
-6,2030
0,0000
ING (X3) ***
0,1661
0,0183
3,0080
0,0026
EDU(X6) *
0,2429
0,1422
1,7080
0,0876
TRAB (X7) ***
0,8390
0,3125
2,6850
0,0073
FAM (X8)
-0,0551
0,0489
-1,1260
0,2600
CON (X11) **
0,4979
0,2192
2,2710
0,0231
Log likelihood
Log likelihood
restricted
-257.4707
-292,0048
69.0682
DAP (S/.)
11.8321
Nivel de significancia (α): 10%(*), 5% (**), 1% (***)
Variable dependiente: Prob(SI) =X1
Fuente: Elaboración propia.
An cient. 69(4) 2008, pp. 126-131
A partir del modelo seleccionado se estimó la DAP
de acuerdo al procedimiento planteado por Ardila
(1993), obteniendo una DAP media de S/. 11,83 (US
$3,64). (Tabla 3)
Es importante señalar que el valor económico del
servicio ambiental, para las familias de la cuenca del
río Jequetepeque, está representada por la
disponibilidad a pagar por el servicio ambiental,
independientemente sí pagan o no. Este valor
económico representa el aumento en el bienestar
(cambio subjetivo), que les implica tener acceso a
este servicio, por lo tanto, la DAP representa el valor
que estas familias le otorgan al agua proveniente del
río Jequetepeque.
Es interesante resaltar que el resultado de la DAP,
se encuentra por debajo del 3% de los ingresos
promedios (S/. 400 – 600 mensuales) de las personas
encuestadas.
Tabla 3 Valor económico del servicio ambiental
por familia.
Media
Constante
Chi - squared
3.6 Estimación de la disposición a pagar
Medida de
tendencia central
3.5 Resultados econométricos
Variable
En la Tabla 2 se presentan los resultados
econométricos del modelo seleccionado, estimado
mediante un modelo Logit lineal. Para ello, se ha
considerado únicamente aquellas variables que
fueron significativas a un nivel de 20% o mejor, a
partir de un modelo general. La justificación de este
procedimiento es encontrar un modelo que pueda
explicar mejor la variación en la variable
dependiente, además este modelo puede ser
numéricamente más estable, lo que a su vez puede
facilitar la estimación de la DAP (Hosmer y
Lemeshow, 1989, citado por Valera, V., 1998).
Los parámetros estimados de las variables MP,
ING y TRAB son significativos a un nivel de 1% y
las variables CON y EDU son significativas a un
niveles de 5%, y 10% respectivamente.
Mediana
DAP (S/./mes)
DAP (US $/mes )
11,83
(11,29 – 12,38)
11,83
( 3,64)
(3,47 – 3,81)
( 3,64)
( ) Intervalos de confianza de la media (90% de nivel
de confianza).
Fuente: Elaboración propia.
Finalmente, se hizo la agregación lineal (Johanson,
1989, Dobbs, 1993, y Riera, 1994) de los beneficios
totales, para lo cual se tomo como base el total de
hogares de la cuenca del Jequetepeque, beneficiarios
del servicio ambiental. Por tanto, el valor económico
total que los beneficiarios están dispuestos a pagar
por el servicio ambiental, es igual al producto de la
DAP (S/. 11,83 nuevos soles) por el total de familias
de la cuenca del Jequetepeque (55,389 Hogares) y
por la proporción de respuestas positivas a la DAP
(55,2%). De acuerdo con esto los beneficios
económicos mensuales ascienden a S/. 361,699.03
(US $ 111,292.01) y los beneficios económicos
anuales ascienden a S/. 4´340,388.39 (US $
1´335,504.12). (Tabla 4)
130
Carlos Soncco M.
Tabla 4. Valor económico total del servicio
ambiental.
Beneficios
económicos
mensuales
por
familia (S/.)
Beneficios
económicos
mensuales de la
población (S/.)
Beneficios
económicos Anuales
de la población (S/.)
11.83
(US $ 3.64)
361,699.03
(US $ 111,292.01)
4´340,388.39
(US $ 1´335,504.12)
Fuente. Elaboración propia
4. Conclusiones
En este estudio se ha realizado la estimación, en
términos monetarios, del valor de uso indirecto que
los bosques y agroecosistemas de la parte alta de la
cuenca del río Jequetepeque proporcionan a través de
un servicio ambiental hídrico, por lo que refleja
solamente parte del valor económico total de estos
ecosistemas.
Se estimó que la disposición pagar de las familias
por el servicio ambiental hídrico es de S/. 11,83 (US
$ 3,64) nuevos soles mensuales y los beneficios
económicos totales ascienden a S/. 4´340,388.39 (US
$ 1´335,504.12) anuales.
Las variables: MP, ING, EDU, TRAB y CON son
significativas y la validez de sus signos son
consistentes con la teoría, las cuales ayudan a
explicar la probabilidad de dar respuestas afirmativas
frente a la pregunta de la DAP.
La variable sexo a pesar de no ser significativa,
presenta un signo consistente con la teoría. Los
resultados mostraron que las mujeres tienen una
mayor DAP, lo cual es razonable dado que son ellas
las que más sienten el efecto de la escasez de agua.
Asimismo, se encontró que la participación de la
mujer fue solamente del 10,57%, lo cual estaría
reflejando el escaso trabajo de parte de las
instituciones públicas y privadas en el tema de
género.
Se encontró que la institución más adecuada para
recibir el pago es una ONG, lo que evidencia la
desconfianza que existe en las instituciones públicas.
Sin embargo, se demuestra la confianza en delegar la
responsabilidad en una institución privada (ONG)
que tenga influencia directa en el proyecto; de ello se
deriva rol fundamental que debería desarrollar la
organización que lleve a cabo esta actividad, pero sin
dejar de lado la coordinación con los gobiernos
locales y regionales.
5. Referencias bibliográficas
ARDILA, S. 1993. “Guía para la utilización de
modelos econométricos en aplicaciones del método
de valoración contingente.” Environment Division
Working Paper ENP-101. Washington, D.C.: InterAmerican Development Bank.
CAMPOS R. N., VÁSQUEZ L. F. y CERDA U. A.
1999.
Estimaciones
Paramétricas,
Semiparamétricas y no Paramétricas en Valoración
Contingente: Aplicación a un Problema de Calidad
del Aire. Tesis de Magíster en Economía de
131
Recursos Naturales y del Medio Ambiente,
Universidad de Concepción.
CARSON R. T., HANEMANN W. M., KOPP R. J.,
KROSNICK J. A., MITCHELL R. C., PRESSER
S., RUUD P. A., and SMITH V. K. 1994a.
„„Prospective Interim Lost Use Value Due to DDT
and PCB Contamination in the Southern California
Bight,‟‟ NOAA Contract No.-DGNC-1-00007.
DOBBS, I. M. 1993. Individual Travel Cost Method:
Estimation and Benefit Assessment with a Discrete
and Possibly Grouped Dependent Variable.
American Journal of Agricultural Economics
75(1), 84-94.
HANEMANN W. M. 1984. Welfare evaluations in
contingent valuation experiments with discrete
responses, Amer. J. Agri. Econom. 66, 332-341.
(INEI), 1993. IX Censo de Población y IV de
Vivienda. Instituto Nacional de Estadística e
Informática
JOHANSSON, P., BENGT K., y MÄLLER K-G.
1989. Welfare Evaluations in Contingent
Valuations Experiments with Discrete Response
Data: Comment. American Journal of Agricultural
Economics vol. 71, no. 4, pp. 1054-1056.
KAIMOWITZ,
2001. Pagos por servicios
ambientales hidrológicos: retos y oportunidades.
En: Memoria II Foro Regional Pago por Servicios
Ambientales. Montelimar, Nicaragua. p75-83.
McFADDEN, D. 1994. “Contingent Valuation and
Social Choice,” American Journal of Agricultural
Economics, 76: 689-708.
MÉNDEZ, R. 2004. Formulación y Evaluación de
Proyectos. Enfoque para emprendedores. 3ª ed.
Bogota D.C. Edit. Quebecor World.
MITCHELL, R. and CARSON, R. 1989. Using
Surveys to value public Goods: The Contingent
Valuation Method. Baltimore, John Hopkins Press.
NOAA, National Oceanic and Atmospheric
Administration. U.S. Department of Commerce
1993. Natural Resource Damage Assesment Under
the Oil Pollution Act of 1990. Federal Register, 58
(10).
PORTNEY, P. R 1994. The Contingent Valuation
Debate: Why Economists Should Care, Journal of
Economic Perspectives, 8 (4): 3−17.
RIERA, P. 1994. Manual de Valoración Contingente.
Instituto de Estudios Fiscales. Madrid.
SMITH, K. V 1993. Nonmarket Valuation of
Environmental Resources: An Interpretative
Appraisal, Land Economics, 69 (1):1−26.
VALERA, V. 1998. Valoración Económica de los
Recursos Hídricos de la Cuenca del Río Grande de
Tarcoles, Costa Rica. Tesis magíster.
WHITTINGTON,
D.
1996.
Administering
Contingent Valuation Surveys in Developing
Countries.
http://www.idrc.org.sg/eepsea/publications/spaper/
Dale.htm
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 06/06/2007
Aceptado: 27/06/2008
Estimando los beneficios económicos por cambios en la calidad ambiental del
agua de consumo humano en zonas urbano-marginales de Lima
Metropolitana
Carlos Soncco1, Roger Loyola 2
Resumen
Esta investigación tiene como propósito estimar los beneficios económicos por un mejoramiento en la calidad
ambiental del agua para consumo humano, en poblaciones urbano-marginales de Lima Metropolitana. Para ello, se
utilizó la metodología de estimación de beneficios de reducciones no marginales de la contaminación, mediante la
estimación de la disposición a pagar (DAP) de los hogares para evitar enfermarse, obtenida a partir de los gastos
defensivos que éstos realizan. Los resultados muestran que la DAP de los hogares para evitar enfermarse es
S/. 16,40 (US $ 5,09) mensuales, que agregados hacen un valor económico total de S/. 12 665 623,67 (US
$ 3 933 423,50) por año. Este valor, representa el beneficio económico (ahorro) que podría producirse por un
mejoramiento de la calidad ambiental personal, en este caso, el mejoramiento de la calidad del agua de consumo
humano. Esta información es una herramienta importante para la formulación de políticas efectivas en salud pública,
el mejoramiento de los sistemas de abastecimiento de agua y ejecución de programas de saneamiento básico.
Palabras Clave: Beneficios económicos, salud pública, disposición a pagar, calidad ambiental, reducción no
marginal de la contaminación.
Abstract
This research has as purpose to estimate the economic benefits for an improvement in the environmental quality of
the water for human consumption, in urban-marginal populations of Lima Metropolitan. For it, the methodology of
estimation of benefits of non-marginal pollution reduction was used, by means the estimation of the willingness to
pay (WTP) of the household to avoid to get sick, obtained from the defensive expenses that these make. The results
show that the WTP of the household to avoid to get sick is S/. 16,40 (U.S. $ 5.09) monthly, that added make total an
economic value of S/. 12 665 623,67 (U.S. $ 3 933 423,50) per year. This value, represents the economic benefit
(saving) that could take place by an improvement of the personal environmental quality, in this case, the
improvement of the quality of the water of human consumption (Bartik, 1988). This information is an important tool
for the formulation of effective policies in public health, the improvement of the systems of water supply and
execution of programs of basic sanitation.
Key words: Economic Benefits, public health, willingness to pay, environmental quality, non-marginal pollution
reduction.
Introducción
En los países desarrollados los sistemas de agua
potable y alcantarillado, junto con los sistemas de
distribución y de potabilización fiables, garantizan el
abastecimiento generalizado de aguas salubres. Sin
embargo, en la mayoría de países en desarrollo,
durante las últimas décadas, la acelerada
implantación de un modelo de vida urbano-industrial,
ha conducido a una grave crisis en la salud, donde el
agua se ha convertido en el principal agente
propagador de enfermedades. Esta situación tiene una
estrecha relación con la crisis del medio rural, los
movimientos migratorios hacia los centros urbanos,
el crecimiento demográfico, el manejo ineficiente de
los residuos urbanos e industriales, etc., agravando
más la situación de pobreza de estas poblaciones.
La población, en particular aquella en condición de
pobreza y extrema pobreza se enfrenta a una
situación, donde prevalece una alta tasa de
enfermedades diarreicas por consumo de agua de
mala calidad, aunada a la falta de servicios adecuados
1
Facultad de Economía y Planificación, Universidad Nacional
Agraria La Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
2
Facultad de Economía y Planificación, Universidad Nacional
Agraria
La
Molina.
Lima,
Perú.
E-mail:
[email protected]
de agua potable, alcantarillado y al alto costo del
abastecimiento de agua por camiones cisterna.
Las enfermedades asociadas al agua son
consideradas una de las mayores causas de
morbilidad y mortalidad entre los pobres de los países
en desarrollo. Se estima que 2 300 millones de
personas sufren enfermedades relacionadas con el
agua y, aproximadamente el 60% de la mortalidad
infantil a nivel mundial se debe a enfermedades
infecciosas y parasitarias relacionadas con el agua
(OMS, 2004).
En Perú, las bajas coberturas de agua potable y
alcantarillado afectan la calidad de vida de la
población, en especial la más pobre. La mala calidad
del agua, los bajos niveles de cobertura de sistemas
de agua potable y alcantarillado y el manejo
deficiente de las plantas de tratamiento, son causa de
enfermedades en las poblaciones (Tabla 1).
En Lima Metropolitana (Lima y Callao) la falta y
precariedad de los servicios de saneamiento
contribuye a aproximadamente 4,24 millones de
casos de enfermedades diarreicas (EDAs) y que están
asociados al agua y desagüe (OACA, 1998). Dichas
enfermedades afectan a todos los grupos de edad, sin
embargo, los más vulnerables son los menores de 5
años.
Carlos Soncco, Royer Loyola
Tabla 1. Coberturas de agua potable en el Perú (1997 – 2005).
2005c
60,8
2,9
4,8
6,3
4,6
15,6
5
2003/
2004
64,4b
4,1
5,9
3,5
18,0
4,1
100
100
100
Abastecimiento de agua
1997
1998
1999
2000
2001a
Red pública dentro de la vivienda
Red pública fuera de la vivienda pero dentro del edificio
Pilón de uso público
Pozo
Camión cisterna u otro
Río, acequia, manantial
Otra
54,8
4,4
4,4
5,9
3,2
21,4
5,9
58,8
4,4
4,4
6
3,3
18,8
4,3
60,2
5,2
4,7
4,7
2,1
16,9
6,2
59,9
5,6
3,5
7,7
4,1
14,0
5,2
Total
100
100
100
100
63,6
3,4
4,8
7,4
3,9
12,6
4,2
a
Las cifras del año 2001 no son estrictamente comparables con la serie 1997-2000, debido a cambios metodológicos en los cálculos.
b
Este dato incluye tanto la red pública dentro de la vivienda como la red pública fuera de la vivienda pero dentro del edificio.
c
Las cifras del año 2005 pertenecen al Censo Nacional de Población y Vivienda, resultados preliminares.
En el 2003, un total de 150.542 niños fueron
afectados por las EDAs. La incidencia de estas
enfermedades se ha incrementado en los niños
menores de cinco años desde el año 2000, a pesar de
haberse producido un incremento de los sistemas de
cobertura de agua potable de 1,37% entre los años
2001-2004
(SEDAPAL,
2005).
(Tabla2)
Tabla 2. Casos de enfermedad diarreica aguda en menores de 5 años (2000 – 2003).
2000
2001
2002
2003
Perú
553.854
538.245
665.624
692.676
Lima Ciudad
28.011
31.131
29.865
32.655
Lima Este
20.521
19.665
25.551
25.427
Lima Norte
43.679
43.299
57.073
60.090
Lima Sur
27.258
27.618
36.764
32.370
Total Lima
119.469
121.713
149.253
150.542
Fuente: Perú en Números 2004, Anuario Estadístico de Cuanto S.A.
En el 2004 los niveles de cobertura de los servicios
de agua potable y alcantarillado fueron de 88,8% y
84,36% respectivamente. Actualmente, alrededor de
un millón de personas reciben agua en forma precaria
por medio de camiones cisterna y/o piletas públicas
y, cerca de 1,3 millones de personas carecen del
servicio adecuado de alcantarillado (SUNASS, 2005).
Si las proyecciones acerca del crecimiento de la
población de Lima Metropolitana se cumplen, el
déficit en la provisión del servicio de agua potable y
saneamiento serán aun mayores.
En este contexto, esta investigación tiene como
objetivo estimar los beneficios económicos por un
mejoramiento en la calidad ambiental del agua de
consumo humano, en poblaciones urbano-marginales
de la ciudad de Lima Metropolitana, mediante la
estimación de la disposición a pagar (DAP) de los
hogares para evitar enfermarse, obtenida a partir de
los gastos defensivos que estos realizan. Los
objetivos específicos planteados son: (i) determinar la
DAP por mejoras en la calidad de agua de consumo
humano, (ii) encontrar los factores socioeconómicos
que ayudan a determinar la DAP y (iii) formular
recomendaciones de política sectorial que
disminuyan las amplias diferencias en la distribución
de agua para consumo humano.
Estos resultados constituyen un insumo importante
para la formulación de políticas efectivas en salud
pública, el mejoramiento de los sistemas de
abastecimiento de agua y ejecución de programas de
saneamiento básico. Otro aporte importante de esta
133
investigación es que a partir de los beneficios netos
estimados por esta vía se podría justificar la ejecución
de proyectos encaminados a la provisión de estos
servicios básicos de agua potable y alcantarillado
para las poblaciones de la zona de estudio. Para ello,
se utiliza la metodología de estimación de beneficios
de una reducción no marginal de la contaminación.
2. Materiales y métodos
Gran parte de las investigaciones realizadas,
analizan los beneficios de mejoras ambientales
cuando los hogares hacen gastos defensivos para
aliviar los efectos de la contaminación (P. Courant y
R. Porter, 1981; H. Shibata y J. S. Wimich, 1983; J.
Harford, 1984; S. Gerking y L. Stanley, 1986). Esta
literatura se enfoca en los beneficios de reducciones
marginales de la contaminación, es decir, beneficios
pequeños. Sin embargo, en esta investigación se
analiza la relación entre los gastos defensivos y los
beneficios de reducciones no marginales de la
contaminación, es decir, beneficios grandes.
2.1 Beneficio de una reducción no marginal
de la contaminación
Según Bartik (1988), diversos estudios muestran
que el beneficio de la reducción marginal en la
contaminación está dado por los ahorros en los gastos
defensivos necesarios para mantener la calidad del
ambiente personal (CAP) constante.
De acuerdo a lo anterior, se asume que el hogar
enfrenta el siguiente problema:
Estimado de los beneficios económicos por cambios en la calidad ambiental del agua de consumo humano en zonas
urbano-marginales de Lima Metropolitana
Max
U ( X , Q)
X ,Q
UQ
UX
dD
dP
0
0
s.a
Y
DQ
X
DP
D(Q, P)
0
0
Donde: Q es la CAP del individuo, esto es, la
calidad ambiental que afecta directamente su utilidad;
P es el nivel de la contaminación; D(Q,P) es la
función
gastos
defensivos
(mitigadores
y
preventivos) que muestra el gasto defensivo
necesitado para alcanzar una calidad ambiental
personal particular, dada la contaminación; Y es
ingreso; y X es el bien numerario.
Donde la condición de primer orden del problema
U /U
D
Q
es; Q X
. Esto indica, que el hogar elige Q y
X para igualar el valor marginal de la calidad
ambiental personal a su costo marginal.
De otro lado, los beneficios de una reducción
pequeña (marginal) de la contaminación, pueden ser
expresados a través del modelo de utilidad del hogar,
la que esta en función a las variables exógenas
contaminación e ingreso. Como se muestra en Bartik,
la máxima utilidad V alcanzada por el hogar, dada
por la función de utilidad indirecta, es igual al
problema de maximización lagrangiano, cuando X y
Q son seleccionados de manera óptima, es decir;
V (P, Y ) U ( X *, Q*)
(Y
X * D(Q*, P))
Donde: V( ) es la función de utilidad indirecta, X*
y Q* son las elecciones óptimas, y
es el
multiplicador de Lagrange. La pregunta clásica en los
problemas de economía ambiental es: ¿cómo cambia
este beneficio máximo si varía la contaminación?
Para lo cual, en problemas de maximización
restringida como el este caso, se realiza encontrando
la función de máximo valor mediante el teorema de la
envolvente.
Para encontrar el ingreso necesario que mantenga
la utilidad constante ante cambios en la
contaminación, es necesario resolver el problema de
maximización lagrangiana. Para cambios marginales
y cuando V, Q, y X permanezcan fijos, el beneficio
de un cambio en P es;
Y
PV
Cte .
VP
VY
DP
Def
Así el beneficio de un pequeño cambio en la
contaminación es DP, es decir, el ahorro en gastos
defensivos necesitados para alcanzar el nivel original
de calidad ambiental personal.
Sin embargo, como señalan Courant y Porter
(1981), y Harrington y Portney (1987) citados por
Bartik (1988), DP no es igual al cambio real en
gastos defensivos porque la calidad ambiental
personal Q* cambiará, de hogar a hogar. Por tanto, el
cambio real en gastos defensivos es;
An cient. 69(4) 2008, pp. 132-139
DP
DQ
dQ *
dP
DP, es medible si se conoce la función gastos
defensivos, P y Q*. A pesar de que la función D no
cambia a través de los hogares, los beneficios
medidos DP, varían porque el hogar elige Q*. No
obstante, estimar DP, realmente no es sencillo,
debido a que la datos requeridos para estimar la
demanda de los hogares la calidad ambiental personal
no están disponibles generalmente (Bartik, 1988).
Sin embargo, según Bartik los beneficios de
reducciones no marginales de contaminación, pueden
ser medidos a través del cálculo de cómo los hogares
cambian su calidad ambiental personal. Si los hogares
enfrentan un pequeño número de elecciones discretas
para mejorar sus condiciones de salud deseada, éstos
no podrán igualar los beneficios marginales y los
costos de más salud. Por tanto, el teorema de la
envolvente no se aplicará porque los cambios en Q* y
X* no pueden ser ignorados para pequeños cambios
en la contaminación.
Las opciones defensivas que tienen los hogares a
menudo son limitadas. En este caso en particular los
hogares toman las medidas que están más a su
alcance y que en el corto plazo requieren de poco
dinero o esfuerzo (ejemplo: hervir el agua,
purificarla, decantarla, filtrarla, etc.).
Dado que la variable que se pretende medir, por las
reducciones no marginales de la contaminación, es
cómo se afecta la morbilidad a medida que la calidad
del agua varía y la familia decide tomar o no acciones
defensivas, el desarrollo siguiente mostrará la
relación entre las variables explicativas, las acciones
defensivas y la variable dependiente Morbilidad.
Según Hanemann (1984) y lo planteado por Bartik,
el usuario enfrenta una función de utilidad directa que
está en función del ingreso (Y), de la calidad del
ambiente personal (Q), del nivel de contaminación
del agua (P) y de las características socioeconómicas
del individuo (S).
U (P, Y , Q, S )
Donde: P = 1, si el agua de consumo tiene
características organolépticas que hace que se dude
de su potabilidad y P = 0 si el agua es potable.
Dado que el investigador desconoce la función de
utilidad directa U ( P, Y , Q, S ) se utiliza para la
predicción del valor esperado un modelo estocástico
de la forma:
U (P,Y , Q, S ) V (P,Y , Q, S )
Donde, es la variable aleatoria, con media cero, y
V es la parte determinística de la función de utilidad.
Si el hogar invierte
D(Q, P)
Mit x Q Def x P con el fin de
defenderse de la contaminación y, en consecuencia,
disfrutar de una calidad ambiental superior, debe
cumplirse que:
V (0, Y (Mit Q Def P); S ) V (1, Y ; S ) 1 0
134
Carlos Soncco, Royer Loyola
V V (0,Y Def P Mit Q; S ) V (1,Y , S )
Por lo tanto, la probabilidad de No enfermar estará
dada por:
Pr(No enfermar) Pr( V
) F( V )
Si se especifica una forma funcional para la
función de utilidad indirecta V, y una distribución de
la probabilidad para (Logit o Probit) obtenemos el
modo de explicar las decisiones del entrevistado.
De otro lado, respeto a la literatura internacional
relacionada con el tema, se encuentran los trabajos de
Cropper (1981), Bartik (1988), Dickie y Gerking
(1991b), Shogren y Crocker (1991), Ribaudo, M. y
Hellerstein, D. (1992), entre otros. Sin embargo, el
estudio de Bartik es uno de los principales y sirve de
guía en esta investigación. En cuanto a las
investigaciones en el ámbito regional, se tienen los
trabajos de Ortíz (1996), Arcilla (1998), Sánchez
(2000), Prieto (2000), Welch (2000), Caicedo (2000)
y Martinez (2005).
Ortiz (1996), valora económicamente el cambio en
el bienestar de la población afectada de la cuenca
media del río Bogotá, específicamente en el
municipio de El Colegio. Asimismo, encontró que
ante una disminución de 100% en los indicadores
(alto y medio) de los coliformes totales, la tasa de
morbilidad de la población afectada se reducirá en
28%. De otro lado, Arcilla (1998) diseñó una función
dosis-respuesta para determinar la relación entre la
contaminación hídrica y la morbilidad, con la que
encontró que con una disminución de 1% en la DBO
(demanda bioquímica de oxígeno) la morbilidad de la
población afectada se reducirá en 0,14%. Por su
parte, Sánchez (2000) encontró que una mejora de
100% en el suministro del agua reduce la
probabilidad de presencia Entamoeba histolityca. en
9%, mientras que una mejora de 100% en los hábitos
de higiene disminuye la probabilidad de contraer
enfermedades diarreicas en 20%. Prieto (2000)
encontró que resulta más costoso el tratamiento de las
enfermedades diarreicas que lo que costaría adelantar
actividades de prevención y de educación en salud en
las comunidades afectadas.
2.2 Tamaño de la muestra y diseño de la
encuesta
La muestra estuvo constituida por los hogares de las
zonas urbanos-marginales (asentamientos humanos)
de Lima Metropolitana que no cuentan con los
servicios de agua potable y saneamiento básico. La
unidad de análisis fueron los hogares y la unidad de
muestreo los lotes o viviendas. La información fue
recolectada entre el 15 de mayo al 15 de julio del
2006, mediante la encuestas personales, aplicada a
una muestra de 362 hogares, seleccionados
aleatoriamente.
Tabla 3. Variables utilizadas.
Costo total
(CTOTAL)
Información (INF)
Variable continua, representa los costos de totales de prevención y mitigación.
Calidad (CALID)
Toma el Valor de 1 si el encuestado ha apreciado la característica preguntada con cierta regularidad
en el agua que consume y toma el valor de 0 en caso contrario.
Hervir (HIERVE)
Variables Dummy. Toma el valor de 1 si el hogar utiliza éste método de defensa ante la mala calidad
del agua, en caso contrario el valor de la variable es 0.
Morbilidad
(MORB)
Edad (EDAD)
Sexo (SEXO)
Variable que indica la probabilidad que un individuo se enferme en el hogar por el consumo de agua
de mala calidad.
Variable continua, representa la edad del entrevistado.
Variable binaria, toma el valor de 1 si es de sexo masculino y 0 si es de sexo femenino.
Educación (EDUC)
Variable categórica, toma el valor de 1 = sin instrucción, 2 = primaria incompleta, 3 = primaria
completa, 4 = secundaria incompleta, 5 = secundaria completa, 6 = educación técnica, 7 = educación
superior incompleta, 8 = educación superior completa.
Variable categórica., toma el valor de 1 = obrero, 2 = empleado, 3 = independiente, 4 = ama de casa,
5 = pensionado, 6 = desempleado.
Variable continua que representa el ingreso mensual del hogar.
Ocupación (OCUP)
Ingreso (ING)
Variable binaria que toma el valor de 1 si el entrevistado ha recibido información acerca de cuidado,
manejo y tratamiento de agua y toma el valor de 0 si es el caso contrario.
La estructura del formato de encuesta tiene 4
secciones: la sección I, disponibilidad del agua,
recoge información de las familias acerca de las
diferentes formas de acceso al agua, la continuidad y
cantidad de agua adquirida, su almacenamiento y su
utilización para sus diferentes usos, así como el costo
de la misma.
La sección II, calidad y tratamiento del agua,
recoge información acerca características físicas
(color, olor, sabor) del agua, acceso a información
para el manejo y uso adecuado del agua, su
tratamiento (preventivo) y los costos asociados al
135
mismo. La sección III, enfermedades relacionadas al
agua, obtiene información acerca de enfermedades
que son de origen hídrico, debido a la mala calidad
del agua y la no disponibilidad de sistemas de agua
potable y alcantarillado. Asimismo, recaba
información de los tratamientos y costos relacionados
a estas enfermedades, y la sección VI, información
socioeconómica del hogar, recoge información acerca
de las características de las viviendas de los hogares y
de los servicios de saneamiento. Además, recoge
información
acerca
de
las
características
socioeconómicas principales del responsable del
Estimado de los beneficios económicos por cambios en la calidad ambiental del agua de consumo humano en zonas
urbano-marginales de Lima Metropolitana
hogar y sus integrantes (edad, educación, sexo,
ocupación, ingresos).
En la Tabla 3 se hace una descripción de cada una
de las variables utilizadas para la estimación del
modelo.
3. Resultados
Los resultados se dividen en estadísticos y
econométricos. El primero refleja las características
acerca de la disponibilidad, calidad y tratamiento de
agua; así como de las enfermedades relacionadas a la
calidad y disponibilidad de agua y características
socioeconómicas más relevantes de los hogares
encuestados. En el segundo se establecen relaciones
de dependencia entre variables que influyen en la
probabilidad de morbilidad ante un mejoramiento de
la calidad de agua para consumo humano, medido a
través de la disponibilidad a pagar.
3.1 Análisis estadístico
Se encontró que el 36,46% de los hogares
encuestados respondieron de manera afirmativa a la
pregunta de si algún miembro del hogar había tenido
una enfermedad diarreica aguda en el mes previo a la
encuesta, mientras, que el 94,21% respondió que hace
hervir el agua como medida principal para tratarla.
Además, el 90,08% no cuenta con servicio de red de
agua potable, el 77,90% no cuenta con servicio de
alcantarillado (el 22,93% y 46,69% tienen pozo
séptico y pozo ciego respectivamente y, el 8,29% no
cuenta con ningún servicio).
Respecto a la calidad de agua (característica física),
el 56,91% de los hogares manifiesta que el agua es
limpia (características de color, olor y sabor),
mientras que el 43,09% manifiesta que el agua es
sucia, debido a que contiene impurezas (tierra, pelos,
algas, insectos, es turbia, etc.). Asimismo, respecto a
las características químicas del agua, el 48,62%,
39,23% y 12,71% de los hogares manifiesta que el
agua reseca la piel, no disuelve el jabón y mancha la
ropa, respectivamente. Además, el 47,48%, 28,78% y
13,65% de los hogares almacena el agua en tanques
de concreto, cilindros y bidones, respectivamente.
El nivel de morbilidad en las zonas urbanomarginales de Lima Metropolitana es de 0,16 0,2,
es decir que de cada 5 personas de un hogar, una se
enferma de diarreas aguada debido al consumo de
agua contaminada o de mala calidad. De los enfermos
con EDAs, la población infantil menor de 5 años, es
la más vulnerable y afectada por este tipo de
enfermedad. De otro lado, el 59,12% de los hogares
manifiesta no haber recibido ninguna información
acerca del cuidado, manejo y tratamiento del agua de
consumo. Asimismo, el 92,82% de los hogares
encuestados manifestaron que sí trata el agua que
consume (especialmente para beber directamente),
siendo la acción de hervir el agua la actividad más
frecuente, seguido del tratamiento con lejía.
De los casos de EDAs, el 54,55% asisten a un
centro de salud para su tratamiento, mientras, que el
resto de caso no asiste a ningún centro de salud,
An cient. 69(4) 2008, pp. 132-139
debido fundamentalmente a una razón económica, y
en menor grado a la desconfianza en estas entidades.
De los casos de EDAs, que no asistieron a un centro
de salud, el 66,67% utiliza la automedicación como
tratamiento, el 30% utiliza un tratamiento casero
(hierbas y/o plantas medicinales) y el 3,33%
simplemente no se trata debido a que ésta fue leve.
Respecto a otras enfermedades relacionadas con la no
disponibilidad de agua de buena calidad, el 43,65%
respondió que esta producía alergias a la piel cuando
era utilizada para el aseo personal, el 17,13%
manifestó que ingerirla directamente producía
vómitos o algún tipo de malestar estomacal.
Asimismo, se encontró que en los últimos seis meses
previos a la encuesta hubo 3,59% (13) de casos de
cólera, 1,1% (4) de casos de dengue y 0,28% (1)
casos de malaria.
Finalmente, se encontró que el 22,10% de la
viviendas cuenta con servicios higiénicos instalados a
la red pública de alcantarillado, el 46,69% con pozo
ciego o letrina al interior de su terreno de propiedad,
el 22,93% con pozo séptico y el 8,29% corresponde a
otros (letrinas publicas, botaderos, cerros,
torrenteras). Asimismo, se encontró que el 66,35% de
los hogares hace la disposición del agua negra o
residual en la calle, el 17,97% la dispone a través de
la red de alcantarillado, el 7,18% la reutiliza en los
servicios higiénicos (pozos sépticos), el 6,63% las
evacua a través de un canal o acequia y el 1,93% a
otros.
3.2 Análisis econométrico
En la Tabla 4 se muestra la estadísticas descriptivas
del las variables utilizadas en los modelos
econométricos. En esta se puede apreciar que la
media del costo total es de S/. 8,01 nuevos soles, los
que vendrían a ser los costos totales en que incurre
los hogares en gastos preventivos y de mitigación en
enfermedades de origen hídrico como es el caso de
las EDAs. Asimismo, se tiene que el ingreso
promedio por hogar es de S/. 735,91 nuevos
soles/mensual.
Tabla 4. Estadísticas descriptivas.
Variable
Media
Std. Dev.
Mínimo
Máximo
Casos
CTOTAL
8,01
6,60
0,80
72,00
362
INF
0,41
0,49
0,00
1,00
362
CALID
0,57
0,50
0,00
1,00
362
HIERVE
0,94
0,23
0,00
1,00
362
EDAD
41,12
12,93
17,00
94,00
362
MORB
0,16
0,26
0,00
1,00
362
SEXO
0,63
0,48
0,00
1,00
362
EDU
4,49
1,61
1,00
8,00
362
OCUP
3,19
1,10
1,00
6,00
362
ING
735,91
451,57
0,00
2.750,00
362
ING
735,91
451,57
0,00
2.750,00
362
Fuente: Elaboración propia.
136
Carlos Soncco, Royer Loyola
En la Tabla 5 se presentan los resultados
econométricos de los diferentes modelos estimados.
La selección del modelo final, fue realizada tomando
como criterio el estimador de máxima verosimilitud
(Log-Likelihood), seleccionándose el modelo 4.
Tabla 5. Resultados econométricos.
Modelo 1 Modelo 2 Modelo
3
MORB
MORB MORB
CONSTANTE -3,487
-3,296
-2,737
(-7,48)
(-6,64)
(-3,04)
CTOTAL
0,249
0,249
0,242
(6,32)
(6,25)
(6,02)
INF
-0,378
-0,334
(-1,04)
(-0,91)
CALID
-0,769
-2,15
HIERVE
-0,230
(-0,32)
EDAD
SEXO
EDU
OCUP
ING
Modelo
4
MORB
-2,749
(-2,29)
0,241
(5,99)
-0,332
(-0,90)
-0,783
(-2,18)
-0,227
(-0,32)
0,003
(0,23)
-0,026
(-0,22)
-0,0006
(-1,40)
-116,24
-0,0007
(-1,52)
-115,69
Log
Likelihood
DAP
15,83
15,87
Fuente: Elaboración propia.
-0,0006 -0,0006
(-1,25) (-1,17)
-113,20 -113,13
16,34
16,40
Los coeficientes de las variables explicativas del
modelo seleccionado tienen los signos esperados. Así
por ejemplo, la variable información presenta un
signo negativo, es decir, esto indica que a mayor
información acerca del cuidado, manejo y tratamiento
del agua para consumo humano la probabilidad de
morbilidad disminuye. Asimismo, se observa que una
mayor probabilidad de morbilidad implica un mayor
costo total en gastos de prevención y mitigación, tal
como se deduce del signo positivo del coeficiente que
acompaña a la variable CTOTAL. Igualmente, con
respecto a las variables calidad (CALID) y hervir el
agua (HIERVE), se observa que la probabilidad de
morbilidad disminuye en la medida que la calidad del
agua mejora, y cuando los hogares utilizan como
medida preventiva el hervido del agua, situación que
se encuentra reflejada por el signo negativo de los
coeficientes que acompaña a estas variables.
Con respecto a la variable EDAD, el signo positivo
que acompaña a esta variable, indicaría que a mayor
edad de los responsables del hogar, la probabilidad de
que se enferme alguno de los integrantes del hogar es
mayor (en particular los hijos menores). Asimismo, el
signo negativo del coeficiente que acompaña a la
variable educación (EDU) estaría indicando que
cuánto más alto sea el grado de educación de los
responsables del hogar, la probabilidad de que
enferme algún integrante del mismo, es menor. La
variable ingreso (ING) estaría indicando, que cuánto
mayores sean los ingresos del hogar, la probabilidad
137
de enfermarse disminuye, reflejado por el signo
negativo del coeficiente que la acompaña.
Por otro lado, a pesar de verificarse los signos
esperados en el modelo, se puede observar que
únicamente son significativos en el modelo los
coeficientes de la constante y de las variables costo
total (CTOTAL) y calidad (CALID), las cuales
estarían explicando el modelo.
3.3 Estimación de la disposición a pagar
La estimación de la DAP se realizó de acuerdo al
procedimiento planteado por ARDILA (1993),
estimado mediante un modelo Logit lineal.
Utilizando el modelo 4, la DAP estimada es de S/.
16,40 mensuales (US $ 5,09), el cual representaría o
se interpretaría como el ahorro (beneficios) de hacen
los hogares en gastos de prevención y mitigación por
enfermedades de origen hídrico (EDAs). Tabla 6.
Tabla 6. DAP mensual / hogar (S/.).
Modelo
Media
Modelo seleccionado 16,40
Fuente. Elaboración propia.
* 95% de confianza.
Intervalo de confianza *
16,17 < DAP < 16,63
3.4 Estimación de los beneficios económicos
totales
Algunos autores como Johanson, (1989), Dobbs
(1993), y Riera (1994), sugieren una agregación de la
disposición a pagar media, extrapolando los
resultados obtenidos a toda la población, es decir,
este criterio plantea la agregación lineal de la
disponibilidad a pagar de los beneficiarios de una
política como una forma de encontrar los beneficios
agregados. En este caso, una política que permita
desarrollar acciones que garanticen el mejoramiento
de la disponibilidad del servicio de agua potable para
las zonas urbano-marginales de Lima Metropolitana y
con ello un ahorro de los costos de prevención y
mitigación causados por enfermedades de origen
hídrico (EDAs).
Los beneficios económicos totales por el
mejoramiento la calidad de agua para consumo
humano, es igual al producto de la DAP (S/. 16,40)
por el total de hogares de las zonas urbanomarginales de Lima Metropolitana (176.624 hogares)
que no disponen de agua de buena calidad, y además
no cuentan con el servicio publico de agua potable y,
por el 36,46%. El supuesto de este estimado, es que
solo el 36,46% de los hogares encuestados
presentaron casos de enfermedades diarreicas agudas
(EDAs). Por tanto, los beneficios económicos de la
sociedad, así obtenidos, son conservativos. (Tabla 7)
Tabla 7. Valor económico total.
Media DAP
S/.
Mensual
Anual
Valor Total
S/.
(S/.)
Valor total
US $
(US $)*
16,40
12.665.623,67
3.933.423,50
196,80
Fuente. Elaboración propia.
* US $ = S/. 3,22 Nuevos soles
Estimado de los beneficios económicos por cambios en la calidad ambiental del agua de consumo humano en zonas
urbano-marginales de Lima Metropolitana
El valor obtenido representa el total de dinero que los
hogares de las zonas urbano-marginales de Lima
Metropolitana estarían dispuestas a pagar anualmente
por evitar enfermarse, es decir, según Bartik este
dinero representaría el beneficio económico que
podría producirse por un mejoramiento de la calidad
ambiental personal, en este caso, el mejoramiento de
la calidad del agua para consumo humano. El
beneficio económico total anual asciende a S/. 12 665
623,67 (US $ 3 933 423,50). Esta información es
muy importante para los diseñadores y/o tomadores
de decisión de políticas del Perú, en particular para
los sectores de salud y medio ambiente, los cuales
deben contar con criterios objetivos para evaluar la
conveniencia de establecer políticas y planes
adecuados para mejorar el bienestar y la salud pública
de estas poblaciones.
4. Conclusiones
La disponibilidad a pagar de la población por evitar
enfermarse fue estimada en S/. 16,4 (US $ 5,05), y
que agregados a la población total que no cuenta con
los servicios de agua potable y alcantarillado en la
zona en estudio, ascienden a S/. 12.665.623,67 (US $
3.897.114,98).
El valor estimado de la Disponibilidad a pagar
corresponde al mínimo valor que una familia daría si
se mejorara la calidad del agua de consumo. De esta
forma, los hogares harían un traslado de los gastos
preventivos y defensivos que actualmente realizan
por enfermedades de origen hídrico (EDAs), hacia
proyectos relacionados con el mejoramiento y
ampliación de los servicios de agua potable y
alcantarillado o la construcción de plantas de
tratamiento que provean de agua de su localidad.
Del total de la población encuestada, el 59,12%
manifestó no haber recibido ninguna información
respecto al cuidado, manejo y tratamiento de agua,
por lo que sería recomendable que el sector
respectivo, fortalezca las campañas de educación en
higiene y usos del agua en estas poblaciones, como
parte de un modelo de atención integral de salud.
Según la OMS (2004) las medidas de higiene, entre
ellas la educación sobre el tema y la insistencia en el
hábito de lavarse las manos, pueden reducir el
número de casos de diarrea en hasta un 45%. La
mejora de la calidad del agua de consumo mediante
el tratamiento doméstico, por ejemplo con la
cloración en el punto de consumo, puede reducir
entre 35% a 39% los episodios de diarrea.
Por otra parte, también es cierto que si se ampliara
y mejorara los sistemas de abastecimiento de agua
potable y alcantarillado, el sector salud,
específicamente
el
Programa
Nacional
de
Enfermedades
Diarreicas,
estaría
ahorrando
importantes recursos económicos destinados a
mitigar estas enfermedades y otras de origen hídrico.
Estos ahorros se producirían dado la reducción de
estas enfermedades (menor número de pacientes y
tratamientos), recursos que podrían ser traslados al
sector agua potable. Según la OMS (2004), la mejora
An cient. 69(4) 2008, pp. 132-139
del abastecimiento de agua reduce entre un 6% y un
21% la morbilidad por diarrea.
5. Referencias bibliográficas
ARCILLA 1998. Determinantes de los efectos en la
salud por contaminantes hídricos. Caso río
Tunjuelo. Municipio de Usme. Tesis de magíster
en Economía del Medio Ambiente y de los
Recursos Naturales. Universidad de los Andes,
Bogotá, D.C.
BARTIK, THIMOTHY J. 1988. Evaluating the
benefits of non marginal reductions in pollution
using information on defensive expenditures.
Journal of Environmental Economics And
Management. Vol 15. Pags 111-127.
COURANT, P. y PORTER, R. 1981. Averting
expenditures and the cost of pollution, J. Environ.
Econom. Management 8, 321-29.
CAICEDO, J.C. 1996. Valoración económica de un
cambio en la salud por el cambio en la calidad de
agua en dos localidades: La Dorada y Barranquilla.
Tesis de magíster en Economía del Medio
Ambiente y de los Recursos Naturales. Universidad
de los Andes, Bogotá, D.C.
CROPPER, M.L. 1981. Measuring the Benefits from
Reduced
Morbidity.
American
Economic
Association Papers and Proceedings 71 (2): 235240.
DOBBS, I. M. 1993. Individual Travel Cost Method:
Estimation and Benefit Assessment with a Discrete
and Possibly Grouped Dependent Variable.
American Journal of Agricultural Economics
75(1), 84-94.
DICKIE, MARK and SHELBY GERKING 1991b
“Valuation Reduced Morbidity: A Household
Production Approach. Southern Economic Journal
57 (3):690-702.
GERKING, S. y STANLEY, L. 1986. An economic
analysis of air pollution and health: The case of St.
Louis, Review Economics and. Statistics. 68 (1),
115-121.
GROSSMAN, M. 1972. On the concept of Health
Capital and the demand for health. Journal of
Political Economy, 1972.
INEI 2005. Censos Nacionales: X de Población y V
de Vivienda 2005. Instituto Nacional de Estadística
e Informática.
HANEMANN W. M. 1984. Welfare evaluations in
contingent valuation experiments with discrete
responses, Amer. J. Agri. Econom. 66, 332-341.
HARFORD, J. 1984. Averting behavior and the
benefits of reduced soiling, J. Environ. Econom.
Management 11, 296-302.
HARRINGTON y P. PORTNEY, 1987. Valuing the
benefits of health and safety regulation, J. Urban
Economics. 22: 101-112.
JOHANSSON, PER-OLOW, BENGT KRISTOM, y
KARL-GORAN
MALER,
1989.
Welfare
Evaluations in Contingent Valuation Experiments
with Discrete Response data:Comment. American
138
Carlos Soncco, Royer Loyola
journal of agricultural economics 71(4): 10541056.
MARTINEZ, G.I. 2005. Determinantes de los efectos
generados a la salud por contaminación hídrica en
el municipio de Tesalia (Huila). Tesis de magíster
en Economía del Medio Ambiente y de los
Recursos Naturales. Universidad de los Andes,
Bogotá, D.C.
MÉNDEZ, R. 2004. Formulación y Evaluación de
Proyectos. Enfoque para emprendedores. 3ª ed.
Bogotá D.C. Edit. Quebecor World.
OACA, 1998. Una Evaluación Comparativa de
Riesgos para la Salud Ambiental en Lima
Metropolitana. Proyecto ECORIESGO. Lima Perú.
OMS, 2004. Agua, saneamiento y salud,
Enfermedades relacionadas con el agua, La carga
de enfermedad y los estimados de costo eficacia.
Organización
Mundial
de
la
Salud.
http://www.who.int/water_sanitation_health/diseas
es/burden/es/.
ORTIZ, H. 1998. Valoración económica de los
efectos en la salud por cambios en la calidad de
agua en la cuenca media del río Bogotá: Caso
quebrada Santa Martha del municipio El Colegio.
Tesis de magíster en Economía del Medio
Ambiente y de los Recursos Naturales. Universidad
de los Andes, Bogotá, D.C.
PRIETO, P.A.; Martín C. J., y Marie G.C. 2000. La
calidad de agua de consumo y las enfermedades
diarreicas en Cuba. Rev. Panam. Salud pública,
7(5): 313-318.
139
RIBAUDO, Marc O. y Daniel Hellerstein, 1992.
Estimating Water Quality Benefits: Theoretical and
Methodological Issues.. Resources and Technology
Division, Economic Research Service, U.S.
Department of Agriculture. Technical Bulletin No.
1808.
RIERA, P. 1994. Manual de Valoración Contingente.
Instituto de Estudios Fiscales. Madrid.
SÁNCHEZ, P. H.; Vargas M.M. y Méndez-Sánchez
J. 2000. Calidad bacteriológica del agua para
consumo humano en zonas urbanas de alta
marginación de Chiapas. Revista Salud Pública México. 42(5):397-406
SEDAPAL, 2005. Actualización del Plan Maestro de
los sistemas de agua potable y alcantarillado, 2005.
Gerencia de Desarrollo e Investigación.
SHOGREN, JASON F. y THOMAS D. CROCKER,
1991. Risk, Self-Protection, and Ex Ante Economic
Value. Journal of Environmental Economics and
Management 20(1): 1-15.
SHIBATA, H. y WIMICH, J. S. 1983. Control of
pollution when the offended defend themselves,
Económica 50, 425-438.
WELCH, P.; DAVID J.; CLARKE W.; TRINIDAD
A.; PENNER D.; BERNSTEIN S. 2000. Microbial
quality water in rural communities of Trinidad.
Rev. Panam salud Pública.
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 23/09/2005
Aceptado: 27/06/2008
Determinantes de las migraciones interdepartamentales 1988-1993
Tatiana Leyva Pedraza 1
Resumen
El objetivo de este estudio es encontrar y analizar los determinantes de la tasa de migración neta en el periodo
1988-1993, periodo en el cual es posible contar con información estadística de varias variables desagregadas a nivel
de departamento. A través de un modelo de regresión lineal, se halló que las variables que mejor explican la tasa de
migración neta, desde el punto de vista estadístico, son la concentración de la población departamental en la capital
del departamento y el número de atentados terroristas por 10 000 habitantes.
Palabras clave: Migraciones, departamentos, terrorismo, concentración poblacional
Abstract
The objective of this research is to find and to analyze the determinants of the net migration rate for 1988-1993,
period in that we can get statistics of several variables disaggregated for regions. Through a lineal regression model,
we find that the best variables for explaining the net migration rate, from a statistical point of view, are the
concentration of departamental population in the capital of the department and the number of terroristic attempts per
10 000 inhabitants.
Key words: Migration, regions, terrorism, population concentration
1. Introducción
El centralismo y la desigualdad regional del país
datan de hace siglos atrás, sin embargo, esta situación
se agudizó más a partir de la década del 50 en que
grandes olas migratorias llegaron a las ciudades,
principalmente a Lima transformando el rostro
urbano, creando nuevos conflictos y acentuando más
las desigualdades entre el campo y la ciudad. Para
Martínez (1988), las migraciones tendrían un efecto
negativo en las comunidades de origen ya que
mayoritariamente la masa emigratoria esta compuesta
por sus mejores elementos en términos de edad y
capacitación, de esa manera la comunidad pierde una
fuerza de trabajo necesaria y la capacidad de
dirección y liderazgo.
Lima Metropolitana fue siempre el principal foco
de atracción pero a partir de los 80 se evidencia
nuevos focos de atracción que registran mayores
tasas de migración neta. En los 90 se observa que el
norte liderado por Lambayeque es una macrorregión
capaz de retener creciente proporción de su población
y atraer otra, mientras, que el sur expulsa gente muy
rápido y tiene a Arequipa como un centro de
atracción no muy dinámico (Iguiñiz, 1995). Según,
el censo de 1993
Lima captó el 35,3% de
inmigrantes y la provincia Constitucional del Callao
el 6,7%. Otros departamentos que tienen saldos
migratorios positivos importantes son: San Martín,
Ucayali, Tacna y Arequipa.
En oposición los departamentos que registraron los
mayores saldos migratorios negativos son:
Cajamarca, Ayacucho, Puno y Ancash. En estudios
anteriores, siguiendo la metodología de Barro basada
en la teoría neoclásica del crecimiento, se analizó la
velocidad de convergencia entre los departamentos
del Perú y la tasa de migración neta como uno de sus
determinantes; pero como esta variable es, al mismo
tiempo, una consecuencia de las desigualdades entre
1
Facultad de Economía y Planificación, Universidad Nacional
Agraria
La
Molina.
Lima,
Perú.
E-mail.com:
[email protected]
las regiones, los resultados obtenidos deben tomarse
con cautela.
Es por eso que surge la necesidad de conocer más
sobre la naturaleza de la tasa de migración neta, el
presente estudio tiene, entonces, como objetivo
encontrar y analizar cuáles son las variables que
determinan la tasa de migración neta en el periodo
1988-1993.
En esta búsqueda existe como una limitación la
falta de una larga data histórica desagregada por
departamentos de cada una de las variables escogidas
por lo que se ha considerado solamente el periodo
1988-1993, periodo que corresponde la tasa de
migración neta que el INEI calculó con la
información del censo de 1993.
2. Revisión de literatura
2.1 Marco teórico
2.1.1 Modelo de migración y crecimiento de
Braun
Asumiendo movilidad perfecta del capital y
obviando cualquier diferencia en las funciones de
utilidad, la gente evalúa su localización en términos
de las tasas salariales. El beneficio de un permanente
movimiento en el tiempo t de las otras economías a la
economía doméstica es el valor presente del salario
diferencial:
B(t )
[w(v) wmundo ].e
r .( v t )
(2.1)
dv
t
v y t son periodos de tiempo, r es la tasa de interés
real del mundo (otras economías) .
Si
, w(t )
B
definimos
w(t ).e
xt
,
w mundo
derivada temporal de
wmundo . e
B(t ).e
xt
xt
B está dada por:
, entonces la
Tatiana Leyva Pedraza
B
[ w(t ) w mundo ] (r
v
(2.2)
w(t )
w mundo , esta condición
wmundo
y que B 0 para todo
Se asume que
implica que
x). B(t )
w(v)
t , cualquier migración que ocurra será entonces
en dirección de la economía doméstica. La situación
w(t )
w
mundo
contraria ocurre si
Asumiendo que la tasa natural de crecimiento de la
población en la economía domestica es 0 entonces la
tasa de crecimiento de la población es:
M (t ) / L(t ) (2.3)
L(t )/ L(t )
L
M (t )
0 , es el flujo de migrantes en el periodo t
desde las otras economías (“el mundo”) hacia la
economía doméstica. El costo de trasladarse esta
dado por:
Costo de trsalado
[ M (t ) / L(t )].wmundo (2.4)
η son los costos fijos asociados con el transporte y
otros gastos relacionados.
El costo en unidades de producto es proporcional a
w
la tasa de salario mundo que los migrantes habrían
ganado en sus economías de origen.
Suponiendo que el parámetro tecnológico es el
mismo en las economías, cuando la gente se traslada
a la economía doméstica la cantidad de recursos
naturales por persona cae y esto puede mover a que
w y wmundo se igualen y desaparezca el incentivo
para migrar.
Se sabe que algunos de los habitantes de las otras
economías nunca se trasladarán a la economía
doméstica. Es el caso de los costos de a vivienda en
lugares densamente poblados. Una alta densidad
puede implicar mayores costos de la vivienda y la
tierra que contrarrestan los mayores salarios
ofrecidos.
Siempre que las diferencias salariales sean
compensadas por diferencias en el precio de la tierra
o de la vivienda u otras características exógenas de la
economía doméstica no habrá incentivo para migrar.
Se puede lograr el equilibrio con un beneficio cero
de la migración, es decir cuando los beneficios y los
costos se igualan.
B(t )
[ M (t ) / L(t )]. w mundo
(2.5)
Despejando se obtiene:
L
M (t ) / L(t )
[ B(t ) / w mundo ] (2.6)
Las ecuaciones (2.2) y (2.6) son las ecuaciones
dinámicas del modelo.
2.2 Antecedentes
Minoru Tachi, con respecto a las migraciones en
Japón, observó que el determinante directo del
potencial económico de la migración fueron las
desigualdades de la distribución del ingreso real per
cápita, y por consiguiente, que los cambios en el
141
crecimiento económico afectarían al potencial
económico de la migración a través de los cambios en
las desigualdades regionales. Concluye que la
contradicción entre la estructura espacio-económica
de la industria o el nivel de ingreso y la estructura
espacio-demográfica de la reproductividad de la
población es el factor fundamental de la migración.
Para William F. Stinner y Gordon F. de Jong que
estudiaron las migración negra en el sur de Estados
Unidos, indicadores del crecimiento económico o del
grado de urbanización son irrelevantes en el modelo,
debido quizás a que en los condados altamente
agrícolas, el nivel de crecimiento de las
oportunidades de empleo en actividades fuera de la
granja puede ser insuficiente para absorber una densa
población agrícola negra. En las edades más jóvenes
la variable determinante es el porcentaje de la
población no blanca que reside en granjas mientras
que en las edades mayores una variable significativa
fue el bajo grado de propiedad de los hogares.
Álvaro Ortiz, utilizando el análisis factorial y con
datos del censo de 1972, estudió los determinantes de
las migraciones en el Perú. Las variables que
consideró son: población total. relaciones de
supervivencia, tasa de desocupación, indicador de la
población ocupada, indicador de alfabetización, tasa
promedio de mortalidad infantil, porcentaje de
viviendas hacinadas, idioma o dialecto materno,
lectura por habitante diario, población dependiente,
índice de estratificación, sueldos, salarios, potencial
instalado de centrales eléctricas, población ocupada
en el sector no fabril, PBI, PEA rural por hectárea,
valor agregado industrial por departamento, tierras
destinadas a la agricultura, estructura de las industria
fabril de bienes de consumo, incremento porcentual
de viviendas en propiedad, índice de diversificación
socio económica, índice de participación de la PEA
asalariada en la PEA departamental. Concluye que
los determinantes directos de la migración son el
desarrollo tecnológico, la estructura del PBI, los
ingresos y las condiciones de vida en especial salud y
vivienda, variables que también explicarían el
desarrollo desigual espacial.
Barro y Sala i Martín estudiaron los determinantes
de la migración en Japón, Estados Unidos y Europa.
Partiendo del modelo de migración de Braun plantean
que la tasa de migración neta en el departamento i
entre los años t-T y t puede ser explicada como:
mi ,t ,t
T
f (Yi ,t T ,
i ,t T
,
i ,t T
,
t
) (2.7)
donde:
Yi ,t
T
= Ingreso per-cápita en el departamento i al
inicio del periodo.
i,t T = Densidad de la población en el
departamento i al inicio del periodo.
i,t T = características exógenas del departamento
que por lo general no cambian con el tiempo, tales
como el clima y su geografía.
t =Conjunto de variables que dependen de t pero
no de i, tales como el cambio tecnológico.
Determinantes de las migraciones interdepartamentales 1988-1993
Hallaron que el factor climático es importante en el
caso de Estados Unidos: la gente prefiere los lugares
cálidos, otro factor importante es el logaritmo del PBI
per capita inicial, mientras, que la densidad tiene un
efecto marginal negativo. En el caso de Japón el
clima no juega un rol importante en el proceso de
migración
interna,
la
migración
responde
positivamente al logaritmo del PBI per cápita inicial
y negativamente a la densidad poblacional. A
diferencia de Japón y Estados Unidos, en las regiones
europeas la influencia del PBI per cápita inicial es
débil.
Mauricio Cárdenas, Adriana Pontón y Juan Pablo
Trujillo analizaron los determinantes de las
migraciones en Colombia en el periodo 1950-1989.
Las variables que mas influyen en la tasa de
migración neta son el logaritmo del ingreso percápita inicial con un efecto positivo y con un efecto
negativo la inestabilidad política medida como
número de cambios en el gobierno departamental y la
violencia medida como tasa de criminalidad y tasa de
homicidios. Otras variables como la participación de
la agricultura en el producto departamental y la
densidad poblacional tienen efectos marginales y en
algunos periodos no significativos.
país en vías de desarrollo como el nuestro tales como:
índices de violencia (faltas, delitos, robos,
terrorismo), la participación del producto sectorial en
el producto departamental y la concentración de la
población en la capital departamental.
En conclusión, las variables del modelo son las
siguientes:
3. Metodología
DEL
La forma funcional de la ecuación 2.7 a estimarse
por el método de mínimos cuadrados ordinarios es:
mi,t a b.log(Yi,t T ) c1
i
c2
i ,t T
c3 (
2
i ,t T
) uit (2.8)
MIG
YPC88
DENS
PART
TERR
AG
Tasa de migración neta 93-88 como variable
explicada.
PBI real per cápita de 1988, como variable
proxy de los salarios
Densidad poblacional, habitantes por Km2
Porcentaje de la población departamental que se
concentra en la provincia capital del
departamento en 1988.
Número de atentados terroristas por 10000
habitantes en 1988.
Participación del PBI agrícola en el PBI
departamental en 1988
Participación del PBI de industria manufacturera
en el PBI departamental en 1988
IND
Participación del PBI de servicios (comercio,
restaurantes y hoteles) en el PBI departamental
en 1988
Número de delitos cometidos por 10000
habitantes en 1988
Número de faltas cometidas por 10000
habitantes en 1988
SERV
FAL
ROB
Número de robos de autos por 10000 habitantes
donde:
u it
es el término del error, b>0 y el efecto
marginal de la densidad poblacional en la migración
es negativa si c2 + c3 < 0. Como variables θ se ignoró
la temperatura departamental promedio (variable
utilizada por Barro y Sala i Martin) y se prefirió
incluir otras variables que no son exógenas en el
mismo sentido que el clima y la geografía (ecuación
2.7) pero que pueden ser relevantes en el caso de un
Variable dependiente: MIG
Variables
explicativas
1
2
C
42,98
39,30
1,12
1,01
Log
6,69
6,31
(Ypc 88)
1,66
1,54
Part
0,30
0,34
3,05
3,12
Dens
-0,05
-0,85
Terr
3
21,51
0,59
4,17
1,07
0,36
3,76
4
66,00
1,71
10,71
2,40
0,38
3,63
5
40,45
0,91
6,44
1,41
0,31
2,98
-1,01
-2,16
Ag
4. Resultados y discusión
Se corrieron las siguientes regresiones:
REGRESIONES
7
8
42,18
-2,16
1,07
-0,05
7,52
1,81
1,63
0,40
0,40
0,38
4,04
3,88
-0,84
-1,74
0,27
1,29
0,38
1,77
Ind
0,02
0,13
Serv
SE
F
R2
6
47,59
1,29
7,60
1,95
0,22
2,10
El número de observaciones es 24 según los
departamentos del Perú, se considera a Lima y Callao
como una sola observación. Para no disminuir los
grados de libertad se incluyeron un máximo de 4
variables explicativas en cada regresión.
9,51
12,83
0,55
9,57
8,69
0,57
8,77
11,62
0,64
An cient. 69(4) 2008, pp. 140-144
9,06
10,48
0,61
9,74
8,15
0,55
-1,21
-2,39
9
25,92
0,75
5,07
1,38
0,28
2,80
10
-17,59
-4,22
11
-20,78
-2,56
12
-19,42
-4,57
13
-21,22
-4,72
0,42
5,43
0,45
4,51
0,40
5,15
0,36
4,34
-1,03
-2,34
-1,16
-2,59
-1,15
-2,50
0,08
0,44
-1,29
-2,90
-1,21
-2,80
0,18
1,02
0,55
1,71
9,10
10,33
0,61
8,63
9,43
0,67
7,76
8,99
0,65
0,22
1,46
0,57
1,93
8,22
10,85
0,70
8,80
16,73
0,61
8,98
10,80
0,62
8,58
12,46
0,65
0,51
1,73
8,40
13,23
0,67
142
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 23/09/2005
Aceptado: 27/06/2008
El coeficiente correspondiente al log(YPC88)
indica que todo lo demás constante, un aumento de
un punto en el logaritmo del PBI per cápita al inicio
del periodo está asociado con un aumento de hasta
10,7% en la tasa de migración neta. La migración
presenta una gran sensibilidad ante las variaciones en
el PBI per cápita, variable proxy de la tasa salarial;
este hallazgo corrobora lo mencionado en la
literatura,
los mejores salarios son el mayor
incentivo para migrar. El log(YPC88) tiene una
significancia práctica pero que en la mayoría de
casos no se traduce en una significancia estadística a
excepción de cuando se introduce la variable AG o la
variable SERV, con las que su significatividad sería
de 5% y 10% respectivamente.
Tasa de migración neta 1988-1993
40
Migración y PBI per capita
1988-1993
20
0
-20
-40
-11
-10
-9
-8
-7
Log PBI per capita 1988
A diferencia de lo que ocurre con YPC88, la
variable PART resulta, en todas las regresiones,
estadísticamente significativa aunque su efecto en la
tasa de migración neta es pequeño, por 1 punto
porcentual de aumento en la variable PART
(porcentaje de la población del departamento que se
concentra en la capital departamental) la tasa de
migración neta aumentará entre 0,22 y 0,45 puntos
porcentuales. El signo positivo de esta variable
indica que las migraciones se manifiestan por los
movimientos
hacia
las
capitales
de
los
departamentos.
La variable PART adquiere una mayor
significancia práctica-económica y estadística cuando
se elimina el logaritmo del PBI per-cápita inicial
(YPC88). Además, cuando la tasa de migración neta
es explicada solamente por esta variable y el número
de atentados terroristas por 10 000 habitantes (TERR)
aumenta la significatividad individual y conjunta de
todos los parámetros de la regresión (el F calculado
es 16,73).
El coeficiente de DENS (densidad poblacional)
resultó con signo negativo, contrario a lo esperado,
eso significa que a mayor densidad poblacional
menor será la tasa de migración neta. Esto puede ser
cierto ante los nuevos focos de atracción que ya no
son Lima y Callao, Trujillo o Chiclayo sino ciudades
menos densas como Ayacucho, Puerto Maldonado,
Moquegua, Cerro de Pasco o Tacna. Sin embargo, el
efecto de esta variable en la tasa de migración neta es
marginal
(-0,05%)
y
estadísticamente
no
significativo, razón por la que fue eliminada en las
siguientes regresiones así como su versión al
cuadrado mencionada en la literatura.
Los índices de violencia como intervenciones en
faltas por 10 000 habitantes (FAL), intervenciones en
delitos por 10 000 habitantes (DEL) y robos de
automóviles por 10 000 habitantes (ROB) arrojaron
signos positivos en sus coeficientes en oposición a lo
que se esperaba de estas variables ya que mayores
índices de violencia debería disminuir la tasa de
migración neta, pero como estos resultaron
despreciables y poco significativos fueron eliminados
de las regresiones.
Un índice de violencia que si resultó ser
significativo en todas las regresiones fue TERR
(atentados terroristas por 10 000 habitantes). Un
aumento de 1 punto porcentual en este índice
provocaría una disminución en la tasa de migración
neta de 0.8% a 2.9%, el efecto es inverso pues a mas
atentados terroristas mayor será la población que
emigra que la que inmigra por lo que el saldo
migratorio es negativo. Cabe recordar que la
violencia subversiva tuvo su auge, precisamente, en
el periodo de estudio y que suele ser mencionada
como la causa principal de las migraciones campociudad en la pasada década.
Las variables de participación sectorial en el PBI
departamental, AG, IND y SERV tienen un efecto
menor al 1% en la tasa de migración neta. De ellas la
variable que mostró un mayor efecto es SERV, un
punto porcentual de aumento en la participación del
PBI de servicios en el PBI departamental producirá
un aumento de 0,51% a 0,57% en la tasa de
migración neta. El signo positivo indica que, todo lo
demás constante, las personas preferirán emigrar
hacia departamentos que tengan el sector servicios
más desarrollado. Sin embargo, la variable SERV
resultó ser significativa sólo al nivel de 10%
(regresiones 9 y 13).
Con respecto a la variable AG (participación del
PBI agrícola en el PBI departamental) se esperaría
que, todo lo demás constante, las personas preferirán
migrar hacia los departamentos menos agrícolas por
lo que el signo positivo del coeficiente resulta
contradictorio. AG tiene un efecto de 0,38% en la
tasa de migración neta y es significativa solamente al
nivel de 10%,
su efecto y su significancia
disminuyen cuando se introduce en la regresión la
variable TERR.
La variable IND (participación del PBI industrial
en el PBI departamental) tiene un efecto positivo en
la tasa de migración neta: las personas preferirán
migrar hacia los departamentos mas industrializados,
pero este efecto es marginal (0,18% a 0,22%) y no
significativo. Por otra parte, introducir está variable
hace disminuir el coeficiente y la significatividad del
logaritmo del PBI per-cápita inicial (YPC88) lo cual
podría ser una evidencia de colinealidad entre estas
dos variables. Se comprobó, sin embargo, que no
existe multicolinealidad entre el log(YPC88) con
ninguna de las variables sectoriales: SERV, AG ó
IND.
Determinantes de las migraciones interdepartamentales 1988-1993
En la regresiones seleccionadas que aparecen en la
tabla el coeficiente de determinación fluctúa entre
0,55 y 0,70, rango similar al encontrado por Barro y
Sala i Martin para las prefecturas japonesas. La
regresión 9 es la que presenta la mejor bondad del
ajuste, el 70% en la variación de la tasa neta de
migración se puede explicar a partir de las variables
escogidas: logaritmo del PBI per-cápita inicial
(YPC88), el porcentaje de la población departamental
que se concentra en la capital del departamento
(PART), el número de atentados terroristas por 10
000 habitantes (TERR) y el porcentaje del PBI de
servicios en el PBI departamental (SERV). De estas
variables explicativas resultan siendo significativas
PART y TERR, SERV es significativa solamente al
10% y log(YPC88) no es estadísticamente
significativo aunque tiene el mayor efecto en la
variable dependiente.
5. Conclusiones
La teoría predice que las diferencias salariales son
el principal incentivo para migrar. Considerando el
PBI per cápita como Proxy de los salarios se halló
que el logaritmo de esta variable tiene un gran efecto
en la tasa de migración neta aunque estadísticamente
no significativo. Contrario a lo que señala la
literatura, la densidad poblacional no explica la tasa
de migración neta.
Las migraciones se dirigen hacia las capitales
departamentales, eso es lo que se deduce de la
significatividad de la variable PART (porcentaje de la
población departamental que se concentra en la
capital del departamento).
Las personas prefieren migrar hacia los
departamentos que tienen un sector servicios mas
desarrollado. No se cumple que los departamentos
An cient. 69(4) 2008, pp. 140-144
agrícolas sean expulsores de migrantes ni que los
departamentos con mayor participación del sector
industrial en el PBI sean atractores.
La violencia subversiva que tuvo su auge en el
periodo de estudio es un factor importante para
explicar la tasa de migración neta, así lo demuestra
la magnitud del coeficiente y su significatividad
estadística. Otos índices de violencia como
intervenciones en faltas, delitos y robos demostraron
ser irrelevantes.
6. Referencias bibliográficas
BARRO, Robert y SALA i MARTÍN, Xavier.
Economic Growth. McGraw Hill. USA, 1995.
CÁRDENAS,
PONTÓN
y
TRUJILLO.
Convergencia y Migraciones Interdepartamentales
en Colombia: 1950-1989. Revista Fedesarrollo.
Colombia, 1992.
ELIZAGA, Juan C. y .MACISCO, John J.
Migraciones Internas, Teoría, Método y Factores
Sociológicos. CELADE, Santiago de Chile, 1975
INEI. Compendios estadísticos: 1988, 1989, 199293.
INEI. Censo de Población y Vivienda 1981 y 1993.
IGUIÑIZ Echevarría, Javier. Norte sí, ¿sur?. Revista
Actualidad Económica No. 168, Lima, Octubre
1990.
MARTÍNEZ, Héctor. Migraciones internas y sus
repercusiones. La Sierra Peruana, Realidad
Poblacional , AMIDEP, Lima, 1988.
ORTIZ, Álvaro. Migraciones Internas y Desarrollo
Desigual, Perú 1940-1972. CISE, Lima, 1982.
WOOLDRIDGE, Jeffrey M. Introducción a la
Econometría, un enfoque moderno. Ed. Thomson
Learning, México, 2000.
144
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 22/11/2007
Aceptado: 27/06/2008
Identificación de productos con potencial exportador y análisis de los
factores de producción para la agroexportación, en la irrigación Majes,
Arequipa
Elías Huerta C.1
Resumen
La presente tesis tiene como objetivo determinar los productos agrícolas con mayor potencial exportador para el
mercado de Estados Unidos, así como la factibilidad para la producción y la predisposición de los agricultores de la
primera etapa de la Irrigación Majes para el cultivo de los productos seleccionados para exportación. Para
determinar los productos con mayor potencial de exportación se analizó las tasas de crecimiento de las
importaciones de los productos agrícolas en el mercado norteamericano y la adaptabilidad de los mismos, luego se
evaluó la factibilidad de poder ser producidas en la Irrigación Majes. Para evaluarla se analizó factores como
disponibilidad de agua, temperatura, humedad relativa, horas sol, infraestructura de procesamiento agroindustrial,
costo de producción, producción agrícola, y rentabilidad entre otros. Por último, se analizó la predisposición de los
agricultores hacia la siembra de los productos elegidos mediante encuestas a una muestra de agricultores y
entrevistas a agricultores líderes. Se concluyó que los cultivos con mayor potencial de desarrollo exportador en la
Irrigación de Majes son: ajo (Allium sativum L.), cebolla amarilla (Allium cepa L.) y el pimiento páprika (Capsicum
annum L.), considerando que estos cultivos tienen una gran demanda por el mercado de Estados Unidos y su cultivo
es factible de realizar, cabe destacar que Corporación Miski es la principal empresa exportadora de páprika en el
Perú y la única procesadora de oleorresina. Asimismo, los agricultores muestran una actitud favorable al cultivo de
estos productos.
Palabras clave: Allium sativum L, Allium cepa L., Capsicum annum L., exportación agrícola.
Abstract
The present thesis has as objective to determine the agricultural products with a growing export potential to the
United States market, as well as, the production feasibility and predisposition of the farmers in the first stage of the
Irrigation of Majes, to cultivate the export selected products. In order to determine the main export potential
products we analyzed the growing rates of the agricultural imported products to the United States market, as well as
their adaptability in the Majes Irrigation. Then, the feasibility of being produced in the Irrigation of Majes was
analyzed and the following factors were studied: water availability, temperature, relative humidity, sun hours,
agroindustrial processing plants, production costs, agricultural yield and profitability, among others factors. Finally
we analyzed the farmer’s predisposition towards the planting season of the crops using surveys and interviews to the
leading farmers. In summary, it has been concluded that the crops with the greater export potential in the Irrigation
of Majes are: garlic (Allium sativum L.), yellow onions (Allium cepa L.), and paprika peppers (Capsicum annum L.),
given the fact that these products have a high demand in the United States market and their cultivation is feasible.
The Miski Corporation is the main exporter company of paprika in the Peru and the only that process oleorresina.
Likewise the Majes Irrigation farmers have a favorable attitude to cultivate these products.
Key words: Allium sativum L., Allium cepa L., Capsicum annum L., agricultural exporting.
1. Introducción
La Primera Etapa de la Irrigación Majes presenta
características favorables para la agricultura y tiene
una extensión superior a las 13 000 has de área
cultivable que se encuentran el 83,53% sembradas de
alfalfa y maíz forrajero para el consumo del hato
lechero.
La actual actividad económica en la zona de
estudio no ha logrado mejorar la economía de las
familias, debido a sus bajos índices de productividad
y rentabilidad. Por lo tanto, se requiere realizar un
cambio en el portafolio de cultivos.
En la actualidad el mercado norteamericano se ha
convertido en el más importante para la exportación
de productos agrícolas; por lo que los agricultores de
la Irrigación de Majes requieren un urgente apoyo
para desarrollar un cambio en la actividad agrícola y
tener la posibilidad de diversificar la producción de
cultivos.
1
Facultad de Economía y Planificación, Universidad Nacional Agraria la
Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
Dada la presencia de características favorables para
la agricultura como: clima templado, poca variación
de temperaturas, luminosidad de buena a excelente, y
ausencia de lluvias durante el año constituyendo un
invernadero natural; además de tener vías de acceso y
capital humano entre otros.
El objetivo del presente trabajo fue determinar los
productos agrícolas con potencial exportador en el
mercado norteamericano, así como la factibilidad
para la producción y la predisposición para cultivar
los productos elegidos para exportación en la primera
etapa de la Irrigación Majes.
Desarrollando los siguientes objetivos específicos:
Identificar los productos agrícolas con potencial
exportador hacia Estados Unidos.
Precisar la factibilidad de producción de los
productos elegidos en la primera etapa de la
Irrigación Majes, considerando los factores
comparativos y competitivos.
Identificación de productos con potencial exportador y análisis de los factores de producción para la
agroexportación, en la irrigación de Majes, Arequipa
Identificar la predisposición de los agricultores de
la Irrigación de Majes para cultivar los productos
elegidos para exportación.
2. Revisión de literatura
2.1 Estados Unidos
Hernández (2002), “Estados Unidos es uno de los
principales mercados consumidores para todos los
países con posibilidades de exportación y ha sido
tradicionalmente el mercado más importante para las
exportaciones peruanas”.
2.2 Factores comparativos
Hernández (2002), son factores físico-ambientales
y socioeconómicos, que dan como resultado la
ventaja comparativa, al permitir producir o disponer
de un producto en condiciones más favorables o con
ventajas de costos y oportunidad de abastecimiento
en los mercados, respecto a la producción del mismo
producto en otros países, regiones o zonas
productoras.
2.3 Factores competitivos
Hernández (2002), son factores relacionados a la
capacidad productiva, capacidad de comercialización,
capacidad de gestión, y capacidad financiera, que
permiten finalmente a la empresa tener el
conocimiento necesario para identificar, resolver y
enfrentar problemas en el ámbito de la producción y
comercialización de bienes y servicios, que permiten
desarrollar ventajas a la empresa frente a otras.
2.4 Predispocisión de los agricultores hacia la
siembra de cultivos para exportación
Es la postura de los agricultores referente a la
siembra de productos con potencial de exportación,
en esta investigación evaluada a través de:
producción y destino de los cultivos, factores que
influyen en la siembra de cultivos de exportación,
experiencia y percepción en la siembra de cultivos de
exportación, predisposición para la siembra de los
cultivos de exportación propuestos, medios usados
para la información sobre cultivos de exportación,
participación en asociaciones agrícolas, confianza de
los agricultores en instituciones promotoras de
cultivos de exportación, factores que influyen en el
progreso del agricultor en cultivos de exportación,
participación de las instituciones del estado en el
sector agrario, disponibilidad de mano de obra
agrícola en la zona, carencias actuales en la zona para
agroexportación, opinión sobre el futuro de la
agricultura en la zona.
3. Materiales y métodos
El método de investigación utilizado en la presente
investigación es no experimental, el diseño fue de
corte transversal o transeccional y descriptivo, es
decir se describen las variables estudiadas en un
momento único.
El tiempo de ejecución fue desde abril hasta
diciembre del 2006.
El área de estudio fue la Primera Etapa del
Proyecto Especial Majes Siguas, ubicado en la
146
provincia de Caylloma, en la región Arequipa. Se
encuentra a una distancia de 100 km de la ciudad de
Arequipa, vía Panamericana Sur, con dirección noroeste, y a 1 000 km del sur de Lima.
La población de estudio, estuvo conformado por 2
583 agricultores propietarios de las parcelas de la
Primera Etapa de la Irrigación Majes. De este total
de agricultores se procedió a seleccionar una muestra
cuyo tamaño se determinó con la fórmula de
población finita. La muestra representativa estuvo
conformada por 136 agricultores, a quienes se les
realizó la encuesta. Para la recolección de datos se
utilizó el método de la observación y la entrevista
como se describe a continuación:
- Observación directa: identificación de la zona de
estudio.
- Observación indirecta: consulta a fuentes
especializadas de comercio exterior y autoridades de
la zona.
- Entrevistas no estructuradas: aplicación de
encuestas no estructuradas a 136 agricultores.
- Entrevistas enfocadas: es una entrevista en
profundidad pero dirigida a situaciones concretas, se
realizo a 12 agricultores líderes de la zona
seleccionados por el interés que tiene su opinión para
la investigación.
3.1 Procedimiento
3.1.1 Identificación de productos agrícolas
con potencial exportador hacia Estados
Unidos
Identificación de productos agrarios de mayor
importación
En esta etapa se identificó las partidas que
registraron mayor importación en cada capítulo; por
participación en el año 2005 y por tasas de valor y
cantidad en el periodo 2001 al 2005.
Se uso la matriz de la Tabla 1, en la cual se
comparó la participación en las importaciones ($US
CIF) (a) y el resultado de la ponderación de las tasas
de valor y cantidad (b), escogiéndose los productos
con participaciones cercanas o mayores al promedio
del capítulo y con resultados de tasas crecientes.
Tabla 1. Matriz para seleccionar los productos
según participación en las importaciones y tasas
de crecimiento.
Sumator
Tasa
ia de de
Tasa
Valor Participac
valor
las tasas
cantidad
2005 ión en las
2001pondera
Partid Produ
importaci
2001-2005,
en
2005,
das de
as
cto
(%)
miles ones
(%)
valor y
de US$ (a)
(2)
cantidad
(1)
(b)
Fuente: Elaboración propia.
Para obtener la sumatoria de las tasas ponderadas,
primero se multiplico la tasa de valor (1) con 0,6 y la
tasa de cantidad (2) por 0,4 (que sumados dan 1).
Elías Huerta C.
Luego de la multiplicación se sumaron las tasas
ponderadas.
Se dió mayor ponderación a la tasa de valor por ser
más importante para nuestros fines porque a mayores
tasas de valor significa que el precio se ha
incrementado en los últimos años.
Identificación de los productos agrarios de mayor
adaptabilidad en la Primera Etapa de la Irrigación
Majes
En esta etapa se analizaron los productos escogidos
en la etapa anterior, teniendo como criterios:
1.
Adaptabilidad
climática
teórica
y/o
experimental: referido a la adaptabilidad según sus
requerimientos climáticos, se le dió un peso de 0,5.
2. Experiencia de cultivo comercial: referido a las
experiencias de los agricultores en la siembra de estos
cultivos para venta local, nacional o de exportación,
se le dió un peso de 0,25.
3. Experiencia de cultivo para exportación en la I
Majes: referido a cultivos sembrados en la zona para
exportación, que cuentan con asesoría en la zona sean
por empresas acopiadoras/exportadoras o ingenieros
asesores, se le dió un peso de 0,25.
La suma total de estos pesos asignados es 1.
Se calificó cada cultivo con valores del 0 al 2,
colocando 0 cuando la respuesta era negativa y 2
cuando era afirmativa, luego se multiplicó los pesos
asignados a cada criterio por la calificación, lo que
nos da una calificación ponderada, posteriormente se
sumó las calificaciones ponderadas tomando los
cultivos con calificación más alta.
3.1.2 Factibilidad de producción de los
productos elegidos con potencial exportador
en Majes, considerando los factores
comparativos y competitivos
En esta etapa se analizó los productos
seleccionados de la etapa anterior para identificar los
productos que sean más factibles de producir en las
actuales condiciones de la zona mediante el análisis
de los factores comparativos y competitivos, los
pasos seguidos fueron:
Análisis de los factores comparativos de los cultivos
propuestos en la I Majes
Se comparó los factores de los cultivos propuestos
con las condiciones de la I Majes para identificar los
que más se adecuan, haciendo uso de la metodología
de la matriz de atractividad, la cual nos permite medir
el grado relativo de atracción de acciones alternativas
posibles para indicar de forma objetiva cuales de las
alternativas son las más atractivas.
Con ayuda de las opiniones de los profesionales
entrevistados se asignó un peso relativo a cada factor,
la suma total de estos pesos asignados es 1, luego se
calificó cada cultivo con valores del 1 al 5, colocando
5 a los requerimientos del cultivo que están más
acorde a las características de la zona. Luego, se
multiplicó el peso relativo de cada factor por la
calificación, lo que nos da una calificación
ponderada, posteriormente se sumó las calificaciones
ponderadas tomando los cultivos con calificación más
An cient. 69(4) 2008. pp. 145-153
alta, lo que indica que los requerimientos de estos
cultivos son los que
más se adaptan a las
características de la zona.
Análisis de los factores competitivos de la I Majes en
los cultivos propuestos
En esta etapa se procedió a evaluar la
competitividad de los cultivos propuestos en la
Irrigación Majes, según los datos de la zona y los
datos óptimos.
4. Resultados y discusiones
Los capítulos agrícolas con mayor participación y
altas tasas de valor son: frutas y frutos comestibles
(participación 16,90%, tasa 9%); hortalizas, plantas,
raíces y tubérculos alimenticios (participación
11,94%, tasa 10%); café, té, yerba mate y especias
(participación 9,18%, tasa 12%). Se analizaron las
partidas contenidas en estos capítulos para identificar
los productos con mayor demanda en USA.
4.1 Identificación de productos agrícolas con
potencial exportador hacia Estados Unidos
En el capítulo 07 (hortalizas, plantas, raíces y
tubérculos alimenticios), 18 son las partidas de mayor
demanda, las cuales son:
Tabla 2. Resultados de la selección de productos
del capítulo 07 según participación en las
importaciones y tasas de valor y cantidad.
Partidas
70190
70200
70310
70320
70490
70700
Producto
Las demás papas frescas o refrigeradas
Tomates frescos o refrigerados
Cebollas y chalotes, frescos o refrigerad
Ajos frescos o refrigerados
Demás coles y similares, frescos o Refrig.
Pepino y pepinillo, fresco o refrigerad.
Alubias, incluso desvainadas, frescas o
70820
refrigeradas.
70920
Espárragos frescos o refrigerados
70930
Berenjenas, frescas o refrigeradas.
70951
Callampas frescas o refrigeradas
70960
Pimientos ,genero capsicum o género pimienta
70990
Demás hortalizas frescas o refrigeradas
71080
Demás legumbres y hortalizas
71090
Mezclas de hortalizas y/o legumbres
Demás legumbres y hortalizas ;mezclas de
71290
hortalizas y/o legumbres
71339
Demás alubias, secas desvainadas
Raíces de mandioca, frescas o secas, incluso
71410
troceadas o en pellets.
Demás raíces y tubérculos similares ricos en
71490
féculas o en inulina, frescos o secos.
Fuente: Elaboración propia, 2006.
De las 10 partidas de mayor demanda por Estados
Unidos, solo se consideran 16 por tener las
descripciones más precisas. De las cuales 4 cumplen
los criterios de adaptabilidad en Majes, las cuales
son: tomates, cebollas, ajos, y ají páprika (pimiento
capsicum).
En el caso de los pimientos capsicum, el páprika
(capsicum annun L.) es el único de este género
sembrado en la zona. Pero, entre los capsicum existen
otras alternativas como: Capsicum annun L.:
pimiento morron, piquillo y jalapeños, ají amarillo o
147
Identificación de productos con potencial exportador y análisis de los factores de producción para la
agroexportación, en la irrigación de Majes, Arequipa
ají escabeche, ají mirasol, páprika, Capsicum
frutescens L.: tabasco, Capsicum pubescens L.:
rocoto, Capsicum chinense: ají limo y panca.
En el capítulo 08 (frutas y frutos comestibles que
incluye a las cortezas de agrios, melones y sandías),
19 son las partidas de mayor demanda, las cuales son:
De las 5 partidas de mayor demanda por Estados
Unidos, solo 1 cumple los criterios de adaptabilidad
en Majes la cual es: pimientos secos, triturados o
pulverizados (ají páprika). Se considera al ají páprika
por ser el único de este género sembrado en la zona
de estudio.
Tabla 3. Resultados de la selección de productos
del capítulo 08 según participación en las
importaciones y tasas de valor y cantidad.
4.2 Factibilidad de producción de los
productos elegidos con potencial exportador
en Majes, considerando los factores
comparativos y competitivos
Partidas Producto
80132
80290
80430
80440
Nueces de marañón sin cáscaras frescas o secas.
Demás frutos de cáscara, frescos o secos, incluso
sin cáscara
Piñas, frescas o secas.
80530
80610
Paltas (aguacates)
Guayabas, mangos y mangostanes, frescos o
secos.
Naranjas frescas
Mandarinas, clementinas, wilkings e hibridos
similares, frescos o secos
Limones y lima agria, frescos o secos
Uvas frescas
80711
Sandias frescas
80720
Papayas frescas.
80810
81090
Manzanas frescas
Melocotones o duraznos, incluido los griñones y
nectarines
Frutillas frescas
Frambuesas, zarzamoras, moras y morasframbuesas, frescas
Arándonos o murtones y demás frutos del género
vaccinium frescos
Otros frutos frescos.
81110
Fresas (frutillas) congeladas
1190
Otras frutas congeladas
80450
80510
80520
80930
81010
81020
81040
Fuente: Elaboración propia, 2006.
De las 19 partidas de mayor demanda por Estados
Unidos, solo se consideran 16 por tener las
descripciones más precisas. De las cuales 3 cumplen
los criterios de adaptabilidad en Majes las cuales son:
uvas, sandías, fresas.
En el capítulo 09 (café, te, hierba mate y especias),
32 son las partidas de mayor demanda, las cuales son:
Tabla 4. Resultados de la selección de productos
del capítulo 09 según participación en las
importaciones y tasas de valor y cantidad.
Partidas
90111
90112
90121
Producto
Café sin tostar, sin descafeinar.
Café sin tostar, descafeinado.
Café tostado sin descafeinar
Té negro fermentado y te parcialmente
90240
fermentado, presentados de otra forma.
Pimientos secos, triturados o pulverizados
90420
(pimenton).
Fuente: Elaboración propia, 2006.
148
Para determinar la factibilidad de producción de los
productos elegidos con potencial exportador se ha
considerado los factores
comparativos y
competitivos que se detallan a continuación.
4.2.1 Análisis de los factores comparativos de
los cultivos propuestos en la irrigación Majes
Los resultados del análisis de los factores
comparativos se presentan en la Tabla 5 y los
resultados de la matriz ponderada se presentan en la
Tabla 6.
La disponibilidad de agua, temperatura y humedad
relativa de la zona cubre los requerimientos de los
cultivos evaluados. Las horas sol de la zona son más
apropiadas para el cultivo de la cebolla, ajo, capsicum
y sandias.
Existe mayor disponibilidad de mano de obra
calificada en la zona para cultivos como cebolla, ajo,
ají páprika (capsicum seco) por ser cultivos de
siembra más frecuente en la zona respecto a los
demás, también necesitan menos infraestructura física
para su procesamiento, y son cultivos de menos
perecibilidad. En el tema de sanidad agraria, las
cebollas, el ajo y las fresas no son hospederas de la
mosca de la fruta.
4.2.2 Análisis de los factores competitivos de
los cultivos propuestos en la irrogación,
Majes
En esta etapa se procedió a evaluar la
competitividad de los cultivos según los datos de la
zona y los datos óptimos, tal como se muestra en la
Tabla 7.
De los cultivos propuestos se observa que en
condiciones óptimas el páprika es el cultivo más
rentable, seguido de la cebolla amarilla y el ajo. En
las condiciones actuales (promedio) el páprika sigue
siendo el más rentable pero esta vez seguido del ajo y
luego de la cebolla amarilla.
La mayor disminución de rentabilidad de
condiciones óptimas a actuales (promedio) la sufre la
cebolla amarilla, seguida del ajo y el páprika por el
aumento en los costos de producción y la
disminución en los rendimientos, la variabilidad de
los precios también influye en las ganancias de los
agricultores. Comparando la rentabilidad de los
productos propuestos con la rentabilidad de las
actividades agrícolas más comunes de la zona como:
maíz forrajero para venta bajo riego por goteo
(como ya indicamos por lo general se cultiva para el
Elías Huerta C.
Tabla 5. Matriz de ventajas comparativas de los cultivos propuestos.
Requerimientos de los productos seleccionados
Factores
Unidad de
comparativos medida
I Majes Tomates
Cebolla
Ajos
amarilla
Disponibilidad
y necesidad de m3/ha
agua
14000
m3/ha
45006200-8200
por
6000
campaña
Temperatura
óptima
promedio
ºC
12.1 ºC – 10 ºC26 ºC
26 ºC
Humedad
relativa
%
52%
Horas sol
horas
9.6 horas 3-4 horas
Disponibilidad
Exigencia Si se
de mano de
del cultivo cuenta
obra calificada
12.8ºC – 13ºC –
24ºC
24ºC
Sandías
Fresas
Uva
7500-8000 7500-8000 2500-3500 5000-6000 3000
16ºC –
28ºC
16ºC –
28ºC
18 -30ºC
60%-80% 50- 60 % 50- 60 % 50% - 70% 50% - 70% 50 a 80%
10 horas 10 horas 7-8 horas
7-8 horas
10.5
18 a 25 ºC 8-22 ºC
60 a 75%
50 – 60%
10 a 14
4–5
Almacigad
Almacigad
o
Transpla
Almacigado
Transplante
o
Almacigado
Poda,
transplante nte
Siembra
transplante
riego
transplante
siembra
cosecha
cosecha
siembra
cosecha
cosecha
cosecha
selección
Centro
de
Si,
Necesidad de
Exigencia selección empaque y
infraestructura
del proceso y
refrigeració
industrial
clasificac n
ión
Cercanía a
puertos de
embarque
70008000
(capsicum
Capsicum
seco)Ají
fresco
páprika
Cercanía
al P.
Perecibilida Matarani
Si
d
y al P.
del
Callao
Área
libre de
Sanidad
Exigencia la mosca
Si
agraria
de EEEUU de fruta
para el
año 2009
Fuente: Elaboración propia, 2006.
Si,
calibraci
ón y
empaque
Si,
calibraci
ón y
empaque
Si seco,
secado y
clasificació
n
Si, fresco
empaque y
refrigeració
n
Si,
empaque y
refrigeració
n
Si,
Si,
selección,
empaque y
empaque y
refrigeració
refrigeraci
n
ón
No
No
No
Si
Si
Si
Si
No
No
Si antes del
Si
secado
Si
No
Si
autoconsumo) con rentabilidad promedio de 54% y
óptima de 82% se observa que tiene rentabilidades
similares a las del páprika, esto debido a las
fluctuaciones del precio de este último. En el caso de
la crianza de ganado lechero en la tesis costos de
producción de leche en vacunos de Ale (2004) se
tiene que la rentabilidad anual de un establo
compuesto por 19 vacas en producción es de 2,96%
anual lo cual demuestra que cualquiera de los cultivos
propuestos es más rentable que el negocio lechero.
Sin embargo, debe considerarse que los precios de la
leche son estables y constituyen ingresos quincenales
permanentes comparados con otros cultivos cuyo
capital y ganancias se obtienen en la venta del
producto al final de la campaña. En el caso de la
leche, la deficiente condición económica del
agricultor promedio le impide la compra de vacas
(c/vaca lechera de alta producción tiene un precio
An cient. 69(4) 2008. pp. 145-153
promedio de $800 - $1 000) para incrementar
significativamente la población vacuna y por ende el
volumen de producción lechera.
4.3 Predisposición de los agricultores de la
irrigación Majes hacia el cultivo de los
productos elegidos para exportación
Para determinar la predisposición en la producción
de los productos elegidos por los agricultores de la
Primera Etapa de la Irrigación de Majes se realizaron
encuestas cuyos resultados se muestran a
continuación.
4.4 Datos obtenidos
agricultores
según
encuesta
a
Respecto a la edad de los agricultores, el 69% esta
conformado por agricultores de 50 a 69 años, y los
agricultores menores a 39 años representan menos del
6%.
149
Identificación de productos con potencial exportador y análisis de los factores de producción para la
agroexportación, en la irrigación de Majes, Arequipa
Tabla 6. Ponderación de la matriz de ventajas comparativas de los cultivos propuestos.
Requerimientos de los productos seleccionados
Factores
comparativos
Unidad
de
medida
Disponibilidad y
necesidad de agua
Capsicum
Ponder Tomate Cebol
Capsicum
Ajos seco: Ají
Sandías
ación s
las
fresco
páprika
Fresas
Uvas
m3/ha
0.25
3
4
3
3
3
5
4
5
Temperatura
ºC
0.1
5
5
5
5
5
4
5
5
Humedad relativa
%
0.1
4
5
5
5
5
5
4
5
Horas sol
Disponibilidad de
mano de obra
calificada
(jornaleros)
Necesidad de
infraestructura
industrial
(refrigeración,
selección, otros)
horas
0.18
2
5
5
5
5
5
3
3
exigencia
del
0.06
cultivo
2
5
5
5
3
2
3
3
exigencia
del
0.12
proceso
2
5
5
5
2
2
2
2
Cercanía a puertos de Perecibili
0.06
embarque
dad
2
5
5
5
3
3
2
2
2
5
5
3
2
2
5
3
2.75
4.75 4.50 4.24
3.51
3.85
3.63
3.33
Sanidad agraria
Puntuación
Exigenci
a de
0.13
EEEUU
1
Fuente: Elaboración propia, 2006.
En cuanto a los destinos de producción, el 73,24%
son para autoconsumo, el 21,76% son para venta
nacional (local, regional y nacional), y el 5% son para
venta internacional.
Respecto a la distribución de los cultivos, el 70% esta
ocupado de alfalfa, el 13,53% de maíz forrajero, el
5,07% de papa, el 2,65% de kiwicha, el 3,01% de
páprika.
Respecto a la percepción de los agricultores de
como les fue en los cultivos de exportación en los que
incursionaron, la respuesta es variable según cultivo,
en el caso del páprika, el 25,81% de los agricultores
refirieron que les fue bien, mientras, el 12,90% refirió
que regular y el 61,29% refirió que mal.
Respecto a la experiencia en la siembra de cultivos
de exportación, el cultivo más predominante es el
Tabla 7. Matriz de evaluación de los factores competitivos de los cultivos propuestos.
Cebolla amarilla ajo
capsicum: páprika
Factores competitivos
Costo de producción de
cultivo en sist. de riego
por goteo
Rendimiento
Rentabilidad
Unidad de
medida
Datos
I Majes
óptimos
Datos
óptimos
I Majes
Datos
óptimos
I Majes
$/ha
3300
4500
3200
4267
3750
4000
kg/ ha
50000
40000
20000
18000
7000
6000
%
82%
7%
69%
14%
87%
50%
Nota1: El número de agricultores que siembra actualmente cebolla amarilla y ajo es muy reducido.
Nota2: La rentabilidad de los cultivos depende del precio del mercado.
Fuente: Elaboración propia, con datos de las campañas del año 2006 en chacra (incluye cintas riego).
150
Elías Huerta C.
cultivo más predominante es el páprika con 39,08%,
seguido del cultivo de la kiwicha con 14,94%
inactivas al no poder hacer respetar el precio de venta
acordado o no poder vender las cosechas.
Respecto a la disposición de los agricultores para
incursionar en cultivos de exportación, el 62,50%
refirió que si estarían dispuestos a sembrar cultivos
de exportación, el 37,50% refirió que no estarían
dispuestos a sembrar cultivos de exportación. De los
agricultores que nunca sembraron cultivos de
exportación el 76,19% refirió que si estarían
interesados en incursionar en este rubro, mientras, el
23,81% refirió que no les interesa por el
incumplimiento de los precios acordados (según
experiencias ajenas), también prefieren criar ganado
lechero que aunque es poca la rentabilidad es segura.
De los agricultores que si tuvieron experiencia en la
siembra de cultivos de exportación el 55,52% refieren
que si volverían a sembrar, mientras, el 43,48% no
volverían a sembrar.
4.3.2 Datos obtenidos según entrevista a
agricultores líderes
Respecto a los factores que influyen en la decisión
de los agricultores en la siembra de cultivos de
exportación, el factor predominante es la seguridad
de un mercado para la venta de los productos con
40,23%, porque se ha dado casos en que el productor
es incentivado a sembrar y al momento de la cosecha
no hubo un comprador. El segundo factor es la
existencia de un precio adecuado con 28,74%, es
decir, que se garantice el precio de compra
independientemente de que varíe (disminuya) el
precio internacional del producto, porque se ha dado
casos en que los compradores no respetaron el precio
especificado en los contratos. El tercer factor es el
asesoramiento técnico y capacitación con 24,14%, es
decir, que el agricultor reciba el asesoramiento y
capacitación en el manejo técnico del cultivo, se
percibió mucho desconocimiento por parte de los
agricultores.
Respecto a la predisposición de los agricultores en
la siembra de los cultivos de exportación propuestos,
el 60,00% de los encuestados estarían dispuestos a
sembrar ajo, el 57,40% sembrarían pimiento
(páprika) y el 56,80% sembrarían cebolla.
Respecto a los medios usados para la información
sobre cultivos de exportación, el 36,76% de los
encuestados se informan por su cuenta mediante
radio, televisión, internet, paquetes tecnológicos, el
22,06 % acuden al MINAG, el 18,38% acuden a la
Junta de Usuarios, el 10,29% recurre a la empresas
acopiadoras o exportadoras que promocionan cultivos
en la zona, el 8,09% acuden a AUTODEMA, el
5,88% acuden a medios informales como vecinos, el
9,56% recurre a otros medios y el 6,62% no recurre a
ningún medio de información.
Respecto a los agricultores que pertenecen a
alguna asociación agrícola, el 95,40% de los
agricultores
encuestados
no
pertenecen
a
asociaciones, solo el 4,60% pertenecen a alguna
asociación agrícola. Entre los motivos por los que no
pertenecen a una asociación se encuentran: falta de
interés, desconocimiento de la existencia de las
mismas, desconfianza en los dirigentes, también
refieren que hubieron asociaciones que quedaron
An cient. 69(4) 2008. pp. 145-153
Respecto a la confianza de los agricultores en las
instituciones promotoras de exportación, el 83,33%
tienen mucha desconfianza en las empresas o
instituciones promotoras de cultivos de exportación
porque no garantizan el cumplimiento de contratos o
acuerdos (mercado y precios).
Respecto los factores que influyen en el agricultor
para progresar en cultivos de exportación, el 83,33%
de los agricultores considera que deben asociarse por
el tamaño de los predios y el 33,33% considera que la
capacitación es un factor influyente en el progreso del
agricultor en cultivos de exportación.
Respecto a los factores que influyen en el
agricultor para la elección de un cultivo no
tradicional de la zona, el 50% señala que es
importante que sean cultivos con mercado asegurado
por medio de contratos, el 33,33% indica la
importancia de los precios atractivos y garantizados.
Respecto a la opinión de los agricultores sobre las
instituciones del estado en el sector agrario, el 50%
de los agricultores señalan la poca investigación que
realiza el estado en este sector y el 33,33% señala que
las instituciones del estado cumplen labores sobre
todo administrativas.
Respecto a la opinión de los agricultores sobre la
mano de obra agrícola en la zona, el 50% de los
agricultores consideran que en la zona existe
disponibilidad de mano obra no calificada, el 33,33%
piensa que el precio promedio es elevado y el 66,67%
consideran que no hay mano de obra especializada ya
sea mano de obra calificada o no calificada.
Respecto a la opinión de los agricultores sobre las
carencias actuales en la zona para agroexportación, el
50% de los agricultores consideran que la
infraestructura industrial es mínima en la irrigación,
que el único packing es para un limitado número de
productos y es de poca capacidad, por eso los
agricultores se ven obligados a realizar el
procesamiento postcosecha en sus parcelas sin las
mínimas condiciones de infraestructura, por ejemplo,
el páprika es secado en la intemperie.
Respecto a la opinión de los agricultores sobre las
perspectivas de la agricultura en la zona, el 50% de
los agricultores considera que la agricultura tiene
futuro con apoyo por parte del estado y por medio de
asociaciones y el 16,64% considera que la agricultura
no tiene futuro y que el principal factor de
decaimiento de este sector es la poca inversión del
estado en este rubro.
5. Conclusiones
Son 8 las partidas que presentaron gran demanda
en el mercado norteamericano y mayor adaptabilidad
de producción en Majes: tomates frescos o
refrigerados (partida 70 200), cebollas y chalotes,
frescos o refrigerados (partida 70 310), ajos frescos o
refrigerados (partida 70 320), pimientos del genero
capsicum o del genero pimienta (partida 70 960),
151
Identificación de productos con potencial exportador y análisis de los factores de producción para la
agroexportación, en la irrigación de Majes, Arequipa
sandias frescas (partida 80 711), fresas (frutillas)
frescas (partida 81 110), pimientos secos, triturados o
pulverizados (pimentón) (partida 90 420), uvas
frescas (partida 80 610).
Son 3 las partidas factibles de ser producidas en la
I Majes: cebollas amarillas (partida 70 310), ajos
(partida 70 320), capsicum seco (partida 90 420).
Los agricultores tienen buena predisposición para
la producción del ajo, la cebolla, y el ají páprika para
el mercado externo. Esta decisión esta condicionada a
la existencia de mercado de venta, precios
garantizados, asesoramiento técnico.
La escasez creciente de agua determina que sea
fundamental la reconversión del sístema de riego por
aspersión a riego por goteo, lo cual permitirá
aumentar los rendimientos y las ventajas
competitivas.
El Perú exporta ajo, páprika y cebolla, estos dos
últimos productos tienen como principal destino el
mercado norteamericano.
Para Estados Unidos somos: el
segundo
exportador de cebollas frescas con el 10% de
participación, el octavo exportador de ajo fresco con
menos del 1% de participación y el primer
exportador de pimiento deshidratado con el 24% de
participación.
Actualmente el departamento de Arequipa exporta
sobretodo ajo, páprika y cebolla, la I Majes exporta
principalmente páprika seco.
Los cultivos de mayor rentabilidad en la Irrigación
son: el páprika con 50% de rentabilidad (similar a la
rentabilidad del maíz forrajero para venta), seguido
del ajo con 14% de rentabilidad, y de la cebolla
amarilla con 7% de rentabilidad (rentabilidad mayor
al hato lechero de 2,96% aproximadamente).
Se recomienda conformar cadenas productivas de los
productos propuestos para desarrollar esos productos
en la I Majes:
Recomendar a las universidades realizar trabajos
de adaptabilidad de cultivos con gran demanda en el
mercado externo para la I Majes y realizar ensayos de
pruebas experimentales para determinar rendimientos
y mejorarlos.
Promover la implementación de buenas prácticas
agrícolas para la obtención de certificaciones de
calidad e inocuidad para los agricultores de la zona
para facilitar el ingreso al mercado norteamericano.
Se recomienda instalar plantas de postcosecha
adecuadas a cada producto, una cadena de frío para
favorecer la exportación de productos hortícolas y
frutícolas frescos o refrigerados y mejorar los
problemas de sanidad vegetal como la obtención de la
categoría de área libre de la mosca de la fruta para
facilitar la exportación de los productos frescos
hospederos.
Los agricultores deben organizarse en asociaciones
agrarias con el propósito de lograr sinergias.
Se recomienda investigar los cultivos con demanda
potencial que no son cultivados comercialmente con
ayuda de instituciones involucradas en el sector como
INIA, y universidades de la zona entre otros.
152
Incentivar la reconversión del sistema de riego por
aspersión a riego por goteo por medio de cadenas
productivas,
préstamos
del
Agrobanco
o
financiamiento de los propios proveedores.
Investigar otros mercados con propósito de detectar
nuevas oportunidades para las exportaciones de
nuevos productos.
Se recomienda sembrar cultivos como: ajo, cebolla
amarilla y los capsicums, como complemento de su
actividad lechera.
6. Referencias bibliográficas
ALE Rojas, Y. 2004. Costos de producción de leche
en vacunos sometidos a control lechero en la
Campiña de Arequipa. Tesis (Ingeniero agrónomo).
Lima - Perú. Universidad Nacional de San Agustín,
Escuela Profesional y Académica de Agronomía.
2004.
AUTORIDAD AUTÓNOMA DE MAJES, 2006.
Documento de trabajo: Propuesta Majes
exportador. Irrigación Majes – Arequipa. 32 p.
AUTORIDAD AUTÓNOMA DE MAJES, 2006.
Oferta exportable de la Región Arequipa.
Irrigación Majes- Arequipa. 19 p.
AZNARAN CARTILLO, G. 2003. La competitividad
global agrícola. Fondo editorial Universidad
Nacional Mayor de San Marcos. Lima. 155 p.
CÁCERES Pinto, J. 1998. Compendio técnico de
transferencia tecnológica: Guía cultivo de fresa.
AUTODEMA – Arequipa.
CASE, K.E. y FAIR, R.C. 1997. Principios de
Microeconomía. Cuarta edición. Ed. Prentice Hall
Hispanoamericana S A. México. 620 p
CONVENCIÓN Nacional del Agro peruano, 1998.
Agroexportación: Posibilidades y desafíos frente al
próximo milenio. Editores Punto y Coma. LimaPerú. 156p.
COORDINACIÓN ZONAL SUR PSI / PERAT,
2003. Paquete tecnológico: Cultivo de Ajo.
Arequipa - Perú.
CORNEJO, E. 1996. Comercio Internacional. Hacia
una gestión competitiva. San Marcos. Lima – Perú.
GORRRITI, 2001. Rentabilidad de la agricultura en
la costa peruana. Lima – Perú.
HERNANDEZ
Calderón,
J.M.
2002.
Agroexportación:
Estrategias
para
lograr
Competitividad. Ed. Promotora Lima. Lima. 383 p.
INADE, 1997. Programa Majes II. Convenio ALA93-02 Perú - Unión Europea. Manual de cultivos
alternativos para la Irrigación Majes. Arequipa Perú. 60: 1-3p.
INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA E
INFORMATICA, 2005. Anuario de estadísticas
ambientales. Lima – Perú. 303 p.
MONITOR COMPANY, 1995. Resumen ejecutivo
del
estudio
Construyendo
las
Ventajas
Competitivas del Perú: Los Agronegocios. Lima –
Perú.
Elías Huerta C.
PAZ Silva, L.J. 1993. Competitividad de la
agricultura peruana. Conferencia Anual de
Ejecutivos - CADE ’93. Arequipa - Perú. 70 p.
PERUAGRO. La balanza agrocomercial sigue siendo
positiva para el Perú. Lima - Perú. Edición XIX.
26: 24-25 p. Junio 2006.
PERUAGRO. La segunda etapa de Majes. Lima Perú. Edición XVII. 26: 13p. Abril 2006.
PERUAGRO. Reportaje: Páprika. Capsicum annum.
Pimiento Dulce. Lima. Perú. 25 p. Febrero 2005.
PORTER Michael, E. 1999. Ser competitivo: Nuevas
aportaciones y conclusiones. Ediciones Deusto
S.A. – España. 464 p.
An cient. 69(4) 2008. pp. 145-153
PROMPEX, 2004. Perú: Plan operativo exportador
del sector agropecuario – agroindustrial. Lima –
Perú. 65 p.
Páginas web:
AUTORIDAD
AUTONOMA
DE
MAJES.
http://www.autodema.gob.pe [consulta: mayo
2006].
PORTAL WEB ADUANET, portal de aduanas del
Perú.
http://www.aduanet.gob.pe [consulta:
diciembre 2006].
PORTAL WEB TRADEMAP, desarrollado por el
Centro
de
Comercio
Internacional
de
UNCTAD/OMC
http://www.trademap.org
[consulta:
mayo
y
noviembre
2006].
153
An cient. UNALM 69(4), 2008
ISSN 0255-0407
Recibido: 06/11/2007
Aceptado: 25/07/2008
Reingeniería de procesos en la Oficina de Admisión de la Universidad
Nacional Agraria La Molina
Elías F. Huerta C. 1
Resumen
El propósito de esta investigación fue implementar una mejora significativa en el proceso de admisión de La
Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM) en la modalidad de concurso ordinario. La metodología
empleada fue la reingeniería de proceso. Esta metodología consiste en describir el proceso actual, analizar y
establecer mejoras al proceso y finalmente implementar y verificar las mejoras. El catalizador fundamental de estas
mejoras es la implementación de tecnologías de información (IT). Como resultados de la reingeniería se ha reducido
el número de visitas de los postulantes de 3 a 1, se ha reducido el periodo de atención a los postulantes de 52
minutos a un promedio de 20 minutos, la nueva solución permitirá capturar información de los nuevos ingresantes y
compartir esta información a diversas oficinas de la UNALM.
Palabras clave: Reingeniería, oficina de admisión
Abstract
This investigation’s purpose was to implement a significant improvement in the admission process of the
Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM) in the mode of ordinary contest. The methodology used was
the process reengineering. This methodology consists in describing present-day process, to examine and to establish
improvements to the process and finally implementing and verifying the improvements. This improvement’s
fundamental catalyst is the information technologies. As the reengineering´s aftermath the petitioners has reduced
their visits to UNALM from 3 to 1. The attention period has reduced from 52 minutes to 20 minutes. It has
generated an incomer’s data base that can be shared for other departments.
Key words: Reingeeniering, admission office
1. Introducción
2.1.1 Palabra clave: fundamental
Esta investigación surgió como producto de
escuchar las quejas más comunes de los postulantes a
la UNALM, quienes manifestaban que el proceso de
inscripción para el examen de admisión demoraba
mucho y que la revisión de documentos era
demasiado exigente.
Para hacer frente a la inquietud de los postulantes
se escogió la reingeniería de procesos, que
acompañada de la implementación de tecnología de
información y comunicación puede permitir una
mejora significativa de procesos y así lograr
beneficios para los diferentes involucrados.
Esta investigación describe el análisis inicial, la
elaboración de una propuesta de reingeniería y su
aplicación para mejorar el proceso de admisión de la
UNALM. Como consecuencia, se han obtenido
logros significativos para los diferentes actores
involucrados.
Al emprender la reingeniería, el individuo debe
hacerse las preguntas más básicas sobre su compañía
y sobre como funciona. ¿Por qué hacemos lo que
estamos haciendo? ¿Y por que lo hacemos en esa
forma? Hacerse esas preguntas lo obliga a uno a
examinar las reglas tácticas y los supuestos en que
descansa el manejo de sus negocios. A menudo esas
reglas
resultan
anticuadas,
equivocadas
o
inapropiadas.
2. Revisión de literatura
A continuación, se desarrollan una revisión de los
conceptos básicos de reingeniería, la metodología con
la que se debe implementar y algunos aspectos
fundamentales para su éxito.
2.1 Concepto de reingeniería
Hammer & Champy definen a la reingeniería como
“la revisión fundamental y el rediseño radical de
procesos para alcanzar mejoras espectaculares en
medidas críticas y contemporáneas de rendimiento,
tales como costos, calidad, servicio y rapidez. Esta
definición contiene cuatro palabras claves.
1
Facultad de Economía y Planificación, Universidad Nacional Agraria La
Molina. Lima, Perú. E-mail: [email protected]
2.1.2 Palabra clave: radical
La segunda palabra clave de nuestra definición es
radical, del latín radix, que significa raíz. Rediseñar
radicalmente significa llegar hasta la raíz de las
cosas: no efectuar cambios superficiales ni tratar de
arreglar lo que ya esta instalado sino abandonar lo
viejo. Al hablar de reingeniería, rediseñar
radicalmente significa descartar todas las estructuras
y los procedimientos existentes e invertir maneras
enteramente nuevas de realizar el trabajo. Rediseñar
es reinventar el negocio, no mejorarlo o modificarlo.
2.1.3 Palabra clave: espectacular
La tercera palabra clave es espectacular. La
reingeniería no es cuestión de hacer mejoras
marginales o incrementales sino de dar saltos
gigantescos en rendimiento. Se debe apelar a la
reingeniería únicamente cuando exista la necesidad
de volar todo.
2.1.4 Palabra clave: procesos
La cuarta palabra clave en nuestra definición es
procesos. Aunque es la más importante de las cuatro,
también es la que les da mas trabajo a los gerentes
corporativos. Muchas personas de negocios no están
Elías F. Huertas C.
“orientadas a los procesos”: están enfocadas en
tareas, en oficios, en estructuras, pero no en procesos.
Definimos un proceso como un conjunto de
actividades que recibe uno o más insumos y crea un
producto de valor para el cliente.
Barbachán, menciona que reingeniería implica
dejar de lado gran parte de lo que se ha tenido por
conocido durante 200 años de administración
industrial. Significa olvidarse de cómo se realizaba el
trabajo en la época del mercado masivo, los viejos
preceptos, las viejas formas organizacionales:
departamentos, secciones, unidades, técnicas, grupos,
etc., dejan de tener importancia. Son los instrumentos
de otra época.
Lo importante en la reingeniería es, como
queremos organizar hoy el trabajo dadas las
exigencias de los mercados actuales y el potencial de
las tecnologías actuales.
Manganelli define a la reingeniería como “el
diseño rápido y radical de los procesos estratégicos
de valor agregado – y de los sistemas, las políticas y
las estructuras organizacionales que los sustentan –
para optimizar los flujos del trabajo y la
productividad de una organización”.
2.2 El rediseño de los procesos
los componentes de una actividad, no muestra el
flujo, solo la secuencia de un nivel general.
Es utilizado mayormente para analizar las causas
potenciales de una situación problema o los
elementos necesarios para alcanzar una meta.
A la derecha se registran el efecto o resultado
(positivo o negativo) y hacia la izquierda se van
registrando las causas potenciales.
- Diagrama de redes (network)
Este modelo de redes se comienza con un solo
punto y entonces se grafica cada paso sucesivo, tipo
nódulos del PERT.
- Flujo de trabajo
Un nuevo acercamiento simplificado que muestra
el flujo de un proceso pero no el detalle, es un
modelo básico de flujo de trabajo.
- Mapa de actividades de negocio (BAM)
Este diagrama y los diagramas racionales son los
elementos centrales en los sistemas relacionales de
desarrollo de metodología y ambos fueron analizados
en el libro.
En términos general los “BAMS” son los mas
usados en reingeniería, por que son las técnica
primaria usada para modelos de flujo de trabajo.
El rediseño de procesos según Barbachán, citado
anteriormente, consta de las siguientes etapas:
modelar el proceso actual, mejorar o innovar el
proceso, rediseñara el proceso y determinar la nueva
estructura de información.
2.2.2 Innovación del proceso
2.2.1 Modelando el proceso
a) Comprensión del cliente y mercado
Modelar el proceso o procesos de negociación
puede ser definido como una representación de la
operación de una compañía o una parte especifica de
la operación.
Herramientas usadas para representar procesos de
negocios.
Lógicamente las compañías han ido evolucionando
en las técnicas de representaciones gráficas, entre las
más conocidas tenemos:
- Flow – Chart
Ampliamente conocido, una de las formas más
antiguas de modelado de flujos de trabajo, es la
representación grafica de los proceso en forma
detallada y secuencial de todas las operaciones
consecutivas que lo integran.
- Tree Diagram
En esta técnica de descomposición tradicional, un
rompimiento de flujo es mostrando como ramas de un
tronco central. De acuerdo, al detalle a que se quiera
llegar, una o todas las “ramas” seguirán creciendo,
más o menos de esta manera.
- Diagrama Fishbone (causa - efecto)
De Kaoru Ishikawa, esta técnica opera usando una
línea de proceso central. Las actividades principales
son colocadas a lo largo de esta línea como línea
angulares que intersectan. El orden de estas
actividades representa la secuencia y va de derecha a
izquierda. Este diagrama muestra relaciones básicas y
155
Luego que el equipo de reingenieros ya tiene una
idea formada de cómo modelar el proceso y lo puede
diagramar, tienen que prepararse a mejorarlo o
innovarlo.
Como se aprecia en el esquema, el equipo de
reingeniería tiene que comenzar, al menos es lo ideal,
con la comprensión o conocimiento de los cliente y el
mercado correspondiente.
Los clientes saben lo que quiere de su producto o
servicio y también lo que quieren de sus
transacciones comerciales en su empresa, a pesar de
que ellos no lo puedes enunciar bien.
La idea es llegar a tener un perfil del valor del
cliente, es difícil pero no imposible y ello no puede
llevar a un equipo a trabajar la ruta de identificación
del proceso adecuado de sus líderes y personal.
b) Desarrollar una visión
No es definir la misión, tampoco una lista de
objetivos, ni metas o estrategias, sino que la visión es
una imaginativa, hipotética, y una amplia descripción
de lo que la organización llegara a ser dentro de tres a
cinco años, si es que se hacen todas las cosas en
forma correcta y se enfoca al máximo en el valor
agregado al cliente, estimulando de esta manera la
innovación a través del desarrollo de sus lideres y el
personal.
La visión siempre se inicia formalmente en la
mente de un líder, que debe ser realista, no idealista,
y en segundo orden, debe compartir con su
organización por que la mayoría de las visiones que
no se logran son porque la visión ha sido sostenida
por el líder pero no por la organización.
Reingeniería de procesos en la Oficina de Admisión de la Universidad Nacional Agraria La Molina
c) Determinar prioridades de negocio
Si la visión es clara, la gerencia puede desarrollar
de cuatro a seis lemas que presenten la visión como
una realidad.
Algunos de estos lemas pueden ser:
Cada uno de nosotros comprende a nuestros
clientes y enfocamos nuestras actividades en
satisfacer sus necesidades y exceder sus expectativas.
Todos dominamos una nueva habilidad cada seis
meses.
Con la ayuda de estos lemas, les pueden ser más
fáciles a los reingenieros escoger el o los procesos
que estén comprendidos en las prioridades del
negocio.
d) Desarrollar una estrategia
El éxito futuro de la organización se apoya en el
cumplimiento de las prioridades y el seguimiento de
la visión.
Con tal fin se tienen que hallar las estrategias
adecuadas, que satisfagan al cliente y atiendan las
prioridades del negocio. En algunos casos las
prioridades del negocio, implicarán acciones
totalmente nuevas, que a menudo revolucionan los
procesos; por ello, se hace muy importante elegir el
proceso adecuado dentro de la estrategia apropiada.
2.2.3 Rediseño del proceso
La urgencia por rediseñar el proceso escogido, a
veces es tan grande, por la presión del momento, por
la responsabilidad de ser un reingeniero, que el
equipo se apresura en buscar mejoras lo más rápido
posible. Eso, es un error, porque si para escoger el
proceso adecuado se sigue una secuencia escalonada,
para innovar o rediseñar se tiene que tener una serie
de factores importantes, para evitar que la mejora
resultante no sea inviable o de muy corta vida.
2.2.4 La nueva estructura de información.
La tecnología. Pero ¿Cómo la tecnología de
información puede dar un buen soporte al nuevo
proceso de negocios?
¿Cuánto se puede ganar en ahorro de costos si se
implementa?
Las formas en que la tecnología de información
puede apoyar y/o dar soporte a un proceso de
negocio, son las siguientes:
Aumento de rapidez: el sistema de información que
se diseñe como sistema experto, puede también
reducir el lapso de tiempo en la ruta crítica de un
proceso.
Archivar y retraer: el sistema de información
puede archivar o almacenar gran cantidad de
información que puede ser retraída muy rápidamente
cuando se requiera
La tecnología de información puede realizar
funciones en este campo mejor que cualquier otra
fuerza de trabajo esperada:
- Comunicación: la tecnología de información
puede trasladar datos de un proceso en forma
virtualmente instantánea y en una variedad de formas.
- Control de tareas de proceso y mejoramiento de
calidad: la tecnología puede controlar directamente
An cient. 69(4) 2008. pp. 154-161
tareas en un proceso de negocio si cuenta con un
sistema experto. En general, esto incrementa la
calidad v del servicio ya que el error humano es
limitado y el equipo automatizado nos puede proveer
de una medición más fina y proporcionar un mejor
control de manufactura que una persona.
- Monitoreo: el sistema de información permite
comparar lo que esta siendo hecho, con una serie de
estándares, ya sea cuando el proceso está siendo
realizado o cuando hayan tenido problemas
inmediatos que son reportados y pueden ser
corregidas sobre la marcha, la función de monitoreo
puede probarlas otra vez.
- Soporte para toma de decisiones: el dato
requerido para hacer decisiones de negocios puede
ser ubicado rápidamente en una “data base” (base de
datos) y usado en la decisión precisa para el proceso.
4. Materiales y métodos
El proceso sometido a reingeniería fue el proceso
de inscripción de postulantes al concurso de
admisión, en la modalidad de concurso ordinario, la
cual representa 92,11% del total de postulantes. Por
lo tanto, el número de procesos analizados fue solo
uno.
La hipótesis de trabajo fue: es posible mejorar el
desempeño del proceso de inscripción de postulantes
a la UNALM aplicando la reingeniería de procesos.
La metodología utilizada para la reingeniería de un
solo procesos fue:
Primero: Descripción del proceso
Segundo: Análisis del proceso e innovación.
Tercero: Rediseño del proceso aplicando
tecnología de información y comunicación.
Cuarto: Implementación y verificación.
El proceso de reingeniería fue desarrollado durante
el año 2007.
Para hacer posible la reingeniería del proceso de
admisión se desarrollo un software que facilite la
preinscripción de postulantes vía internet,
desarrollado por el equipo de desarrollo y operación
de software de la Oficina Académica de Estudios
(OAE).
El proceso de reingeniería fue realizado por el
personal de la Departamento de Admisión y de la
OAE.
5. Resultados y discusión
En la primera parte se describe el proceso antiguo y
sus problemas, luego se describe el nuevo proceso.
Basado en ambas etapas se realiza la comparación del
proceso antiguo y nuevo y se extraen los beneficios
para los diversos involucrados. Finalmente, se prueba
la hipótesis y se discuten los principales resultados
obtenidos.
5.1 Flujo de proceso antiguo de inscripción de
postulantes y sus principales problemas
En la Figura 1, se presenta en un esquema
resumido el proceso antiguo de inscripción, tal y
como se publica en el prospecto de admisión.
156
Elías F. Huertas C.
Figura 1. Proceso antiguo de inscripción de postulantes.
Uno de los problemas principales que este proceso
antiguo presentaba es que, en promedio demora 52
minutos y que el proceso de revisión de documentos
era considerado demasiado exigente, según lo
manifestado por postulantes.
5.2 Flujo de proceso nuevo de inscripción de
postulantes
En la Figura 2, se puede observar el nuevo proceso
de inscripción de postulantes con las simplificaciones
logradas a raíz del proceso de reingeniería. Donde
las modificaciones más importantes fueron:
- Sustituir todo el proceso de revisión de
documentos de los postulantes por una declaración
jurada, donde el postulante declara contar con dichos
157
documentos (partida, DNI y certificados de estudios)
y se compromete a entregarlos debidamente en caso
de ingresar a la UNALM.
- Se pone a disposición de los postulantes una ficha
de inscripción vía internet para ser completada. Para
acceder a la ficha, el postulante utilizará el código de
acceso que viene en el prospecto de admisión que lo
puede comprar en teleticket de los autoservicios
Wong y Metro.
- El alumno solo tendrá que venir a la UNALM una
vez, trayendo su voucher de pago de derecho de
admisión, realizado en cualquier agencia del Banco
de Crédito, se tomara la foto, huella digital y se le
entregara su carnet de postulantes.
Reingeniería de procesos en la Oficina de Admisión de la Universidad Nacional Agraria La Molina
Figura 2. Proceso nuevo de inscripción de postulantes.
5.3 Análisis comparativo del proceso
inscripción de postulantes antiguo y nuevo
En la Tabla 1 se presenta un análisis comparativo
del proceso antiguo de inscripción de postulantes y
del nuevo proceso. La comparación se ha realizado
siguiendo el flujo normal de actividades que
comprende la convocatoria, inscripción de
postulantes, examen de admisión y culminación del
proceso de admisión.
5.4 Beneficios generados para los diferentes
involucrados
El cliente directo de este proceso de inscripción es
el postulante y sus familiares. Pero también existen
otros clientes indirectos que se beneficiaran de la
reingeniería del proceso. En la Tabla 2 se presenta
un resumen de los principales beneficios por cada
uno de ellos.
5.5 El software del proceso de inscripción de
postulantes
Descripción general. El Sistema de Inscripción de
Postulante (SIP) es parte de un trabajo en conjunto
que busca la mejora continua de procesos, en este
An cient. 69(4) 2008. pp. 154-161
caso la automatización de los procesos de admisión y
fundamentalmente contribuir a la agilización de
información e integridad de la data de postulantes.
El sistema informático ha sido desarrollado basado
en estándares de programación web internacionales
(J2EE), bajo metodologías de desarrollo de RUP y
lenguaje de programación Java y base de datos
Oracle.
Objetivos:
Automatizar y optimizar el proceso de admisión
general de la UNALM.
Obtener data íntegra, fiel y digitalizada de los
postulantes para su mejor manipulación explotación y
análisis de la misma.
Proporcionar facilidades a los clientes (postulantes)
para realizar el proceso.
Alcances. El sistema de inscripción (SIP) está
diseñado para atender las siguientes necesidades:
Registro y manipulación de la información de la
información de postulantes en el proceso de
admisión.
158
Elías F. Huertas C.
Tabla 1. Análisis comparativo del proceso de inscripción de postulantes antiguo y nuevo.
PRINCIPALES
ETAPAS DEL
PROCESO
COMPRA DE
PROSPECTO
LLENADO
REPORTE DE
DATOS
PERSONALES
PAGO DEL
DERECHO DE
ADMISION.
PRESENTACION DE
DOCUMENTOS
REVISION DE
DOCUMENTOS DE
POSTULANTES y
CODIFICACION DE
COLEGIO: Partida de
nacimiento,
Certificado de
estudios, DNI, ficha
óptica, declaración
jurada y otros.
PROCESAMIENTO
COMPUTARIZADO
DE LA FICHA
OPTICA
TOMA DE FOTOS
TOMA DE HUELLA
DIGITAL
ELABORACION Y
ENTREGA DE
CARNET DE
POSTULANTE
PROCESO ANTIGUO
PROCESO NUEVO
CAMBIO REALIZADO
CONVOCATORIA E INICIO DEL PROCESO DE ADMISION
Compra de la carpeta de
Compra del prospecto de admisión Los alumnos y sus padres ya no tienen que
postulante, la cual incluye el
en las tiendas de teleticket de
venir a la UNALM comprar el prospecto
prospecto de admisión a la
Wong y Metro.
UNALM
Los datos personales se
Los datos personales son
Ya no se tiene que usar fichas ópticas ni
llenan en una ficha óptica.
llenados en línea en formatos
tampoco la lectora óptica. Los alumnos digitan
Estos son leídos mediante
colgados en internet. Estos datos
directamente sus datos en los formatos
una lectora óptica y
se almacenan en nuestra base de
disponibles en Internet.
transferida a la base de datos
datos que puede ser compartido
Integración en una sola base de datos.
en Fox pro. Además existen
con otros departamentos.
algunos datos que no están
en las fichas, por espacio.
Ir al Banco de Crédito a
Al momento de preinscribirse por
Antes de venir a UNALM, en la oficina del
pagar los montos por derecho Internet, uno de los imprimibles
Banco de Crédito más cercano a su domicilio,
de inscripción establecidos
establece los montos por
pueden pagar los derechos de inscripción.
en el prospecto.
inscripción a pagar.
Para Inscribirse el postulante
El postulante solo se presenta una Ya no se tiene que presentar documentos
debe presentar: El original de Declaración Jurada. Esta acredita
originales ni copia.
Partida de nacimiento,
que reúne los requisitos y se
Esta se ha reemplazado por una Declaración
Certificado de estudios, y
compromete a presentar los
Jurada.
otros que se ponen en un
documentos luego de haber
Los documentos originales solo presentan los
sobre.
aprobado el examen de admisión
postulantes que ingresaron.
En el caso de los postulantes
y ser declarado ingresante.
que no ingresan, lo recogen
después del examen.
Se realizaba en tres etapas:
No se realiza esta actividad.
Se ha eliminado la presentación de documentos
1. Revizar si los documentos
No se revisa documentos ya que
de postulantes la cual ha sido sustituido por
están completos y verificar el solo presentan una declaración
una Hoja de Declaración Jurada en la que se
llenado de ficha óptica y
jurada en que se compromete a
compromete a entregarlos en caso de ingresar.
declaración jurada.
entregar la documentación si es
La revisión de documentos es algo opcional
2. Revisión Minuciosa de
que logra ingresar.
que pueden hacerlo si desea, así puede saber si
documentos y codificación
La codificación de colegio ya no
tiene algún defecto y tener más tiempo para
de colegio de procedencia.
se realiza porque al momento de
corregir los defectos que pueda presentar.
3. Revisión y aprobación
preinscribirse vía Internet el
Además, en Internet se ha publicado una
final por el responsable del
alumno escoge su colegio y el
relación de los errores más comunes en la
área.
sistema codifica
presentación de cada tipo de documento.
automáticamente.
Dada la conformidad a sus
Cuando el alumno viene a
El proceso de leer las fichas mediante lectora
documentos de postulante. El inscribirse se abre, vía internet, su óptica se ha eliminado y también el uso de la
postulante lleva su ficha para
ficha de preinscripción y se pide
lectora óptica. Los datos son llenados por el
ser leído por la lectora
que el alumno verifique que los
postulante vía Internet y son almacenados en la
óptica.
datos consignados son correctos
base de datos.
Se toma la foto
Se toma la foto
Estas etapa se mantienen igual, con la ventaja
que se han incorporado a una base de datos
Se toma la huella digital
Se toma la huella digital
que puede ser compartido con otros
departamentos de la UNALM
Se elabora, imprime y
Se elabora, imprime y entrega del
Estos etapa se mantienen igual
entrega del carnet de
carnet de postulante.
postulante
TOMA DEL EXAMEN DE ADMISION
ENTREGA DE
No existía este proceso
DOCUMENTO
DEFINITIVOS:
Partida de nacimiento,
Certificado de
estudios, DNI y otros.
RECOJO DE
Los postulantes que no
DOCUMENTOS
ingresan vienen a recoger sus
ORIGINALES DE
documentos originales o
LOS QUE NO HAN
copias
INGRESADO
FIN DEL PROCESO DE ADMISION
159
Este proceso recepción y
verificación de documentos se
realiza solo para los alumnos
ingresantes.
Los postulantes que no ingresan
ya no tienen que venir a la
UNALM a recoger sus
documentos
Este proceso, anteriormente se realizaba para
todos los postulantes; sin embargo en el nuevo
proceso solo se realiza para los alumnos
ingresantes. En la admisión 2007-I los
postulantes del concurso ordinario fueron 2405
y los ingresantes 297, es decir 12%.
Anteriormente todos los postulantes que no
ingresaban venían a recoger sus documentos
(88% de los postulantes no ingresa).
Reingeniería de procesos en la Oficina de Admisión de la Universidad Nacional Agraria La Molina
Tabla 2. Beneficios del cambio del proceso de inscripción de postulantes para los principales involucrados.
INVOLUCRADOS
PROCESO ANTERIOR
PROCESO NUEVO
POSTULANTES
Realizaba por lo menos 3 visitas a la
UNALM:
1. Para comprar el prospecto.
2. Entregar documentos originales, tomarse
fotos y huella.
3. Recoger documentos, en caso de no
haber ingreso.
El proceso puede ser realizado en 1 visita:
1. El prospecto lo puede comprar en
teleticket, ubicado en Wong y Metro, más
cercano a su vivienda.
2. Presenta solo una declaración jurada, ya no
es necesario traer documentos originales.
3. Los que no han ingresado, ya no recogen
sus originales.
OFICINA DE
ADMISION
Se tenía que recibir y revisar (aprox. 2,
500) los documentos de todos los
postulantes.
Leer mediante la lectora óptica, las fichas
de datos de postulantes. Algunos datos no
registrados en ficha se tenían que digitar.
Al final del proceso de admisión se tenía
que devolver los documentos de los no
ingresantes (El 83% de los postulantes)
Solo se recibe y revisa la documentación de
los ingresantes (no más de 450).
Ya no se requiere fichas ópticas, Los datos se
registraran en la página Web. Todos los datos
se llenan en la formatos en la página WEB
Al final del proceso ya no es necesario
devolver los documentos originales a los no
ingresantes porque ya no lo presentaron.
CAMPUS DE LA
UNALM
Para un proceso de admisión se recibían
aproximadamente 3,600 personas que
ingresaban por lo menos 3 veces durante
proceso de admisión.
El número de visitas necesarias es uno.
Se están ahorrando dos de un total anterior de
3 visitas.
Validación de información de los postulantes.
Mejorar la seguridad de la información y del
proceso a través de un sistema de autentificación y
políticas de seguridad adecuadas.
Agilizar los trámites burocráticos y de
transacciones financieras involucrados en el proceso
de Admisión.
Proveer de una interfaz amigable para los clientes
(postulantes) de manera que les facilite los trámites
del proceso.
Proveer información real del proceso para su
posterior análisis.
5.6 Beneficios y costos
En la Tabla 3, se presentan los costos y beneficios
involucrados, donde considerando solo tres años se
genera un ahorro de casi un tercio de los costos
considerados. En este análisis no se ha considerado
los beneficios monetarios para los postulantes,
tampoco se ha considerado algunos beneficios
menores como la ahorro de sobres y espacio para
guardar los documentos de los postulantes,
finalmente, tampoco se ha considera la venta del
software a otras instituciones, a pesar que a la fecha
ya se tiene pedidos de algunas universidades. Si se
consideraran estos beneficios los beneficios serian
significativamente mayores.
Dentro de los costos no se ha considerado algunos
como el uso de un servidor por que se trabaja con el
servidor que cuenta la Oficina Académica de
Estudios para realizar el proceso de matrícula,
asimismo, el software de base de datos Oracle es el
mismo que se utiliza para la matrícula. El software de
aplicaciones esta hecho en Java y es libre; es decir,
no tiene costo.
An cient. 69(4) 2008. pp. 154-161
Tabla 3. Costos y beneficios monetarios del
cambio del proceso de inscripción de postulantes.
COSTOS
Elaboración
de Software
VALOR
BENEFICIOS
VALOR
43,000
Compra de
Fólder
24,192.00
Compra de
fichas ópticas
6,640.20
Personal.
Lectora óptica
14,400.00
12,595.46
AHORRO
TOTAL
TOTAL
43,000
57,827.66 14,828
COSTO
BENEFICIO
Nota: Los valores se han calculado en nuevos soles y el periodo de
análisis es 3 años.
5.7 Prueba de la hipótesis y discusión
La hipótesis establecía que se puede utilizar la
reingeniería para mejorar significativamente el
desempeño del proceso de inscripción de postulantes.
Los resultados mencionados anteriormente, reportan
beneficios significativos tales como:
- Para los postulantes: reducción del número de
visitas a la UNALM de 3 a 1, disminución del tiempo
de atención en la UNALM de 52 a 20 minutos y
otros.
- Para la UNALM: ahorros en egresos de casi en un
tercio de los gastos, disminución de la circulación
postulantes y sus padres en la UNALM de 3 a 1
contar con un software de inscripción de postulantes
que podría ser comercializado y así generar ingresos
adicionales.
- Para otros departamentos de la UNALM: acceder
a una base de datos tanto de datos personales como
foto y huella digital de alumnos que pueda ser
compartido
por
todos
los
departamentos
principalmente Oficina De Bienestar Estudiantil y
Biblioteca Agrícola Nacional, donde anteriormente se
digitaba los datos de ingresantes y se tomaba fotos.
160
Elías F. Huertas C.
Los resultados mencionados evidencian los
beneficios significativos de haber reingenierado el
proceso de inscripción de postulantes, por lo tanto, se
acepta la hipótesis planteada.
Si consideramos que según Hammer & Champy,
citados anteriormente, el primero de ellos creador de
la reingeniería, los cuatro aspectos que evidencias
una reingeniería son: se trabaja en función de
procesos (muchas organizaciones no están orientadas
a los procesos, están enfocadas en tareas, en oficios,
en estructuras, pero no en procesos), se realizan
modificaciones fundamentales (¿Por qué hacemos lo
que estamos haciendo? ¿Y por qué lo hacemos en esa
forma?) y radicales (llegar hasta la raíz de las cosas:
no efectuar cambios superficiales ni tratar de arreglar
lo que ya está instalado) y se utiliza como catalizador
fundamental la utilización de
tecnologías de
información y comunicación.
El error fundamental que muchas organizaciones
cometen al pensar en tecnología es verla a través del
lente de sus procesos existentes. Se preguntan ¿Cómo
podemos usar están nuevas capacidades tecnológicas
para realizar o dinamizar o mejor lo que ya estamos
haciendo? A este proceso se le denomina
automatización; pero, la reingeniería, a diferencia de
la automatización, es innovación. Es por ello que
antes de automatizar se tuvo especial cuidado en
primero simplificar los procesos (la cantidad y
secuencia de de actividades y documentos) y luego se
procedió a automatizar mediante el software descrito
anteriormente.
Con respecto a los aspectos humanos del cambio,
el cambio de actitud de las personas frente a los
nuevos procesos pasa por tres etapas básicas:
primero, cambiar la filosofía de atención al cliente de
un tipo autoritario (buscar el mínimo error para
rechazarte el documento, para hacerte esperar o
hacerte volver) a una filosofía de servicio al cliente,
donde se otorga todas las facilidades pero sin dejar de
exigir los requisitos mínimos. El segundo:
implementar un conjunto de acciones que reflejen un
mejor servicio al cliente. El Tercero: el cambio en el
comportamiento de los empleados. El más difícil
cambio de lograr es la primera etapa y es peor
cuando se ha cambiado la segunda sin haber
cambiado en lo primero. Para nuestro caso se han
avanzado en las tres etapas pero sentimos que aún
nos falta.
Para dar una muestra de cuanto nos aferramos a
nuestras costumbres daremos un ejemplo relacionado
con el proceso de inscripción: antes de implantar la
no entrega de documentos de postulantes (certificado
de estudios, partida de nacimiento y otros), en uno de
los ensayo del nuevo proceso pedimos a los
postulantes que nos dejaran solo fotocopia de los
documentos
de
postulante
ya
señalados
anteriormente, los cuales fueron puestos en un sobre
para su almacenamiento. Aferrados a su costumbre,
algunos postulantes, luego del examen de admisión y
161
no haber ingresado, vinieron a “recoger sus
documentos originales”. Cuando se les respondió que
no habían dejado originales sino solamente
fotocopias simples no creían, nos pedían que les
mostráramos los sobres con sus documentos. Al sacar
los documentos definitivamente se convencieron que
eran copias simples.
Si el propósito fuera aplicar intensivamente la
reingeniería en beneficio de la organización, esta
debe ser parte de un proceso de cambio de toda la
organización. Una alternativa a seguir es la propuesta
por Duck “Una herramienta que pueden utilizar las
empresas es el equipo de transición (Transition
Management Team: TMT), un grupo de lideres que
depende directamente del ejecutivo de mayor
jerarquía y que dedicara todo su tiempo y energía a
gestionar el cambio. Cuando el proceso se ha
estabilizado, el TMT se disuelve. Hasta ese momento,
se encarga de supervisar el proyecto de cambio
empresarial y asegura que los lideres y los seguidores
cooperen en la creación del futuro”. Además, de esta
existen muchas otras formas de abordar el cambio en
las organizaciones, los cuales serán motivo para la
preparación de otra investigación.
6. Conclusiones
Es factible la implementación de la reingeniería
para lograr mejoras significativas en el proceso de
inscripción de postulantes a la UNALM.
Para los postulantes los principales beneficios
logrados son la reducción del número de visitas a la
UNALM de 3 a 1 y disminución del tiempo de
atención en la UNALM de 52 a 20 minutos.
Para la UNALM los beneficios son ahorros en
términos de disminución de egresos, disminución de
la circulación postulantes y sus padres en una
proporción de 3 a 1 y contar con un software de
inscripción de postulantes que podría ser
comercializado y así generar ingresos adicionales.
Para otros departamentos de la UNALM los
beneficios son acceder a una base de datos tanto de
datos personales como foto y huella digital de
alumnos que pueda ser compartido por todos los
departamentos pero principalmente Oficina de
Bienestar Estudiantil y Biblioteca Agrícola Nacional.
7. Referencias bibliográficas
DUCK, Jeanie. Managing change: the art of
balancing. Harvard University, 1993.
BARBACHÁN Palacios, Luis. Reingeniería Mito
O Realidad En La Empresa Peruana. Fundación
Konrad Adenauer. 1995.
HAMMER, M & CHAMPY, J. Reingeniería.
Editorial Norma, 1994.
MANGANELLI,R & KLEIN, M. Como Hacer
Reingeniería. Editorial Norma, 1995.
IPAE. Reingeniería de los negocios: nuevas
oportunidades. IPAE 1994.