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Facultad de Ingeniería - Universidad Surcolombiana

UniversidadSurcolombiana

Editorial

Universidad Surcolombiana

INGENIERÍARegióny

ISSN 1657-6985

Volumen 11 - Junio 2014

Revista Ingeniería y Región No. 11 año 2014

2

UNIVESIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

REVISTA INGENIERÍA Y REGIÓN

ISSN: 1657-6985

Rector:

Nelson Ernesto López Jiménez

Decano Facultad de Ingeniería:

Ervin Aranda Aranda

Editor:

Claudia Milena Amorocho Cruz. Ph. D.

Comité editorial:

José Manuel Barat Baviera Ph.d.

Isabel Fernández Segovia Ph.d.

Jorge Saavedra Torrico Ph.d.

María Del Pilar Angarita Ph.d.

Ángela Jaramillo Londoño Ph.d.

José Luis Diaz Arevalo Ph.d.

Eduardo Pastrana Bonilla Ph. D.

Editorial:

Editorial Universidad Surcolombiana

Diseño e Impresión:

Editorial Gente Nueva

PBX: 3202188 Bogotá D.C.

Correspondencia:

Revista Ingeniería y Región

Universidad Surcolombiana- sede Central Av. Pastrana Cra. 1

Teléfono: 8758775

[email protected]

Neiva -Huila

UniversidadSurcolombiana

3


Editorial ......................................................................................................................................... 5

Identificación de bacterias filamentosas Thiothrix en el tratamiento

del efluente de un reactor anaerobio de membranas sumergidas (SAnMBR)

Identification of Thiothrix filamentous bacteria in the treatment

of a submerged anaerobic membrane bioreactor (SAnMBR) effluent

Javier E. Sánchez-Ramírez, Alberto Bouzas, Mª Francisca García-Usach

Luis Borras y Aurora Seco. ................................................................................................. 7

Calidad del agua en la Reserva Forestal Regional productora

del norte de Bogotá, Thomas Van der Hammen

Water quality in the Regional Forest Reserve of northern Bogota,

Thomas Van der Hammen

Ángela María Jaramillo y Luz Marina Cabrera ............................................................ 17

Determinación de la huella de carbono en el cultivo del arroz Oryza sativa

en el distrito de riego el Juncal, Huila, Colombia

Determination of carbon footprint of rice Oryza sativa on

the irrigation district Juncal, Huila, Colombia

Hanny Vanessa González Meneses, Victoria Eugenia Méndez Velásquez,

Jaime Izquierdo Bautista .................................................................................................. 29

Evaluación de sistemas de riego localizado en cultivo de cacao (Theobroma cacao)

como estrategia de aumento de la producción en el departamento del Huila

Evaluation of drip irrigation systems in cocoa (Theobroma cacao) farming

as a strategy for increasing production in the department of Huila

Rodrigo A. Pachón Bejarano, Oscar E. Figueroa Paiva, Jorge I. Chavarro Díaz ........ 45

Implementación de OpenFlow sobre NetFPGA

Implementation of OpenFlow on NetFPGA

Johnnathan Machado, Andrés Felipe Ramos y Juan Carlos Cuéllar ............................ 57

Diseño e implementación de un prototipo inhibidor de señales de celular

para un salón de clases

Design and implementation of an inhibitor prototype of cellular signals

for a classroom

Martín Diomedes Bravo Obando, Juan Gabriel Carvajal Vega

y Alejandro Fabián Torres Camacho. ............................................................................. 73

Contenido


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Estudio Multifactorial de Resistencia Última a Tensión Paralela a la Fibra

en Muestras de Guadua angustifolia Kunth

Multifactorial Study of Last resistance to Parallel tension to the Fiber

in Samples of Guadua angustifolia Kunth

Caori Takeuchi T., Mauricio Duarte T., John E. Alarcón G.

y Jairo F. Olarte F. ............................................................................................................. 85

Optimización del Diseño en Armaduras

Truss Design Optimization

Myriam R. Pallares Muñoz y Wilson Rodríguez Calderón .......................................... 91

Evaluación sensorial en Café Espresso. Una Comparación entre

Jueces Internacionales

Sensory Analysis in Espresso Coffee Brewed. A Comparison between

International Judges

Nelson Gutiérrez Guzmán, Javier Murgueitio Cortes, Nataly Peña Gómez ............. 101

Evaluación de la eficiencia del uso de combustible en los hornos tradicionales

de curado de Tabaco

Evaluation of the efficiency of fuel in traditional tobacco curing ovens

Néstor-Enrique Cerquera-Peña, Eduardo Pastrana-Bonilla. ..................................... 107

Análisis comparativo de los Sistemas de Gestión Ambiental para empresas

agroindustriales

Comparative analysis of environmental management systems

for agro-enterprises

Jennifer K. Castro Camacho, Néstor-Enrique Cerquera Peña,

Alfredo Olaya-Amaya .................................................................................................... 117

Normas generales para publicación de artículos Revista Ingeniería y Región

Facultad de Ingeniería - Universidad Surcolombiana ......................................................... 129

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Nuevos Retos

La Revista Ingeniería y Región se ha publicado desde hace 13 años y hasta la fecha ha con-

tado con tres editores. Desde su inicio en el 2001 hasta el 2008, cuando estuvo a cargo del

M.Sc. Rodrigo Alberto Pachón Bejarano, se mostró la importancia de publicar las inves-

tigaciones desarrolladas en la región Surcolombiana, es por esto que en esta edición que-

remos resaltar su labor y agradecerle su iniciativa y gestión. Posteriormente, en el periodo

2009-2013 con la dirección del Ph.D. Nelson Gutiérrez Guzmán, la revista logró la indexa-

ción con la publicación de artículos de investigación en el entorno nacional e internacional

y con la conformación de un Comité Editorial con formación doctoral, vinculados a dife-

rentes instituciones del mundo, de la misma manera damos un reconocimiento a su arduo

trabajo, compromiso y emprendimiento. Ahora en el 2014 como editora tengo delante un

gran reto teniendo en cuenta el estupendo resultado de mis compañeros; así junto con el

Comité Editorial tenemos como bandera llevar a cabo un proceso de mejora continua y en

este sentido se presenta la primera publicación semestral.

De acuerdo con la Actualización 2013 del índice Bibliográfico Nacional-Publindex, la re-

vista ha sido categorizada en C, evidenciando que ha mantenido las calidades científicas

alcanzadas en los últimos años y hoy día trabaja para acceder en un futuro a categorías más

altas. Es de resaltar que en este año se han obtenido logros en aspectos de calidad científi-

ca, editorial y visibilidad, a partir de la publicación de artículos por parte de los miembros

del Comité Editorial, profesionales e investigadores de otras universidades, empresas de

Colombia, Chile y España. Además, se ha gestionado el canje con Revistas de otras insti-

tuciones y actualmente, Ingeniería y Región está vinculada a la Red Nacional de Revistas

de Ingeniería.

Existe para nuestra revista preocupación respecto a los posibles cambios que se van a rea-

lizar en los parámetros de medición de la revistas en Colombia, donde se va a estandarizar

con revistas internacionales, en las cuales prima el factor de impacto relacionado con el

número de veces que son citados los artículos publicados en las respectivas revistas. Cier-

tamente, es un proceso que tiende a mejorar la calidad de las mismas; sin embargo, es con-

veniente que en Colombia se otorgue un tiempo de transición con el fin de que un mayor

número de revistas colombianas alcancen los niveles internacionales.

En este sentido, a través de esta publicación semestral se dan a conocer trabajos de inves-

tigación relacionados con las diferentes líneas de la ingeniería como son biotecnología,

construcciones, telecomunicaciones, calidad del agua, riego, ambiental y agroindustria.

Editorial


6

Es este un medio de comunicación que busca impulsar la publicación de los trabajos de

investigación con alto nivel de calidad que están desarrollando docentes, egresados, profe-

sionales e investigadores en áreas de Ingeniería y afines. De igual manera, esta publicación

busca ser de utilidad para los lectores de la comunidad académica surcolombiana, del país

e internacionales, interesados en los temas aquí tratados.

Claudia Milena Amorocho Cruz Ph.D

Editora

7


Identificación de bacterias filamentosas Thiothrixen el tratamiento del efluente de un reactor anaerobio

de membranas sumergidas (SAnMBR)

Identification of Thiothrix filamentous bacteria in the treatment of a submerged anaerobic membrane bioreactor (SAnMBR) effluent

Javier E. Sánchez-Ramírez1, Alberto Bouzas2, Mª Francisca García-Usach3,Luis Borras4 y Aurora Seco5.

Resumen

En el tratamiento biológico de aguas residuales participan diversos microorganismos entre los que se encuentran las bacterias filamentosas. El crecimiento excesivo e incontrolado de estos microorganis-mos genera problemas asociados al esponjamiento de los fangos conocido como bulking y la formación de espumas o foaming. La correcta identificación de estos organismos tiene un papel importante en la toma de decisiones para la correcta operación de las plantas de tratamiento de agua residual. Los tratamientos anaerobios empleados para el tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales, con un contenido alto de sulfatos en el afluente, generan efluentes que contienen concentraciones impor-tantes de sulfuro que bajo determinadas condiciones pueden favorecer la aparición de organismos filamentosos. En este trabajo se usan técnicas microbiológicas convencionales y moleculares para la identificación de bacterias filamentosas (Thiothrix) asociadas a un problema de decantación en un sis-tema de fangos activados que trata el agua efluente de un reactor anaerobio de membranas sumergidas (SAnMBR) con concentraciones elevadas de sulfuro (105 ± 10 mg S·L-1). En este estudio se comparan dos periodos de operación con el fin de determinar la influencia del tiempo de retención hidráulico (TRH) sobre la proliferación de las bacterias filamentosas Thiothrix.

Palabras clave: Bacterias filamentosas, bulking, fango activado, sulfuro, thiothrix.

Abstract

In wastewater treatment, bulking and foaming are problems associated with filamentous bacteria. The identification of these organisms has an important role in decision-making in the operation of was-

Revista de Ingeniería y Región2014 (11): 7-16

1 MSc Estudiante doctorado Dpto. Ingeniería Química. U. de Valencia (España). Av de la Universitat, Burjassot.

E-mail: [email protected]

2 PhD profesor Dpto. Ingeniería Química. U. de Valencia (España). Av de la Universitat, Burjassot.


3 PhD Profesor Dpto. Ing. Hidráulica y Medio Ambiente. U. Politécnica de Valencia (España). IIAMA. Camí de Vera.


4 PhD profesor Dpto. Ingeniería Química. U. de Valencia (España). Av de la Universitat, Burjassot.


5 PhD profesor Dpto. Ingeniería Química. U. de Valencia (España), Av de la Universitat, Burjassot. E-mail: [email protected]

Recibido 4 de abril de 2014 Aprobado 12 de mayo de 2014


8

1. Introducción

En la actualidad se emplean diversos procesos

para el tratamiento de las aguas residuales ur-

banas, uno de los más habituales es mediante el

uso de reactores anaerobios, siendo los más uti-

lizados los reactores UASB y los reactores anae-

robios de membranas. La combinación de reac-

tores anaerobios con procesos de filtración con

membranas tienen una serie de ventajas frente a

otros tratamientos. Entre estas ventajas destaca la

producción de biogás que permite el aprovecha-

miento energético del agua residual, y la menor

generación de fangos. Sin embargo, el efluente de

un tratamiento anaerobio contiene concentracio-

nes de nitrógeno y fósforo similares a las del agua

residual afluente; concentraciones moderadas

de materia orgánica biodegradable; y concentra-

ciones importantes de sulfuro y metano disuel-

to (Giménez et al., 2011; Khan et al., 2011). Por

tanto, se hace necesario un tratamiento posterior

para eliminar estos nutrientes con el fin de ha-

cer posible la reutilización del agua tratada o su

vertido al medio natural. Las características del

efluente de un SAnMBR lo hacen susceptible de

ser tratado mediante tratamientos convenciona-

les como el sistema de fangos activados con eli-

minación biológica de nutrientes.

En los sistemas de fangos activados se pueden en-

contrar diversos microorganismos en función de

los procesos que se lleven a cabo (nitrificación,

desnitrificación, eliminación biológica de fósfo-

ro). Dentro de los microorganismos comúnmen-

te encontrados en los reactores biológicos están

las bacterias filamentosas. Una baja proporción

de bacterias filamentosas puede ser beneficiosa

para la formación del flóculo, pero un crecimien-

to excesivo de este tipo de microorganismos pue-

de generar diversos problemas que provocan una

desestabilización del flóculo dificultando el pro-

ceso de separación o decantación de la biomasa

en los decantadores (Jenkins et al., 1993).

El primer aspecto importante para el control de

bacterias filamentosas es identificar el tipo de

bacteria filamentosa presente, con el fin de esta-

blecer rápidamente las condiciones más desfavo-

rables para su crecimiento.

En los años setenta Eikelboom (2000) clasificó

diversos grupos de bacterias filamentosas en fun-

ción de las características morfológicas comunes

y de las respuestas a tinciones simples (para de-

tectar PHB, gránulos de azufre, etc.). Esta forma

de identificación no es específica ya que pueden

existir bacterias genéticamente distintas y morfo-

lógicamente muy similares.

Actualmente se emplean técnicas moleculares

basadas en el análisis del ARN y del ADN aplica-

das al tratamiento biológico de aguas residuales.

Una de las técnicas comúnmente empleada para

la identificación de bacterias es la técnica FISH

(Fluorescent in situ hybridization) basada en la

hibridación directa de la bacteria sobre una re-

gión del gen 16s ARNr o 23s ARNr (Amman et

al., 1995). La utilización de esta técnica permi-

te, mediante sondas marcadas con fluorocromos

que se unen a una parte del gen 16s del microor-

tewater treatment plants. Anaerobic treatments used for the treatment of urban and industrial wastewater with high sulfate content give rise to effluents containing significant concentrations of sulfur which under certain conditions may favour the filamentous organisms development. In this work, conventional and molecular microbiological techniques have been used to identify filamen-tous bacteria (Thiothrix) associated with a sedimentation problem in an activated sludge system treating the effluent of submerged anaerobic membrane bioreactor (SAnMBR) containing high concentrations of sulphide (105 ± 10 mg S·L-1). This study also compares two operational periods and determines the influence of HRT in the process.

Keywords: Activated sludge, bulking, foaming, sulphide, Thiothrix.

9


ganismo, identificar el nivel taxonómico al que

pertenece. El fluorocromo emite una señal fluo-

rescente en las bacterias que hibrida con la sonda.

El empleo de esta técnica comparada con las téc-

nicas convencionales resulta más fiable teniendo

en cuenta que se basa en secuencias de nucleóti-

dos específicos.

El estudio presentado en este trabajo se ha rea-

lizado en una planta piloto de fangos activados

que trata el efluente de un reactor anaerobio de

membranas sumergidas (SAnMBR) caracteri-

zado por presentar una alta concentración de

sulfuro (Sánchez-Ramírez et al., 2012). Este tra-

bajo describe un episodio de proliferación de

bacterias filamentosas en dicha planta piloto y

también describe la identificación realizada me-

diante técnicas microbiológicas convencionales y

moleculares de la bacteria filamentosa Thiothrix.

También compara dos periodos experimentales a

TRH distintos con el fin de determinar la influen-

cia de este parámetro sobre la proliferación de las

Thiothrix.

2. Materiales y métodos

El estudio se realizó en una planta piloto de fan-

gos activados ubicada en la EDAR de la Cuen-

ca del Carraixet, situada en Valencia, España.

La planta piloto trataba el efluente de un reactor

SAnMBR (Giménez et al., 2011). La planta pi-

loto, operada mediante una configuración UCT

(University of Cape Town), constaba de un reac-

tor biológico de 800 L subdividido en 3 zonas

(Anaerobia-Anóxica-Aerobia) y un decantador

secundario de 80 L (Figura. 1). Durante los pe-

riodos estudiados la planta piloto fue operada a

dos tiempos de retención hidráulico (TRH): 13 y

26 h correspondientes a un caudal afluente de 60

y 34 L·h-1, respectivamente. El tiempo de reten-

ción celular (TRC) fue mantenido en torno a 25

d en ambos periodos. La temperatura oscilo entre

13 y 24 ºC. La concentración de sólidos suspendi-

dos en el sistema se situó en torno a 1350 mg·L-1.

Así mismo, la concentración de oxígeno disuelto

(OD) osciló entre 1,0 y 2,5 mg·L-1 en ambos pe-

riodos.

Las características medias del efluente del SAn-

MBR son: baja DQO biodegradable (30 ± 8 mg

DQO·L-1), que corresponde en un 90% a ácidos

grasos volátiles (AGV); elevadas concentracio-

nes de nutrientes (55 ± 9 mg N-NH4·L-1, 7 ± 2 mg

P-PO4 ·L-1, 105 ± 10 mgS-2·L-1); y una concentra-

ción de metano disuelto de 43 ± 10 mg DQO·L-1.

Figura 1. Planta piloto de fangos activados (A), Diagrama general de la planta (B).


10

2.1 Métodos Analíticos

Las técnicas analíticas utilizadas en este traba-

jo corresponden a las descritas en el Standard

Methods (APHA, 2005) para la determinación

de sólidos suspendidos totales, sólidos suspen-

didos volátiles, IVF, amonio (N-NH4) y sulfuro

(S-S-2). Para la determinación de la alcalinidad

y los ácidos grasos volátiles (AGV) se empleó el

método de valoración ácido-base propuesto por

Moosbrugger et al., 1992. El metano disuelto fue

calculado a partir de la medida de metano en el

biogás y el equilibrio entre fases empleando la

ley de Henry. El metano en el biogás fue medido

empleando un analizador continuo de gases (X-

Stream X2, Emerson).

2.2 Análisis Microbiológico

Las muestras analizadas para la identificación y

cuantificación de los microorganismos de inte-

rés fueron tomadas al final de la etapa aerobia.

Para la observación se utilizó un microscopio

de epifluoresencia DM2500 con cámara digital

DFC420c. En la aplicación de la técnica FISH se

emplearon las sondas que se muestran en la Tabla

1. La sonda general empleada para la hibridación

del dominio eubacteria fue la sonda (EUBMIX)

compuesta por tres sondas EUB 338, EUBII 338

y EUBIII 338 (Amann et al., 1990; Daims et al.,

1999) que hibridan sobre bacterias, planctomyce-

tales y verrucomicrobiales. Para la determinación

de las bacterias filamentosas se empleó una sonda

específica que hibrida sobre bacterias Thiothrix

(Eikelboomii, nivea, unzii, fructosivorans, deflu-

vii, eikelboom 021N grupo I,II,III). Cada sonda

específica es obtenida según el nivel taxonómico,

phylum, clase, familia, género y especie (Amann

et al., 1995).

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3. Resultados

Este estudio fue divido en dos periodos a lo largo

de los cuales se ha modificado el TRH con el fin

de disminuir la carga de sulfuro y la cantidad de

AGV al sistema. En ambos periodos se han man-

tenido constantes el resto de parámetros opera-

cionales. Los resultados obtenidos permitieron

comparar la influencia del TRH sobre la prolife-

ración de las bacterias filamentosas Thiothrix.

3.1 Periodo I (TRH: 13h)

La puesta en marcha de la planta piloto de fangos

activados durante el periodo I se inició inoculan-

do el sistema con 200 L de biomasa procedente

del reactor industrial de fangos activados de la

EDAR de la Cuenca del Carraixet. En el primer

periodo, se fijaron como condiciones de opera-

ción un TRC de 25 d, un TRH de 13 h (Qafluente

≈

Tabla 1. Sondas empleadas para la identificación de bacterias Thiothrix.

SONDAS

Sondas Secuencia Nivel/Grupo %FA Referencia

EUB338 GCTGCCTCCCGTAGGAGT Bacteria 0-50 Amman et al.,1990

EUB338II GCAGCCACCCGTAGGTGT Plantomycetales 0-50 Daims et al.,1999

EUB338III GCTGCCACCCGTAGGTGT Verrucomicrobiales 0-50 Daims et al.,1999

G3M123T CCTTCCGATCTCTATGCA Thiothrix general 40 Kanagawa et al., 2000

11


60 L·h-1), manteniéndose la temperatura media

entre 24ºC al inicio del periodo y 12ºC al final

(Figura. 2A). Las recirculaciones internas mantu-

vieron una relación de 2 con respecto al caudal de

entrada. Al inicio de este periodo de operación se

observó una decantación adecuada, alcanzando

valores del índice volumétrico del fango (IVF) de

200 ml·mg-1 y valores de sólidos suspendidos en el

efluente de 15 mg·L-1, siendo este parámetro indi-

cativo de la buena decantación del fango. Pasados

120 días de operación, la decantación comenzó a

verse afectada alcanzándose concentraciones de

sólidos suspendidos en el efluente de 262 mg·L-1

(Figura. 2B) y observándose el manto de fango

muy próximo al vertedero del decantador, fenó-

meno característico de un bulking de filamentos.

En la Figura 3B se puede observar el aspecto del

decantador al inicio del periodo experimental y

durante la proliferación de las filamentosas.

Con el fin de descartar que este deterioro estuvie-

ra asociado a un mal funcionamiento del decan-

tador al caudal de operación fijado (60 L·h-1), se

verificó la carga de sólidos y la carga superficial

del decantador obteniéndose valores de 0.58 kg

SS·m-2·h-1y 0.43 m3·m-2·h-1, respectivamente. Se

Figura 2. !/�� '��0��)��1� �!/�� 21!��'��0��

Figura 3. Vista superior decantador secundario. (A) Inicio del periodo experimental, (B) Durante el bulking

filamentoso.


12

observó que ambos parámetros se encontraban

dentro de los valores de diseño recomendados

para un decantador secundario.

Durante este periodo se presentaron algunos

fallos operacionales que dejaron al sistema sin

afluente y sin aireación, dando origen a un sis-

tema biológico pobremente aireado, cuyas con-

diciones favorecen el crecimiento de algunas

bacterias filamentosas. El deterioro en la calidad

del efluente coincidió con un aumento de la con-

centración de ácidos grasos volátiles (AGV) en

la entrada al sistema biológico, donde se obser-

varon concentraciones de hasta 130 mg DQO·L-1

(Figura. 4).

El problema del bulking fue cada vez más seve-

ro hasta el punto que las bacterias filamentosas

dominaron el sistema. Este deterioro en la decan-

tación fue observado en los ensayos de V30

rea-

lizados, donde se obtuvieron valores de IVF en

torno a 400 mL·mg-1, valor asociado a problemas

de bulking (Pujol et al., 1990).

Las bacterias Thiothrix presentan formas diversas

con tamaños que varían entre los 0,6 – 2,5 μm

con pequeñas células rectangulares en su interior

y pequeños gránulos de azufre en su interior (Unz

y Head., 2005). Las Thiothrix pertenecen a un gé-

nero de bacterias capaces de oxidar compuestos

de azufre y almacenarlos dentro de la membrana

celular. Por lo general son bacterias gram negati-

vas (G-) pero también pueden encontrarse otras

clasificaciones (Wagner et al., 1994).

Mediante la técnica convencional de contraste de

fases fue posible observar bacterias filamentosas

que presentaban pequeños gránulos amarillos

en su interior característicos de las bacterias fi-

lamentosas Thiothrix (Figura 6D). Los gránulos

amarillos observados corresponden presunta-

mente al azufre acumulado intracelularmente.

Con el objetivo de verificar si la bacteria filamen-

tosa observada correspondía a la especie Thio-

Figura 4. Evolución de la concentración de AGV y sulfu-

ro en el influente durante el periodo I.

Teniendo en cuenta el deterioro de la decanta-

ción observado, se intensificó el seguimiento mi-

crobiológico del fango con el fin de determinar

cuál era la bacteria filamentosa causante de este

problema. Al visualizar el fango en contraste de

fases se observó que la bacteria filamentosa for-

maba redes interfloculares con formas alargadas,

observando una rápida proliferación de las mis-

mas frente al resto de microorganismos presentes

(Figura. 6A).

Figura 5. Ensayo de V30

realizado al final del pe-

riodo (IVF: 400 ml/mg)

13


Figura 6. 3��#��%�� +4��4��$��/��%��5��%��1��3��6�$��7��,��$

Figura 7. FISH.(630x), Sonda especifica Thiothrix sp (A), sonda general EUB-MIX (B).

thrix, se empleó la técnica FISH. Esta técnica per-

mitió identificar mediante la hibridación con una

sonda específica (Tabla 1) que el tipo de bacteria

filamentosa presente correspondía claramente a

la especie Thiothrix con una abundancia de un 18

± 2% (Figura. 7).

Al final del periodo I, el sistema se deterioró de-

bido a la perdida excesiva de sólidos por el de-

cantador. Teniendo en cuenta que el afluente

proviene de un sistema anaerobio de membranas

sumergidas y no contiene sólidos suspendidos

que pueda inocular el sistema, se decidió iniciar

con una nueva siembra y evaluar la influencia del

TRH sobre la proliferación de estos organismos.

Las recomendaciones de algunos autores para

controlar el crecimiento de bacterias filamentosas


14

Thiothrix están basadas en la disminución de las

concentraciones de sulfuros y de AGV en el siste-

ma (Jenkins et al., 2004; Lemmer et al., 2000). Te-

niendo en cuenta que el afluente tratado en este

estudio contiene concentraciones importantes de

sulfuro (105 mg S·L-1) y en ocasiones concentra-

ciones punta de AGV (hasta 130 mg DQO·L-1)

que favorecen el crecimiento excesivo de las bac-

terias Thiothrix, se hace necesario disminuir la

carga de sulfuro y AGV al sistema. La carga de

estos compuestos al sistema puede realizarse mé-

diate la modificación del TRH. Los resultados de

este cambio se muestran en el periodo II.

3.2 Periodo II (TRH: 26 h)

El periodo II se inició inoculando la planta pilo-

to con 200 L de biomasa procedente del reactor

industrial de fangos activados de la EDAR de la

Cuenca del Carraixet. Se fijaron como condicio-

nes de operación un TRC en torno a 25 d y un

TRH de 26 h (QInfluente

≈ 30 L·h-1). La temperatu-

ra se mantuvo entre 22ºC al inicio del periodo

y 13ºC al final (Figura. 8). La concentración de

sulfuro y AGV se mantuvo en torno a 109 mg

S·L-1 y 77 mg·L-1 respectivamente. Las recircula-

ciones internas se mantuvieron igual que durante

el periodo I. El seguimiento microbiológico fue

llevado a cabo de forma continua con el fin de

identificar rápidamente la posible proliferación

de las bacterias filamentosas Thiothrix.

Tal y como se muestran en las figura 8, durante

este periodo los sólidos suspendidos en el efluen-

te se mantuvieron en torno a 23 mg·L-1 y la ope-

ración del decantador fue normal. Durante este

periodo se observó una mejora importante en el

proceso de decantación. Teniendo en cuenta que

los parámetros operacionales se mantuvieron

constantes en ambos periodos, el aumento del

TRH a 26 h en el periodo II, favoreció la forma-

ción de flóculos estables y la disminución de bac-

terias filamentosas. Es decir el aumento del TRH

en este proceso es un parámetro determinante y

de gran influencia sobre la proliferación de las

bacterias filamentosas Thiothrix.

La mejora observada en el periodo II, es atribui-

da a la disminución de la carga de sulfuro y de

los AGV al sistema, ya que el funcionamiento hi-

dráulico del decantador no estaba comprometido

tal y como se ha comentado anteriormente. En

concordancia con algunos autores, para controlar

la proliferación de bacterias filamentosas Thio-

thrix es necesario disminuir la disponibilidad de

sulfuro y AGV al sistema, teniendo en cuenta que

estos componentes actuan como sustrato para

este tipo de microorganismos.

Durante este periodo y con el fin de comprobar la

abundancia de las bacterias filamentosas se rea-

lizó el seguimiento microbiológico a lo largo del

tiempo de operación mediante contraste de fases

Figura 8. Evolución de la temperatura y el caudal influente durante el periodo II (C). Evolución de los sóli-

dos en el reactor (RAE) y en el efluente (D).

15


y la técnica FISH. Según lo observado en ninguna

muestra se presentó un crecimiento excesivo de

bacterias filamentosas Thiothrix.

Por tanto, una alternativa de operación que per-

mite prevenir la proliferación de bacterias fila-

mentosas en sistemas que tratan efluentes anae-

robios con elevadas concentraciones de sulfuros,

sería disponer de un tanque pulmón que permi-

tiera regular el caudal de tratamiento cuando el

sistema anaerobio no fuera capaz de reducir los

AGV hasta valores habituales y ajustar la carga

modificando el TRH.

4. Conclusiones

Este estudio muestra un episodio de proliferación

de bacterias filamentosas y estudia la influencia

del TRH sobre el crecimiento de las bacterias fi-

lamentosas.

El morfotipo de bacteria filamentosa, identifica-

da en este estudio mediante la técnica FISH, es

del tipo Thiothrix, que está asociada a una con-

centración elevada de sulfuro en el afluente y una

alta disponibilidad de materia orgánica en forma

de AGV.

El cambio más significativo sobre la mejora del

proceso fue el cambio del TRH. Al disminuir el

caudal influente se logró disminuir la carga de

sulfuro al sistema y la disponibilidad de AGV,

siendo estas dos condiciones factores importan-

tes sobre el crecimiento de las bacterias filamen-

tosas Thiothrix.

Los estudios microbiológicos en estaciones depu-

radoras basados en las características bacterianas

observables al microscopio y las nuevas técni-

cas moleculares para la identificación permiten

identificar correctamente el organismo presente

en el sistema y por lo tanto permiten tomar las

decisiones adecuadas para controlar o reducir el

problema.

Agradecimientos

Se agradece la financiación del Ministerio de

Ciencia e Innovación (Proyecto CTM2011 28595-

C02-01/02) y de la Universitat de València (Pro-

yecto precompetitivo UV-INV-AE11-40539).

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17


Calidad del agua en la Reserva Forestal Regional productora del norte de Bogotá, Thomas Van der Hammen

Water quality in the Regional Forest Reserve of northern Bogota, Thomas Van der Hammen

Ángela María Jaramillo1 y Luz Marina Cabrera2

Resumen

En este estudio se analizó y caracterizó la calidad fisicoquímica del agua en la Reserva Forestal del Borde Norte de Bogotá – Thomas Van der Hammen. La Reserva Forestal, es una zona clave de co-nectividad entre los cerros orientales del norte de Bogotá y el río del mismo nombre. Esta Reserva, fue declarada como tal mediante el Acuerdo 11 de 2011, expedido por la Corporación Autónoma de Cundinamarca – CAR. De su conservación depende el mantenimiento de la biodiversidad de fauna y flora del norte de Bogotá. Se tomaron varias muestras en diferentes drenajes superficiales durante la época seca y la época lluviosa en 2011. En cada muestreo se midieron 20 parámetros de calidad del agua y fueron interpretados usando análisis estadísticos multivariados. Los resultados muestran que la calidad del agua no alcanza los objetivos marcados por la CAR en el acuerdo número 43 del 17 de octubre de 2006 para la cuenca del río Bogotá. Las principales causas son la contaminación por mineralización y por materia orgánica.

Palabras clave: calidad de agua; Reserva Forestal del Borde Norte de Bogotá – Thomas Van der Hammen; drenajes superficiales.

Abstract

The status of water quality in the Reserva Forestal del Borde Norte de Bogotá: Thomas Van der Hammen was examined in this study. The regional forest reserve is a key area of connectivity be-tween the eastern hills of northern Bogota and the river of the same name. This reserve was decla-red as such by the Agreement 11, 2011, issued by the Corporación Autónoma de Cundinamarca– CAR. Their conservation will ensure the maintenance of biodiversity of flora and fauna in northern Bogota. Several samples were taken at different surface drains during the dry season and the rainy season in 2011. During the surveys, 20 water quality parameters were measured and interpreted using multivariate statistical analysis. Results show that the water quality of the Regional Forest Reserve does not meet the objectives set by CAR (Agreement 43, October 17 of 2006) for the basin of Bogota River. The main causes of pollution are mineralization and organic matter.

Keywords: water quality; Reserva Forestal del Borde Norte de Bogotá “Thomas Van der Hammen”; surface drains.

1 Licenciada en Química MSc. Grupo de Investigación Sostenibilidad Ambiental. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambien-

tales U.D.C.A. E-mail: [email protected]

2 Biología Marina. Ph.D. Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A.

Bogotá-Colombia. E-mail: [email protected]

Recibido 25 de marzo de 2014 Aprobado 5 de mayo de 2014



18

1. Introducción

La Reserva Forestal Regional Productora del

Norte de Bogotá D.C., “Thomas Van der Ham-

men” (RFRP), es una zona clave de conectividad

entre los cerros orientales del norte de Bogotá y

el río del mismo nombre. De su conservación de-

pende en gran parte el mantenimiento de la bio-

diversidad de fauna y flora del norte de Bogotá.

Esta Reserva, fue declarada como tal mediante

el Acuerdo 11 de 2011, expedido por la Corpo-

ración Autónoma de Cundinamarca – CAR, or-

ganismo que en la actualidad se encuentra en la

tarea de definir las directrices para su manejo,

con base en la formulación de un Plan de Manejo

Ambiental de esta área.

En cuanto al sistema hídrico, el norte de Bogo-

tá cuenta con la presencia de dos humedales con

áreas de drenaje que tributan al río Bogotá, el hu-

medal de Torca Guaymaral y el de La Conejera,

ambos sistemas recogen casi en su totalidad el

drenaje de las aguas superficiales de la zona. De

acuerdo con el proyecto “Corredor Borde Nor-

te de Bogotá” en el que participaron la Univer-

sidad Nacional de Colombia, la Universidad de

Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A., la

Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Fí-

sicas y Naturales, el Instituto Agustín Codazzi y

la Corporación Autónoma Regional de Cundina-

marca CAR (Cabrera, 2007), en la zona se pue-

den identificar tres ejes de conectividad hídrica

superficial a saber: canal Torca-Guaymaral que

drena sus aguas hacia el río Bogotá en sentido

Sur-Norte, recogiendo las aguas de las quebradas

Torca, la Floresta y Patiño, y los vallados de la vía

los Arrayanes, la calle 222, la vía Guaymaral y los

del separador de la Autopista Norte; un segundo

eje conformado por los vallados paralelos a los

costados de la vía Suba-Cota que parten del pie

de monte del Cerro la Conejera y desembocan en

las márgenes del Río Bogotá; y finalmente un ter-

cer eje que corresponde a la quebrada la Salitrosa

que nace en la parte sur del cerro la Conejera y

drena sus aguas al humedal del mismo nombre y

posteriormente al río Bogotá.

El drenaje de estas aguas superficiales hacia el río

Bogotá tiene influencia directa sobre la calidad

del agua del mismo y es importante destacar que

no se tienen datos sobre la calidad del agua del

sistema hídrico en las inmediaciones de la Reser-

va Forestal Regional Productora del Norte de Bo-

gotá D.C., “Thomas Van der Hammen” (RFRP).

La Corporación Autónoma Regional de Cundi-

namarca – CAR en su acuerdo número 43 del 17

de octubre de 2006, establece los objetivos de ca-

lidad del agua que se quieren lograr para el año

2020, en la cuenca del río Bogotá. Este acuerdo

se basa en el estudio elaborado por la misma en-

tidad, denominado “Propuesta de Metodología

para la determinación de los objetivos de calidad

de la cuenca del río Bogotá”, el cual recoge las

evaluaciones cualitativas y cuantitativas de cali-

dad disponibles respecto del recurso, y desarrolla

una metodología para determinar los objetivos

de calidad para el río Bogotá, el cual fue dividido

en cinco tramos en razón de sus características

físicas y de uso. Así mismo, por medio del acuer-

do 11 de 2011, la CAR hace la declaratoria de la

Reserva Forestal Regional Productora del Nor-

te de Bogotá D.C., “Thomas Van der Hammen”

(RFRP), adoptando determinantes ambientales

para su manejo. El área de Reserva Forestal, don-

de se lleva a cabo estudio, está localizada dentro

del tramo 2: Cuenca Alta-Inferior entre Tibitoc

y la estación hidrometeorológica la Virgen. De

acuerdo con el acuerdo 43 de 2006, en este tra-

mo la calidad del río se ve afectada debido al des-

bordado crecimiento poblacional en los últimos

años de los centros poblados y al crecimiento

productivo del sector.

Este estudio busca analizar y caracterizar de ma-

nera global la calidad del agua en la Reserva Fo-

restal del Borde Norte de Bogotá – Thomas Van

der Hammen, a través de la toma de muestras en

diferentes cursos de agua, durante dos períodos

climáticos (época seca y lluviosa) del año 2011

con el fin de aportar información que sirva de so-

porte para el manejo adecuado de dicho territo-

rio, del cual existe muy poca información.

19


2. Métodos

Área de estudio y puntos de muestreo

El área comprendida por la Reserva Forestal Re-

gional Productora del Norte de Bogotá, Thomas

van der Hammen (RFRP) (Acuerdo 11 de 2011

de la CAR) muestra dos áreas de drenaje que co-

rresponden a los humedales de Torca Guaymaral

en el nororiente (Cuenca Torca) y la Conejera

(subcuenca del mismo nombre) en el norocci-

dente, ambos tributan al Río Bogotá (Figura 1).

El territorio que ocupa el humedal de Torca Gua-

ymaral está fraccionado por la Autopista Norte y

pertenece a dos localidades Suba y Usaquén. Se

ha considerado que el sistema hídrico en la zona

está conformado por una serie de drenajes (co-

lectores) que fluyen de manera perpendicular al

río Bogotá y el sistema sanitario está basado en el

interceptor del río Bogotá que lleva sus aguas a

la Planta de Tratamiento el Salitre (Acueducto de

Bogotá, 2003).

La quebrada (canal) Torca, nace a la altura de la

calle 134 en la localidad de Usaquén y corre en

sentido sur-norte, contrario al río Bogotá, hasta

desembocar en éste.

Por su parte, el humedal de Guaymaral, tiene

una extensión de 49 hectáreas. Sus límites norte

y occidente corresponden a la vía que conduce

al aeropuerto de Guaymaral, el límite oriente es

la Autopista Norte y al sur colinda con el centro

recreacional Cafam. (Cardona & Hilera, 2002).

El estudio se realizó sobre algunos cuerpos de

agua superficial (quebradas, canales, vallados,

espejos de agua y reservorios) presentes en el

área de la Reserva Forestal Regional Productora

del Norte de Bogotá, Thomas van der Hammen

(RFRP). Se seleccionaron ocho puntos de mues-

treo que se pueden observar marcados con pun-

tos en la Figura 1, los cuales corresponden a la

quebrada Torca (canal Torca) y su brazo denomi-

nado canal El Recuerdo, la quebrada La Salitrosa,

Figura 1. Área de estudio y puntos de muestreo


20

y la quebrada La Floresta, los demás drenajes co-

rresponden a vallados cuyo papel más importan-

te es el manejo de las aguas lluvias (Tabla 1).

De forma sistemática se coleccionó información

documental y cartográfica de la zona, esta infor-

mación se encontró en formatos análogo y digital.

Las principales fuentes de información fueron: la

Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambienta-

les – U.D.C.A, el Instituto de Estudios Urbanos-

IEU, la Corporación Autónoma Regional – CAR,

el Instituto Geográfico Agustín Codazzi – IGAC,

la Empresa de Acueducto de Bogotá-EAAB y la

Alcaldía de Suba. La cartografía existente se veri-

ficó en campo identificando los cuerpos de agua,

los cuales una vez localizados, se georreferencia-

ron mediante un equipo de posicionamiento glo-

bal (GPS).

Tabla 1. Localización y descripción de los puntos de muestreo

Punto de muestreo NombreCoordenadas

Descripción del punto de muestreoX Y

P1 Margarita 104068,47 122316,79

Canal Torca: calle 222 al costado sur. Brazo que se

origina en la proximidad de Jardines del Recuerdo y

desemboca en el canal principal.

P2 Recuerdo 103985,68 121103,37

Aguas provenientes del vallado que corre en dirección

este-oeste, y del lago del cementerio Jardines del Re-

cuerdo, antes de verter sus aguas a la fracción occiden-

tal del Humedal Torca, en la vía Guaymaral, que a su

vez genera el brazo muestreado en el punto 1.

P3 Cota 98194,57 121492,10Vallado oriental de la vía Suba - Cota, justo antes de

desembocar en el río Bogotá.

P4 Salitrosa 98415,20 117884,16

Desembocadura de la Quebrada la Salitrosa en el Hu-

medal de la Conejera, por la vía que conduce a la Clí-

nica Corpas.

P5 Torca 104345,90 122227,77

Canal de Torca: calle 222 al oriente da la autopista nor-

te, calzada sur norte. Recibe aguas del canal Torca y

del vallado que corre oriente occidente.

P6 Bima 1 104163,71 123592,72

Desembocadura de la Quebrada la Floresta en la

Quebrada Torca, cuando se rehace el drenaje después

de la zona de inundación, denominada Humedal de

Guaymaral, vía Guaymaral frente al centro comercial

BIMA.

P7 Bima 2 104143,47 123626,31 Confluencia de las Quebradas Torca y Floresta, en el

puente frente a la Urbanización San Simón.

P8 Humedal 103377,08 123082,09 Desembocadura del manantial generado en el Bosque de las

Lechuzas en el humedal de Guaymaral.

Recolección y análisis de agua

El muestreo de aguas y la cadena de custodia de

la muestra se realizó según la Guía para el mo-

nitoreo de vertimientos, aguas superficiales y

subterráneas del IDEAM (2004). Los métodos

y técnicas de análisis de aguas, se ajustaron a las

condiciones de laboratorio de los métodos y téc-

nicas específicos normalizados (APHA-AWWA-

WPCF, 2005). En cada uno de las ocho estaciones

de muestreo se tomaron 6 muestras en época seca

y 7 en época de lluvias.

Se determinaron in situ pH, temperatura, turbi-

dez, oxígeno disuelto y conductividad. En el la-

boratorio las muestras fueron filtradas y se anali-

zó dureza, alcalinidad, cloruros, sulfatos, fósforo,

nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos, sólidos

21


suspendidos totales, calcio, magnesio, hierro to-

tal, manganeso y una prueba para coliformes to-

tales.

El tratamiento estadístico de los datos se hizo con

ayuda del programa estadístico SPSS 19.0 para

Windows (SPSS Inc.). Para las pruebas estadís-

ticas multivariadas se tuvieron en cuenta todas

las variables fisicoquímicas tomadas en todos los

puntos de muestreo y en ambas estaciones clima-

tológicas, con el fin de identificar las interaccio-

nes entre variables. Con el análisis factorial de

componentes principales se buscó simplificar las

relaciones complejas de las variables observadas,

mediante la selección de factores comunes de tal

manera que se pudieran extraer las variables que

mayor influencia tienen en la calidad del agua.

3. Resultados y Discusión

Calidad del agua

En la tabla 2 se presentan los niveles mínimos,

máximos y medios con su desviación estándar de

los parámetros fisicoquímicos medidos en todos

los cuerpos de agua del estudio tanto para la épo-

ca de lluvias como para la seca.

Entre la época de lluvias y la época seca se encon-

traron diferencias en el oxígeno disuelto, conduc-

tividad, turbidez, nitratos, alcalinidad, dureza,

SST, hierro total y fosfatos. La mayoría de estos

parámetros alcanzaron concentraciones más altas

en la época seca, excepto el hierro y los nitratos

con concentraciones más altas en época de lluvias.

Tabla 2. Media, desviación estándar (s.d), mínimo y máximo de los parámetros fisicoquímicos medi-

dos en época lluviosa y en época seca

Parámetros

Época Lluviosa Época Seca

N Media ± s.d.Míni-

moMáximo N Media ± s.d.

Míni-mo

Máxi-mo

pH 54 6,8 ± 0,1 5,8 7,6 48 7,0 ± 0,4 6,1 7,7

T ºC 54 17,5 ± 0,1 16,8 19,0 48 17,2 ± 1,7 13,1 20,8

Oxígeno Disuelto (mg/l) 54 2,6 ± 0,2 0,68 5,3 48 3,8 ± 1,6 0,9 6,6

Oxígeno disuelto (%) 54 27,4 ± 1,7 7,2 55,4 48 49,3 ± 24,5 3,8 90,0

3��/��;C�� 54 362,0 ± 18,0 66 618,0 48 428,0 ± 182,0 26,0 765,0

Turbidez (NTU) 54 28,2 ± 2,4 3,7 103,0 48 179,8 ± 238,3 5,2 959,0

Nitratos (mg N-NO3/l) 54 0,6 ± 0,1 0,01 3,5 48 0,1 ± 0,05 0,01 0,2

Nitritos (mg N-NO2/l) 54 0,6 ± 0,1 0,01 1,3 48 0,5 ± 0,3 0,01 1,3

Amonio (mg N-NH4/l) 53 1,0 ± 0,1 0,02 2,2 S.D S.D S.D

Alcalinidad (mg CaCO3/l) 54 0,7 ± 0,1 0,1 2,1 48 138,9 ± 70,2 44,7 325,3

Dureza (mg CaCO3/l) 54 150,4 ± 6,6 62,2 273,3 48 719,3 ± 1165,9 108,3 5261,2

Calcio (mg Ca/l) 54 38,9 ± 2,1 8,0 79,1 48 30,1 ± 10,8 7,1 56,1

Magnesio (mg Mg/l) 54 12,9 ± 0,9 2,2 30,3 S.D S.D S.D

SST (mg/l) 54 41,0 ± 8,9 0,9 316,4 48 99,0 ± 76,3 0,1 310,0

Cloruros (mg Cl/l) 54 72,3 ± 7,5 17,7 348,6 S.D S.D S.D

Sulfatos (mg SO4/l) 54 20,3 ± 2,3 0,9 88,1 48 17,8 ± 10,7 0,2 50,8

Fosfatos (mg PO4/l) 54 0,1 ± 0,01 0,01 0,4 48 0,4 ± 0,4 0,01 1,9

Hierro Total (mg Fe/l) 54 32,9 ± 6,1 0,05 195,7 48 8,8 ± 10,3 0,02 36,3

Manganeso (mg Mn/l) 54 0,7 ± 0,1 0,1 1,9 S.D S.D S.D

Coliformes (NMP/100ml) 12 4,1x105 ± 3,8 x105 0,01 4,6 x105 S.D S.D S.D

S.D: sin dato


22

Estas diferencias son notables en los valores de

turbidez (28,2 en época de lluvias y 179,8 en

época seca), nitratos (0,58 en época de lluvias y

0,06 en época seca), alcalinidad (0,7 en época de

lluvias y 138,9 en época seca), dureza (150,5 en

época de lluvias y 719,3 en época seca), SST (41,0

en época de lluvias y 99,0 en época seca), fosfatos

(0,05 en época de lluvias y 0,4 en época seca) y

finalmente hierro total (32,9 en época de lluvias y

8,8 en época seca).

Los valores de oxígeno disuelto y porcentaje de

saturación del oxígeno son bajos lo cual es indi-

cativo de contaminación orgánica que demanda

cantidades considerables de oxígeno para sus

procesos de oxidación, indicando que la calidad

del agua no es buena, debido probablemente a un

nivel de contaminación moderado por descom-

posición de materia orgánica.

En cuanto a la conductividad, ésta está asociada

a la concentración de iones disueltos (Villegas,

1995), en este trabajo el valor medio osciló entre

362,0 y 428,0 lo que significa que el agua analiza-

da tiene un contenido bajo de sales disueltas, en

concordancia con las concentraciones de cloru-

ros encontradas.

Según Espigares García y Fernández-Crehuet

(1999) los niveles altos de turbidez son indicati-

vos de contaminación debida a material coloidal,

mineral u orgánico, por lo que podemos afirmar

que los cursos de agua de este estudio estarían

contaminados por este tipo de material, lo cual

concuerda con valores relativamente altos de só-

lidos suspendidos totales.

La alcalinidad es baja en época lluviosa y aumen-

ta considerablemente en época seca, lo cual con-

cuerda con la fluctuación en el nivel del pH. A

su vez se puede detectar una dureza alta (150,5

– 719,3 mg CaCO3/l).

Los niveles medios de nitratos son bajos y en el

caso de la época de lluvias las concentraciones

fueron superadas por las de nitritos y amonio, en

concordancia con valores bajos de oxígeno (por-

centaje de saturación por debajo del 50%) que

indican una calidad de agua baja (Roldán y Ra-

mírez, 2008). La presencia de nitritos y amonio

en cantidades mayores a las concentraciones de

nitrato son un claro indicativo de contaminación

reciente por materia orgánica y especialmente

por materia fecal, esto, unido a las bajas concen-

traciones de oxígeno disuelto, impide que ocurra

un proceso natural de nitrificación (Harrison, R.,

2001). Las concentraciones de fosfatos alcanza-

das en época seca son relativamente altas.

Llaman la atención los valores elevados de hierro

total (8,8 - 32,9 mg Fe/l) y manganeso (0,7 mg

Mn/l) que independientemente de su abundancia

en el medio natural podrían indicar una posible

contaminación por vertidos de carácter indus-

trial, principalmente en la quebrada la Salitrosa.

Finalmente en cuanto a la calidad bacteriológica

de las aguas, ésta sólo fue medida en época de llu-

vias, encontrándose valores elevados de colifor-

mes como indicativo de una mala calidad debido

a contaminación fecal.

De acuerdo con los objetivos de calidad del agua

para la cuenca del río Bogotá a lograr en el año

2020 (CAR, 2006), la Reserva Forestal Regional

Productora del Norte de Bogotá D.C., “Thomas

Van der Hammen” (RFRP) se encuentra en el

área de influencia del tramo dos de la cuenca y

sus parámetros de calidad corresponden a la

Clase IV de usos del agua que hace referencia a

valores de los usos agrícola con restricciones y

pecuario. Esto significa que para el 2020 se busca

alcanzar los siguientes niveles máximos: DBO5

50 mg O2/l; Coliformes Totales, 20000 NMP/100

ml, nitritos, 10 mg/l; SST, 40 mg/l; hierro, 5 mg/l;

manganeso, 0,2 mg/l; pH, 4,5 – 9,0. Por inconve-

nientes presupuestales en este estudio no se pudo

medir DBO5 ni DQO, pero según los demás pa-

rámetros medidos, en la actualidad los valores de

coliformes, SST, hierro y manganeso estarían por

encima de los valores máximos recomendados en

la mayoría de los drenajes muestreados.

23


Tab

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0,0

91

-0,6

12

**-0

,61

4**

0,2

97

*0

,18

9-0

,19

00

,13

90

,26

41

Du

r. (

CaC

O3)

-0,2

28

-0,4

84

**-0

,48

6**

0,6

87

**0

,34

5*

-0,1

43

0,2

98

*0

,17

30

,48

2**

1

Ca2

+-0

,06

7-0

,58

7**

-0,5

90

**0

,65

9**

0,2

83

*-0

,14

70

,29

3*

0,2

69

0,7

32

**0

,80

3**

1

Mg2

+-0

,29

4*

-0,0

45

-0,0

43

0,2

88

*0

,20

8-0

,05

00

,11

5-0

,05

9-0

,15

40

,62

3**

0,0

34

1

SST

0

,07

90

,05

80

,05

60

,05

90

,36

7**

-0,0

39

0,0

67

0,0

36

-0,1

11

0,1

16

-0,0

30

0,2

35

1

Cl-

-0,0

43

-0,0

02

-0,0

04

0,4

35

**0

,09

80

,27

8*

0,1

15

-0,0

67

0,1

08

0,3

68

**0

,29

8*

0,2

29

-0,0

34

1

SO

42

--0

,51

7**

-0,1

06

-0,1

00

0,3

64

**0

,01

0-0

,24

9-0

,01

50

,23

3-0

,08

10

,36

5**

0,2

18

0,3

30

*-0

,03

00

,16

71

PO

4-P

0,1

68

-0,2

12

-0,2

13

0,1

54

0,0

35

-0,0

28

0,1

94

-0,2

02

0,2

92

*0

,22

10

,29

5*

-0,0

15

-0,0

01

0,0

54

-0,1

14

1

Hie

rro

To

tal

-0,3

21

*-0

,09

8-0

,09

60

,17

10

,30

8*

-0,2

86

*0

,15

90

,28

9*

-0,1

33

0,2

63

0,0

73

0,3

45

0,3

14

*0

,02

10

,35

2**

-0,1

62

1

Mn

2+

0,0

56

-0,2

49

-0,2

47

-0,0

68

0,0

23

-0,1

98

0,0

79

0,1

05

0,2

87

*-0

,05

00

,15

2-0

,28

0*

-0,0

91

-0,1

20

0,0

35

0,1

59

-0,0

61

1

Co

lif.

0,0

63

-0,1

83

-0,1

85

-0,1

76

-0,1

06

-0,1

75

0,3

63

0,2

08

0,5

75

-0,3

27

-0,0

62

-0,4

08

-0,2

22

-0,2

06

-0,2

79

-0,2

41

-0,2

33

0,1

16

1

** L

os

valo

res

son

sig

nifi

cati

vos

a P

< 0

.01

* L

os

valo

res

son

sig

nifi

cati

vos

a P

< 0

.05


24

Análisis factorial y correlación entre paráme-

tros fisicoquímicos

Las tablas 3 y 4 presentan las matrices de corre-

lación de los parámetros fisicoquímicos medidos

en época de lluvias y en época seca. Estos coefi-

cientes de correlación deben interpretarse con

precaución ya que corresponden a los 8 sitios de

muestreo.

En ambas épocas, la mayoría de correlaciones

entre variables son muy débiles. La mejor

correlación positiva se obtuvo entre los valores de

conductividad y dureza (r= 0.687), lo cual es ló-

gico ya que la conductividad está relacionada con

la cantidad de iones disueltos (Roldán y Pérez,

2008). Entre las relaciones negativas destaca la re-

lación entre la alcalinidad con la concentración y

porcentaje de saturación de oxígeno disuelto (r=

-0.612 y -0.614), en época lluviosa. Así mismo, la

alcalinidad y la dureza tuvieron correlaciones po-

sitivas relativamente altas con el ión calcio, pues

precisamente alcalinidad y dureza son paráme-

tros que miden fundamentalmente la presencia

de este ión.

Como se observa en la Tabla 4, en la época seca

las correlaciones fueron también muy débiles,

destacándose las mayores correlaciones positivas

entre la alcalinidad y el pH (r= 0.690); alcalini-

dad y fosfatos (r= 0.624) y alcalinidad y calcio (r=

0.558), lo cual es lógico ya que de acuerdo con

Roldán y Pérez (2008), los carbonatos son en últi-

ma instancia los que responden por la alcalinidad

y capacidad buffer del agua.

Se realizó un análisis de componentes principa-

les en cada época climatológica, con el objetivo

de determinar un número reducido de factores

que puedan representar a las variables originales

mediante la selección de componentes que expli-

quen la mayor cantidad de varianza observada,

reduciendo así el número de atributos sin perder

información.

Tabla 4. Matriz de correlaciones entre parámetros para la época seca

pH T ºC OD OD % Cond. Turb. N-NO3

N-NO2

Alc. (CaCO

3)

Dur. (CaCO

3)

Ca2+ SST SO42- PO4-PHierro Total

pH 1

T ºC 0,269 1

OD -0,062 0,172 1

OD % -0,020 0,326* 0,780** 1

Cond. 0,307* -0,226 -0,182 -0,369** 1

Turb. 0,025 0,136 -0,321* -0,291* 0,098 1

N-NO3 0,293* -0,172 0,298* 0,069 0,320* -0,130 1

N-NO2 0,110 0,001 -0,258 -0,226 0,296* 0,220 0,167 1

Alc.(CaCO

3)

0,690** 0,220 -0,356* -0,334* 0,383** 0,212 0,002 0,298* 1

Dur. (CaCO

3)

0,235 0,026 -0,160 -0,249 0,204 0,447** -0,146 0,068 0,228 1

Ca2+ 0,495** 0,419** -0,091 -0,180 0,468** 0,095 0,255 0,146 0,558** 0,047 1

SST 0,113 0,099 0,023 -0,007 0,112 0,248 -0,052 0,126 0,223 0,166 0,225 1

SO4

2- -0,295* 0,038 -0,168 -0,134 0,285* 0,139 -0,212 0,240 0,027 0,026 0,291* 0,154 1

PO4-P 0,341* -0,055 -0,290* -0,365* 0,245 0,404** -0,021 0,056 0,624** 0,361* 0,238 0,221 0,014 1

Hierro Total

-0,116 -0,139 -0,268 -0,297* 0,251 0,181 -0,050 0,500** 0,103 0,037 -0,119 -0,022 0,183 -0,042 1

** Los valores son significativos a P < 0.01

* Los valores son significativos a P < 0.05

25


Para comprobar la adecuación de los datos se

realizó una prueba de adecuación muestral de

Kaiser-Meyer-Olkin (KMO) y una prueba de es-

fericidad de Bartlett (Tabla 5).

Tabla 5. Pruebas de adecuación muestral y de es-

fericidad

Época Lluviosa Época Seca

Medida de adecuación

muestral de Kaiser-Me-

yer-Olkin (KMO)

0,589 0,582

Prueba de esfericidad de

Bartlett

Chi-cuadrado aproximado

Gl.

Sig.

A,,�D6D,��

E��,

BB��A�,,��

E��,

La medida de adecuación de KMO, que nos in-

dica la proporción de la varianza que tienen en

común las variables analizadas, está en el límite

deseable, poniendo de manifiesto que, muy pro-

bablemente, el proceso de reducción de datos no

sea muy grande. El test de esfericidad de Bartlett,

sin embargo, rechaza la hipótesis de diagonalidad

de la matriz de correlación indicando que sí exis-

ten relaciones significativas entre las variables.

En la Tabla 6 se presentan los autovalores de los

factores extraídos y el porcentaje de la varianza

total explicada para cada factor. Estos factores

son una representación de los 16 parámetros de

calidad de agua, usados en el análisis. A partir de

los autovalores mayores a 1, en época lluviosa se

seleccionaron los primeros 4 factores los cuales

explican el 71,66% del total de la varianza de la

muestra y para el caso de la época seca se selec-

cionaron 6 que corresponde al 75,8 del total de la

varianza.

Para facilitar la interpretación del análisis facto-

rial, los componentes fueron rotados y de esta

forma se mejoró la correlación entre los mismos

(Tabla 7).

Tabla 6. Autovalores para cada factor extraído en el análisis factorial y porcentaje de las varianzas ex-

plicadas por cada factor para la época lluviosa y la época seca

ComponenteEpoca Lluviosa Epoca Seca

Autovalores % de la varianza % acumulado Autovalores % de la varianza % acumulado

1 5,224 32,651 32,651 3,896 24,350 24,350

2 2,530 15,812 48,463 2,404 15,022 39,372

3 2,236 13,978 62,441 1,722 10,759 50,132

4 1,476 9,224 71,665 1,572 9,827 59,959

5 0,924 5,778 77,443 1,436 8,973 68,932

6 0,905 5,656 83,099 1,101 6,882 75,814

7 0,659 4,118 87,217 0,845 5,279 81,093

8 0,550 3,438 90,655 0,701 4,383 85,476

9 0,396 2,478 93,132 0,584 3,649 89,125

10 0,367 2,296 95,428 0,505 3,159 92,284

11 0,245 1,531 96,959 0,342 2,137 94,420

12 0,220 1,375 98,334 0,296 1,847 96,267

13 0,126 0,788 99,122 0,224 1,398 97,665

14 0,084 0,525 99,648 0,157 0,982 98,647

15 0,056 0,352 100,000 0,115 0,717 99,364

16 0,000 0,000 100,000 0,102 0,636 100,000


26

En la época lluviosa, el componente uno expli-

có el mayor porcentaje de la varianza (32,6%).

Este factor tuvo una importancia positiva alta

para Ca+2 (0,85), conductividad (0,797) y dureza

(0,73), mientras que la mayor importancia nega-

tiva estuvo relacionada con el oxígeno disuelto

(-0,84) asociado a bajas concentraciones, indi-

cando contaminación por materia orgánica y mi-

neralización. El componente dos que explica un

15,8% de la varianza, está representado con una

importancia positiva por sólidos suspendidos to-

tales (0,659) y turbidez (0,618).

En época seca, el componente uno explicó el

24,35% de la varianza con una importancia posi-

tiva para pH (0,853), alcalinidad (0,809) y calcio

(0,777), que al igual que en el caso anterior son

indicativos de contaminación por mineraliza-

ción. En el componente dos (15,02% de la varian-

za) se destaca el oxígeno disuelto (0,847) y en el

tres (10,76% de la varianza), la turbidez (0,802) y

la dureza (0,76).

Tabla 7. Componentes principales rotados.

ParámetrosEpoca Lluviosa Epoca Seca

1 2 3 4 1 2 3 4 5 6

pH -0,197 0,246 0,701 -0,436 0,853 0,009 0,120 -0,047 -0,270 0,151

T ºC 0,081 -0,560 -0,401 0,113 0,537 0,391 0,008 0,063 0,132 -0,642

Oxígeno Disuelto (mg/l) -0,845 0,349 -0,034 0,309 -0,081 0,847 -0,158 -0,256 0,017 0,116

Sat. Oxígeno disuelto (%) -0,846 0,336 -0,047 0,313 -0,044 0,795 -0,242 -0,219 0,002 -0,216

Conductividad (us/cm) 0,797 0,341 -0,089 0,377 0,319 -0,198 0,121 0,241 0,301 0,674

Turbidez (NTU) 0,258 0,618 0,000 -0,396 0,021 -0,051 0,802 0,285 0,068 -0,143

Nitratos (mg NO3/l) -0,413 0,411 0,473 0,459 0,240 0,347 -0,151 0,090 -0,166 0,745

Nitritos (mg NO2/l) 0,350 0,528 -0,067 0,124 0,187 -0,065 0,061 0,806 0,136 0,121

Alcalinidad (mg CaCO3/l) 0,597 -0,078 0,498 -0,016 0,809 -0,356 0,237 0,108 0,013 0,017

Dureza (mg CaCO3/l) 0,730 0,422 0,026 0,303 0,076 -0,099 0,763 -0,012 -0,027 0,024

Calcio (mg Ca/l) 0,856 0,173 0,286 0,231 0,777 0,005 -0,008 0,016 0,416 0,149

SST (mg/l) 0,056 0,659 -0,334 -0,367 0,153 0,143 0,445 -0,087 0,501 0,033

Sulfatos (mg SO4/l) 0,536 -0,119 -0,522 0,361 -0,086 -0,170 -0,020 0,206 0,863 -0,035

Fosfatos (mg PO4/l) 0,396 -0,013 0,398 0,096 0,380 -0,390 0,572 -0,184 -0,013 0,135

Hierro Toral (mg Fe/l) 0,087 0,506 -0,686 -0,252 -0,140 -0,190 0,038 0,827 0,002 0,045

4. Conclusiones

En el área de la Reserva Forestal Regional Pro-

ductora del Norte de Bogotá, Thomas Van der

Hammen se midió la calidad del agua a nivel

global a partir de diferentes drenajes superficia-

les, en dos épocas climatológicas. Los resultados

muestran que la calidad del agua no alcanza los

objetivos marcados para la cuenca del río Bogotá

para usos agrícola y pecuario, los valores de coli-

formes, SST, hierro y manganeso están por enci-

ma de los valores máximos recomendados en la

mayoría de los drenajes muestreados.

En términos de contaminación por mineraliza-

ción y sólidos suspendidos la época más crítica es

la época seca, por el contrario en época lluviosa

aumentan los nutrientes y disminuye el oxígeno

disuelto haciendo más crítica la contaminación

por materia orgánica.

Es necesario que se identifiquen los vertidos so-

bre los diferentes drenajes que no corresponden a

27


agua lluvia que abundan en la zona dadas las pre-

siones de urbanización y actividades agropecua-

rias, esto con el fin de tomar las medidas correc-

tivas necesarias para que se puedan alcanzar los

objetivos de calidad propuestos para la reserva.

5. Referencias Bibliográficas

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29


Determinación de la huella de carbono en el cultivo del arroz Oryza sativa en el distrito de riego el Juncal, Huila, Colombia

Determination of carbon footprint of rice Oryza sativa on the irrigation district Juncal, Huila, Colombia

Hanny Vanessa González Meneses1, Victoria Eugenia Méndez Velásquez2,Jaime Izquierdo Bautista3

Resumen

La huella de carbono mide la emisiones de los gases del efecto invernadero (GEI) expresadas en kilogramo de dióxido de carbono equivalente (kg CO

2-eq) producidas por muchas actividades hu-

manas entre ellos las del sector agrícola por medio de la producción, uso de maquinaria, prácticas de riego y protección de cultivos a través de químicos como herbicidas, insecticidas, plaguicidas y fertilizantes.

Este estudio consistió realizar la evaluación de la huella de carbono en el cultivo del arroz en 10 pre-dios del distrito de riego El Juncal incluyendo la granja experimental de la Universidad Surcolom-biana, considerando solo las emisiones producidas hasta la cosecha, con los objetivos de analizar las prácticas agrícolas que se utilizan en cada predio para la producción de 1 ha de arroz, determinar las emisiones de carbono, y proponer un programa que permita la reducción de la huella de carbo-no en la producción de arroz.

El proceso se llevó a cabo teniendo en cuenta los factores de conversión del IPCC (Panel Inter-gubernamental del Cambio Climático) y aspectos del Protocolo de Gases de Efecto Invernadero (World Business Council for Sustainable Development and World Resource Institute); La etapa inicial consistió en la recopilación de datos de las actividades emisoras de dióxido de carbono (CO

2)

por medio de encuestas efectuadas a agricultores voluntarios e identificación de alcances, que se clasificaron según las fuentes de emisión en alcance 1 y 2 ; posteriormente, se realizó el cálculo de la Huella de Carbono obteniendo 1.091,57 kg CO

2-eq/ha para actividades con consumo de com-

bustible, 55,109 kg CO2-

eq /ha para aplicación de pesticidas, 3.244,78kg CO2-

eq/ha por aplicación de fertilizantes y 599, 66kg CO

2-eq/ha en uso eléctrico; siendo el alcance 1 el mayor emisor con el

87,99% de las emisiones totales.

Palabras Claves: Arroz; Factores de Emisión; Gases de Efecto Invernadero; emisiones de carbono.

Abstract

The carbon footprint measures the emission of greenhouse gases (GHG ) expressed in kilograms of carbon dioxide equivalent (kg CO

2-eq) produced by many human activities including the agri-

1 Ingeniera Agrícola. Universidad Surcolombiana- Neiva. Av. Pastrana – Carrera 1. [email protected]

2 Ingeniera Agrícola. Universidad Surcolombiana- Neiva. Av. Pastrana – Carrera 1. [email protected]

3 Docente de Ingeniería Agrícola. Universidad Surcolombiana- Neiva. Av. Pastrana – Carrera 1. [email protected]




30

1. Introducción

En el diario vivir las actividades del hombre

asociadas a su bienestar se relacionan en adqui-

rir productos y servicios los cuales ayudan en la

actividad cotidiana simplificándola, es por ello

que en esta adquisición, origen, almacenamiento,

transferencia y uso se producen impactos sobre el

clima ocasionando GEI. Estos gases se emiten de

forma directa o indirecta es por ello que la HdC

surgido como una medida de la cuantificación

del efecto de estos GEI. (Valderrama, et al., 2011);

La HdC es la suma total de todas las emisiones

directas e indirectas de GEI asociadas a las activi-

dades humanas y expresadas en CO2 (REED. K.,

et al., 2007).

Debido al interés de mitigar los cambios climáti-

cos ha surgido la necesidad de crear organizacio-

nes capaces de calcular la HdC implementando

metodologías que revelen los impactos produ-

cidos de las emisiones de GEI con el fin de re-

ducirlas en pro del medio ambiente o de dar in-

formación de ámbito ambiental, sin embargo en

Colombia, muchas empresas aún no consideran

en su plan de manejo la medición de la Huella

de Carbono (HdC) como herramienta para de-

mostrar su compromiso ambiental, viéndose

principalmente abordada a través de iniciativas

voluntarias.

Una metodología existente en la cuantificación

de la HdC es la herramienta de protocolo GEI,

asociación entre el Instituto de Recursos Mun-

diales (WRI), el Consejo Empresarial Mundial

para el Desarrollo Sostenible (WBCSD) y la

Norma ISO 14064, que trabajan con gobiernos,

empresas y ecologistas a nivel mundial cuantifi-

cando las emisiones de GEI, por tal razón cuenta

con una alta gama de datos de GEI proporcio-

nada por empresas y normas relacionadas con

el tema. Esta herramienta es consistente con las

que ha propuesto el IPCC para la recopilación de

emisiones, (GHG Protocol 2001). Por otro lado

se encuentra la metodología propuesta por el

Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el

Cambio Climático (IPCC), ofrece una metodolo-

gía internacional para que los países lo empleen y

por ende poder formar un inventario e informes

sobre las emisiones producidas. La metodología

propuesta es un método denominado factores de

emisión (FE).

cultural sector through the production, use of machinery , irrigation practices and crop protection through chemical such as herbicides, insecticides, pesticides and fertilizers.

This study consisted in evaluating the carbon footprint in the rice farms in 10 pieces of land at the irrigation district El Juncal including the experimental farm of the University Surcolombiana, con-sidering only emissions until harvest, with the objective of analyze the agricultural practices used on each farm for the production of 1 ha of rice, to determine carbon emissions, and to propose parameters that will be the basis for the creation of programs to reduce the carbon footprint in the production of rice.

The process is carried out taking into account the conversion factors from the IPCC (Intergovern-mental Panel on Climate Change) and aspects of the Protocol Greenhouse Gases (World Business Council for Sustainable Development and World Resource Institute); the initial stage consisted of data collection activities that produce carbon dioxide (CO

2) through surveys applied to voluntary

farmers and identification of outcomes, which were classified according to emission sources in sco-pe 1 and 2; then calculate the carbon footprint, obtaining 1.091,57 kg CO

2-eq/ha for fuel activity ,

55,10 kg CO2 -eq / ha for pesticide application, 3244,78 kg CO2-

eq / ha per application of fertilizers and 607,26 kg CO

2-eq/ha in electrical use; been the scope 1 the largest emitter with 87,85 % of the

total emissions.

Key words: Rice; Emission Factors; Greenhouse Gases; emissions of carbon.

31


Dentro de las actividades económicas del depar-

tamento del Huila se encuentra la producción del

arroz con reconocimiento nacional, es por ello que

se debe tener una actitud responsable para lograr

mitigar y reducir las acciones involucradas a la

emisión de GEI; aunque a la fecha no existe una

ley formal que exija dicha reducción de emisiones,

existe un consenso global que se enfoca en la ne-

cesidad de mejorar hábitos con el fin de poner en

acción la mejora ambiental. En ASOJUNCAL se

cuenta con usuarios productores de arroz que por

sus actividades agrarias poseen una dinámica de

emisiones de GEI, sin embargo, no se conoce la

magnitud de sus emisiones; por ello el fin de esta

investigación es determinar cada una de las acti-

vidades contaminantes y la cantidad de kg CO2-

eq

por hectárea según la actividad y alcance.

El presente proyecto se inició con una consulta

literaria por medio del artículo Carbon emission

from farm operations de R. Lal (2004) del cual

surgió la idea de calcular la HdC en predios sem-

brados con arroz. Con la información adquirida

se decidió realizar los cálculos tomando como

referencia los aspectos del Protocolo de Gases

de Efecto Invernadero 2001, las directrices de la

IPCC 2006, y valores obtenidos de estudios y/o

publicaciones. El primero es una quía que mues-

tra un esquema para la medición y reporte de las

emisiones y por ende la generación de un progra-

ma de mitigación, en general el protocolo GHG

ayuda a realizar un inventario de los GEI identifi-

cando limites organizacionales, es decir seleccio-

nar una quía para poder definir que componentes

de la empresa u actividad operacionales se deben

incluir en la contabilidad y reporte de GEI, es de-

cir limitar las aéreas involucradas para recolectar

la información y cálculos (), y operacionales iden-

tificando las fuentes de emisión y sus alcances los

cuales son alcances 1 emisiones directas contro-

ladas por la empresa u organización (gas natural,

diesel, gasolina, fertilización de suelos. Etc.)(Ca-

llae. Benavidez.Carmen. Carolina., et al., 2001),

Alcance 2, emisiones indirectas asociadas a elec-

tricidad adquirida y alcance 3 emisiones indirec-

tas consecuencia de las actividades de la empresa,

pero ocurren en fuentes que no son propiedad ni

están controladas por la empresa las cuales no se

tuvieron presentes en este proyecto, a estas emi-

siones ya categorizadas por medio de alcances se

les hace un seguimiento a través del tiempo para

posteriormente realizar la cuantificación.

Por su parte la metodología de las directrices de

la IPPC 2006 consiste en combinar la informa-

ción sobre el alcance hasta el cual tiene lugar una

actividad humana contaminante (AC) con los

coeficientes que cuantifican las emisiones o ab-

sorciones por actividad unitaria, los cuales son

denominados factores de emisión (FE), (IPCC,

2006). Por consiguiente, la ecuación básica es:

EMISIONES = AC * FE

El siguiente paso fue la recopilación de datos por

medio de una encuesta dirigida a agricultores

arroceros voluntarios del distrito de riego ASO-

JUNCAL, incluyendo la granja experimental de

la Universidad Surcolombiana, permitiendo ana-

lizar las prácticas agrícolas que se utilizan en cada

predio para la producción de arroz, se obtuvie-

ron valores como quema de combustibles fósiles

(móviles y estacionarios), consumo de electri-

cidad, consumo de agroquímicos (fertilizantes

nitrogenados, urea, pesticidas), incluyendo en

el proyecto las emisiones del dióxido de carbo-

no (CO2), metano (CH

4), óxido nitroso (N

2O), y

compuestos orgánicos volátiles (VOCs).

El dióxido de carbono (CO2) es un gas que se

produce naturalmente, como subproducto de la

combustión de combustibles fósiles y biomasa;

su importancia en el calentamiento global está

en que es el principal GEI que afecta al equili-

brio de radiación del planeta, además por ser el

gas de referencia que mide otros gases de efecto

invernadero, por este motivo es que se utiliza el

concepto de kilogramos de CO2 equivalente (Kg

CO2-

eq) como unidad de medida común de las

emisiones, pues es la medida que indica el po-

tencial de calentamiento global (PCG), siendo el

PCG el factor que describe el impacto de la fuer-

za de radiación de una unidad de un determina-


32

do GEI en relación a una unidad de CO2

(Brito.

Contreras. Olivia. Alejandra., 2011); las princi-

pales emisiones producidas por el CH4 provienes

de fuentes relacionadas con la descomposición

orgánica en los diferentes sistemas biológicos. El

óxido nitroso, cuyas fuentes son de carácter na-

tural y antropogénico, contribuye con cerca del

6% del forzamiento del efecto invernadero. Sus

fuentes incluyen los océanos, la quema de com-

bustibles fósiles y biomasa y la agricultura; den-

tro de las emisiones generadas por la agricultura

se encuentran las directas de óxido nitroso del

suelo debido a la producción animal (pastoreo)

y las indirectas generadas por el uso de fertili-

zantes (Oswaldo., et al., 2007). Los compuestos

orgánicos volátiles (VOC´s), cuando se liberan a

la atmósfera contribuyen a la formación de ozo-

no y del esmog. (ESCOBAR, 2009), estos com-

ponentes normalmente derivan de depósitos de

petróleo y gasolina, procesos industriales y com-

bustión de fuel, uso de pinturas y detergentes, o

actividades de agricultura (pesticidas).

Durante el tiempo de realización del proyecto se

presentaron ciertas limitaciones entre ellas el ma-

nejo directo con agricultores en el momento de

ejecutar las encuestas, pues estas contenían pre-

guntas no dominadas por los agricultores a pesar

de la experiencia adquirida en el campo, también

fue necesario realizar además de las visitas, lla-

madas, convirtiéndose éstas en un medio esen-

cial para la recopilación de datos. Finalmente se

logró obtener la información necesaria para por

medio del cálculo determinar la huella de carbo-

no evaluar las contribuciones de los gases de efec-

to invernadero producido a causa de las fuentes

de emisión y dar el paso inicial en la necesidad de

fomentar la creación de programas que permitan

la reducción de la huella de carbono en la pro-

ducción de arroz en el Distrito de Riego El Juncal.

2. Materiales y métodos

La metodología empleada para la realización del

presente proyecto, consistió de 5 pasos generales:

Selección de metodología existente

� Artículo Carbon emission from farm operation de R. Lal.

� Protocolo de Gases de Efecto Invernadero (2001). (Ver tabla 1).

� Factores de conversión del IPCC (2006): Nivel 1 para quema de combustibles,

estimación de emisiones de N2O en suelos gestionados y emisiones de CO

2

derivados de la aplicación de urea). (Ver tabla 1).

� Metodología propuesta por Agencia de Protección Ambiental de los Estados

Unidos (EPA) para las emisiones por aplicación de pesticidas). (Ver tabla 1).

� FE propuesto por el Sistema Eléctrico Interconectado Colombiano, y la Unidad

de Planeación Minero Energética (UPME) para emisiones generadas por uso

eléctrico). (Ver tabla 1).

Alcances de medición� Definir los límites del sistema a evaluar

� Delimitación de la recolección de datos teniendo en cuenta las actividades emi-

soras de GEI.

Recolección de datos� Elaboración de encuestas para la recolección de datos

� Visitar y llamar a los agricultores voluntarios para recopilar los datos.

Cálculo� Cálculo para las emisiones producidas por uso de combustibles

� Cálculo por emisiones generadas por aplicación de pesticidas y fertilizantes

� Cálculo de las emisiones generadas por electricidad adquirida

Medidas de mejora � Una vez realizado los cálculos es fundamental analizarlos para poder reco-

mendar y dar una explicación de las causas de los resultados obtenidos.

Figura 1. Metodología.

33


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34

selección de metodología existente, alcances de

medición, recolección de datos, cálculos y me-

didas de mejora, los cuales se resumen por me-

dio de la figura 1 y se especifican después en la

tabla 1.


3.1 Cuantificación de las emisiones

3.1.2 Identificación de las fuentes de emisión

de GEI

En la tabla 3 se muestra las actividades del culti-

vo del arroz en el distrito de riego El Juncal, Pa-

lermo, Huila, Colombia, identificadas durante el

trabajo de campo como fuentes de emisiones con

su correspondiente alcance. (Ver tabla 3).

3.1.2.1 Emisiones según la fuente

3.1.2.1.1 Determinación de las emisiones por

combustión móvil (transporte todo terreno) y

estacionaria

Las emisiones por consumo de combustibles se

dan por consumo de diesel en tractores para la-

bores como preparación de terreno, siembra, rie-

go y cosecha, y por uso de gasolina en el mane-

jo de motores para la aplicación de fertilizantes.

Obteniendo 327,7 Lt/ha de diesel y 5,2 lt/ha de

gasolina.

En la figura 2 se puede observar que la actividad

con mayor emisión de CO2 es la cosecha con

771,99 Kg CO2- eq/ha, seguida de la preparación

de terreno con 250,36 KgCO2 -eq/ha, por su parte

la menor emisión se dio en la aplicación de quí-

micos consumiendo 7,02 Kg CO2-eq/ha, esto de-

bido a que se utiliza poco combustible para reali-

zar aplicación de estos. Las emisiones totales por

uso de combustibles fueron de 1091,57 Kg CO2-

eq/ha representado el 21,96% de las emisiones

totales (figura 6).

3.1.2.1.2 Determinación de emisiones por aplica-

ción de pesticidas

Las emisiones producidas por los compuestos or-

gánicos volátiles que producen los herbicidas se

analiza que el producto de mayor emisión es el

Propanil, esto debido a que es el herbicida aplica-

do en mayor cantidad por hectárea, en compara-

ción con el producto Géminis de menor emisión

debido a su poca aplicación, encontrando un va-

lor total de emisión para los herbicidas de 23,76

Kg de VOCs/ha. (Ver tabla 3).

En los productos fitosanitarios aplicados para el

control de plagas y enfermedades (ver figura 3),

las emisiones producidas en mayor parte son me-

nores a 1 kg de VOCs/ha; por otro lado el pro-

ducto con mayor emisión es el Azimut con 8,29

Kg de VOCs/ha, seguido por el Aspen 500 SC

con una emisión de 2,63 Kg de VOCs/ha, obte-

niendo un valor final de emisiones de 31,41 Kg

de VOCs/ha. (tabla 3).

El cálculo de las emisiones producidas por el uso

de pesticidas es de 55,10 Kg de VOCs/ha siendo

este valor el 1,10% de las emisiones totales calcu-

ladas para la producción de arroz (figura 6).

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Preparación terreno

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Aplicación químicos

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Figura 2. Emisiones por uso de combustibles (Kg CO2-

eq/ha)

35


3.1.2.1.3 Determinación de emisiones por aplica-

ción de fertilizantes

Para las emisiones procedentes por el uso de fer-

tilizantes se calcularon las emisiones de los fer-

tilizantes compuestos por nitrógeno teniendo en

cuenta emisiones directas e indirectas, pues en

los métodos existentes para la cuantificación de

la HdC no hay estudios con factores de emisión

para cada uno de los fertilizantes existentes. En la

figura se analiza que el fertilizante Abotain pre-

sentó la mayor emisión con 500,69 kg CO2-eq/h,

seguida por la Amida con 365,35 kg CO2-eq/h,

mientras que el Biocel New 250 fue el de menor

emisión, emitiendo 0,01 kg CO2-eq/h, analizando

de esta manera que entre mayor sea la cantidad

de fertilizante aplicado y mayor sea su contenido

de Nitrógeno(N) mayor será la emisión produci-

da. Las emisiones totales para el uso de fertilizan-

tes es de 3.244,78 kg C02-eq/h con un 65,27% de

las emisiones totales calculadas (figura 6).

3.1.2.1.4 Determinación de las emisiones genera-

das por el uso eléctrico

El distrito de riego cuenta con sistema de bom-

beo eléctrico compuesto por una estación prin-

cipal de 600 kwhr capas de bombear 4680 m3/hr,

y una estación secundaria de 53 kwhr que bom-

bea 1008 m3/hr, además de esto por medio de las

encuetas realizadas se pudo analizar que dos (2)

usuarios incluyendo granja experimental de la

Universidad Surcolombiana (P0168) y el señor

Iván Arias propietario del lote Nápoles Bombeo

Azimut

ASPEN® 500 SC

Vitavax

Agrodyne

Dithane

DIMETOX

Moncut

Validacin

Furandan

Kasumin

Profenofos

Roxion

Monocrotofos

Fulminator

BLOHE 25 EC

Cobrethane

CIPERMETRINA

Silvacur combi 30 EC

Insectrina

XST RATA GOLD 240 SC

RALLY® 40 WP

UNDAMECTINA

Cypermon

Antracol

TOPGUN SE

Imperio

Trifesol

Pulsor

Lorban Líquido

Goodmix

AMISTAR TOP®

Hipotensor

Curacron

BIOFED

Starner

BREST 75 WP

Taspa

Engeo

Tenol 500

AUTHORITY 250 SC

Fury

DUETT SC

Siliconado sys

Germinis * 500 gr

Exalt 60

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Figura 3. Emisiones de compuestos orgánicos volátiles (EVOCs) de producto

fitosanitario aplicados.


36

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Figura 4. Emisiones de (Kg CO2- eq/ha) por aplicación de fertilizantes.

Figura 5. Emisiones de Kg CO2- eq/ha según el uso de electricidad utilizada en bombeo

por predio

37


(1A030A), cuentan con un rebombeo eléctrico

con una bomba de 9 kwhr para 72 m3/hr.

Para poder efectuar el cálculo se tuvo en cuenta que

no todos los usuarios recibían la dotación de agua

de ambos bombeos pues esto dependía de la ubica-

ción dentro del distrito. En la figura 5 se observan

las emisiones producidas por los predios estudiados

obteniendo una emisión total de 607,26 Kg CO2-eq

/ ha representando el 12,15% de las emisiones tota-

les (figura 6 y tabla 3).

Figura 6. Porcentaje de emisiones de GEI según la fuen-

te de emisión.

Tabla 3. +��N!)

Alcance Fuente de emisión Total de GEI

ALCANCE 1

USO DE COMBUSTIBLES

Preparación terreno

Arado 132,73

Rastra 48,06

Rastrillo 18,62

La Caimana 8,77

Desbrozadora 37,57

Guadaña 4,62

Siembra Caballoneador 16,94

S. Mecanizada 17,40

Aplicación químicos Fertilizantes 7,06

Riego Bombeo 27,83

Cosecha Granel 771,99

TOTAL GEI POR EL USO DE COMBUSTIBLES 1.091,57

APLICACIÓN DE QUIMI-COS

PesticidasHerbicidas 23,69

Plaguicidas 31,41

TOTAL GEI POR PESTICIDAS 55,10

FertilizantesUrea 63,48

Nitrogenados 3.181,30

TOTAL GEI POR FERTILIZANTES 3.244,78

TOTAL GEI ALCANCE 1 4.391,44

ALCANCE 2

USO DEELECTRICIDAD

Riego Bombeo

430,16

599,72

317,78

809,08

2.041,10

290,34

261,99

213,80

432,94

TOTAL GEI ALCANCE 2 599,66

TOTAL GEI (Kg CO2-eq/ha) 4.991,10


38

3.1.2.2 Emisiones según alcances

3.1.2.2.1 Alcance 1

Las emisiones totales para el alcance 1 son de

4.391,44 Kg CO2-eq/ha con un porcentaje de emi-

sión de 87,99%, siendo este el alcance con mayor

porcentaje de emisión (ver gráfica 7 y tabla 3),

en este alcance las emisiones más representativas

fueron las producidas por los fertilizantes, com-

probando que los fertilizantes son insumos que

requieren mayor gasto energético para produ-

cirlos debido a la gran cantidad de combustibles

fósiles empleados para su fabricación, lo cual in-

dica que se deben aplicar mejoras en la aplicación

para reducir las emisiones.

Por otra parte la menor emisión obtenida se dio

en los pesticidas aplicados, esto probablemen-

te debido a la frecuencia de las aplicaciones o la

cantidad aplicada, además por el uso de trata-

mientos de agua en post-fumigación que en este

caso incluye la inundación permanente en el cul-

tivo del arroz, o las diluciones en agua realizadas

para poder aplicar los pesticidas.

taje de emisión de 12,06% siendo el alcance de

menor emisión en el presente proyecto (grafica

7 y tabla 3).

3.2 Medidas de mejora

Con la determinación de la huella de carbono se

identificaron las actividades contaminantes con

mayor emisión de GEI siendo estas la aplicación

de fertilizantes nitrogenados y uso de combusti-

bles, lo cual permitió proponer parámetros que

puedan ser bases para la creación de programas

futuros que contribuyan a evitar y/o disminuir la

generación de emisiones de los GEI a la atmos-

fera por medio de la producción del cultivo del

arroz en El Distrito De Riego El Juncal.

Las medidas de mejoras para la reducción de

emisiones hace referencia a la implementación

de actividades dentro de las acciones necesarias

para poder producir arroz, plasmándolas como

una necesidad para trabajar de la mano con el

ambiente, para lograr la reducción de emisiones

dentro del Distrito de Riego El Juncal. Lo anterior

involucra las acciones voluntarias de cada uno

de los agricultores y el mismo distrito, ejemplo

de estas es la reducción en el consumo de com-

bustibles, insumos, electricidad, mejoramiento

de prácticas operacionales, cambio de combus-

tibles, recambio de tecnologías a más eficientes,

entre otras, en si, reducir las emisiones es generar

estrategias encaminadas a optimizar las opera-

ciones y mitigar gastos operacionales. A conti-

nuación se mencionan algunas de las iniciativas

recomendadas.

3.2.1 Propuesta para la mejora del cálculo de

la huella de carbono en futuros proyectos

Es importante convencer a los agricultores de im-

plementar un sistema de registro y documenta-

ción pues es necesario para calcular la huella de

carbono considerando las fuentes de emisiones

involucradas en la actividad. Esta recomenda-

ción está fundamentada en esencial por las difi-

cultades presentes en la realización del presente

Total GEI

Alcance 2

12,15%

Total GEI

Alcance 1

87,85%

Figura 7. Emisiones totales de GEI según alcances

3.1.2.2.2 Alcance 2

Las emisiones calculadas por uso de electricidad

fueron de 599,66 Kg CO2-eq/ha con un porcen-

39


proyecto además la obtención de información es

fundamental para estudios futuros.

Para poder manejar el tiempo de forma más efi-

ciente se recomienda que la recopilación de datos

se haga de forma unitaria para todas las fuentes

emisoras, permitiendo de esta forma trabajar

ordenadamente y evitando tiempos muertos en

la investigación. Por tal motivo idear el cuestio-

nario es fundamental incluyendo en él todos los

datos necesarios para los cálculos requeridos en

la actividad estudiada.

Obtener información de forma anticipada, como

los factores de emisión de electricidad, combus-

tibles, e insumos empleados para el cuidado del

arroz, permite el rendimiento del proyecto, estos

son datos cambiantes a través del tiempo debido

a las actualizaciones.

Se considera la opción de gestionar en un futuro

un proyecto de la cuantificación de la HdC del

arroz no solo en el manejo productivo del cultivo

es decir hasta cosecha (cuna puerta), sino tam-

bién involucrar emisiones durante el ciclo de vida

de un producto (cuna a tumba).

3.2.2 Capacitación

Se propone que se efectúen capacitaciones a los

agricultores sobre los conceptos relacionados con

el calentamiento global y huella de carbono, in-

cluyendo en estas los siguientes temas (tabla 2).

Además es importante que en estas capacitacio-

nes se resalten las actividades agrícolas con ma-

yor emisión de CO2 y sus respectivas soluciones,

como el manejo y mantenimiento de equipos y

vehículos, el uso de productos orgánicos en el

desarrollo del cultivo o la combinación de estos

con productos sintéticos; incluir jornadas com-

plementarias en donde se practiquen talleres

simples del cálculo de la huella de carbono para

crear conciencia de los GEI que se emiten en sus

predios y así por medio de diversos cambios teó-

rico - prácticos influir en el total de las emisiones

generadas.

Igualmente, es importante adicionar el registro

de datos en la capacitación pues es trascenden-

tal disponer de datos puntuales para el cálculo

de huella de carbono; esta base de datos debe

disponer valores de consumo de combustibles o

Tabla 2. Temas recomendados para capacitaciones.

Calentamiento global Huella de carbono

- Explicar en qué consiste el calentamiento global.

- Enumerar las causas del calentamiento global

- Explicar las consecuencias del calentamiento glo-

bal.

- Describir los efectos del calentamiento global como:

altas temperaturas, olas de calor, subida del nivel del

mar, sequías, tormentas, Inundaciones y otros.

- Juzgar las consecuencias del cambio climático.

- Exponer prácticas que coadyuven a controlar los

efectos sobre el medio ambiente.

- Evaluar el alcance del cambio climático en las prác-

ticas agrícolas.

- Incentivar compromiso de lucha a través de la apli-

cación de eventos que ayuden a minimizar los efec-

tos del calentamiento global.

- Explicar qué es la huella de carbono y sus aspectos.

- Definir que son los gases de efecto invernadero.

- Ciclo de carbono.

- Huella ecológica.

- Capacitar a los asistentes en una visión general de las

metodologías de acuerdo con los protocolos existentes

sobre el cálculo de la huella de carbono.

- Mostrar los alcances y enfoques para el cálculo de la hue-

lla de carbono.

- Enseñar los principios básicos y la manera de hacer un

inventario de Gases de Efecto Invernadero (GEI).

- Capacitar por medio de prácticas a calcular la Huella de

Carbono de sus predios.

- Explicar la forma de mitigación y compensación de la

huella de carbono.


40

distancias recorridas, insumos adquiridos y apli-

cados entre otros.

3.2.3 Consumo de combustible

El uso de combustibles se presenta para las ope-

raciones de preparación de terreno, cosecha,

aplicación de fertilizantes y en algunos casos

bombeo. Se recomienda en las prácticas de ade-

cuación de tierras emplear la técnica como míni-

ma labor o si es posible aplicar labranza cero. En

cuanto a las aplicaciones de fertilizantes y pestici-

das se recomienda disminuir aplicaciones tenien-

do en cuenta las indicaciones del agrónomo, de

este modo se disminuye la cantidad de gasolina

consumida.

En lo relacionado al manejo de tractores y ma-

quinaria es importante el aumento de conciencia

en cuanto al uso de técnicas para el bajo consumo

de combustible, lo cual involucra el cuidado de

estos de forma adecuada, lo que significa operar-

los de una manera correcta y realizar las tareas de

mantenimiento que se establecen en los manua-

les para prolongar su vida útil, algunas de estas

técnicas son:

Estar pendientes del cuidado del sistema de

los equipos debido a que si no funcionan ade-

cuadamente pueden causar pérdidas de po-

tencia y por tal más consumo de combustible,

se recomienda medir diariamente el nivel del

aceite del carter, hacer los cambios de aceite al

motor, llevar registro de los cambios y mante-

ner el tractor limpio para identificar las even-

tuales pérdidas de aceite.

Evitar la contaminación del diésel después de

haberlo recibido, debido a que las impurezas

en los combustibles no colaboran en el buen

funcionamiento de la maquinaria, para evitar

estas contaminaciones por agua o polvo, se

recomienda dejar reposar el combustible una

vez recibido, purgar los tanques de combus-

tibles antes de volverlos a llenar, no dejar los

tambores por varias horas al sol y realizar un

correcto mantenimiento de los circuitos de

combustibles del motor (revisión de rampas

de agua y cambios de filtro).

Cambiar filtros conforme a las recomenda-

ciones técnicas debido a que estos son los en-

cargados de evitar que lleguen impurezas a la

bomba e inyectores, protegiendo la vida de

estos elementos que son vitales para el motor.

Cambiar las bujías de acuerdo a las especifi-

caciones técnicas es crucial para el buen desa-

rrollo del proceso de combustión.

Lubricar todos los puntos de lubricación.

Verificar, ajustar y limpiar los inyectores de

combustibles.

Revisar y ajustar la presión de los neumáticos

delanteros y traseros, ajustando la presión de

estos según las especificaciones de los fabri-

cantes.

Trabajar con la composición y compensación

óptima de las cargas.

Conducir con la velocidad del motor y las

marchas de menor consumo de combustible

de acuerdo con las recomendaciones del fabri-

cante.

Revisar periódicamente los consumos de

combustible con lo cual se verifica alzas de

consumo injustificados.

Antes de almacenar los tractores se recomien-

da realizar una limpieza, vaciar el aceite del

motor y transmisión, vaciar el depósito de

combustibles y adicionar combustible especial

de calibración, aplicar grasa lubricante en to-

dos los puntos de lubricaciones, y demás espe-

cificaciones establecidas por los fabricantes en

manuales de empleo y cuidado.

Emplear buenas prácticas de conducción

como no acelerar ni frenar bruscamente (no

acelere a fondo ni muy rápido si no es nece-

sario).

41


Si es necesario, modernizar por tecnologías de

mayor eficiencia.

De igual forma se recomienda planificar de

forma óptima cada una de las operaciones pla-

neando las rutas y evitando en la cosecha los

viajes de retorno sin carga.

3.2.4 Fertilizantes

Al emplear fertilizantes de nitrógeno se crean

emisiones de GEI debido al alto gasto energético

causado por empleo de combustibles fósiles en la

fabricación industrial de fertilizantes minerales, y

además emisiones de N2O procedentes de suelos

agrícolas gestionados por aplicación tanto de fer-

tilizantes nitrógeinorgánicos y sintéticos; es por

ello que cuando se habla de incremento directo

del N en el suelo esto se debe por la adición de fer-

tilizantes ya sean sintéticos u orgánicos(estiércol

animal, compost, desechos, etc.) e indirectamente

por la volatilización, lixiviación y escurrimiento.

Las emisiones por el uso de fertilizante predomi-

na en el cálculo de la HdC por que el PCG del

N2O es 309 veces superior al del CO

2, además por

las grandes cantidades de fertilizantes aplicados

en suelos agrícolas por lo tanto es importante te-

ner en cuenta en el momento de la adiciones de

estos contar con las cantidades exactas formula-

das por el profesional acompañadas con el aná-

lisis de suelos y los requerimientos del cultivo,

de este modo se proporciona la nutrición exac-

ta evitando sobre aplicaciones; por otro lado se

recomienda mantener registros sobre el uso real

de los fertilizantes de nitrógenos empleados para

futuras investigaciones de la HdC.

Las emisiones procedentes de la fabricación in-

dustrial de fertilizantes se pueden reducir con la

mejora de la eficiencia energética o la utilización

de energías renovables, por otro lado las emisio-

nes por el manejo de fertilizantes en la produc-

ción de cultivos en este caso el arroz pueden dis-

minuir si se reducen o eliminan las aplicaciones

excesivas, además es importante realizar las apli-

caciones en los tiempos establecidos por el agró-

nomo evitando retrasos entre las aplicaciones y la

absorción de este por la planta.

4. Conclusiones

La fuente de emisión con mayor porcentaje de

emisión fue la aplicación de fertilizantes, emitien-

do 3.244,78 kg CO2-eq/ha mostrando que las emi-

siones generadas por el uso de fertilizantes son las

más representativas para el sector agrícola.

La fuente de emisión con menor porcentaje de

contaminación correspondió a la aplicación de

pesticidas, generando 1,10% de las emisiones to-

tales es decir 55,10 kg CO2-eq/ha.

Las actividades con consumo de combustibles

generaron una emisión de 1.091,57 kg CO2-eq/

ha siendo esta la segunda actividad con mayor

emisión de GEI, seguida por el consumo de elec-

tricidad utilizado para el riego con una emisión

de 607,26 kg CO2-eq/ha.

El alcance con mayor emisión correspondió al al-

cance 1 emitiendo 4.391, 44 kg CO2-eq/ha siendo

este el 87,85% de las emisiones totales calculadas,

mostrando que las emisiones directas controla-

das por la empresa u organización producen más

GEI.

Las emisiones que se derivan del consumo de

electricidad, en este caso para la aplicación del

riego correspondiente al alcance 2 emitiendo

607,26 kg CO2-eq/ha siendo este el 12,15% de las

emisiones totales calculadas.

Las emisiones totales calculadas fueron 4.998,70

kg CO2-eq, en el presente proyecto son las suma-

toria de las emisiones por uso de combustibles,

electricidad y aplicación de agroquímico, prácti-

cas agrícolas que se utilizan en cada predio estu-

diado para la producción de 1 ha de arroz.

Para el cálculo de la huella de carbono se identi-

ficaron las actividades principales en la produc-

ción de arroz en el distrito de riego El Juncal (pre-

paración de terreno, siembra, control de malezas,


42

plagas y enfermedades, aplicación de fertilizante,

riego y cosecha), las cuales varían dependiendo

de factores como el clima, suelo necesidades del

cultivo y técnicas u opciones de manejo que usan

los productores agrícolas para lograr sus objeti-

vos de producción.

Los resultados presentados en este proyecto pue-

den ser complementados por trabajos futuros

que calculen las emisiones generadas en las fases

subsiguientes, incluyendo emisiones generadas

por residuos agrícolas, cambios en el uso de la

tierra, entre otros.

Las metodologías empleadas para este estudio

fueron el protocolo de GEI 2001 esta se utilizó

debido a que proporciona una guía detallada para

cuantificar y reportar las emisiones de GEI; las

directrices del IPCC de 2006 pues su estructura

está orientada de forma tal que cualquier inves-

tigador, independientemente de su experiencia

o recursos, pueda producir estimaciones fiables

con la identificación de las fuentes de emisión y

relacionarla con su respectivo FE proporcionados

por este método; y la metodología propuesta por

la Agencia de Protección Ambiental de los Esta-

dos Unidos (EPA) para las emisiones por aplica-

ción de pesticidas ya que la cuantificación de las

emisiones se relaciona con la forma de aplicación

del producto, formulación y porcentaje de ingre-

diente activo e inerte.

Para obtener resultados más puntuales, es im-

portante generar investigación para poder tener

acceso a información sobre factores de emisión

de cada una de las fuentes contaminantes, pues

la información es escasa a nivel local, por lo tanto

se presentan inconvenientes al comparar resulta-

dos de huella de carbono con distintas fuentes de

consulta.

La huella de carbono es una herramienta utiliza-

da a nivel mundial, sin embargo es un indicador

limitado en el desempeño ambiental de una em-

presa o actividad pues no involucra la gama de

impactos ambientales que están relacionados con

el cultivo, pues se deben considerar factores adi-

cionales que no son reflejados en los resultados

de la huella de carbono como impactos sobre la

calidad de agua, biodiversidad, calidad de aire,

entre otros.

5. Bibliografía

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43


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45


Evaluación de sistemas de riego localizado en cultivo de cacao (Theobroma cacao) como estrategia de aumentode la producción en el departamento del Huila

Evaluation of drip irrigation systems in cocoa (Theobroma cacao) farming as a strategy for increasing production in the department

of Huila

Rodrigo A. Pachón Bejarano1, Oscar E. Figueroa Paiva2, Jorge I. Chavarro Díaz3

Resumen

Teniendo en cuenta que el manejo productivo tradicional del cultivo de cacao en áreas agrícolas del departamento del Huila causa un deterioro acelerado en los recursos suelo – agua, debido a las in-adecuadas prácticas de riego con bajas eficiencias y láminas de agua que superan los 2500 mm/ha, el presente artículo presenta los resultados de la evaluación de tres sistemas de riego localizado (goteo, microaspersión micromanguera) con tres repeticiones, propuestos para aumentar la uniformidad en la entrega del agua al cultivo de cacao en tres regiones del departamento.

El Coeficiente de Uniformidad promedio entre los tres municipios muestra que el sistema más eficiente en el uso del agua para el cultivo de cacao es el de riego por goteo con un CU = 97,31%, se-guido del riego por microaspersión con un CU = 96,42% y por último y no muy distante el sistema de riego con micromanguera con un CU = 85,06% los dos primeros sistemas calificados con tipo de uniformidad excelente y el último con tipo de Uniformidad buena, lo que posiciona a este sistema como una buena alternativa para solucionar problemas de déficit hídrico en cultivos de cacao y a más bajo costo si es comparado con los sistemas de riego por goteo y microaspersión.

Palabras Clave: Riego localizado; coeficiente de uniformidad; microaspersión; goteo; micromanguera

Abstract

Given that the traditional production management of cocoa in agricultural areas of Huila causes a rapid deterioration in the resources soil - water due to inadequate irrigation practices with low efficiencies and water bodies exceeding 2500 mm / ha, this article presents the results of the eva-luation of three drip irrigation systems (drip, micro sprinkler, micro-hose) with three replications, proposed to increase the uniformity of water delivery to the cultivation of cacao in three regions of the department.

1 Ingeniero Agrónomo. Docente Universidad Surcolombiana-Neiva. Av. Pastrana- Carrera 1. [email protected]

2 B. Sc. Ingeniero Agrícola. Universidad Surcolombiana- Neiva. Av. Pastrana- Carrera 1. [email protected]

3 B.Sc. Ingeniero Agrícola. Universidad Surcolombiana- Neiva. Av. Pastrana-Carrera 1. [email protected]

Recibido 2 de diciembre de 2013 Aprobado 30 de enero de 2014



46

1. Introducción

En el marco de la Agenda Interna para la Produc-

tividad y Competitividad del Departamento del

Huila (2007) se priorizaron seis apuestas produc-

tivas, en las cuales se encuentran: cacao, cafés es-

peciales, frutales, piscicultura, turismo y energé-

tica. Lo anterior expone la necesidad de generar

capacidades para el desarrollo de investigación

de alto nivel que contengan la transversalidad en-

tre las áreas de conocimiento a las cuales están

articuladas cada una de las propuestas.

Cada día, el rol de los sistemas de riego a nivel

mundial es más importante y necesario en los sis-

temas de producción (Ochoa y Peña, 2012) que

se ven afectados de manera considerable por la

variabilidad climática y prolongados tiempos de

sequía. En este contexto, es importante desarro-

llar sistemas de riego de alta eficiencia, prácticos

y económicos, enfocados a un manejo y gestión

más integral del recurso hídrico (Panda et al.,

2004)

Según Stape et al. (2004), la producción de cul-

tivos en zonas tropicales va a ser en menor pro-

porción por la provisión del agua, afectando

la eficiencia del uso del agua en los sistemas de

producción, siendo el cultivo de cacao uno de los

afectados que requiere el recurso hídrico cons-

tante para estabilizar su producción.

El déficit de agua en el suelo durante la mayor

parte de meses es alto y el sistema de producción

cacaotero requiere riego para aumentar la pro-

ducción y la calidad del grano, pero en algunas

zonas el uso de agua para cacao entra en conflic-

to con el uso del agua para arroz, por ende una

de las principales alternativas para solucionar el

problema es la gestión y planificación integral en

el manejo del recurso agua en el cultivo de cacao.

Además estudios como el de Sujatha y Bhat, 2013

indican que la fertirrigación orgánica puede me-

jorar la eficiencia del uso de nutrientes sobre la

aplicación al suelo en vista que las bondades de la

utilización de abonos orgánicos está demostrada

y más aún cuando son aplicados nutrientes solu-

bles a través de la fertirrigación por goteo.

En los sistemas de riego localizados de alta fre-

cuencia es muy importante evaluar la uniformi-

dad de riego después de que este ha sido instala-

do, debido a que la uniformidad es un indicador

de la relación que existe entre las plantas en tér-

minos de producción y la eficiencia con la que se

está aplicando agua con el riego. En general a ma-

yor uniformidad de riego mayor uniformidad en

la producción del cultivo, siempre y cuando no

existan otras factores limitantes como problemas

de nutrientes y problemas fitosanitarios.

El coeficiente de uniformidad es una variable de

entrada muy importante en la estimación de la

eficiencia del sistema. Los sistemas de riego lo-

calizados buscan la mayor uniformidad posible,

de esta forma todas las plantas pueden recibir la

misma cantidad de agua y nutrientes (Saldarria-

ga, 2007).

The average coefficient of uniformity between the three municipalities shows that the most efficient use of water for crop of cocoa system is the drip irrigation with CU = 97.31%, followed by micro-sprinkler irrigation with CU = 96.42% and last but not far off the irrigation system with micro-hose with a CU = 85.06% qualified the first two types of systems and excellent uniformity with the last type of good uniformity, which positions this system as a good alternative to solve problems of water shortage in crop of cocoa and lower cost if compared with drip irrigation and micro-sprinkler.

Keywords: Localised irrigation; uniformity coefficient; Cocoa; micro-sprinkler; drip; Micro-hose.

47


2. Metodología

El área de estudio hace referencia a tres munici-

pios de la zona norte del departamento del Huila,

municipio de Campoalegre en la finca Los Lagos

ubicada en la vereda Bejucal Bajo con un cultivo

de cacao de 6 años sembrado a 2x4 m; municipio

de Palermo en la finca Potreritos perteneciente a

la vereda Nilo con cultivo de cacao de 10 años

sembrado en tres bolillo a 3 m; y el municipio de

Baraya en la finca San José ubicada en la vereda la

Unión con cultivo de cacao de 8 años sembrado

en tres bolillo a 3 m en los cuales se establecieron

tres sistema de riego localizado (Microaspersión,

goteo y micromanguera) con tres repeticiones

cada uno, para un total de nueve sectores de rie-

go (Figura 1).

Para la evaluación de los tres sistemas de riego se

seleccionó un (1) sector de riego por cada sistema

de riego instalado en las áreas experimentales de

los municipios de Campoalegre, Palermo y Ba-

raya, dentro de cada sector se seleccionaron cua-

tro (4) laterales de riego y dentro de cada lateral

se seleccionaron cuatro (4) unidades de riego o

emisores, donde cada una de estas unidades riega

un árbol de cacao diferente dentro del sector a

evaluar. Las unidades de riego que fueron some-

tidos a la evaluación cuentan con las siguientes

características de operación (Tabla 1).

Figura 1. Localización de las áreas de estudio. (Alcaldía de Baraya, Campoalegre y Palermo, 2013).

Tabla 1. Características de las unidades de riego evaluadas

Unidad de riego Tipo de emisorPresión de

trabajo (PSI)

Caudal de

descarga (LPH)Diámetro

húmedo (m)Unidadespor árbol

Gotero NDJ de Botón Clicktif 15 - 58 4,0 N.A 3

MicroaspersorAmanco Rotativode boquilla verde

15 - 58 25,0 5,0 1

Micromanguera Manguera de 6 mm 3 - 10 Varía con la presión N.A 1


48

En la evaluación de los sistemas de riego los pará-

metros que se tuvieron en cuenta fueron: caudal

de unidades de riego, el Coeficiente de Uniformi-

dad (CU) y Eficiencia de Uso (EU).

El procedimiento metodológico empleado con-

templó las siguientes actividades:

1. Comprobación del funcionamiento del sis-

tema con normalidad, revisión de los filtros,

unidades de riego, tapones de lavado de la tu-

bería principal, múltiple y lateral.

2. Selección el sector de riego crítico, es decir,

el sector que cuente con las condiciones de

mayor dificultad (contrapendiente, mayor

número de microaspersores y mayor distan-

cia a la válvula de paso) para permitir la libre

circulación del agua dentro del sector.

3. Dentro del sector de riego seleccionado, se

identificó el primer lateral, el lateral ubicado

a 1/3 de la distancia desde el inicio, el lateral

ubicado a 2/3 de la distancia desde el inicio y

el último lateral. Luego en cada uno de ellos

se identificó la primera unidad de riego, la

unidad ubicada a 1/3 del inicio del lateral, la

unidad ubicada a 2/3 del inicio del lateral y la

última unidad de riego (Figura 2).

4. Medición del caudal de salida en cada uni-

dad de riego y elaboración del registro de las

mediciones.

5. Estimación de los Coeficientes de Uniformi-

dad (CU) de acuerdo a la ecuación 1.

CUQ = 100 * Q25% !�� ,��

Dónde:

Q25%

= media del 25% de los valores más bajos

de los volúmenes recogidos, en litros/hora.

Q = media de todos los volúmenes de agua

recogidos, en litros/hora.

6. Clasificación de los Coeficientes de Unifor-

midad calculados de acuerdo a la Tabla 2.

Tabla 2. Clasificación de los coeficientes de

uniformidad.

Coeficiente de uniformidad Tipo de uniformidad

90-100 Uniformidad Excelente

80-90 Uniformidad Buena

70-80 Uniformidad Aceptable

<70 Uniformidad Inaceptable

(Merriam y Keller, 1978)

Figura 2. Esquema selección unidades de riego a evaluar. (CITRA - Modificado Equipo CE-

NIGAA 2013).

Q

49


7. Estimación de la Eficiencia del uso del agua

(EU) de acuerdo a la ecuación 2.

EU = (EAP * CU)

100 !��

Dónde:

EU= Eficiencia de uso del agua.

EAP= Eficiencia de aplicación (característico

de cada sistema de riego).

CU= Coeficiente de uniformidad.

3. Resultados

Las áreas experimentales se georeferenciaron con

Estación Total de Topografía, de tal manera que se

especifican las coordenadas geográficas precisas

con miras a su fácil ubicación en posteriores eva-

luaciones que realicen otras entidades (Tabla 3).

Para la evaluación de la eficiencia de los siste-

mas de riego en el municipio de Campoalegre

se seleccionaron los sectores y las unidades de

riego que se ilustran en la Fig. 3, para Palermo

los sectores y unidades de la Fig. 4 y para Bara-

ya los sectores y unidades de la Fig. 5, siguiendo

los criterios de selección de los sectores crítico, es

decir, los sectores que cuente con las condiciones

de mayor dificultad (contrapendiente, mayor nú-

mero de microaspersores y mayor distancia a la

válvula de paso) para la libre circulación del agua

dentro del sector.

En cada unidad de riego se realizaron tres (3) afo-

ros, se promediaron estos valores y se registraron

en el formato correspondiente (Figuras 6, 7 y 8).

Riego por Microaspersión: En los sistemas de

riego de microaspersión, el agua es aplicada sobre

Tabla 3. Georeferenciación de Área experimentales.

Municipio Vereda Finca CoordenadaALTURA

(msnm)

Campoalegre Bejucal bajo Los lagos N 02° 44´ 26,7´´; W 75° 16´ 41,8´´ 666,5

Palermo Nilo Potreritos N 02° 51´ 23,7´´; W 75° 31´ 38,4´´ 841,5

Baraya La Unión San José N 03° 16´ 37,9´´; W 74° 56´ 09,9´´ 571,0

Sector Evaluado

02-MM Sistema de riego por Micromanguera

01-MA Sistema de por Microaspersión

Figura 3. Ubicación de los Sectores y unidades de Riego evaluados en el municipio de Campoalegre.

Unidades de riego evaluadas


50

Figura 4. Ubicación de los sectores y unidades de riego evaluados en Palermo.

Sector Evaluado03-G Sistema de riego por goteo02-MM Sistema de riego por Micromanguera01-MA Sistema de por Microaspersión


Sector Evaluado

07-G Sistema de riego por goteo

09-MM Sistema de riego por Micromanguera


Figura 5. Ubicación de los sectores y unidades de riego evaluados Baraya

51


una superficie limitada del terreno en forma de

lluvia artificial y se desplaza en el suelo en fun-

ción de tres factores fundamentales: a) las propie-

dades y características del perfil físico del suelo;

b) el volumen de agua aplicado; y c) el caudal del

emisor (Gispert y García, 1994). La información

recolectada en campo de la evaluación realizada

al sistema de riego por microaspersión en los tres

municipios se registra en la Tabla 4, 5 y 6.

Probeta para determinar el

caudal del emisor

Micromanguera de

Control de tiempo

6 mm

Figura 6. Selección unidades de riego en mi-

cromanguera

Figura 7. Selección unidades de

riego en goteo

Figura 8. Aforo a unidades de

riego por micromanguera

Tabla 4. Evaluación de las unidades de riego en el sistema de microaspersión, Campoalegre.

SECTOR 01 MICROASPERSIÓN

1 Emisor

Q (ml/Min)

Emisor 1/3

Q (ml/Min)

Emisor 2/3

Q (ml/Min)

Último Emisor

Q (ml/Min)

1 Lateral 450 445 420 435

2º Lateral a 1/3 445 445 450 410

4º Lateral a 2/3 430 430 440 445

Último lateral 440 430 420 430

Tabla 5. Evaluación de las unidades de riego de microaspersión, Palermo.


1 Emisor

Q (ml/Min)Emisor 1/3Q (ml/Min)

Emisor 2/3Q (ml/Min)

Último EmisorQ (ml/Min)

1 Lateral 445 440 445 440

3º Lateral a 1/3 450 445 440 440

6º Lateral a 2/3 440 420 410 420


Tabla 6. Evaluación de las unidades de riego de microaspersión, Baraya.


1 Emisor




1 Lateral 460 445 430 430

5º Lateral a 1/3 455 430 415 420

9º Lateral a 2/3 440 425 420 430


Emisor

Lateral

EmisorLateral

Emisor

Lateral


52

De acuerdo a los aforos realizados en los microas-

persores seleccionados y al cálculo del Coeficien-

te de Uniformidad (Ecuación 1), el sistema de rie-

go por microaspersión en Campoalegre presenta

un CU = 96,48%, en Palermo un CU = 95,88% y

en Baraya un CU = 96,89%, lo cual indica que los

sistemas presentan un tipo de uniformidad Exce-

lente, debido a que se encuentran en el rango de

90 – 100 %.

De igual forma se realizó el cálculo del Eficien-

cia de uso del agua (EU) aplicando la ecuación 2

y empleando Eficiencia de aplicación (EAP) del

85% para el sistema de riego por microaspersión,

valor obtenido al promediar los rangos de efi-

ciencia según la WWF (2009) y Liotta (2005) que

oscila entre los 90% y 80%. El cálculo de la EU

para el sistema de riego por microaspersión en el

municipio de Campoalegre muestra un resultado

de EU = 82,01%, para el municipio de Palermo de

EU = 81,50% y para el municipio de Baraya una

EU = 81,50% evidenciando que existe eficiencia

en los sistemas de riego instalados y que garanti-

zan uniformidad en las láminas de riego aplica-

das en el cultivo de cacao.

Riego por Goteo: El sistema de riego por goteo

es un método de riego localizado donde el agua

se aplica en forma de gotas a través de unidades

de riego denominadas goteros, los cuales sumi-

nistran agua a intervalos frecuentes en pequeñas

cantidades a la raíz de cada planta. La informa-

ción recolectada en campo de la evaluación reali-

zada a los sistemas de riego por goteo en los tres

municipios se registra en las Tablas 7, 8 y 9.

La información de la evaluación realizada a los

goteros seleccionados, muestra para el municipio

de Campoalegre un valor de CU = 97,53%, para

Palermo un CU = 96,72% y para el municipio de

Tabla 7. Evaluación de las unidades de riego de goteo, Campoalegre.

SECTOR 04 GOTEO

1 Emisor




1 Lateral 69 67 65 64

2º Lateral a 1/3 67 65 65 66

4º Lateral a 2/3 66 68 65 67


Tabla 8. Evaluación de las unidades de riego de goteo, Palermo.

SECTOR 03 GOTEO

1 Emisor




1 Lateral 68 66 65 66

3º Lateral a 1/3 66 64 65 62

5º Lateral a 2/3 69 65 64 63


Tabla 9. Evaluación de las unidades de riego de goteo Baraya.

SECTOR 07 GOTEO

1 Emisor

Q (ml/Min)

Emisor 1/3

Q (ml/Min)

Emisor 2/3

Q (ml/Min)

Último Emisor

Q (ml/Min)

1 Lateral 67 64 65 64

4º Lateral a 1/3 66 64 65 63

7º Lateral a 2/3 67 63 63 64


EmisorLateral

EmisorLateral

Emisor

Lateral

53


Baraya un CU = 97,67%, lo cual indica que los

sistemas presentan un tipo de uniformidad Ex-

celente.

Igualmente se realizó el cálculo del EU (Eficien-

cia de uso del agua) aplicando la ecuación 2 y em-

pleando EAP (Eficiencia de aplicación) del 90%

para el sistema de riego por goteo, valor obteni-

do al promediar los rangos de eficiencia según la

WWF (2009) y Liotta (2005) que oscila entre los

95% y 85% para este tipo de sistema de riego. El

cálculo de la EU para el sistema de riego por go-

teo en Campoalegre arrojo un resultado de EU

= 87,78%, para el municipio de Palermo de EU

= 87,05% y para el municipio de Baraya de EU =

87,91%.

Riego por Micromanguera: Los sistemas de rie-

go por micromanguera son un método de riego

localizado poco usado debido a que no es un

sistema presurizado y presenta bajos índices de

uniformidad y eficiencia, lo cual puede afectar el

rendimiento de la cosecha y la eficiencia de uso

del agua, lo cual ha sido demostrado por diferen-

tes investigadores (Warrick y Gardner, 1983; Le-

tey et al., 1984; Montovani et al., 1995; Li, 1998).

En este sistema la unidad de riego es un segmen-

to de manguera por la cual se conduce el agua

hacia la planta y se aplica en la zona radicular en

forma de chorro y cuyo diámetro es de 6 mm y

longitud variable que permite su calibración por

perdida de energía (a mayor longitud, mayor per-

dida y menor caudal de entrega), tal como está

instalada en los municipios de Campoalegre y

Palermo; para el municipio de Baraya se realizó

una pequeña modificación para la calibración de

las unidades de riego que consistió en dejar la mi-

cromanguera de la misma longitud en todos los

árboles de cacao y obturar la punta de ésta con

un dobles que va atado con un nudo de control

que se realiza con un trozo de cabuya para regu-

lar el caudal de entrega en la unidad de riego (ver

figura 6). La información de los aforos realizados

para evaluar el Coeficiente de Uniformidad al

sistema de riego por micromanguera en los tres

municipios se registra en las Tablas 10, 11 y 12.

De acuerdo a los aforos y al cálculo realizado, el

sistema de riego por micromanguera en el mu-

nicipio de Campoalegre presenta un Coeficiente

de Uniformidad CU = 80,93%, en el municipio

de Palermo un CU = 84,75% y en el municipio

Tabla 10. Evaluación de las unidades de riego de micromanguera, Campoalegre.

SECTOR 02 MICROMANGUERA

1 Emisor

Q (ml/Min)

Emisor 1/3

Q (ml/Min)

Emisor 2/3

Q (ml/Min)

Último Emisor

Q (ml/Min)

1 Lateral 500 440 485 420

2º Lateral a 1/3 450 380 430 320

4º Lateral a 2/3 415 405 410 430


Tabla 11. Evaluación de las unidades de riego de micromanguera, Palermo.


1 Emisor

Q (ml/Min)

Emisor 1/3

Q (ml/Min)

Emisor 2/3

Q (ml/Min)

Último Emisor

Q (ml/Min)

1 Lateral 450 350 415 405

3º Lateral a 1/3 480 410 440 400

7º Lateral a 2/3 510 405 310 420


Emisor

Lateral

Emisor

Lateral


54

de Baraya un CU = 89,51%, lo cual indica que el

sistema presenta un tipo de Uniformidad Buena,

debido a que se encuentran en el rango de 80 –

90% especificado en la tabla 2 de Clasificación de

los Coeficientes.

De igual forma se realizó el cálculo del Eficiencia

de uso del agua (EU) empleando la Eficiencia de

aplicación (EAP) del 85% para el sistema de riego

por micromanguera, valor que se determinó por

las comparaciones que se realizaron en campo

entre los sistemas de microaspersión y micro-

manguera, comparación que se considera tolera-

ble debido a que se realizaron diferentes ajustes

a las micromangueras, que permitieron presuri-

zar el sistema y regular el caudal de entrega de

las unidades de riego. El cálculo de la EU para

el sistema de riego por micromanguera en Cam-

poalegre muestra un resultado de EU = 68,79%,

en el municipio de Palermo de EU = 72,03% y en

el municipio de Baraya de EU = 76,08%.

4. Conclusiones

El sistema de riego que brinda un coeficiente de

Uniformidad mayor es el sistema de riego por

goteo con un valor promedio para los tres muni-

cipios evaluados de 97,31% y de tipo de unifor-

midad excelente, lo que garantiza que todas las

plantas de cacao de la plantación reciben aproxi-

madamente el mismo caudal de agua y por ende

se espera un desarrollo fisiológico homogéneo en

todo el cultivo si solo dependiera de este factor.

El coeficiente de uniformidad encontrado para

el sistema de riego por micromanguera es cata-

logado como de tipo de uniformidad buena con

un valor promedio entre los tres municipios del

85,06 %, lo que posiciona a este sistema como

una buena alternativa para solucionar problemas

de déficit hídrico en cultivos de cacao y a más

bajo costo si es comparado con los sistemas de

riego por goteo y microaspersión.

De los sistemas evaluados para el cultivo de ca-

cao en los municipios de Campoalegre, Palermo

y Baraya el que mayor mostró eficiencia en el uso

del agua, es el sistema de riego por goteo con un

valor promedio de 87,58% y el menos eficiente es

el sistema de riego con micromanguera mostran-

do un valor de 72,30%.

El coeficiente de uniformidad calculado para el

sistema de riego por micromanguera en los tres

municipios demuestra que donde mejor unifor-

midad existe es en el municipio de Baraya con

un valor de 89,51%, valor muy cercano al tipo de

uniformidad Excelente, según la clasificación de

uniformidad de la tabla 3; dado que la calibra-

ción de las micromangueras en este municipio

se realizó mediante la práctica de obturación de

la manguera con un nudo de control en la par-

te final de esta, que permite calibrar con mayor

facilidad y precisión el caudal a entregar a cada

árbol y no por longitudes de las micromangueras

como se realizó en los municipios de Campoale-

gre y Palermo.

Tabla 12. Evaluación de las unidades de riego de micromanguera, Baraya.


1 Emisor

Q (ml/Min)

Emisor 1/3

Q (ml/Min)

Emisor 2/3

Q (ml/Min)

Último Emisor

Q (ml/Min)

1 Lateral 400 460 435 405

4º Lateral a 1/3 430 460 440 375

8º Lateral a 2/3 420 405 370 420


Emisor

Lateral

55


Posteriores investigaciones deben estar orienta-

das a la evaluación de producciones en cacao bajo

diferentes sistemas de riego localizado que utili-

cen la fertirrigación como método para la aplica-

ción de suplementos nutricionales, de igual for-

ma se bebe seguir investigando sobre el aumento

de la eficiencia de uso del agua en el sistema de

riego por Micromanguera considerando que su

instalación es de menor costo.

Agradecimientos

Los autores agradecen enormemente al Minis-

terio de Agricultura y Desarrollo Rural y a la

Corporación Red Especializada de Centros de

Investigación y Desarrollo Tecnológico del sec-

tor Agropecuario CENIRED por su financiación

y valiosos aportes logísticos y científicos, y a los

profesionales de la Fundación Centro de Investi-

gación en Ciencias y Recursos Geoagroambien-

tales CENIGAA por el apoyo en el desarrollo del

presente estudio.


1. Alcaldía de Baraya. 2013. Mapa político del Muni-

cipio de Baraya. http://baraya-huila.gov.co/mapas_

municipio.shtml?apc=bcMapas%20Pol%EDticos-

1-&x=3167002. Consultado el 31 de diciembre de

2013.

2. Alcaldía de Campoalegre. 2013. Mapa polí-

tico del Municipio de Campoalegre. http://

campoalegre-huila .gov.co/mapas_munici-

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&x=3106232. Consultado el 31 de diciembre de

2013.

3. Alcaldía de Palermo. 2013. Mapa político del Mu-

nicipio de Palermo. http://www.palermo-huila.

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2013.

4. Centro de Investigación y Transferencia en Riego y

Agroclimatología (CITRA). 2013. Evaluación de la

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por Goteo. Facultad de Ciencias Agrarias, Univer-

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Goteo y Microaspersión. INTA. Provincia de San

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7. WWF, 2009. Manual de Buenas Prácticas de Riego,

Propuestas de WWF para un uso eficiente del agua

en la agricultura. World Wide Fund for Nature -

WWF (Fondo Mundial para la Naturaleza)

8. Montovani, E. C.; Villalobos, F. J.; Orgaz, F.; and

Fereres, E. 1995. Modeling the Effects of Prinkler

Irrigation Uniformity on Crop yield. Agric. Water

Manage. 243-257p.

9. Ochoa, A, M. y Peña, P., 2012. Efecto del Riego Su-

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Agraria de la Habana Fructuosa Rodríguez. La Ha-

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10. Stape, J., D. Binkley & Ryan, M., 2004. Eucalyptus

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use of Water, Light and Nitrogen Across a Geogra-

phic Gradient in Brazil.

11. Sujatha S, B., 2013. Impact of Drip Fertigation on

Arecanut- Cocoa System in Humid Tropics of In-

dia. Agroforest Syst. 1 de Junio; 87 (3): 643-56p.

12. Warrick, A. W. and Gardner, W. R., 1983. Crop

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13. World Wide Fund for Nature - WWF (Fondo Mun-

dial para la Naturaleza), 2009. Manual de Buenas

Prácticas de Riego, Propuestas de WWF para un

Uso Eficiente del Agua en la Agricultura. España,

10p.

57


Implementación de OpenFlow sobre NetFPGA

Implementation of OpenFlow on NetFPGA

Johnnathan Machado 1, Andrés Felipe Ramos 2 y Juan Carlos Cuéllar 3

Resumen

Las redes tradicionales están diseñadas e implementadas con diferentes dispositivos de red, como routers, switches y firewalls; cada uno tiene unas funciones asociadas y es configurado con diferentes estándares y protocolos para realizar la trasmisión de paquetes. Pero este modelo tradicional no es el único que existe, hoy en día se está empezando a imponer un nuevo modelo de red definida por software [SDN por Software Define Networks]. Si bien este modelo usa los mismos dispositivos de red, es diferente pues utiliza las ventajas del software de programación, el cual mediante una inter-faz universal controla los dispositivos de red y programa los servicios de envío o enrutamiento de paquetes. Este artículo presenta las ventajas de las SDN respecto de las redes tradicionales y muestra pruebas de desempeño básicas realizadas en un ambiente de laboratorio con una tarjeta NetFPGA implementando OpenFlow, en contraste con pruebas de desempeño realizadas con dispositivos de red comerciales.

Palabras Clave: Redes definidas por Software; OpenFlow; Control de flujo; switch; router.

Abstract

Traditional networks are designed and implemented with network devices such as routers, swit-ches, firewalls, etc. Each network device has associated functions and is configured with different standards and protocols for packet transmission. But this traditional model is not the only one that exists, today is beginning to impose a new model of software-defined network, known as SDN (Software Define Networks). While SDN also uses the same network devices, the difference is that these networks are using the advantages of programming software, which means to use a universal control interface; this interface controls the network devices and program delivery services or rou-ting packets. This article presents the advantages of SDN over the traditional networks and displays basic performance tests conducted in a laboratory environment with implementing OpenFlow in a NetFPGA card, in contrast to performance tests conducted with commercial network devices.

Keywords: Software defined networking; OpenFlow; Flow´s control; Switch; Router.

1 Ingeniero Telemático. Universidad ICESI, Cra 48 # 10-09. Cali-Colombia. [email protected]

2 Estudiante Ingeniería Telemática. Universidad ICESI, Cra 48 # 10-09. Cali-Colombia. [email protected]

3 Ingeniero Electricista. Magister en Ingeniería. Candidato a Doctor en Ingeniería Telemática. Director Programa Ingeniería

Telemática. Universidad ICESI, Cra 48 # 10-09. Cali-Colombia. [email protected]

Recibido 3 de marzo de 2014 Aprobado 30 de abril de 2014



58

1. Introducción

Las redes tradicionales a medida que crecen son

notoriamente más difíciles de administrar. Esto

se debe en buena parte a que cada dispositivo de

red contiene conjuntamente dos funcionalidades,

una para los datos y otra para el control, esto con-

lleva a una serie de inconvenientes. Uno de ellos

es que se hace necesario configurar cada dispo-

sitivo de red por separado mediante comandos

o una interfaz web, ya que a medida que la red

va aumentando en tamaño, es necesario adqui-

rir más dispositivos de red convirtiendo la tarea

de administración más compleja porque hay que

ajustar las direcciones de red, las reglas de los fi-

rewall, etc. Estos ajustes toman tiempo y no es-

calan bien si se agregan numerosos dispositivos

de red de manera simultánea (Strom, 2013). Otro

inconveniente es el hecho de que una red no es

estática, la topología está propensa a cambios, ya

sea por la necesidad de expansión de la misma o

por las caídas de los diferentes enlaces durante el

funcionamiento normal, lo que obliga a agregar

tareas a los equipos que pueden aumentar la la-

tencia en su procesamiento.

La división de las funcionalidades de datos y

control se pensó como una forma de resolver el

problema de administración de las redes actuales,

y fue de esta idea que nació la noción de SDN

(Software Define Network) o redes definidas por

software, donde se busca un control centralizado,

mientras que los dispositivos puedan dedicar to-

dos sus recursos al envió y direccionamiento de

datos. Lo que se busca con las SDN es ofrecer a

los administradores de red la flexibilidad necesa-

ria para configurar, administrar, asegurar y opti-

mizar los recursos de la red a través de progra-

mas de automatización definidos por una capa de

control.

Bajo el concepto de SDN, se ha creado el estándar

OpenFlow. El cual es el primer estándar de co-

municación que define un protocolo para la inte-

racción entre el software de control y el hardware

de red, como lo describe la arquitectura de Redes

definidas por software. OpenFlow permite el ac-

ceso directo y la administración de los dispositi-

vos de red tales como switches y routers, mediante

primitivas básicas que pueden ser utilizadas por

un software de aplicación externo para progra-

mar el reenvío de datos en los dispositivos de red

(ONF,2012).

SDN es un concepto que está llamando la aten-

ción; en universidades de los Estados Unidos ya

inició la implementación del estándar OpenFlow.

Existen casos como el de la Universidad de Stan-

ford en California, donde se encuentra en eje-

cución el protocolo OpenFlow como estándar

de comunicación entre sus dispositivos de red,

tanto de forma interna, como para la comunica-

ción con otras universidades de los Estados Uni-

dos –como las de Wisconsin e Indiana (Stanford,

2013). Ellos controlan el flujo de la información

mediante los controladores de los dispositivos

de interconectividad a través de software. Tam-

bién gigantes como Google y Facebook han de-

cidido implementar OpenFlow (Strom, 2013). El

Vicepresidente Senior de operaciones de Google

anuncio que desde principios de 2012 ya se en-

contraba funcionando con el estándar OpenFlow

(Open-Flow-20120512).

2. Metodología

Redes definidas por software

Los orígenes de las redes definidas por software

(SDN-Software Define Networks) provienen de la

investigación de los profesores Nick McKeown de

Stanford, Scott Shenker de Berkeley y un grupo

de sus estudiantes. El proyecto, llamado Ethane,

era una arquitectura de software para corporacio-

nes que permitía definir una política global para

la red, funcionaba con switches Ethernet norma-

les y con un control centralizado (Casado, 2008).

Se tenía entonces un controlador que almacenaba

la política global, la cual determinaba el destino

de cada paquete de datos. El controlador conocía

toda la topología para hacer el enrutamiento de

los datos y una administración de permisos de

59


acceso. El segundo componente eran los switches

Ethernet, que contienen únicamente una tabla de

envío y un canal seguro al controlador.

Uno de los estudiantes que trabajó en “Ethane”,

Martin Cascado, creó después un pequeño siste-

ma SDN que fue adquirido en 2012 por VMware.

Sus esfuerzos dieron como fruto el protoco-

lo OpenFlow (Strom,2013). Más a delante este

protocolo obtuvo su propia Fundación, la Open

Networking Foundation (ONF, 2012), la cual se

encarga de la promoción y adopción de SDN a

través del desarrollo de estándares abiertos.

La idea de las SDN no es nueva, aunque las em-

presas han invertido en virtualización y tecnolo-

gía de Cloud Computing aún no han logrado la

habilidad de proveer una conexión de red de for-

ma inmediata. La causa de esto tiene que ver con

la poca flexibilidad de una infraestructura donde

sus dispositivos cuentan con una funcionalidad

de datos y otra de control, y se requieren tener en

cuenta parámetros de configuración de red como

la direcciones IP o las reglas del Firewall, esto sin

contar con la variedad de aplicaciones y proto-

colos ejecutándose de manera simultánea. Como

resultado aparecen problemas en la administra-

ción y complejidad en la infraestructura de las re-

des a medida que estas van creciendo en usuarios

y aplicaciones.

La intención con las SDN fue separar los dife-

rentes dispositivos de red, como un enrutador,

su parte de datos y su parte de control, para co-

locar una interfaz de programación entre ambas

partes y poder lograr una “abstracción” de ambas

funcionalidades. Con esta abstracción se busca

dividir el problema de infraestructura en piezas

más sencillas de tratar (Shenker, 2011). Y este en-

foque está claramente plasmado en la definición

propuesta por la ONF, 2012: “En la arquitectura

de la SDN, los planos de control y de datos están

Sistema operativoSistema operativo

Aplicaciones

Plano de Control

Topología de la red ACL’S,

Envío y enrutamiento QoS,

Gestión de enlaces.

Plano de datos.

Enlace, Switching,

Envío, enrutamiento

Nodo de Red

Application

Programming

Interface (API)

Plano de datos.

Enlace, Switching,

Envío, enrutamiento

Nodo de Red

Topología de la red ACL’S,

Envío y enrutamiento QoS,

Gestión de enlaces.

Plano de Control

Aplicaciones

SDN stack

APIAPI

API

(a) (b)

Figura 1. Comparación entre el enfoque tradicional de red (a) y el enfoque basado en SDN (b). Adaptado de Sezer,

2013.


60

desacoplados, la inteligencia y estado de la red es-

tán lógicamente centralizados, y la infraestructura

subyacente de red es abstraída desde las aplica-

ciones”. SDN se enfoca en cuatro características

principales: separación del plano de control del

plano de datos, un control y vista centralizada de

la red, interfaces abiertas entre dispositivos en el

plano de control y el plano de datos y programa-

ción de la red por aplicaciones externas (Sezer,

2013).

La Figura 1 refleja la diferencia entre el enfoque

tradicional de las redes de datos y el enfoque de

SDN; en su parte (a) se aprecia el enfoque tradi-

cional, en el cual el plano de control es respon-

sable de la configuración del dispositivo de red y

de la programación de los caminos para los flujos

de datos; en su parte (b), se presenta el enfoque

basado en SDN, en el cual el control es trasladado

fuera del dispositivo de red en un control centra-

lizado.

La primera versión de SDN (SDNv1) estaba con-

formada por dos partes:

Abstracción de envío: Que permitía tener un

modelo flexible de reenvío en la funcionalidad

de control de los dispositivos de red, hardware

“abstracto”, que permite obtener soluciones no

atadas a vendedores específicos y flexibilidad

en su arquitectura.

Sistema Operativo de Red o NOS (Network

Operating System): Que corre en los controla-

dores en la red, crea una vista de la red, donde

el control opera sobre ésta y por tanto no es un

control distribuido y hace uso de la Abstrac-

ción de envío.

En la Figura 2 se puede apreciar la estructura de

la versión de SDN. El resultado fue una red más

fácil de programar, verificar, y administrar.

Más adelante se dio una transición hacia SDNv2

de estructura similar a la versión previa y la tran-

sición surge de hacer una completa separación

de funcionalidades. Que dio como resultado tres

interfaces:

1. Interfaz de envío (Modelo abstracto de en-

vío), oculta las capas superiores del hardware

de envío.

2. Interfaz de distribución (Vista Global de la

Red), oculta las capas superiores del estado

de difusión.

3. Interfaz de especificación (Vista abstracta de

la red), oculta el control de programa de los

detalles de la red física.

Lo que se definió en su comienzo con SDN fue

que no se necesitaba de la creación de nuevos me-

canismos ya que para envío se podía usar MPLS,

Control de programa

Vista global de la red

Sistema operativo de red

Control vía

interfaz de usuario Protocolos Protocolos

Figura 2. SDNv1. Adaptado de ONF, 2012.

61


para distribución de estados se podían utilizar

protocolos como OSPF y para el control, BGP.

En SDN la idea era agregarle a las redes los be-

neficios de la programación modular que al igual

que con la programación y la abstracción permi-

tiera más flexibilidad y construir funcionalidades

más complejas que las infraestructuras actuales

con su poca flexibilidad no permitían.

También con SDN se busca poder definir com-

portamientos que sólo deberían ser especificados

en la red abstracta y que no se siguieran diseñan-

do protocolos de control distribuido.

La ONF ha venido haciendo desarrollos en las

SDN. Ellos definen a las SDN como traer progra-

mabilidad de software a las redes (Cariden, 2013).

En la SDN se refiere a un control de software ló-

gicamente centralizado.

Existen diferentes clases de SDN(Cariden, 2013):

FlowServices SDN, referencia una gran canti-

dad de aplicaciones de seguridad y visibilidad

que interactúan con flujos de datos.

Virtualization SDN, provee conectividad de

red virtual para eficiencia y agilidad.

Infraestructure SDN, provee visibilidad y con-

trol de recursos de red y aplicaciones de soft-

ware.

La clase de interés para este análisis es la Flow

Service SDN con interfaz OpenFlow. Esta clase

de SDN básicamente permite a un software es-

pecializado interactuar con flujos individuales

o arreglos de flujos. Por ejemplo en OpenFlow,

se definen reglas de flujo, si un paquete cumple

con la regla, se realiza una acción. En las SDN el

control, el NOS, está separado del plano de desa-

rrollo.

SDN es una arquitectura de red donde el control

es desacoplado de la trasmisión y se vuelve di-

rectamente programable (ONF, 2012). Este des-

acoplamiento crea una capa de abstracción entre

la infraestructura y las aplicaciones y servicios de

red, por lo que la red puede ser tratada como una

entidad virtualizada y se vuelve independiente

de cada uno de los dispositivos de comunicación

que la conformen y de sus fabricantes, que es una

ganancia para las empresas. En la Figura 3 se

puede apreciar la arquitectura lógica de la SDN

(ONF, 2012) y también se puede observar su si-

militud con SDN v1.

CAPA DE APLICACIÓN

CAPA DE CONTROL

CAPA DE INFRAESTRUCTURA

Sofware de

control SDN

API API API

Interface de planes de control de datos

Dispositivo de red

Dispositivo de red

Dispositivo de red

Dispositivo de red

Dispositivo de red

Aplicaciones del negocio

Servicios de red

Figura 3. Arquitectura SDN. Adaptado de (ONF, 2012)


62

En las SDN el control ya no está sujeto a dispositivos individuales de red sino a dispositivos informáticos. La inteligencia de red se centraliza en controladores SDN, los cuales mantienen una visión global de la red y permiten un control centralizado. Por esto, la red es como una entidad lógica y será vista como un único switch lógico para las aplicaciones y demás políticas. Al existir esta centralización se tendrá un control total de la red desde un sólo punto lógico lo que simplifica enormemente su diseño y operación, también sim plifica los dispositivos que la conforman en sí mismos, pues estos ya no necesitan entender ni procesar estándares de protocolos, sólo necesitan aceptar instrucciones de los controladores SDN (ONF, 2012).

Una característica importante de las SDN es su configuración, pues los operadores de la red pue-den configurarla con facilidad ya que su abstrac-ción dispone de un controlador centralizado y no tiene la necesidad de programar varias líneas de código en dispositivos dispersos. Además se pue-de alterar/configurar el comportamiento de la red en tiempo real e implementar nuevos servicios o nuevas aplicaciones rápidamente, en horas o días y no en meses como sucede con otras arquitecturas. El controlador provee también programas especia-les tipo SDN que permiten a los operadores más flexibilidad a la hora de configurar, administrar, proteger y optimizar los recursos de manera di-námica. Estos programas pueden ser escritos por los mismos operadores, por lo que no dependen de vendedores (ONF, 20). Adicionalmente de la abstracción del control de la red, la arquitectura SDN admite un conjunto de API que hacen posi-ble la implementación de servicios de red comu-nes como enrutamiento, multidifusión, seguridad, control de acceso, gestión de ancho de banda, ingeniería de tráfico, calidad del servicio, uso de energía y demás políticas de gestión de redes.

3. Resultados

OpenFlow- Vista general

OpenFlow es un nuevo estándar para control

avanzado de redes; de código abierto, fue desa-

rrollado por investigadores de las Universidades

de Stanford y California con el fin de estandari-

zar la comunicación entre switches y un controla-

dor basado en software en una arquitectura SDN

(McKeown, 2008). OpenFlow se agrega como

una función para los Switches comerciales permi-

tiendo a sus usuarios llevar a cabo experimentos,

sin necesidad de estar ligados directamente al

proveedor de los dispositivos de red. OpenFlow

está siendo implementado por los principales fa-

bricantes de dispositivos de red del mercado.

El inicio de esta tecnología se dio debido a la im-

posibilidad de manejar las asignaciones de ru-

tas en Internet y cambiar la infraestructura del

modelo OSI de Internet, con la investigación de

esta tecnología lo que se pretende es básicamente

abrir Internet a los investigadores, hacer conexio-

nes de red por software para tener control sobre

el tráfico, lo que permitiría encaminar mejor los

paquetes, teniendo mejoras en el desempeño de

servicios como video, telefonía móvil, ancho de

banda, entre otros.

La puesta en marcha de este proyecto se tornó

algo complicado ya que acceder al código fuen-

te del software que controla el hardware de los

switches comerciales era casi imposible debido a

los licenciamientos y privacidad de cada uno de

los fabricantes. Se empezó con el desarrollo en

switches de laboratorio creados por estudiantes y

profesores de las universidades de Stanford y Ca-

lifornia, con el auge del proyecto y lo valioso de

sus resultados, grandes compañías como Cisco,

Juniper, HP, entre otras, se empezaron a interesar

por el proyecto y en la actualidad HP tiene en su

lista de productos switch que soportan el proto-

colo OpenFlow. La política principal es que es un

estándar de código abierto.

Actualmente se ha probado en el campus de la

Universidad de Stanford con un total éxito, se

han unido otras nueve universidades a esta in-

vestigación tales como la Universidad de Cali-

fornia, Universidad de Washington, Universidad

de Wisconsin entre otras (Lara, 2013), y se está

63


probando para crear una red de universidades re-

gidas por esta tecnología.

En cuanto a las versiones de OpenFlow se puede

indicar hay disponibles diferentes versiones. La

primera versión fue la 0.2.0 lanzada en marzo del

2008, las versiones 0.8.0 y 0.8.1 llegaron en mayo

de 2008. La versión 0.8.2 se lanzó en octubre de

2008 adicionando mensajes de Echo Request and

Echo Replay. En diciembre de 2008 se lanzó la ver-

sión 0.8.9 que incluía máscaras IP e información

estadística adicional. La versión 0.9.0 fue lanzada

en julio de 2009 y la versión 1.0 que es la más usa-

da fue lanzada en diciembre de 2009 (Lara, 2013).

Las versiones 1.0.0, 1.1.0, 1.2 y 1.3.0 están dispo-

nibles. Y en el documento (OpenFlow Switch

Specification, 2012) se encuentra de manera deta-

llada los cambios incluidos a cada versión.

Funcionamiento de dispositivos de red

Como se puede apreciar en la Figura 4, los dis-

positivos de red en la actualidad cuentan con tres

planos de operación muy importantes: el plano de

control, que son los protocolos de enrutamiento

como OSPF, BGP, entre otros, que corren sobre el

dispositivo para controlar el re-envío de paque-

tes. El plano de administración del dispositivo,

para su respectiva configuración que se realiza

a través de protocolos de administración como

SNMP, SSH o XML. Por último se encuentra el

plan de reenvío (Forwarding) de paquetes el cual

será indicado por el plan de control (Protocolo de

enrutamiento) que se ejecute sobre el dispositivo.

Pero, ¿cómo los dispositivos comienzan a inter-

cambiar paquetes? Pues bien, los dispositivos de

red, como los switches y routers, cuentan con ta-

blas de información básicas de los dispositivos,

cuya función es encontrar la interfaz adecuada de

entrada para que el paquete pueda ser transmiti-

do, conocidas como Forwarding tables o Forwar-

ding Information Base (FIB) (Trotter,2001).

Con la información básica en los dispositivos las

FIB, aparecen las routing information base (RIB),

también conocidas como tablas de enrutamiento

son las que contienen las listas con las diferentes

rutas a los diferentes nodos en una red informá-

tica. Para tener una idea más clara de estos dos

conceptos de FIB y RIB, los FIB se han optimi-

zado para la búsqueda rápida de direcciones

de destino, son usadas principalmente en redes

pequeñas y en donde se puede tener un conoci-

miento uno a uno de todos sus nodos, los RIB se

utiliza principalmente para tener conocimiento

de todo Internet y saber cómo llegar desde cual-

quier punto hasta un destino (Berkowitz, 2005).

Con la información de las FIB y RIB en cada uno

de los dispositivos de intercomunicación, los

protocolos de enrutamiento empiezan a jugar su

papel en el conocimiento de las redes, los proto-

colos empiezan a mapear caminos y a llenar las

tablas de enrutamiento de manera dinámica para

encontrar los mejores caminos y los más cortos

utilizando diferentes algoritmos dependiendo del

protocolo.

Con base en esto, el controlador mediante soft-

ware, se encarga de la administración del hard-

ware de los dispositivos de red, permitiendo

constituir una estructura en la cual los FIB sean

construidos desde los RIB, y las tablas de infor-

mación de reenvío se construyan solo con las

mejores rutas obtenidas en las tablas de enruta-

miento.

Con esta nueva parte en la infraestructura de las

redes, el controlador, la arquitectura de los dis-

positivos de red será mucho más sencilla y se

PLANO DE GESTIÓNPLANO

DE CONTROL

PLANO DE ENVÍO

OSPF/BGP-LDP

CLI/SSH/SNMP/XML

Figura 4. Operación de dispositivos de red actualmente.

Adaptado de Ferro, 2012.


64

podrán construir dispositivos a más bajo costo.

En la Figura 5 se puede observar la arquitectura

actual de un dispositivo de red, los cuales cuen-

tan con software complejo en el plano de control

para la implementación de los protocolos de red

y con su administración embebida en el mismo

dispositivo.

Con un dispositivo OpenFlow, el sistema opera-

tivo es mínimo, solo un firmware y un adminis-

trador del dispositivo serán incluidos en la nueva

arquitectura que es menos compleja, consumirá

menos recursos y su costo será menor.

El controlador será el software que brinde conec-

tividad a todos los dispositivos en la red, cons-

truirá una topología de la red en memoria, corre-

rá el algoritmo para mapear la red y actualizará

las tablas de reenvío con un API, usando el pro-

tocolo OpenFlow, que será el que sostenga la co-

municación entre el dispositivo y el controlador.

El controlador está conformado por la interfaz de

usuario (UI), la cual será el acceso y la adminis-

tración para los usuarios del controlador. El con-

trolador tendrá un mapa de toda la red. Contará

con el protocolo OpenFlow con el cual se comu-

nicará con cada uno de los dispositivos de la red.

El controlador podría correr un algoritmo de ca-

mino más corto para hacer lo mismo que OSPF y

podría implementar BGP para la interoperabili-

dad con otras redes, como un router server.

Funcionamiento

En un router o switch clásico, la transmisión de

paquetes y el enrutamiento se producen en el

mismo dispositivo. Lo que se pretende con este

nuevo estándar es separar estas dos funciones. La

porción del camino continuará residiendo en el

switch, mientras que las decisiones de alto nivel

como el enrutamiento se trasladarán a un contro-

lador independiente.

El estándar de OpenFlow se constituye de tres

elementos básicos:

Hardware: Un switch que soporte el estándar

OpenFlow.

Software (Controlador): Un software que será el

controlador de los dispositivos de red, donde el

administrador de red define la manera de fun-

cionamiento del dispositivo de red, ya sea como

switch o como router.

Protocolo: El protocolo OpenFlow que se encar-

gará de la comunicación entre el hardware y el

software.

DISPOSITIVO DE RED

Plano de control

Ruta de datos/envíoGestión

Figura 5. Arquitectura típica de los dispositivos actuales.

Adaptado de McKeown, 2008.

Controlador

OpenflowSTP/OSPF/BGP

Vecinos

Gestión

Cliente Openflow

Sistema operativo de red

Ruta de datos/envío

Figura 6. Arquitectura de dispositivo OpenFlow. Adap-

tado de Ferro, 2012.

arquitectura del dispositivo, como se puede ob-

servar en la Figura 6.

Toda la complejidad del software se escala a un

nivel superior, al controlador (Open Flow Contro-

ller en la Figura 6). Los dispositivos OpenFlow

también podrán soportar los ya conocidos pro-

tocolos de enrutamiento como OSPF, BGP, entre

otros. El Network OS o sistema operativo de red

será el encargado de la operación de todos los dis-

positivos operacionales tales como el arranque,

la administración de memoria, controlador del

protocolo OpenFlow y agente SNMP. Esta nueva

65


El Switch de OpenFlow se comunicará con el

controlador a través del protocolo OpenFlow,

que definirá los mensajes –tales como recepción,

envío y modificación de paquetes– y ayudará a

obtener estadísticas.

OpenFlow trabaja con base en una tabla de flujos

o flowtable, la cual contiene las entradas sobre el

flujo, la llegada y salida de paquetes en el Switch.

En la Tabla 1 se puede observar la estructura de

una entrada de flujo en una flowtable.

Tabla 1. Componentes de una entrada de flujo en

una flowtable. Tomado de (Openflow, 2011)

MATCH FIELDS COUNTERS INSTRUCTIONS

Cada entrada de la flowtable contiene:

Match field: Contiene información tal como

puerto de entrada, cabecera de los paquetes, es-

pecificaciones de la tabla anterior, entre otros.

Counter: Lleva la cuenta de la actualización de

los paquetes

Instrucción: Contiene la acción que se va a reali-

zar, puede un set para cambiar algo, o un borrar

la entrada entre otras instrucciones.

El funcionamiento básico de OpenFlow consis-

te que cuando a un Switch llega una entrada que

no conoce, se le envía el paquete al controlador

mediante el protocolo OpenFlow. El controla-

dor entonces especifica los campos y las acciones

que deben ser aplicadas a los paquetes (Palacin,

2009).

Se pueden aplicar diferentes acciones a los pa-

quetes:

Apply-action acción: Aplica la acción especifi-

cada inmediatamente.

Clear-action acción: Borra todas las acciones

establecidas inmediatamente.

Write-action acción: Combina la acción actual

con las ya existentes.

El protocolo OpenFlow es el que describe la en-

trega de datos entre el controlador y el disposi-

tivo. Conceptualmente, en términos generales,

igual a SNMP, utiliza una conexión SSL que le

proporciona una comunicación segura entre el

controlador y el dispositivo.

Controlador NOX

NOX es la plataforma para crear aplicaciones

de control de red y se destina a proporcionar

una plataforma de programación para controlar

uno o más switches OpenFlow. Es una platafor-

ma abierta para el desarrollo de las funciones de

gestión de redes empresariales y del hogar. NOX

se ejecuta en hardware y proporciona un entorno

de software en la parte superior de los programas

que pueden controlar grandes redes a velocidad

Gigabit.

NOX permite lo siguiente:

NOX proporciona funcionalidades sofistica-

das de red (gestión, visibilidad, control) en

switch de muy bajo costo.

Los desarrolladores pueden añadir su propio

software de control para el manejo de la red.

NOX ofrece un modelo de programación

central para toda la red. Un programa puede

controlar las decisiones de envío en todos los

switches de la red.

NOX fue el primer controlador de OpenFlow

donado a la comunidad científica en 2008 por la

compañía Nicira. En una red OpenFlow, NOX

controla la red enviándole mensajes al Switch

de OpenFlow a través del protocolo OpenFlow,

que define los mensajes, tales como recepción de

paquetes, envío de paquetes, modificación de pa-

quetes y ayudará a obtener estadísticas de la red

(Gude, 2008).

NetFPGA


66

NetFPGA es una plataforma hardware de bajo

costo, diseñada por la Universidad de Stanford

como una herramienta para el diseño de hard-

ware de redes (switches y enrutadores) que per-

mite a los investigadores la construcción de pro-

totipos de trabajo de alta velocidad y sistemas de

redes con hardware de alto desempeño.

Las FPGA (Field Programmable Gate Array) son

dispositivos lógicos de propósito general que se

pueden programar por el usuario, compuesto

de bloques lógicos comunicados por conexio-

nes programables. Puede realizar funciones tan

sencillas como las hechas por una puerta lógica

o hasta funciones complejas como las realizadas

por un sistema basado en microprocesador.

Las FPGA son utilizadas en aplicaciones hechas

a la medida para un uso particular y los requeri-

mientos de un usuario. Tienen la ventaja de ser

reprogramables, lo cual añade una enorme flexi-

bilidad al flujo de diseño, sus costes de desarrollo

y adquisición son más bajos en comparación con

otros dispositivos con características similares y

el tiempo de desarrollo también es menor (Wat-

son, 2006).

Entre las aplicaciones más frecuentes que tienen

uso las FPGA se encuentran, el procesamiento

digital de señales, radio definido por software,

sistemas aeroespaciales, sistemas de imágenes

para medicina, reconocimiento de voz, bioinfor-

mática, entre otras (etFPGA-OneGig, 2012).

La tarjeta de desarrollo de NetFPGA que se utili-

zó para las pruebas se puede apreciar en la Figura

6 y tiene las siguientes especificaciones: Conec-

tor PCI: Bus estándar de 32 bits, 33Mhz, 4 Inter-

faces GigaBitEthernet (1Gbps), un chip FPGA

Virtex-2, SRAM de 4,5 MBytes y DRAM de 64

MBytes (Figura 7).

Ya que la tarjeta NetFPGA cuenta con memoria

SRAM y DRAM que son memorias volátiles, al

desconectar su alimentación eléctrica perderán

la información por lo que la tarjeta quedará des-

configurada y será necesario su reconfiguración

(NetFPGA,2012).

La tarjeta tiene tres opciones de uso para imple-

mentar un switch o un enrutador: una de ellas es

descargando las librerías de un switch o enruta-

dor básico e instalarlas directamente en la tarjeta,

otra descargando las librerías básicas y agregar

extensiones (módulos hardware) creados por el

usuario y creando un nuevo router o switch con

librerías desarrolladas por el usuario o por el de-

sarrollador (Naous et al., 2008).

Pruebas de laboratorio

Para la realización del montaje de pruebas se

utilizó el material la Universidad de Stanford.

La cual ya ha realizado con OpenFlow es sus la-

boratorios diferentes experimentos y montajes.

Principalmente se siguió una de sus guías para el

montaje de una red OpenFlow con múltiples PC/

NetFPGAs con un controlador NOX en un labo-

ratorio (OpenFlow, 2012); la cual contenía toda

la información necesaria para realizar un mon-

taje de manera eficiente y sencilla, indicando re-

querimientos de software y hardware así mismo

como detallando una serie de pasos a seguir. Esta

guía se adaptó al Laboratorio de Redes de la Uni-

versidad Icesi, donde se realizaron los montajes Figura 7. Tarjeta NetFPGA. Tomado de NetFPGA, 2012

67


y pruebas (Tanenbaum, 2003) que se describen a

continuación:

Para el montaje de pruebas, básicamente se reali-

zaron los siguientes procesos:

- Instalación de la tarjeta NetFPGA: Para este

montaje se instaló el LiveDVD de Fedo-

ra(2012), que trae los paquetes básicos para

el funcionamiento de la tarjeta NetFPGA y

por medio de comandos se puede compro-

bar que la instalación esté correcta (NETFP-

GA, 2011).

- Instalación del módulo OpenFlow sobre el

Hardware NetFPGA: Luego de tener todo

el hardware configurado y listo para su uso,

se instala el módulo OpenFlow para realizar

pruebas de capa 2 y capa 3 sobre el protocolo

OpenFlow.

- Instalación del software del Controlador

NOX para el control de OpenFlow (Noxre-

po,2012). Para la instalación del software

del controlador se usó el sistema operativo

Ubuntu 12.04.

- Comunicación entre el SwitchOpenFlow y

el controlador: Una vez se tienen todos los

componentes de la solución listos, tanto el

switchOpenFlow como el controlador se

puede iniciar la comunicación entre estos.

OpenFlow funcionando como switch de capa 2

Después de haber sincronizado correctamente el

controlador con el Switch se validó el funciona-

miento de Switch OpenFlow de capa 2. Se con-

figuró la topología que se puede observar en la

Figura 8 en el laboratorio de la Universidad Icesi.

Para validar que el switch funcione correctamen-

te se utiliza el comando de administración y el

monitoreo del switch OpenFlow:#dpctl. Con este

comando se puede observar el estado actual de

los puertos, tabla de flujos, agregar y eliminar flu-

jos, ver la tabla de direcciones MAC, entre otros

(Openvswitch, 2012)

Comparación de rendimiento entre Switch

OpenFlow y un Switch Cisco 2950

Figura 8. Topología diseñada en el laboratorio para implementar OpenFlow como

Switch capa 2.

ControladorNOX

Switch Openflowsobre NetFPGA

H1: 10.0.0.5/24H2: 10.0.0.6/24 H3: 10.0.0.7/24 Sevidor FTP

10.0.10/24


68

Para realizar una comparación de rendimiento se

siguieron los siguientes pasos: Se realizó un mon-

taje de red igual al de la Figura 7, intercambian-

do el Switch OpenFlow sobre NetFPGA por un

switch Cisco capa 2, con 2 puertos GB Ethernet,

de referencia Catalyst 2950 (Cisco2950, 2012).

Para las pruebas se utilizaron paquetes ICMP de

solicitud y respuesta mediante el comando PING.

Se enviaron paquetes de diferentes tamaños entre

el equipo H1 y el equipo H2. El tamaño de los

paquetes se varió desde 64 bytes hasta 1500 bytes.

En la Figura 9 se pueden apreciar los resultados

obtenidos, mostrando que cuando los paquetes

de ping son pequeños el tiempo de envió es simi-

lar. Pero a medida que el tamaño de los paquetes

aumenta, el switch Cisco se demora más en el en-

vió. De esta figura se puede concluir que Open-

Flow tiene mejor desempeño que Cisco, ya que

el tiempo de envío se mantuvo constante, esto,

aclarando que el switch Cisco no tenía más equi-

pos conectados, estaba solo dedicado a la trans-

misión del ping.

Luego de la prueba de envío de paquetes ICMP,

se realizó una prueba más rigurosa. Se instaló un

Servidor FTP mediante el Software FileZilla FTP

Server (FTP Server, 2012) en un equipo del labo-

ratorio, tal como lo muestra la topología de la Fi-

gura 7. Se configuró un usuario para tener acceso

desde el equipo H3 al servidor (FTP, 2012). Para

el equipo H3 y el FileServer se transfirió una ima-

gen de disco ISO de 1GB. El tiempo de esta trans-

ferencia en el switch Cisco fue de 18 segundos,

mientras que utilizando el switch OpenFlow fue

de 14 segundos. La diferencia fue de 4 segundos,

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

64 128 256 512 1024 1508

Tie

mp

o (

mse

g)

Tamaño de paquete (Bytes)

Switch Openflow Switch Cisco

Figura 9. Envío de paquetes ICMP de diferentes tama-

ños en switch OpenFlow y switch Cisco

Figura 10. Topología diseñada en el laboratorio para implementar OpenFlow como Switch capa 3.

ControladorNOX

10.02.1010.0.2.0/24

10.0.2.110.0.1.1

10.0.3.0/24

10.0.3.10

10.0.3.1

10.0.4.1

10.0.4.0/24

10.0.4.10

10.0.1.0/24

Servidor FTP10.0.1.10

69


esto se debe a que los algoritmos utilizados en el

Switching de OpenFlow son mucho más eficien-

tes que los utilizados en Cisco.

OpenFlow funcionando como switch de capa 3

Para configurar OpenFlow como un Switch de capa 3 se debe reprogramar la tarjeta y volver a configurar como el módulo Switch, pero en esta ocasión se le dirá al Switch que también sea un Router. En la Figura 10 se muestra la topología utilizada para realizar las pruebas de OpenFlow en capa 3.

Comparación de rendimiento entre SwitchO-penFlow y un Router Cisco 3825

Para realizar una comparación y validar la imple-mentación del protocolo OpenFlow, se realizó un montaje de red mostrado en la Figura 10, para un caso la prueba se realizó sobre la tarjeta Net FPGA configurada como switch de capa 3 y para la otra con un router Cisco 3825, con 2 puertos GB Ethernet (Cisco3825, 2012). Se transfirió un archivo de 1GB en ambos montajes y utilizando el Switch OpenFlow capa 3 la transferencia del ar-chivo tardó 18 segundos mientras que en Router Cisco la transferencia del archivo tardó 20 segun-dos. Se puede apreciar que al igual que con los Montajes con Switches capa 2, en capa 3 el Swit-chOpenFlow tiene un menor rendimiento que el Switch y router Cisco.

4. Conclusiones

Con las pruebas realizadas en el laboratorio de la Universidad Icesi, se puede concluir que Open-Flow se puede convertir en una gran alternativa para el Switching en Ethernet, ya que tiene las mismas funciones que un switch de capa 2, agre-gándole un gran desempeño a la transmisión de paquetes. Además de su desempeño como switch de capa 2, posee la capacidad de configurarse como Switch de capa 3, añadiéndole un excelente desempeño en términos de throughput y proce-samiento, en comparación con las tecnologías y dispositivos actuales.

Openflow, aparte de su gran desempeño, aña-

de una gran flexibilidad, permite a sus usuarios

crear caminos para sus paquetes, al permitir

crear reglas que le indiquen a los paquetes por

qué puerto deben entrar y por qué puerto deben

salir. Permite la fácil administración de una red

de comunicaciones; mediante su controlador

(software de control NOX), se puede realizar una

administración centralizada, no solo de uno, sino

de varios dispositivos de red que implementen la

tecnología Openflow.

Aparte del desempeño, su flexibilidad y la admi-

nistración que brinda la tecnología Openflow,

tiene un valor agregado y es la seguridad que se

puede tener en una red al implementar Openflow.

Con reglas, similares a las que se configuran en

un firewall, se pueden crear en los Switch Open-

Flow para evitar el paso de paquetes maliciosos o

que provengan de sitios que se han identificado

como peligrosos, lo que añade un modulo de se-

guridad a los dispositivos.

OpenFlow no solo se convierte en una solución

para las grandes empresas, sino que también se

convierte en una gran posibilidad para que las

medianas y pequeñas empresas puedan invertir

en tecnología mucho más fácil de administrar y a

unos costos mucho más asequibles, ya que con la

implementación de un switch OpenFlow podrán

tener no solo el switching de la red sino también

funciones de enrutamiento IP.


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73


Diseño e implementación de un prototipo inhibidor de señales de celular para un salón de clases

Design and implementation of an inhibitor prototype of cellular signals for a classroom

Martín Diomedes Bravo Obando1, Juan Gabriel Carvajal Vega2

y Alejandro Fabián Torres Camacho3.

Resumen

Este proyecto, consiste en el diseño y la implementación de un prototipo inhibidor de señales de celular para un salón de clases y así, evitar el plagio académico por medio de la red celular. Existen varias técnicas para realizar un Jammer, nombre con el cual también se conocen los inhibidores, siendo la técnica de inhibición por ruido la más conveniente debido a la gran dificultad para tener acceso a la información técnica necesaria de la señal a inhibir; los aspectos necesarios para poder ejecutar esta técnica son: conocer los rangos de frecuencia donde opera la señal objetivo y disponer de un analizador de espectros. Por último, se logró desarrollar un prototipo inhibidor de celulares con un comportamiento efectivo dentro de un radio de 3 metros a la redonda, se aclara que por fuera de este rango (3 a 10 metros de radio) también se impide la comunicación pero la inhibición no es tan efectiva, sólo degrada la calidad de la señal.

Palabras claves: Inhibidor, Espectro de frecuencia, MINTIC, GSM, UMTS, VCO, RF, PCB.

Abstract

This project consists in the design and implementation of an inhibitor prototype of cellular signals for a classroom and thus avoid academic plagiarism through the cellular network. There are several techniques to build a Jammer, which is known also as inhibitors, being the inhibition technique by noise the most convenient because of the great difficulty to access the technical information neces-sary to inhibit signal; the aspects needed to implement this technique are: to know the frequency operating ranges of the target signal and to arrange an analyzer of spectrums. Finally, it was possible to develop a cell inhibitor prototype with an effective behavior within 3 meters around, it is clarified that outside this range (3 to 10 m radius), the communication is inhibited but the inhibition is not so effective, only degrading the quality of the sign.

Keywords: Inhibitor, Frecuency Espectrum, MINTIC, GSM, UMTS, VCO, RF, PCB.

1 Ingeniero Electrónico C.D. Universidad Surcolombiana. Neiva Av. Pastrana Borrero – Carrera 1. [email protected]

2 Ingeniero Electrónico e Ingeniero de Sistemas. Universidad Surcolombiana. Neiva Av. Pastrana Borrero – Carrera 1. viaju55@

hotmail.com

3 Ingeniero Electrónico. Universidad Surcolombiana. Neiva Av. Pastrana Borrero – Carrera. [email protected]

Recibido 15 de octubre de 2013 Aprobado 27 de febrero de 2014



74

1. Introducción

La mayoría de los grandes desarrollos tecnológi-

cos, han surgido de las necesidades militares, los

dispositivos inhibidores de señal o jammers no

son la excepción porque en sus inicios, se em-

plearon para evitar las comunicaciones de los

grupos enemigos.

Los inhibidores de señales de celular o jammers,

bloquean el uso de teléfonos celulares mediante

el envío de ondas de radio a lo largo de las mis-

mas frecuencias que utilizan los teléfonos celu-

lares. Esto hace que se genere una interferencia

suficiente entre la comunicación de los teléfonos

celulares y las torres así los teléfonos quedan in-

servibles y la red simplemente parece fuera de

alcance.

Con el empleo de estos dispositivos inhibido-

res de señal celular se puede contrarrestar, tan-

to problemas de seguridad como de aislamiento

acústico, el primero hace referencia al empleo de

celulares como detonadores de explosivos, situa-

ciones delictivas en un banco o desde una cárcel,

invasión a la privacidad, en estaciones de gasoli-

na y plagio académico en los exámenes, siendo

este último el objetivo principal de este proyecto.

En cuanto al aislamiento acústico se encuentra el

uso de teléfonos celulares en iglesias, bibliotecas,

cines, teatros, etc.

Las comunicaciones a través de dispositivos mó-

viles son muy comunes en la actualidad y hay

países donde la cantidad de líneas telefónicas ce-

lulares sobrepasan al número de habitantes, “Co-

lombia alcanzó 47.172.785 abonados en servicio

de telefonía móvil al término del primer trimes-

tre de 2012, 972.364 abonados más que a diciem-

bre 31 de 2011, lo que representó un crecimiento

del 2,10%. De acuerdo con esta cifra, a marzo de

2012, en el país existen 101,3 abonados en servi-

cio de telefonía móvil por cada 100 habitantes”.

Estas son noticias alentadoras; aunque, al mismo

tiempo, se ha podido apreciar en las personas

una enorme dependencia hacia su teléfono móvil

(MINTIC, 2012).

Debido a esta gran proliferación de los celulares

en nuestra sociedad, los estudiantes tienen a la

mano nuevas y diferentes estrategias para realizar

plagios o copias de forma muy versátil. Ante esta

situación surge el interrogante ¿cómo evitar estos

FRAUDES en nuestro claustro universitario?. El

prescindir de los dispositivos móviles no es una

opción, así que una solución sería la de utilizar

inhibidores de celular o Jammers.

Desde hace una década, ha tomado fuerza en Eu-

ropa las zonas libres de celulares, siendo Francia

y España los países pioneros en utilizar estos dis-

positivos en lugares como cines, teatros, salas de

concierto, bibliotecas y en salas de plenaria gu-

bernamentales (Vargas, 2004).

Actualmente, el uso de los dispositivos inhibido-

res están prohibidos en casi todos los países del

mundo y son de uso exclusivo para actividades

militares y gubernamentales, en algunos países

suramericanos como Brasil son utilizados en cár-

celes. En Colombia, pueden ser utilizados bajo

permiso otorgado por el Ministerio de las Tecno-

logías y las Comunicaciones según lo establecido

en la Resolución 2774 del 5 de Agosto de 2013

(MINTIC, 2013).

2. Metodología

Para realizar el prototipo inhibidor fue necesario

dividir el proyecto en fases con una retroalimen-

tación constante entre ellas. Las fases que se de-

sarrollaron fueron:

2.1 Recolección de información

Esta fase consistió en consultar e investigar as-

pectos importantes para el desarrollo del pro-

yecto como las diferentes técnicas Jamming exis-

tentes (Poisel, 2011), la asignación espectral de

frecuencia actual en nuestro país (Figura 1) y el

tipo de tecnología celular utilizada por cada uno

de los operadores de Telefonía Móvil Celular en

Colombia. Es pertinente saber que los operado-

res son reservados, cuando se trata de proporcio-

75


nar información detallada sobre sus tecnologías

implementadas; por lo que se pudo conocer que

todos los operadores utilizan tecnologías GSM y

UMTS, según información suministrada vía on-

line por el MINTIC.

2.2 Análisis, diseño e implementación del Pro-

totipo Inhibidor

En esta etapa del proyecto se utilizó la técnica

de Jamming por Ruido de Banda ancha o Ban-

da Completa, la que consiste en modular la señal

portadora con ruido blanco en toda la banda de

frecuencia ocupada por el sistema de comuni-

caciones a inhibir. El ruido blanco es una señal

no correlativa (aleatoria) que tiene una densidad

espectral de potencia plana (la misma a lo largo

de toda la banda de frecuencias) y un ancho de

banda teóricamente infinito (Colaboradores de

Wikipedia, 2013). Se conoce que el ruido es el

problema más importante (némesis) para cual-

quier sistema de comunicación y si se incrementa

este nivel, la comunicación será más difícil hasta

el punto de impedirla totalmente. En la Figura 2,

se muestra el diseño por bloques del prototipo

inhibidor, el cuál será descrito en las siguientes

subsesiones:

Espectro frecuencial asignado en Colombia

bandas 850 MHz y 1900 MHz

Figura 1. Asignación actual del espectro en la Banda de 850 MHz y 1900 MHz en Colombia. (MIN-

TIC, 2010)

GENERADOR

DE ONDA

ADAPTACIÒN

SEÑAL

ANTENA

AMPLIFICADOR

RF

VCO

FUENTES

DE

VOLTAJE

Figura 2. Diseño por bloques del Prototipo Inhibidor.


76

2.2.1 Bloque fuentes de voltaje

En esta etapa, se implementaron las fuentes de

voltaje necesarias para alimentar los dispositivos

usados en los diferentes bloques del prototipo

inhibidor. La figura 3, muestra la configuración

obtenida para cada uno de los niveles de voltaje

requeridos.

Donde se implementaron 5 fuentes de voltaje con

los siguientes valores: 5, 8, 18, 24 y 26 voltios. La

fuente de 5v se utilizó para polarizar los Ampli-

ficadores RF, la fuente de 8v para los Osciladores

Controlados por Voltaje (VCO), la fuente de 18v

para alimentar los XR-2206, la fuente de 26v para

alimentar al OPA4131 y la fuente de 24v se utilizó

como nivel de referencia DC a la entrada no in-

versora del OPA4131.

2.2.2 Bloque VCO

Teniendo en cuenta el tipo de conexión, empa-

quetamiento, frecuencia de sintonización y cos-

tos, se decide utilizar el POS-1060 para la banda

de 850 MHz y el POS-2000 para la banda de 1900

MHz. El POS-1060 es un Oscilador Controlado

por Voltaje Plug-in de sintonización lineal de

750 a 1060 MHz con una potencia de salida típi-

ca de +12.0 dBm; y el POS-2000 es un Oscilador

Controlado por Voltaje Plug-in de sintonización

lineal de 1370 a 2000 MHz con una potencia

de salida típica de +11.8 dBm. Luego tomando

como referencia la Tabla 1 se define el rango en

el cual debe estar el voltaje de sintonización y la

frecuencia de cada VCO. Es pertinente saber que

actualmente los operadores en Colombia tienen

adjudicados rangos de frecuencia comprendidos

entre 824-894 MHz y 1850-1990 MHz.

En la Tabla 1 del POS-1060 se observa que el vol-

taje de sintonización deberá ser variado entre 7

y 11 voltios aproximadamente para cubrir el es-

pectro de frecuencia deseado en la banda de 850

MHz, de lo cual se deduce que la señal de entrada

al VCO deberá ser una señal alrededor de 4 Vpp y

centrada a un nivel DC de 9v aproximadamente;

y de la tabla del POS-2000 se observa que el volta-

je de sintonización deberá ser variado entre 13,5

y 17,5 voltios aproximadamente para cubrir el es-

pectro de frecuencia deseado en la banda de 1900

MHz, de lo cual se deduce que la señal de entrada

al VCO deberá ser una señal alrededor de 4 Vpp

y centrada a un nivel DC de 15,5v aproximada-

mente.

Figura 3. Configuración de la fuente de voltaje.

77


Tabla 1. Datos de sintonización del VCO POS-1060 y VCO POS-2000, respectivamente.

V

TUNE

Tuning

Sens.

(MHz/V)

Frequency (MHzs) Power output (dBm)

-55ºC +25ºC +85ºC -55ºC +25ºC +85ºC

0.00 23.35 667.98 660.15 652.46 11.14 10.85 10.26

2.00 19.99 705.71 697.66 690.63 1.98 10.98 10.90

4.00 20.73 749.19 741.35 732.14 12.00 11.56 11.00

6.00 24.32 786.40 777.56 770.01 11.90 12.04 12.05

8.00 25.69 841.58 833.68 826.97 12.52 12.45 12.15

10.00 26.61 901.15 893.70 884.16 12.85 12.52 12.11

12.00 27.64 959.47 949.31 938.49 12.63 12.33 12.14

14.00 27.49 1002.41 994.54 986.85 12.48 12.54 12.51

16.00 23.00 1052.01 1046.38 1037.38 12.20 12.00 11.60

18.00 25.88 1092.75 1083.05 1067.83 11.49 11.64 11.86

20.00 14.94 1138.66 1124.15 1108.01 12.03 11.92 11.49

V

TUNE

Tuning

Sens.

(MHz/V)

Frequency (MHzs) Power output (dBm)

-55ºC +25ºC +85ºC -55ºC +25ºC +85ºC

1.00 60.22 1315.76 1298.69 1282.39 12.68 12.63 11.97

2.00 45.61 13.60.30 1344.30 1329.07 12.83 12.43 11.39

3.00 4.69 1400.13 1384.99 1370.50 12.91 12.72 11.73

4.00 38.28 1438.08 1423.27 1409.23 12.52 12.43 11.39

5.00 37.88 1475.67 1461.15 1447.41 12.15 12.08 11.28

6.00 38.21 1513.49 1499.36 1485.93 11.89 11.71 10.78

7.00 38.97 1552.21 1538.33 1525.27 12.09 11.86 10.80

8.00 40.98 1593.01 1579.31 1566.39 11.92 11.78 10.88

9.00 44.58 1639.49 1623.89 1610.31 11.61 11.43 10.62

10.00 46.93 1686.88 1670.81 1656.97 11.39 10.92 10.05

11.00 48.90 1735.04 1719.71 1705.77 11.57 11.18 10.00

12.00 49.42 1784.37 1769.13 1755.29 11.55 11.02 10.16

13.00 48.15 1831.94 1817.28 1803.71 10.84 10.61 9.70

14.00 45.61 1877.13 1862.89 1849.52 10.86 10.64 9.49

15.00 42.30 1919.10 1905.19 1891.96 10.89 10.67 9.51

16.00 38.45 1957.47 1943.64 1930.56 10.97 10.88 9.80

17.00 35.00 1992.45 1978.64 1965.61 10.42 10.40 9.58

18.00 31.99 2024.60 2010.62 1997.48 10.26 10.14 9.19

19.00 29.29 2054.18 2039.91 2026.75 10.12 10.11 9.13

20.00 27.41 2081.17 2067.06 2053.70 10.36 10.07 9.07


78

Con el Analizador de Espectros, se sintonizan

los rangos de frecuencia en los cuales deberán

trabajar los VCOs en ambas bandas. En la ban-

da de 850 MHz se alcanzaron niveles alrededor

de los 10 dBm (10 mW) y en la banda de 1900

MHz se tienen niveles máximos de 20 dBm (100

mW). En la Figura 4, podemos observar la salida

del VCO en la bandas de 850 MHz y 1900 MHz,

respectivamente.

2.2.3 Bloque generador de onda

Con el análisis del comportamiento de las dife-

rentes formas de ondas, se concluye que se debe

generar una señal de onda triangular de 4 Vpp

para cada una de las bandas de frecuencia. Ade-

más, de estudiar varios circuitos para generar la

onda, seleccionando el XR-2206 con la configu-

ración mostrada en la Figura 5.

Figura 4. Salida del VCO banda de 850 MHz y 1900 MHz.

Figura 5. XR-2206 como generador de onda triangular.

Figura 6. Señal de onda generada con variaciones en la frecuencia.

79


El XR-2206 es un circuito integrado monolítico

generador de funciones con la capacidad de pro-

ducir formas de onda senoidal, cuadrada, trian-

gular, rampa y pulsos de alta calidad, estabilidad

y precisión. Además, la señal de onda de salida

puede ser controlada en amplitud y frecuencia

por un voltaje externo, y la frecuencia de ope-

ración se puede seleccionar externamente en un

rango de 0,01 Hz a 1 MHz. Una de las ventajas

de trabajar con este circuito integrado es que pre-

senta un nivel de desplazamiento DC de la señal

de onda generada aproximadamente de Vcc/2,

por lo que la polarización para este integrado es

aproximadamente 18v para que entregue un ni-

vel DC de 9V y de esta manera evitar la etapa de

adaptación de la señal para la banda de 850 MHz.

Finalmente, se generó una onda con la frecuencia

máxima alrededor de los 750 KHz y no a la 1 MHz

como fue indicado en la hoja de especificaciones

del XR-2206; en la Figura 6, se puede observar

que al aumentar la frecuencia, la señal triangular

pierde su forma y tiende a ser sinusoidal.

2.2.4 Bloque adaptación de la señal

La adaptación de la señal consiste en fijar un nivel

DC para la onda triangular, de modo que quede

centrada para que al aplicarse como entrada del

VCO, corresponda en la salida al barrido frecuen-

cial deseado. Esta etapa solo fue necesaria para la

banda de 1900 MHz. El circuito seleccionado es

mostrado en la Figura 7. (Muhammad, 2000).

Si R1=R

2 y R

i=R

f, se obtiene que , donde V

DC,

como su nombre lo indica, es un voltaje DC y por

lo tanto el voltaje de salida solo cambiará en el

nivel DC de la señal.

Finalmente, se implementó este bloque con el cir-

cuito integrado OPA4131, el cual ofrece un alto

rendimiento a un bajo costo, tiene un ancho de

banda de operación de 4 MHz y soporta voltajes

de polarización de hasta 36 voltios.

En la Figura 8, se puede observar que el nivel de

DC es aproximadamente 9 y 15,5 voltios para las

bandas de 850 MHz y 1900 MHz, respectivamente.

2.2.5 Bloque amplificador RF

Teniendo en cuenta la relación costo-beneficio se

seleccionan los amplificadores de radiofrecuencia

tipo coaxial ZX60-P162LN+ y ZX60-242GLN+

para las bandas de 850 MHz y 1900 MHz, res-

pectivamente. Además de su función como am-

Figura 7. Circuito Fijador Nivel DC.


80

plificador, permitieron el acople de impedancias

respectivo con las antenas consiguiendo un au-

mento notable, en el radio de inhibición.

En la Figura 9, se observan los niveles de poten-

cia de la salida de ambos amplificadores de RF,

teniendo en cuenta que el dispositivo Analizador

de Espectros Anritsu, tiene por defecto una ate-

nuación de 20 dBm para la protección del equipo

que deben ser sumados al valor mostrado en la

imagen; para la banda de 850 MHz debe tenerse

en cuenta que la medida fue tomada con un dis-

positivo atenuador de 20 dBm como protección

extra.

Para la banda de 1900 MHz no es necesario te-

ner en cuenta esta atenuación, debido a que el

dispositivo atenuador fue colocado a la entrada

del Amplificador RF para evitar que la salida del

VCO supere los niveles de potencia máximos so-

portados por el Amplificador RF. Conociendo es-

tos detalles, los niveles de potencia real promedio

para la banda de 850 MHz son de 25 dBm y de 20

dBm (100 mW) para la banda de 1900 MHz.

Figura 8. Señal adaptada para la Banda de 850 MHz y 1900 MHz.

Figura 9. Salida del Amplificador RF en las bandas de 850 MHz y de 1900 MHz, respectivamente.

81


2.2.6 Bloque antena

Se utilizaron antenas “indoor”, las características

más importantes que se tuvieron en cuenta para

la selección de la antena fueron la ganancia, fre-

cuencia de operación, costo y una impedancia de

50 ohmios para conseguir acoplamiento directa-

mente con los amplificadores RF.

Con el Analizador de espectros ANRITSU, se

analizaron varios tipos de antenas, que fueron:

Antenas de router Wi-Fi Huawei y Dlink.

Antena GSM MAG de bajo costo, 9,5 cm de

longitud y ganancia de 3dBi.

Antena GSM SMA 3M de bajo costo, ganancia

de 3,5 dBi y frecuencia de operación en la ban-

da de 890 MHz y 1800 MHz.

Antena Whip Magnética MARPED AWI-

DB819-5 con una longitud de 32,5 cm, ganan-

cia de 5dBi y opera en las frecuencias de 824-

960 MHz y 1850-1990 MHz.

Antena Whip Magnética MARPED AWI851-

7 con una longitud de 60 cms, ganancia de 7

dBi y frecuencia de operación de 824 a 890

MHz.

Se concluyó que las antenas de mejor comporta-

miento fueron la antena Whip Magnética MAR-

PED AWIDB819-5 para la banda de 1900 MHz y

la antena Whip Magnética MARPED AWI851-7

para la banda de 850 MHz, el comportamiento

de esta última se puede observar en la Figura 10.

2.3 Diseño del impreso o PCB (printed circuit

board)

El software utilizado fue el MULTISIM, el cual

cuenta con una plataforma de fácil manejo, tra-

baja con el modelo SPICE comercial, a través de

un entorno gráfico, con esquemas de circuitos de

fácil comprensión. El programa es utilizado para

identificar errores, observar el comportamiento

de los diseños realizados y generar prototipos.

Además de realizar los esquemáticos es capaz de

hacer una transferencia a NI UTILBOARD, para

los modelos de las placas de circuitos impresos

(PCB) terminadas. Para el correcto funciona-

miento de la placa, es necesario tener en cuenta

las siguientes recomendaciones:

1. Tener en cuenta la longitud y el grosor de las

pistas porque éstas suelen tener un efecto re-

sistivo que puede incrementar algún valor no

deseado de resistencia y causar caídas de ten-

sión; también se debe tener en cuenta la co-

rriente máxima. Las pistas deben ser lo más

cortas posibles.

2. Por el manejo de altas frecuencias en el pro-

yecto, se recomienda que las curvas de las

pistas no superen ángulos de 45º porque se

podría producir una auto inducción sobre la

misma, dañando o deformando la señal en-

viada.

3. No colocar pistas, ni componentes cerca a los

bordes de la placa donde puedan hacer con-

tacto con los tornillos exteriores o de fijación

para evitar cortos y descargas eléctricas, así

mismo, tener en cuenta la separación entre

pistas que depende del voltaje y corriente que

vaya a circular por cada una, en este caso fue Figura 10. Análisis de frecuencia Antena Whip Magné-

tica MARPED AWI851-7.


82

de 0.3 mm de holguras o de separación ya

que no se excedió los 35 voltios.

4. Debe utilizarse PCB de fibra de vidrio para

brindar estabilidad y seguridad de los com-

ponentes electrónicos. En este caso, se utilizó

una placa rígida de fibra de vidrio con cobre

de una sola capa.

5. No se recomienda el uso de PCB o placas

de doble capa por las elevadas capacitancias

parásitas, en caso de que se utilicen este tipo

de placas es recomendable evitar paralelismo

entre las pistas.

6. Los elementos ubicados deben estar lo más

cerca posible para evitar efecto de carga en

las pistas de interconexión.

7. La alimentación debe estar bien filtrada.

8. Cada etapa que se realice debe estar blindada

(holguras) unas con otras.

9. Se recomienda utilizar un plano de potencia

o también llamado plano de masa (tierra).

10. Las fuentes de alimentación de los oscilado-

res deben ser totalmente independientes a la

de los amplificadores.

11. Colocar condensadores de 0.1μF entre la sa-

lida de las fuentes y tierra, lo más cercano

posible a los circuitos integrados para evitar

ruidos de conmutación producidos por los

circuitos digitales.

12. Las bobinas, nunca deben estar cercanas

entre ellas o ubicadas de forma paralela a la

placa para evitar el dominio de los campos

electromagnéticos sobre los componente

electrónicos, recordar que las bobinas son

solenoides y su campo magnético se concen-

tra sobre su eje axial.

13. Se recomienda que los condensadores cerá-

micos sean de tipo NPO (negativo positivo

cero), porque estos condensadores tienen

una gran estabilidad de temperatura y son

utilizados en osciladores, resonancia y filtros.

14. Los condensadores electrolíticos deben ser

de buena calidad.

15. Hay que tener en cuenta el empaquetamiento

de los elementos a utilizar.

16. Tener cuidado con la temperatura de funcio-

namiento de los elementos.

17. Se aconseja dejar puntos de pruebas.

En la Figura 11, es ilustrado el diseño final de la

placa PCB y su respectiva vista en 3D.

El siguiente paso es generar el archivo para po-

der realizar el respectivo quemado de la placa. En

este caso, se creó un archivo con formato GBR

Figura 11. Diseño final de la placa PCB y su respectiva vista en 3D.

83


compatible con la máquina que realiza el quema-

do de la placa, este archivo se importa desde el

software respectivo de la máquina LPKF LASER

& ELECTRONICS para que se realice el impreso

en la placa. Finalmente, se procede a soldar los

elementos en la placa.

2.4 Pruebas de Campo

Las pruebas de campo consistieron en colocar las

antenas del prototipo inhibidor en un sitio fijo y

los celulares a 40 cms de distancia, se encendía el

inhibidor y se capturaba el tiempo que tardaba el

celular en perder la señal, después se apagaba el

inhibidor y se anotaba el tiempo que tardaba en

recuperar la señal el celular. Este proceso se repi-

tió cada 40 cms hasta alcanzar una distancia de 5

metros. Los celulares utilizados fueron:

BlackBerry 9700 Bold.

Sony Xperia Sola

Nokia 1100

LG-T395

Para cada celular se aplicaron mediciones con si-

mcard de cada uno de los tres operadores y para

cada operador se modificó los diferentes tipos de

red soportados por el celular (2G, 3G y los dos al

mismo tiempo). En la Figura 12, se puede obser-

var las evidencias cuando la señal celular estaba

bloqueada.

3. Resultados y Conclusiones

La Figura 13 muestra el prototipo inhibidor de

señal celular construido en este proyecto. Este

prototipo, tiene un radio efectivo de cobertura de

3 metros. Por fuera de este radio también inhibe

la señal celular pero puede suceder que el celular

no pierda totalmente la señal o darse el caso de

entrar una llamada pero con degradación de la

comunicación.

Por medio de este proyecto se confirma que el

ruido es el elemento más nocivo para las comu-

nicaciones móviles y basados en las pruebas efec-

tuadas se verificó que la señal del operador TIGO

fue la que siempre presentó mayor resistencia

para ser inhibida.

4. Recomendaciones.

Adquirir equipos y herramientas idóneos para

el desarrollo de este tipo de proyectos de tele-

comunicaciones.

Realizar gestión y convenios con empresas de

telefonía celular para profundizar en el desa-

Figura 12. Los celulares cuando el prototipo inhibidor está encendido.


84

rrollo e implementación de este tipo de dis-

positivos.

Estudiar la posibilidad de hacer uso de estos

dispositivos inhibidores sin permiso del MIN-

TIC, soportado bajo el concepto de autonomía

universitaria.

Ampliar el rango de operación del prototipo

para que también inhiba la señal Wi-Fi y blue-

tooth.


1. Colaboradores de Wikipedia. Ruido blanco [en lí-

nea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2013 [fecha

de consulta: 25 de octubre del 2013]. Disponible

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2010. Documento de política. Banda 2.500 a 2.690

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Cifras primer trimestre de 2012. [en línea]. Dis-

ponible en <http://201.234.78.59/colombiatic/

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digital_1t_2012.pdf>.Último acceso: Abril de 2014.


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www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-

1499200>. Último acceso: Marzo de 2014.

85


Estudio Multifactorial de Resistencia Última a Tensión Paralela a la Fibra en Muestras de Guadua angustifolia Kunth

Multifactorial Study of Last resistance to Parallel tension to the Fiber in Samples of Guadua angustifolia Kunth

Caori Takeuchi T.1, Mauricio Duarte T.2, John E. Alarcón G.3 y Jairo F. Olarte F.4

Resumen

Este artículo presenta la relación de la resistencia última a tensión paralela a la fibra de probetas de Guadua angustifolia procedentes de cuatro zonas del municipio de Pitalito-Huila, con factores como sección inferior, medio o superior y zona, determinada mediante un análisis de varianza multifactorial. La metodología para el corte de los culmos, obtención de las probetas y pruebas de resistencia a tensión, se basó en las normas NTC5300, NTC5525, NSR10 e ISO/TC 165N315, y en los protocolos para corte de culmos, probetas y determinación de la resistencia a tensión paralela a la fibra de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá. Fueron ensayadas 120 probetas en la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá. El promedio de resistencia a la tensión paralela fue de 61,0 Mpa. El análisis multifactorial del diseño experimental, permitió identificar la significancia estadística de los factores sección y zona sobre la resistencia a la tensión con un valor-p inferior a 0,05 y un nivel de confianza del 95%, la interacción de segundo orden no fue significativo.

Palabras clave: Guadua angustifolia; resistencia a la tensión paralela a la fibra; factores.

Abstract

This article presents the Parallel tension to the Fiber Strength in Samples of Guadua angustifolia specimens from four areas of Pitalito Huila in relation to factors such as base, intermediate or hig-her area, performed by multifactorial analysis of variance. The methodology for cutting the culms, obtaining test samples and tensile strength testing was based on the rules NTC5300, NTC5525, NSR10 and ISO / TC 165N315, and the cutting of culms protocols, test sample and determination of the tension parallel to the fibers strength of the Universidad Nacional de Colombia in Bogotá. 120 tests were performed at the Universidad Nacional de Colombia in Bogotá. The average value of the parallel tension strength was 61.0 MPa. Multivariate analysis of the experimental design, helped to identify the statistical significance of the section factors and area on the resistance to tension with a p-value less than 0.05 and a confidence level of 95%, the second-order interaction was not significant.

Keywords: Angustifolia Guadua; resistance to parallel tension to the fibers, factors.

1 Magister en Estructuras. Docente Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá. E-mail: [email protected]

2 Magister en Ingeniería Civil. Docente Universidad Surcolombiana. Av. Pastrana Borrero carrera 1ª Neiva. E-mail: maduto@

usco.edu.co

3 Ingeniero Agrícola. Universidad Surcolombiana. Av. Pastrana Borrero carrera 1ª Neiva. E-mail: [email protected]

4 Ingeniero Agrícola. Universidad Surcolombiana. Av. Pastrana Borrero carrera 1ª Neiva. E-mail: [email protected]

Recibido 30 de septiembre de 2013 Aprobado 29 de octubre de 2013



86

1. Introducción

En Colombia, desde la época de la colonización,

la guadua fue utilizada para la construcción de vi-

viendas rurales y urbanas. Para los colonizadores

antioqueños la guadua fue el símbolo de la civi-

lización en dichas tierras. Este material también

ha sido utilizado para la construcción de vivienda

tradicional en los sectores menos favorecidos de

la población (Garzón, 1996, citado por Gutiérrez

et al., 2011).

Actualmente la Guadua angustifolia es conside-

rada como alternativa ambiental y material es-

tructural de grandes construcciones alrededor

del mundo gracias a arquitectos como Simón Vé-

lez que han motivado el interés de trabajar con

materiales naturales como éste, contribuyendo al

mejoramiento ambiental muy afectado por el uso

de los materiales cotidianos en construcción.

En el municipio de Pitalito ubicado en el sur del

departamento de Huila, se encuentra la especie

Guadua angustifolia, la cual ha sido utilizada en

su gran mayoría en el sector artesanal y cons-

tructivo. Las experiencias de sus pobladores de-

bido a tradiciones familiares, han servido para

la construcción de estructuras de tipo agrícola

como secadores solares, corrales, establos y be-

neficiaderos de café. La falta de conocimiento de

las propiedades físicas y mecánicas de la guadua

en la región, y la mala información generada por

algunos propietarios de los rodales que la con-

sideran como maleza, hace que se ignore el ver-

dadero aprovechamiento industrial de la especie

como alternativa económica generadora de em-

pleo e ingresos para las comunidades rurales del

municipio de Pitalito-Huila.

Lo mencionado anteriormente, hace importante

el estudio de las propiedades físico-mecánicas de

la guadua de este municipio y específicamente su

comportamiento a tensión paralela a la fibra. Con

la determinación del esfuerzo máximo a tensión

paralela a la fibra, resulta apropiado analizar su

comportamiento en relación con factores como

procedencia de culmos y sección complementan-

do investigaciones como las realizadas por López

y Trujillo (2002), Janssen (2002), Castrillón &

Malaver (2004), Osorio & Vélez (2005), Lozano

et al. (2010), Gutiérrez (2011), donde se ha ob-

servado el incremento de la resistencia a tensión

paralela con la altura del culmo de guadua.

2. Metodología

2.1. Localización

El material objeto de la investigación, provino

del municipio de Pitalito al sur del departamen-

to del Huila. En total se seleccionaron 4 rodales

(zona de estudio A, B, C, D), y la selección de los

sitios de muestreo se realizó de forma aleatoria.

El rango de altitud de la zona de estudio fue de

1000 a 1800 m.s.n.m, con una temperatura me-

dia anual de 19 a 22°C. Los límites de la zona de

estudio, de acuerdo con el sistema de referencia

de coordenadas MAGNA-SIRGAS fueron: La-

titud 1°56›40.95»N - 1°50›26.30»N y Longitud

76°57’15.00”O - 76°08›02.38»O.

2.2. Etapas para el desarrollo del proyecto

Para la selección, corte, caracterización física,

determinación del comportamiento del esfuerzo

a compresión paralela a la fibra, densidad básica

y contenido de humedad, se trabajó con las si-

guientes normas, leyes y protocolos:

Norma unificada para el manejo y aprovecha-

miento de la Guadua, (Carder, 2002).

Ley forestal 1021 de 2006.

ISO/TC 165N315, 2001. “Laboratory manual

on testing methods for determination of phy-

sical and mechanical properties of bamboo”

NTC5300 “Cosecha y postcosecha del cul-

mo de Guadua angustifolia Kunth” (Icontec,

2008).

NTC5525 “Métodos de ensayo para determi-

nar las propiedades físicas y mecánicas de la

Guadua” (Incotec, 2007).

87


Reglamento colombiano de construcciones

sismo-resistente NSR10, 2010. Título G “Es-

tructuras de madera y estructuras de Guadua.

Bogotá D.C

Protocolos de la Universidad Nacional de Co-

lombia sede Bogotá (2008). “Corte de culmos

y probetas, determinación de la resistencia a

tensión paralela a la fibra, medición del conte-

nido de humedad para la Guadua angustifolia

Kunth”.

2.2.1 Selección de culmos y Corte

En esta etapa se seleccionaron e identificaron las

guaduas maduras y se contó con la colaboración

del personal del Tecnoparque 7 Agroecológico

Yamboró del Servicio Nacional de Aprendizaje

(SENA). Las guaduas, objeto de estudio, fueron

cortadas a 1 metro por encima del cuello y poste-

riormente avinagradas (pérdida de humedad en

la guadua) durante un periodo de 1 mes. Una vez

terminado este proceso se cortaron en 3 seccio-

nes longitudinales: inferior (1,5m), medio (4,5m)

y superior (3,0m).

2.2.2 Obtención de las probetas

El material fue transportado en toletes de 50 cm

de largo, al taller BIO-ARTEGUADUA ubicado

en el municipio de Pitalito- Huila. Allí se realizó

el trabajo de obtener las láminas o latas de 2,0 cm

de ancho, de las cuales se escogieron 4 latas de

cada tolete y fueron marcadas con sus respecti-

vos caracteres el rodal, el número de la guadua,

la sección de la guadua y una letra que identifica

cada lata (a, b, c y d); posteriormente las latas se

trasladaron hacia la ciudad de Neiva, donde se

seleccionaron dos latas de las cuatro disponibles

de cada tolete, a las cuales se les realizó un tra-

zado mediante una plantilla con la forma y las

dimensiones deseadas para la probeta. Luego de

este proceso se elaboraron 288 probetas con una

sierra sinfín. Posteriormente, estas probetas se

enviaron a la Universidad Nacional de Colombia

sede Bogotá donde se tomaron las medidas de

ancho y espesor para determinar el área de falla.

Una vez medidas, estas probetas fueron sumer-

girlas en agua durante un periodo aproximado de

2 semanas, para evitar el fisuramiento por pérdi-

da de humedad y obtener valores conservadores

de resistencia (figura 1).

2.2.3 Ensayos de resistencia a la Tensión para-

lela a la fibra

Los ensayos se realizaron, con el equipo de en-

sayos marca VERSA TESTER (figura 2), con ca-

pacidad de carga de 30 Toneladas. Del total de

las probetas realizadas, se ensayaron 178, de las

cuales fueron descartadas 58 por presentar una

falla diferente a la esperada ya fuera por corte,

Figura 1. Inmersión en agua de las probetas

Figura 2. Equipo de ensayo a tensión paralela.


88

por punzonamiento o por daños producidos por

las mordazas. La velocidad de aplicación de carga

fue de de 0,01 mm/s aproximadamente. Una vez

finalizados los ensayos de resistencia a la tensión

paralela a la fibra, se procedió a determinar el

contenido de humedad para cada probeta; para

este ensayo se extrajo una lámina de la probeta

para luego ser introducidas al horno de secado a

una temperatura de 103°C ± 2°C, como lo esta-

blece la Norma Técnica Colombiana NTC 5525.

2.2.4 Análisis estadístico (ANOVA MULTI-

FACTOR)

Para el análisis estadístico se utilizó un diseño

de varianza multifactorial totalmente aleatorio,

donde se evaluaron las resistencias a tensión pa-

ralela a la fibra de las probetas ensayadas. Previa-

mente se descartaron los valores atípicos median-

te análisis exploratorio; la normalidad se verificó

mediante la prueba de Shapiro-Wilk. La variable

respuesta para el diseño ANOVA multifactorial,

los factores y niveles de factor se muestran en la

tabla 1.

Tabla 1. Factores y niveles de factor cuyos efectos

sobre la resistencia a la compresión fueron eva-

luados.

Factor Niveles de factorVariabledependiente

�, 2��

, P��!��

!�%�� +�-��

� �Q��#�B �P��7��6 �:��

�� ;��

, �)%��2. Medio

B �;��

El nivel de confiabilidad mínimo para los re-

sultados fue del 95%, los datos se organizaron y

se procesaron en el software STATGRAPHICS

CENTURION versión 15.2.06 asumiendo como

hipótesis la normalidad, homocedasticidad e in-

dependencia de los mismos.

3. Resultados

Las probetas ensayadas a tensión paralela a la fi-

bra, presentaron una densidad anhídrida prome-

dio de 687,08 kg/m3 con una desviación estándar

de 53,90 kg/m3 y contenidos de humedad prome-

dio de 101,25% con una desviación estándar de

11,91%. Se analizaron 115 probetas en el ANO-

VA multifactorial, la aleatoriedad en el muestreo,

obtención de probetas y ejecución de ensayos,

garantizaron la normalidad, independencia y he-

terocedasticidad de los residuos.

3.1 ANOVA Multifactorial

El análisis de varianza multifactorial presentado

en la tabla 2, permitió identificar la significan-

cia estadística del factor sección y zona sobre la

resistencia a la tensión paralela a la fibra con un

valor-p inferior a 0,05 y un nivel de confianza del

95%; las interacciones de segundo grado no pro-

dujeron efectos significativos sobre la resistencia

de la guadua.

Tabla 2. Análisis de varianza multifactorial para

resistencia a la tensión paralela a la fibra.

Fuente

Suma

de

Cua-

drados

Gl

Cua-

drado

Medio

Ra-

zón-

F

Valor

P

Efectos

Principales

A:seccion 229,07 2,00 114,54 3,33 0,04

B:zona 401,96 3,00 133,99 3,90 0,01

Interacciones

AB 122,80 6,00 20,467 0,60 0,73

Residuos 3539,90 103,00 34,37

Total

(Corregido)4292,59 114,00

3.2 Pruebas de múltiples rangos (Efectos prin-

cipales)

La comparación múltiple entre los niveles del fac-

tor zona que se presenta en la tabla 3, demues-

89


tra diferencias significativas entre la zona B y las

demás, con el valor más bajo de resistencia pro-

medio. Se evidencia homogeneidad entre la resis-

tencia de la guadua de las zonas A, C y D, lo que

significaría condiciones similares de sitio.

Tabla 3. Prueba de múltiples rangos para resis-

tencia a la compresión por Zona.

DatosEstadísticos

ZonasTotal

A B C D

Casos 26,00 30,00 29,00 30,00 115,00

Media (Mpa) 62,64Q 57,95P 61,26Q 62,31Q 61,00

DesviaciónEstándar (Mpa)

7,10 4,67 6,49 5,26 6,13

Coeficiente de variación (%)

11,33 8,07 10,60 8,45 10,05

Mínimo (Mpa) 49,81 51,56 48,71 51,18 48,71

Máximo (Mpa) 75,15 67,01 75,00 74,00 75,15

Límite Inferior 60,36 55,83 59,10 60,19 55,83

Limite Supe-rior

64,93 60,08 63,43 64,43 64,93

Letras diferentes para la media indican diferencias estadísticamente sig-nificativas con un nivel de confianza del 95%.

Se encontró que la sección del culmo de la Gua-

dua angustifolia es significativa sobre la resisten-

cia a la tensión paralela a la fibra de acuerdo con

el análisis de varianza. La parte superior es la más

resistente y difiere significativamente de los valo-

res promedio de las secciones media e inferior; tal

como se indica en la tabla 4. Se confirma lo indi-

cado por investigadores como Gutiérrez (2011),

López & Correal (2009), Pacheco (2006), Uribe &

Durán (2002), entre otros; que han descrito que

la resistencia de los culmos a tensión es mayor

en la sección superior disminuyendo hacia la sec-

ción inferior.

Otros estudios de algunos autores, han encontra-

do diferentes valores para referirse a la resisten-

cia última a tensión en probetas de guadua. Por

ejemplo, Gutiérrez (2011) encontró un valor pro-

medio de esfuerzo último de 86.96 MPa. Lozano

et al. (2010) hallaron un valor de esfuerzo último

promedio de 61.40 MPa. Ciro, Osorio & Vélez

(2005) encontraron que el valor promedio de es-

4. Conclusiones

El factor zona es significativo sobre la variable

respuesta resistencia a la tensión paralela a la fi-

bra, con un valor-p de 0,01. Solo se encontró para

la zona B diferencias mínimas significativas en

comparación con las demás zonas de estudio se-

gún lo establecido por la prueba LSD de Fisher.

La sección del culmo es un factor significativo so-

bre la resistencia a la tensión con valor-p de 0,04.

Se encontraron diferencias estadísticamente sig-

nificativas entre valores de resistencia promedio

de las secciones inferior y media frente al valor

obtenido por la sección superior. Los valores pro-

medio para las cuatro zonas para las secciones

inferior y media fueron de: 60,77 y 59,46 Mpa

respectivamente; valores que se encuentran por

debajo de la resistencia alcanzada para la sección

superior 62,89 Mpa.

fuerzo último promedio fue de 190.70 MPa. Por

otra parte Castrillón & Malaver (2004) de los en-

sayos realizados obtuvieron un esfuerzo último

promedio de 91.87 MPa. Del mismo modo Jans-

sen (2002) presenta un valor promedio de 148.40

MPa. Siguiendo las normas del INBAR, López

y Trujillo (2002) hallaron un valor de esfuerzo

ultimo promedio de 53.5 MPa.

Tabla 4. Prueba de múltiple rangos para resisten-

cia a la tensión por Sección.

Datos

Estadísticos

Sección

Inferior Media Superior Total

Casos 38,00 38,00 39,00 115,00

Media (Mpa) 60,77Q 59,46Q 62,89P 61,00

Desviación

Estándar (Mpa)5,95 7,13 4,79 6,13

Coeficiente de

variación (%)9,79 12,00 7,63 10,05

Mínimo (Mpa) 50,47 48,71 53,75 48,71

Máximo (Mpa) 75,00 75,15 72,77 75,15

Límite Inferior 58,89 57,57 61,03 55,83

Limite Superior 62,66 61,36 64,75 64,93

Letras diferentes para la media indican diferencias estadísticamente sig-nificativas con un nivel de confianza del 95%.


90

Los efectos de las interacciones entre factores no

son significativos. El valor-p para la interacción

entre zona y sección fue de 0,73.


1. Castrillón, B., Malaver, D., 2004. Procedimientos

de ensayo para la determinación de las propieda-

des físico mecánicas de la guadua. Tesis de grado.

Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. 94 p.

2. Ciro. V., Jairo A., Vélez, R., Juan y OSORIO, S.,

2005. Determinación de la resistencia mecánica

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Kunth. Medellin: Rev.Fac.Nal.Agr. V.58, No 1.p.

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3. Garzón, C., Jenny. V., 1996. Optimización de unio-

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Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. De-

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folia Kunth. NTC 5525. Bogotá D.C

6. Icontec, Instituto colombiano de normas técnicas,

2008. Cosecha y postcosecha del culmo de Guadua

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7. Lozano, J., Luna, Patricia., Takeuchi, Caori., 2010.

Validación de la Guadua angustifolia como mate-

rial estructural para diseño, por el método de es-

fuerzos admisibles. Bogotá: Universidad Nacional

de Colombia. 190 pp

8. López, L., Trujillo, D., 2002.Diseño de uniones y

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12. Universidad Nacional de Colombia, 2008. Protoco-

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Bogotá, Corte de culmos y probetas, determina-

ción de la resistencia a tensión paralela a la fibra,

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dua angustifolia Kunth. Bogotá

13. Uribe, M., Durán, A., 2002. Estudio de elementos

solicitados a compresión armados por tres Gua-

duas. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

Departamento de Ingeniería Civil. 125 pp.

91


Optimización del Diseño en Armaduras

Truss Design Optimization

Myriam R. Pallares Muñoz1 y Wilson Rodríguez Calderón2

Resumen

Las estructuras formadas por elementos lineales articulados constituyen una tipología importante de los sistemas estructurales que se utilizan en ingeniería y por ello resultan un campo muy intere-sante para la aplicación de métodos de optimización. La optimización en estas estructuras se refiere a las dimensiones de las secciones transversales de la barras y a la posición de los nudos, teniendo en cuenta las restricciones que el pandeo introduce sobre las barras solicitadas a compresión que se traducen en límites de tamaño de las secciones transversales para evitar la disminución de capaci-dad resistente. En este artículo se determinan secciones optimizadas de elementos articulados iden-tificando la función objetivo a minimizar, las variables de diseño y las restricciones del problema. Se reportan dos casos de estudio de peso mínimo: una celosía y una armadura de puente, ambos con restricciones de esfuerzos admisibles. Se realiza una validación comparando los resultados de modelos de elementos finitos acompañados de esquemas de optimización en Ansys® y la solución teórica. Se concluye que el diseño de las estructuras en ingeniería puede ser refinado para obtener un mejor diseño, el óptimo, llevando a cabo el cálculo inicial y mejorándolo mediante técnicas de optimización sin decisiones subjetivas.

Palabras clave: Optimización, función Objetivo, variables de diseño, variables de estado, minimi-zación, Ansys®.

Abstract:

Articulated structures formed by linear elements are an important type of structural systems which are used in engineering and are therefore a very interesting field for application of optimization methods. Optimization in these structures refers to the dimensions of the cross sections of the bars and the position of the nodes taking into account the constraints included by buckling over compression bars which are translated into limits on the size of the cross sections to prevent loss of strength capacity. In this paper, we want to find optimized sections of hinged elements, for that, is necessary to determine the objective function, design variables and constraints of the problem. Two case studies of minimum weight are reported: a lattice and a bridge truss, both constrained allowable stresses. Validation is performed by comparing the results of finite element models ac-companied by Ansys® optimization schemes and the theoretical solution. We concluded that the

1 Magíster Métodos Numéricos en Ingeniería. Universidad Surcolombiana. Avenida Pastrana Borrero Carrera 1, Neiva-Colom-

bia. : E-mail: [email protected]

2 Magíster Métodos Numéricos en Ingeniería. Universidad de La Salle. Carrera 2 # 10- 70, Bloque D Piso 7, Bogotá-Colombia.


Recibido 4 de febrero de 2014 Aprobado 28 de abril de 2014



92

1. Introducción

El proceso de diseño tradicional se caracteriza

por cierto carácter subjetivo y porque su desa-

rrollo depende en gran medida del criterio y la

experiencia del analista, que normalmente está

presionado por límites de tiempo que no hacen

posible contrastar todas las posibilidades o alter-

nativas de diseño para escoger la más adecuada

(Oñate, 2011). El propósito de un diseño tradi-

cional generalmente consiste en encontrar la es-

tructura que cumpla los requisitos impuestos por

una normativa o en general por criterios basados

en la mecánica de los materiales sin entrar a es-

tablecer criterios de optimización de la misma

(Schmit, 1980). La tarea que realiza un diseña-

dor puede ser planteada de manera analítica con

miras a generar ciclos de análisis – diseño que

posibiliten comparar diferentes alternativas y de-

cidir bajo ciertas restricciones en las variables de

entrada y de respuesta de la estructura que per-

mitan optimizar alguna característica importante

para el desempeño o el costo como puede ser el

peso o un límite de desplazamiento (Cosmos/M,

2012)). Los aspectos de diseño a intervenir no

siempre son los mismos y pueden ser clasifica-

dos en cuatro categorías: el tipo de material y

sus características; la morfología de la estructu-

ra; la disposición geométrica de los elementos; y

por último, la forma y dimensiones de la sección

transversal de los elementos (Zienkiewicz, 2010).

El último caso es de amplio interés en estructuras

articuladas y sobre éste se plantean los casos in-

vestigados y reportados en este artículo.

2. Metodología

En el proceso de diseño existen algunas mag-

nitudes que pueden considerarse constantes y

que en el diseño óptimo de estructuras suelen

llamarse parámetros fijos. Estos parámetros, de

manera general, pueden agruparse en un vector

�� , kppp �� , mientras que las característi-

cas que pueden variar en la estructura y que se

denominan variables de diseño se encuentran

contenidas en el vector �� , nxxx �� . Las ac-

ciones sobre las estructuras normalmente indu-

cen condiciones que deben ser cumplidas y que

en la práctica se relacionan con: los esfuerzos del

material, los desplazamientos de los nudos, las

deflexiones, etc. Muchas de ellas son variables de

estado de la estructura que dependen de x y p ,

están sujetas a límites, condiciones o restricciones

y pueden ser expresadas en la forma � � �� pxg .

Estas condiciones usualmente están ligadas al

comportamiento o al diseño mismo. Las condi-

ciones de comportamiento están relacionadas con

los estados límite de la estructura o los modos de

colapso considerados. No pueden violarse ya que

se puede poner en peligro la estabilidad, la segu-

ridad o la funcionabilidad de la estructura. En el

caso de esfuerzos o movimientos estas condicio-

nes tienen la forma de las ecuaciones (1) y (2).

� � admpx �� ,�

� � admupxu ��

donde σadm

y uadm

, representan los esfuerzos y des-

plazamientos admisibles de acuerdo al material

constitutivo de la estructura o a requerimientos

basados en normativas. En ocasiones se acostum-

bra normalizar estas condiciones por lo que pue-

den re-escribirse en la forma de las ecuaciones

(3) y (4).

�B�

�6�

design of engineering structures can be refined for better design, optimum, for that, we must make initial computation and then improve it by optimization techniques without subjective decisions.

Keywords: Optimization, objective function, design variables, state variables, minimization, Ansys®.

� � �,��

adm

px

� � �,��

admupxu

93


Por su parte, las condiciones de diseño dependen

de criterios de forma o técnicos y no se encuen-

tran vinculadas al comportamiento resistente de

la estructura. La mayoría de las veces sirven para

limitar el campo de existencia de las variables de

diseño y pueden representarse a través de (5).

�A�

También, el analista debe decidir qué caracterís-

tica desea perfeccionar u optimizar en el diseño

y formularla analíticamente en términos de una

función de la forma � �pxfF �� denominada

función objetivo. A partir de estas consideracio-

nes puede plantearse el problema de optimiza-

ción o de diseño óptimo como la búsqueda del

conjunto de variables contenidas en el vector xque cumpla la condición expresada en (6).

� �xfFMaximizaroMinimizar �� @�

Sujeto a las condiciones descritas por (7) y (8).

� � mjxg j � �,� �� 8�

nixxx iii � �,��$��

En las expresiones (6), (7) y (8) se omite el vector

de parámetros p dado que es invariante durante

el proceso de optimización. La metodología de

optimización descrita, permite plantear proble-

mas de diversa índole. Para el caso de estructu-

ras lineales de nodos articulados, se propone: a)

el diseño óptimo “de menor peso” (o de menor

volumen) de una celosía de tres barras solicitada

por dos estados alternantes de carga (Figura 1a),

y b) la configuración simétrica de peso mínimo

de una armadura de puente solicitada por una

carga que puede actuar en cualquiera de los nu-

dos del cordón inferior de la misma (Figura 1b).

Para el caso (a) de la celosía, la alternancia de la

carga P genera una simetría en el diseño que hace

que existan solo dos variables de diseño que se

almacenan en el vector �� , xxx � donde x1 y

x2 representan las áreas de las barras indicadas en

la Figura 1a. Los parámetros del modelo son: el

peso específico [γ], el módulo de elasticidad [E],

la longitud [L], la carga [P] y el esfuerzo admisi-

ble del material a tracción [sM

] que es constante

en el proceso de optimización. Las condiciones o

restricciones del problema son:

1. Esfuerzos admisibles:

A tracción: sM

A compresión: 0.75sM

��$�� xxx ��

PP

1

� C 7

P

PP

u

u

,

�

, � B

$, ,$�$

,

�

B

6

A

@

7�D,�,,,�

�, �� B �6 �A

,

�

B

6

A

@

7

�

D

,�

,,

,�

,B

,6

,A

,@

,8

,�

,D ��

�,

��

�B

�6

�A

A�� A�� A��

@��

ABB

BBB

�

(a) (b)

Figura 1. Casos de optimización. a) celosía de tres barras bajo cargas P alternantes. b) armadura de puente sujeta a

carga móvil Pi


94

2. Valores de las variables de diseño:

��,� �� ixi que significa que las áreas de-

ben ser positivas.

La solución teórica del problema de la celosía

puede encontrase empleando los planteamientos

clásicos del análisis matricial para estructuras ar-

ticuladas de donde se obtiene el sistema matricial

(9) en función de los movimientos de los nudos.

�D�

Asimismo, los esfuerzos en las barras quedan re-

presentados por el sistema (10).

�,��

De la ecuación matricial (10) se obtienen las ex-

presiones para σ1, σ

2 y σ

3; y particularizando el

esquema de optimización planteado en (6), (7) y

(8) se obtiene el problema a solucionar ,descrito

en (11), (12), (13), (14) y (15).

�,,�

Sujeto a:

�,��

�,B�

�,6�

��,� �� ixi�,A�

Cada una de las condiciones � � ��xg j determi-

na una porción del espacio donde puede estar la

solución. La intersección de todas las condicio-

nes determina la región de diseño. Un punto xque pertenezca a esta región es un diseño váli-

do y es no válido si no pertenece o está fuera de

ella. Los puntos situados dentro de la región se

denominan diseños incondicionados y son con-

dicionados cuando se sitúan en una curva fron-

tera � � ��xg j ó en la intersección de varias de

ellas. Las condiciones que cumplen � � ��xg j se

denominan activas y pasivas en caso contrario.

Pueden existir condiciones que estén situadas

fuera de la región de diseño y en tal caso pue-

de prescindirse de ellas ya que no son relevantes

en el proceso de optimización. Sin embargo, esta

situación es difícil de identificar en problemas

de muchas variables. Los diferentes valores de la

función objetivo originan curvas F1, F2 como se

muestra en la Figura 2, en este caso se trata de

líneas rectas, sin embargo, la función objetivo en

general puede ser no lineal.

Ahora bien, en el análisis y diseño de armaduras

de puentes toman considerable importancia las

cargas móviles impuestas por los vehículos. Por

esto, el caso (b) es una armadura de puente solici-

��

�

��

�

�

��

��

��

��

��

�

��

�

�

,

�,

,

P

P

uu

xxx

2LE

�

��

�

��

�

��

�

�

�

�

�

��

��

�

��

�

��

�

�

�

��

�

��

�

�

PP

xxx

xx

xxx

uu

LE

�,,

�,

�,,

�

,

B

�

,

�A �A ��

,�

�A �A �

A �A �,�A �A �

�,�� LxxLFMinimizar ��

� � ��

�,�,

,�,, �

��

�� MM Pxxx

xxxg

� � ��

,

�,��

�� MM P

xxxg

� � �8A ��

8A ��,

�,

�BB ��

�� MM P

xxxxxg ��

La representación gráfica del problema se obser-

va en la Figura 2.

� A , � , A

, �

� �

B ��F�,

B��F�

��F�

��)��

7��"��3��

I,I�

I��

��

REGIÓN DE DISEÑO

*�N�C��

,*�N�C��

Figura 2. Representación gráfica del esquema de optimi-

zación del problema de optimización de volumen de una

celosía de tres barras sujeta a cargas alternantes P.

95


tada por una carga de 30 ton que puede actuar en

cualquiera de los nudos del cordón inferior. En el

problema, los parámetros son: el peso específico

[γ], el módulo de elasticidad [E], la carga [P] y

se requiere obtener la configuración simétrica de

peso mínimo sujeta a las condiciones (16), (17) y

(18) (Pedersen, 1972).

�,@�

Sujeto a:

�,8�

�,��

3. Resultados

El diseño óptimo para el caso (a) de la celosía

de tres barras se obtiene para un valor F de la

función objetivo tal que los valores menores de

las variables de diseño pertenezcan a una curva

frontera � � ��xg j (punto óptimo). En este caso

la solución corresponde a una tangente a la con-

dición � � �, �xg en el punto óptimo. La solución

se describe en (19) y (20):

�,D�

��

Al remplazar los valores de x1 y x

2 en la función

objetivo (11) se obtiene la ecuación (21).

��,�

Las expresiones (22) y (23) para los desplaza-

mientos u1 y u

2 respectivamente, pueden obte-

nerse de (9).

��

��B�

Planteado en su totalidad el esquema de opti-

mización para el problema de la celosía, bas-

ta tomar el vector de parámetros p y rempla-

zarlo en las ecuaciones (19) a (23) para

ob te ner los resultados del problema optimizado. �B @��,��,��@�8 �A!��P�!�� A6B�, �� pppppp �

donde [γ] está expresado en ton/cm3, [E] en ton/

cm2, [L] en cm, [P] en ton y [sM

] en ton/cm2.

El escenario de optimización queda repre-

sentado por el vector de variables de diseño

�

��A

,iii LxFMinimizar

�A� �,CB ,C�6 , �� icmtoncmton i�

�A� �,� �� ixi

M

Px

8�� , �

,, xE

PLu �

� ��,� �xxE

PLu�

�

M

Px

6��

M

PLF

@BD ��

Validación Optimización en Excel

GM

3,6

P 20

L 100

X1

X2

X1*Gm/P X2*Gm/P g

1g

2g

3

4,381 2,269 0,789 0,408 8,6483E-07 -0,96491119 -1,73508795

F 1466,088

F*Gm/(P*L) 2,639

Figura 3. Validación del problema de optimización de volumen de la celosía de tres barras sujeta

a cargas alternantes P


96

��@8 ��B8� 6�� , �� xxx cm2, el valor de la

función objetivo 3 y el vector de varia-

bles de respuesta �,�@ ��,� �� , �� Tuuu

cm.

Al emplear la toolbox Solver de Excel se validan

los resultados. La Figura 3, presenta el desarrollo

del problema haciendo uso de la herramienta.

Un modelo de mismas características desarro-

llado en el programa de elementos finitos Ansys®

corrobora los resultados encontrados. El elemen-

to empleado corresponde al elemento LINK1 de

la librería de elementos del programa el cual está

definido por dos nodos y dos grados de liber-

tad por nodo. En Ansys® es posible emplear dos

métodos de optimización, el más complejo pero

también el más exacto es el de primer orden, usa-

do para este modelo. El número máximo de ite-

raciones empleado fue 20. La Figura 4 presenta la

evolución de la convergencia de la función obje-

tivo que se desarrolla sin oscilaciones. Se observa

que el descenso de la pendiente es acelerado des-

de las primeras iteraciones. Las iteraciones finales

revelan un esfuerzo de acercamiento al volumen

óptimo de 1470.3 cm3. La familia de curvas de la

Figura 5 muestra un comportamiento de la con-

vergencia de las variables de diseño muy similar

al de la función objetivo (Area1 óptima = 4,3857

cm2, Area2 óptima = 2.2988 cm2). Las Figuras 6

1450

1500

1550

1600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

13

57

911

1315

1719

21

�

Figura 4. Convergencia función objetivo

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

4.4

4.8

5.2

5.6

6

13

57

911

1315

1719

21

�

Figura 5. Convergencia de las variables de diseño

Figura 6. Isocontornos de desplazamiento en X.

Figura 7. Isocontornos de desplazamiento en Y.

97


y 7 presentan los resultados de desplazamiento

horizontal y vertical de la celosía, respectivamen-

te. Se aprecia que el nodo inferior se desplaza

horizontalmente 0.217156 cm y verticalmente

0.124711 cm.

En la tabla 1 se comparan los resultados del es-

quema de optimización obtenido por la vía del

modelado en Ansys® y la solución teórica. Se ob-

serva una correspondencia importante en los re-

sultados.

Tabla 1. Comparación de resultados

Sol teórica Ansys®

Desp. Horiz. nodo inferior

(cm)0.218 0.217

Desp.Vert. nodo inferior (cm) 0.126 0.125

Volumen óptimo (cm3) 1466.111 1470.300

AREA1 4.378 4.386

AREA2 2.267 2.299

El diseño óptimo para el caso (b) de la armadura

de puente para carga móvil P=30 ton se obtiene

implementando un modelo en Ansys®. El núme-

ro máximo de iteraciones definido para resol-

ver el problema es 50. El vector de parámetros�B�,��@�8 �A!��P!�� B�, �� pppp ,

donde [γ] está expresado en ton/cm3, [E] en ton/

cm2 y [P] en ton. La Figura 8 muestra la discreti-

zación del modelo, la Figura 9 presenta la evolu-

ción de la convergencia de la función objetivo la

cual se desarrolla escalonadamente en las prime-

ras 23 iteraciones con una aproximación al peso

óptimo (1.933 ton) en las posteriores iteraciones.

La familia de curvas de la Figura 10 denota un

comportamiento irregular de la convergencia de

las variables de diseño, sin embargo después de la

iteración 32 alcanzan el refinamiento de la solu-

ción. La Figura 11 muestra la solución del volu-

men optimizado para la discretización; se aprecia

que buena parte del volumen se concentra en el

arco resistente de la estructura.

En la tabla 2 se presenta la solución de referencia

obtenida mediante una serie de programas linea-

les (Pedersen, 1972).

Figura 8. Discretización del modelo

Figura 9. Convergencia de la función objetivo

Figura 10. Convergencia de las variables de diseño


98

Tabla 2. Solución de Pedersen. Variables de di-

seño

Barra Área (cm2) s (ton/cm2)

1 43.37 -1.04

2 16.55 1.30

3 36.38 -1.04

4 6.07 1.30

5 33.17 -1.04

6 3.87 -1.04

13 11.90 1.30

14 12.13 1.30

15 13.15 1.30

18 5.95 -1.04

19 16.40 1.21

20 10.85 1.30

21 6.81 1.30

Al tomar el vector de parámetros p y el vector de

variables de diseño �� ,�, xxxx � cm2 y rem-

plazarlo en la ecuación (16) se obtiene un peso

mínimo Fmín

=1.868 ton. El valor de peso óptimo

obtenido por la vía del modelado en Ansys® es de

1.933 ton.

En la Tabla 3 se presentan los resultados del es-

quema de optimización obtenido por la vía del

modelado en Ansys®. Se observa una correspon-

dencia importante con los resultados de la solu-

ción de referencia de la Tabla 2.

Existe un buen grado de aproximación por las dos

vías. Las variaciones se deben fundamentalmente

a la diferencia entre los métodos de solución, los

fenómenos de propagación de error, los errores

inducidos por la malla de elementos finitos, entre

otros. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el

problema de optimización es altamente no lineal

por la condición de variabilidad de la posición de

la carga y la envolvente de esfuerzos máximos y

mínimos que debe hallarse para cada ciclo de la

solución.

Tabla 3. Solución de Ansys®

Barra Área (cm2) s (ton/cm2)

1 44.05 -1.02

2 17.07 1.25

3 37.66 -1.01

4 6.54 1.25

5 33.86 -1.02

6 4.58 -0.94

13 12.86 1.25

14 12.85 1.23

15 14.38 1.21

18 6.83 -0.99

19 16.3 1.18

20 11.07 1.25

21 6.99 1.24

4. Conclusiones

La optimización del diseño representa una he-

rramienta de competitividad extremadamente

eficiente para las empresas dedicadas al diseño de

maquinaria e infraestructura dada la gran varie-

dad de posibilidades de optimizaciones flexibles

y adaptables por medio de la parametrización

de modelos. Es importante tener en cuenta que

cuando se resuelve un problema por elementos

finitos o cualquier otra técnica numérica siempre

se obtienen soluciones aproximadas que deben

ser evaluadas con criterio ingenieril.

En cuanto a los casos estudiados se concluye que

las soluciones numéricas muestran confiabilidad

y adaptabilidad a problemas complejos que pue-

den ser muy útiles en la práctica para obtener

Figura 11. Volumen optimizado por elementos

99


ahorros importantes en el diseño y construcción

final de estructuras. En el caso de la armadura de

puente se entiende que una decisión importan-

te de diseño es concentrar buena parte del acero

en el arco resistente ya que en este se ubican las

fuerzas axiales más altas. También puede notarse

que la solución óptima en el puente tiende a uni-

formizar el valor absoluto de los esfuerzos en las

barras.


1. Ansys User Manual, V11, Swanson Analysis Sys-

tems, Inc. Houston.

2. Cosmos/M, 2012, Structural Research and Analysis

Corporation. Optstar.

3. Oñate, E., 2011, Cálculo de Estructuras por El Mé-

todo de Elementos Finitos, Cimne. Barcelona.

4. Pedersen, P., 1972, On the Optimal Layout of Mul-

ti-Purpose Trusses, Comput. Struct. Vol. 2, Den-

mark, pp 695-712.

5. Schmit, L., 1980, Structural Design by Systematic

Synthesis, Second Conference on Electronic Com-

putation, Asce, Pittsburgh, pp105-132.

6. Zienkiewicz, O. C. & Taylor, R. L., 2010, El Método

de Los Elementos Finitos, Cimne. Barcelona. 890

pp.

101


Evaluación sensorial en Café Espresso. Una Comparación entre Jueces Internacionales

Sensory Analysis in Espresso Coffee Brewed. A Comparison between International Judges

Nelson Gutiérrez Guzmán1, Javier Murgueitio Cortes2, Nataly Peña Gómez3

Resumen

Se evaluaron sensorialmente tres tipos de cafés especiales comerciales y un café de procedencia Huila recién tostado, las muestras se prepararon como café espresso y se evaluaron como bebida de consumo; el panel sensorial estuvo compuesto por tres catadores de Estados Unidos, tres cata-dores Europeos y cuatro catadores colombianos. Las muestras fueron evaluadas sensorialmente de acuerdo a la metodología de la Asociación Americana de Cafés Especiales (SCAA). Los resultados mostraron diferencias estadísticamente significativas (P < 0,05) para la evaluación de las muestras, según la procedencia del evaluador; en cuanto a las notas reportadas por los tres tipos de evaluado-res, los catadores estadounidenses reportaron notas asociadas a madera y cacao, mientras que los catadores colombianos reportaron notas asociadas a frutos rojos y amarillos.

Palabras clave: Cafés especiales; análisis sensorial; café espresso.

Abstract

Three commercial specialty coffees and one fresh specialty coffee of Huila were sensory analyzed; the samples were make as espresso coffee; the sensory panel was composed by three USA judges, three European judges and four Colombian judges, the samples were evaluated with the Specialty Coffee Association of America (SCAA) methodology. The results showed statistically significant di-fferences (p < 0,05) in the samples by judge origin; the USA judges reported flavor notes associated with wood and cocoa, while the Colombian judges reported flavor notes associate with citric and red fruits.

Keywords: Specialty coffees; sensory analysis; espresso.

1 Ingeniero Agrícola. Ph.D, Docente Universidad Surcolombiana. E-mail: [email protected]

2 Gerente General Mild Coffee Company Huila S.A.S. C.I. E-mail: [email protected]

3 Ingeniero Agrícola. Investigadora Grupo Investigación Agroindustria Usco. E-mail: [email protected]

Recibido 16 de diciembre 2013 Aprobado 28 de febrero de 2014



102

1. Introducción

Después de la primera mitad del siglo XX se expe-

rimentó un importante incremento en el consu-

mo mundial de café debido al atractivo universal

y a la diversidad de posibilidades en la prepara-

ción de bebidas a base de café, constituyéndose

los países de Europa septentrional como los de

mayor consumo per cápita (Beltrao, 1992). La

preparación de la bebida consiste en extraer con

agua caliente los compuestos solubles que dan el

sabor, cuerpo y características organolépticas a la

taza de café. La preparación se hace con agua lim-

pia y caliente, a punto de ebullición, separando

las partículas de café agotado (borra o cuncho)

por filtración o sedimentación (Puerta, 2003). El

café espresso se define como la bebida obtenida

por la filtración de agua caliente a presión a través

de una torta comprimida de café molido (Illy et

al., 2005), el origen de la denominación espresso

hace referencia al corto tiempo en la extracción

de la bebida que no supera los 30 segundos. Un

café espresso generalmente se presenta en una pe-

queña taza en la que se ponen aproximadamente

35ml de café oscuro con una capa de espuma ma-

rrón denominada crema que constituye un rasgo

distintivo (Parenti et al., 2014). El espresso es el

método de elaboración de café más común en

Italia y se hace cada vez más popular en muchos

otros países en el mundo entero, donde más de

50 millones de tazas de café son consumidas cada

día (Illy et al., 2005).

Un café espresso de buena calidad debe tener

atributos específicos sensoriales relacionados con

el aspecto visual, el gusto y el aroma, un gusto

equilibrado amargo/ácido, un cuerpo fuerte, un

aroma potente y fino, y una crema consistente

con una textura muy compacta. La presencia y la

intensidad de cada descriptor sensorial específico

en una taza de café espresso está influenciado por

la variedad y el protocolo de tostión; la calidad fi-

nal en taza puede afectarse por la condición física

que controla el proceso de filtración, el nivel de

molido, la temperatura y la presión del agua, y el

tiempo de filtración (Albanese et al., 2009).

Tradicionalmente los atributos de calidad en el

café son evaluados mediante la utilización de la

metodología de la Asociación Americana de Ca-

fés Especiales (Specialty Coffee Association of

America – SCAA) (SCAA, 2013), en la que 8,25

gr de café tostado y molido son mezclados con

150 ml de agua a 93 oC, para identificar los defec-

tos presentes en la bebida de café y medir la in-

tensidad de los atributos sensoriales como la aci-

dez y el dulzor, y de igual forma, calificar el sabor,

el aroma y la calidad global del producto; esta in-

fusión no es una bebida de consumo, por lo que

los catadores generalmente escupen la muestra

después de retenerla por unos pocos segundos en

su paladar. El nivel de aceptación de una bebida a

base de café como puede ser el espresso, se realiza

mediante una prueba sensorial de degustación,

realizada sobre la bebida de consumo, preparada

como tradicionalmente se presenta a los consu-

midores en las tiendas de café.

Algunos estudios se han realizado para evaluar

atributos de calidad en bebidas a base de café,

realizados en pruebas de degustación como es el

caso de Andueza et al. (2003) quienes evaluaron

las características químicas y sensoriales de un

café espresso en función del grado de molienda

y nivel de tostión; Fermín et al. (2012) evaluaron

la calidad físicoquímica y sensorial de tres mar-

cas comerciales de café tostado y molido; Da Sil-

va et al. (2004) realizaron una evaluación en la

intensidad de sabor amargo en cuatro muestras

comerciales de café orgánico y convencional; fi-

nalmente, Ontaneda (2004) evaluó mezclas de

café arábiga y robusta, en diferentes proporciones

y grados de tueste, valorando el grado de acepta-

ción en infusiones de café como bebida de con-

sumo.

El objetivo del presente trabajo fue evaluar el ni-

vel de aceptación y los atributos sensoriales en

bebidas de café espresso obtenidas de tres marcas

comerciales de café y una muestra recién tosta-

da de origen Huila, realizado por un panel com-

puesto por catadores europeos, norteamericanos

y colombianos.

103


2. Materiales y Métodos

Muestras

Fueron evaluadas tres muestras comerciales de

cafés especiales de reconocidas marcas naciona-

les referidas a origen Huila (M1), Café Premium

(M2), a cafés tipo Premium alta montaña (M3), y

una muestra de café del sur del Huila (M4) tos-

tada el mismo día de la prueba. Se prepararon

cinco tazas de café espresso de cada una de las

muestras evaluadas, utilizando 7,5 gr de café mo-

lido haciendo pasar agua a 92 oC a una presión

de 9 bares durante 25 segundos, hasta obtener 35

ml de café espresso. Se utilizó una máquina de

extracción marca Bezzera modelo BZ40DEPM

(Macchine Bezzera It.).

Panel de evaluadores.

El panel de evaluadores estuvo conformado por

10 jueces entrenados, tres estadounidenses, 3 ho-

landeses y 4 colombianos; los cuales analizaron

las bebidas ubicadas sobre una mesa rectangular

de acero inoxidable en la que se dispusieron cin-

co tazas por cada muestra en evaluación.

Atributos de calidad.

Se evaluó la acidez, el cuerpo, flavor, balance y

puntuación del catador (Impresión global), en

una escala de 6 a 10 puntos atendiendo la esca-

la de evaluación de la SCAA (Barrera, 2014); las

muestras que obtienen puntuaciones por debajo

de seis puntos no son considerados cafés especia-

les. Los evaluadores indicaron además las notas

predominantes en el sabor de la bebida.

Análisis estadístico.

Se realizaron los perfiles descriptivos de las cua-

tro muestras evaluadas mediante la utilización de

gráficos de tipo radial haciendo uso del softwa-

re Excel (Microsoft Office). Mediante ANOVA

factorial se determinaron diferencias estadística-

mente significativas para la valoración según pro-

cedencia del catador y según muestras; se analizó

la interacción entre los factores procedencia del

catador y atributo evaluado; se utilizó la prueba

HSD Tukey para definir grupos homogéneos con

un nivel de confianza del 95%. Se utilizó software

estadístico STATGRAPHICS Plus 5.1 (Manugis-

tics, Inc., Rockville MD, USA).


La Figura 1 muestra el perfil descriptivo de las

cuatro muestras evaluadas, la puntuación de cada

atributo corresponde al promedio de los 10 pa-

nelistas participantes; como puede verse, todas

las muestras evaluadas superaron los 6 puntos,

pero en el atributo acidez, ninguna muestra su-

peró los 8 puntos.

0

2

4

6

8

10Acidez

Cuerpo

FlavorBalance

Total

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 4

Figura1. Perfil descriptivo de cuatro muestras de café

espresso.

La Figura 2 presenta la gráfica de medias para

catador según valoración de todos los atributos

evaluados en conjunto, como puede verse, exis-

ten diferencias estadísticamente significativas en

los catadores europeos pues éstos tienden a ca-

lificar con menor puntaje las muestras; así mis-

mo, los catadores americanos y colombianos

forman un grupo homogéneo en la percepción

de las cuatro muestras evaluadas. Es importan-


104

te tener en cuenta este resultado, pues cuando se

trate de comercializar cafés especiales con desti-

no a Europa, se deberá considerar que este tipo

de consumidores valoran con menor puntuación

los atributos evaluados en este estudio, cuando

se trata de muestras comerciales; para el caso de

cafés frescos (recién tostados), los panelistas eu-

ropeos puntuaron el atributo acidez por encima

de las puntuaciones de los catadores americanos

y colombianos.

Como puede verse, en la gráfica de interacción

(Figura 3), se presenta una fuerte interacción en-

tre la procedencia del catador y el atributo eva-

luado, esta afectación se hace más notoria entre

catadores de EEUU y europeos, los atributos

acidez y balance sufren cambios bruscos cuando

son valorados por estos dos tipos de catadores;

indicando que cuando se trata de evaluar acidez,

el catador europeo percibe con más intensidad el

atributo, que representa un gusto por bebidas que

contengan acidez pronunciada.

En la Tabla 1 se presentan las frecuencias obser-

vadas en las notas reportadas por los tres tipos

de catadores para el conjunto de las cuatro mues-

tras evaluadas, como puede observarse los cata-

dores colombianos tienden a reportar con mayor

frecuencia los notas asociadas a frutos rojos o

cítricos, mientras que los catadores americanos

asocian el sabor de la bebida con notas a madera

y cacao. Bhumiratana et al. (2014) sugieren que

existe una correlación fuerte entre las percepcio-

nes en el momento del consumo de café, con las

emociones evocadas en el momento del consu-

mo.

Tabla 1. Frecuencias observadas en notas repor-

tadas en café espresso según catador

Catador / Nota MaderaVino Tinto

Cacao CítricoFrutos Rojos

EEUU 6 2 6 3 0

EUROPEO 0 2 2 4 4

Colombiano 0 8 8 6 9

4. Conclusiones

Tanto las tres muestras comerciales como la

muestra recién tostada no presentaron diferen-

cias estadísticamente significativas al ser valora-

das por tres tipos de catadores de diferente pro-

cedencia, lo que implica que las condiciones de

empaque y almacenamiento del producto en los

puntos de venta donde se adquirieron son ade-

cuadas y mantienen las características sensoria-

les, similares a las del producto fresco.

Medias y 95,0 Porcentajes Intervalos HSD de Tukey

Catador

COLOMBIA EEUU EUROPA6,5

6,8

7,1

7,4

7,7

8

8,3

8,6

Val

ora

ció

n

Figura 2. Tabla de medias para valoración promedio de

café espresso según procedencia del catador

Gráfico de Interacción

Catador

Atributo

AcidezBalance

CuerpoFlavor

Total

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

COLOMBIA EEUU EUROPA

Figura 3. Gráfico de interacción para puntuaciones pro-

medio de las muestras de café espresso en función dela

procedencia del catador

105


En la evaluación de las cuatro muestras de café

presentados como bebida de consumo tipo es-

presso, los catadores de procedencia europea

valoraron en conjunto los atributos con menores

puntajes que los catadores colombianos y esta-

dounidenses, lo que indica una menor aceptación

para este tipo de bebidas, probablemente porque

las muestras resultaron con una acidez baja; pues

como se pudo observar en los resultados de la

interacción de los atributos por catador, cuando

valoraron el atributo acidez, los catadores euro-

peos otorgaron proporcionalmente puntuaciones

más altas.

De acuerdo a las notas reportadas por los catado-

res para café espresso como bebida de consumo,

fue notoria la inclinación de los catadores colom-

bianos a asociar la bebida con sabores frutales

(frutos rojos y amarillos), mientras que para los

consumidores americanos esta bebida evoca una

sensación menos expresiva con sabores a madera

y a cacao.

Agradecimientos

Los autores expresan los agradecimientos a la

empresa Mild Coffee Company Huila S.A.S C.I:

por el apoyo y participación con sus catadores de

procedencia europea para el desarrollo de este

proyecto.


1. Albanese D., Di Matteo M., Poiana M. y Spagna-

musso S. 2009. Espresso coffee (EC) by POD: Study

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106

107


Evaluación de la eficiencia del uso de combustible en los hornos tradicionales de curado de Tabaco1

Evaluation of the efficiency of fuel in traditional tobacco curing ovens

Néstor-Enrique Cerquera-Peña2, Eduardo Pastrana-Bonilla3.

Resumen

El cultivo del tabaco se ha convertido en uno de los más importantes en Colombia, generando empleo a mano de obra calificada y no calificada. En la poscosecha del tabaco se han detectado varias problemáticas a resolver, una de ellas la concerniente al alto costo del combustible empleado en los hornos de curado. Por ello, se realizó una evaluación al intercambiador de calor tradicional tipo hornilla para determinar la eficiencia del uso del combustible. La información obtenida deja en evidencia la gran dificultad que se tiene con este sistema de transferencia de calor por convec-ción natural para mantener temperaturas estables al interior del horno, generando condiciones ambientales que se alejan considerablemente de las previstas para este proceso, dependiendo estas variaciones, en gran medida, de la frecuencia de cargue de la hornilla, encontrándose además, que la eficiencia en el aprovechamiento de la energía entregada por el carbón es menor del 10%.

Palabras clave: Curado de tabaco, intercambiador de calor, eficiencia térmica, horno.

Abstract

Tobacco has become one of the most important crops in Colombia, generating employment for both skilled and unskilled workers. In the post-harvesting of tobacco were found several problems to be solved, one of them concerning the high cost of the fuel used in the curing ovens. Therefore, an evaluation to the traditional heat exchanger, burner type, to determine the efficiency of the fuel used, was performed. The information obtained shows clearly the great difficulty with this system of heat transfer by natural convection to maintain stable temperatures inside the oven, creating environmental conditions that deviate significantly from those required for this process, depending these variations largely on the frequency of loading of the burner, we also found that the use effi-

ciency of the energy delivered by coal is less than 10%.

Key Words: Tobacco curing, heat exchanger, thermal efficiency, oven.

1 Trabajo realizado con el apoyo y financiación de la Gobernación del Huila, la Secretaría de Agricultura y Minería del Huila y la

Universidad Surcolombiana.

2 Colombiano, Ingeniero Agrícola, Magister en Ingeniería Agrícola UN, Magister en Dirección Universitaria, Especialista en

Ciencia y Tecnología de Alimentos UN, Profesor Titular, Facultad de Ingeniería, Universidad Surcolombiana, Neiva, cerquera@

usco.edu.co, Tel 57-8-8754753.

3 Colombiano, Ingeniero Agrícola, Doctor en Ciencia y Tecnología de Alimentos, Magister en Ciencia de los alimentos y Enolo-

gía, Profesor Titular, Facultad de Ingeniería, Universidad Surcolombiana, Neiva, [email protected], Tel 57-8-8754753.

Recibido 20 de mayo de 2013 Aprobado 9 de julio de 2013



108

1. Introducción

El sector tabacalero del Huila se ha caracteriza-

do por mantenerse estable durante las épocas de

crisis del sector agrícola en Colombia y en los

últimos años ha tenido un repunte con el consi-

guiente incremento de las áreas sembradas. Sin

embargo se han detectado etapas en el proceso

de la cosecha y la poscosecha que generan altas

pérdidas económicas a los productores. En la fase

de cosecha se provocan pérdidas por parte de los

recolectores al no tener la capacitación adecuada

para ello o al no aplicar dichos conocimientos a

su labor. En la fase de curado de la hoja de taba-

co se han detectado deficiencias en la construc-

ción de los hornos, en el uso del combustible, en

el control al proceso de curado y en la selección

final del material seco, lo que demerita la cali-

dad del producto a comercializar y por lo tanto

el valor de la transacción final. Esto cobra mayor

relevancia por el número de hornos tradiciona-

les existentes en el departamento, que supera los

quinientos (500) (Caicedo, 2005) y que represen-

tan una inversión económica significativa. Por lo

anterior, en este trabajo de investigación, que es

de tipo exploratorio, se determinaron y cuantifi-

caron variables del proceso de curado que permi-

tieron establecer en qué medida se aprovecha la

energía entregada por el combustible durante el

proceso de curado en los hornos tradicionales de

curado de tabaco.

De acuerdo a Castillo, 1984, la relación entre la

cantidad de calor efectivamente utilizada para la

evaporación y la cantidad de calor utilizada, se

define como eficiencia térmica. En equipos se-

cadores de granos bien diseñados se obtienen

eficiencias de aproximadamente 60% a 65%. Za-

mora et al. (2005), realizaron el análisis técnico

de las variantes de operación de un calentador

de aire tubular (CAT) empleado para secar café,

en el que inicialmente se aprovechaba solamen-

te el 0,4% de la energía que se desprende de la

combustión, logrando elevar esta eficiencia hasta

el 10,5%, considerada por ellos como la máxima

eficiencia de transferencia de calor en el CAT.

Roa et al, 1999, establecieron que para el caso de

intercambiadores utilizados con quemadores de

combustibles líquidos, se tiene lo siguiente:

Un intercambiador con superficie aletada per-

mite fácilmente obtener un 50% de eficiencia.

Con los intercambiadores sin aletas rara vez se

obtienen eficiencias superiores al 40%.

Para la quema de coque, en general, los cafi-

cultores utilizan equipos que tienen eficiencia

baja, máxima de 30%.

Altobelli (2010), en la evaluación energética rea-

lizada a una estufa bulk-curing, para el curado

de tabaco, encontró que su eficiencia energética

fue del 29.21%, que se considera baja. Cerquera y

Ruiz, 2007, empleando un intercambiador de calor

con aire forzado que utiliza como combustible car-

bón mineral o cisco de café, encontraron que las

eficiencias del uso del combustible en las etapas de

curado de tabaco tipo Virginia, fueron, utilizan-

do como combustible cisco de café: en la etapa de

amarillamiento 70%, en fijación de color 66% y en

secado de vena 69%; y empleando carbón mineral:

en la etapa de amarillamiento 67%, en fijación de

color 63% y en secado de vena 74,2%.

Según De Castro (1995), el proceso de curado en

secaderos de tabaco Virginia es, entre los proce-

sos de secado de productos agrícolas, el que más

energía utiliza. De acuerdo a Ryan et al (1988)

citado por De castro (1995), mientras el secado

de granos suele consumir 7 litros de gasóleo por

tonelada de producto seco, el curado de tabaco

consume 670 litros por tonelada del producto ya

curado. Suggs 1992, citado por De castro 1995,

afirma que el curado de tabaco Virginia es parti-

cularmente un proceso de consumo intensivo de

energía a causa del alto contenido de humedad de

las hojas (80-90% base húmeda, bh) cuando son

introducidas en el secadero. Por lo tanto, la can-

tidad de agua que hay que eliminar del producto

durante el proceso es muy importante: alrededor

de 5 a 10 kg de agua deben ser evaporados por

cada kilogramo de tabaco curado.

109


2. Metodología

La evaluación se llevó a cabo en los municipios

de Campoalegre y Garzón en el departamento

del Huila. En total se trabajó en tres (3) baterías

de hornos, ubicadas en fincas diferentes, una (1)

en Campoalegre y dos (2) en Garzón, evaluándo-

se en total nueve (9) hornos. En cada uno de los

hornos se realizaron lecturas de las siguientes va-

riables, en intervalos de dos horas, durante todo

el tiempo de curado así:

Seguimiento a las temperaturas de la superfi-

cie en seis puntos del tubo intercambiador de

calor y en un punto a la salida da los gases de

combustión hacia la chimenea (figura 1).

Lecturas de las temperaturas de bulbo seco y

de bulbo húmedo con un sicrómetro de me-

cha.

Lecturas de la humedad relativa.

Cuantificación del consumo de combustible y

seguimiento a los tiempos de cargue de com-

bustible a la hornilla

Cálculo de la energía entregada por convección

natural al ambiente interior del horno por el

intercambiador de calor. Para calcular la ener-

gía que entrega el intercambiador al ambiente

se utilizó la ecuación para convección cuyo co-

eficiente de película fue estimado con ayuda de

las ecuaciones para convección natural (Holman,

1996). Con los valores encontrados se obtuvo la

energía transmitida por unidad de longitud del

intercambiador de calor hacia el ambiente inter-

no del horno.

Cálculo de la energía requerida en cada fase del

curado. Para calcular la energía necesaria para

calentar el ambiente del recinto en el paso de una

fase de curado a otra, y de la energía requerida

para mantener las condiciones de temperatura y

Figura 1. Vista en planta del horno tradicional de tabaco y ubicación de los puntos de medi-

ción de la temperatura de superficie.


110

humedad en un valor medio en cada una de ellas,

se utilizó la siguiente ecuación:

Q = m V (h2–h

1) (1)

Donde:

Q: Energía necesaria para cambiar de fase de cu-

rado por unidad de tiempo (KJ*h-1)

m: masa específica (KgAs*m-3)

V: Volumen del aire a calentar en el horno por

unidad de tiempo (m3 *h-1)

h: Entalpía (KJ* KgAs -1)

Se determinó la entalpía y la masa específica del

aire en el sistema por psicrometría, utilizando las

temperaturas del ambiente y las humedades rela-

tivas promedio.

El volumen ocupado por el aire en el horno se de-

terminó considerando el espacio libre en la zona

inferior y superior del recinto y el espacio entre

las hojas de tabaco

3. Resultados

Comportamiento de la temperatura en la su-

perficie del intercambiador de calor: En las fi-

guras 2 a 5 se presentan las curvas que reflejan el

comportamiento de la temperatura en diferentes

puntos de medición (figura 1) del horno Nº 1 de

la finca 3.

0

150

300

450

600

0 24 48 72 96 120 144 168

Tiempo (h)

Tem

pe

ra

tura

(ºC

)

Figura 2. Comportamiento de la temperatura de super-

ficie del intercambiador de calor en función del tiempo

en el punto de medición 1, del horno Nº 1, de la finca 3.

0

100

200

300

400

0 24 48 72 96 120 144 168

Tiempo (h)

Tem

pe

ra

tura

(ºC

)




0

100

200

300

400

0 24 48 72 96 120 144 168

Tiempo (h)

Tem

pe

ra

tu

ra

(ºC

)




0

100

200

300

400

0 24 48 72 96 120 144 168

Tiempo (h)

Tem

per

atu

ra (

ºC)

Figura 5. Comportamiento de la temperatura de los ga-

ses de combustión a la salida del intercambiador de calor

(TS) en función del tiempo, del horno Nº 1, finca 3.

En las figuras 2, 3 y 4, se puede observar la alta va-

riabilidad que tiene la temperatura en la superfi-

cie del intercambiador durante las diferentes eta-

pas del curado, dejando en evidencia la dificultad

que tiene este sistema para generar condiciones

estables de temperatura en el recinto. Se obser-

111


va también el efecto que tiene la alimentación

discontinua de combustible teniéndose picos de

temperatura elevada cuando se alimenta de com-

bustible la hornilla y reducciones considerables

de la misma cuando no se hace la alimentación

en el momento adecuado, llegando en ocasiones

a apagarse, lo que puede acarrear daños graves al

producto.

En las tablas 1 y 2 se presenta la temperatura pro-

medio obtenida en cada uno de los puntos de

medición, para cada etapa del proceso de curado.

Esta información es utilizada para el cálculo de la

eficiencia del uso de combustible en el intercam-

biador de calor.

Las temperaturas promedio del intercambiador

de calor evidencian que la temperatura decrece a

medida que se aleja de la hornilla, encontrándose

temperaturas altas al inicio de la tubería, puntos

1 y 2, y menores en los puntos 5 y 6. La dismi-

nución promedio de la temperatura entre la sa-

lida de la hornilla y los puntos de medición más

alejados fue: en amarillamiento de 11.5 ºC (52.6

ºF), en fijación de color de 81.5 ºC (178.7 ºF) y en

secado de vena de 95.4 ºC (203.6 ºF).

En los puntos de medición equidistantes, en cada

uno de los ramales del intercambiador, se ob-

servaron diferencias en la temperatura, lo que

se refleja en un calentamiento desuniforme del

producto que se encuentra sobre el tramo más

caliente (figura 1).

Comportamiento de las condiciones ambienta-

les en el interior del horno de curado. Las figuras

Tabla 1. Temperaturas promedio en los puntos de medición del Intercambiador de calor para cada fase

del curado en el horno Nº 1, de la finca 2. Desv Std: Desviación Estándar.

Puntos

de Medición

Temperaturas promedio de los puntos de medición del Intercambiador

Amarillamiento Fijación de color Secado de vena

ºF ºC Desv Std ºF ºC Desv Std ºF ºC Desv Std

TS 217 103 18,7 448 231 40,1 453 234 0,0

1 196 91 12,6 401 205 43,8 421 216 9,5

2 199 93 14,7 458 236 34,4 471 244 19,7

3 308 153 11,2 308 153 37,9 326 164 23,8

4 339 170 12,3 339 170 25,3 364 184 13,5

5 458 236 10,8 259 126 27,2 277 136 22,0

6 275 135 12,4 275 135 21,9 293 145 15,0

Tabla 2. Temperaturas promedio en los puntos de medición del Intercambiador de calor para cada fase

del curado en el horno Nº 1, de la finca 3. Desv Std: Desviación Estándar

Puntos de

Medición

Temperaturas promedio de los puntos de medición del Intercambiador


ºF ºC Desv Std ºF ºC Desv Std ºF ºC Desv Std

TS 224 106 11,6 423 217 40,4 469 243 39,1

1 220 104 16,9 587 308 63,5 692 366 63,0

2 224 107 20,6 581 305 59,4 681 361 63,6

3 171 77 17,0 384 196 37,0 467 241 36,0

4 185 85 12,9 424 218 37,2 518 270 43,7

5 179 82 12,7 334 168 32,2 405 208 29,1

6 192 89 11,2 415 213 36,1 503 262 38,4


112

0

50

100

150

200

0 24 48 72 96 120

Tiempo (h)

Tem

pe

ratu

ra (

ºF)

Temperatura Bulbo Seco TBS

Temperatura Bulbo Humédo TBH

Figura 6. Variación de las temperaturas de bulbo seco y

bulbo húmedo respecto al tiempo en el horno Nº 1 de la

finca 2.

Tabla 3. Temperaturas promedio de bulbo seco en los hornos evaluados.

Finca Horno

Temperatura promedio de bulbo seco


ºF ºC ºF ºC ºF ºC

12 100 38 129 54 153 67

5 102 39 135 57 161 72

21 91 33 131 55 155 68

2 94 34 129 54 158 70

3

0 96 36 112 44 153 67

1 96 36 132 56 159 71

3 99 37 132 56 162 72

4 103 39 130 54 163 73

5 101 38 126 52 163 73

Promedio 98 37 128 54 159 70

Patrones 100 38 140 60 160 71

Figura 7. Variación de las temperaturas de bulbo seco y

bulbo húmedo respecto al tiempo en el horno Nº 1 de la

finca 3.

tiene la temperatura en el interior del horno. En

la figura 7 se observa un comportamiento mu-

cho más crítico por cuanto las variaciones de la

temperatura son más pronunciadas y frecuentes,

esto refleja la influencia que tiene el suministro

del combustible a la hornilla en las variables de

curado.

En los hornos evaluados la temperatura prome-

dio que se maneja para cada etapa es cercana a los

patrones recomendados por las empresas comer-

cializadoras de tabaco (SENA, 2005), como se

observa en la tabla 3; sin embargo, en la práctica

se encuentran picos máximos y mínimos de tem-

peratura que se alejan en gran medida del valor

indicado (tabla 4).

Patrones: Temperaturas sugeridas por las empre-

sas productoras para cada una de las etapas del

curado de tabaco (SENA; 2005).

El horno Nº 5 de la finca 1 y los hornos Nº 4 y Nº

5 de la finca 3 presentaron las temperaturas más

elevadas en todas las etapas del curado de taba-

co, sobrepasando los límites de las temperaturas

recomendadas, específicamente en las etapas de

amarillamiento y de secado de vena. Esto se pue-

de ver reflejado en la reducción de la calidad del

producto final. Para citar un ejemplo, en el horno

2 de la finca 1, la temperatura de bulbo seco so-

0

40

80

120

160

200

0 24 48 72 96 120 144 168

Tiempo (h)

Tem

pe

ratu

ra (

ºF)

Temperatura Bulbo Seco TBS

Temperatura Bulbo Húmedo TBH

6 y 7 representan el comportamiento de las tem-

peraturas de bulbo seco y bulbo húmedo. En ellas

se puede apreciar la variación permanente que

113


brepaso los 160 ºF sugeridos en la etapa de seca-

do de vena llegando hasta los 190 ºF.

Tiempo de curado. La tabla 7 permite observar

la variación en el tiempo empleado para cada una

de las etapas de curado en las baterías de hornos

evaluadas. En la fase de fijación de color, que en

teoría debe ser de 36 a 48 horas, se presentan ca-

sos en que esta etapa es de tan sólo 12 a 14 horas,

esta reducción en los tiempos de fijación de color

se ven reflejados en un incremento en el tiempo

utilizado para el secado de vena, llegándose a te-

ner tiempos de hasta 122 horas cuando lo reco-

mendado es de 40 a 60 horas, con el consiguiente

sobrecosto en el uso de combustible y en la re-

ducción de la calidad de la hoja.

La etapa de amarillamiento no se puede analizar

de la misma forma por cuanto en algunas oca-

siones se realiza a temperatura ambiente y con

ventilaciones cerradas durante varios días, pro-

cedimiento que incide directamente en esta etapa

al no utilizar energía térmica durante una parte

de este periodo.

Consumo de combustible y energía generada

en la hornilla en las etapas de curado: En la

tabla 8 se presentan los consumos promedio de

combustible para cada fase del curado de tabaco.

Para determinar la energía generada en la horni-

lla durante cada fase de curado se tuvo en cuenta

el poder calorífico del carbón que se consume en

Tabla 4. Temperaturas mínimas y máximas de bulbo seco en los hornos evaluados.

Finca HornoTemperaturas Mínimas y Máximas de Bulbo Seco (ºF)

Amarillamiento Fijación de color Secado de venaTmin Tmáx Tmin Tmáx Tmin Tmáx

,� D6 ,,� ,�@ ,66 ,,� ,D�A D� ,�B ,,6 ,6B ,�B ,8�

�, �� D� ,,B ,6, ,6, ,@A� �@ ,�D ,,� ,6B ,6A ,8B

B

� D� ,�� ,�� ,B� ,B� ,��, �� ,�� ,�6 ,6� ,B� b,��B D6 ,�6 ,�6 ,A� ,66 b,��6 D@ ,�@ ,,� ,66 ,B@ b,��A D6 ,�A ,�� ,6� ,B� ,��

Tabla 7. Tiempo empleado en cada etapa del curado

Finca HornoTiempo empleado por etapas (h)


12 20 28 46

5 16 26 43

21 13 36 54

2 67 51 49

3

0 20 12 121

1 24 22 110

3 48 22 122

4 26 22 104

5 16 14 93


114

la zona y la cantidad promedio de combustible que

se emplea durante cada fase de curado (tabla 9).

Tabla 8. Consumo promedio de carbón en las fa-

ses del curado.

Fase Consumo de Carbón (Kg*h-1)

Amarillamiento 7

Fijación color 12

Secado Vena 18

Tabla 9. Energía generada (Qt) por la combus-

tión del carbón en la hornilla*.

Fase Qt (MJ*h-1) Q

t (Btu*h-1)

Amarillamiento 207 195303

Fijación color 354 334805

Secado Vena 532 502207

* Poder calorífico del carbón de 29.56 MJ*Kg-1 (Ingeominas, 2005)

Cálculo de la energía entregada por convección

natural al ambiente interior del horno por el

intercambiador de calor. Las temperaturas pro-

medio de la superficie (Tw) y del ambiente (T

∞) se

obtuvieron de las lecturas realizadas en los pun-

tos de medición del intercambiador de calor y del

ambiente interior del horno en las tres etapas de

curado, estos valores se presentan en la tabla 10:

Tabla 10. Temperaturas promedio de la super-

ficie del intercambiador de calor y del ambiente

interior del horno para cada etapa del curado

Temperaturas

(ºC)Amarillamiento

Fijación

color

Secado

Vena

Tw

85 156 199

T∞

37 54 70

El calor transferido por el intercambiador de ca-

lor en las etapas de amarillamiento, fijación de

calor y secado de vena se presenta en la tabla 11.

Cálculo de la energía empleada para iniciar

cada fase del curado y de la energía necesaria

para mantener la temperatura promedio del

ambiente interno. La energía necesaria para ca-

lentar el ambiente del recinto en el inicio de cada

fase de curado se calculó con la ecuación (1) uti-

lizando las temperaturas promedio del ambiente

(tabla 10) y las humedades relativas promedio

que se muestran en la tabla 12.

En la tabla 13 se presenta la cantidad de energía

necesaria para cambiar de una fase de curado a

otra.

Tabla 12. Humedad relativa promedio en cada

etapa de curado

Fase HR (%)

Amarillamiento 78

Fijación color 55

Secado Vena 39

Tabla 13. Energía necesaria para el calentamien-

to del aire en el cambio de fase de curado

Fase Qf (KJ*h-1) Q

f (Btu*h-1)




Tabla 11. Energía entregada por el intercambia-

dor al ambiente interno del horno en las diferen-

tes etapas del curado.

Fase Q (w) Q (Btu*h-1)




Tabla 14. Valores máximos y mínimos de las

temperaturas del ambiente y las humedades rela-

tivas para cada etapa de curado.

FaseT (ºC) HR (%)

Mínima Máxima Mínima Máxima

Amarillamiento 33 40 63 89

Fijación color 43 61 44 77

Secado Vena 57 85 25 55

El cálculo de la energía necesaria para mantener

las condiciones de temperatura y humedad re-

lativa en un valor medio, teniendo en cuenta la

variación entre máximos y mínimos en cada fase

115


de curado, se realizó utilizando la ecuación (1)

con los valores máximos y mínimos de las tem-

peraturas del ambiente y las humedades relativas

presentadas en la tabla 14.

En la tabla 15 se muestra la energía necesaria para

mantener la temperatura promedio del ambiente

interno para cada fase del curado.

Tabla 15. Energía necesaria para mantener las

temperaturas promedio del ambiente interno del

horno en las fases de curado de tabaco.

Fase Qm

(KJ*h-1) Qm

(Btu*h-1)




Eficiencia en el uso de la energía en el curado

de tabaco.

Para el análisis de la eficiencia en el uso del com-

bustible se tuvieron en cuenta tres condiciones

que se relacionan a continuación:

Eficiencia del intercambiador de calor (h1):

Energía entregada por el intercambiador por

convección natural respecto a la energía total ge-

nerada en la hornilla (tabla 16).

Tabla 16. Eficiencia del intercambiador de calor

para cada etapa de curado.

Fase �1 (%)

Amarillamiento 7,6

Fijación color 13,5

Secado Vena 11,7

Cuantificación de la energía utilizada para el

calentamiento del aire: Porcentaje de energía

empleada en el calentamiento inicial de cada fase

respecto a la energía total producida en la hor-

nilla (e1) y porcentaje de energía empleada para

mantener la temperatura media respecto a la

energía total de la hornilla (e2), tabla 17.

Cuantificación de la energía transmitida por el

intercambiador de calor por convección natu-

ral: Porcentaje de la energía empleada en el calen-

tamiento inicial de cada fase respecto a la energía

entregada por el intercambiador al ambiente (e3)

y porcentaje de energía empleada para mantener

la temperatura media respecto a la energía entre-

gada por el intercambiador al ambiente (e4), tabla

18.

Tabla 18. Porcentaje del uso de la energía trans-

mitida por el intercambiador de calor por con-

vección natural para cada etapa de curado.

Fase �3 (%) �

4 (%)

Amarillamiento 64,4 12,6

Fijación color 28,5 21,6

Secado Vena 22,6 18,2

Como se puede observar en las tablas 16, 17 y 18,

la eficiencia en el aprovechamiento de la energía

generada por el combustible es muy baja, debi-

do especialmente a que la transferencia de calor

se realiza por convección natural. Esto tiene dos

efectos en el proceso, uno de ellos la escasa uti-

lización de la energía y el otro, la dificultad de

transportar el aire caliente a través de la hoja de

tabaco desde la parte inferior a la superior con

los problemas de desuniformidad de secado antes

mencionados.

4. Conclusiones

En los hornos tradicionales el sistema de transfe-

rencia de calor empleado es la convección natural

con el uso de tuberías internas que se calientan

con los gases de combustión provenientes de la

hornilla, este método es muy ineficiente, difícil

de controlar y además genera riesgos de incen-

Tabla 17. Porcentaje del uso de la energía genera-

da en la hornilla para el calentamiento del aire en

cada etapa de curado.

Fase �1 (%) �2 (%)1�� 6�D ,��I�.�� B�� D;��Q�� @ ��,


116

dio del horno por la posibilidad de que la hoja de

tabaco caiga sobre los tubos los cuales llegan en

ocasiones a la condición de “rojo vivo”.

La variabilidad que tiene la temperatura en la su-

perficie del intercambiador de calor durante las

diferentes etapas del curado, deja en evidencia

la dificultad que tiene este sistema para generar

condiciones estables de temperatura en el recinto.

Las condiciones ambientales en el interior del

horno se ven directamente afectadas por el ma-

nejo de las ventilaciones del cuarto de curado

que obedece más a un criterio personal que a un

procedimiento estandarizado y a la alimentación

discontinua de combustible teniéndose picos de

temperatura y humedad relativa, que reflejan la

influencia de esta forma de suministro del com-

bustible en las variables de curado.

En los hornos evaluados la temperatura prome-

dio del ambiente interior del horno, que se ma-

neja para cada etapa es cercana a los patrones

recomendados por las empresas productoras de

tabaco, sin embargo existen picos máximos y mí-

nimos que se alejan de manera importante del

valor indicado.

En general, los tiempos empleados en las diferen-

tes etapas del curado no corresponden a los suge-

ridos por las empresas comercializadoras, gene-

rando condiciones desfavorables en el proceso y

excesivo consumo de combustible.

La eficiencia en el aprovechamiento de la energía

generada por el combustible es muy baja, debi-

do especialmente a que la transferencia de calor

se realiza por convección natural. Esto tiene dos

efectos en el proceso, uno de ellos la escasa uti-

lización de la energía y el otro, la dificultad de

transportar el aire caliente a través de la hoja de

tabaco desde la parte inferior a la superior con

problemas de desuniformidad en el curado.

5. Referencias bibliográficas

1. Altobelli F. et al, Estudio del desempeño energético

de una estufa de secado de tabaco. Salta, Argenti-

na., Avances en Energías Renovables y Medio Am-

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departamento del Huila. Neiva: Gobernación del

Huila

3. Cerquera P. Néstor E. y Ruiz O. Yaneth L., 2007.

Adecuación y evaluación del horno tradicional de

curado de tabaco utilizando un intercambiador de

calor que emplea como combustible carbón mi-

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Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, Go-

bernación del Huila, Neiva.

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pectos técnicos y económicos, Ediagro, 2ª edición,

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5. De Castro, E, Secadero Experimental para el Cu-

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del proceso, Tesis Doctoral, Universidad Politécni-

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Compañía editorial S.A, p 310.

7. INGEOMINAS. 2005 “El carbón colombiano, fuen-

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energía. Bogotá, Colombia.

8. Roa, G., et al., Beneficio ecológico del café., CENI-

CAFE, Colombia, 1999, pp.165.

9. Servicio Nacional de Aprendizaje SENA Regional

Santander. 2005. Proceso productivo del tabaco ru-

bio y/o negro para la fabricación de cigarrillos [CD

ROM]. Modulo 5: Manejo final del tabaco curado,

Santander.

10. Zamora G. Luis, Sarria L. Bienvenido, Cisnero R.

Yusleisdis. 2005. Uso de biomasa como fuente de

energía para el secado agroindustrial del café: es-

tudio de caso, Revista Ciencias técnicas agropecua-

rias, Vol. 14, No. 1.

117


Análisis comparativo de los Sistemas de Gestión Ambiental para empresas agroindustriales

Comparative analysis of environmental management systems for agro-enterprises

Jennifer K. Castro Camacho1, Néstor-Enrique Cerquera Peña2, Alfredo Olaya-Amaya3

Resumen

Se desarrolló el análisis comparativo de los sistemas de gestión ambiental propuestos para treinta y cinco empresas dedicadas a actividades agroindustriales, ubicadas en Colombia, Suramérica; estas empresas se clasificaron en veintidós tipos y dos subsectores: alimentario y no alimentario. Se con-solidaron los impactos ambientales negativos de los tipos de empresa, obteniéndose un cuadro de impactos generados en todo el sector. Se realizó una comparación de los requisitos de la NTC ISO 14001:2004 para evaluar el estado inicial ambiental de las empresas, obteniéndose una valoración global baja, indicando que las empresas del sector agroindustrial no tienen un compromiso defi-nido respecto al manejo del medio ambiente, que se adelantan algunas acciones puntuales para el control de la contaminación pero es necesario la implementación de los sistemas de gestión formu-lados, para garantizar un enfoque ambiental integral y el mejoramiento continuo.

Palabras clave: Sistemas de gestión ambiental, empresas agroindustriales, NTC ISO 14001:2004, impactos ambientales

Abstract

A comparative analysis of environmental management systems proposed for thirty-five compa-nies engaged in agribusiness activities, located in Colombia, South America was developed; these companies were classified into twenty-two sub-types: food and non-food. Negative environmen-tal impacts of the types of company were consolidated to give a picture of the impacts generated throughout the sector. A comparison of the requirements of ISO 14001:2004 NTC was conducted to evaluate the initial environmental state companies, yielding a low overall score, indicating that the agribusiness companies have no defined commitment to environmental management, some specific actions to control pollution are ahead but you need to implement management systems formulated to ensure a comprehensive environmental approach and continuous improvement.

Keywords: Environmental management systems, agro-enterprises, NTC ISO 14001:2004

1 Ingeniera Agrícola. Estudiante Maestría en Ingeniería y Gestión Ambiental. Universidad Surcolombiana Neiva. Avenida Pastra-na Carrera 1a. Neiva, Huila, Colombia. [email protected].

2 Ingeniero Agrícola, MSc. en Ingeniería Agrícola Universidad Nacional de Colombia, MSc en Dirección Universitaria Universi-

dad de los Andes, Profesor Titular Facultad Ingeniería, Universidad Surcolombiana, Avenida Pastrana Carrera 1a, Neiva, Huila,

Colombia, [email protected] Licenciado en Biología y Química, PhD en Ingeniería Área recursos hidráulicos. Profesor Asociado Facultad de Ingeniería.

Universidad Surcolombiana Neiva. Avenida Pastrana Carrera 1a.Neiva, Huila, Colombia. [email protected].




118

1. Introducción

El sector agroindustrial representa un importan-

te aporte a la contaminación debido a que la ma-

yoría de las industrias descargan altos volúmenes

de residuos líquidos, provenientes de sus proce-

sos productivos y del lavado de los equipos, con-

siderados como de alta carga orgánica, con una

baja relación de instalaciones para su control.

Adicionalmente, existe un importante aporte de

desechos sólidos de naturaleza orgánica, genera-

das en los procesos productivos, así como cartón,

papel y plástico en las áreas administrativas y ac-

tividades de empaque (Sánchez et al., 2009).

Las agroindustrias de acuerdo a sus actividades

desarrolladas se pueden calificar como: (a) de

impacto medio en el ambiente y en la salud de

acuerdo a la agresividad de sus funciones; (b)

de alto impacto en relación al uso de los recur-

sos agua y energía, empleados en los procesos de

limpieza, cocción, lavado; y; (c) de alto impacto

en relación a los altos volúmenes de descargas a

la naturaleza de residuos líquidos y desechos só-

lidos,. Este sector industrial es responsable por

más de la mitad de los desechos orgánicos verti-

dos en el país, situación que se agrava debido a la

poca capacidad de respuestas que tiene el Estado

ante la problemática ambiental, lo que evidencia

las debilidades que limitan el logro de un desem-

peño ambiental aceptable (Sánchez et al., 2009).

De acuerdo con Zuluaga y Olarte (2014), el Siste-

ma de Gestión Ambiental -SGA- constituye una

de las herramientas de protección ambiental que

fortalece la toma de decisiones en el ámbito de

políticas, planes, programas y proyectos empre-

sariales, ya que incorpora variables que no han

sido consideradas durante los procesos adminis-

trativos tradicionales; es el análisis que anticipa

los impactos ambientales negativos y positivos de

acciones desarrolladas en los diferentes procesos

productivos, permitiendo seleccionar las alterna-

tivas que maximicen los beneficios y minimicen

los impactos no deseados. Su aplicación conside-

ra los contextos económicos, sociales e institucio-

nales de la región y del país.

El objetivo de esta investigación fue realizar una

síntesis comparativa de los sistemas de gestión

ambiental para empresas agroindustriales en Co-

lombia.

2. Metodología

Para la recolección de la información se efectuó

una revisión bibliográfica de los sistemas de ges-

tión ambiental para empresas que adelantan acti-

vidades agroindustriales en Colombia, así como

las Guías ambientales del Ministerio de Ambien-

te y Desarrollo Sostenible. Se consolidó la infor-

mación de treinta y cinco empresas que se clasi-

ficaron en veintidós tipos y en dos subsectores:

alimentario y no alimentario. El estudio adelan-

tado en esta investigación es de tipo descriptivo y

de carácter exploratorio.

Se compiló la información correspondiente a los

impactos ambientales negativos generados por

las actividades de producción de todas las empre-

sas, se asociaron los impactos comunes de acuer-

do a la frecuencia de ocurrencia y frecuencia re-

lativa expresada en porcentaje.

La revisión inicial ambiental, en todos los traba-

jos consultados, fue realizada aplicando la me-

todología de calificación de cumplimiento de

requisitos propuesta por Palom (1997); teniendo

en cuenta esto, se promediaron las calificaciones

obtenidas para cada requisito y para la valoración

global de todas las empresas, con lo que se ob-

tuvo el grado de satisfacción o grado de cumpli-

miento de los requisitos de la Norma NTC ISO

14001:2004; lo que se considera clave en la im-

plementación de un sistema de gestión ambiental

para el sector agroindustrial.

3. Resultados

3.1 Tipos de empresas

Las empresas estudiadas se clasificaron en vein-

tidós tipos, y estos a su vez se dividieron en dos

subsectores: alimentario y no alimentario. En la

119


tabla 1 se presentan las empresas correspondien-

tes al subsector alimentario, así como la fuente

bibliográfica que permitió la consolidación de la

información.

En la figura 1 se puede observar el porcentaje de

cada uno de los tipos de empresa del subsector

alimentario que han formulado su sistema de

gestión ambiental. En el subsector alimentario,

las “plantas de beneficio de carne y derivados

cárnicos” son las que más han reportado la im-


con una participación del 18%, esto se debe prin-

cipalmente a que la cadena de la carne en Colom-

bia se caracteriza por una compleja interacción

en sus procesos productivos, y de estas activida-

des se generan muchos subproductos que requie-

ren la implementación inmediata de programas

de manejo ambiental (SIC, 2014). En segundo lu-

gar, se tiene a las empresas de “derivados lácteos”

y la “industria del café” con un 14%; en los otros

tipos de empresa la implementación varía de un

9% a un 4%. En general, las empresas del subsec-

tor deben trabajar más en la implementación de

estos sistemas de gestión ambiental para garanti-

zar el mejoramiento continuo de las mismas.

Tabla 1. Clasificación de las empresas del subsector alimentario

Tipo Empresa Cantidad Subsector Fuente

Industria Arroz 2

Alimentario

Borbón y Moya, 1997; Cabrera y Camacho, 2008

Piscícola 2 Díaz y Trujillo, 2012; Joaquí, 2011

Derivados lácteos 3Buyucué y Tovar, 2008; Medellín 2007; Bermúdez,

2009

Avícola (huevos y pollos) 2 Bolaños y Camargo, 2011; Muñoz, 2012

Chocolate 1 González, 2009

Industria café 3Ramírez, 2013; Herrera y Valencia, 2005; Cardona

y Gómez, 2012

Frutas y verduras 1 Gutiérrez et al, 2009

Plantas de beneficio de carne

y derivados cárnicos4 Mas, 2013; Lara, 2006; Echeverri, 2009; Mejía 2011

Porcícola 1 Machado et al, 2010

Panelero 1 Mejía, 2007

Cerveza 1 Parada, 2010

Azúcar 1 Ruíz y Sandino, 2013

Cerveza5%

Azúcar5%

Industria arroz9%

Piscícola9%

Panelero5%

Porcícola4%

Plantas debeneficio de

carne yderivadoscárnicos

18%

Derivadoslácteos

14%

Frutas yverduras

4%

Industria café14%

Chocolate4%

Avícola (huevosy pollos)

9%

La industria bananera, correspondiente al tipo de

empresa “frutas y verduras”, no reporta sistemas

de gestión ambiental, sin embargo Minambien-

te (2014) formuló una guía ambiental para la

agroindustria de banano para su implementación

Figura 1. Tipos de empresa del subsector alimentario

con sistemas de gestión ambiental.


120

en los procesos industriales con fines de expor-

tación.

En la tabla 2 se presenta la clasificación de las

empresas correspondientes al subsector no ali-

mentario que fueron analizadas e igualmente la

fuente bibliográfica.

garantizan la existencia de programas sociales y

medioambientales en todos los cultivos del país

(Proexport, 2014), y esto se refleja siendo el tipo

de empresa que registra el mayor porcentaje de

implementación de sistemas de gestión ambien-

tal, que corresponde al 23%. El segundo lugar en

la formulación del sistemas de gestión ambiental

corresponde al tipo de empresa “Madera” con un

15%, y los otros tipos de empresas varían entre

un 7% y 8%.

3.2 Impactos ambientales generados por las

empresas del sector agroindustrial

Según Cabrera y Camacho, 2008, los aspectos

ambientales son los diferentes elementos, activi-

dades y productos de la empresa que pueden in-

teractuar con el medio ambiente. Los trabajos de

investigación consultados hicieron la identifica-

ción de los aspectos ambientales de las empresas

y la evaluación de los impactos ambientales aso-

ciados con los procesos industriales, que desa-

rrollan dichas empresas, utilizando metodologías

como: “Matriz de Leopold”, “redes de interacción”

y “reconocimiento de campo”. Los impactos am-

bientales negativos generados en las empresas, su

frecuencia de ocurrencia y la frecuencia relativa

expresada en porcentaje, se muestran a continua-

ción en la tabla 3:

Tabla 2. Clasificación de las empresas objeto de estudio del subsector no alimentario

Tipo Empresa Cantidad Subsector Fuente

Madera 2

No alimentario

Pérez y Upegui, 2008; Jaramillo, 2013

Flores 3 Álvarez et al, 2007; Londoño, 2003; Berrocal y Salazar, 2004

Palma 1 Enríquez, 2009

Centros de acopio 1 Calpa y López, 2008

Algodón 1 Mateus,2012

Grasas y aceites 1 Comisión Nacional del medio ambiente, 1998

Biocombustibles 1 Araujo y Misle, 2008

Curtiembres 1 Murcia, 2013

Tabaco 1 Alfaro, 2011

Alimentos balanceados

para animales1 León, 2009

Palma7%

Centros deacopio

7%

Algodón8%

Grasas y aceites8%

Biocombustibles8%

Curtiembres8%

Tabaco8%

Madera15%

Flores23%

Alimentosbalanceados

para animales8%

La figura 2 muestra los tipos de empresas del

subsector no alimentario que han formulado su

sistema de gestión ambiental. Las actividades en

las empresas dedicadas a la “poscosecha de flo-

res” se realiza con altos estandares de calidad que

Figura 2. Tipos de empresa subsector no alimentario con

sistemas de gestión ambiental

121


El impacto ambiental que se presenta con mayor

frecuencia en las empresas agroindustriales es la

“contaminación del aire por material particulado

y gases”, que se reporta en el 77,27% de ellas. Este

impacto se da por las emisiones de partículas en

los procesos de transformación como la trilla,

por la combustión de los motores de los equipos

de las plantas y por chimeneas.

La “generación de residuos sólidos ordinarios y

especiales” se presenta en el 68,18% de las em-

presas. Las causas de este impacto están asocia-

das con la generación de residuos que influyen

negativamente en la estética del paisaje y en la

contaminación del suelo.

El 63,64% de las empresas, consideran a la “con-

taminación por ruido” como un impacto muy

desfavorable debido a que afecta las funciones

auditivas en las personas que laboran en ellas y

que afecta a los habitantes del área de influencia

de las plantas.

Otro impacto que incide negativamente en las

empresas y su interacción con el medio ambien-

te es la “contaminación del recursos hídrico: al-

teración de parámetros fisicoquímicos” con un

59.09% de ocurrencia. El consumo de agua en

algunas empresas es significativo. El uso princi-

pal que las empresas le dan al agua es para ade-

lantar las labores de limpieza y desinfección, y se

descargan directamente a los cuerpos de agua,

alterando su calidad y disponibilidad para usos

primarios.

El “riesgo laboral y deterioro de la salud” que es

considerado negativo por el 50% de los tipos de

empresa, se debe a las actividades propias de las

plantas de procesamiento, generalmente en el

área de transformación que implique maquinaria

Tabla 3. Impactos ambientales negativos generados en los tipos de empresa del sector agroindustrial

Ítem Impactos NegativosFrecuencia de

ocurrencia%

1 Contaminación del aire por material particulado y gases 17 77,27

2 Generación de residuos sólidos ordinarios y especiales 15 68,18

3 Contaminación por ruido 14 63,64

4 Contaminación del recursos hídrico: alteración de parámetros fisicoquímicos 13 59,09

5 Riesgo laboral y deterioro de la salud 11 50,00

6 Vertimiento de aguas residuales y otros 9 40,91

7 Generación de olores desagradables 7 31,82

8 Proliferación de plagas: roedores e insectos 6 27,27

9 Deterioro del paisaje 6 27,27

10 Modificación del hábitat, alteración de fauna y flora 5 22,73

11 Disminución del caudal y deterioro en los cuerpos de agua 4 18,18

12 Desperdicio del recurso hídrico 4 18,18

13 Altos consumos de energía eléctrica 4 18,18

14 Afectación de vías por aumento de flujo vehicular 3 13,64

15 Erosión y degradación de las características físico químicas del suelo 3 13,64

16 Generación de alta carga contaminante por pelambre* 1 4,55

17 Afectación de las aguas por curtido al cromo* 1 4,55

18 Residuos sólidos con cromo* 1 4,55

19 Afectación del agua por presencia de grasas, ácidos orgánicos y anilinas* 1 4,55

*Impacto presente en un solo tipo de empresa pero que requiere un control especial.


122

con partes móviles y que interactúan de manera

directa con los trabajadores.

En la figura 3 se observa que los cinco impactos

analizados arriba presentan una frecuencia de

ocurrencia mayor al cincuenta por ciento, sien-

do estos los impactos ambientales significativos a

los que se les debe prestar mayor atención para la

formulación de programas, metas y objetivos del

sistema de gestión ambiental de empresas agroin-

dustriales.

muy especiales del tipo de empresa dedicada a

“curtiembre”. En estos procesos las aguas utiliza-

das sufren alteraciones en su pH, es decir, dicha

agua contiene una gran variedad de sustancias

que traen como consecuencia contaminación al

medio ambiente, estas aguas no son aptas para el

consumo humano, porque generan diversas en-

fermedades virales, respiratorias, inmunológicas,

cutáneas, entre otras; además se deteriora la fau-

na aledaña a las fuentes hídricas (Murcia, 2013).

3.3 Evaluación de los requisitos NTC ISO

14001:2004 de los sistemas de gestión am-

biental del sector agroindustrial

En la figura 4 se puede apreciar la valoración pro-

medio del grado de satisfacción de los requisitos

de la NTC ISO 14001:2004 obtenidas por las em-

presas del sector agroindustrial, que aplicaron la

metodología propuesta por Palom (1997).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Impacto ambiental

Po

rcen

taje

de

emp

resa

s (%

)

90,00

80,00

70,00

60,00

50,00

40,00

30,00

20,00

10,00

0,00

Figura 3. Impactos ambientales negativos ordenados de

acuerdo al porcentaje de empresas que lo generan

Los impactos ambientales “vertimiento de aguas

residuales y otros”, “generación de olores desa-

gradables”, “proliferación de plagas: roedores e

insectos”, “deterioro del paisaje”, “modificación

del hábitat, alteración de fauna y flora”, “dismi-

nución del caudal y deterioro en los cuerpos de

agua”, “desperdicio del recurso hídrico”, “altos

consumos de energía eléctrica” y “erosión y de-

gradación de las características físico químicas

del suelo”, tienen una incidencia que varía desde

el 40,91% hasta el 13,64%. Estos impactos, de me-

nor frecuencia de ocurrencia, se pueden asociar

al diseño de los objetivos y metas ambientales

para cada empresa así como a los indicadores del

sistema de gestión ambiental.

En cuanto a los impactos “generación de alta car-

ga contaminante por pelambre”, “afectación de

las aguas por curtido al cromo”, “residuos sólidos

con cromo”, “afectación del agua por presencia de

grasas, ácidos orgánicos y anilinas”, son impactos

% Satisfacción

37,80

23,07

21,05

20,12

20,00

19,64

19,62

19,56

15,84

15,62

13,92

11,39

10,62

8,17

7,56

7,08

6,50

0,60

0,004.4.4 Documentación

4.2 Política Ambiental

4.6 Revisión por la dirección

4.1 Requisitos generales

4.5.2 Evaluación del cumplimiento legal

4.4.5 Control de documentos

4.4.1 Recursos, funciones, responsabilidad y...

4.4.3 Comunicación

4.4.2 Competencia, formación y toma de...

4.5.3 No conformidad, acción correctora y...

4.5.4 Control de los registros

Valoración Global Empresa

4.4.7 Preparación y respuestas ante emergencias

4.3.3 Objetivos, metas y programas

4.4.6 Control operacional

4.3.2 Requisitos legales y otros requisitos

4.5.1 Seguimiento y medición

4.3.1 Aspectos medioambientales

4.5.5 Auditorías internas

Teniendo como base la información obtenida de

las empresas del sector agroindustrial (Figura 4),

a continuación se presenta el grado de satisfac-

Figura 4. Histograma ordenado de acuerdo al grado de

satisfacción de los requisitos de la NTC ISO 14001:2004

presentes en el sector agroindustrial.

123


ción de los requisitos de la NTC ISO 14001:2004,

de acuerdo a lo reportado en las revisiones am-

bientales iniciales consultadas e igualmente la

apreciación del respectivo requisito.

Requisitos generales: Las empresas del sector

agroindustrial están empezando a tomar medidas

para definir y documentar un sistema de gestión

ambiental en ellas. Su calificación es de 7,56. Por

lo tanto es urgente insistir ante las gerencias so-

bre la importancia del tema ambiental, para for-

talecer su compromiso con la implementación de

un sistema de gestión ambiental que permita el

mejoramiento continuo.

Política ambiental: Su calificación es de 6,50.

Esto indica que algunas de las empresas están de-

finiendo los principios de acción o las directrices

generales sobre el medio ambiente, que permitan

fijar los objetivos y metas ambientales.

Aspectos ambientales: Este estudio permite evi-

denciar que este requisito tiene un grado de satis-

facción del 37,80% el cual, según Palom (1997),

corresponde a “mínima medida” con tendencia a

“grado aceptable”. Las empresas tienen metodo-

logías claras que permiten fijar directrices para

el manejo de los impactos ambientales, algunos

tipos de empresas cuentan con las guías ambien-

tales aportadas por el Ministerio de Ambiente y

Desarrollo Sostenible. Es importante resaltar que

este requisito presentó una calificación por enci-

ma de la obtenida en la “Valoración Global de las

empresas” que llegó a un 19,62%, lo que eviden-

cia que el sector agroindustrial tiene un interés

manifiesto en la implementación de los Sistemas

de Gestión Ambiental.

Requisitos legales y otros requisitos: Con un

grado de satisfacción del 21,05%, este requisito es

uno de los que más se acerca al cumplimiento de

“mínima medida”. Conforme a lo estipulado en la

Norma NTC ISO 14001:2004, toda empresa debe

tener un procedimiento que permita identificar

y tener acceso a los requisitos legales y otros que

influyan directa o indirectamente y que tengan

aplicabilidad en los aspectos ambientales de sus

Tabla 4. Requisitos legales y otros aplicables al sector agroindustrial

Impacto ambiental significativo u

otro componente ambientalDisposición legal de ámbito nacional, regional o local

Contaminación del aire por

material particulado y gases

Decreto 2811 del 18 de diciembre de 1974, Decreto 02 de 1982, Ley 30 de 5

de marzo de 1990, Decreto 948 del 5 de junio de 1995, Decreto 2107 del 30 de

noviembre de 1995, Resolución 1351 del 14 de diciembre de 1995, Resolución

619 del 7 de Julio de 1997, Resolución 1048 del 6 de diciembre de 1999, Ley

629 del 27 de diciembre de 2000, Resolución 0068 del 18 de enero del 2001 y

Resolución 0601 del 4 de abril del 2006.

Generación de residuos sólidos

ordinarios y especiales

Decreto 1715 del 4 de agosto de 1978, Ley 09 del 24 de enero de 1979, Resolu-

ción 541 del 14 de diciembre de 1994 y Decreto 1713 del 6 de agosto de 2002.

Contaminación por ruidoDecreto 2811 del 18 de diciembre de 1974, Resolución 08321 del 4 de agosto de

1983 y Resolución 0627 del 7 de abril de 2006.

Contaminación del recursos

hídrico: alteración de parámetros

fisicoquímicos

Constitución política de Colombia 1991, Ley 23 de 1973, Decreto 2811 del 18

de diciembre de 1974, Ley 09 del 24 de enero de 1979, Decreto 1594 de 1984,

Decreto 3930 del 25 de octubre de 2010, Decreto 4728 del 23 de diciembre de

2010, Resolución 1096 del 17 de noviembre de 2000, Decreto 3039 de 2010,

Decreto 1575 del 9 de mayo de 2007, Resolución 2115 del 22 de junio de 2007,

Resolución 1618 del 7 de mayo de 2010 y Decreto 2667 del 21 de diciembre de

2012.

Riesgo laboral y deterioro

de la salud

Resolución 08321 del 4 de agosto de 1983, Decreto 1295 del 22 de junio de 1994

y Ley 1562 del 11 de julio de 2012.

Industria Decreto 1299 del 22 de enero de 2008


124

actividades, productos y servicios. En la tabla 4

se muestra los requisitos legales y otros aplicables

al sector agroindustrial derivados de los impac-

tos ambientales más significativos encontrados

en esta investigación.

Objetivos, metas y programas: El requisito fue

valorado con un cumplimiento del 20%. Ésto de-

bido a que algunas empresas, aunque han realiza-

do evaluación de impacto ambiental, todavía les

falta fortalecer los objetivos, metas y programas

que conlleven a un compromiso real por parte de

todo el personal que labora en ellas.

Recursos, funciones, responsabilidad y autori-

dad: Su grado de satisfacción fue del 11,39%, lo

que se interpreta como la existencia de algunas

funciones de responsabilidad ambiental; se debe

trabajar en la elaboración de un manual de fun-

ciones que permita generar responsabilidades y

evidencias sobre el cumplimiento de las metas y

objetivos.

Competencia, formación y toma de conciencia:

La valoración de este requisito es de 15,62%. En

el sector agroindustrial se hacen algunas capa-

citaciones relacionadas con el medio ambiente,

pero es necesario generar conciencia en el perso-

nal mediante diversas actividades y responsabili-

dades que le permitan hacer parte importante de

un proceso que garantice su trabajo en armonía

con el ambiente.

Comunicación: Se obtuvo un grado de satisfac-

ción del 13,92%. Es necesario que las empresas

implementen estrategias de comunicación de los

programas y proyectos ambientales, así como

procedimientos para establecer y mantener co-

municaciones internas entre las diferentes áreas

y funciones de las empresas.

Documentación: El grado de satisfacción de este

requisito es de 0%, lo que indica que “no existe en

ninguna medida”. Las empresas no cuentan con

un documento que recopile la información sobre

temas y programas ambientales propios.

Control de documentos: El requisito control

de documentos fue valorado con un 10,62% de

satisfacción, lo cual muestra la necesidad de im-

plementar procedimientos claros en cuanto al

manejo del archivo en las empresas y la imple-

mentación de un adecuado sistema de control y

manejo de la documentación.

Control operacional: Este requisito se acerca a

la valoración “mínima medida”, con un 20.12%;

se documentan sólo los trámites administrativos.

Para mejorar este requisito se debe documentar

los procedimientos operativos y crear procedi-

mientos para actividades de carácter ambiental

específicamente.

Preparación y respuesta ante emergencias:

Este requisito tiene un grado de satisfacción del

19,64%, lo que indica que las empresas no tie-

nen claramente definidos los procedimientos de

emergencias ambientales.

Seguimiento y medición: Este requisito se acerca

a la valoración “mínima medida” con un 23,07%,

no obstante, se debe trabajar en la elaboración

de procedimientos documentados que permitan

medir y controlar las características medioam-

bientales significativas.

Evaluación del cumplimiento legal: Este requi-

sito obtuvo una valoración de 8,17%, ya que en

las empresas existe interés por el cumplimiento

legal pero no existen procedimientos para el mo-

nitoreo periódico del cumplimiento a la norma-

tividad.

No conformidad, acción correctiva y acción

preventiva: Las empresas tienen estudios de im-

pacto ambiental en donde se proponen algunas

acciones correctivas y preventivas, por ello este

requisito se calificó con 15,84%, aunque se deben

elaborar los procedimientos y métodos para de-

terminar las fallas o deficiencias del sistema y las

respectivas acciones correctivas y preventivas.

Control de registros: El control de registros tie-

ne un grado de satisfacción del 19,56%, las em-

125


presas cuentan con archivos de registros de es-

tudios ambientales y permisos ambientales, pero

deben establecer procedimientos para identificar,

archivar y eliminar registros ambientales.

Auditoría interna: En las empresas del sector

agroindustrial prácticamente “no existe en nin-

guna medida” las auditorías de calidad, por ello

su calificación es de 0,60%, sólo se hacen audito-

rías contables.

Revisión por la gerencia: La gerencia no cuenta

con procedimientos establecidos para las revi-

siones, se realizan revisiones de documentos y

se tienen en cuenta los temas medioambientales,

pero no hay evidencia de la ruta que siguen di-

chos documentos, por ello la valoración es 7,08%.

Valoración global del sector: La valoración global

promedio de las empresas del sector agroindustrial

es de 19,62%, lo que indica que se está empezando

a trabajar en las medidas para la implementación

de un sistema de gestión ambiental con el fin de

mejorar su responsabilidad ambiental.

4. Conclusiones

Los tipos de empresa que más se han preocupado

por el diseño e implementación de un sistema de

gestión ambiental en el sector alimentario son las

“plantas de beneficio y derivados cárnicos”, “deri-

vados lácteos” e “industria del café”. En el sector

no alimentario la “industria de las flores” es la

que más ha realizado sistemas de gestión ambien-

tal. Es importante la implementación del sistema

de gestión ambiental ya que cada vez existen ma-

yores niveles de competencia a nivel internacio-

nal, a los que deberán enfrentarse las empresas

agroindustriales producto de convenios o trata-

dos que exigen la protección del medio ambiente.

Los impactos ambientales negativos más signifi-

cativos para el sector agroindustrial son: “conta-

minación del aire por material particulado y ga-

ses”, “la generación de residuos sólidos ordinarios

y especiales”, “contaminación por ruido”, “conta-

minación del recurso hídrico” y “riesgo laboral y

deterioro de la salud”. Para su manejo y control,

se deben fijar lineamentos en la política ambien-

tal, objetivos y metas ambientales en el sistema de

gestión ambiental.

La valoración global promedio de la revisión am-

biental inicial mostró que las empresas del sector

agroindustrial no tienen un compromiso defini-

do respecto al manejo del medio ambiente, aun-

que adelantan algunas acciones puntuales para el

control de la contaminación. Esta valoración evi-

dencia la necesidad de un compromiso real de los

directivos para la implementación de los sistemas

de gestión formulados, que garantice un enfoque

ambiental por parte de las empresas. De igual

manera y como parte del mejoramiento continuo

se debe realizar periódicamente la verificación

de cumplimiento de cada requisito de la NTC

ISO 14001 para evaluar la eficacia de la puesta en

marcha de los sistemas de gestión ambiental.

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para optar al Título de Ingeniero Industrial. Facul-

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al Título de Especialista en Ingeniería Ambiental.

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doc/55696207/Sistema-de-Gestion-Ambiental-pa-

ra-Agroindustrias-Colombianas

129


NORMAS GENERALES PARA PUBLICACIÓN DE ARTICULOS

REVISTA INGENIERÍA Y REGIÓN

FACULTAD DE INGENIERÍA - UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

El Comité Editorial de la Revista Ingeniería y Región invita a profesionales, investigadores,

docentes, estudiantes, administrativos y directivos de ingeniería para que presenten sus con-

tribuciones o trabajos inéditos orientados hacia el tema general: Ingeniería y Biotecnología y

afines, se aceptan artículos en español e ingles. Los documentos sometidos deben ser producto

de una investigación, una experiencia práctica de la profesión o una revisión de un tema espe-

cífico (ver Tipología) y deben encontrarse enmarcados dentro de la temática de la Ingeniería.

1. TIPOLOGÍA DE LOS DOCUMENTOS

Además de la clasificación dentro de una disciplina, especialidad y subespecialidad, según la

clasificación hecha por Colciencias basada en los Códigos UNESCO, todos los artículos deben

cumplir con una de las siguientes tipologías (Colciencias, 2006):

Artículo de investigación científica y tecnológica:Documento que presenta, de manera de-

tallada, los resultados originales de proyectos terminados de investigación. La estructura del

documento debe contener como mínimo: Resumen (Abstract), introducción, metodología,

resultados y conclusiones.

Artículo de reflexión:presenta resultados de investigación terminada desde una perspectiva

analítica, interpretativa o crítica del autor sobre un tema específico, recurriendo a fuentes

originales.

Artículo de revisión:Documento producto de una investigación terminada donde se ana-

lizan, sistematizan e integran los resultados de investigaciones publicadas o no publicadas,

sobre un campo en ciencia o tecnología, con el fin de dar cuenta de los avances y tendencias

de desarrollo. Presenta una cuidadosa revisión bibliográfica de por lo menos 50 referencias.

Articulo corto:Presenta en forma breve resultados originales preliminares o parciales de una

investigación científica o tecnológica, que por lo general requiere de una pronta difusión.

Reporte de caso:Documento que presenta los resultados de un estudio sobre una situación

particular con el fin de dar a conocer las experiencias técnicas y metodológicas consideradas

en un caso específico. Incluye una revisión sistemática comentada de la literatura sobre casos

análogos.

Cartas al editor:Posiciones críticas, analíticas o interpretativas sobre los documentos publi-

cados en la revista, que a juicio del comité editorial constituyen un aporte importante a la

discusión del tema por parte de la comunidad científica de referencia.


130

2. ARBITRAJE

Las contribuciones para la Revista Ingeniería y Región serán sometidas a consideración del

Comité Editorial, el cual examinará que los artículos cumplan con las normas editoriales esta-

blecidas, solicitando a los autores, las modificaciones en cada caso. Los artículos que cumplan

las normas editoriales, serán remitidos como mínimo a dos evaluadores (Árbitros) quienes

emiten su concepto escrito sobre la calidad y relevancia de cada contribución, recomendan-

do: publicación sin correcciones, publicación con correcciones y No apto para publicación.

3. TEMÁTICAS

La revista Ingeniería y Región aborda aspectos relacionados con la investigación y los desarro-

llos experimentales realizados en cualquiera de las disciplinas de la ingeniera, por lo que es

requisito fundamental que las contribuciones se enmarquen en este tipo de temáticas.

4. PERIODICIDAD

La revista Ingeniería y Región fue publicada por primera vez en el año 2001 y a partir del 2014

cuenta con una periodicidad SEMESTRAL.

5. CONTENIDO

Cualquier artículo para ser considerado por el Comité para su posible publicación en la Revis-

ta Ingeniería e Investigación debe contar con los siguientes componentes:

Titulo (En español y en inglés)

Información de los autores. (Nombre, formación académica, instituciones a la que está vin-

culado y correo electrónico)

Resumen en español e inglés.

Palabras clave en español e inglés

Introducción.

Cuerpo del artículo (en el que se incluirá algunos de los siguientes apartes: Formulaciones

matemáticas, materiales y métodos, procedimientos, ejemplos de aplicación y resultados y

discusión)

Conclusiones.

Referencias bibliográficas. (Ver normas más adelante).

Agradecimientos.(Si los hubiere, deberán ser preferiblemente breves e incluir los aportes

esenciales para

Apéndices.(Cuando sea estrictamente necesario)

6. PRESENTACION DE LOS ARTICULOS

6.1 Papel y Márgenes: Tamaño de papel: carta (21.6x27.9 cm); Márgenes: Arriba y abajo

=2.54cm., izquierda y derecha: 1.78cm.

6.2 Formato: Letra Times New Roman. Todo párrafo debe ir con interlineado sencillo. Las

unidades deben ir de acuerdo al sistema internacional. Las siglas: en el primer momento que

se menciona deben decir su significado, a partir de la segunda citación ya va solo la sigla. Las

tablas y figuras se colocan dentro del texto en forma oportuna a medida que se haga mención

a estas. Las Tablas se titulan en su parte superior, justificada a la izquierda con su correspon-

diente titulo y se enumeran en orden de aparición. Las figuras se titulan en la parte inferior

131


seguido del correspondiente número. Las palabras Tabla y Figura con su correspondiente nu-

meración seguida de punto van en negrilla.

6.3 Extensión:Los trabajos NO deben exceder doce (12) páginas en espacio sencillo incluyen-

do resumen, tablas, diagramas, figuras, referencias y bibliografía.

6.4 Tipo de archivo: Microsoft Office Word.

6.5 El titulo. Tipo y tamaño de letra= Times New Roman, 18.5 puntos. Escribirlo en ingles y

español en el mismo tamaño, el primero en color negro y el segundo en gris, sin mayúscula

sostenida. El titulo ha de ser informativo y preciso.

6.6 Autores. Tipo y tamaño de letra = Times New Roman, 14 puntos (Los nombres completos

y el primer apellido del autor se escriben completamente y se separan con coma (,), antes del

último autor se coloca la letra “y”. En todos los autores primero se colocan los nombres y luego

el apellido. Cada autor tiene un número en superíndice para indicar su filiación.)

6.7 Filiación. Tipo y tamaño de letra = Times New Roman, 8.5 puntos, itálicas (Se deja un

espacio y se coloca un superíndice en letra normal -no itálica- y se coloca la afiliación-com-

pañía o empleo- del autor con su dirección física y su dirección electrónica. Cada afiliación va

centrada en un renglón. Para cada autor se debe dar el mayor grado de escolaridad.)

6.8 Datos de aceptación. Tipo y tamaño de letra = Times New Román, 8.5 puntos (Se debe

colocar la fecha de recepción, de revisión y de aceptación. Obviamente, los dos últimos datos

son desconocidos al efectuar solicitud de publicación.)

6.9 Resumen (Debe ir en Ingles y en español).El resumen se inicia con el título Resumen,

justificado a la izquierda y en negrilla. El resumen debe contener máximo 300 palabras. El tipo

de letra es Times New Roman y el tamaño de la letra del cuerpo del resumen y del título del

resumen es de 11 puntos. Incluir el objetivo, materiales y métodos, resultados y conclusiones

de manera concisa.

6.10 Palabras Claves (Deben ir en Ingles y en español).Tanto el título como las palabras

clave van en Times New Roman de 10 puntos. La expresión “Palabras Claves” van en itálicas

seguida por dos puntos (:). Posteriormente se citan las palabras claves separadas por punto y

coma (;). No va la letra “y”. Las palabras claves van separadas del resumen en un espacio. Hace

referencia a términos cortos que facilitan la clasificación del artículo. Emplear máximo 6.

6.11 Introducción, cuerpo del artículo y conclusiones. El tipo de letra es Times New Roman

y el tamaño de la letra de 11 puntos. Desde aquí se numeran los títulos. Debe indicar clara-

mente el propósito de la investigación, relacionando igualmente en forma selectiva la literatu-

ra pertinente, la introducción contiene un breve estado del arte y/o una reseña histórica que

permite abordar el problema a tratar (6 citas como mínimo). No incluir datos ni conclusiones

del trabajo que está dando a conocer.

6.12 Materiales y métodos:Describir con claridad los procedimientos empleados en la inves-

tigación, incluyendo diseño estadístico y análisis de datos. Estructurar esta sección indicando

tipo de estudio, sitio, condiciones geo-climáticas, coordenadas del sitio de estudio, tratamien-

tos, métodos de laboratorio, etc.

6.13Resultados y Discusión:Incluir los resultados obtenidos en la investigación, presentarlos

en forma de texto, tablas (cuadros) o figuras.No duplicar la información presentada. Además


132

presentar resultados que puedan ser fácilmente calculables. En la Discusión se resaltarán los

principios más importantes y relaciones causa-efecto derivadas del análisis de los resultados.

Además se deberá explicar en función de las observaciones realizadas, el porqué de lo obser-

vado, sin especular. Los resultados obtenidos se compararán con los de otros investigadores y

se señalarán las divergencias y las semejanzas.

6.14 Conclusiones:Las primeras conclusiones que se presenten deben ser aquellas correspon-

dientes a los objetivos planteados y se pueden dar recomendaciones para próximas investiga-

ciones.

6.12 Referencias Bibliográficas: Un mínimo de 10 en orden alfabético y numeradas. Prime-

ro va el apellido del primer autor seguido por coma y las iniciales del mismo. Al finalizar el

último autor se coloca la coma y el año de publicación, luego va el título de la fuente citada.

Seguidamente va el nombre del libro, revista o conferencia, citando el volumen y las paginas.

Las referencias bibliográficas consultadas en Internet se redactarán de acuerdo con lo enuncia-

do previamente además de incluir la dirección electrónica y la fecha en que se hizo la consulta.

Ejemplos:

Libros:

Earlougher Jr., R.C., 1977. Advances in Well Test Analysis. Monograph Series, vol. 5. SPE,

Dallas, TX. 284 pp.

Artículos en revistas y publicaciones periódicas:

Engler, T., Tiab, D., Lee, J., 1996. Analysis of Pressure and Pressure Derivative without Type

Curve Matching, 4. Naturally Fractured Reservoirs. J. Pet. Sci. Eng. 15, 127–138.

Gringarten, A.C., 2006. From Straight Lines to Deconvolution: the Evolution of the State of the

Art in Well Test Analysis. Paper SPE 102079 presented at the 2006 Annual Technical Confe-

rence and Exhibition of the SPE held in San Antonio, TX, 24–27.

Contribuciones en libros:

Carrera-Bolaños J., 1994. Racionalidad, tecnología y desarrollo: Los grandes problemas de la

ciencia y la tecnología. Varela R. y Mayer L Ed., México, 39-47.

Conferencias

Gutiérrez, G., Serra, J.A., Clemente, G., 2008. Identificación de factores críticos para implantar

buenas practicas agrícolas. Conferencia Internacional sobre ciencia y tecnología de los ali-

mentos – CICTA 11, julio, 284 pp.

Fuentes electrónicas:

University of Hong Kong, 1997. Final report: Ad Hoc Group for Learning Technologies. Con-

sultado el 21 de mayo de 2002. http://www.hku.hk/caut/Homepage/itt/5_Reports/5_1AdHoc.

htm.

6.12.1 Citas en el texto se harán de acuerdo con la forma en que éstas participen en la oración.

Siguiendo las siguientes reglas:

133


a) Cuando se trate de uno o dos autores se citará el apellido principal del(los) autor(es) y el

año, y año cuando se trate de tres o más autores, se citará el apellido principal del primer

autor seguido de et al.

b) Cuando hay más de una, se colocarán en orden cronológico;

c) Cuando el nombre del(los) autor(es) participe en la oración, se colocará el apellido prin-

cipal, seguido del año entre paréntesis. Ejemplo: Martínez (2006) observó que…, Valdés

(2007) y Bouza (2008) ratificaron …;

d) Cuando la cita se agrega al final de la oración, los nombres de los autores y el año se colo-

carán entre paréntesis, separados por una coma. Ejemplo: al final de la cosecha (Paneque,

2006) o De las Cuevas, 2007; García, 2008) o (Hernández, et al., 2007);

e) Cuando el autor tiene más de una publicación en un año se le adiciona a, b, o c. Ejemplo:

(Iglesias, 2007a), (Iglesias, 2007b) o (Iglesias, 2007c).

7. PROCESO DE PUBLICACION DE UN ARTÍCULO.

1. Las contribuciones deben enviarse a: Universidad Surcolombiana Avenida Pastrana Carrera

1 Neiva Colombia - Revista Ingeniería y Región, Edificio facultad de Ingeniería Segundo piso,

con una carta dirigida al editor de la revista, Ing. CLAUDIA MILENA AMOROCHO CRUZ.,

en la que todos los autores manifiestan el interés de someter el artículo a consideraciónde la

Revista Ingeniería y Región.

2. El artículo debe llevar la información de clasificación de la tipología del artículo según lo

establecido por la Revista y la clasificacióndentro de una disciplina, especialidad y subespecia-

lidad, según la clasificación hecha por Colciencias basada en los Códigos UNESCO.

3. El artículo debe enviarse al correoelectrónico de la revista [email protected]

4. Una vez que el artículo llegue al correo de la revista, se notificará por correo electrónico el

recibido y se iniciará el proceso deevaluación por pares; luego de esta evaluación, se informará

a los autores si el artículo se acepta o no.

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