i+i investigación aplicada e innovación. volumen 1 - nº 2 / segundo semestre 2007
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En este número la revista I+i ofrece a sus lectores los siguientes artículos: Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos.- Producción de biogas en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación.- Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual.- El supervisor como management para generar sinergia.- ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?.- Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero Sae 1045 mediante ensayo de impacto.- Medición de flujo en líquidos con válvulas de control.- Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación.- Autositonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos.- Monitoreo de estaciones mecatrónicas: Laboratorio - TecsupTRANSCRIPT
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Investigaciónaplicada einnovación
Volumen 1-Nº 2Segundo semestre 2007 Lima-Perú
Editorial ........................................................................................................................................................
Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos ................ Adolfo Marchese García
Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación .............................................................................................................. Giancarlo Obando Díaz
Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual ...... Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera
El supervisor como management para generar sinergia .................... Christian León Porras
¿Calidad a través de acreditaciones internacionales ó acreditaciones internacionales a través de la calidad? ..................................................................................... Pablo Moreno Romaní
Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero Sae 1045 mediante ensayo de impacto ....................................................... Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido
Medición de flujo en líquidos con válvulas de control .......................... Henry Gómez Urquizo
Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación ........................................ Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna
Autositonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos ..................................................................................................................................... Manuel Manyari Rivera
Monitoreo de estaciones mecatrónicas: Laboratorio – TECSUP .................................................................................................................................. Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo
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ISSN 1996-7551
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Director:Alberto Bejarano
Comité Editorial:Adolfo Marchese GarcíaDaniel Mendiburu ZeballosDante Muñoz DíazElmer Ramirez QuirozHernán Zapata Gamarra
Colaboradores:Adolfo Marchese GarcíaChristian León PorrasDenis Chávarry HernándezErnesto Godines De la CruzElmer Mendoza TrujilloGiancarlo Obando DíazHenry Gómez UrquizoJessica Vlásica MalpartidaJorge Rodríguez LlapaMercè Gisbert CerveraManuel Manyari RiveraManuel Vizcarra BellidoPablo Moreno RomaníRaúl Medrano Tantaruna
Corrector de estilo:Jorge Alvarado Cevallos
Diseño, diagramación:OnTime Publicidad & Marketing
Impresión:Stampa Gráfica S.A.C.
Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú:2007-04706
TECSUPArequipa: Urb. Monterrey Lote D-8 José Luis Bustamante y Rivero. Arequipa, Perú
Lima: Av. Cascanueces 2221 Santa Anita. Lima 43, Perú
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NotaLas ideas y opiniones contenidas en los artículos son de responsabilidad
de sus autores y no refleja necesariamente el pensamiento de nuestra
institución.
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EDITORIAL
Complacidos por los favorables comentarios recibidos sobre nuestra primera edición, nos es muy grato publicar el segundo número de la revista Investigación Aplicada e Innovación, cuyo esfuerzo se ha renovado y acrecentado gracias a las sugerencias recibidas y que se enmarcan en los procesos de mejora continua que practicamos. Nos sentimos muy reconocidos por las notas y entrevistas en la prensa escrita, televisión y páginas web, donde han comentado el lanzamiento de nuestra revista y en especial, el contenido de sus artículos.
Esta revista, como todas las actividades que se realizan en Tecsup, es guiada por los valores que compartimos en la institución: ética, cooperación, calidad, innovación y pasión. Es la colaboración de los docentes y estudiantes en la investigación de diferentes áreas tecnológicas, y también en la preparación y la revisión de los artículos, lo que hace posible su publicación.
Con ella esperamos contribuir a mejorar la calidad de los productos y servicios que ofrecen las empresas peruanas en el mercado interno y en todo el mundo. En la actualidad se está dando un intercambio de gran cantidad de productos a mayor número de destinos, lo cual crecerá en un futuro próximo como parte de la globalización, lo cual es cada vez más importante en la cultura de los empresarios y ciudadanos de nuestro país. Por ello es indispensable incrementar la investigación aplicada y la innovación para ser más competitivos en este escenario universal.
Alberto BejaranoDirector Académico
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Caracterización geometalúrgica de minerales auríferosCharacterization geometallurgical of auriferous minerals
Adolfo Marchese García
RESUMEN
En la metalurgia extractiva de minerales auríferos, es
posible encontrar el oro incluido y/o asociado a diferen-
tes minerales. Esto nos lleva necesariamente a estudios
de caracterización del mineral a el fin de determinar la
ocurrencia del oro y su comportamiento frente a los pro-
cesos extractivos, para seleccionar los procesos ambien-
talmente aplicables en el beneficio, extracción y recupe-
ración del metal valioso.
En este trabajo técnico se realizó la caracterización
geometalúrgica del mineral con el objeto de identificar
los procesos aplicables técnica, económica y ambien-
talmente en el beneficio y extracción de oro a partir
de mineral de mina. Se realizó la caracterización mi-
neralógica, fisicoquímica y metalúrgica de un mineral
aurífero de la zona norte del país, para determinar los
parámetros que más influyen en los procesos de extrac-
ción y seleccionar así las tecnologías más adecuadas de
implementación.
Cada composito fue caracterizado mineralógica, fisico-
química y metalúrgicamente, determinando las carac-
terísticas más influyentes en los procesos extractivos.
Los resultados obtenidos indican que el oro presente en
el mineral se presenta en un tamaño muy fino (menor
75 micrones), y que la gran mayoría está como libre o
expuesto. Por tal motivo se requiere que el mineral sea
molido finamente para su posterior tratamiento de cia-
nuración convencional por agitación.
ABSTRACT
On the extractive metallurgy of auriferous ores, it’s pos-
sible to find gold included and/or associated to differ-
ent minerals. This aspect obliges to take characterization
studies in order to know how the gold is on the ore and
its behaviour on extractive processes. In this way will be
possible to select a treatment process considering envi-
ronmental criteria.
Mineral characterization was done in order to propose
economic and ecologic processes for treating a gold ore.
Thus, were done mineralogical, physicochemical, and
metallurgical studies on an auriferous ore from north
zone of the country with the objective of determining
the most important parameters on the extraction pro-
cesses and select viable technologies of treatment.
Each composite was characterized mineralogically,
physicochemically and metallurgically determining the
main influential aspects on extractive processes. Results
obtained show that gold is present in a fine size (less
than 75 µm) and the majority is free. For that reason, the
ore must be grinded very fine in order to be treated by a
treatment of direct cyanidation by agitation.
PALABRAS CLAVES
Caracterización mineralógica, caracterización fisicoquí-
mica, caracterización metalúrgica, cianuración, extrac-
ción, recuperación.
KEY WORDS
Mineralogical characterization, physicochemical characte-
rization metallurgical, cyanidation, extraction, recovery.
INTRODUCCIÓN
Como parte del desarrollo del proyecto investigativo
se realizó la caracterización mineralógica, química, fisi-
coquímica y metalúrgica para dos diferentes muestras
de mineral provenientes de un yacimiento con reser-
vas de mineral aurífero.
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Al inicio, un experto mineralogista caracterizó microscópica-
mente cada una de las muestras, clasificándolas en dos tipos
de mena: minerales oxidados y minerales sulfurados. A partir
de allí, se unieron las muestras de un mismo tipo tecnológi-
co de mena y se conformaron dos compositos: composito 1
(mineral oxidado) y composito 2 (mineral sulfurado).
Cada composito fue sometido a caracterización mineralógi-
ca, química, fisicoquímica y metalúrgica, determinando las
características más influyentes en los procesos extractivos.
METODO EXPERIMENTAL
a. Caracterización Mineralógica: Los dos tipos de mena
fueron analizados por difracción de rayos X y micros-
cópica por la técnica de análisis de material particu-
lado en secciones delgadas pulidas. Como resultado
de esta caracterización se determinó la composición
mineralógica, la ocurrencia y distribución del oro en
los finos, livianos y pesados.
b. Caracterización Química: Se determinaron las leyes de oro
y plata de cada una de las muestras, a través de las técnicas
de ensayo al fuego convencional y ensayo al fuego com-
binado con el método de absorción – atómica. Además se
determinaron las concentraciones de algunos elementos
que pudieran interferir en los procesos de extracción.
c. Caracterización Fisicoquímica: Debido a que los
procesos metalúrgicos extractivos requieren del ma-
nejo de pulpas es necesario determinar algunas carac-
terísticas fisicoquímicas del mineral, tales como: den-
sidad, nivel de acidez, tipo de sales solubles, velocidad
de sedimentación, viscosidad de pulpa y porcentaje
de retención de líquidos.
d. Caracterización Metalúrgica: Con el fin de determinar
la respuesta del mineral frente a los procesos de bene-
ficio y extracción, y de esta manera predecir su com-
portamiento metalúrgico, se realizaron una serie de
ensayos para determinar: Índice de Bond, distribución
del oro por fracciones granulométricas, grado de lixivia-
bilidad y la distribución del oro en diferentes matrices.
RESULTADOS Y DISCUSION
Caracterización Mineralógica: Las tablas 1 y 2 contienen
los resultados del análisis microscópico de cada composito,
donde se muestran las composiciones mineralógicas pre-
sentes en la mena, la ganga y las alteraciones por óxidos.
La presencia de minerales consumidores de cianuro y
de oxígeno, tales como los óxidos de hierro y sulfuros de
hierro, respectivamente, indican que durante el proceso
de lixiviación, el composito oxidado será controlado por
la concentración de cianuro y para el composito sulfura-
do el control lo ejercerá el oxígeno disuelto.
Por otra parte, los dos compositos contienen cantidades
significativas de arcilla, situación que dificulta el proceso
de lixiviación, puesto que las arcillas aumentan la viscosi-
dad de la pulpa y dificultan la difusión del oxígeno en la
solución. Este problema es más crítico para el composito
sulfurado por presentar, además, minerales consumido-
res de oxígeno. Otros minerales que se presentan en pe-
queñas cantidades como la galena, calcopirita y esfalerita
actúan relativamente como consumidores de cianuro.
Mediante la caracterización mineralógica se determinó
también la ocurrencia del oro y el tamaño promedio de
las partículas de oro.
Según las microfotografías tomadas por el mineralogista,
la mayor ocurrencia de oro es en forma libre o asociado a
óxidos. No se encontró oro incluido en sulfuros, lo que des-
carta la necesidad de aplicar un pretratamiento al proceso
de cianuración para la exposición y/o liberación del oro.
Tabla 1 - Composición mineralógica del composito oxidado.
Tabla 2 - Composición mineralógica del composito sulfurado.
Trazas = <0.5%
%
trazas
40
trazas
trazas
trazas
Mena
Oro electrum
Pirita
Galena
Esfalerita
Arsenopirita
%
40
10
1
trazas
trazas
trazas
Ganga
Cuarzo
Moscovita
Zircón
Pirrotita
Clorita
Turmalina
%
8
1
trazas
trazas
Óxidos
Hematita-Goethita
Rutilo
Magnetita
Ilmenita
%
trazas
3
trazas
trazas
Mena
Oro electrum
Pirita
Calcopirita
Galena
%
40
15
trazas
trazas
Ganga
Cuarzo
Moscovita
Zircón
Pirrotita
%
40
trazas
trazas
Óxidos
Hematita-Goethita
Magnetita
Rutilo
Trazas = <0.5%
Figura 1 - Ocurrencia del oro en cada compost.
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
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Es importante resaltar que el tamaño de las partículas de
oro es muy pequeño, inferior a 100 micrones, lo que indica
que será necesario reducir el mineral hasta granulometría
fina para lograr exponer o liberar el oro. Además, a este
tamaño, la cinética de extracción de oro es rápida, ya que
el área de contacto con la solución lixiviante es grande.
En la tabla 3 se presentan los porcentajes en peso de fi-
nos, livianos y pesados que conforman cada uno de los
compositos.
En la tabla 4 se presentan los resultados de los porcenta-
jes de oro distribuido en finos, livianos y pesados.
Alrededor del 50% del mineral de cada composito se en-
cuentra en los finos, además la cantidad de oro presente
en ellos es alta, alrededor del 30%, lo cual corrobora la
ocurrencia del oro libre a tamaños muy finos.
El oro presente en los livianos está asociado o incluido
a la sílice, por esta razón puede ser recuperable por los
métodos convencionales de cianuración, ya que depen-
de del grado de liberación o exposición del oro durante
las operaciones de conminución.
La mayor cantidad de oro se encuentra en el mineral pe-
sado, es decir en los sulfuros y óxidos.
Según estos resultados, el uso de procesos de concentra-
ción gravimétrica o lavado (para eliminar arcillas), previos
al proceso de cianuración, no son aplicables a este mine-
ral, ya que acarrearía a pérdidas considerables de oro al
descartar los finos. Sin embargo, es posible pensar en el
tratamiento de finos y pesados por separado, dependien-
do de los resultados metalúrgicos, ya que como se puede
observar, el porcentaje de mineral pesado es bajo (15%) y
contiene más del 65% del oro.
Caracterización Química: Se determinaron las leyes de
oro y de plata de cada composito, cuyos resultados se pre-
sentan en la tabla 5. En la tabla 6 se presentan las leyes
determinadas para algunos elementos importantes.
La relación Au:Ag del composito oxidado y del sulfurado es 2
y 0.6, respectivamente, y según ella es posible aplicar proce-
sos de recuperación con carbón activado. Para minerales con
elevadas cantidades de plata y bajas de oro, no se recomienda
usar carbón activado, ya que la plata compite con el oro du-
rante el proceso de adsorción, haciendo que se manejen altos
inventarios de carbón activado para recuperar pequeñas can-
tidades de oro, lo cual no es rentable a nivel industrial.
El telurio es un elemento que se encuentra frecuente-
mente en menas auroargentíferas puede estar compues-
to de oro-telurio, lo cual no responde a los procesos de
lixiviación, e impide la extracción del oro, dándole refrac-
tariedad química al mineral.
Tabla 3 - Porcentajes en peso de finos, livianos y pesados para cada composito.
Composito
Oxidado
Sulfurado
Finos (%)
46.49
64.01
48.16
42.50
Livianos (%)
41.56
17.82
36.63
46.55
Pesados (%)
11.95
18.22
15.21
11.02
Tabla 4 - Distribución del oro en los finos, livianos y pesados para cada composito.
Tabla 5 - Leyes de oro y de plata de cada composito.
Composito
Oxidado
Sulfurado
Ley de oro (g/t)
12.04
17.68
Ley de plata (g/t)
6.08
29.64
Tabla 6 - Leyes de algunos elementos presentes en cada composito.
Composito
Oxidado
Sulfurado
Finos (%)
46.49
64.01
48.16
42.50
Livianos (%)
41.56
17.82
36.63
46.55
Pesados (%)
11.95
18.22
15.21
11.02
Porcentaje de oro (%)
Composito
Oxidado
Sulfurado
Te
(g/t)
27.0
34.6
As
(g/t)
371
315
Sb
(g/t)
5,2
6,2
Zn
(g/t)
340
1570
Cu
(g/t)
347
410
Pb
(g/t)
180
811
Fe
%
12,6
13,4
S
%
0,034
3,247
Densidad (g/cm3)
Densidad aparente
Densidad real por
picnómetro
60 tyler
1.113
2.86
100 tyler
1.053
2.85
200 tyler (75 um)
0,833
2.82
Composito oxidado
Composito sulfurado
Densidad (g/cm3)
Densidad aparente
Densidad real por
picnómetro
60 tyler
1,112
2,86
100 tyler
1,093
2,83
200 tyler (75 um)
0,909
2,83
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
Tabla 7 - Densidades reales y aparentes de cada composito.
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
El arsénico y el antimonio pueden estar presentes como
arsenopirita (FeAsS) y estibina (Sb2S3). Estos minerales
son perjudiciales durante el proceso de cianuración, por-
que la arsenopirita consume oxígeno formando un pro-
ducto que se adhiere a la partícula del oro inhibiendo la
reacción con el cianuro y la estibina es un fuerte consu-
midor de cianuro y oxígeno.
Las cantidades de zinc, cobre, plomo, hierro y azufre co-
rroboraron la presencia de esfalerita (ZnS), calcopirita
(CuFeS2), galena (PbS), pirita (FeS
2) y hematita (Fe
2O
3). El
composito sulfurado contiene altos porcentajes de azu-
fre, zinc y plomo con respecto al oxidado, debido a la pre-
sencia de estos sulfuros metálicos.
Caracterización Fisicoquímica: Durante la caracteriza-
ción fisicoquímica se determinaron algunos parámetros
que brindan información para la selección del proceso
y posterior diseño de los equipos que serán parte de la
planta de procesamiento.
a. Determinación de densidad: Los resultados de las
densidades a diferentes granulometrías para cada
composito se presentan en la tabla 7.
Las diferencias notables de densidades reales por des-
plazamiento con respecto a la malla 200 fueron debido a
la presencia de arcillas que, al estar a una granulometría
fina y en contacto con agua, se hinchan al atrapar parte
del líquido en su estructura cristalina. Esta diferencia fue
más notoria en el composito oxidado debido a la mayor
cantidad de arcillas que este contenía.
b. Determinación de sales solubles: La presencia de sa-
les solubles en los compositos fue negativa, no se en-
contraron sales ferrosas, sales férricas, sales de cobre ni
sales de zinc. Esto indicó que no sería necesario pensar
en el lavado del mineral antes de la cianuración, para
prevenir el consumo de cianuro por estas sales.
c. Determinación del grado de acidez: La determina-
ción del pH fue un parámetro necesario para evaluar
el consumo de reactivos, teniendo en cuenta que el
proceso de cianuración se realiza en un rango de pH
de 10,5 a 11. El pH fue estimado utilizando agua desti-
lada y cloruro de calcio, siguiendo los procedimientos
indicados en la norma ASTM D 4972-89. Los resultados
se presentan en la tabla 8.
Según los resultados de pH, los dos compositos tienen
carácter ácido y sería necesario antes del proceso de cia-
nuración, la adición de cal para elevar el pH a los niveles
requeridos.
La diferencia del pH al usar agua destilada y cloruro de
calcio es causada por la existencia de compuestos de
aluminio que se disuelven en soluciones de cloruro de
calcio y afectan la acidez de la pulpa.
d. Determinación de las velocidades de sedimentación:
Los ensayos de velocidad de sedimentación proporcio-
naron ciertos criterios de selección para los procesos
de separación sólido-líquido. Por medio del método de
Coe-Clavenger, se determinaron las curvas de velocidad
de sedimentación que se presentan en la tabla 9.
Se observa que el composito oxidado presenta velocida-
des de sedimentación menores a todas las granulome-
trías, debido posiblemente a la mayor cantidad de arci-
llas que dificultan el proceso de sedimentación.
Con el fin de acelerar las velocidades de sedimentación
y obtener menores áreas de espesamiento, sería conve-
niente evaluar algunos reactivos que actúen como agen-
tes floculantes como los polímeros sintéticos.
e. Determinación de la viscosidad: La viscosidad es
una medida de las características reológicas de un
fluido, en este caso las pulpas minerales. El equipo
usado para su determinación fue un viscosímetro ro-
tatorio de agujas.
Tabla 8 - Acidez de cada composito.
Composito
Oxidado
Sulfurado
Agua destilada
5.25
5.45
Cloruro de calcio
4.37
4.9
pH
Tabla 9 - Velocidades de sedimentación a diferentes granulome-trías para los compositos.
Velocidades de
Sedimentación
cm/min
Composito Oxidado Composito Sulfurado
60 Tyler
0.908
100 Tyler
0.786
200 Tyler
0.275
60 Tyler
0.967
100 Tyler
0.700
200 Tyler
0.371
Figura 2 - Curvas de sedimentación a 200 mallas Ty para los dos compositos. Pulpa 25% sólidos.
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
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Se determinaron las viscosidades de pulpas a diferentes
porcentajes de sólidos para ambos compositos, con el fin
de estimar el porcentaje de sólidos apropiado para el ma-
nejo de pulpas, especialmente en el proceso de agitación.
Se observa que la viscosidad del composito oxidado es
mayor que la del sulfurado para todo el rango de porcen-
taje de sólidos. Este comportamiento se debe a la mayor
cantidad de arcillas que tiene el composito oxidado.
Para porcentajes de sólidos mayores al 40% se presenta
un aumento excesivo en la viscosidad para ambas mues-
tras. Por este motivo se estima este porcentaje como
apropiado para el manejo de pulpas durante los proce-
sos que requieran agitación. No es aplicable tratar pulpas
con porcentajes de sólidos menores al 40%, ya que se re-
querirían equipos con mayores capacidades para tratar
la misma cantidad de mineral.
f. Determinación del porcentaje de retención de lí-
quidos: Los resultados de las pruebas para la deter-
minación del porcentaje de retención de líquidos a
diferentes granulometrías se muestran en la tabla 10.
Los porcentajes de retención de líquidos para ambas
muestras son altos. Este comportamiento predice la difi-
cultad para la implementación de procesos de filtración.
El composito oxidado presentó porcentajes de retención
de líquidos mayores al sulfurado. Esto se debió nueva-
mente a la presencia de arcillas y finos que retienen y
obstaculizan la filtración de las soluciones.
Caracterización Metalúrgica: Con la caracterización
metalúrgica se determinó la respuesta del mineral a los
procesos de beneficio y extracción.
a. Determinación de la distribución de oro y plata
por fracciones granulométricas: Esto se realizó con
el fin de establecer el rango de granulometría en que
se encuentra el oro.
La mayor cantidad de oro se encuentra en la granulome-
tría fina, malla 200 Tyler (75 micrones), lo que corrobora
que el oro se encuentra a un tamaño muy fino. Por tal mo-
tivo, no es aplicable la implementación de procesos de
concentración gravimétrica convencional, ya que se per-
dería parte del oro en los relaves de concentración. Para
lograr exponer o liberar el oro, se deberá moler entonces
el mineral hasta una granulometría fina.
b. Determinación del grado de lixiviabilidad: Se de-
terminó por el ensayo de lixiviación de botella, usando
como reactivo lixiviante el cianuro de sodio (NaCN). El
grado de lixiviabilidad de una mena aurífera se clasifi-
ca de acuerdo con el porcentaje de oro o plata disuel-
tos a las 96 horas de tratamiento con cianuro.
Los resultados para cada composito se presentan en la
tabla 11. En la tabla 12 se presenta la clasificación del tipo
de mena según el grado de lixiviabilidad.
Tabla 10 - Porcentajes de retención de líquidos a diferentes granu-lometrías para los compositos.
Composito
Composito oxidado
Composito sulfurado
60 Tyler
30.0
25.2
100 Tyler
32.5
27.0
200 Tyler
35.3
30.7
Porcentaje de retención de líquidos (%)
Tabla 11 - Porcentaje de oro y de plata disueltos a las 96 horas de lixiviación en botella.
Composito
Composito oxidado
Composito sulfurado
Oro disuelto (%)
87.12
94.06
Plata disuelta
48.71
84.77
Figura 3 - Curvas de viscosidad de pulpas minerales a diferentes porcentajes de sólidos en peso.
Figura 4 - Distribución de oro y de plata para cada composito.
Figura 5 - Distribución de oro y de plata para el composito sulfu-rado.
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
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Según la cantidad de oro disuelto, los dos compositos se
pueden clasificar como altamente lixiviables, lo que indi-
ca que los dos compositos no presentan refractariedad a
la cianuración.
El grado de lixiviabilidad, de acuerdo a la plata disuelta,
clasifica al composito oxidado como difícilmente lixivia-
ble y el composito oxidado como medianamente lixivia-
ble.
c. Lixiviación Diagnóstico: La lixiviación diagnóstico
puede ser usado como el primer paso en la investiga-
ción de los problemas experimentados en una planta.
Este ensayo permite determinar matrices que confor-
man el mineral, cuyos resultados se presentan en la
tabla 13.
En la tabla 13 se observa que la mayor parte del oro se en-
cuentra como libre o expuesto. Esto justifica el alto grado
de lixiviabilidad del mineral y el tamaño del oro fino. Por
otra parte, el composito sulfurado presenta solamente el
1% del oro en sulfuros, lo que corrobora la no refractarie-
dad de este mineral y, por lo tanto, no es necesario pensar
en un pretratamiento para la disolución del oro.
CONCLUSIONES
• Los resultados obtenidos indican que el oro presente
en el mineral es de un tamaño muy fino (<75 micro-
nes), y que la gran mayoría está como libre o expuesto.
Por tal motivo, se requiere que el mineral sea molido
finamente para su posterior tratamiento directo de
cianuración.
• Se determinó que el proceso de tratamiento apropia-
do para este tipo de mineral es la cianuración conven-
cional con agitación, observándose que la granulo-
metría fina es apropiada para este tipo de proceso.
• La implementación de procesos para la recuperación
del oro disuelto, tales como el proceso CIP (Carbón•In-
Pulp) o el proceso CIL (Carbón-In-Leaching), resulta-
rían apropiados para este mineral, ya que la cantidad
de arcillas presentes dificultan los procesos de separa-
ción sólido-líquido. Además, las cantidades de planta
disueltas en la solución son bajas y no representarían
excesivos consumos de carbón.
• Finalmente, se concluye que los dos compositos
presentan comportamiento metalúrgico bastante
similares, por lo que pueden ser mezclados durante
el procesamiento y tratamiento del mineral a escala
industrial.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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aplicaciones. Chile. Andros Impresos. 2001.
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prenta FOCET “lmral”. 1994.
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Editorial Reverté. 1978.
4. L. Lorenzen, J. S. J. Van Deventer. The identification of
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6. Brent, J. H. Dissolution chemistry of gold and silver in
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Metallurgy Review. Volumen 4, 1998.
7. Tecsup. Archivo de informes de investigación metalúr-
gica del Dpto. Química-Metalurgia, años 1995-1997.
Tabla 13 - Ocurrencia del oro en los dos compositos.Tipo de ocurrencia.
Tipo de
ocurrencia
Oro libre o expuesto
Oro en sulfuros
Oro en óxidos o carbonatos
Oro en sílice y silicatos
Composito
Oxidado
97
0
0
3
Composito
Sulfurado
94
1
0
5
Porcentaje de oro (%)
Tabla 12 - Grado de lixiviabilidad de un mineral de acuerdo con el porcentaje de oro disuelto.
Oro disuelto (%)
<65
65 – 85
>85
Grado de lixiviabilidad
Difícilmente lixiviable
Medianamente lixiviable
Altamente lixiviable
Marchese A. – Caracterización geometalúrgica de minerales auríferos
96
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Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
Biogas production in anaerobic reactors under different operation configurations
Giancarlo Obando Diaz
RESUMEN
El biogás, obtenido del proceso de fermentación de la
materia orgánica (biomasa que incluye residuos anima-
les, vegetales, entre otros) en ausencia de oxigeno (reac-
tores anaeróbicos o biodigestores) básicamente es una
mezcla de metano y dióxido de carbono. Las propiedades
combustibles, que le otorga el metano, pueden ser apro-
vechadas para operar diversos sistemas que van desde la
cocción de alimentos y la iluminación hasta la generación
de energía eléctrica/mecánica, y abastecimiento de redes
de distribución de gas (locales o públicas); en pequeña
escala, la cocción de alimentos y la iluminación represen-
tan los principales usos de este combustible renovable.
Para el dimensionamiento de un biodigestor, deben con-
siderarse, básicamente, los materiales utilizados en su
construcción, el tipo de operación (c/s calentamiento,
agitación, etc.), la disponibilidad de materia orgánica y las
condiciones climáticas.
Con el objetivo de analizar, tanto en laboratorio como en
campo, los niveles más favorables para la producción de
biogás y para la degradación de la materia orgánica, en el
presente artículo se hace un levantamiento de las herra-
mientas necesarias para la evaluación de la operación de
un reactor anaeróbico.
ABSTRACT
The biogas, a biomass (including animal and vegetable
wastes, and others) fermentation product in absence
of oxygen is, basically, a methane and carbonic dioxide
mixture. Its combustible properties, due to the methane,
could be used in many systems like stoves for cooking,
gas lamps, power generation and gas grid supplying (lo-
cal or public); in small-scale systems, the stoves for coo-
king and lamps for illumination represent the main uses
for this renewable fuel.
Materials for construction, operation type (with or without
heating and mixer system), organic matter availability and
local climate have to be considerated for digester sizing.
With focus in the more favorable conditions analyzing for
biogas production and for organic matter biodegradation,
in this article some tools for anaerobic reactor operation
are evaluated.
PALABRAS CLAVES
Biodigestor, biogás, reactor anaeróbico, estiércol de bovi-
no, efecto invernadero, biofertilizantes.
KEY WORDS
Digester, biogas, anaerobic reactor, cow manure, bio-fertili-
zers, global warming effect.
INTRODUCCIÓN
Actualmente, factores como la disponibilidad de ener-
gía, la optimización de procesos y las crecientes exi-
gencias ambientales vienen incentivando el desarrollo
sustentable para el acompañamiento del crecimien-
to económico de los países. En ese sentido, sistemas
energéticos basados en fuentes renovables de energía
cumplen un papel importante en la substitución del
petróleo y sus derivados. Las fuentes renovables más
promisorias son la energía solar, la eólica y la biomasa.
La biomasa fue la principal fuente de energía utilizada
hasta el inicio del siglo XX. En los últimos años, prin-
cipalmente a partir de la década de 1990, las diversas
legislaciones ambientales impulsaron el re-inicio de las
investigaciones tecnológicas sobre sistemas de con-
versión que aprovechan ese recurso. En ese sentido,
el estudio de procesos termoquímicos (combustión
97
Invest Apl Innov 1(2), 2007
directa y gasificación) y biológicos (digestión anaeró-
bica) viene permitiendo el desarrollo de equipamien-
tos capaces de mejorar el potencial energético de esa
fuente de baja densidad energética a fin de consolidar
su aprovechamiento.
Las mayores fuentes de biomasa se encuentran en las
áreas rurales y agroindustriales, donde la cantidad de
residuos orgánicos (restos de cosechas, estiércol animal,
efluentes agroindustriales, entre otros) es significativa y
puede justificar la implementación de sistemas para su
aprovechamiento energético en pequeña escala, permi-
tiendo así la creación de plantas de generación descen-
tralizadas para el consumo in situ por sistemas aislados
y/o para integración a la red pública (Díaz, 2006).
Las haciendas lecheras, así como los sistemas de cría de
animales en confinamiento para producción de carne
(reses, aves, cerdos, etc.), entre otras, presentan algunas
particularidades que las tornan muy interesantes en ese
sentido. Por un lado existe una gran cantidad de resi-
duos orgánicos (principalmente el estiércol animal), para
los cuales es necesario darles un destino adecuado, y
por otro una gran demanda de energía para el manejo,
tratamiento y conservación de los productos (leche, car-
ne, vegetales, frutas), principalmente en haciendas mas
alejadas de los centros de comercialización.
A pesar de conocerse las ventajas de la utilización de
la tecnología de la digestión anaeróbica para el tra-
tamiento adecuado de los residuos orgánicos, con in-
cidencia en la reducción de las emisiones toxicas a la
atmósfera (metano principalmente), aspectos econó-
micos, operacionales, culturales y de disponibilidad de
energía, limitan su proliferación.
Sobre los aspectos operacionales inciden tanto la fal-
ta de capacitación de los operadores, la ausencia de
sistemas de control de temperatura y pH, los residuos
ajenos a la biomasa degradable que ingresa al biodi-
gestor. Diversos autores afirman que tanto el control de
la temperatura como la agitación de la biomasa confi-
nada en el reactor permiten obtener niveles más favo-
rables para la producción de biogás; dada esta afirma-
ción, diversos parámetros deberán ser evaluados para
determinar su factibilidad técnico-económica.
1. La digestión anaeróbica
La Digestión Anaeróbica (DA) consiste en un proceso
de dos etapas para descomponer la materia orgánica
(sólidos volátiles) en la ausencia de oxigeno, produ-
ciendo biogás y efluente como producto. En la primera
etapa, los sólidos volátiles (SV) son convertidos en áci-
dos grasos por bacterias anaeróbicas conocidas como
formadoras de ácidos. En la segunda etapa, los ácidos
son convertidos en biogás por otras bacterias conoci-
das como formadoras de metano.
Independientemente de la cantidad exacta de estiércol
producido, su manejo adecuado se torna una necesi-
dad a fin de evitar la acumulación y sus consecuencias
(emisiones contaminantes, mal olor, atracción de mos-
cas, entre otras). La instalación de un biodigestor surge
como una solución para reducir las emisiones de me-
tano, disponer de un combustible y hasta generar una
ganancia adicional a través de la generación de crédi-
tos de carbono mediante la implantación de proyectos
del Mecanismo de Desarrollo Limpio. (Díaz, 2006).
El biogás básicamente es una mezcla de metano y dióxi-
do de carbono, además de otros gases en pequeñas can-
tidades. Su poder calorífico y la densidad influencian en
la operación del equipamiento conversor y en el dimen-
sionamiento de los equipamientos de almacenamiento y
compresión, respectivamente. Esos parámetros varían se-
gún la composición del biogás (tablas 1, 2 y 3) composición
que varía con la calidad de la materia orgánica y las carac-
terísticas del proceso de digestión, principalmente. Por lo
general, se considera que el poder calorífico inferior (PCI)
de un biogás con contenido de 50 a 80% de metano, varía
entre 17.820 y 28.440 kJ/m3 (CCE apud BAYER et al., 2000).
Substrato
Estiércol de vaca
Estiércol de caballo
Estiércol de puerco
Estiércol de ovelha
Estiércol de aves
Estiércol humano
Restos de maíz
Restos de arroz
(kg/unid./año)
6.000,00
5.000,00
3.000,00
800,00
25,00
250,00
9.988,00
3.379,00
(kg/unid./d)
16,44
13,70
8,22
2,19
0,07
0,68
27,36
9,26
Resíduos
(m3/kg fresco)
0,04
0,06
0,05
0,15
0,09
0,04
0,19
0,19
(m3/unid./año)
223,00
286,00
156,00
121,00
2,28
12,00
1.898,00
642,00
(m3/unid./d)
0,61
0,78
0,43
0,33
0,01
0,03
5,20
1,76
Biogás
Rendimento
* por unidad animal/humano o hectárea.
Fuente: Verástegui & Matero (1979) Tabla 1 - Producción de biogás a partir de diferentes sustratos.
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
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2. Utilización del biogás
Un proyecto típico para la generación de energía a partir
de biogás consiste, básicamente, de un biodigestor, un
sistema de manejo del gas y un equipamiento conver-
sor. La remoción del CO2 diluido en el CH
4 permite elevar
el poder calorífico del biogás y facilita la compresión del
mismo (WALSH et al., 1988; JENSEN & JENSEN, 2000). Ya la
remoción del sulfuro de hidrógeno (H2S) evita el deterio-
ro prematuro de las máquinas transformadoras de ener-
gía, pues este sulfuro, cuando mezclado con agua, forma
ácido sulfhídrico, que es altamente corrosivo. De los usos
finales del biogás, la combustión directa y la operación
de motores de combustión interna (MCI), son los más co-
munes en explotaciones rurales (Tabla 4).
En áreas alejadas de la red pública de distribución, existe
una cultura de uso de grupos generadores accionados
por motores de ciclo Otto y ciclo Diesel para generación
de la energía eléctrica necesaria para los sistemas de
ordeño, refrigeración, iluminación, servicio de limpieza,
entre otros.
Silva (1995) afirma que los motores de combustión inter-
na pueden ser modificados sin grandes complicaciones
para operar parcial o totalmente con el biogás en lugar
de los combustibles fósiles normalmente utilizados (ga-
solina, kerosene, diesel, entre otros).
3. Biodigestores
No existe un único diseño de biodigestor de aplicación
universal, la práctica enseña que los biodigestores de-
ben ser desarrollados según sean las necesidades del
local de instalación, en que varían las características y la
disponibilidad de la biomasa a tratar, el clima y hasta los
hábitos culturales, entre otros. El tipo de funcionamiento
del biodigestor permite clasificarlos en continuos y dis-
continuos.
Los biodigestores discontinuos fueron los primeros en
ser utilizados y básicamente constan, al igual que los
biodigestores continuos, de un depósito impermeable a
líquidos y gases, provistos de accesos de carga y descar-
ga de la biomasa, además de una salida para el biogás
producido y muchas veces un inóculo que propicia la fer-
mentación. La producción de biogás es intensa durante
20 a 50 días, dependiendo de la temperatura de opera-
ción; registrada una caída sensible en el flujo de biogás,
se lo descarga, para dar inicio al siguiente ciclo.
Estos biodigestores son adecuados para procesar mate-
riales orgánicos de descomposición lenta y/o baja dis-
ponibilidad. La instalación de un banco de biodigestores
discontinuos permite reducir el inconveniente de una
producción discontinua de biogás. Ya los biodigestores
continuos sufren una carga y descarga continua de bio-
masa, lo que propicia una producción constante de bio-
gás, para su utilización es necesaria una alta disponibili-
dad de materia orgánica.
4. El efecto de la temperatura y la agita-ción de la biomasa confinada, en el desem-peño del biodigestor
La realización y la eficiencia de la digestión anaeróbi-
ca dependen de condiciones específicas de operación,
como el tipo de sustrato confinado, la temperatura y pH
del mismo, la concentración de sólidos y tiempo de re-
tención de la biomasa en el biodigestor, entre otros. Un
mayor control de estos parámetros, permite la optimiza-
ción del proceso de la digestión anaeróbica, así como la
concepción de biodigestores más eficientes. La alteración
abrupta de estos factores influencia el desempeño global
del proceso.
Fuente: Jensen & Jensen (2000)
Componente
CH4 (metano), % en volumen
CO2 (dióxido de carbono), % en volumen
N2 (nitrógeno), % en volumen
H2S (gás sulfhídrico), ppm
NH3 (amoníaco), ppm
Biogás
55-70
30-45
0-2
~500
~100
Tabla 2 - Composición típica del biogás.
Fuente: Walsh et al. (1988)
Combustible
Gás Natural
Propano
Butano
Gasolina
Diesel
Carbón bituminoso
Leña húmeda (10%)
Equivalencia
0,60 m3
0,88 l
0,79 l
0,63 l
0,57 l
0,70 kg
1,60 kg
Tabla 3 - Equivalencia aproximada de 1,0 m3 de biogás (60% de CH4).
Fuente: Massotti (2003); Werner et al. (1989)
Utilizado
Cocción para 1 persona
Iluminación (lámpara 40W)
Iluminación (limpia)
Generación de electricidad
Refrigeradora por absorción
Accionamiento de MCI
Consumo
0,24-0,33 m3/d
0,283 m3/h
0,12 m3/h
0,62 m3/kWh
2,5 m3/d
0,424 m3/h/HP
Tabla 4 - Usos finales del biogás.
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
99
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Según sea el tipo de bacteria desarrollada en la bioma-
sa, pueden distinguirse 3 niveles de temperatura, siendo
las bacterias criofílicas aquellas que actúan a tempera-
turas inferiores a 20°C, las bacterias mesofílicas actúan
entre 30 y 40°C y las bacterias termofílicas, entre 45 y
60°C. Un sustrato a mayor temperatura permite que las
reacciones biológicas (metabolismo) ocurran mas rápi-
do, requiriéndose un menor volumen de biodigestor,
pero se torna necesaria la inclusión de un sistema de
calentamiento y/o aislamiento del biodigestor, que in-
fluencia en el costo de las instalaciones (BENINCASA et
al., 1991).
Por otro lado, Werner et al. (1989) señala que para obte-
ner permisibles costos de operación de un biodigestor
se requiere una temperatura tal, que permita menores
tiempos de retención, pero que aseguren la fermenta-
ción de la biomasa. Así mismo, indica que la producción
de biogás no depende de la temperatura y si del tipo de
biomasa confinada.
El requerimiento de energía útil para el control de
la temperatura representa un alto costo, que limita
el uso del proceso termofílico, sin embargo, apunta
Rodrigues & Barbosa (1998), este requerimiento de
energía no es una limitante para residuos orgánicos
desechados a altas temperaturas, como es el caso de
la viñaza que sale de la destilería de alcohol a aproxi-
madamente 80°C.
4.1. Calentamiento del biodigestor
Existen tres tipos de calentamiento del biodigestor: inter-
no, externo y directo.
• Calentamiento interno: Realizado a través de la cir-
culación de agua en serpentines, cuya temperatura no
debe sobrepasar los 54,4 °C para prevenir la formación
de incrustaciones de la biomasa en las tuberías. Se
recomienda una superficie de calentamiento de 930
cm2 para cada 2,84 m3 de digestor (BENINCASA et al.,
1991).
• Calentamiento externo: El calentamiento es efectua-
do por la circulación de materia orgánica en fermenta-
ción a través de un intercambiador de calor localizado
fuera del biodigestor. Una bomba permite tal circu-
lación además de promover la agitación (mezcla) de
la biomasa confinada. El riesgo de obstrucción de las
tuberías debe ser llevado en cuenta al aplicar este mé-
todo (BENINCASA et al., 1991).
• Calentamiento directo: Realizado mediante la in-
yección directa de vapor o gases calientes en el in-
terior de la biomasa en fermentación (BENINCASA et
al., 1991).
4.2. Agitación de la biomasa
La agitación permite mantener una distribución homo-
génea del sustrato y una temperatura uniforme. Así mis-
mo, se reduce la formación de costra en la superficie de
la biomasa confinada. Sathianathan (1975; apud BENIN-
CASA et al., 1991) resalta el efecto positivo de la agitación
leve de la biomasa sobre el incremento de la velocidad
de las reacciones; ya una fuerte agitación, indica el autor,
ocasiona el efecto contrario.
Por otro lado, un sistema de agitación se hace necesario
en biodigestores que superan los 100 m3 de capacidad.
Este proceso puede ser realizado por agitadores mecá-
nicos y/o por un sistema de recirculación de biogás (in-
yección por bombeo). Independientemente del método
usado, esta debe realizarse varias veces al día.
En la tabla 5 se observa las ventajas de incluir un agita-
dor y un calentador de biomasa en el reactor anaeróbico.
Una mayor producción de biogás es alcanzada con el sis-
tema de agitación a pesar de ser menor la temperatura
controlada en el reactor; este valor casi duplica a la refe-
rencia sin agitación.
5. Herramientas para la determinación de parámetros de operación
La cantidad de biogás producido, la cantidad de sólidos
totales del afluente, los solidos volátiles destruidos en el
proceso de la digestión anaeróbica y el pH son paráme-
tros que permiten evaluar la factibilidad de usar un siste-
ma de calentamiento para el control de la temperatura
de fermentación.
5.1. Sólidos totales, sólidos volátiles y pH
El análisis de estos tres factores es necesario para co-
nocer la degradación de los sólidos en la biomasa con-
finada en el biodigestor. Los sólidos totales (ST [%]) son
evaluados a partir de pequeñas muestras húmedas, en
una balanza se determina el peso húmedo (PU [kg]) y,
después de someter las muestras a un proceso de se-
cado prolongado (105ºC y 18 horas, aproximadamente),
el peso seco (PS [kg]). Seguidamente, el contenido de
sólidos totales, es calculado según la fórmula (ARCURI,
1986; RODRIGUES & BARBOSA, 1998):
Tabla 5 - Efecto de la agitación, por recirculación de biogás, en la producción de biogás.
Fuente: Werner et al. (1989)
Parámetros
Temperatura (°C)
Producción de biogás (m3)
Sin agitación
28,7 a 31
0,130 a 0,260
Con agitación
26,7 a 27,8
0,313 a 0,387
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
100
Invest Apl Innov 1(2), 2007
(1)
Las muestras secas, obtenidas en el paso anterior, son apro-
vechadas para el cálculo del contenido de sólidos volátiles
(SV [%]), para esto, estas son sometidas a temperaturas de
300 a 600ºC, posteriormente son enfriadas hasta alcanzar la
temperatura ambiente; en una balanza electrónica es deter-
minado el peso de las cenizas (PC [kg]). Arcuri (1986; apud
RODRIGUES & BARBOSA, 1998) propone para el cálculo:
(2)
Generalmente, dada la dificultad de acceso al biodigestor
para la toma de muestras (carga y descarga) el pH apenas
es determinado al inicio y al final del proceso.
5.2. Producción de biogás
En los sistemas de digestión anaeróbica tanto el volu-
men y la composición del biogás generado, son utili-
zados como indicadores de la eficiencia del proceso,
pudiendo así mismo, controlarse el proceso de fermen-
tación. Por otro lado, Maia (1981, apud CAETANO 1985)
indica que la tasa de producción de metano constituye
una buena herramienta para impedir problemas opera-
cionales, siendo necesario, para ello, cuantificar el biogás
producido.
El método utilizado para la cuantificación del biogás de
un biodigestor o un banco de biodigestores depende de
la fase del proyecto. En la fase del pre-proyecto (biodi-
gestor aun no instalado) esta se hace a partir de las ca-
racterísticas de la biomasa a utilizar (Tabla 1). Cuando ya
está instalado el biodigestor, generalmente son utiliza-
dos medidores basados en la variación de nivel de una
columna líquida; procesos más sofisticados consideran
sensores de presión, sensores fotoeléctricos y circuitos
electrónicos.
Cuando se evalúa un pre-proyecto, el volumen de bio-
gás a producir puede determinarse según el procedi-
miento desarrollado por El Panel Intergubernamental
para los Cambios Climáticos (Intergovernanmetal Panel
on Climate Change - IPCC), esta metodología permite
calcular la emisión total de metano (ETCH4), según las
características y tipo de manejo de los residuos orgáni-
cos (IPCC, 1996). Para el volumen del biogás producido
por día, se tiene:
(3)
Donde el contenido de metano en el biogás (%CH4) es
un valor que se encuentra entre 50 y 70%, para biomasas
que presentan carbohidratos y grasas, como componen-
tes principales. La emisión diaria de metano del sistema
de gerenciamiento de estiércol animal- SGEA es calcula-
do por:
(4)
Siendo n el número de animales, FECH4
, SGEA
el factor de
emisión de metano de un SGEA (Fig. 01), en kg/vaca/dia,
calculado por:
(5)
Donde FCM es el factor de conversión de metano (tabla
7), que depende del SGEA utilizado y el clima; Bo es el po-
tencial de producción de metano (tabla 6); CH4 es la masa
específica del metano (kg/m3).
Tabla 6 - Potencial de producción de metano y sólidos volátiles de ganado lechero.
Figura 1 - Tratamiento del estiércol en biodigestor de manta flexible.
Región
América del Norte
Oeste Europeo
Este Europeo
Oceanía
América Latina
África
Medio Oriente
Asia
Masa
(kg)
600
550
550
500
400
275
275
350
Bo
(m3CH4/kgSV)
0,24
0,24
0,24
0,24
0,13
0,13
0,13
0,13
SV
kg/animal/d
5,2
5,1
4,1
3,5
2,9
1,9
1,9
2,8
Características del ganado lechero
Fuente: IPCC (1996)
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
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5.2.1. Medidor de columna de líquido
En este proceso, la cuantificación se hace indirectamente
a través de la variación de nivel de líquido de un recipien-
te receptor de gas para otro frasco receptor de líquido.
Keenan & La Greca (1976; apud CAETANO, 1985) propo-
nen hacer el cálculo del volumen de gas producido se-
gún la siguiente fórmula:
(6)
Donde V es el volumen de gas observado (m3); T y p repre-
sentan la temperatura (°C) y presión (mmHg) a la que V es
medido, respectivamente, y pw
es la presión de vapor de la
columna líquida a la temperatura T (mmHg).
5.2.2. Gasómetro fluctuante
Este sistema esta constituido por dos recipientes sobre-
puestos de manera invertida, formando un recipiente
para el almacenamiento del biogás, llamado de gasó-
metro. La parte móvil superior se encuentra inmerso
en un sello de agua y la inferior, como es el caso de los
modelos indianos, constituye el cuerpo del biodigestor.
En este proceso la cuantificación está basada en el des-
plazamiento del recipiente superior y el diámetro del
gasómetro. Rodrigues & Barbosa (1998) cuantificaron el
volumen de gas producido VG (m3) por un biodigestor
de funcionamiento discontinuo, desarrollado en el Brasil,
con gasómetro de PVC, según:
(7)
Donde H1 (figura 2) representa la diferencia entre el ni-
vel superior del gasómetro (NG) y del agua (NA), en la
parte externa (m); Hagua
es la diferencia entre los niveles
de agua, externo e interno en el gasómetro (m) y A1 es
el área transversal del gasómetro (m2); así se tiene que:
(8)
Donde Hagua
es obtenido a través de:
(9)
(10)
Donde p es la presión interna del gasómetro (kPa); Patm
es la presión atmosférica (atm); p es la densidad del agua
(1000 kg.m-3); g es la aceleración de la gravedad (9,8 m.s-2);
W es el peso total del gasómetro; E es el empuje debido al
volumen desplazado por la parte inmersa del gasómetro
y f el factor de transformación de atm para kPa (101,325).
De la igualdad obtenemos:
(11)
Donde m es la masa del gasómetro; H es la altura del gasóme-
tro (m); H2 es la parte del gasómetro inmerso en el agua (m).
5.3. Eficiencia del biodigestor
La eficiencia de un biodigestor está ligada a la reducción
de los sólidos volátiles de la materia orgánica (biomasa +
agua = afluente) y su cálculo está basado en la relación
que existe entre la Tasa de Aplicación de Material Orgáni-
co (TAMO) y la Velocidad de Descomposición de Sólidos
Volátiles (VDSV), según (BATISTA, 1981).
(12)
Donde TAMO relaciona el total de sólidos volátiles del
afluente, que ingresan al biodigestor, (SVa), el volumen del
mismo (VB), al tiempo de retención y a la concentración
de sólidos volátiles, según:
(13)
Tabla 7 - Factor de conversión de metano (FCM).
SGEA
Laguna anaeróbica (lagoon)
Lodo (liquid)
Almacenamiento sólido (solid storage)
Lote seco (drylot)
Pastaje (pasture/range)
Estiércol en establo y usado
como fertilizante (daily spread)
Digestor (digester)
Quema como combustible (burned for fuel)
Otros
Frio
90,0%
10,0%
1,0%
1,0%
1,0%
0,1%
10,0%
1,0%
templado
90,0%
35,0%
1,5%
1,5%
1,5%
0,5%
10,0%
1,0%
caliente
90,0%
65,0%
2,0%
5,0%
2,0%
1,0%
0,0%
1,0%
Clima
Fuente: IPCC (1996)
5 - 10,0%
Figura 2 - Esquema de un biodigestor discontinuo con gasómetro.
Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
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La Velocidad de Descomposición de Sólidos Volátiles está
relacionada a la cantidad de sólidos volátiles que se degrada
en el biodigestor, expresado en unidades de masa por volu-
men de biodigestor y tiempo, según (EMBRATER, 1981):
(14)
CONCLUSIONES
• El biodigestor representa una potencial herramienta
para la creación de una sociedad rural auto-suficien-
te que produzca prácticamente lo requerido para cu-
brir las necesidades materiales, sobrando exceden-
tes suficientes para comercializarlos o cambiarlos
por recursos esenciales que falten al sistema o que
deban venir de afuera.
• Un proyecto típico para la generación de energía a
partir de biogás consiste, básicamente, de un bio-
digestor, un sistema de manejo del gas y un equi-
pamiento conversor; su operación satisfactoria
esta basada, principalmente, en la proyección del
sistema global para la máxima demanda, utilizando
materiales de construcción de gran disponibilidad
local y capacitando a los operadores para el man-
tenimiento de los parámetros adecuados de opera-
ción.
• Para el análisis de los parámetros que gobiernan
la operación de un biodigestor se requiere imple-
mentar, más que un sistema, una rutina para el le-
vantamiento de datos que nos ayuden a verificar la
eficiencia del reactor y la digestión anaeróbica, así
como la eficacia de la tecnología implementada. Las
herramientas dispuestas auxilian en esa labor. Por
otro lado, el análisis de esos parámetros permitiría
establecer las ventajas y desventajas técnico-econó-
micas de la inclusión de sistemas de calentamiento
y/o agitación.
• Los biodigestores discontinuos son muy utilizados
en bancos de prueba (laboratorio) para la determi-
nación de los parámetros que gobiernan la digestión
anaeróbica, debido a su simplicidad de instalación y
operación, permitiendo, de esta manera, una mejor
visualización de tales parámetros.
• En trabajos posteriores serán aplicados los concep-
tos y herramientas abordadas en este trabajo para
la determinación de los parámetros de operación
de biodigestores con agitadores y/o sistemas de
calentamiento de la biomasa confinada. Así mismo,
se recomienda que trabajos de investigación, que fo-
menten el uso de la tecnología de la digestión anae-
róbica, deben ser elaborados tanto por la comunidad
científica como por el sector empresarial para el co-
rrecto tratamiento de los residuos orgánicos, cuyas
emisiones (metano, principalmente) repercuten ne-
gativamente sobre el medio ambiente, promoviendo
el calentamiento global.
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Obando G. – Producción de biogás en reactores anaeróbicos bajo diferentes configuraciones de operación
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Enseñanza y aprendizaje en el aula virtualTeaching and learning in virtual environments
Jessica Vlásica Malpartida, Mercè Gisbert Cervera
RESUMEN
La evolución acelerada de la tecnología ha cambiado
nuestra forma de vivir, trabajar y aprender. La Sociedad
del Conocimiento concibe los procesos de gestión de la
información como camino obligado para generar cono-
cimiento, base sobre la que hoy se sustenta la compe-
titividad en todos los órdenes de la vida económica y
social.
En las últimas décadas los cambios en la sociedad y los
modos de transmitir la información han hecho de las
Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC’s)
un recurso necesario en los procesos de formación.
En este artículo pretendemos reflexionar sobre las for-
mas de enseñar y aprender en un aula virtual. El uso de
las TIC’s en este tipo de formación, hace que se generen
nuevas estrategias metodológicas. Veremos el proceso
desde la perspectiva del docente virtual como elemento
facilitador y desde la perspectiva del estudiante como
agente activo. Analizar las interacciones entre ellos y re-
flexionar sobre sus roles y actitudes, tendrá como con-
secuencia el éxito en este tipo de formación.
ABSTRACT
The accelerated evolution of the technology has changed
our lifestyle as well as our way of working and learning. The
process of changing an Information Society for a Knowl-
edge one carries on a new conception of the information
management process as a mandatory way to generate
knowledge. Today, it is the base on which the competitivity
in all aspects of economic and social life is supported.
In last decades, the society changes and the way how
information is transfered have made of Information and
Communication Technologies (ICT’s) a necessary resource
for formation process.
In this paper, we pretend to reflex on the ways of teach-
ing and learning in a virtual classroom. The use of ICT’s in
this kind of formation makes us to generate new meth-
odological strategies. We will observe the process from
the virtual teacher perspective as a facilitator element
and from the student perspective as an active agent. To
analyse the interactions between them and to reflex on
their rolls and attitudes will bring us success in this kind
of formation.
PALABRAS CLAVES
Enseñanza/aprendizaje, aula virtual, estudiante virtual,
docente virtual, estrategias.
KEY WORDS
Teaching/learning, virtual classroom, virtual student, vir-
tual teacher, strategies.
INTRODUCCIÓN
La formación virtual en la actualidad, después de ha-
ber pasado por una serie de etapas y niveles, es una
alternativa viable en la formación y profesionalización
de aquellos que por diversos motivos no pueden asis-
tir a un aula presencial. Esa demanda ha hecho que
empresas, universidades y centros de enseñanza supe-
rior, analicen, planifiquen y pongan en marcha nuevos
entornos de formación apoyados en las TIC’s; en otras
palabras lo que llamamos aprendizaje en red, forma-
ción virtual, teleformación, e-learning.
La formación virtual ha sido cuestionada sobre su efec-
tividad debido a los casos de deserción y por quienes
piensan que la educación presencial es irremplazable.
Sin embargo, no podemos negar el gran impacto que
las TIC’s tienen en la formación de las personas. La for-
mación virtual permite una mayor flexibilidad para
el alumno, como por ejemplo: la capacidad de acce-
der y participar de experiencias educativas variadas
desde escenarios distintos al aula presencial como la
105
Invest Apl Innov 1(2), 2007
propia casa, el lugar de trabajo o centros de recursos
multimedia; la capacidad de adecuar el ritmo y hora-
rios de trabajo a sus intereses personales; la posibilidad
de compartir el control del contenido y el proceso de
aprendizaje y el mantener espacios de relación social
entre los participantes.
El éxito de la formación virtual requiere que los actores
o elementos participantes interactúen de manera pla-
nificada, metolodológica y estratégica, en la búsqueda
de un objetivo en común lo cual es, sin lugar a dudas,
“aprender”, “formarse”, lo cual se logrará creando nue-
vas actitudes, motivaciones y conocimientos tanto en
docentes como en estudiantes. Ambos tienen que ser
capaces de interactuar en un mismo escenario viendo
a la tecnología como un medio y no como una finali-
dad.
Sangrá (2001: 2) nos dice que “El aprendizaje en am-
bientes virtuales es el resultado de un proceso, tal y
como valoraríamos desde la perspectiva humanista, en
el que el estudiante construye su aprendizaje”. El cons-
tructivismo es uno de los pilares de la formación virtual.
Esta teoría aplicada a la formación virtual busca que el
sujeto sea capaz de traspasar las fronteras del medio
como fuente de información y a partir de allí otorgarle
significados, reorganizarla, procesarla internamente y
finalmente crear conocimiento.
Es nuestro interés principal reflexionar sobre los proce-
sos de enseñanza-aprendizaje en un aula virtual y los ro-
les de sus participantes, así como dar pautas sobre mé-
todos y estrategias para el éxito de la formación en ella.
Para lograrlo, les alcanzamos las siguientes reflexiones:
1. El aula virtual: un entorno para el apren-dizaje
En la formación virtual al igual que en la formación pre-
sencial, convergen conceptos de orientaciones y didác-
ticas diversas, las cuales en conjunto deben actuar de
acuerdo con los objetivos y finalidades educativas de
cada institución.
En formación virtual, un elemento imprescindible es el
entorno en que se desarrolla, siendo la diferencia más
notoria con respecto a la formación presencial. El entor-
no, que es un espacio al cual llamamos aula virtual o cam-
pus virtual, será el medio de conexión y comunicación
entre los elementos del proceso formativo y los servicios
que se ofrecen.
En un aula virtual, la palabra clave es interactividad, inte-
racción sincrónica (en tiempo real) y asincrónica (en tiem-
po diferido). Se trata de ofrecer a distancia las mismas po-
sibilidades de comunicación que existen en un aula real.
Levy (1999: 14) señala que: “Lo virtual no es en modo al-
guno, lo opuesto a lo real, sino una forma de ser fecunda
y potente que favorece los procesos de creación, abre
horizontes y cava pozos llenos de sentido bajo la super-
ficialidad de la presencia física inmediata”. Podemos afir-
mar entonces que el aprendizaje se producirá a pesar de
que el profesor no se encuentra frente a los alumnos.
El entorno debe proporcionar herramientas necesarias
para facilitar la comunicación, la participación y la cola-
boración. Para ello se proveen una serie de servicios que
permitan las tutorías, las simulaciones, las pruebas prác-
ticas y el seguimiento.
Las herramientas de comunicación otorgan nuevas di-
mensiones al espacio interactivo que van desde la mani-
pulación de objetos o procesos no presentes, participar
en sesiones de trabajo y experiencias de aprendizaje
entre grupos dispersos y acceder a recursos y materiales
didácticos variados.
La tabla 1, describe diferentes situaciones de aprendiza-
je, haciendo uso las de herramientas de comunicación en
un aula virtual.
Situación de
aprendizaje
Interacción
Síncrona
Interacción
Asíncrona
Herramienta
de comunicación
Chat, Comunicación instantánea,
Videoconferencia, Audioconferencia,
Pizarra electrónica, Navegación
compartida, Votaciones, Aplicaciones
compartidas: calendario
Correo electrónico
Listas de distribución
Conferencia electrónica o Foro
Formación
SemiPresencial -Virtual
Los estudiantes interactúan entre sí y con el docente virtual mediante el uso de
herramientas que combinan texto, imagen y sonido.
Las TIC’s ejercen en este caso de facilitadoras de comunicación entre el docente y
el grupo clase, así como fuentes de información.
Los entornos tecnológicos de formación son el elemento a destacar en este caso,
pues, basados en él, el estudiante interactuará con los contenidos, con el docente,
con sus compañeros.
Los estudiantes descargan tareas y recursos de información y el docente se limita
a orientar y tutorizar al estudiante telemáticamente.
Importante es el papel del centro de recursos o biblioteca virtual.
Tabla 1 - Herramientas para la interacción en el aula virtual.
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
106
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Dependiendo del programa académico y de las nece-
sidades particulares de formación, el entorno deberá
integrar los materiales didácticos y los mecanismos de
evaluación adecuados para lograr el autoaprendizaje.
Los materiales didácticos juegan un papel importante en
la formación virtual. La intervención del docente no pue-
de separarse de la creación de los materiales didácticos,
los cuales tienen que adaptarse a los alumnos y basarse
más en el diseño pedagógico que permite aprender. El
docente puede trabajar con otros profesionales especia-
lizados en diseño, pero es su conocimiento sobre la for-
ma de trabajar con esa información lo que los convierte
en materiales didácticos. La elaboración de materiales de
calidad es una condición necesaria para el éxito del pro-
ceso formativo y deben responder a las necesidades de
formación previamente detectadas, teniendo en cuenta
el perfil del estudiante al que va dirigido
En la figura 1 se observa el ciclo de comunicación del
proceso formativo virtual, siendo el estudiante el centro
del mismo.
Finalmente un entorno virtual debe poseer herramien-
tas y mecanismos de gestión, que permitan automatizar
ciertas tareas administrativas y servirá de apoyo a los
actores implicados en el seguimiento y evaluación de
actividades.
2. El rol del docente virtual
Como explicamos previamente, la perspectiva de la
educación tradicional muestra al profesor como única
fuente de información y sabiduría y a los estudiantes
como receptores pasivos, pero debemos reconocer que
las nuevas corrientes pedagógicas buscan que los pro-
fesores de aula incentiven la opinión crítica, el razona-
miento y el constructivismo en los estudiantes. Además,
en la actualidad acudir a Internet como fuente de in-
formación es un acto natural en la gran mayoría de los
estudiantes, por no decir en todos.
El proceso de enseñanza/aprendizaje en entornos tec-
nológicos nos obliga a reconceptualizar el papel del do-
cente. Este ya no es sólo el que enseña, sino el que faci-
lita, promueve y guía el aprendizaje del estudiante. Esta
educación no se entiende tanto como logro o resultado
sino más bien como el proceso de enseñar a aprender
al estudiante. No se trata tan sólo de que el estudiante
adquiera conocimientos y competencias, sino de desa-
rrollar su capacidad para aprender a aprender.
El docente virtual debe propiciar prácticas individuales
y ejercicios colectivos mediante tareas puntuales orien-
tadas a proporcionar al estudiante una serie de técnicas
y contribuir a desarrollar sus estrategias de aprendizaje
que le permitan utilizar óptimamente la investigación
y sus capacidades de estudio durante el desarrollo de
su aprendizaje. Además esta nueva forma de comunica-
ción obliga al docente a desarrollar habilidades para es-
cribir y dialogar no sólo con los estudiantes sino entre
colegas, expertos, etc.
Salmon (2000), ha realizado estudios sobre el rol tutorial
(e-moderating) y, a partir de investigaciones, ha defini-
do un modelo para la interacción del docente con los
estudiantes, el cual ha dividido en cinco grandes etapas
o fases: acceso y motivación, socialización, intercambio
de información, construcción del conocimiento y desa-
rrollo.
En la figura 2 se muestran las etapas del modelo, en el
cual la intensidad de la interacción del tutor con los es-
tudiantes varía, en función de las fases y de las necesida-
des establecidas por cada una de ellas. Inicialmente, hay
poca comunicación, pero esta se intensifica medida en
que se establecen vínculos más fuertes y mayor necesi-
dad por parte de los estudiantes, fundamentalmente en
la fase donde se comparte información y se construyen
los conocimientos, previéndose que posteriormente
exista una mayor autonomía por parte del estudiante.
Figura 1 - La comunicación entre los elementos del proceso forma-tivo virtual.
Figura 2 - Modelo para explicar las fases de moderación e interacti-vidad en un curso virtual.
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
107
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Salmón dice, además, que los docentes virtuales o mode-
radores, como ella los llama, deben ser especialmente se-
leccionados, formados y desarrollados y que estos deben
poseer ciertas características y cualidades, que detallamos
a continuación:
Comprensión de los procesos online
El docente que ha tenido alguna experiencia de aprendi-
zaje online podrá sentirse identificado con el estudiante,
lo cual hace que se logre una empatía con las situaciones
y retos del mismo. Es importante además que el docente
sepa establecer lazos de confianza con sus estudiantes.
Tendrá que ser capaz de promover debates, resumir, re-
formular, desafiar y monitorear la comprensión.
Habilidades técnicas
Es fundamental que el docente virtual sea hábil en el uso
de las TIC’s como medio para potenciar el aprendizaje.
Debe ser capaz de explotar las características del entorno,
crear espacios de comunicación e interacción, crear y ma-
nejar conferencias, etc.
Destrezas en la comunicación online
La comunicación es aspecto clave en la formación vir-
tual. El docente virtual tiene la responsabilidad de rela-
cionarse de forma positiva con los estudiantes, siempre
con un estilo cortés y respetuoso. Los mensajes que
genere deben ser dinámicos y personalizados. Debe
procurar en lo posible estimular la interacción entre los
estudiantes.
Experto en contenidos
El conocimiento y experiencia hacen que el docente
virtual ponga a disposición de sus estudiantes material
apropiado y recursos de utilidad. Son estas características,
sumadas a la creatividad, las que hacen que proponga y
avive debates interesantes.
Características personales
Un docente virtual debe tener determinación y motiva-
ción. Debe ser capaz de adaptarse a nuevos contextos
de enseñanza, métodos y audiencias. Es importante su
actitud positiva y dedicación por la enseñanza virtual.
Windham (2005: 61) para The Net Generation, nos dice
que “cuando un estudiante elige un aula virtual, él aún
desea retos, exploración y desarrollar su creatividad. Esto
implica que el docente virtual encuentre el modo de ofre-
cer a los estudiantes un método de exploración e investi-
gación dentro del currículo”.
Es importante además mencionar que esta reconceptua-
lización en los roles de los docentes virtuales les permitirá
poner en marcha todas sus capacidades al servicio de su
propia formación.
3. El rol del estudiante virtual
Lo primero que debe preguntarse una persona que desea formarse en un entorno virtual, es si esta modalidad de aprendizaje es la adecuada para él o ella, es decir cues-tionarse aspectos como por ejemplo: ¿si tiene la necesi-dad y motivación de hacer ese curso en ese momento?, ¿será capaz de autogestionarse y encontrar nuevos mé-todos de aprender?, ¿será capaz de interactuar a través de medios de forma disciplinada y constante? Finalmente si será capaz de ver al profesor como alguien que guiará su aprendizaje y a los compañeros como miembros de un grupo de trabajo virtual activo.
El aspecto más importante que debe contemplar una per-sona que desee formarse en la virtualidad es cuán motivado está para hacerlo de este modo. La motivación finalmente se verá reflejada como valor añadido en el conocimiento y en el uso de las herramientas de comunicación.
Un estudiante virtual requiere saber usar las TIC’s a nivel de usuario básico, entre las habilidades que deben tener están: usar la computadora, escribir documentos, navegar en Inter-net, crear, leer y enviar correos electrónicos, enviar mensajes instantáneos (chat), descargar y enviar archivos adjuntos, crear presentaciones en power point, crear hojas de cálculo, etc.
El aprendizaje de los estudiantes resalta la importancia de considerar las variables cognitivas, metacognitivas, moti-vacionales y conductuales. Para que un estudiante virtual logre el éxito académico, este tiene que poner a prueba su voluntad y habilidad. Si decide que el puede hacerlo, es decir que tiene los conocimientos y destrezas necesa-rias (cognición) y si realmente quiere hacerlo, es decir si tiene la voluntad y la intención de hacerlo (motivación), es entonces cuando realmente pondrá en marcha su pro-yecto de aprendizaje en un medio de formación virtual.
Los estudiantes virtuales tienen que crear sus propios códigos y lenguajes para ser capaces de asimilar sus procesos de aprendizaje. Los intereses, necesidades y cir-cunstancias de cada uno determinan la planificación y el control del aprendizaje.
Duart (2000: 95) explica en la tabla 2, diferentes elementos
referentes a la motivación formativa.
Tabla 2 - La motivación como variable formativa.
Estudiante
Materialesdidácticos
Accióndocente
Los elementos motivadores parten de:- La necesidad personal de formación.- El interés por los contenidos del curso.- La significación personal de los aprendizajes.Forman un todo sistemático que debe tener en cuenta:- El perfil del estudiante que los usará.- El modelo de formación en el que se incluyen.- La significación de los contenidos que incluyen.Tiene que procurar el desarrollo de las siguientes capacidades:- Trabajo autónomo del estudiante.- Planificación del aprendizaje.- Relación conceptual/redes conceptuales.
Motivación
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Podemos apreciar claramente que la motivación debe es-
tar presente no sólo en el estudiante, sino que deben ser
los materiales y el docente quienes completen el círculo
motivador. Además la interacción que exista entre el es-
tudiante y los materiales, entre el estudiante y el docente
y la interacción entre los mismos docentes incentivará la
reflexión y propiciará las actividades en ambientes de de-
bate, tales como los foros, chats y correo electrónico.
El estudiante virtual debe saber reconocer sus habilida-
des, capacidades, destrezas y recursos y además debe te-
ner la capacidad de generar otros nuevos o mediante la
asociación o reestructuración de otros preexistentes. La
capacidad de saber reconocer nuestros propios recursos
hará que podamos elaborar finalmente un plan de acción.
Es el mismo estudiante quien puede crear estrategias
para incrementar la motivación, la atención, la concen-
tración y en general el aprovechamiento de los propios
recursos cognitivos.
4. Estrategias y características del apren-dizaje en la formación virtual
Según la Real Academia Española, método es el modo
de obrar o proceder, hábito o costumbre que cada uno
tiene y observa, mientras que estrategia es “el arte, traza
para dirigir un asunto en fin del objeto deseado”. Las es-
trategias se han añadido a la psicología del aprendizaje y
la educación para resaltar el carácter procedimental del
aprendizaje. En la formación virtual las estrategias de en-
señanza y aprendizaje son un aspecto substancial, debi-
do a su misma naturaleza.
La didáctica es un aspecto que no podemos dejar de
mencionar, pues se define como las situaciones que el do-
cente propone al estudiante para facilitar su aprendizaje.
Existen diferentes modelos didácticos que proponen
diversas metodologías. Están los modelos didácticos di-
rectivos y otros nada directivos. Hay unos que estimulan
la individualización mientras otros proponen la colabora-
ción y cooperación en el proceso de enseñanza-aprendi-
zaje. Carretero (2006: 88) en la Formación sin Distancia.
Esteban (2003), clasifica a las estrategias de aprendizaje
en diferentes tipologías, según las actividades cognitivas
a realizar:
• Asociativas: Actividades simples, con operaciones
básicas y elementales que no trabajan estrictamente
la información. Sirven para proporcionar una base
para posteriores conocimientos.
• De elaboración: Promueven nuevas estructuras de
conocimiento y la relación entre diferentes conoci-
mientos. Sirven, pues, de andamiaje al aprendizaje
mediante la elaboración de significados.
• De organización: Establecen relaciones internas
entre elementos que componen los materiales de
aprendizaje y los conocimientos previos que posea
el alumno. Entre las estrategias de organización con-
sideradas se suelen citar las clasificaciones; la cons-
trucción de redes de conocimientos (networking);
estructuras de nivel superior (covariación, compara-
ción, colección, descripción y respuesta), cada una de
las cuales implica una técnica cognitiva específica;
los mapas conceptuales; mentales, etc.
• Estrategias de apoyo: Son aquellas que en lugar de
dirigirse directamente al aprendizaje de los materiales,
contribuyen incrementando la eficacia de ese apren-
dizaje, mejorando las condiciones en que se produce
(incrementan la atención, la motivación, la concentra-
ción, etc).
En la formación virtual se requiere que el estudiante cons-
truya su propio conocimiento. Es necesario, por lo tanto,
que el docente proponga actividades que pudieran ser:
situaciones reales, prácticas y motivadoras que permitan
la reflexión de los mismos y que puedan de ese modo
aportar con sus ideas, proponer debates, etc.
Algunas técnicas que se pueden aplicar a la formación
virtual podrían ser:
• Videoconferencias y video: Disertaciones o técnicas
expositivas, demostraciones, interrogatorios, evalua-
ciones, debates, entrevistas, círculos concéntricos, etc.
• Trabajos en grupo: Mediante estudios de casos, tor-
menta de ideas, estudio intensivo de un problema,
etc.
• Prácticas de laboratorio: Mediante la realización de
experimentos sencillos o más complicados, dirigidos
por el docente, y que pueden ser grabados en video o
recreados mediante una simulación animada.
• Simulaciones: Donde se plantea el análisis de una si-
tuación real mediante una práctica simulada grabada
en video o recreada mediante animación.
• Juegos de roles: Los estudiantes interpretan diferen-
tes papeles en una situación simulada.
La actividad constructiva según Pere Marqués (2005) re-
quiere que los estudiantes sean capaces de:
• Comprender y planificar las tareas a realizar.
• Seleccionar y organizar la información disponible de
manera crítica y creativa (la información se puede or-
ganizar significativamente de muchas maneras distin-
tas).
• Elaborar la información (para comprenderla) e inte-
grarla significativamente en sus conocimientos pre-
vios atendiendo a visiones multiculturales.
• Transferir y aplicar estos conocimientos a la vida real,
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
109
Invest Apl Innov 1(2), 2007
más que reproducirlos mecánicamente (en los exáme-
nes).
• Evaluar y contrastar los objetivos establecidos y los re-
sultados obtenidos.
Las TIC’s permiten diferentes formas de lectura no lineales
en donde el sujeto va creando y recreando los contenidos
en función de sus intereses, aptitudes y actitudes frente al
objeto de estudio, lo que le obliga a desarrollar habilida-
des del pensamiento distintas ya que requiere apropiarse
del conocimiento para aplicarlo a su práctica cotidiana,
reflejando lo que es la aplicación del aprendizaje signifi-
cativo.
Windham (2005:56-58) en su obra The Net Generation
nos explica algunos principios básicos para que las
generaciones actuales puedan aprender en el mundo
de la tecnología, pues el uso de esta implica una serie
de “distracciones” y el objetivo trazado de aprendizaje
muchas veces se queda en el camino. Estos principios
hablan de:
• Interacción: Que permite la comunicación con las
personas (estudiantes y profesores) y también con el
material de estudio.
• Exploración: Así como hemos aprendido a navegar
en Internet a través de enlaces, lo mismo se debe ha-
cer con nuestros objetos de estudio.
• Relevancia: Implica que un estudiante finalice sus
estudios con la suficiente capacidad para afrontar
un mundo laboral, y que lo aprendido en el aula no
sea tan perecedero como la tecnología que cambia
a diario.
• Multimedia: Los docentes deben proponer ele-
mentos multimedia para mantener la atención del
alumno.
• Instrucción: Principio que obliga al estudiante a ir en
búsqueda de información verdadera, a través de bi-
bliotecas, revistas especializadas, etc. Además deben
tener las suficientes habilidades para buscarla.
5. Cómo lograr el éxito en el aprendizaje virtual
Schrum y Hong (2002) sugieren siete dimensiones re-
lacionadas con el éxito de los estudiantes en el apren-
dizaje virtual:
• El acceso a las herramientas: Los estudiantes sin regu-
lar acceso a las herramientas adecuadas, ya sea en casa,
en el centro de estudios o en el trabajo, tienen mayor
dificultad en seguir una formación virtual. Aquellos que
tienen al alcance las herramientas consideran tener una
pequeña ventaja porque pueden concentrarse en su
aprendizaje en su propio horario.
• Experiencia tecnológica: No es suficiente el acceso a
las herramientas adecuadas, los estudiantes necesitan
tener un nivel de seguridad en el uso de las mismas.
• Preferencias de aprendizaje: Los estudiantes deben
reconocer sus propias habilidades y estilos para inte-
ractuar en un ambiente virtual. Esto quiere decir que
los estudiantes que necesiten escuchar los debates
de sus compañeros de clases, necesitarán compensar
esta falta de otra manera, lo cual podría ser mediante
sesiones de chat o videoconferencias. Los estudiantes
deben tomar ventaja del aspecto visual del entorno
por las diferentes formas en que el material es presen-
tado. Otros estilos indican que algunos prefieren el
trabajo grupal al trabajo en solitario.
• Hábitos de estudio y habilidades: Los estudiantes
aprecian el control que pueden tener en su aprendi-
zaje, lo cual se demuestra en la responsabilidad de
completar y presentar las actividades propuestas. Se
ha demostrado que entregar mucho material y mu-
cho trabajo al mismo tiempo es contraproducente.
Los docentes deben dar cierta flexibilidad a los estu-
diantes para que aprendan por sus propios medios.
• Metas y propósitos: El éxito en la formación virtual
se ve reflejado en el grado de motivación de los parti-
cipantes.
• Factores del estilo de vida: Los estudiantes deben
estar alertas en la responsabilidad de conducir sus
vidas y necesitarán en este caso determinar si están
dispuestos a dedicar 10 a 20 horas diarias de estudio.
Tendrán que determinar además si tienen flexibilidad
de horarios. Los docentes virtuales recomiendan que
los estudiantes puedan equilibrar los complejos as-
pectos de sus vidas con sus programas de estudio.
• Trato personal y características: Los estudiantes en
línea exitosos tienden a comprometerse fuertemen-
te, dedicando tiempo y esfuerzo en su formación. Los
educadores concuerdan en que la falta de voluntad y
la autodisciplina son factores críticos en el éxito de los
estudiantes.
A los que nosotros añadiríamos todos aquellos relacio-
nados con la capacidad comunicativa, tanto síncrona
como asíncrona, del estudiante en entornos tecnológi-
cos. Su capacidad y la eficacia de las herramientas tec-
nológicas de comunicación es lo que realmente marca-
rá el nivel de éxito óptimo del proceso de aprendizaje.
RESULTADOS
A continuación mostramos algunas reflexiones sobre
las características de los estudiantes del futuro, es de-
cir aquellos niños que han nacido y crecen bajo la in-
fluencia de las TIC’s e Internet.
- Saben usar las TIC’s para procesar la información y
como instrumento cognitivo que puede liberarles
Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
de determinados trabajos de rutina y potenciar sus
procesos mentales, tales como: la observación, la
exploración, la búsqueda, la comparación, el orde-
namiento, la clasificación y la toma de decisiones.
• Utilizan las TIC’s para comunicarse en el ciberespa-
cio, ampliando así su entorno de relación con otros
compañeros, docentes, etc. Discuten y aprenden
unos de otros; así van construyendo un aprendizaje
social.
• Conocen las herramientas que los medios brindan,
las cuales establecen un nuevo modelo de apren-
dizaje, basado en el descubrimiento y la participa-
ción. Además se relacionan con un nivel superior
de pensamiento, que les permitirá tomar decisio-
nes sobre cómo reunirse, organizarse, analizar y
compartir información.
• Tienen la capacidad de aprender en la red. Saben
aprovechar los nuevos entornos virtuales de apren-
dizaje.
• Tienen la capacidad de acceder a la información
de forma interactiva, dejando de lado el modo se-
cuencial, es decir, saben participar en varias activi-
dades a la vez: navegan en algún material nuevo y
establecen hipervínculos con servidores y fuentes
de información en todas partes.
• Serán capaces de mantener comunicaciones mul-
timedia con un aparato móvil desde cualquier
parte del mundo, pues tienen la capacidad sufi-
ciente y necesaria para utilizar el sistema con efi-
ciencia.
• Tendrán la capacidad de aprender haciendo, así el
aprendizaje se vuelve más experimental y se re-
fuerzan las teorías constructivistas para el aprendi-
zaje.
• Interactuarán con mayor facilidad y preferirán las
plataformas de contenidos, sin dejar de lado los li-
bros.
• Serán capaces de generar proyectos con estudian-
tes, profesores y la comunidad en general que les
permita hacer un uso significativo de las TIC’s dis-
ponibles. Además de estimular en ellos hábitos de
investigación, para lo cual cuentan con una gran
capacidad de abstracción, análisis y síntesis.
• Tendrán la necesidad de interactuar en la solución
de problemas del mundo real, para lo cual busca-
rán participar constantemente de simulaciones
virtuales, juegos de roles, etc.
Estas reflexiones son para nosotras motivo suficiente para
seguir apostando y esforzándonos en la investigación de
este tipo de formación que se mueve a futuro con una
rapidez vertiginosa.
CONCLUSIONES
• La formación virtual aporta unas ventajas que pue-
den justificar su rápida expansión: la posibilidad de
utilizar materiales multimedia, la fácil actualización
de los contenidos, la interactividad, acceso al curso
desde cualquier lugar y en cualquier momento, la
existencia de un feed-back de información inmedia-
to, de manera que el docente conoce si el estudiante
responde al método y alcanza los objetivos fijados
inicialmente.
• Internet, la red de redes, contribuye a aumentar el
acceso a la información y permite la comunicación,
condición necesaria para construir conocimiento. En
un entorno de formación virtual la construcción del
conocimiento es tarea también de los estudiantes y
no sólo del docente, el medio o de las herramientas.
El estudiante, al interactuar con los docentes y demás
compañeros en un entorno virtual se encuentra con
la posibilidad de aprender a partir de sus intereses,
curiosidades o experiencias, en lugar de seguir un ca-
mino preestablecido por el propio docente con una
tendencia, normalmente, homogeneizadora.
• La estrategia didáctica que el docente virtual aplique
a su grupo de estudiantes debe integrar una serie
de actividades e interacción entre los mismos. Estas
estrategias deben proporcionar motivación, informa-
ción y orientación para que ellos definan su propio
proceso de aprendizaje.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Vlásica, J. Gisbert, M. – Enseñanza y aprendizaje en el aula virtual
112
Invest Apl Innov 1(2), 2007
El Supervisor como managementpara generar sinergia
The supervisor like management to generate synergy
Christian León Porras
RESUMEN
En este artículo se enfatiza que el supervisor globalizado
debe convertirse en el management dentro de la orga-
nización, sabiendo conducir a su personal a través de ha-
bilidades humanas que generan liderazgo hacia él, lo cual
conduce a los objetivos estratégicos propuestos por la alta
gerencia, bajo el pilar existencial laboral contemporáneo:
“Gana – Ganar”, pues el supervisor se legitima en sus subordi-
nados cuando la gente lo sigue ya que son motivados por él.
Finalmente, el “sentido del deber” de todo buen supervisor,
está en servir al cliente interno y deberse al cliente externo.
ABSTRACT
In this article there is emphasized that the included super-
visor must turn into a management inside the organization,
being able to drive to his personnel across human skills that
generate leadership towards him and this drives to the stra-
tegic aims proposed by the high management, under the
existential labour contemporary prop: “Win - Win”., since the
supervisor is legitimized in his subordinates when the people
follow it since they are motivated by him. Finally the “sense
of the duty “ of every good supervisor, this one in serving the
internal client and to be drunk to the external client.
PALABRAS CLAVES
Supervisor, management, inteligencia emocional, lideraz-
go y equipo de trabajo.
KEY WORDS
Supervisor, management, emotional intelligence, leaders-
hip and team of work.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad se diserta en seminarios, congresos,
cursos, mucho sobre liderazgo y sus clasificaciones, fi-
losofan si el líder nace o se hace. Varias escuelas de ne-
gocios, por medio del MBA o Maestría en Administración
de Empresas, enfatizan en tener en sus diversas mallas
curriculares la receta para generar habilidades geren-
ciales de liderazgo. No obstante, el concepto de líder
proviene de la palabra inglesa leader, que traducido al
castellano significa: guía. Y al buscar en el diccionario
de la Real Academia Española, vemos que líder significa
“Persona a la que un grupo sigue reconociéndola como
jefe u orientadora”.
Un líder siempre tiene seguidores y por ende influye
e inspira en ellos. Sus rasgos de personalidad gene-
ralmente son notoriamente resaltantes a la vista en
un grupo social, ya que su lenguaje no verbal indica
postura firme, mirada fija y segura, genera tranquili-
dad porque proyecta seguridad en sí mismo y conta-
gia emociones, demostrado en una investigación que
realizó el profesor Sigal Barsade en la Universidad de
Yale . En primera instancia todos sus miembros se be-
nefician. Empero, ¿se beneficiará la humanidad? El líder
como tal debe tener claro que esas mínimas decisiones
que tome tienen que beneficiar a la humanidad, así de
grandilocuente.
Habiéndonos enfocado en el concepto real del líder,
podemos introducirnos en la concepción del supervi-
sor, quien es el que ejerce la inspección superior en tra-
bajos realizados por otros. Pero no es un líder, debería
transformarse en uno de ellos, ¿podrá conseguirlo? Las
aptitudes emocionales son susceptibles de ser desarro-
lladas, si es que uno tiene la firme decisión actitudinal
para hacerlo. Y como en gran medida el liderazgo pasa
por aptitudes emocionales que influyen en las perso-
nas, podríamos decir entonces que el líder se hace a tra-
vés de su formación evolutiva que nutre su autoestima,
además de sobreponerse a las circunstancias adversas
113
Invest Apl Innov 1(2), 2007
que la vida, felizmente, nos brinda con la finalidad de
fortalecernos y aprender de ellas para mejorar día tras
día.
Un aspecto importante que el supervisor contempo-
ráneo no debe dejar de lado en su labor diaria dentro
de una organización, es la de entrenar sus habilidades
humanas dirigidas hacia sus colaboradores, es decir,
facultades como la comunicación asertiva, la empatía,
destreza para motivar, adecuadas relaciones interper-
sonales, capacidad de negociación, entre otras, y muy
relevante su facultad para generar sinergia, es decir el
todo es más que la suma de sus partes; entre las ha-
bilidades de sus subordinados, formando equipos de
trabajos sólidos.
En la actualidad, los empleadores y los especialistas en
gestión humana están de acuerdo que lo más impor-
tante para la contratación de nuevo personal en em-
presas grandes o multinacionales (como lo demostró
el estudio realizado en la Petroquímica AMACO en el
año de 1994) sobre todo en cargos gerenciales, más
que la pericia técnica o conocimientos especializados,
es la inteligencia emocional o aptitudes emocionales o
habilidades humanas, ya que estas son las que generan
verdaderamente el motor de crecimiento en una orga-
nización, creando ambientes de trabajos que benefician
la salud mental colectiva y potencian fortalezas en los
colaboradores.
Peter Drucker, filósofo en las ciencias empresariales,
tanto del siglo XX como del XXI y creador del concep-
to de management, manifestaba que esta disciplina en
términos simplistas no es otra cosa que maximizar las
fortalezas y minimizar las debilidades del conocimien-
to, sin embargo señalaba que lo más importante no era
la cantidad de conocimiento, sino su productividad y
que el conocimiento es un medio para la acción. Lo que
se puede interpretar de estos comentarios y mi aporte
personal, es que el supervisor en este mundo globali-
zado debe de ser un management de las competencias
(el conocimiento es parte de la estructura de compe-
tencias) de sus subordinados, formar cuadros de man-
dos y establecer las condiciones favorables para que el
trabajo bajo condiciones de presión, sea un estimulante
que nos lleva a la planificación y organización de las di-
versas responsabilidades que tenemos en función a un
tiempo cada vez más es escaso y decirle no a la cultura
del incendio. Volviéndonos proactivos, que no significa
únicamente el tener la iniciativa, sino hacer que las cosas
sucedan, ser creadores de nuestro propio porvenir.
El sentido del deber que tendría que poseer el supervisor
globalizado, aparte de cumplir con los objetivos estraté-
gicos que su puesto de trabajo demanda, es la de forjar
futuros líderes laborales, y esto podrá hacerlo cuando se
preocupe verdaderamente por su personal, se mimetice
con ellos estimulando la capacidad empática que todo
líder debería tener, descubra sus potencialidades y las
INVESTIGACIÓN EN AMACO: Multinacional Petroquímica cede central Nebraska
AptitudesEmocionales
Habilidades Técnica e intelecto
73%
27%
¿Cuál es exactamente la importancia que tiene la aptitud emocional para la excelencia, comparada con las habilidades técnicas y el intelecto?
León C. – El supervisor como management para generar sinergia
114
Invest Apl Innov 1(2), 2007
maximice, creando un ambiente de cohesión, confianza
colectiva y solidaridad entre sus miembros; en otras pa-
labras, un equipo de trabajo. Premiando en público y lla-
mando la atención en privado, poseyendo el aplomo de
que al obtener resultados el supervisor – management
debe expresar: “mi equipo lo hizo”, cuando las cosas no
resultan como se esperó, debe decir “hay que ver la ma-
nera de mejorar sobre la base de lo aprendido” y final-
mente si los resultados son fatales y desastrosos, debe
decir: “yo soy el responsable y asumo las consecuencias”
y no buscar culpables para que el más débil asuma las
consecuencias, como suele pasar en nuestro país.
Con esta acción logra ejemplaridad como pilar para legi-
timarse frente a sus subordinados, sabiendo que existe
una filosofía explícita en que todos ganamos con nues-
tro esfuerzo. Es allí donde se logra consolidar la filosofía
de trabajo en equipo, viendo que su supervisor al mar-
gen de buscar ser servido, tiende a servir y apoyar a su
personal, conceptualizando como una cultura el servicio
per sé hacia los demás integrantes de la compañía, ge-
nerando un efecto multiplicador positivo. Estas acciones
repotencian actitudes sólidas para los diversos cambios
organizacionales y del mercado que se avizoran.
Finalizando, comentaremos a modo de epílogo que no
se puede contar con una cultura de servicio al cliente
externo sino se genera dentro de la empresa, una cul-
tura de servicio al cliente / proveedor interno que al fin
de cuentas son todos los trabajadores del conocimiento
que aportan sus competencias para llegar a las metas
que plantea la alta dirección.
CONCLUSIONES
• Un líder debe tener conciencia que sus decisiones,
aunque parezca insignificante, deben tener una tras-
cendencia que beneficie no sólo al grupo humano
que lidera, sino también a la humanidad.
• El supervisor tiene que entrenar sus habilidades hu-
manas o aptitudes emocionales en el día a día, y esto
es generalmente en su centro de labores, en actitudes
que nutran emocionalmente a sus colaboradores.
• Los especialistas en gestión humana están conven-
cidos que lo más importante para la contratación
de un ejecutivo es el peso que tiene su inteligencia
emocional.
• El supervisor debe convertirse en un management
dentro de la organización y frente a sus colaborado-
res, maximizando las potencialidades y minimizando
las debilidades de estos. También tiene que liderar
con el ejemplo en sus acciones que busquen la filo-
sofía de equipo: el ganar – ganar.
• No se puede contar con una cultura de servicio al
cliente externo sino se genera dentro de la empresa,
una cultura de servicio al cliente / proveedor inter-
no.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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León C. – El supervisor como management para generar sinergia
115
Invest Apl Innov 1(2), 2007
¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?¿To get quality through international accreditation or to get
international accreditation through quality assurance?
Pablo Moreno Romaní
RESUMEN
Las acreditaciones nacionales o internacionales, de las ca-
rreras de ingeniería y tecnología, se logran demostrando
que la calidad de los procesos administrativos y de do-
cencia cumplen los estándares establecidos por la profe-
sión para la cual se preparan los estudiantes.
El producto final de una buena educación superior es que
el egresado se inserte exitosamente al mercado laboral
y tenga un desarrollo de carrera que le permita ser exi-
toso. En esa línea, las instituciones de educación superior
que logran vincular sus planes curriculares y experiencias
prácticas con las tendencias de la industria y del mercado
laboral; es decir, aquellas que han tomado acciones estra-
tégicas orientadas a desarrollar y consolidar la relación
con los sectores social y productivo, son las que contribu-
yen efectivamente a la satisfacción de las necesidades de
la sociedad en su conjunto.
La iniciativa peruana del Instituto de la Calidad para la
Acreditación de Carreras de Ingeniería y Tecnología (ICA-
CIT), la actual coyuntura económica del país nos prepara
para tomar el camino por el cual se han decidido otros
países como Hong Kong, Corea e Irlanda y poder correr la
ola de la globalización.
El objetivo de este trabajo es llamar la atención de que
la situación económica favorable, la ventaja comparativa
del Perú y la iniciativa del ICACIT por liderar procesos de
acreditación nacional e internacional forman un escena-
rio oportuno para que los directivos tomen las decisiones
correctas de auto- evaluar las carreras de ingeniería y tec-
nología que conducen.
ABSTRACT
National or international engineering and technology pro-
gram accreditations will be achieved by demonstrating qua-
lity of administrative and learning processes and by the fulfi-
llment of standards established by the profession for which
students will prepare.
The final “good” of a high education is formed and well
equipped graduates who are successfully inserted into
the labor market. In that way, universities and institutes,
that manage curricular plans and practical experiences
with the tendencies of the industry and the labor market,
those that have decided to strategically orient themselves
to develop and to consolidate the relation with the social
and productive sectors, are those that contribute indeed
to the satisfaction of the needs of the society as a whole.
The objective of this paper is to create awareness, on the
favorable economic situation, the comparative advantage
of Peru and the initiative of the ICACIT to lead processes in
national and international accreditation, hoping that this
would generates an appropriate panorama so directors
can make right decisions to evaluate engineering and te-
chnology programs.
PALABRAS CLAVES
Acreditación, constituyentes, calidad educativa, objetivos
educacionales, resultados, globalización, ingeniería, tecnología.
KEY WORDS
Accreditation, constituencies, educational quality, program objec-
tives, program outcomes, engineering, technology, globalization.
INTRODUCCIÓN
Cada vez se escuchan más fuerte los campanazos de la
globalización. Hay países para los cuales el concepto
116
Invest Apl Innov 1(2), 2007
no es nuevo y se remonta a los años de la caída del
Muro de Berlín por allá por 1989. A esta realidad mun-
dial se asocia la ventaja comparativa de las naciones y
la competitividad de las empresas. En el primer caso,
nos referimos a la abundancia o escasez de recursos de
los que dispone un país y en el segundo la eficiencia
con que las empresas invierten recursos económicos y
humanos en la producción de bienes y servicios.
¿Cómo son las condiciones de producción de bienes y
servicios que forman parte de nuestra oferta exportable y
de consumo interno respecto a otros países?, ¿Cómo está
la situación de la educación superior en el Perú cuando
pensamos en la globalización?, ¿En qué están pensando
los directivos de las universidades e institutos de ingenie-
ría y tecnología?
Claramente se nota una relación entre las preguntas
expuestas y es posible que se nos ocurran muchas res-
puestas.
Desarrollar carreras eficaces, es decir cuyos egresados
logren insertarse con éxito al mercado laboral, pasa por
conocer la totalidad de los procesos involucrados en la
ejecución de un currículo; implementar planes o progra-
mas de mejora continua y optar por acreditaciones inter-
nacionales cuyos beneficios recaigan sobre los egresados
y docentes.
Compararnos y lograr las mejores prácticas de edu-
cación superior del mundo permitirán, en el largo pla-
zo, aprovechar la ventaja comparativa de nuestro país
dándole mayor valor agregado a los recursos naturales
y geográficos; formar e insertar egresados al mercado
laboral para que incrementen la productividad y com-
petitividad de las empresas y aporten al desarrollo eco-
nómico y social del país.
En el presente trabajo se presentan algunas definiciones
de la calidad en la educación así como la definición de
acreditación. Se presenta la situación actual de las carre-
ras de ingeniería y tecnología en el Perú; las iniciativas ac-
tivas peruanas que apuntan a preparar carreras con egre-
sados globales. Así mismo, se presenta el camino que han
tomado otros países para poder correr sobre la ola de la
globalización.
Finalmente se describe la experiencia de la carrera de
Electrónica y Automatización Industrial en Tecsup, al ser
reconocida internacionalmente, por ABET, el comité de
acreditación de carreras de ingeniería y tecnología de
Estados Unidos, como sustancialmente equivalente al ba-
chelor of engineering technology.
Calidad de la educación superior
La calidad de la educación superior “es un concepto plu-
ridimensional que debería comprender todas sus funcio-
nes y actividades: enseñanza y programas académicos,
investigación y becas, personal, estudiantes, edificios,
instalaciones, equipamiento y servicios a la comunidad y
al mundo universitario. Una auto-evaluación interna y un
examen externo [1].
Acreditación
La acreditación de acuerdo al Accreditation Board for En-
gineering and Technology (ABET), es la garantía de que
una carrera o programa logra estándares de calidad es-
tablecidos por la profesión para la cual se prepara a los
estudiantes. Por ejemplo: una carrera de ingeniería o
tecnología acreditada debe alcanzar los estándares de
calidad que la profesión de ingeniería o tecnología ha
establecido.
De acuerdo a datos de la Asamblea Nacional de Rectores,
en el Perú se ofrecen cerca de 1 200 carreras en institu-
ciones de educación superior. El 62% de ellas pertenecen
a las ramas de las ciencias sociales y apenas el 38% de
ellas pertenecen a las ramas de la ingeniería y tecnología.
“Las economías latinoamericanas van hacia industrias
con mayores requerimientos tecnológicos, para producir
exportaciones de mayor valor agregado. Necesitan más
técnicos…”[2], y más ingenieros.
En estos años hemos podido conocer a la mayoría de los
directores de las carreras de ingeniería, responsables de
proyectos de acreditación, responsables de institutos tec-
nológicos del Perú, jefes de oficinas de acreditación, coor-
dinadores de calidad de la educación, en todos los casos,
tanto de instituciones públicas y privadas. Los problemas
recurrentes que se tienen para implementar procesos de
calidad son: falta de presupuesto, falta de recursos huma-
nos capaces, falta de tiempo y falta de decisión de los di-
rectivos, por mencionar algunos.
Pero en las oportunidades en las que nos encontramos
con muchos de ellos hemos planteado algunas pregun-
tas, que aunque parecen de elementales respuestas no
lo son: ¿cada cuánto tiempo se actualizan los planes
curriculares y quiénes participan en la actualización?,
¿cómo está distribuida la teoría y la práctica?, ¿cuáles
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
117
Invest Apl Innov 1(2), 2007
son los Objetivos Educacionales de las Carreras que
deben lograr los egresados estando activos en el mer-
cado laboral?, ¿Cuáles son los Resultados de las Carre-
ras que deben ir alcanzando los estudiantes conforme
avanzan en su formación?, ¿Cuántos egresados tienen
las carreras?, ¿Cuántos de ellos están trabajando?, ¿En
qué mercado se encuentran las carreras?, ¿Cómo se
comporta el número de postulantes a las carreras que
se ofrecen?.
Lo que se pretende al plantear éstas preguntas es incen-
tivar el pensamiento crítico sobre: ¿Para qué se necesita
el presupuesto que falta?, ¿Para qué se necesita el recur-
so humano capaz?, ¿Para qué se necesita el tiempo que
falta? Quizá al ensayar buenas respuestas encontraremos
por qué los directivos no toman las decisiones que debe-
rían tomar.
Hablar de acreditación es hablar de calidad. Al pensar en
calidad, en varias de las citas anuales de la Semana de la
Calidad que se desarrollan desde hace varios años en el
Perú y en las conferencias de la última Convención Mine-
ra realizada en Arequipa, donde asisten emprendedores y
académicos, hay consenso que para implementar proce-
sos de calidad lo primero que hay que lograr es el íntegro
apoyo de las más altas autoridades de las instituciones.
Son ellos los que pueden responder las ocho preguntas
arriba expuestas.
Mi experiencia me ha enseñado que no hay ningún país
que tenga todo ni que no quiera todo. Hace mucho tiem-
po que sabemos cuál es el estado de la enseñanza supe-
rior del Perú; tratar de responder ¿por qué está como está?,
a estas alturas del partido es pernicioso. La propuesta es
que se revisen para, establecer procesos administrativos
y educativos, y mejorarlos. Para ello, se debe emplear es-
tándares comprobados internacionalmente; cuya base es
justamente la revisión y mejora continua.
¿Querer es poder?, ¡Hacer es poder!
La UNESCO se refiere, en el artículo 6 de la Declaración
Mundial sobre la Educación Superior en el Siglo XXI, a la
calidad como “La pertinencia de la educación superior
que debe evaluarse en función de la adecuación entre lo
que la sociedad espera de las instituciones y lo que estas
hacen”.
Irlanda tiene la producción más alta de Europa estimada
en 44 500 dólares per cápita (Perú: 6 600 dólares) [3]; so-
bre el 10% de los cuatro países más grandes, ocupando el
segundo lugar después de Luxemburgo. Su crecimiento
entre 1995-2004 ha sido en promedio de 7%; pasó de ser
un país agrícola a uno industrial de 46 %; exportando el
80 % de su producción que ocupa al 29 % de la fuerza
laboral.
Según la Organización Mundial de Comercio, durante los
años setenta, Perú, Corea y Hong Kong eran economías
cuyas exportaciones anuales totales alcanzaban aproxi-
madamente 1 000; 2 500 y 1 000 millones de dólares res-
pectivamente. Hoy en día mientras Perú ha multiplicado
sus exportaciones por 24, Corea lo ha hecho por 284 veces
y Hong Kong por 105 veces.
El ex Primer Ministro de Irlanda, en el último CADE realiza-
do en Arequipa opinó: “Dar el salto de país en desarrollo
hacia país desarrollado se llama “educación” y es aquello
que distingue al “Milagro Irlandés” y sus logros económi-
cos.
La decisión por invertir en la educación y apertura hacia
el exterior le ha dado a Irlanda, Corea y Hong Kong resul-
tados extraordinarios.
Acuerdos internacionales
En el mundo de la ingeniería y tecnología de los países
más desarrollados se han creado tres principales acuer-
dos. Los Acuerdos de Washington, Sydney y Dublín. A tra-
vés de estos acuerdos, los signatarios, entes independien-
tes que promueven la calidad de la educación superior,
reconocen la equivalencia de las carreras de ingeniería y
tecnología acreditadas.
Para echar a andar estos acuerdos, los signatarios han
intercambiado información y han examinado sus proce-
sos, políticas y procedimientos con el fin de conceder los
reconocimientos y acreditaciones de las carreras de inge-
niería y tecnología de programas académicos y llegar a la
conclusión de que son comparables.
Así, han desarrollado criterios de evaluación que aplican a
los programas de las carreras que lo solicitan. Ellos acredi-
tan y reconocen como sustancialmente equivalentes a los
programas comparándolos con las carreras de los países
signatarios.
Los países a los que pertenecen estos signatarios son
Estados Unidos, Japón, Malasia, China, Canadá, Australia,
Inglaterra, entre otros, y por supuesto a los dos milagros
económicos llamados Irlanda y Hong Kong.
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
118
Invest Apl Innov 1(2), 2007
¿Qué se está haciendo en el Perú?
Para citar el ejemplo de la minería, en el Perú, esta acti-
vidad en el 2006 aportó el 6,6% del PBI; el 63% del valor
total de las exportaciones; el 19% de los tributos totales;
el 36% del impuesto a la renta. Representa inversiones
identificadas para el período 2007-2014 que ascenderían
a valores entre USD 8 400 a 10 000 millones [4].
Esta actividad genera 95,000 empleos directos y 400,000
indirectos y US$ 1400 millones en compras internas. Es de-
cir es la actividad más importante junto con textiles y pro-
ductos agroindustriales. El Reporte de Inflación para Sep-
tiembre 2007 del BCR expresa que en el presente año los
términos de intercambio en la balanza comercial se incre-
mentarían 3,0 por ciento, por la evolución más favorable de
las cotizaciones de los metales respecto a lo esperado en
mayo. Pero que tendrían una corrección en los años 2008 y
2009, por menores precios de los minerales ante un menor
crecimiento mundial y altos precios de petróleo.
Dado que la minería es una actividad de producción a
menores costos, ¿Cómo estamos preparando a los inge-
nieros, tecnólogos y técnicos del sector para que sean
más productivos frente al escenario esperado?.
Las carreras de ingeniería y tecnología en el Perú, inicia-
ron proyectos para acreditar su calidad, con el objetivo de
enaltecer dichas profesiones.
Hace cuatro años cinco carreras de ingeniería y tecnología
se embarcaron en proyectos para obtener el reconocimien-
to internacional de acreditación. Ahora son 26 las carreras
que apuntan a obtener una acreditación con el objetivo de
enaltecer a sus egresados en dichas profesiones.
El Instituto para la Calidad y Acreditación de Carreras de
Ingeniería y Tecnología, ICACIT, lidera estos procesos de
Auto Evaluación que el Accreditation Board for Enginee-
ring and Technology (ABETv), de Estados Unidos, exige
para medir la situación educativa y administrativa de las
instituciones educativas y hacer comparables las carreras
entre los dos países.
Los criterios de evaluación consideran: Objetivos Educacio-
nales y resultados específicos de las carreras, planes de me-
jora continua, características específicas de las carreras, nivel
profesional y académico de la plana docente, infraestructura,
estructura organizacional y soporte financiero. El fin de estos
proyectos es lograr, tales estándares locales, que sean com-
parables y se puedan lograr acreditaciones internacionales.
La primera experiencia exitosa
De manera concreta, la carrera de Electrónica y Automa-
tización Industrial de Tecsup ha logrado recibir el reco-
nocimiento internacional de ABET, y es considerada una
carrera similar a las que se dictan en Estados Unidos que
otorga el Bachelor of Engineering Technology.
Acorde con la visión de “Ser la institución peruana de edu-
cación superior líder en tecnología, con prestigio y certifi-
cación internacional”, Tecsup inició en el 2003 el proyecto
de acreditación de la carrera de “Electrónica y Automati-
zación Industrial”, evaluándola primero de manera interna
para constatar que reúna condiciones correspondientes
al rango al que aspiran “Bachelor of Engineering Techno-
logy” de Estados Unidos; es decir, que su plana docente, el
plan de estudios, la infraestructura y recursos financieros,
que intervienen en la formación están acorde con las exi-
gencias que se definieron, y aseguran que lo que se dice
que hace efectivamente se hace.
Estas condiciones tienen que ser continuamente revisa-
das y deben proponer acciones concretas de mejora a
cada una de las variables relacionadas con la educación
y administración de una carrera acreditable y sobre todo
debe ser similar en calidad y experiencias a una que se
dicte en Estados Unidos.
Modelo propio: el plan de mejora continua (PMC)
El PMC es un sistema dinámico desarrollado en Tecsup,
que define las acciones de Medición, Evaluación y Mejora
de los Objetivos y Resultados de las carreras, y que tiene
por finalidad sistematizar la optimización en los servicios
educativos y administrativos que se brinda.
La ejecución del PMC permite medir, mediante la aplica-
ción de 14 herramientas de medición, cualitativa y cuan-
titativamente, el logro de los objetivos de corto plazo lla-
mados Resultados de los Programas y objetivos de largo
plazo, llamados Objetivos Educacionales. Ver: Figura 1:
“Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup”.
El hecho que los alumnos y egresados logren estos dos
elementos permite que el programa logre su misión y por
ende se alcancen la misión y visión de la institución.
El logro de los OEP se mide a través de la aplicación de
4 herramientas de medición: (1) encuestas a egresados,
(2) encuestas a empleadores, (3) seguimiento de los movi-
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
119
Invest Apl Innov 1(2), 2007
mientos de todos los egresados para conocer la evolución
laboral, remunerativa y plan de desarrollo profesional, y
(4) reuniones del Comité Técnico Consultivovi.
El logro de los Resultados se mide a través de la aplica-
ción de 5 herramientas de medición: (1) los criterios de
desempeño, que permite una medición directa de las ha-
bilidades, conocimientos que los alumnos deben ser ca-
paces de hacer y conocer, (2) medición del desempeño de
estudiantes en pasantías en empresas, (3) medición del
desempeño de los estudiantes en prácticas de tres meses
en la empresa, (4) encuestas a estudiantes sobre Resul-
tados, (5) entrevistas a estudiantes, para medir el grado
en que cada uno de ellos entiende la diversidad cultural
y cómo perciben su responsabilidad social y ética en el
ejercicio de la profesión y la necesidad de educación a lo
largo de la vida; así como su nivel de comunicación.
Los Objetivos de los cursos se miden durante la ejecución
de cada asignatura a lo largo de la carrera. Una vez que se
miden el logro de los OEP y Resultados los cinco entes de
evaluación proponen mejoras.
¿Qué se hace con lo que se mide?
En la etapa de evaluación se toma la información obteni-
da de la medición con la finalidad de proponer acciones
de mejora al logro y formulación de los Objetivos Educa-
cionales de los Programas, (OEP) y Resultados de los Pro-
gramas. La evaluación se lleva a cabo a través de cinco
entes de evaluación: (1) Comité Central de Mejora, (2) Co-
mité de Programa, (3) Comité Técnico Consultivo, (4) Co-
mité de Servicios a Estudiantes y Egresados y (5) Jefatura
del Departamento. En este proceso están involucrados
los docentes, alumnos, egresados, miembros de empre-
sas, personal administrativo y directivo de Tecsup.
Un ejemplo es la medición del logro de los Objetivos Edu-
cacionales del Programa Mantenimiento de Maquinaria
de Planta, realizado de acuerdo al cronograma de ejecu-
ción del Plan de Mejora Continua, para el 2006 y 2007; la
próxima medición se realiza en enero del 2008.
Las acciones de mejora se implementan por cada jefe de
departamento. El comité que genera las acciones de me-
jora verifica en sus reuniones periódicas la implementa-
ción y resultados obtenidos y conserva las evidencias del
trabajo realizado en agendas y actas de reuniones.
Proyecto de acreditación
La acreditación exigió trabajo interno y externo. El
trabajo interno consistió en la asignación de recursos
para la realización del proyecto; la conformación del
equipo de trabajo; conocimiento de los criterios de
evaluación de ABET, capacitación del equipo de traba-
jo; capacitación del personal administrativo y docente;
así mismo, de los alumnos, egresados y empleadores
de los egresados. Se trabajó un inventario de los pro-
cesos de la gestión educativa y administrativa de apo-
yo, y con todo eso se elaboró un auto estudio o auto
evaluación, sobre la base de los criterios de evaluación
de ABET que consideran los OEP, Resultados, Plan de
Mejora Continua, Características de la Carrera o Progra-
Figura 1 - Modelo de Plan de Mejora Continua de Tecsup.
Tabla 1 - Medición de las OEP del programa Mantenimiento de maquinaria de planta.
Tabla 2 - Logro de los OEP período 2006-2007.
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
120
Invest Apl Innov 1(2), 2007
ma, Nivel profesional y relación industrial de la Plana
Docente, Infraestructura, Equipamiento y Software, Dis-
posición de Recursos Financieros, Características Espe-
cíficas de la Carrera con Relación al Nivel de Bachelor
in Engineering Technology de Estados Unidos. En esta
auto-evaluación se describieron todas las fortalezas y
debilidades de la carrera y se determinaron las brechas
para trabajar en la mejora de manera eficiente.
Etapas de la acreditación
Se realizaron visitas de campo en dos etapas. Una visita
de capacitación del equipo de Tecsup a Estados Unidos
y dos visitas de evaluadores norteamericanos a la sede
de Tecsup. Durante las visitas a Tecsup, revisaron proce-
sos académicos y administrativos, se entrevistaron con
los directivos, jefes de departamento, docentes, alum-
nos, egresados y miembros de empresas. Las visitas tu-
vieron una duración de tres días.
RESULTADOS
La acreditación o reconocimiento internacional se lo-
gra mostrando carreras que tienen sus procesos ad-
ministrativos y de docencia identificados. Es necesa-
rio demostrar que estos procesos son medidos y los
resultados obtenidos, evaluados para determinar las
mejoras en los objetivos de corto y largo plazo de las
carreras.
Se logró la acreditación a través de la calidad de la ense-
ñanza demostrada.
La mejora de la calidad de las carreras de ingeniería y
tecnología en el Perú tienen la gran posibilidad de apro-
vechar los conocimientos de la experiencia realizada por
Tecsup.
Han participado en las evaluaciones de la carrera de Elec-
trónica y Automatización Industrial, voluntarios del Institu-
te of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), asociación
técnico-profesional mundial dedicada a la estandariza-
ción. El Dr. Tom Cain ex Presidente Mundial del IEEE y el
Dr. Mario González profesor de la Universidad de Austin-
Texas; el experto en acreditación el Dr. Fred Emshousen, de
la Universidad de Purdue de Indiana. Frank Hart, decano
de la Escuela de Tecnología en Ingeniería y Ciencias de la
Computación de Bluefield State College de West Virginia;
el Dr. Scott Dunning de la Universidad de Maine y David
Baker, del Rochester Institute of Technology todos recono-
cidos en la docencia e investigación en USA.
CONCLUSIONES
Queda expuesto que la situación económica es favo-
rable, que el Perú tiene ventajas comparativas y que el
ICACIT se encuentra en buen momento. El escenario es
oportuno para que los directivos de las facultades de
ingeniería y tecnología vayan a sus puestos de trabajo
y pregunten sobre los objetivos de corto y largo plazo
de las carreras que dirigen para considerar los principios
orientadores de las instituciones de educación superior
y los intereses de los constituyentes (docentes, egresa-
dos y empresas).
Las condiciones para presentarse a procesos de evaluación
internacional son pruebas para las que se debe estar prepa-
rado. Las acreditaciones y reconocimientos internacionales
se logran con calidad en la enseñanza y en la administración
de recursos que demuestran las carreras e instituciones efi-
caces. La calidad se refiere a una vía para la mejora continua
de las carreras.
La decisión de directivos, las posibilidades y exigencias
que se abren al Perú en términos de competitividad y
productividad y la, quizá, única interacción en América
Latina alrededor de una institución como el ICACIT, for-
man esa ola que nos llevará a ser parte de los tres princi-
pales acuerdos: Washington, Sydney y Dublín en donde
se reconocerá la equivalencia de las carreras de ingeniería
y tecnología del Perú y a nuestros egresados como egre-
sados del mundo.
i Institución peruana que lidera procesos de acredita-
ción y auto- evaluación.
ii Declaraciones específicas de habilidades, conoci-
mientos, aptitudes, experiencias que los egresados
van a poder demostrar a los pocos años de haber
egresado.
iii Declaraciones específicas de habilidades, conoci-
mientos, aptitudes, experiencias que los alumnos van
a poder demostrar al momento de su graduación.
iv Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía
v Accreditation Board for Engineering and Technology;
establecida en 1932 congrega a 28 sociedades pro-
fesionales y técnicas en ciencias aplicadas, computa-
ción, ingeniería y tecnología de Estados Unidos.
vi Los Comités Técnicos Consultivos están conformados
por miembros de empresas de producción y servi-
cios que emplean a egresados de Tecsup, docentes,
jefes de departamento y coordinadores de la oficina
de calidad. Estos comités se reúnen para conocer las
tendencias de la industria y las inversiones que ellos
realizan en activos fijos.
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
121
Invest Apl Innov 1(2), 2007
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Washington, la mentira populista y la esperanza de
América Latina- 9ª ed.- Buenos Aires: SUDAMERICANA,
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consigue en <www.cia.gov/library/publications/the-
world-factbook/index.html>
4. Banco Central de Reserva del Perú, Panorama Actual y
Proyecciones Macroeconómicas; septiembre 2007.
Moreno P. – ¿Calidad a través de acreditaciones internacionales o acreditaciones internacionales a través de la calidad?
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impactoInfluence of the temperature of anneling in the fracture
toughness of the steel SAE 1045 by means of test of impact
Jorge Rodríguez Llapa, Manuel Vizcarra Bellido
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo es la evaluación del com-
portamiento del acero SAE1045 cuando estan previa-
mente expuesto a un tratamiento térmico de templado y
revenido, es sometido a un ensayo de impacto. Para esto
se mecanizó las probetas de acuerdo con normas ASTM,
posteriormente se procedió a realizar un tratamiento
térmico de temple y revenido a dichas probetas en un
horno eléctrico con control electrónico de temperatura;
finalmente se deja enfriar las probetas a temperatura am-
biente y se mide la dureza obtenida. Para el estudio de la
influencia de la temperatura en el revenido del acero SAE
1045 se realiza el ensayo de impacto a las probetas reve-
nidas a diferentes temperaturas (500, 600 y 700º C). De
este estudio se deduce que efectivamente el aumento de
la temperatura de revenido, incrementa la tenacidad del
acero, pero sacrifica la dureza y permite conocer patrones
falla por impacto de componentes mecánicos siguiendo
las normas de ensayos de materiales de la ASTM.
ABSTRACT
The target of the present work is the evaluation of the
behavior of the steel SAE1045 when been previously ex-
posed to a thermal treatment of quench and anneling, it
is to subject a test of impact. For this the specimen test
were mechanized in accordance with norms ASTM, later
one proceeded to realize a thermal treatment of quench
and anneling to the above mentioned specimen test in
an electrical oven with electronic control of temperature;
finally it allows itself to air cool the specimen test to tem-
perature enviroment and the obtained hardness measu-
res itself. For the study of the influence of the tempera-
ture in the anneling of the steel SAE 1045, carries out the
test of impact to the anneling specimen test for different
temperatures (500, 600 and 700º C). Of this study it is de-
duced that really the increase of the temperature of an-
neling, increases the fracture toughness of the steel, but
sacrifices the hardness and allows to know that it failure
patterns for impact of mechanical components following
the norms of test of materials of the ASTM.
PALABRAS CLAVES
Ensayo de impacto, templado, revenido, patrón de falla,
tenacidad.
KEY WORDS
Impact test, quench, anneling, failure pattern, fracture
toughness.
INTRODUCCIÓN
Nuestro país se encuentra en una fase de desarrollo muy
amplia en cuanto a proyectos de ingeniería. La calidad
de los aceros (en cuanto a sus propiedades mecánicas) a
emplear es determinante en el éxito o fracaso de dichos
proyectos, que en algunos casos pueden llegar a miles de
millones de dólares de pérdidas.
El desconocimiento del comportamiento de los aceros so-
metidos a diferentes temperaturas de trabajo implica que
las estructuras o construcciones mecánicas colapsen. Un
claro de ejemplo de la influencia de la temperatura en el
cambio de las propiedades mecánicas fue el hundimiento
del Titanic sólo por mencionar uno.
El ensayo de impacto permite evaluar la energía absorbi-
da en la zona elástica de la curva esfuerzo deformación
en una probeta de acero, bajo ciertas condiciones, carac-
terizándose dicha energía en una fractura que puede ser
frágil o dúctil. Este ensayo ha sido empleado desde hace
60 años para evaluar las propiedades mecánicas de los
materiales. El ensayo de Charpy es muy importante ya que
123
Invest Apl Innov 1(2), 2007
nos permite relacionar el aspecto empírico con el com-
portamiento del material durante su vida útil en función
de su calidad.
La metodología de trabajo para el presente ensayo fue
la siguiente: se prepararon nueve probetas normalizadas
según la norma de la ASTM (American Society for Testing
and Materials- sección ensayos de impacto), luego se pro-
cedió a templar en aceite las probetas, se dejó enfriar a
temperatura ambiente y se realizó el revenido de dichas
probetas a diferentes temperaturas (500ºC, 600ºC y
700ºC) dejándolas enfriar de forma natural al medio am-
biente.
Una vez que todas las probetas alcanzaron la temperatura
ambiente se procedió a medir su dureza para verificar su
cambio de propiedades. Finalmente se realizó el ensayo
de impacto a estas probetas siguiendo los procedimien-
tos normalizados.
Mediante los resultados obtenidos se comprobó que a
una mayor temperatura de revenido del acero SAE 1045
se logra un incremento de la tenacidad del mismo, pero
disminuyendo su dureza, coincidiendo con los funda-
mentos teóricos de comportamiento de los aceros.
La presente investigación nos permitirá tener un mejor
conocimiento del comportamiento de los aceros en apli-
caciones industriales, como por ejemplo: los resortes de
válvulas de motores de combustión interna, los cuales
son sometidos a tratamientos térmicos de templado y re-
venido y adicionalmente nos permitirá realizar un mejor
diagnóstico de falla por impacto de componentes mecá-
nicos, ya que la probeta ensayada por impacto nos dará
un patrón de falla característico de rotura.
Ensayo de impacto
Este ensayo se caracteriza por evaluar la energía de im-
pacto que absorbe el material, cuya capacidad de resistir
el impacto de un golpe se suele llamar tenacidad. El ensa-
yo permite apreciar la influencia de ciertos factores en el
comportamiento mecánico de materiales en condiciones
de trabajo.
Este ensayo consiste en golpear mediante una maza
(martillo de impacto) una probeta que se sitúa en el so-
porte de la máquina de ensayo, la maza que está acopla-
da al extremo del péndulo se deja caer desde una altura
que controla velocidad de aplicación de la carga en el
momento del impacto, cuya energía absorbida por la pro-
beta produce su fractura, lo que se determina a través de
las diferencia de energía potencial del péndulo antes y
después del impacto.
La fabricación de las probetas debe ser hechas de acuer-
do a norma; en caso contrario esto provocaría concentra-
ción de esfuerzos, tensiones en zonas puntuales, no per-
mitiendo un adecuado análisis.
Otro aspecto importante es la temperatura ambiente y
condiciones de ejecución de la prueba; al momento de
realizar el ensayo es recomendable utilizar las pinzas con
las características que indica el estándar.
Al ser impactada la probeta por la maza, se va a producir
una fractura, básicamente puede ser de dos tipos: frágil y
dúctil, característica que depende de su capacidad para
absorber energía durante el ensayo. La fractura se da en
dos partes: la formación de la grieta y su respectiva pro-
pagación en función de la energía absorbida.
Tratamiento térmico
Es someter un material a un proceso térmico que tiene
por finalidad cambiar o alterar las propiedades del acero.
Es decir que, para un determinado contenido de carbono
se puede obtener un acero altamente resistente y frágil
o de una baja resistencia y elevada tenacidad, lo cual se
dará de acuerdo con la aplicación buscada.
Dentro de los tratamientos térmicos más usados se tiene:
templado, recocido, revenido y normalizado.
En la presenta investigación nos centraremos en el tem-
plado y revenido.
Templado: Tratamiento térmico donde se busca obtener
que el acero esté constituido por martensita. La veloci-
dad de enfriamiento es rápida para evitar la transforma-
ción de la austenita en ferrita y perlita.
Revenido: Al realizar un enfriamiento rápido en el templa-
do, la martensita obtenida es muy frágil, lo cual imposibilita
su uso, entonces se somete el material a un proceso de re-
venido de la martensita, lo cual permite mejorar las propie-
dades mecánicas del acero en la ductibilidad y tenacidad.
Procedimiento experimental
Material Analizado:
El material seleccionado para su estudio en este trabajo
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
124
Invest Apl Innov 1(2), 2007
ha sido el acero SAE 1045 de fabricación nacional que tie-
ne las siguientes características:
Etapas del ensayo:
La primera etapa del ensayo consistió en el mecanizado
de 12 probetas para el ensayo de impacto, por lo cual se
procedió a maquinar dichas probetas utilizando máqui-
nas herramientas convencionales y respetando las di-
mensiones y tolerancias especificadas en la norma ASTM
E23-05 punto 7. La probeta elegida a mecanizar fue de
tipo A.
La segunda etapa del ensayo fue realizar el tratamiento
térmico de templado a las probetas, lo cual se hizo en un
horno de inducción con control digital de temperatura,
logrando alcanzar las temperaturas recomendadas (800º
C, para asegurar la austenización de las probetas ensa-
yadas), eligiendo como medio de enfriamiento el aceite
para las probetas de la número 2 a la 9 y enfriando por
agua a la probeta número 1. A las tres probetas restantes
no se les realizó tratamiento térmico de templado, con el
fin de tener un valor normal de propiedades mecánicas.
La tercera etapa consistió en realizar un revenido a 9 pro-
betas en horno eléctrico, 3 probetas se revinieron a 500º
C, 3 probetas a 600 º C y finalmente 3 probetas a 700º C
(límite de revenido). El enfriamiento de las probetas fue
de forma natural hasta alcanzar la temperatura ambien-
te. Para medir las temperaturas de las probetas se utilizó
un medidor láser de temperatura con el objetivo de no
tocar las probetas y causar una variación de temperatura,
(la precisión de este instrumento es de 0,1 º C). Se eligió
dichos rangos de temperaturas por ser usuales en la in-
dustria.
La cuarta etapa del ensayo fue realizar la medición de du-
rezas a las 12 probetas aplicando el estándar ASTM E-92-
82 reaprobado 2003, en una máquina de ensayo con in-
dentadores normados para medición de dureza Vickers.
La fórmula de cálculo de dureza Vickers en función de las
características geométricas de la huella es:
HV = 2Psen(a/2)/d2 = 1.8544P/d2
Donde:
P: Fuerza en kgf
d: Diagonal en mm.
a: Ángulo del diamante.
La fuerza aplicada para el presente ensayo fué de 20kgf
para las probetas revenidas y 50kgf para las probetas sin
tratamiento.
La quinta etapa consistió en someter las 12 probetas a en-
sayos de impacto por el método Charpy de acuerdo con la
norma ASTM E23-05 punto 8.3, dentro de los parámetros
de temperatura ambiente recomendados 20 ± 5 º C. El
equipo utilizado cuenta con un certificado de calibración
vigente al momento de realizar el ensayo, cabe mencio-
nar que este equipo cuenta con un sistema de adquisi-
ción de data de energía, el cual toma en cuenta la fricción
del aire al momento que el martillo cae para impactar las
probetas.
Tabla 1 - Composición química del acero SAE 1045.
Elemento
C
Mn
P
S
Acero SAE 1045
0,45%
0,75%
0,04%
0,050%
Tabla 2 - Propiedades mecánicas del acero SAE 1045.
Elemento
SAE 1045
Límite de Fluencia
kg/ cm2
4500
Resistencia a la
tracción en kg/ cm2
7500
Figura 1 - Probetas preparadas de acuerdo a ASTM E23-05. Tipo A.
Figura 2 - Posicionamiento de la probeta en la máquina de ensayo de impacto.
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
RESULTADOS
Los resultados obtenidos en los ensayos de impacto por
el método Charpy a las probetas revenidas y al natural nos
muestran lo siguiente:
Analizando los resultados se aprecia claramente que la
resiliencia se incrementa a medida que aumenta la seve-
ridad de revenido, los valores del acero al natural mues-
tran un promedio de 54.18 J/cm2, el cual comparado con
el promedio del primer revenido a 500ºC deja ver un gran
salto en la capacidad de absorber la energía de impacto.
Nótese que la dureza del acero con un revenido de 700ºC
tiene un valor próximo al del acero al natural, sin embargo
su resiliencia es notablemente mayor.
Analizando ahora los aceros revenidos se aprecia que me-
jora su tenacidad; comparando el revenido a 600ºC (113,16
J/cm2) con el de 500ºC (71,54 J/cm2) mejora su resiliencia
en 132% de valor apreciable, sin embargo el mayor salto
en resiliencia se da en el revenido de 700ºC (183,51 J/cm2)
con respecto al de 600ºC (113.16 J/cm2) obteniendo una
mejora de 89%, pero si comparamos el de 700ºC con el
revenido de 500º el incremento es de 339%.
La evolución de la dureza va en sentido inverso a la tem-
peratura de revenido, esto debido a que la martensita va
aliviando sus tensiones y en temperaturas altas se trans-
forma en otros constituyentes más estables, este análisis
es tema de otra investigación.
CONCLUSIONES
Después de haber concluido satisfactoriamente los ensa-
yos de impacto, se llegó a las siguientes conclusiones:
• Se verificó que el incremento de la temperatura en el tratamiento térmico de revenido mejora la tenacidad en el acero SAE 1045 , de una capacidad de absorción de energía de impacto de 54,18 J/cm2 a 183.51 J/cm2 estando apto este material para trabajar en condicio-
nes superiores de energía de impacto.
• Para el acero SAE 1045, se recomienda realizar un tem-
ple en aceite, debido a que el temple en agua resul-
ta ser muy severo para este material. En los ensayos
Charpy realizados, la probeta numero 1 templada al
agua se fisuró por la excesiva tensión interna, produc-
to de la mayor velocidad de enfriamiento en agua.
• Observando las fracturas de las probetas se nota clara-
mente que las revenidas a 500ºC presentan una frac-
Figura 3 - Probetas con Revenido a 500º C después de la prueba de impacto.
Figura 4 - Probeta sin tratamiento térmico después del impacto.
Resiliencia
(J/cm2)
Promedios
(J/cm2)
Dureza
Vickers Hv
Al natural
Revenido a 500ºC
Revenido a 600ºC
Revenido a 700ºC
49,20
69,78
115,96
176,48
59,15
73,31
115,96
198,21
54,18
71,54
107,56
175,84
54,18
71,54
113,16
183,51
212,80
441,00
321,00
286,00
Tabla 3 - Valores de resiliencia obtenidos en el ensayo Charpy.
Figura 5 - Curvas de Resiliencia de las probetas ensayadas a dife-rentes temperaturas de revenido del acero SAE 1045.
Figura 6 - Curvas de Resiliencia vs. Temperatura de Revenido del acero SAE 1045.
Influencia del revenido en laResilencia del Acero SAE 1045
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
1 2 3
Al natural
Revenido a 500ºC
Revenido a 600ºC
Revenido a 700ºC
Evolución de la Reciliencia en función de la Temperatura de Revenido
200.00
150.00
100.00
50.00
0.001 2 3
Promedios
3
SinTratamiento
Revenidoa 500º C
Revenidoa 600º C
Revenidoa 700º C
Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
126
Invest Apl Innov 1(2), 2007
tura de 90º, lo cual indica que se trata de una fractura
frágil, además que su superficie presenta un grano
fino producto de un correcto procedimiento de tem-
ple, mientras que las probetas sin revenido presentan
una fractura parcial.
• La fractura de las probetas revenidas a 600ºC y 700ºC,
presentan una fractura ondulada, lo cual indica la dis-
minución de las tensiones internas, pero la superficie
presenta una mayor rugosidad e incremento del ta-
maño de grano, verificado por la disminución de la
dureza de estas probetas.
• Las formas de las fracturas obtenidas en los ensayos
Charpy nos pueden permitir establecer patrones tí-
picos de falla de aceros que hayan sido sometidos a
templado y revenido y que se utilicen en aplicaciones
industriales.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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3. Volume 03.01. Standard Practices por Force Verifi-
cation of Testing Machines. Designation E4-03.
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Complutense de Madrid, 28040. Madrid. España. Junio
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Rodríguez, J. Vizcarra, M. – Influencia de la temperatura de revenido en la tenacidad del acero SAE 1045 mediante ensayo de impacto
127
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Medición de flujo en líquidos con válvulas de controlLiquid Flow Measurement with Control Valves
Henry Gómez Urquizo
RESUMEN
Los medidores de flujo para conductos cerrados más co-
nocidos son los de placa orificio, los cuales aprovechan
la diferencia de presión que se produce a través de una
restricción en el conducto para medirla y luego calcular
el flujo que produce la caída de presión. De otro lado,
una válvula de control utiliza un tapón y un asiento para
estrangular el área y variar el caudal; es decir, la válvu-
la tiene un orificio cuya sección transversal es constante,
pero por la acción del obturador el paso es variable. Este
arreglo es semejante a la disposición física que se tiene en
un medidor de flujo tipo placa orificio.
Por lo tanto, las ecuaciones que permiten calcular el flujo
por un medidor placa orificio, también serían válidas para
calcular el flujo a través de una válvula de control. En esta
investigación se han establecido las relaciones matemá-
ticas del flujo en función de la posición del vástago y la
presión diferencial, teniendo en cuenta cómo afecta la
instalación sobre el comportamiento de la válvula en una
aplicación a presión variable. Estas relaciones matemá-
ticas, se han probado experimentalmente, aplicándolas
a un sistema modular con diferentes válvulas de control
para medir el flujo con agua en condiciones semejantes a
las industriales. Los resultados obtenidos muestran que
nuestra hipótesis es válida en un rango específico y en
condiciones especiales.
ABSTRACT
The well known flowmeter for tubing are plate orifice,
these one use the differential pressure through a restric-
ted tube, to measure and after that compute de flow rate
produced by differential pressure. In the other side, a
control valve uses a plug and a seat arrangement to res-
trict the area and vary the flow rate; that means, we have
in the valve an orifice which transversal section is cons-
tant, but because the plug action the passing is variable.
This arrangement looks like the physical arrangement in a
plate orifice flowmeter. This way, the equations to compu-
te the rate flow in a plate orifice flowmeter, will be valid to
compute the flow rate thought a control valve. In this pa-
per, we have defined the flow rate mathematical relations
as a functions of spindle stroke and differential pressure,
taking into account how the installations on control valve
performance affects in application with variable pressure.
These mathematical relations we have tested experimen-
tally, applying to a modular system with different control
valves to measure the water rate flow in conditions like in-
dustry. The outcomes obtained show that our hypothesis
is valid for specific range and special conditions.
PALABRAS CLAVES
Capacidad de válvula, característica inherente, caracterís-
tica instalada, medición de flujo.
KEY WORDS
Valve capacity, inherent characteristic, installed characte-
ristic, flow measurement.
INTRODUCCIÓN
Para controlar el flujo de líquidos a través de tuberías se
requiere por lo general de tres tipos de instrumentos: el
medidor de flujo, el controlador de flujo y la válvula de
control. Independientemente de la tecnología utilizada
por el medidor de flujo, este finalmente convierte algún
parámetro físico proporcional al flujo a una señal estanda-
rizada que se transmite al controlador; el cual mediante
el algoritmo de control apropiado, establece la diferencia
entre el valor deseado de flujo y el valor real para entre-
gar a la válvula de control otra señal que compense esta
diferencia.
128
Invest Apl Innov 1(2), 2007
El cálculo del flujo mediante la lectura de la caída de pre-
sión a través de una restricción en una tubería, es tal vez
la técnica de medición más comúnmente utilizada en
aplicaciones industriales. Las caídas de presión genera-
das por una amplia variedad de restricciones geométricas
han sido bien estudiadas a lo largo de los años y están
bien documentadas en textos de instrumentación y con-
trol [1], así como en Internet [2].
El control del flujo por una tubería requiere de una vál-
vula de control, si consideramos que la válvula de control
permite variar el caudal mediante el estrangulamiento
del conducto, es decir, en la válvula se tiene un orificio
cuya sección transversal es constante, pero gracias a la
presencia de un tapón u obturador, la luz a través de ella
es variable de acuerdo a su posición. Este arreglo es muy
semejante a la disposición física que se tiene en un medi-
dor de flujo tipo placa orificio.
Se ha visto que cuando restringimos el paso de un fluido
a través de un conducto se origina una presión diferencial
que obliga a que el fluido transcurra a mayor velocidad
por el estrangulamiento. Esta presión diferencial, según el
principio de medición de los medidores placa orificio, está
relacionada con el flujo a través de la tubería. Por lo tan-
to las ecuaciones de la medición de flujo con medidores
placa orificio son válidas para el flujo a través de válvulas
de control.
Así, en un lazo de control de flujo, si la presión diferencial
generada por la válvula de control puede relacionarse con
el flujo, entonces el medidor de flujo puede ser completa-
mente eliminado y sólo utilizar la válvula como medidor
y regulador de flujo. Esta idea se ha desarrollada mate-
máticamente y contrastado experimentalmente. Aunque
la idea puede aplicarse a todo tipo de fluidos, para los
propósitos de esta investigación, sólo se ha considerado
como fluido el agua fresca.
Medición de flujo por presión diferencial
El flujo Q a través de un medidor de presión diferencial
convencional como el de la Figura 1 está dado por la
Ecuación 1.
(1)
donde Cd es el coeficiente de descarga y dP es la presión
diferencial medida a través del medidor; esto resulta de
tomar la diferencia de las presiones P1 y P
2, es decir antes
y después de la placa orificio.
Esta ecuación es la forma general del flujo en función de
la presión diferencial, sin embargo para líquidos, la ecua-
ción 2 es la más utilizada por los fabricantes de medido-
res de flujo [3].
(2)
Aquí, 5,668 es un coeficiente que se deriva del tipo de
unidades utilizada, Fa es el factor de expansión del orificio
que depende del tipo de material del medidor, K es el
coeficiente de flujo, d es el diámetro del orificio, dp es la
presión diferencial a través del medidor y gf es la grave-
dad específica del fluido.
Coeficiente de flujo de válvulas de control
El método más aceptado para el dimensionamiento de
válvulas de control es conocido como el procedimiento
del Cv. El Coeficiente de Flujo o Cv de una válvula depen-
de del tipo, diámetro y grado de apertura del dispositivo
obturador.
La fórmula básica para el cálculo del Cv en líquidos es:
(3)
Donde Q es el caudal para líquidos en (gal/min) y en con-
diciones estándar (60 °F y 14,7 psia); PV es la pérdida de
carga en la válvula en (psig); P1 es la presión aguas arriba
(psia); P2 es la presión aguas abajo (psia) y es la densidad
relativa del líquido respecto del agua a 60 °F.
Figura 1 - Medidor placa orificio.
Figura 2 - Válvula de control.
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
129
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Según norma ANSI/ISA [ ], la determinación del Cv para
fluidos incompresibles como el agua, está dada por la
ecuación:
(4)
Se ha introducido el factor N1 de acuerdo a las unidades
utilizadas, Fp es un factor de corrección para cuando se
tiene reductores o accesorios para acoplar la válvula a la
instalación, Gf es la gravedad específica del fluido y ∆P es
la presión diferencial.
Cálculo del flujo en válvulas de control
Primer método: flujo en función de la carrera del vástago de
la válvula.
Cuando una válvula de control se instala en un proceso
que es impulsado por una bomba, la presión que cae en
la válvula es variable (Figura 3), por lo tanto su caracterís-
tica de caudal inherente sufre profundas alteraciones. El
grado de las alteraciones depende del proceso, del tipo
de instalación, resistencias relativas al fluido, etc. En esa
situación, la característica de caudal inherente (Cv) pasa a
denominarse característica de caudal instalada (Cvr).
En función de la relación PR que hay entre la caída de pre-
sión a través de la válvula y la caída de presión total del
sistema, la característica de caudal instalada puede alte-
rarse considerablemente. Lo que es más interesante aún,
es que si la característica de caudal inherente fuera lineal,
esta tiende a la apertura rápida conforme la relación en-
tre las presiones disminuya, mientras que las característi-
cas inherentes igual porcentaje y parabólica modificada
tienden a lineal según se puede apreciar en la Figura 4.
Obteniendo la característica instalada de una válvula
y mediante análisis de regresión se puede determinar
un modelo matemático que permitiría el cálculo del
flujo en términos del desplazamiento del vástago de
la válvula.
Segundo Método: Flujo en función de la presión diferencial.
Si de la Ecuación 4 despejamos el término Q, tendremos
la posibilidad de determinar el flujo conociendo la caída
de presión en la válvula, esta ecuación se parece a la Ecua-
ción 2 para medidores placa orificio. Ahora los términos
N1, Fp y f permanecen constantes en una instalación, el
único que cambia de acuerdo a la posición de la válvula
será el valor de Cv.
Esta relación ya ha sido establecida en textos de la espe-
cialidad [ ], entonces se tendría:
(5)
donde Cv es la capacidad de válvula; N1 es una constante
para el dimensionamiento de la válvula en unidades de
flujo volumétricas, que puede ser 0,0865 cuando se use
m3/h y kPa, ó 0,865 cuando se use m3/h y bar y será 1,00
cuando se use gpm y psia; FP es un factor de corrección
que tiene en cuenta las pérdidas de presión debido a las
conexiones que se utilizan para insertar la válvula en el
circuito de tuberías. Estas pérdidas se deben a la utiliza-
ción de reductores, codos o tees, el factor no tiene di-
mensiones y es igual a 1,00 cuando no se usan estos ac-
cesorios, sin embargo cuando se usen, el FP a considerar
debe hallarse experimentalmente o buscarse en tablas.
P1 y P
2 son las presiones aguas arriba y aguas abajo de la
válvula y es la densidad relativa del líquido respecto del
agua a 60 °F.
Reemplazando los valores conocidos en la Ecuación 5, ha-
ciendo =1 que sería la densidad relativa del agua en con-
diciones ambientales y considerando que la capacidad
de válvula real Cvr
esta representando a todos los factores
que afectan el flujo, obtenemos la Ecuación 6.
(6)
De igual forma como en el método anterior, por análisis
de regresión obtenemos un modelo matemático para cal-
cular el flujo en términos de la presión diferencial.
Implementación
Para verificar los dos métodos de determinación del flujo
se ha utilizado los módulos de experimentación que se
muestran en la Figura 5.
Figura 3 - Instalación a presión variable.
Figura 4 - Características instaladas.
Característica instalada
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
130
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Los módulos de experimentación dispuestos según el
esquemático de la Figura 6 permiten la medición de las
variables de interés con el mínimo de perturbaciones de
acuerdo a recomendaciones ANSI/ISA [6].
Los módulos comprenden los siguientes equipos:
• Tanque: Tanque abierto de almacenamiento de agua
fresca con una capacidad de 160 litros.
• B: Bomba centrífuga monoblock Hidrostal de 1 pulga-
da de diámetro
• Motor eléctrico WEG 230 VAC 3 de 1,9 HP.
• VSD: Variador de velocidad Allen Bradley CAT1305.
• V1, V3: Válvulas manuales esféricas de 90° de 1”.
• M1, M2: Manómetros de presión de 0 a 300 psi de ¼”.
• MF: Medidor de flujo electromagnético Foxboro de 1” .
• V2: Válvula de prueba isoporcentual de 1” Hoffmann.
• FIT 10: Transmisor Indicador de flujo Foxboro IMT25 con
tubo de flujo 9100
• PIT 10: Transmisor indicador de presión diferencial EJA
110A de Yokogawa
• TT10: Transmisor de temperatura tipo RTD Jumo
• Carga: 6 metros de tubería flexible transparente de 1”
de diámetro
• AS: Sensor de distancia LVDT RS AC 25
RESULTADOS
En el experimento usamos una válvula Hoffman M9S025
de 1” isoporcentual con cuerpo de válvula modular de
hierro fundido, tipo globo con un solo asiento. El diáme-
tro del asiento es de 24,2 mm y el vástago desarrolla un
recorrido de 20 mm. El valor de Cv para esta válvula es
de 12, lo que quiere decir que se tendrá 12 gpm al 100%
de apertura, siempre que la caída de presión a través de
la válvula sea de 1 psi para el agua a 60 °F.
En aplicaciones donde la presión es variable, no podemos
usar el valor de Cv=12 gpm que da el fabricante. El valor
de Cv real debemos determinarlo experimentalmente
de acuerdo a las condiciones de nuestra instalación. Ha-
ciendo lecturas en un medidor de flujo electromagnético
Foxboro, en un medidor de presión diferencial Yokogawa
y un sensor de distancia RS se obtuvieron los datos de la
Tabla 1. La precisión especificada por los fabricantes es
de +/- 0,25% de la lectura en condiciones de operaciones
referenciales.
Por el primer método:
Se observa en los datos obtenidos que el mayor valor
para el flujo es de 7,4 gpm, éste sería el Cvr
de nuestra
válvula. Al representar los valores de flujo en forma nor-
malizada en términos del desplazamiento del vástago H,
obtenemos la característica instalada de la Figura 7, aquí
podemos compararla con la característica inherente de la
válvula [7].
En la curva instalada, observamos cierto patrón de co-
rrespondencia a partir del 23% de apertura de válvula;
para determinar la relación existente en ese interva-
lo, hacemos un análisis de regresión cuadrático con
Figura 5 - Módulos de experimentación.
Figura 6 - Representación esquemática de la instalación.
Tabla 1 - Datos medidos y calculados.
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
131
Invest Apl Innov 1(2), 2007
ayuda del software Minitab. El modelo matemático
que representa ese intervalo se muestra en la Figura
8. Entonces, el valor del flujo para el intervalo com-
prendido entre el 23 y 100% del desplazamiento del
vástago sería:
(7)
Utilizando la Ecuación 7 se ha obtenido el flujo Qc y su
error relativo mostrados en la tabla 1. El máximo error re-
lativo logrado es de 2,8%.
Por el segundo método:
Mediante la Ecuación 6 sabemos que el flujo Q esta rela-
cionado con la presión diferencial, si graficamos el flujo
en función de la raíz de la presión diferencial, obtenemos
la curva que describe el comportamiento de la capacidad
de válvula instalada Cvr. Esta relación la podemos obser-
var en la Figura 9. Aplicamos el mismo procedimiento
que en el primer método, hacemos el análisis de regre-
sión cuadrática con el software Minitab y obtenemos la
curva modelada de la Figura 10.
El modelo matemático logrado, representa el flujo en tér-
minos de la raíz de la presión diferencial, esta relación es
la Ecuación 8 que nos permite calcular los valores del flujo
mostrados en la tabla 1.
(8)
Debemos observar que el error relativo máximo obtenido
es de 1,7%, el cual es menor que en el método anterior.
DISCUSIÓN
Los métodos desarrollados permiten determinar el flujo
en una instalación a presión variable, considerando como
variables independientes por separado a la posición del
vástago de la válvula o a la presión diferencial que cae
en la válvula. Un segundo factor que debe determinarse,
es la influencia de las características de la instalación en
el funcionamiento de la válvula. Este factor sólo puede
recogerse de la instalación, por lo que se hace necesaria
la medición del flujo a través de la válvula de control en
un primer momento con ayuda de un medidor de flujo
patrón. El levantamiento inicial de esta información per-
mitirá a futuro poder determinar el flujo sin necesidad del
medidor de flujo patrón, siempre y cuando las condicio-
nes de la instalación no varíen.
La influencia de la instalación en la medición del flujo a
través de la válvula de control está fuertemente ligada a
la presión que cae en la válvula con respecto a la presión
total del sistema. Esta relación es la que determina las
diferentes características instaladas que se muestran en
la Figura 4, esto obliga a aplicar cualquiera de los mé-
todos cada vez que se tenga un cambio en esa relación
de presión. También hay que cuidar que no se produzca
cavitación.
Otro factor a tener en cuenta es la histéresis de la válvula,
sabido es que una válvula presenta cierto juego o tole-
rancia en el mecanismo que transmite el movimiento del
actuador hacia el obturador. Este juego mecánico hace
que la válvula alcance diferentes posiciones del vástago
cuando está abriendo o cerrando el asiento de válvula
Figura 7 - Característica instalada según modelo matemático.
Figura 8 - Análisis de regresión para la característica instalada.
Figura 9 - Curvas del flujo en función de la raiz (dP).
Figura 10 - Análisis de regresión para el flujo en función de la raíz (dP).
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
132
Invest Apl Innov 1(2), 2007
para una misma señal de entrada. Este efecto se puede
minimizar con la ayuda de un posicionador de válvula,
pero siempre existirá.
Los métodos mostrados en este trabajo se pueden aplicar
a todo tipo de fluidos, inclusive gases o aire. Atmanand y
Konnur (1999) [8], ya aplicaron una variante de la medi-
ción de flujo en términos de la posición del vástago, pero
lo hicieron para el aire y utilizando el método gravimétri-
co o a presión constante, desgraciadamente no hemos
podido encontrar en la bibliografía revisada mayor infor-
mación sobre nuestra metodología.
CONCLUSIONES
• Se ha mostrado dos métodos para la medición de flujo
a presión variable en instalaciones donde se tiene ya
un medidor de flujo. Luego de haber caracterizado la
instalación existente y determinado las relaciones de
presión que cae en una válvula o la posición del vásta-
go en cada instante, se puede prescindir del medidor
de flujo convencional y utilizar la válvula de control
como medidor placa orificio.
• Los métodos de medición de flujo presentados, sólo
se pueden aplicar luego de haber caracterizado la in-
fluencia de la instalación sobre el comportamiento de
la válvula y de haber seleccionado adecuadamente la
región de trabajo de la válvula. De esta forma al hacer
el análisis de regresión, nos aseguramos que el mode-
lo matemático logrado permita predecir los valores de
flujo con el mínimo error.
• Durante las pruebas experimentales, hemos podido
utilizar válvulas de diferentes características, tanto
las lineales, isoporcentuales y de apertura rápida; las
que mejor se prestan para la aplicación de los mé-
todos desarrollados, son las válvulas isoporcentuales
y parabólicas. Las otras válvulas modifican su curva
característica por la influencia de la instalación ha-
ciendo que la curva sea más pronunciada y se parez-
ca a una válvula ON-OFF, con esto al hacer el análisis
de regresión obtenemos modelos matemáticos que
arrojan errores en la medición de flujo que superan
el 30%.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Spirax Sarco. Disponible en www.spiraxsarco.com/re-
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Using a Control Valve for Measurement and Control of
Flow. IEEE Transactions On Instrumentation and Mea-
surement. Vol 40. No 6. December 1999.
Gómez H. – Medición de flujo en líquidos con válvulas de control
133
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Ernesto Godinez De La Cruz, Raúl Medrano Tantaruna
RESUMEN
Los sistemas físicos reales son no lineales y por lo tanto sus
modelos matemáticos responden generalmente a dichas
características. El método clásico para su control radica
en determinar un modelo linealizado cercano a un punto
de operación, lo que limita su acción a dicho rango.
En el presente trabajo, usaremos el modelo matemático
de un motor de inducción basado en las ecuaciones de-
terminadas en la referencia [1], y aplicaremos el método
de control avanzado denominado “Linealización exacta
por realimentación”, que permite tener un modelo linea-
lizado del motor para todo su rango de operación. Para
comprobar el modelo usamos la técnica de control de
campo orientado con algoritmos de control clásico con-
trolando el flujo magnético y la velocidad del motor; el
resultado es simulado mediante el software SIMULINK.
ABSTRACT
The real physical systems are non-linear, and therefore
their mathematical models usually respond to those cha-
racteristics. The classic method for control lies in deter-
mining a linearized model near to a point of operation,
limiting their action to that rank. In this paper, we use a
mathematical model of an induction motor based on the
equations identified in the reference [1], and implement
advanced control method called “Exactly feedback Linea-
rization”, which provides a linearized model of motor for
its entire operating range. To verify the model we use the
technique of Field Oriented Control with classic control
algorithms controlling the magnetic flux and velocity of
motor; the result is simulated by the software SIMULINK.
PALABRAS CLAVES
Linealización exacta, motor de inducción, control no li-
neal, control de campo orientado.
KEY WORDS
Feedback linearization, induction motor, nonlinear con-
trol, field oriented control.
INTRODUCCIÓN
El objetivo del presente artículo es comprobar mediante
simulación, la técnica de control avanzado usando Linea-
lización Exacta por Realimentación aprendidas durante
el curso de Control No Lineal del programa de Maestría
en Ingeniería de Control y Automatización, ver la referen-
cia [3]. La Figura 1 muestra el fundamento del método
usado. El sistema no lineal escogido es un motor de in-
ducción, cuyo modelo matemático presentado se basa en
las ecuaciones matemáticas desarrolladas en la referencia
[1]. Para las consideraciones de la simulación del modelo
recomendamos ver la referencia [2].
Modelo matemático del motor de induc-ción
De la referencia [1]: Un motor de inducción está conforma-
do por tres bobinados en el estator y tres bobinados del
rotor. Por estudios realizados en la simetría de máquinas
eléctricas, se pueden representar las tres fases bobinadas
por medio de dos bobinados en el estator y dos bobinados
en el rotor. La dinámica entonces se describe como:
Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
Simulation of nonlinear control of induction motor using exactly feedback linearization
Figura 1 - Fundamento de linealización exacta por realimentación.
134
Invest Apl Innov 1(2), 2007
(1)
(2)
Donde
RS , R
r : resistencia del devanado
del estator y del rotor
iS , i
r : corriente del estator y rotor
uS : voltaje de entrada del estator
: flujo concatenado
Los subíndices s y r corresponden al estator y rotor res-
pectivamente, (a, b) son los ejes de referencia del estator,
(d’,q’) son los ejes de referencia del rotor, es el ángulo de
rotación del rotor con respecto al estator, np es el número
par de polos, es la velocidad del rotor.
(3)
Las ecuaciones de transformación de (d’, q’) a (a, b) son las
siguientes:
(4)
(5)
Aplicando las transformaciones (4) y (5) y usando las ecua-
ciones (1), (2) y (3) se obtiene
(6)
Considerando que el circuito magnético es lineal y que la
inductancia mutua es igual y despreciando pérdidas en el
hierro, las ecuaciones magnéticas son las siguientes:
(7)
Donde y son auto inductancias y M es la inductancia
mutua. Eliminando , , , en la ecuación (6) por
medio de la ecuación (7), se obtiene:
(8)
El torque producido por la máquina es expresada en tér-
minos de flujo del rotor y corriente del estator tal como:
(9)
Por lo tanto la dinámica del rotor es:
(10)
Donde J es el momento de inercia del rotor y de cualquier
herramienta acoplada a este y TL es el torque de la carga.
Adicionando la dinámica del rotor (10) a la dinámica elec-
tromagnética (8) y acomodando las ecuaciones en la for-
ma de espacio de estados, toda la dinámica del motor
de inducción bajo la presunción de iguales inductancias
y circuito magnético lineal son dadas por el modelo de
5to orden:
(11)
Ordenando la ecuación (11) se obtiene:
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
135
Invest Apl Innov 1(2), 2007
(12)
Las constantes son:
Sea el valor estimado de . Sumando y restando
en la primera ecuación del sistema (12). Sea el vector
de estado y el vector de con-
trol , suprimiendo los subíndices r y s para
podemos escribir el sistema (12) en
forma compacta como:
(13)
Donde:
Control del motor de inducción
Control orientado al campo
Para aplicar esta técnica es necesario realizar la transfor-
mación de los ejes de coordenadas fijos del estator (a, b)
al de los ejes en giro del rotor (d, q).
Primero definimos:
(14)
De donde se puede deducir que:
Las transformaciones que relacionan ambos sistemas de
coordenadas son:
(15)
(16)
Reemplazando la ecuación (14) en las ecuaciones (15) y
(16) se obtiene:
(17)
Ahora definimos las variables de estado en las nuevas
coordenadas:
(18)
Y la realimentación de estado:
(19)
El sistema (12) quedará transformado en:
(20)
Para eliminar los términos no lineales de la tercera y cuarta
ecuaciones de (20), definimos la siguiente ley de control:
(21)
Si reemplazamos (21) en (20) se obtiene el sistema de lazo
cerrado:
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
136
Invest Apl Innov 1(2), 2007
(22)
De la ecuación (22) observamos que el flujo tiene una di-
námica lineal
(23)
Y puede ser independientemente controlado por , utili-
zando un controlador PI, como el siguiente:
(24)
Cuando el flujo es regulado por la constante de refe-
rencia , se tendrá que la dinámica de la velocidad
será también lineal
(25)
Y puede ser independientemente controlado por , uti-
lizando dos lazos anidados de controladores PI, como el
siguiente:
(26)
Si y son definidas como salidas, el control orientado
al campo logra una linealización asintótica de la entrada y
salida. Los controladores PI usados son para contrarrestar
la variación de los parámetros.
Para realizar la simulación consideramos los datos de un
motor trifásico mostrados en la Tabla 1.
SimulaciónLinealización exacta por realimentación
La Figura 2 presenta el programa redactado en SIMULINK
para simular el efecto de controlar la velocidad (valor
deseado: 200 rad/s) y flujo del motor (valor deseado: 1,3
weber) mediante linealización exacta por realimentación
de estados. Se puede observar los bloques que confor-
man al programa así como las ecuaciones introducidas en
cada una. Las Figuras 3, 4 y 5 muestran los resultados del
control de velocidad y flujo. Se ha considerado un torque
máximo de 70 N-m (ver la Figura 5) para un motor de in-
ducción estándar de 15kW.
Descripción
Resistencia del estator
Resistencia del rotor
Corriente del estator
Flujo del estator
Corriente del rotor
Flujo del rotor
Voltaje de entrada
Velocidad angular
Número par de polos
Ángulo de rotación
Inductancia del estator
Inductancia del rotor
Inductancia mutua
Inercia del rotor
Torque de carga
Torque eléctrico del motor
Valor
0,18 Ω
0,15 Ω
1,3 Wb
220 rad/s
1
0,0699 H
0,0699 H
0,068 H
0,0586 kg-m2
70 N-m
potenc. promedio 15 kW
Símbolo
Tabla 1 - Datos del motor trifásico.
Figura 2 - Programa implementado en Simulink.
Figura 3 - Valor de velocidad acercándose a la referencia 200 rad/s.
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
CONCLUSIONES
• Se cumple el objetivo de comprobar que el método
de linealización exacta por realimentación permite
usar controladores clásicos para el control de sistemas
no lineales, tal como un motor de inducción en el pre-
sente caso.
• Para el modelo matemático del motor se ha conside-
rado que sus valores de resistencia son constantes, lo
que en la práctica no corresponde debido a que las
cargas causan calentamiento de las bobinas y como
consecuencia la variación de dichos parámetros. Se
concluye que, para un control más preciso debemos
adicionar un algoritmo que varíe el valor de la resis-
tencia de acuerdo a la temperatura estimada por me-
dida de la corriente o en todo caso se debe utilizar un
control adaptivo.
• El control basado en la técnica FOC es mucho mejor
que el antiguo método conocido como Escalar o V/
Hz pues se está considerando el modelo matemático
del motor. En la actualidad existen otras técnicas de
control de velocidad y torque de motores de induc-
ción, basados en observadores y modelos matemáti-
cos que tienen en cuenta el cambio de temperatura
de los devanados del motor, consiguiendo un control
más efectivo.
• Durante la simulación se ha considerado que el motor
trabaja a condiciones nominales de carga.
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Perú.
Figura 4 - Valor de flujo acercándose a la referencia 1,3 Weber.
Figura 5 - Valor de torque nominal.
Godinez, E. Medrano, R. – Simulación del control no lineal de un motor de inducción usando linealización exacta por realimentación
138
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
On-line auto tuning of controllers based on modeland pole location
Manuel Manyari Rivera
RESUMEN
Diversas técnicas para la sintonización de controlado-res PID han sido formuladas en los últimos años. Este artículo describe un algoritmo eficaz de auto-sintoniza-ción on-line de controladores PID basado en identifica-ción de sistemas usando mínimos cuadrados recursivos (RLS). Los parámetros del controlador PI/PID son fijados a través de localización de polos y con condiciones iniciales establecidas estratégicamente de modo a no desestabili-zar el sistema a lazo cerrado. Para mostrar los resultados del presente trabajo fueron hechas simulaciones en MAT-
LAB® con diversas plantas de primer y segundo orden.
ABSTRACT
In the last years, diverse techniques for tuning PID con-trollers have been formulated. This article describes an effective algorithm for auto tuning online PI and PID controllers, based on systems identification and using recursive least squares (RLS). Parameters of PI/PID contro-llers are fixed through pole location and initial conditions were established strategically for do not turn unstable the system in closed loop. In order to show the results of this work, simulations in MATLAB® with diverse plants
have been presented.
PALABRAS CLAVE
Identificación de sistemas, PID, localización de polos, sin-
tonización on-line, control de procesos.
KEY WORDS
System identification, PID, pole location, online auto-tu-
ning, process control.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, diversas técnicas para la sintoniza-
ción y diseño de controladores han sido estudiadas, en
especial los controladores PI y PID, debido a su gran utili-
zación en la industria y a las flexibilidades y desempeños
de implementación que estos controladores presentan.
En este contexto, diversas técnicas de sintonización han
sido propuestas (Ziegler and Nichols, 1942), (Astrom,
1995), (Basilio and Matos, 2002) entre otros. El primero de
ellos (Ziegler and Nichols, 1942), propuso una técnica que
es ampliamente usada en problemas prácticos de sinto-
nización de controladores, ya sea en el mundo industrial
como en las aplicaciones de investigación. Esta técnica se
basa en la observación de ciertos parámetros de la diná-
mica de la planta para hacer el cálculo de los parámetros
de los controladores P, PI y PID, de acuerdo con unas reglas
de sintonización establecidas (Ziegler and Nichols, 1942).
Una de las desventajas de éste método es el elevado porcen-
taje de overshoot en su respuesta de salida, que en algunas
aplicaciones puede resultar indeseable y hasta intolerable.
Otra propuesta hecha por (Astrom, 1995), ofrece una téc-
nica de auto-sintonización basada en la conmutación y la
adaptación del controlador para adecuarse a las caracte-
rísticas de la planta. Para ciertas aplicaciones esta técnica
resulta complicada y con poca performance para otras,
dependiendo del proceso en cuestión.
Por otro lado, un importante paso que un diseñador siem-
pre toma en cuenta es obtener el modelo de la planta,
para identificar, analizar y diseñar. Todo esto bajo la premi-
sa que: entre mayor conocimiento se tenga de la planta,
mayor capacidad de ejercer control se obtendrá.
Una técnica simple y ampliamente usada para la identifi-
cación de sistemas es el método de mínimos cuadrados.
En este trabajo se puede encontrar referencias de algunos métodos de sinto-
nización de controladores, dados en los últimos años.
139
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Esta técnica permite identificar plantas de forma off-line y
on-line a través de algoritmos recusirvos.
En el presente artículo. Se presenta un método de sintoni-
zación de controladores basado en identificación de siste-
mas y localización de los polos de la planta. Este algoritmo
utiliza identificación con mínimos cuadrados recursivos
(RLS), ajusta los parámetros del controlador de forma a
localizar los polos de forma conveniente y establece las
condiciones iniciales de las variables de identificación y
controladores en forma estratégica con la finalidad de no
desestabilizar la planta en lazo cerrado ni causar transicio-
nes indeseables de la planta.
Este artículo está organizado como sigue: La teoría de
controladores, criterios para la localización de polos de
la planta y especificaciones de diseño, son analizados en
Fundamentos. El método de mínimos cuadrados recur-
sivos en Identificación de Sistemas. Las condiciones de
inicialización, ejemplos del algoritmo y algunas simula-
ciones, son presentadas en Discusión y Resultados y final-
mente se dan algunas Conclusiones.
FUNDAMENTOS
Es bien conocido que los controladores PID brindan una
señal de control que es proporcional al error entre el set-
point y la salida (P), proporcional a la integral del error (I)
y proporcional a la derivada del error (D), más específica-
mente:
(1)
Nótese que en (1), los parámetros a calcular y/o sintoni-
zar son KP, K
I y K
D, los cuales serán materia de estudio en
el presente trabajo. Este tipo de controladores tienen la
capacidad de eliminar el error en régimen estacionario
ante una referencia tipo escalón y la habilidad de antici-
par cambios en la salida (Basilio and Matos, 2002), puesto
a que contiene un integrador, el cual cumple con gran
parte de estas características funcionales. Sabemos que
la función de transferencia del controlador PID puede ser
expresada por:
(2)
Comúnmente los procesos reales pueden ser modelados
como plantas de primer y segundo orden, sistemas de
orden superior pueden ser aproximados por plantas de
segundo orden sin comprometer en gran parte el mode-
lamiento de sus dinámicas. Considere la planta de segun-
do orden como siendo modelada por la siguiente función
de transferencia por:
(3)
Podemos expresar la función de transferencia del contro-
lador PI como:
(4)
Haciendo un análisis en el plano complejos, de (4) se pue-
de notar la presencia de un polo en el origen y un cero en
. Una forma simple y eficaz de eliminar la dinámica de
uno de los polos de G(s) es localizando el cero de C(s) en
–a, es decir:
(5)
Dicha eliminación de polo y cero nos permite reducir el
orden de la función de transferencia y disminuir la com-
plejidad del problema. De tal forma tenemos que:
(6)
Es fácil ver que la función de transferencia a lazo cerra-
do queda reducida a un sistema de segundo orden de la
forma:
(7)
Dadas algunas especificaciones de diseño, podemos
crear una ecuación característica de diseño, entonces
aproximamos el denominador de (7), a:
(8)
Luego podemos obtener los parámetros de sintonización
del controlador según (5) y (8):
(9)
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
140
Invest Apl Innov 1(2), 2007
De esta manera se tiene un sistema de segundo orden con
error en régimen permanente nulo ante una entrada de
tipo escalón. Cabe destacar que este tipo de respuestas,
tienen buen índice de rechazo a perturbaciones externas
por el hecho de tener un integrador en el controlador.
IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS
Uno de los objetivos de la ingeniería es poder obtener
el modelo matemático de los diferentes fenómenos de la
naturaleza, para así poder analizarlos y predecir su con-
ducta futura. En este contexto, en la ingeniería de control
vemos que es importante el conocimiento del modelo
matemático de las plantas y sistemas a ser controlados,
pero por la necesidad técnica de diversas áreas, se creó la
teoría de identificación de sistemas.
Esta teoría nos permite tener una aproximación experi-
mental del modelo de los procesos. Dentro de la identifi-
cación de sistemas, se tiene una técnica muy usada, como
lo es los mínimos cuadrados. En un problema de mínimos
cuadrados la variable calculada es dada por:
(10)
Donde:
• , son funciones conocidas.
• , parámetros desconocidos.
• , parámetros experimentales.
El objetivo es determinar los parámetros desconocidos de
tal forma que las variables y los valores experimentales
sean los más cercanos posibles a la variable medida
La ecuación (10) podemos expresarla en forma vectorial
a través de:
(11)
Ahora defínase la función pérdida como una función del
error:
(12)
TEOREMA: La función J( ) es mínima para ’ tal que:
Si la matriz es no singular, el mínimo es dado por:
(13)
El método de mínimos cuadrados puede aplicarse para
la identificación de sistemas dinámicos discretos y conti-
nuos a través de un cambio de variables y una discretiza-
ción en N parámetros.
Es decir:
• u(1), u(2), ..., u(N) secuencia de entrada aplicada a un sis-
tema,
• y(1), y(2), ..., y(N) secuencia de salida.
Es bien conocido que un sistema dinámico, continuo e inva-
riante en el tiempo puede ser expresado en su equivalente
discreto, esto es, en una función de transferencia discreta:
(14)
Del mismo modo, formamos una matriz de parámetros
expresada por:
(15)
Sea (N), el vector que denota los mínimos cuadrados esti-
mados basados en N mediciones, entonces introducimos
las ecuaciones de parámetros en función de N:
(16)
La estimación de ’(N) utilizando mínimos cuadrados es
dada por:
(17)
De la misma manera, para N+1 muestras podemos rees-
cribir la ecuación como:
Figura 1 - Estructura de control a lazo cerrado.
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
141
Invest Apl Innov 1(2), 2007
(18)
Siendo que la matriz es positiva definida, la so-
lución de estimación conocida como Mínimos Cuadrados
Ponderados (Weighted LS) en la forma recursiva, viene
dada por:
(19)
Donde:
L(N+1) es la ganancia de estimación, además tenemos:
A partir de estas ecuaciones recursivas podemos estimar
los coeficientes de la función de transferencia discreta, lue-
go de ello, es simple convertir a su equivalente continuo, es
decir, calcular G’(s), el modelo aproximado de G(s). Una vez
estimado el modelo de la planta, se aplicará las ecuaciones
de la sección anterior, es decir las ecuaciones (8) y (9).
DISCUSIÓN
Diferentes esquemas y metodologías de control PID vie-
nen siendo ampliamente aplicados en los sistemas de
control de procesos. Es importante el cálculo de los pará-
metros del controlador PID debido a su gran importancia
e influencia en la performance del control. Un problema
encontrado en los sistemas es su variabilidad en el tiem-
po, por tanto se requiere de una reformulación del proble-
ma de sintonización.
En este sentido, un algoritmo de sintonización on-line
que estima los parámetros de la planta y posteriormente
calcula las ganancias del controlador, se comportaría de
una forma eficaz y sin necesidad de paradas o pruebas.
Este trabajo desenvuelve una solución a este problema
con una estrategia de sintonización on-line que calcula
los parámetros del controlador a partir del modelo, todo
esto efectuado en tiempo real según figura 2.
RESULTADOS
Para comprobar los resultados del presente trabajo se
realizaron simulaciones utilizando como herramienta el
SIMULINK de MATLAB. Se ejecuto el algoritmo de estima-
ción de parámetros e inmediatamente el cálculo de los
coeficientes del controlador. Los resultados alcanzados
fueron satisfactorios.
Un punto importante en el desenvolvimiento de este
trabajo, es la inicialización de condiciones, es decir, los
valores iniciales para el algoritmo de estimación y cál-
culo de ganancias. Vemos que en la función de transfe-
rencia del controlador se tiene un polo en el origen y un
cero en , si este cero tuviera un valor inicial menor,
es decir a la izquierda del polo de la planta en el plano
s, y en KP un valor bajo, el sistema puede tener una res-
puesta al escalón de tipo monotónica o subamortigua-
da, de tal forma que no representa gran influencia en la
fase transitoria hasta la sintonización de acuerdo con las
especificaciones de diseño. Partiendo del modelo ini-
cial de la planta G’(s) se procede al establecimiento de
las condiciones iniciales del estimador de parámetros
y el calculo inicial de los coeficientes del controlador. A
continuación se muestra un ejemplo ilustrativo de este
algoritmo. Sea la planta:
Con un tiempo de muestreo h=0.05 s, tenemos la siguien-
te función de transferencia discreta:
Aplicando el algoritmo de sintonización propuesto se lo-
gró identificar la planta, tal como muestra la figura 3, así
como también el cálculo de los coeficientes del controla-
dor, ver figura 4. Para la inicialización de los parámetros se
tomó en cuenta el criterio antes descrito.
Figura 2 - Bloques funcionales del sintonizador.
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
De la figura 4, es fácil notar que los coeficientes calcula-
dos convergen a:
Los cuales fueron hallados para una especificación de di-
seño =0.7. Con tal controlador se puede tener un siste-
ma que rápidamente alcanza el set-point con un mínimo
de sobrepaso y además tiene rechazo a perturbaciones
de salida, tal como muestra la figura 5. Cabe destacarse la
importancia de la excitación de la planta para obtener un
correcto modelo nominal.
CONCLUSIONES
• En este trabajo fueron estudiadas técnicas de identi-
ficación de sistemas, localización de polos y conside-
raciones asociadas a algoritmos on-line, considerando
condiciones iniciales y cumplimiento de especificacio-
nes de diseño. En las simulaciones hechas, se pudo no-
tar que las características del controlador son capaces
de rechazar perturbaciones de salida de tipo escalón,
ruidos de medición y perturbaciones de entrada.
• Dentro de los trabajos a realizarse en base a este al-
goritmo, está su implementación para sistemas y pro-
cesos reales, incluyendo sistemas con tiempo muerto.
Como trabajos futuros se prevé la implementación
del algoritmo presentado para la obtención de pará-
metros para las instrucciones PID en Controladores
Lógicos Programables (PLCs) y de esta manera con-
trolar plantas modulares reales de los laboratorios de
TECSUP, tales como control de nivel en tanques, con-
trol de temperatura en cámaras térmicas, entre otros;
usando conjuntamente MATLAB® y RSLOGIX® a través
de OPC O DDE en la implementación del algoritmo.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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tings for automatic controllers”, Trans. ASME, Vol. 64,
pp. 759–768.Figura 3 - Polos de la planta identificados con WRLS.
Figura 4 - Coeficientes del controlador, calculados a partir del modelo identificado.
Figura 5 - Respuesta al escalón unitario, incluyendo una perturba-ción de salida tipo escalón.
Manyari M. – Autosintonización on-line de controladores basado en modelo y localización de polos
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Monitoreo de estaciones mecatrónicas:Laboratorio – TECSUP
Monitor of mechatronic station: Laboratory - TECSUP
Denis Chávarry Hernández, Elmer Mendoza Trujillo
RESUMEN
El presente trabajo explica la implementación de un sis-
tema de monitoreo y supervisión de cuatro estaciones
Mecatrónicas en el laboratorio de Tecsup. El objetivo es
fomentar la importancia del monitoreo y supervisión de
los sistemas de producción, así como la forma de configu-
rar las redes de comunicación industrial. Para tal efecto
se utilizó una red Profibus DP para enlazar los PLC’s que
controlan las estaciones de trabajo, esta red, a su vez, es
monitoreada por una estación maestra vía Ethernet.
ABSTRACT
The present work explain the implementation of a moni-
toring and supervision system of four workstations me-
chatronics in laboratory of Tecsup. The objective is encour-
age the importance of the monitoring and supervision of
the production systems, as well as showing the form to
configure the industrial communication networks. For
such effect a network Profibus DP was used to connect
PLC’s that control the workstations, this network is moni-
tored by a masterful station via Ethernet.
PALABRAS CLAVES
Mecatrónica, Supervisión, Scada, Ethernet.
KEY WORDS
Mechatronics, Supervision, Scada, Ethernet.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad todos los procesos de manufactura y
cualquier proceso en general necesitan ser monitorea-
dos, por ello, los fabricantes tienden a la integración de
sus procesos de modo que todos se comuniquen. Uno
de los principales obstáculos al realizar el monitoreo de
los procesos es la elección de los componentes de la red,
así como la tecnología adecuada para su realización. En
el trabajo que presentamos se muestra la secuencia uti-
lizada para realizar el monitoreo de estaciones, utilizando
equipos con capacidad de comunicación y redes indus-
triales.
Descripción de las estaciones mecatrónicas
En el laboratorio de sistemas mecatrónicos de Tecsup
contamos con 8 estaciones, de las cuales se han tomado
4 de ellas para poder realizar su monitoreo, a continua-
ción presentamos un detalle del funcionamiento de las
estaciones elegidas:
1. Estación de distribución:
La estación de distribución es un dispositivo de alimen-
tación. Según VDI 3420, los dispositivos de alimentación
son unidades que realizan funciones de carga, orden y
alimentación de piezas al siguiente proceso. Además, los
dispositivos de alimentación también pueden facilitar el
orden de las piezas de acuerdo con las características de
dimensiones, peso, etc.
Figura 1 - Estación de distribución.
144
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Se utilizan en almacenes con alimentación por gravedad, ali-
mentadores vibratorios, transportadores inclinados, tolvas, etc.
1.1 Módulo de almacén apilador
El módulo de almacén apilador del tipo cilíndrico sepa-
ra piezas apiladas. Un cilindro de doble efecto expulsa la
pieza más baja del almacén, mientras que las piezas supe-
riores caen por gravedad, accionando un interruptor que
indica la disponibilidad de la pieza siguiente.
1.2 Módulo de transferencia
El módulo de transferencia es un brazo manipulador neu-
mático. Este brazo es movido mediante un motor de giro
limitado. Las piezas de trabajo se sujetan por una ventosa
de vacío y trasladadas a la siguiente estación. La detección
de las posiciones finales se realiza por medio de sensores.
2. Estación de verificación
Los principales elementos constitutivos de la etapa de ve-
rificación son la adquisición de información (real), su com-
paración con las características especificadas (referencia)
y el resultado de ello: “pieza buena/rechazada” o “si/no”. El
principal constituyente de la medición es la comparación
de características (valores actuales) con referencias espe-
cíficas variables (valores de consigna).
Las características de verificación estándar son, por ejem-
plo, verificación de la disponibilidad, identidad, forma,
tamaño, color, peso y orientación de una pieza. La veri-
ficación en la producción automatizada, en oposición a
la producción manual, asume un papel importante. En la
producción manual, las piezas rechazadas pueden clasi-
ficarse inmediatamente. En la producción automatizada,
las piezas rechazadas pueden producir interferencias en
el proceso de producción o paradas del sistema.
Los objetivos de la estación de verificación son:
• Determinar la naturaleza del material.
• Verificar la altura.
• Separar la pieza o ponerla a disposición de la siguiente
estación.
Según VDI 2860 la verificación, de la misma forma que la
medición, es un subtérmino de la función de manipula-
ción ‘comprobación’.
2.1 Módulo de detección
La detección del material o del color se realiza con la ayu-
da de tres sensores de proximidad del tipo inductivo, ca-
pacitivo y óptico:
El sensor de proximidad inductivo detecta las piezas me-
tálicas.
El sensor de proximidad capacitivo detecta las piezas me-
tálicas y de plástico.
El sensor de proximidad óptico detecta las piezas de color
rojo y piezas metálicas.
Las características de cada pieza se detectan por medio
de las combinaciones lógicas de las señales de salida.
2.2 Módulo elevador
Las piezas se elevan desde el módulo de detección al
módulo de medición por medio del módulo elevador. Un
cilindro de elevación y un cilindro de expulsión se utili-
zan como actuadores. La detección de las posiciones alto
y bajo se realiza por medio de sensores de proximidad
magnéticos o inductivos.
2.3 Módulo de medición
El módulo de medición consiste en un sensor analógico
para la medición de la altura de la pieza. Es un potenció-
metro lineal cuyo valor analógico medido debe procesar-
se posteriormente a través de un PLC con entradas analó-
gicas o por medio de un convertidor AD.
3. Estación de procesos
La expresión ‘proceso’ es un término que cubre los proce-
sos de producción tales como mecanización, formación,
tratamiento y ensamblaje.
Figura 2 - Estación de verificación. Figura 3 - Estación de procesos.
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
El tratamiento es el cambio de características intrínsecas
del material y/o de las características superficiales de los
objetos. El ensamblaje es la unión permanente de varios
objetos.
La finalidad de la estación de procesos es:
• Procesar los diferentes tipos de piezas, rojas o negras
de plástico y metálicas de aluminio.
• Verificar los resultados después del procedimiento.
Según VDI 2860, la formación es la creación de objetos
geométricamente definidos partiendo de un material sin
forma. El cambio de forma es el cambio de perfil geomé-
trico y/o las dimensiones de los objetos.
3.1 Módulo de mesa de indexación
La mesa giratoria de indexación es accionada por un mo-
tor reductor de corriente continua. Las posiciones de la
mesa se establecen por medio de levas movibles en la
parte giratoria que son detectadas por medio de un sen-
sor inductivo de proximidad.
En la mesa, hay dispuestos agujeros en el centro de cada
una de las posiciones de trabajo, de forma que la presen-
cia de la pieza puede detectarse por medio de un sensor
de proximidad óptico.
3.2 Módulo de verificación del taladrado
La pieza procesada del módulo de taladrado se verifica
para comprobar la presencia del agujero. Si este es co-
rrecto, el cilindro de verificación alcanza la posición final
extendida, el sensor de final de carrera produce una se-
ñal.
3.3 Módulo de taladrado
El módulo de taladrado realiza agujeros en las piezas. Un
cilindro de doble efecto retiene la pieza. La máquina de
taladrado es accionada por un motor de velocidad cons-
tante de 24 VDC. La máquina de taladrado se mueve eléc-
tricamente con la ayuda de unidades de guía. Las posicio-
nes superior e inferior se detectan por medio de sensores
de proximidad inductivos.
4. Estación de manipulación
La manipulación es un subconjunto del flujo de materia-
les. Las subfunciones adicionales son el transporte y el
almacenamiento.
Las funciones de la estación de manipulación son:
• Sacar piezas de la estación de procesamiento y
• Clasificar piezas según sus características.
Según VDI 2860 la manipulación es la creación, cambio de-
finido o mantenimiento temporal de una configuración es-
pecial especificada de objetos geométricamente definidos.
5. Integración de las estaciones
Las estaciones se agrupan una tras otra hasta formar un
proceso productivo, a continuación se presenta el caso en
estudio, se trata de las estaciones de distribución, verifica-
ción, procesos y manipulación.
Propuesta de monitoreo
Para realizar el monitoreo de las estaciones mecatrónicas
se utiliza una red Profibus DP para las cuatro estaciones,
se cuenta con un maestro profibus con capacidad de co-
municación Ethernet y cada estación de trabajo dispone
de un HMI Touch Panel. A continuación se muestra en la
figura, el detalle de las redes propuestas:
Figura 4 - Estación de manipulación.
Figura 5 - Estaciones integradas.
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
146
Invest Apl Innov 1(2), 2007
Para enviar los datos a la estación maestra se conecta
todos los PLC que controlan las estaciones vía una red
Profibus DP, adicionalmente se cuenta con una estación
de ingeniería con la finalidad poder acceder a las CPU´s
de cualquiera de las estaciones en red y poder realizar
algún cambio en la programación si es que fuese nece-
sario.
Los PLC’s de la red que controlan cada estación se han
configurado como esclavos, estos envían los datos del
proceso al PLC maestro vía la red Profibus; el PLC maes-
tro tiene capacidad de comunicarse vía Ethernet, este PLC
envía todos los datos de las estaciones esclavas hacia una
estación de supervisión que cuenta con software Scada.
Se puede observar en la figura 6, que el medio de transmi-
sión entre el PLC maestro y la estación de supervisión es
inalámbrico, para ello tanto el PLC como la estación cuen-
tan con acces point.
Configuración de redes de estaciones me-catrónicas
Cada estación tiene un control local que se encuentra
en el tablero de cada una de las estaciones, desde allí se
puede arrancar y parar el proceso, estos son reemplaza-
dos por un panel de operador desde donde se pueden
realizar funciones adicionales al tablero local. Este panel
se conecta al PLC vía el puerto MPI.
A continuación se muestra la configuración de la red Pro-
fibus DP que enlaza a los controladores del proceso:
Figura 6 - Propuesta de monitoreo
Figura 7 - Pantallas del Panel de la estación de procesos.
Figura 8 - Pantallas del Panel de la estación de manipulación.
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Como se observa en la figura 9, se han asignado las di-
recciones 2 al 5 de la red DP a cada PLC que controlan las
estaciones y configurados como esclavos. Al PLC maestro
se le ha asignado la dirección 11 de la red. Se ha consi-
derado que todas las entradas y salidas de cada estación
envíen su información mediante palabras cuya dirección
está asignada de acuerdo con las direcciones de red de
cada PLC, así por ejemplo todas las entradas y salidas de
la estación de distribución que ocupan 2 Bytes, se envían
a través de la palabra AW2 hacia el PLC maestro, este a su
vez recibe esta data a través de las entradas EW2. De esa
misma forma se realiza para las entradas a los esclavos
que vienen de las salidas del PLC maestro, esto se genera-
liza para cada PLC.
El PLC maestro ahora envía todos los datos hacia la esta-
ción de supervisión, esto se logra utilizando Ethernet.
Para que el PLC maestro se comunique con la red Ethernet
es necesario asignarle una dirección IP, esto se logra en la
configuración de hardware del PLC, como se puede ver en
la figura 11 se le ha asignado la dirección 192.168.14.202
al PLC maestro.
Una vez configurada la dirección IP la configuración de
red queda de la siguiente manera:
Figura 9 - Configuración de la red Profibus DP.
Figura 11 - Configuración de dirección IP.
Figura 10 - Transmisión de datos hacia la estación de supervisión. Figura 12 - Configuración de redes.
Chávarry, D. Mendoza E. – Monitoreo de estaciones mecatrónicas: laboratorio – Tecsup
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
Con esta configuración, los PLC’s esclavos transfieren los
datos del proceso al Maestro vía red Profibus. Este a su vez
está conectado a la red Ethernet.
Los datos que son monitoreados se encuentran en el
Maestro y para monitorearlos se utiliza el software Scada
Win CC con driver Protocol Suite vía TCP/IP. A continua-
ción se muestra la configuración de la conexión:
Como se podrá apreciar, para conectarse al PLC es nece-
sario identificar su dirección IP y el número de ranura co-
rresponde al slot donde se encuentra alojado el CPU del
PLC, en este caso slot 2.
Configuración de pantallas de monitoreo
Se implementaron pantallas de monitoreo para cada es-
tación utilizando el software WinCC instalado en la esta-
ción de supervisión. Todas las entradas y salidas de las es-
taciones se configuran en el administrador de variables,
tal como se muestra en la siguiente figura:
Con los tag definidos se realizan los enlaces en las panta-
llas, a continuación se muestra la pantalla principal:
La siguiente pantalla es la correspondiente a la estación
de distribución:
CONCLUSIONES
• El desarrollo de un proyecto SCADA exige el uso de
tecnología, por ello será necesario que las variadas
alternativas tecnológicas de comunicación que se
presentan en el desarrollo del proyecto, sean expe-
rimentadas para lograr la mayor optimización del
sistema.
• En la actualidad el uso de Ethernet Industrial se está
difundiendo en la mayoría de aplicaciones industria-
les, por ello es importante presentar soluciones que
demuestren su uso.
• Las tendencias en los procesos de manufactura es
al uso de sistemas mecatrónicos, integrando sus
procesos mediante redes de comunicación, las
cuales pueden ser desarrolladas utilizando herra-
mientas software y harward disponibles en el mer-
cado.
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Figura 15 - Pantalla principal.
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Invest Apl Innov 1(2), 2007
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