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Enfoque UTE es una revista de carácter técnico-científico, que publica artículos sobre trabajos de

investigación científica y tecnológica, revisión del estado del arte en un área específica del conocimiento y

trabajos de vinculación con la comunidad en los cuales se realizaron actividades de investigación científica.

La revista abarca las áreas temáticas de las ingenierías Ambiental, de Alimentos, Automotriz, Industrial,

Informática, Mecatrónica, y de Petróleos.

Enfoque UTE está dirigida a la comunidad de docentes, investigadores, y estudiantes universitarios, de

pregrado y posgrado en general.

Enfoque UTE

Volumen 6 – Número 4

Diciembre – 2015

e-ISSN: 1390-6542 (electrónico) / p-ISSN: 1390-9363 (impreso)

Copyright © 2010 - 2015

Facultad de Ciencias de la Ingeniería

Universidad Tecnológica Equinoccial

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Dirección: Av. Mariscal Sucre (Occidental) y Mariana de Jesús, s/n.

Quito-Ecuador

Comité Editorial

Director

Jorge Viteri Moya, Universidad Tecnológica Equinoccial, Ecuador

Coordinador Comité Editorial

Diego Ordóñez Camacho, Universidad Tecnológica Equinoccial, Ecuador

Comité Editorial

Juan Bravo Vásquez, Universidad Tecnológica Equinoccial, Ecuador

Analía Concellón, Universidad Nacional de La Plata, Argentina

Albert Ibarz, Universidad de Lleida, España

Alberto Medina León, Universidad de Matanzas, Cuba

Carlos Monsalve Arteaga, Escuela Politécnica del Litoral, Ecuador

María Gabriela Pérez, Escuela Politécnica Nacional, Ecuador

Jordi Saldo Periago, Universidad Autónoma de Barcelona, España

Neus Sanjuan, Universidad Politécnica de Valencia, España

Gabriela Vernaza Leoro, Universidad San Francisco de Quito, Ecuador

Fabián Villavicencio Abril, Universidad de las Fuerzas Armadas, Ecuador

Índices / Catálogos / Bases de datos

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DOAJ (Directory of Open Access Journals) https://doaj.org/toc/1390-6542

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Contenido

Revisión del estado del arte para la gestión y mejora de los procesos empresariales .................... pp. 1 - 22

Henrry Ricardo Cabrera, Alberto Medina León, Dianelys Nogueira Medina, Quirenia Núñez Chaviano

Potencial de aprovechamiento de la biomasa vegetal como aislamiento en climas extremos del Ecuador

................................................................................................................................................ pp. 23 - 41

Luis Velasco Roldán, Leonardo Goyos Pérez, Luis Fernando Freire Amores, Alexander Ibarra

Caracterización de biomasa residual de la región Arequipa para la producción de biocombustibles

................................................................................................................................................ pp. 42 - 54

María Laura Stronguiló Leturia, Lynet Milagros Chacón Febres

Formulación y caracterización de bebidas nutricionales con base a zapallo y lactosuero, enriquecidas con

avena y maracuyá...…. .............................................................................................................. pp. 55 - 66

Alex Valencia, Liliana Acurio, Lander Pérez, Diego Salazar, Verónica Tamayo

Impactos ambientales asociados con el proceso de producción del concreto……… ..................... pp. 67 - 80

Aura Navas de García, Rosa E. Reyes Gil, Luis E. Galván Rico

Delimitación automática de microcuencas utilizando datos SRTM de la NASA ........................... pp. 81 - 97

Freddy Aníbal Jumbo Castillo

Diseño de un amplificador de potencia para comunicaciones inalámbricas utilizando tecnológica

microcinta y Microwave Office ............................................................................................... pp. 98 - 112

Christian Tipantuña, José Antonio Estrada, Juan Carlos Estrada, Carla Parra.

Evaluación y control del riesgo químico por vapores orgánicos en los despachadores de combustible de

una estación de servicio ....................................................................................................... pp. 113 - 123

Stephanie Ehmig Santillán

Prefacio

Enfoque UTE finaliza su sexto año de trabajo con la satisfacción de consolidarse como una de las revistas

científicas de mayor crecimiento dentro de su medio, lo que se pone claramente de manifiesto por su

inclusión en el Emerging Sources Citation Index del Web of Science (Thomson Reuters).

La presente edición aporta con 8 relevantes artículos de investigación tecnológica y de ingeniería. El primer

artículo presenta una revisión de la tendencia internacional en cuanto a la gestión y mejora de los procesos

empresariales. A continuación se estudia el uso de materiales compuestos alternativos como aislantes en

construcciones de climas extremos. El tercer artículo caracteriza la biomasa residual para la generación de

biocombustibles. Luego se estudia el uso de avena, maracuyá y zapallo en bebidas a base de lacteos. El

quinto artículo estudia el impacto ambiental de la producción de concreto. Inmediatamente se presenta

cómo delimitar microcuencas mediante datos libres proporcionados por la NASA. El siguiente artículo trata

sobre el diseño de amplificadores de potencia. Finalmente se estudia el control del riesgo químico por

vapores producidos en estaciones de servicio de combustibles.

Este Comité, agradece de manera especial a todos sus colaboradores, autores y revisores, su trabajo

constante y su profesionalismo.

Comité Editorial

Quito, diciembre 2015.

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22 http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/

e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/06/15 Aceptado (Accepted): 2015/12/07

CC BY-NC-ND 3.0

Revisión del estado del arte para la gestión y mejora de los

procesos empresariales

(Revision of the state of the art for the administration and

improvement of the managerial processes)

Henrry Ricardo Cabrera1, Alberto Medina León2, Dianelys Nogueira Medina2, Quirenia

Núñez Chaviano1

Resumen:

El presente artículo relaciona conceptos y conocimientos sobre la tendencia internacional en

cuanto a la gestión y mejora de los procesos empresariales. En la metodología se consideró la

revisión y análisis de publicaciones de acceso online, bases de datos indexadas y otras de la

Web de la Ciencia para identificar aquellos aspectos de interés que influyen en el desempeño

de las empresas y sus procesos. Los principales hallazgos indican que en la actualidad

cualquier intento por formalizar la gestión y mejora de procesos debe contener supuestos

teóricos alrededor de la gestión por procesos y la integración de sistemas, además es

imprescindible aceptar como base las buenas prácticas de gestión, tratadas con un enfoque de

procesos, que resaltan en la selección de los procesos, la determinación y evaluación de las

oportunidades de mejora , los indicadores y su relación con las estrategias empresariales.

Palabras clave: Mejora de procesos; Sistemas de gestión empresariales; Integración de

sistemas de gestión.

Abstract:

The present article relates concepts and knowledge on the international tendency as for the

administration and improvement of the managerial processes. In the methodology review and

analysis published online access, indexed database and other Web of Science is considered to

identify those aspects of interest that influence the performance of companies and their

processes. The main findings indicate that today any attempt to formalize the management and

process improvement must contain theoretical assumptions about process management and

system integration, it is also imperative to accept the basis of good management practices,

treated with a focus process, highlighted in the selection process, the identification and

assessment of opportunities for improvement, indicators and its relationship with business

strategies.

Keywords: Process improvement; Business management systems; Integration of management

systems.

1 Universidad de Cienfuegos, Cienfuegos - Cuba( hricardo, knunez @ucf.edu.cu)

2 Universidad de Matanzas, Matanzas - Cuba ( alberto.medina, dianelys.nogueira @umcc.cu )

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

1. Introducción

Desde finales del siglo veinte hasta la fecha, el mundo ha sufrido numerosos cambios que van

desde la consolidación de la globalización de los mercados hasta la revolución en la tecnología de

la información y las comunicaciones(Alonso Torres, 2014).

(2.1) Por tanto, la gestión de las empresas, en la creciente complejidad de sus actividades, debe

procurar la preparación de los componentes humanos, y la mejoría de los materiales. Resultan

comunes los logros obtenidos en la gestión sobre la base de un enfoque por proceso(Nariño

Hernández, Nogueira Rivera, & Medina León, 2014), fundamentalmente en el desarrollo de una

cultura orientada a la mejora continua, la sistematización de los procesos, la participación del

personal, el trabajo en equipo y la creatividad(Hernández Nariño, Medina León, Nogueira Rivera,

& Marqués León, 2009).

(2.2-2.3) La calidad de productos y/o servicios constituye un elemento importante en la

supervivencia (Karapetrović, Casadesus, & Heras, 2010)(Gasiorowski, 2013) y posicionamiento de

las empresas en el mercado (Bratić, 2011). El estudio de la calidad ha evolucionado, de un inicio,

centrado en el control de la calidad a, finalmente, la implementación de la Calidad Total y a

sistemas de gestión empresariales estrechamente relacionados con la mejora continua.

(2.4) Las metodologías y herramientas de mejora impactan sobre las personas e introducen

modificaciones en sus actitudes, aptitudes, comportamientos(Karapetrovic, 2003) (Abab Puente,

Vilajosana Crusells, & Dalmau, 2014) y conllevan a un mejor aprovechamiento de los recursos de

uno u otro tipo. Se proponen y diseñan para incrementar los resultados de los indicadores de

gestión(IFA, 2010)(Cuendias de Armas et al., 2013) de eficiencia, de eficacia y mejorar los

resultados para todos los grupos de interés de la empresa; así repercuten sobre los resultados

claves de la organización(Medina León, Nogueira Rivera, & Hernández Nariño, 2012).

Existen numerosos procedimientos y herramientas que permiten gestionar y obtener resultados en

la mejora de procesos empresariales(Ricardo Cabrera, 2010), aplicables según las características

de cada empresa. Estos para su desarrollo se apoyan en el levantamiento de las oportunidades

de mejoras, necesitan de un equipo de trabajo que refuerce el liderazgo(Medina León, Nogueira

Rivera, Hernández Nariño, & Viteri Moya, 2010)(Hernández Nariño, Nogueira Rivera, Medina

León, & Marqués León, 2013) y actúe sobre el papel a desarrollar por los líderes (Comas

Rodríguez, Nogueira Rivera, Medina León, Romaro Bartutis, & Lumpuy Rodríguez, 2014).

Requieren además, de un plan formalizado para llevarlas a cabo y deben estar al servicio de los

objetivos de la organización(Medina Léon et al., 2014).

(2.5-2.6) De un lado la evolución de los mercados y la necesidad de mejorar cada día, del otro, la

importancia de satisfacer las distintas partes interesadas que influyen en el desenvolvimiento de

las actividades empresariales, obligan a pensar en gestionar y mejorar los procesos en

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

contribución a la integración de los diferentes sistemas normalizados. Cada día son más las

empresas que integran los sistemas en un único sistema de gestión (Abab Puente et al., 2014)

pues reconocen sus ventajas.

De aquí que el presente artículo consista en una revisión bibliográfica, que sobre la base de los

antecedentes descritos, tiene como propósito indagar en los conceptos y saberes que relacionan

la gestión y mejora de los procesos empresariales en contribución a la integración de los sistemas

normalizados. Por tanto, su principal objetivo sea dotar al lector de los conocimientos básicos para

comenzar a gestionar y mejorar los procesos empresariales bajo esta concepción.

2. Desarrollo

2.1. Los procesos empresariales, su gestión

Frente a la turbulencia y a la dinámica del mercado actual, muchas organizaciones responden con

nuevos productos y no con el mejoramiento de sus procesos. Con el tiempo la ausencia de

atención a los procesos trae consigo obsolescencia, altos costos y falta de adaptación a las

demandas, acotaba Juran a comienzos de siglo (Juran & Blanton, 2001)

También Trischler mencionaba que: el éxito de toda organización depende cada vez más de que

sus procesos empresariales estén alineados con su estrategia, misión y objetivos. Además, los

individuos de la organización deben comprender la importancia de su rol en el alcance de los

objetivos empresariales(Trischler, 2000). Por lo tanto, cada día es más importante que los

directivos intervengan en los procesos adecuados para ayudar a las personas a afrontar los

cambios necesarios en el camino a la excelencia empresarial.

Se pueden identificar distintas filosofías o tendencias de amplia difusión en el mundo empresarial

que reconocen la importancia de los procesos, entre ellas: el Modelo de la Fundación Europea

para la Gestión de la Calidad (EFQM), el Cuadro de Mando Integral (CMI), la mejora continua, las

Normas ISO, el Benchmarking, el uso de metodologías para la determinación de los Sistemas de

Análisis de Riesgos y Puntos Críticos de Control (HACCP), la gestión por el conocimiento, la

gestión por competencias y la integración de sistemas(Azcanio García, Quintana Tápanes, Medina

León, & Nogueira Rivera, 2006). A los anteriores también se le añade el enfoque de American

Productivity & Quality Center(APQC) (APQC, 2012), este, junto al proporcionado por la EFQM

constituyen los modelos para la clasificación de procesos empresariales más difundidos en la

literatura.

Se puede percibir la importancia que los distintos autores le otorgan a los procesos y su gestión,

como ente fundamental para lograr la competitividad empresarial. Acotaba Amozarrain que: “las

empresas son tan eficientes como lo son sus procesos” (Amozarrain, 1999), comprendiéndose

porque la Gestión por Procesos constituye una de las tendencias empresariales modernas de

mayor aceptación a nivel mundial.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

La Gestión por Procesos parte de la necesidad de alinear los procesos con la estrategia, la misión

y los objetivos de la institución (Moreira, 2013)(Alonso Torres, 2014), y el fundamental

protagonista en la ejecución son los propios procesos empresariales (Ricardo Cabrera,

2009)(Álvarez Suárez, 2011). Por ello, el punto de análisis lo constituye la gestión de la empresa

basada en los procesos que la integran(Balcázar & Lagunas, 2013)(Hernández Nariño et al.,

2013).

De aquí que, el enfoque de procesos sea hoy una herramienta tan poderosa por su capacidad de

contribuir de forma sostenida a los resultados (Cordoví Cuza, 2013), siempre que tenga presente

a sus clientes al diseñar y estructurar sus procesos (Nogueira Rivera, 2002)(Nariño Hernández

et al., 2014).

Para lograr la efectividad en cuanto a la gestión de los procesos, la empresa debe tener los

procesos bien identificados (Hernández, 2003). Con esto además, alcanza mejorar el desempeño

(eficiencia y eficacia) y posibilita diseñar, modelar, organizar, documentar y optimizar de forma

continua su mejora.

2.2. La gestión por procesos como ente esencial en el mejoramiento

Las organizaciones a nivel internacional cambian su enfoque administrativo y de dirección

funcional a uno basado en procesos y aunque no es un fin en sí mismo, es un medio para que las

organizaciones puedan asumir de forma eficiente y eficaz sus objetivos (Medina León et al., 2010).

Como se muestra en la Tabla 1, la literatura encierra varios conceptos sobre lo que se entiende

como gestión por procesos. Se pude apreciar como entre los años 1999 y el 2009 aparecen la

mayor cantidad de conceptos publicados.

Tabla 1: Conceptos relacionados a la Gestión por Procesos. Fuente: En contribución a (Medina León et al., 2010)

Autor Concepto

(Davenport, 1993)

Conjunto de actividades estructuradas y organizadas destinadas a resultar en un producto específico para un determinado cliente o mercado. Ordenamiento especifico de las actividades de trabajo en tiempo y espacio, con comienzo y fin, entradas y salidas claramente identificadas en una estructura para la acción.

(Grieco, 1997) Generalización de la gestión de un proceso y se aplica a una organización en su conjunto.

(Amozarrain, 1999)

Gestionar toda la organización basándose en los Procesos era entender estos como una secuencia de actividades orientadas a generar un valor añadido sobre una entrada para conseguir un resultado, y una salida que a su vez satisfaga los requerimientos del Cliente

(Zaratiegui, 1999)

El éxito de toda organización depende, cada vez más, de que sus procesos empresariales estén alineados con su estrategia, misión y objetivos. Detrás del cumplimiento de un objetivo, se encuentra la realización de un conjunto de actividades que, a su vez, forman parte de un proceso. Es por ello que el principal punto de análisis lo constituye, precisamente, la gestión de la empresa basada en los procesos que la integran para diseñar y estructurar en interés de sus clientes.

(Morcillo Se enmarca en la Gestión de la Calidad. Supone reordenar los flujos de trabajo.

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Ródenas, 2000)

(Junginger, 2000)

Es la forma de reaccionar con más flexibilidad y rapidez a cambios en las condiciones económicas.

Colegio Oficial de Ingenieros Superiores Industriales de la Comunidad Valenciana. (2001)

Concentra la atención en el resultado de cada uno de los procesos que realiza la empresa, en lugar de en las tareas o actividades.

(Aiteco Consultores, 2002)

Percibe la organización como un sistema de procesos que permiten lograr la satisfacción del cliente. Fundamenta una visión alternativa a la tradicional caracterizada por estructuras organizativas departamentales.

(Díaz Gorino, 2002)

Optimiza la satisfacción del cliente, la aportación de valor y la capacidad de respuesta de una organización.

(Mora Martínez, 2002)

Percibe la organización como un sistema interrelacionado de procesos que contribuyen conjuntamente a incrementar la satisfacción del cliente. Supone una visión alternativa a la tradicional caracterizada por estructuras organizativas de corte jerárquico – funcional.

(Paneque Sosa, 2002)

Se conforma como una herramienta encaminada a conseguir los objetivos de la Calidad Total, con visión centrada en el paciente (trabajo para la salud), requiere de la implicación de las personas para provocar el cambio en la organización, se sustenta en la búsqueda de las mejores prácticas y de un sistema de información integrado.

Comité Institucional de Acreditación. Universidad de Córdoba.

-Direccionamiento hacia los objetivos de la Universidad y sus programas. -Búsqueda permanente de la excelencia académica. -Aumento de la eficacia y la eficiencia. -Auto evaluación y evaluación externa con indicadores de alta calidad.

(González Méndez, 2002)

Proporciona una manera más realista y simple de ver y dirigir la empresa, se diafanizan los flujos de trabajo y las relaciones en la secuencia de clientes internos, se evidencia el rol de cada quién respecto al objetivo común, ayuda a clarificar para el personal y el cliente la obra entera, los pasos y la transformación de entradas en salidas, viabilizando las percepciones y evaluaciones de roles y actuaciones y el descubrimiento y solución de cualquier hecho que detenga o restrinja los flujos de acción.

(SESCAM, 2002)

Forma de organización diferente de la clásica organización funcional, y en el que prima la visión del cliente sobre las actividades de la organización. Sobre su mejora se basa la de la propia organización.

(Ponjuán Dante, 2005)

Gestionar integralmente cada una de las transacciones o procesos que la organización realiza, no sólo pensar en cómo hacer mejor lo que está haciendo (división del trabajo), sino ¿Por qué? y ¿Para quién? Lo hace; puesto que la satisfacción del usuario, cliente interno o externo viene determinado más por el coherente desarrollo del proceso en su conjunto que el de cada función individual o actividad.

(ISO 9001: 2008).

La aplicación de un sistema de procesos dentro de la organización, junto con la identificación e interacciones de estos procesos, así como su gestión para producir el resultado deseado, puede denominarse como "enfoque basado en procesos"

(Bravo Carrasco, 2009)

“La gestión sistémica de procesos identifica a los procesos de la empresa para agregar valor a los clientes y cumplir con la estrategia del negocio”

(Pepper Bergholz, 2011)

Como una forma de enfocar el trabajo, donde se persigue la mejora continua de las actividad desde una organización mediante la identificación, selección, descripción, documentación y mejora continua de los procesos

(Maldonado, 2011)

Una gestión generadora de valor para el cliente. Determina que procesos necesitan ser rediseñados o mejorados, establece prioridades y provee de un contexto para iniciar y mantener planes de mejora que permitan alcanzar objetivos perseguidos.

(Rey Peteiro, 2012)

Se basa en la modelación de los sistemas como un conjunto de procesos interrelacionados mediante vínculos causa-efecto. Se desarrollan de forma coordinada, mejorando la efectividad y la satisfacción de todas las partes interesadas.

Resulta interesante como Bravo Carrasco (2009) relaciona la administración del cambio, la

responsabilidad social, el análisis de riesgos y un enfoque integrador entre estrategia, personas,

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

procesos, estructura y tecnología, con la gestión por procesos, ubicándola como eje integrador.

De aquí sugiere principios tales como: responsabilidad social, planificación estratégica,

alineamiento de intereses, orientación al cliente y análisis de riesgos para el alcance de la

excelencia empresarial.

Según la ISO 9001:2008, sostenido también en la nueva norma ISO 9001:2015(ISO,

2015)(Martínez Llebrez, 2015), una ventaja del enfoque basado en procesos es el control continuo

que proporciona sobre los vínculos entre los procesos individuales dentro del sistema, así como

su combinación e interacción.

De los conceptos recopilados en la tabla 1 se puede apreciar la importancia asignada por los

distintos autores a los procesos y cómo las acciones emprendidas en ellos pueden determinar los

resultados finales, incluidos los requerimientos de las distintas partes interesadas que influyen en

la gestión empresarial. El aportado por Amozarrain se acepta como uno de los más completos.

La Gestión por Procesos a pesar de sus reconocidas ventajas, en varias ocasiones resulta difícil

lograr su implantación; debido fundamentalmente a lo complicado que es para el hombre romper

con esquemas tradicionales mantenidos por siglos o simplemente por la aparición de la resistencia

natural al cambio.

Sin embargo se considera exitoso al menos, lograr la mejora con un enfoque de Gestión por

Procesos, capaz de transformar la cultura empresarial hacia el reconocimiento en cada actividad,

de quiénes son sus clientes, sus necesidades y exigencias; así como el logro de la adecuada

coordinación, sin feudos y fincas, que permitan la concreción de los objetivos estratégicos(Medina

León, et al., 2012).

También en las normas internacionales (ISO, 2009)(ISO, 2015) se fomentan la adopción de este

enfoque cuando se implementa y mejora el Sistema de Gestión de Calidad, concentrándose en:

1. La comprensión y el cumplimiento de los requisitos de los clientes de cada proceso.

2. La necesidad de considerar y de planificar los procesos en términos que aporten valor (el

cliente no debe pagar por algo que no le aporte valor).

3. El control, la medición y la obtención de resultados del desempeño y de la eficacia de los

procesos.

4. La mejora continua de los procesos con base en mediciones objetivas.

5. Habilidad para centrar los esfuerzos en los procesos claves.

6. La integración y alineación de los procesos, que mejor alcancen los resultados deseados.

7. Aumentar la capacidad de usar los mismos recursos.

En coincidencia con (Solé Cabanes, 2012) las empresas interesadas en implantar sistemas de

gestión de la calidad (añadir que también otros sistemas de gestión) o para dar paso más

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

adelante, en los modelos de excelencia empresarial, deben implantar la gestión por procesos de

forma efectiva y llevarlo a su documentación, metodologías, controles, actividades y recursos.

Otros autores (Medina León, A et al., 2012) reconocen la utilidad que tiene la asignación de

responsables de procesos y la gestión generadora de valor que este enfoque propone, para

alcanzar objetivos establecidos y hacer posibles la comprensión del modo en que están

configurados los procesos de negocio, de sus fortalezas y debilidades.

Por tanto, la gestión por procesos es un punto esencial en la mejora, fundamentalmente por la

oportunidad que brinda de gestionar de manera eficaz los procesos empresariales. Sea en una

empresa de manufactura o en los servicios, proporciona información necesaria para identificar los

que necesitan ser mejorados o rediseñados.

2.3. La mejora de los procesos. Generalidades

Harrington declara que: “Independientemente de cuan bueno sea usted y de la buena reputación

que tengan sus productos o servicios, no puede dejar de mejorar. Cuando lo hace, realmente no

se ha detenido, sino que retrocede, porque su competencia mejora constantemente”(Harrington,

1997).

Seguidamente expresa un grupo de razones por las que hay que mejorar los procesos:

Todos los días surgen nuevos métodos, programas y equipos.

El ambiente de la empresa cambia, por lo que los procesos eficientes se hacen obsoletos

de la noche a la mañana.

Las expectativas del consumidor y del cliente cambian casi todos los días; lo que fue

sobresaliente ayer escasamente satisface las necesidades de hoy y resulta inadecuado

mañana.

Las personas vinculadas al proceso incrementan sus capacidades, e implica un aumento

de oportunidades para la depuración del proceso.

Los procesos descuidados o no atendidos se degradan con el transcurso del tiempo.

Independientemente de lo bueno que sea hoy el proceso, siempre habrá un camino mejor.

Todo lo que necesita hacer es descubrirlo.

Varios autores en la divulgación de sus obras, emiten conceptos relacionados a la mejora

continua. En los inicios estaban estrechamente relacionados a la calidad (Ishikawa, 1988) (Juran,

1990) y ya se reconocía la necesidad del compromiso de todo el personal (Demmig, 1989).

Aunque es considerado un cambio ventajoso tiene sus inicios en una creación organizada (Imai,

1995), no es un producto del azar(Formento, 2002). Por su parte, Harrington (1997) introduce el

concepto ligado a la obtención de procesos más efectivos, eficientes y adaptables, unos años

después la ISO 9000:2000 lo ratifica al planteárselo como una actividad recurrente para aumentar

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

la capacidad de cumplir requisitos. Otros (Flores Ripoll, 2010) (Aguilar Morales, 2010) lo vinculan

como elemento fundamental para la implantación de los sistemas gestión normalizados, se lo

plantean como el aprendizaje continuo de la organización, donde nada puede considerarse como

algo terminado de forma definitiva.

La mejora continua constituye un cambio organizado para obtener niveles superiores de

desempeño. Donde necesariamente no tiene que iniciarse por incumplimiento o daño del sistema

instalado, el deseo de alcanzar estándares superiores puede tributar a un enfoque proactivo que

sirva como motor impulsor de la rueda de mejora.

También Harrington (1997) divulga diez requisitos que hacen exitoso el proceso de mejora, deja

implícito, a través del requisito cuatro, su carácter proactivo:

1. La aceptación del consumidor como la cuestión más importante del proceso.

2. Compromiso de largo plazo de la dirección para hacer el proceso de mejoramiento parte

del sistema de dirección.

3. Creer que hay espacio para mejorar.

4. Creer que prevenir los problemas es mejor que reaccionar ante ellos.

5. Enfoque de la dirección, liderazgo y participación.

6. El estándar de desempeño de cero errores.

7. La participación de todos los empleados, tanto de los grupos como de los individuos.

8. El enfoque del mejoramiento sobre el proceso, no sobre la gente.

9. Creer que los suministradores trabajarán con usted y comprenden sus necesidades.

10. Reconocimiento de los éxitos.

Se pueden sintetizar entonces, algunos beneficios de la mejora de procesos:

1. Se disminuyen recursos (materiales, personas, dinero, mano de obra), y aumenta la

eficiencia.

2. Se disminuyen tiempos, y aumenta la productividad.

3. Se disminuyen errores, se ayuda a prevenirlos.

4. Se ofrece una visión sistemática de las actividades de la organización.

La norma ISO 9004:2009 (ISO, 2009) plantea que las actividades de mejora pueden variar desde

pequeñas mejoras continuas en el lugar de trabajo hasta las más significativas en toda la

organización, se aplica de manera coherente con el enfoque basado en proceso y la organización

debe asegurarse que se establezca como parte de la cultura de la organización.

En síntesis, los proyectos de mejora se tratan en la bibliografía con tres aristas, una dada por la

mejora paulatina o continua, otra por saltos, o simplemente por una combinación entre ellas.

2.3.1. Mejora Continua

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

La mejora continua se logra a través de todas las acciones diarias (por pequeñas que éstas sean)

que permiten que los procesos y la empresa sean más competitivos en la satisfacción del cliente.

La velocidad del cambio dependerá del número de acciones de mejora que se lleven a cabo día a

día y de la efectividad con que éstas se realicen, por lo que es importante que sea una idea

enraizada en la conducta de todos los miembros de la organización, convirtiéndose en una

filosofía de trabajo, de vida.

Sin embargo, mejorar no es solo cuestión de buenos deseos e intenciones. Las personas tienen

que estar convencidas del beneficio que en lo individual obtendrán al adoptarla. La organización

tiene la responsabilidad de proporcionarles motivación para tal efecto, además de procedimientos

estandarizados y técnicas de análisis apropiadas para que puedan materializar y orientar

correctamente sus deseos de mejorar.

El proceso de mejora continua pretende cambiar la forma de pensar de las personas acerca de los

errores. Para ello existen dos maneras de reforzar la aplicación de los cambios deseados:

reprender a todos los que no logren hacer bien su trabajo o premiar los individuos y grupos

cuando alcancen una meta y realicen un importante aporte al proceso de mejora. Un sistema de

así, requiere descansar en la habilidad de los miembros de una empresa para reconocer las

oportunidades de mejora.

La mejora continua, como lo enfatiza el enfoque japonés, debe verse como una filosofía de vida

que tiene por objetivo perfeccionar a las personas y, por consecuencia, el medio en que se

desarrollan, que cada vez es más exigente.

En la tabla 2 se muestran ventajas y desventajas que este enfoque supone. Obsérvese como a

pesar de sus reconocidas ventajas en cuanto a los plazos para la obtención de resultados, la

acumulación de cambios obliga a saltos superiores de mejora en el futuro.

Tabla 2: Ventajas y desventajas de la mejora continua.

Ventajas Desventajas

Se centra el esfuerzo en elementos organizativos y de procedimientos puntuales.

Proporciona recursos para preparar los procesos a los nuevos adelantos tecnológicos.

Posibilita la eliminación de procesos repetitivos.

Logra el establecimiento de niveles de desempeño superiores necesario para las actuales organizaciones.

Se obtienen mejoras y resultados visibles en un corto plazo.

Si se reduce el porcentaje de defectuosos, se obtienen una reducción en los costos como resultado de un consumo menor de materias primas.

Sus aplicaciones han sido centradas al campo de la mejora de la calidad. Con bajo nivel a la integración de sistemas de gestión y alineación con las estrategias.

Para el logro exitoso se requiere de la atención y el conocimiento de toda la empresa.

La acumulación de cambios, fruto de la implementación de mejoras continuas en el tiempo, obligan a saltos superiores en el diseño de los procesos.

Cuando el mejoramiento se realiza con un carácter funcional o por áreas se limita la interdependencia que existe entre el resto de los miembros de la empresa.

Obliga en muchas ocasiones a ejecutar inversiones constantemente.

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2.3.2. Mejora Radical o reingeniería

Durante la década de los 90s se popularizó el término reingeniería de negocios (Babé, 2002.),

debido principalmente a que algunas empresas vieron en este concepto la manera de lograr un

salto rápido de los procesos que deterioran su competitividad, para los que la mejora continua

resulta una forma muy lenta de avanzar.

Independientemente de lo que muchas personas piensan, este enfoque de mejora no es

realmente nuevo. Bajo el enfoque japonés adopta el nombre de innovación o cambio radical

(Ishikawa, 1988). De manera que lo que hoy se conoce como reingeniería es una

conceptualización de la innovación japonesa bajo el enfoque occidental de gestión.

La mejora radical o reingeniería no se pude considerar como un proceso de bajo riesgo (Hammer,

& Champy, 1993). Añade también Ignacio Babé (2002) que significa trabajo duro, que lleva tiempo

(no son arreglos rápidos).

De acuerdo con Champy (1995) existen cuatro aspectos que se deben considerar en un estudio

de reingeniería si se desea tener éxito: el cuestionamiento constante sobre el propósito y la razón

de ser de todo lo que se hace en la organización, el cambio cultural que se necesita en los niveles

organizacionales y la definición del tipo de personal que se requiere para ello, la creación de

nuevos procedimientos, normas y estándares, y la puesta en práctica de los nuevos

procedimientos.

La realidad es que cuando se implementa un cambio radical y seguido a este no se aplican un

conjunto de mejoras continuas, el rendimiento no permanece constante, incluso, disminuye, por

tanto no deben absolutizarse por separados, ni un programa de reingeniería, ni un programa de

mejora continua, sino debe ser el resultado de una aplicación continua, o sea, un programa de

reingeniería siempre debe estar precedido y subseguido por una serie de mejoras continuas, y así

sucesivamente(Cantú, 2001).

La mejora es un proceso ajustado a las necesidades de cada organización y del análisis profundo

y consciente dependerá cual camino escoger.

2.4. Consideraciones acerca de los procedimientos de mejora de procesos

En la bibliografía existe un número importante de herramientas encaminadas a la gestión y mejora

de los procesos, unas más específicas y otras de mayor espectro; clasificadas en metodologías,

modelos y procedimientos. Un punto en común es tener como base el ciclo de mejora PHVA,

fundamentalmente por su carácter cíclico y por las distintas ventajas brindadas (Ishikawa,

1988)(Comas Rodríguez et al., 2014):

Asegura un programa en el que se ha convenido para la terminación del proyecto.

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Asegura el análisis, la verificación y la eliminación de los modos de fallos más probables.

Facilita la puesta en práctica de controles para supervisar y administrar el nuevo proceso

mejorado.

Crea las condiciones para la capacitación permanente y la actualización de la

documentación que se requiere en cada ciclo de mejora.

Evita la reaparición de las causas que provocan los problemas, mediante la

estandarización de los procesos mejorados.

Esta diversidad de herramientas para la gestión y mejora viene dada fundamentalmente, porque

cada empresa o institución en general tiene características distintas, aunque sus producciones

(salidas) tengan similitud. El entorno, el personal, el mercado, el presupuesto, constituyen

elementos que pueden influir para hacer que cada programa de mejora deba realizarse como un

traje a la medida. A pesar de ello, resulta enriquecedor examinar los procedimientos que con este

fin aparecen en la literatura especializada. En estudios realizados (Medina León, et al., 2012) se

aprecia una evolución sustancial en los procedimientos de mejora de procesos desde finales del

siglo veinte hasta la fecha. En los comienzos eran más generales y terminaban por omitir medidas

concretas para la implementación de acciones de mejora. Con el de cursar del tiempo y con

nuevos conceptos en la gestión empresarial comenzaron a ser más específicos y orientadores,

muchos de ellos constituyen trajes a la medida para sectores, aunque no dejan de sentar las

bases para su posible adaptación en otros.

Sin embargo, existen puntos en común en muchos de ellos:

Coinciden en el carácter cíclico de la mejora.

En la identificación de los procesos empresariales.

En la importancia de nombrar responsables de procesos y de las acciones de mejora.

En el establecimiento de indicadores para el control.

Por otro lado también difieren en elementos que la propia evolución exige en la actualidad:

Se orienta la mejora a partir de los requisitos del sistema de gestión de calidad, sin

explicitar otros sistemas que operan.

Determinar las oportunidades resulta un paso decisivo en la mejora. Es aquí donde

muchos autores difieren en la manera de realizarla; unos parten del banco de problema o

de situaciones emergentes, otros, del análisis de cumplimiento al sistema de indicadores

establecidos para el logro de la estrategia empresarial. Se observa que la inclinación por

una u otra vía dependen; para la primera, si se diseña un procedimiento para ser aplicado

como mecanismo de intervención, generalmente por agentes externos. Para la segunda, si

se diseña para ser aplicado internamente, donde se requiere un nivel superior de trabajo

alcanzado por el personal de la institución

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Otro aspecto escasamente formalizado es la evaluación de las posibles acciones de

mejora. La práctica señala que no todas se pueden aplicar al unísono, ya sea por razones

de tiempo, monetarias, disponibilidad de personal o, incluso, porque perjudique la

eficiencia o la eficacia de otros sistemas de la organización.

La atención a la resistencia al cambio debiera trabajarse con una mayor intensidad, si se

entiende como un elemento esencial en la implantación.

Los mecanismos de retroalimentación escasamente explicitan el carácter cíclico del

modelo de mejora.

Por tanto, resulta imprescindible el diseño de modelos y procedimientos de mejora de la gestión

de los procesos, ajustados a las nuevas necesidades de todas las partes interesadas y a los

requerimientos propios de la entidad donde se implementen.

2.5. Los sistemas de gestión empresariales, su normalización

La calidad constituye un elemento importante en el posicionamiento de las empresas en el

mercado y llega a ser esencial para la supervivencia. Esto forma parte del conocimiento de los

directivos y personal en general; se le presta especial interés a lo largo de la historia, pero no

siempre fue así y los enfoques cambian.

A principios de la década del cincuenta el aseguramiento de la calidad nació como una evolución

natural del control de calidad, que resultaba limitado y poco eficaz para prevenir la aparición de

defectos. Por esta razón, se hizo necesario crear sistemas de calidad que incorporasen la

estructura, las responsabilidades, actividades, recursos y procedimientos para llevar a cabo la

gestión de la calidad. Con esta finalidad y para estandarizar los sistemas de calidad se comenzó a

publicar en 1987 las normas ISO 9000 (Martínez Llebrez, 2015).

Cronológicamente y sobre la base de que los modelos de excelencia constituyen un paso superior

en el peldaño empresarial, fuertemente relacionado con la mejora continua y la Gestión por

Procesos, surge en mil novecientos noventa y seis la ISO 14001 ligada a la protección

medioambiental. Esto constituye la evidencia más contundente de la necesidad que tenía el medio

de responder a otros factores además de la calidad, ya se había comenzado a pensar en otras

partes que también demandaban respuestas de las empresas.

Sin embargo, otros sistemas de gestión (SG) como el de Seguridad e Higiene del Trabajo

despertaban poco interés, debido en parte a la ausencia de un estándar ISO en esa área. Este

organismo había anunciado en la primavera de mil novecientos noventa y cinco (1995) la creación

de un grupo de trabajo cuyo objetivo fuera consensuar la posibilidad de desarrollo de dicho

estándar, pero comunicó en enero de mil novecientos noventa y siete (1997) a través de su

Technical Management Board que no iniciaría actividades en ese momento en el campo de los

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

estándares de Seguridad e Higiene del Trabajo; y hasta hoy todavía no las ha iniciado (Abad

Puente, 2011).

Con vistas a cubrir el vacío e incentivados por la necesidad, muchos organismos de certificación

nacionales tomaron la iniciativa y surge de este modo las OHSAS (Occupational Health and Safety

Assessment Series). En la actualidad es el estándar dominante a nivel internacional para

certificación del sistema de Seguridad e Higiene del Trabajo (Granerud & Rocha, 2011)(Abad

Puente, Lafuente, & Vilajosana Crusells, 2013), aunque también existe las Directrices de la

Organización Internacional del Trabajo (OIT) (Abad Puente, 2011), enunciadas entre los años mil

novecientos noventa y nueve (1999) y dos mil uno (2001).

Por la importancia otorgada, en el año dos mil cuatro (2004) se publica la revisión actualizada de

la ISO 14001, en el dos mil siete (2007), la revisión de la OHSAS 18001 y en el dos mil ocho

(2008) las ISO 9001. La evolución de los sistemas no se detiene, en el dos mil nueve se lanza una

revisión de la ISO 9004 y en el dos mil once (2011) se publica una nueva norma la ISO 50001

dedicada al consumo energético, elemento importante para el desempeño empresarial actual; un

año más tarde se lanza la revisión de la ISO 9001, en el 2015 aparece la aprobación y publicación

de la nueva versión de la ISO 9001(Martínez Llebrez, 2015).

Es importante señalar que las normas mencionadas no son las únicas, pero si las más empleadas

en la integración de sistemas de gestión(Abad Puente, Rodríguez Mondelo, & Sánchez-Toledo,

2011); aunque también se integra la gestión de la innovación, la responsabilidad social corporativa

y en Cuba el sistema de gestión de capital humano.

Un análisis a estas normas evidencia la similitud entre ellas; vale agregar que tienen como base la

Gestión por Procesos y la mejora continua.

2.6. Sistemas Integrados de Gestión. Tendencias Internacionales

Desde hace algunos años se realizan estudios a los sistemas de gestión (calidad, medio

ambiente y seguridad y salud del trabajo), cómo se implementan y evolucionan de forma

satisfactoria en las organizaciones, con la intención de proponer modelos de gestión que ayuden a

procurar la satisfacción de sus diferentes partes interesadas, aunque de forma separada (Abad

Puente et al., 2011).

Los sistemas mencionados, a pesar de ser los más referidos en la literatura, no son los únicos.

También existen SG fundamentados en otros estándares internacionales que son desarrollados

por la Organización Internacional de Normalización (ISO), por ejemplo: ISO/IEC 27001 Seguridad

de la información e ISO/IEC 20000 Gestión de Servicios TI. Estadísticas anuales develan un

crecimiento saludable de las certificaciones en todos los ámbitos(Gasiorowski, 2013).

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

Así pues, en la gestión empresarial coexisten dos tendencias complementarias dentro las

organizaciones: la implantación de sistemas de gestión a partir de los correspondientes

estándares nacionales e internacionales, que facilitan de forma separada el desempeño en cada

una de las funciones técnicas asociadas a los diferentes stakeholders (partes interesadas) y el

diseño de esquemas de excelencia empresarial que garanticen la satisfacción de forma integrada

de todos los grupos de interés implicados(Karapetrovic, 2002).

La existencia de las normas Internacionales da lugar a que numerosas organizaciones

implementen y certifiquen los SG de forma independiente, en paralelo; esto provoca semejanzas

en el contenido y estructuras. Pero cada día son más conscientes de las desventajas que trae

consigo operar sistemas en paralelo (Santos, Mendes, & Barbosa, 2011), por tanto abogan por

tener un único sistema de gestión (Simon, Karapetrovic, & Casadesus, 2012).

De lo anterior y en coincidencia con Abad Puente (2009) es de cuestionarse el mantener sistemas

de gestión separados y generar con ello las consecuentes duplicidades y sub-optimizaciones de

recursos. Los estándares se fundamentan en los principios de gestión (mejora continua, gestión

por procesos, alta implicación de la dirección) y comparten esquemas y requisitos similares

(formación de los trabajadores, auditorías internas, definición de objetivos), por lo que la

integración constituye una vía a formularse para obtener un único sistema de gestión o un Sistema

Integrado de Gestión (SIG). También (Fraguela Formoso, Carral Couse, Iglesias Rodríguez,

Castro Ponte, & Rodriguez Guereiro, 2011) plantea la necesidad de la integración como elemento

fundamental para satisfacer las necesidades, expectativas y requisitos de las partes interesadas.

Según la norma (UNE 66177, 2005) se define el SIG como “la parte de la gestión general de la

organización que determina y aplica la política integrada de gestión, y que surge de la integración

de las gestiones de la calidad, el medio ambiente y la seguridad y salud del trabajo”.

Autores como (Peña Escobio, Rigol Cardona, & Moreno Pino, 2009) coinciden al definir un

sistema de gestión integrada como “la parte del sistema de gestión empresarial para establecer

las políticas y objetivos con respecto a varios aspectos (en este caso la calidad, el medio ambiente

y la seguridad y salud en el trabajo), así como la planificación, implementación y control de las

acciones para lograrlas”.

De García (De García, 2009) añade la responsabilidad social corporativa y menciona que: la

gestión integrada “no es más que una nueva forma de enfocar las actividades de una organización

para gestionar integralmente la variable calidad, ambiente, seguridad y salud ocupacional y

responsabilidad social corporativa; tiene como propósito el logro de una política integrada de

gestión. Es una forma de responder a las nuevas exigencias técnicas en los mercados nacionales

e internacionales”.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.1 - 22

Añade (Bernardo, Casadeus, Karapetrovic, & Heras, 2009) que un SIG es ''un conjunto de

procesos interconectados que comparten un grupo de humanos, de información, materiales,

infraestructura y recursos financieros con el fin de lograr una combinación de objetivos

relacionados con la satisfacción de una gran variedad de interesados''.

Por su parte, la autoras Conzález (2003) e Issac Godínez (2007) definen un SGI como el conjunto

de la estructura organizativa, la planificación de las actividades, las responsabilidades, las

prácticas, los procedimientos, los procesos, y los recursos necesarios para desarrollar, implantar,

llevar a efecto, revisar y mantener al día la política de la empresa.

Se puede inferir, entonces, que un sistema integrado de gestión es un proceso que transita

diferentes fases que cumplen con los requisitos establecidos para un único sistema de gestión,

basándose en la política, procedimientos, implementación, seguimiento y control, auditorías y

mejoras. Esto permite a la organización demostrar su compromiso hacia todas las partes

interesadas.

Cuando se desea un SIG se requiere que la organización establezca los procesos dentro de su

alcance, de forma tal que den respuesta a los propósitos de los sistemas que son objeto de

integración. Con un enfoque preventivo que considere los aspectos de impacto y riesgos

asociados a sus actividades y resultados, debido a que la integración de sistemas no significa una

suma o adición de SG.

El objetivo es sistematizar todos los procesos de la organización y en mayor medida los procesos

claves y relevantes que intervienen; con el propósito de lograr un nivel de integración en la gestión

para así aumentar la eficiencia y la eficacia. Además, proporciona a las organizaciones un mejor

resultado empresarial al integrar los sistemas, los procesos que los soportan y las actividades que

componen los procesos (Cuendias de Armas et al., 2013)

Hoy día no existe una norma internacional ISO que determine los requisitos de un sistema de

gestión integrada de calidad, medio ambiente y seguridad y salud en el trabajo; sin embargo con

todas las normas y requisitos establecidos para cada SG, se considera cada vez más lógico la

creación de una norma ISO para la integración de los sistemas (Abad Puente, 2011).

Tal necesidad ha condicionado a que varios organismos de certificación de carácter nacional

realicen propuestas metodológicas de normas, que es preciso conocer en el momento de realizar

un proyecto de integración. Dentro de ellas: una norma española (AENOR), UNE 66177:2005 que

proporciona directrices para desarrollar, implantar y evaluar el proceso de integración de los SG

de la calidad, medio ambiente y gestión de la seguridad y salud de los trabajadores.

Otra propuesta es la australiana denominada ¨ Integración de los SG. Guía para Empresas,

Gobierno y Organizaciones Comunitarias (AS/NZS 4581) ¨. También el British Standard Institution

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(BSI) del Reino Unido lanza la guía sobre la implementación de los SG integrados HB 10190 IMS:

The framework y la especificación disponible al público PAS 99:2006: Especificación de requisitos

comunes del SG como marco para la integración, la cual fue adoptada por la Oficina Nacional de

Normalización (ONN) como documento normativo en 2008 para la certificación en Cuba,

(Cuendias de Armas et al., 2013), donde al igual que las otras normas dice el qué hacer, pero no

el cómo llegar a la implantación.

De estudios realizados en varias regiones de Europa, entre ellas Italia (Salomone, 2008), España

(Bernardo et al., 2009) y (Karapetrović et al., 2010), en las pequeñas y mediana empresas del

Reino Unido (Douglas & Glen, 2000); y en otras regiones del mundo China (Zeng, Shi, & Lou,

2007), Australia (Zutshi & Sohal, 2005), se puede resumir que muchas integran particularmente

los SG de calidad, luego medio ambiente y por último seguridad y salud en el trabajo, así como

también medio ambiente y después calidad. En menor cuantía se suman otros SG.

En general, los sistemas de gestión certificables que más se valoran actualmente para los

procesos de integración son: sistema de gestión de la calidad, sistema de gestión ambiental y

sistema de gestión de seguridad y salud en el trabajo. En los últimos años, se añade el sistema

energético.

Se debe tener presente, que el principal motor de la integración son las propias organizaciones y

no agentes externos: clientes, autoridades, entre otros, como ocurre generalmente con los

sistemas de gestión individuales(Castañeira, 2010).

3. Conclusiones y Recomendaciones

En la actualidad cualquier intento por formalizar la gestión y mejora de procesos debe

contener supuestos teóricos alrededor de la gestión por procesos y la integración de

sistemas. Abriendo así, una nueva línea para futuros trabajos científicos.

Existe coincidencia en los procedimientos de conducción de la gestión y mejora de

procesos en cuanto a la presentación cíclica y la preparación por fases y etapas.

Resulta imprescindible aceptar las buenas prácticas de gestión tratadas con un enfoque de

procesos, que resaltan en la selección de los procesos, la determinación y evaluación de

las oportunidades de mejora, los indicadores y su relación con las estrategias

empresariales, tratados implícitamente o no en los procedimientos tomados como

antecedentes.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41 http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/

e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/05/27 Aceptado (Accepted): 2015/12/07

CC BY-NC-ND 3.0

Potencial de aprovechamiento de la biomasa vegetal como

aislamiento en climas extremos del Ecuador

(Potential use of vegetal Biomass as insulation in extreme

climates of Ecuador)

Luis Velasco Roldan1, Leonardo Goyos Pérez1, Luis Freire Amores2, Alexander Ibarra1

Resumen:

Un factor de gran riqueza ecológica de Ecuador está vinculado a su tradición en el uso de

fibras y otros residuos de carácter orgánico. Estos materiales compuestos se emplean como

elemento de relleno, refuerzo o aislamiento térmico en el campo de la construcción de

viviendas, lo que conlleva un gran potencial en el marco de la arquitectura más sustentable. En

Ecuador, la variabilidad climática y el bajo poder adquisitivo de muchos de sus habitantes

obliga a utilizar materiales de construcción de presencia local y bajo o nulo costo, con el fin de

lograr una vivienda económica y confortable. Es por ello que se han analizado la presencia de

recursos o desechos naturales de biomasa a nivel regional confrontándolos la tradición

constructiva, para posteriormente superponerlos geográficamente con las principales variables

climáticas que afectan a la eficiencia energética. De esta forma es posible determinar qué,

dónde y cómo utilizar los distintos recursos la biomasa para permitir una respuesta edificatoria

que cuente con una sólida argumentación social, económica, medioambiental y energética con

el objetivo de facilitar las condiciones adecuadas para el acceso a un hábitat económico,

seguro, eficiente y digno.

Palabras clave: residuos agrícolas, aislamiento térmico, eficiencia energética, recursos

naturales.

Abstract:

In Ecuador, a factor of great ecological wealth is linked to its tradition in the use of fibers and

other organic waste composite character as filler element, reinforcement or insulation in the field

of housing construction, which carries great potential under the most viable architecture. The

climate variability in Ecuador and the low purchasing power of their inhabitants forced to use

local available building materials inexpensive or at no cost, in order to achieve economic and

comfortable housing. That is why we have analyzed the presence of natural resources and

waste biomass confronting regional building tradition, later superimpose geographically with

major climatic variables affecting energy efficiency. This makes it possible to determine what,

where and how to use the different biomass resources to allow a response to build that has a

strong social, economic, environmental and energy argument in order to facilitate the conditions

for access to economic habitat efficient, safe and dignified.

Keywords: agricultural waste, thermal insulation, energy efficiency, natural resources.

1 Universidad de las Fuerzas Armadas, Sangolquí – Ecuador ( [email protected] )

2 Universidad Tecnológica Equinoccial, Quito – Ecuador ( [email protected] )

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

1. Introducción

El desarrollo de aislantes térmicos basados en residuos de biomasa es una línea de investigación

prometedora que permitirá la mejora sustancial de la eficiencia energética y el confort térmico del

hábitat en el ámbito ecuatoriano con soluciones sustentables de bajo coste. Existen múltiples

componentes edificatorios ancestrales como muros o pisos susceptibles de evolución y mejora

mediante la adición de altos porcentajes de biomasa en su composición. Por otro lado, el

desarrollo de elementos constructivos contemporáneos como paneles o mantas basados en

materiales vegetales permitirá la mejora de la sustentabilidad de soluciones industriales así como

la reducción importante del coste de producción de estas.

Uno de los principales obstáculos para el desarrollo de dichas técnicas constructivas es el

reducido conocimiento de los recursos de biomasa disponibles en el país, así como el potencial

aislante de estos en sus distintas posibilidades de aglomeración.

Investigaciones en torno al uso de residuos vegetales, han demostrado su capacidad de mejorar

la relación resistencia/densidad de los hormigones a la vez que reducir los agregados pétreos de

este. (Beraldo, 2011. Dicker, 2014. Juárez, 2010. Katzer, 2013. Mantia, 2011). La restricción

fundamental en estos casos resulta la disminución de resistencia que induce la presencia de los

espacios de aire de la biomasa. No obstante algunas aplicaciones que requieren la resistencia a

esfuerzos de flexión se verían favorecidas con la aplicación de fibras para la fabricación del

elemento. Ciertas especies vegetales presentan un sistema vascular que atrapa el aire en su

interior al desecarse. Esta notable proporción de aire permitirá un efecto aislante y la reducción de

áridos. Teniendo en cuenta que el coeficiente de conductividad se reduce proporcionalmente al

aumento de la biomasa y la resistencia disminuye de forma invérsamente proporcional, el

porcentaje de biomasa posible a usar estará limitado por la resistencia necesaria a garantizar.

En torno a dicho efecto se encuentran estudios de ciertas biomasas, como la cascarilla de arroz o

café, en torno al potencial que atesoran como aislamiento térmico conductivo de bajo coste

(Salazar, García, Olaya, n.d., Serrano,Castro,1985). Pese a ello, no se han realizado aún estudios

en profundidad en torno al potencial aislante de las posibles biomasas aprovechables en Ecuador.

Compuestos encaminados a determinar las posibilidades de inclusión de los residuos de biomasa

generados por los cultivos propios de cada zona en elementos constructivos tales como: bloques,

adobes, tapial o pisos de tierra estabilizados, paneles, mantas, etc. (Velasco, Delgado, Goyos,

n.d.) se encuentran en fase final de evaluación por parte del Grupo de Energías Renovables del

Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica del Ejército con resultados muy

prometedores por sus bajas conductividades. Los ensayos de conductividad están siendo

realizados mediante prototipo desarrollado por el equipo redactor para la determinación de la

conductividad térmica de las biomasas de estudio según las normas de la ASTM 177-13 (Method,

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

2013). Dicha norma establece criterios de laboratorio para la medida del flujo de calor en estado

estacionario a través de una muestra plana y homogénea de caras paralelas monitoreada a

temperaturas constantes mediante un sistema llamado de placa caliente. (Velasco, L., Delgado,

R., & Goyos, L., Freire (2015) . Los resultados preliminares se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1. Conductividades de las distintas biomasas ensayadas

Material Densidad Aparente (gr/cm3) Coeficiente (W/ºK.m

2)

Raquis Palma a granel 0,182496 0,085936106

Raquis Palma a granel 0,148278 0,061027338

Bagazo de caña de azucar 0,062222 - 0,078493 0,025505969 - 0,03407669

Cascarilla de Cacao 0,078889 0,021480109

Virutas Guadua. Sección 2-3 cm 0,078493 0,03886449

Totora granel. Longitud: 1-2 cm 0,078493 0,032098209

La distribución de las estaciones meteorológicas en Ecuador así como la relativa escasez de

datos climatológicos dificulta la planificación de soluciones constructivas adaptadas al clima con la

requerida precisión geográfica. Dada la falta de datos reales climáticos en Ecuador, el desarrollo

del análisis climático se realiza además de mediante el estudio de fuentes bibliográficas

(Cañadas, 1983) y de los datos reales procedentes de las estaciones meteorológicas entre los

años 2004 y 2014 (INAMHI, n.d.) se han incluido modelizaciones climáticas allá donde los datos

reales son insuficientes (“climate.data.org,” n.d.)

2. Desarrollo

El desarrollo de la investigación pretende por lo tanto, determinar las zonas con condiciones

climáticas que requieran sistemas constructivos dotados de aislamiento térmico, determinar las

biomasas potencialmente utilizables como aislamiento térmico en el entorno local y sugerir los

posibles usos de esta biomasa.

2.1. Biomasas potencialmente utilizables

De acuerdo con las necesidades de los diferentes elementos presentes en la edificación y las

posibilidades de uso de las diferentes biomasas, éstas pueden ser clasificadas en dos grandes

grupos: la biomasa que presenta fibras largas y constituyen un interesante refuerzo para

elementos cargados a tracción y flexión y la biomasa particulada o con fibras cortas que sólo

son interesantes en aplicaciones de aislamiento térmico en materiales de construcción en masa

ligados mediente un aglomeráte, en general tierra o cemento (Salazar, 2007) . En ambos casos

el aporte de biomasa al elemento redunda en un aumento de la capacidad aislante y de la

ligereza final del material. Las biomasas potencialmente utilizables pueden caracterizarse en

función del hábitat característico de cada especie, su importancia económica y su forma de uso

tradicional. Esta última característica resulta la de mayor interés para nuestros fines.

26

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

2.1.1. Especies de utilidad económica que producen un desecho vegetal

Son especies para uso como alimento humano o animal y que producen un desecho con potencial

aprovechamiento para materiales compuestos. En Ecuador es notable el caso del raquis de

plátano o la palma africana , la tusa de maiz, el bagazo de caña de azúcar, las cascarillas de café,

cacao o arroz y las diferentes fibras de palmeras como el coco, etc. (IPN, 2007, Alvarez–Castillo,

2013, Ali, Liu, Chouw, 2012, Biagiotti, Puglia, Kenny, 2004)

La mayor limitación en el uso de estas especies radica en su aplicación en otros usos de los ya

implantados: como las hojas de palmera para techumbre, como abono orgánico , forraje o para la

producción de energía mediante su quema.

2.1.2. Especies que son en sí mismas de utilidad económica

Este grupo lo constituyen las fibras textiles y las plantas usadas comúnmente como cordelería o

tejidos como es el caso de los agaves, el algodón, la cabuya, el fique y el abacá o cáñamo de

Manila por citar los más usados. En este grupo se pueden incluir también especies de aplicación

en producciones artesanales y en ocasiones, en la construcción: especies como la totora, la caña,

la caña brava, la guadua o bambú, la toquilla, los juncos y los mimbres. Estarían también

incluidas en este grupo las numerosas especies maderables con aplicaciones especiales como el

caucho y los ficus gomosos. Las especies tubulares como las cañas también han sido y son

usadas como elementos constructivos en sí mismos, como es el caso del bambu, la caña y la

totora. A pesar de ello existe un potencial importante en el uso de sus fibras para compuestos

tanto poliméricos como cerámicos o como elementos aislantes en techo (Eguiguren, 2013,

Romero, Weeks, Huelman, 2012, Izco, 2007).

La mayoría de las especies productoras de hilos y cuerdas como la cabuya, el penco o el ágabe,

tienen su aplicación bien determinada, tienen poca producción excedente y no resulta

económicamente rentable su uso en viviendas. A pesar de ello, en algunos casos con excedente

de producción sería factible su aplicación en la restitución de capacidad resistente en adobes o

tapiales en unión de otras biomasas aislantes de fibra corta o en el refuerzo de paneles

aglomerados de biomasa.

En el caso de las especies maderables, generalmente resulta más rentable usar las mismas

como tabla que utilizar sus fibras. Pese a ello, existen posibilidades en el uso de las fibras

procedentes de ramas jóvenes (ficus, guadua, etc.) o de residuos procedentes de su manufactura

(serrin, astillas, etc.). Teniendo en cuenta la experiencia ancestral en el uso de algunas especies

autóctonas, el enfoque de este grupo de especies se centrará en el aprovechamiento de partes no

totalmente aprovechadas o aplicaciones no comunes.

27

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

2.1.3. Especies sin utilidad económica aparente

Este grupo resulta de especial interés precisamente por no tener una utilidad económica clara.

Especies como el pajonal (Izco, 2007, De la Torre, 2008), se han usado tradicionalmente para

reforzar los adobes. El incremento del porcentaje de pajonal en compuestos de tierra se presenta

como un prometedor recurso aislante de bajo coste siempre y cuando exista un control para una

explotación estríctamente local y sustentable.

La Tabla 2 resume el estudio de la localización regional de las distintas biomasas detectadas con

posibilidades de aprovechamiento aislante, determinando además su hábitat, su parte

aprovechable, así como sus usos actuales en la construcción.

Tabla 2. Biomasas presentes en Ecuador y sus principales características. Nombre común

Nombre científico

Hábitat Parte aprovechable Uso actual en la construcción

LEÑOSOS

Caña Guadúa

Bambusa guadua Clima Tropical Tallo (fibra larga, piezas) Estructura, cerramientos,

andamios, encofrados, esterillas

Guadua Guadua

angustifolia Bosque húmedo tropical, márgenes de ríos, preferible a alturas < 200 m Tallo (fibra larga, piezas)

Estructura, cerramientos, andamios, encofrados, esterillas

Carrizo Arundo donax Duna arenosa ,zonas húmedas, borde de ríos entre 0 y 4000 m. Tallo (fibra larga) Esterillas y decorativos

Higuerón Ficus

luschnathiana Clima tropical e intertropical

Guías jóvenes (fibra larga, lianas)

Sogas

Caucho Castilla elástica,

Hevea brasiliensis Clima tropical e intertropical

Guías jóvenes (fibra larga, lianas)

Sogas

Matapalo Ficus

nymphaeifollia Clima tropical e intertropical

Guías jóvenes (fibra larga, lianas)

Sogas, caucho natural

Balsa Ochroma

pyramidale Clima tropical, bosques 30-400 m Corteza (fibra larga) Sogas

Ceibo Erythrina cristagalli

Bosque seco tropical Corteza, madera (piezas,

fibra larga Madera

MIMBRES

Totora Schoenoplectus

californicus Humedales, , zona lacustre andina, tierras salinas y empantanadas Tallo (fibra larga, piezas) Techumbres

Totorilla Juncus arcticus Humedales, zona lacustre andina Tallo (fibra larga, piezas) -

Pajonal Calamagrostis festuca, Stipa

Clima de alta montaña: páramos, tierras altas entre 3000 y 4500 msnm Tallo (fibra larga) Techumbres Sigse

Cortaderia nitida (kunth) Pilg.

Clima de alta montaña paramos, tierras altas entre 3000 y 4500 msnm Tallo (fibra larga) Techumbres

TEXTILES

Abacá Musa textilis Clima cálido lluvioso Tallo (fibra larga) Sogas

Cabuya Agave sisalana Clima árido. Terrenos pedregosos, arenosos y de baja productividad agrícola Hojas (fibra larga) Sogas, sacos

Cabuya blanca

Furcraea andina Clima árido. Terrenos pedregosos, arenosos de baja productividad agrícola Hojas (fibra larga) Sogas, sacos Ágave ,Penco

Agave americana Clima árido. Terrenos pedregosos, arenosos y de baja productividad agrícola Hojas (fibra larga) Sogas, sacos

PALMERAS

Palma africana

Elaeis guineensis Selva húmeda tropical Cuescos, raquis (fibra corta) - Toquilla

Carludovica palmata

Clima tropical Tallo (fibras, cintas) -

Coco Cocos nucifera Clima cálido húmedo Fruto, palmas, madera (fibras,

piezas) -

Mocora Astrocaryum

standleyanum Clima tropical hasta 500 m

Tallo , hojas (tablas, cinta, fibras)

-

Pambil Iriartea deltoidea Clima Tropical Tablas Estructura, techumbres

Bejuco real Cissus verticillata Clima tropical Tallo Sogas

UTILES

Maíz Zea mays Tropical, subtropical, frio Tusa o mazorca -

Café Coffea arábica ,

Coffea canephora Zonas altas < 500-1700, no mas de 3000 mm lluvia anual

Cascarilla (seca) pulpa y cáscara (húmeda)

-

Cacao Theobroma cacao Bosque tropical. Requiere sombra y humedades moderadas Cascarilla y cáscara -

Arroz Oryza sativa Clima tropical. humedales, Cáscarilla -

Caña de azúcar

Saccharum officinarum

Clima tropical, subtropical Bagazo de caña de azucar -

Banano Musa paradisiaca Clima tropical húmedo Raquis, tallo, hojas -

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

2.2. Distribución geográfica de la biomasa

Determinar con exactitud la distribución geográfica de las distintas especies resulta difícil.

Resultan de gran ayuda algunas obras sobre el tema pero existen especies con presencia escasa

en micro-localizaciones específicas pero en todas las provincias del país. (Erriguren, 2013,

Romero, Izco, 2007, De la Torre, 2006, INEC, 2009, Macía, 2006)

Una propuesta de uso de biomasas en función de su distribución local debe forzosamente

centrarse en aquellas de fácil acceso, por medio de su presencia natural, por necesidades de la

distribución alimentaria o por su coste nulo. Desde este punto de vista es posible entonces centrar

la atención en aquellas especies que cumplen con estas condicionales.

2.3. Análisis de las condiciones climáticas

Con el objetivo de situar geográficamente los requerimientos exigibles al hábitat y confrontarlos

con las biomasas disponibles, se han representado sobre los mapas de las figuras 1 y 2, además

de los climas (INAMHI, n.d.), las variables climáticas que puedan condicionar la estrategia

constructiva a seguir: temperatura (medias de las mínimas y medias de las máximas anuales),

humedad relativa (media de las máximas y media de las mínimas anuales), nubosidad, radiación y

presencia de viento.

Figura 1. Mapa de temperaturas mínimas (absolutas y medias)

29

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

Del estudio de los datos y bibliografía existentes puede determinarse que, pese a que

climáticamente en Ecuador se considera que existe una época lluviosa y otra temporada seca, la

estabilidad térmica en términos anuales es importante, no siendo así en términos geográficos, en

donde la variabilidad es extrema, si bien existen patrones comunes en grandes zonas climáticas:

Costa, Sierra y Amazonia (Pourrut, Rovere, Romo, & Villacrés, 1995). Dichas zonas corresponden

a grandes rasgos con una biodiversidad que ha determinado, junto con la cultura de sus

pobladores unos patrones edificatorios cuasi comunes que nos permiten estructura el análisis en

tres grandes zonas.

Figura 2 . Mapa de temperaturas máximas (absolutas y medias)

30

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

2.4. Variantes constructiva tradicionales y usos propuestos de las biomasas existentes en

función del clima

La investigación en torno al utilización potencial de utilización de la biomasa como aislante en

elementos de construcción se centra en el uso en cerramiento (paredes y pisos principalmente),

y los elementos de revestimiento y relleno (Velasco, Delgado, Goyos, n.d.). En el caso de los

cerramientos, el mayor interés radica en la sustitución de áridos y en menor grado de cemento,

yeso o arcilla, buscando con ello una mayor economía de recursos económicos y ambientales , a

la vez que se aporta una mejora considerable en su capacidad aislante. En el caso los

elementos no portantes de revestimiento o relleno como paneles para falso techo (cielo raso),

relleno de cámaras de paredes o techos, etc, el objetivo será determinar como aglomerar la fibra

de la forma menos contaminante y como preservarla del ataque de mohos o insectos. Puede

estudiarse en detalle las distintas lineas de investigación abiertas en torno al tema en el artículo:

Investigación y desarrollo de aislantes térmicos naturales basados en residuos de biomasa para

su aplicación en la mejora de la eficiencia energética de las edificaciones en América Latina

(Velasco, Delgado, Goyos, n.d.).

2.4.1. Región Costa

La región geográfica de costa ecuatoriana comprende las provincias de Esmeraldas, Guayas, Los

Ríos, Manabí, Santa Elena y El Oro, pese a que pueden considerarse de esta, desde el punto de

vista climático, la zona más costera de las provincias de Cañar, Azuay y Santo Domingo. La

región litoral es seca y árida con continuas corrientes de aire procedentes del mar que atemperan

las temperaturas máximas y mínimas, existiendo una diferencia máxima anual de temperaturas de

3ºC y una diferencia térmica diaria máxima de 7ºC. Las temperaturas medias oscilan entre los

20,5 y 30,5 C. La humedad relativa varía diariamente entre el 55 y el 100%, manteniéndose

relativamente estable durante todo el año. El interior es muy cálido y húmedo y comprende los

territorios de la costa interna hasta los declives de la cordillera Occidental. Las temperaturas

medias de las máximas oscilan entre los 18 y los 32ºC a lo largo del año. La humedad relativa es

alta: entre el 70 y el 100%. Se caracteriza por las constantes precipitaciones debido al efecto de

las corrientes marinas de Humboldt y el Niño (AEPEREACU, n.d.). La radiación en toda la región

de la costa es intensa: entre los 3,5 y 4 y 4,5 Kwh/m2.

31

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

Figura 3. Gráfico bioclimático. Provincias de la región climática de la costa.

En la Figura 3 se observa como el principal problema climático de la región (especialmente el las

provincias del sur) son las altas temperaturas (principalmente en horas centrales del día),

asociadas a altos niveles de radiación, así como frecuentes porcentajes de humedad relativa

superiores al 80% (incrementándose hacia la zona norte). No hay en la costa problemas de

confort por bajas temperaturas. Por el contrario, al no descender la temperatura durante la noche

no es posible la refrigeración por ventilación nocturna. Se observa que en toda la zona es siempre

necesaria la protección solar.

La construcción tradicional en la costa presenta una perfecta adaptación al clima de una forma

sostenible gracias a la limitada huella de carbono de sus materiales, a la ausencia de inercia

térmica y la absoluta permeabilidad de toda la envolvente que facilita la refrigeración y evita la

acumulación de humedad sin necesidad de ventanas. Los suelos y las paredes están construidos

de pambil, guadua o caña picada sobre latilla horizontal o vertical de guasango o laurel. Se

encuentra generalmente levantada del suelo entre 60 y 150 cm. con postes de chonta o guadua.

El techo es elaborado de rampira o bijao (hojas de palma o de plátano), y generalmente se

prolonga más allá de los cerramientos verticales para dotar a estos de protección frente a la

radiación formando los corredores y espacios exteriores protegidos del sol, hacia los que se

vuelcan diversas actividades de la casa. (Nurnberg, Estrada, 1982). Presenta problemas

puntuales de seguridad y mantenimiento debido a la degradación de las fibras vegetales por

pudrición o ataque de insectos.

La sustitución de los tipos constructivos tradicionales por sistemas constructivos basados, casi

invariablemente, en muros de bloques de hormigón y cubiertas de fibrocemento o chapa y losas

de hormigón supone un empeoramiento radical de la sostenibilidad edificatoria al utilizar

materiales no reciclables, procedentes de zonas lejanas y basados en el hormigón o el acero. La

eficiencia energética de la vivienda, lejos de mejorarse, empeora radicalmente al reducir la

ventilación en las edificaciones impidiendo la disipación del calor interior y la refrigeración natural.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

Las altísimas temperaturas que provoca la radiación solar por un acceso indiscriminado de

energía a través de la cubierta produce graves problemas de confort térmico interior. No hay en

toda la región necesidad de protección de los edificios de las bajas temperaturas.

El objetivo de la aplicación de los recursos o residuos de biomasa en la costa será el conseguir

evitar la entrada de calor cuando, en ausencia de viento las temperaturas superen los 27ºC así

como la incidencia de la radiación solar sobre la envolvente del edificio.

El aislamiento de la cubiertas cobra por lo tanto en la costa importancia capital siendo posible

rehabilitar las cubiertas de chapa o fibrocemento mediante un trasdosado que forme una cámara

de aire ventilada entre la cubierta y el panel aglomerado de fibras naturales. Biomasa como el

bagazo de caña de azúcar pueden conformarse fácilmente en este tipo de cielos rasos aislantes

pudiendo ser revestidos posteriormente de tierra o yeso para aumentar su durabilidad. El

trasdosado interior de las paredes de bloque de hormigón con dicha técnica podría convertirse en

una rehabilitación energética, evolución aislante del tradicional enquinchado de caña.

Por otro lado, existen en la zona gran número de tipos de biomasa aprovechables para aislantes

en la formación de bloques aglomerados con tierra y cal o cemento tales como los residuos de

guadua, las fibras de coco o de palma, el bagazo, el raquis del banano, la cascarilla de arroz, la

tuza del maíz y las cascarillas de café o cacao. Pese a ello, este tipo de solución constructiva

basada en bloques macizos, al aportar a la edificación capacidad de acumulación de energía

(inercia térmica), únicamente será útil en zonas de interior o el borde de la cordillera, en las cuales

el descenso de la temperatura nocturna permita la ventilación y el enfriamiento de la casa. El

aislamiento térmico evitará el acceso del calor al interior mientras el frio acumulado en la masa de

los bloques durante la noche mantendrá fresco el interior.

La biomasa potencialmente más adecuada para el compuesto tierra + biomasa es aquella larga y

resistente a esfuerzos de tracción, con un cierto grosor de forma que exista en las fibras cierta

cantidad de aire encapsulado como ocurre con el bagazo de caña de azúcar, el raquis de banano

o los residuos de guadua. Las fibras cortas como el cacao, la cascarilla de arroz o la tuza de

maíz serán más adecuadas para compuestos de cemento debido a la mayor capacidad

aglomerante de este. Los residuos fibrosos como el ráquis de palma o las fibras de coco, así

como cualquiera de las biomasas anteriores convenientemente citadas, convenientemente

preservadas (con sales de bórax o mineralización con cemento y agua) dotarán a cualquier

cerramiento de un carácter aislante. Los sistemas tradicionales de madera de la región permitirían

de una forma sencilla la transformación de este modo de las paredes en muros aislantes.

El bahareque o muros de entramado de palos, cañas o guadua revestido de barro o mortero de

cemento ha sido y continúa siendo un sistema constructivo muy extendido en toda América Latina.

El bahareque presenta interesantes características dado su bajo coste, su estructura antisísmica y

33

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

su ligereza, pero una gran desventaja frente a otros tipos de muro tradicional: su limitadísimo

aislamiento térmico debido, no tanto a su coeficiente de conductividad de la biomasa, si no al

reducido espesor del propio sistema constructivo. Desde la presente investigación se vienen

realizando pruebas para la utilización del bagazo de caña de azucar como estructura tejida o

superpuesta como base aislante para recibir el revestimiento interior y exterior de tierra o

cemento. Con ello se obtendría un tipo de bahareque aislante que mejoraría en zonas frías o

cálidas de alta radiación la habitabilidad interior de la vivienda con materiales de deshecho como

materia prima básica. Los principales retos a superar en dicha técnica constructiva innovadora son

el ataque de microorganismos o insectos así como la formación de una subestructura lo

suficientemente rígida como para conformar muros de altura suficiente (Velasco, Goyos, 2015). La

Tabla 3 resume las biomasas disponibles en la costa así como los posibles usos aislantes.

Tabla 3. Biomasas y usos aislantes disponibles en la costa

Distribución regional de los principales fibras de la costa y posibles usos aislantes

Nombre común Nombre

científico

Presencia en Provincia Posibles usos aislantes

AZ

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I

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pan

eles

Tec

hu

mb

res

LEÑOSOS

Guadua Guadua

angustifolia X X X X X X X X X

Caña Arundo donax X X X X X X

Caucho Ficus elástica

Hevea Brasiliensis X X X X X X

Matapalo Ficus

nymphaeifollia X X X

Balsa Ochroma

pyramidale X X X X X

Ceibo Erythrina cristagalli

X X

MIMBRES

Totora Schoenoplectus

californicus X X X X X X

Junco Typha

dominguensis X X X X

Totorilla Juncus arcticus X X X X X

Pajonal Diversas especies

X X X X

Sigse Cortaderia nitida

(kunth) Pilg. X X X X X X

TEXTILES

Abacá Musa textilis X X X X X

Cabuya Agave sisalana X X X X X X

Penco Agave americana X X X X X X

Fique Furcraea

bedinghausii X X X X X X

PALMERAS

Palma africana Elaeis guineensis X X X X X X X X X

Toquilla Carludovica

palmata X X X

Coco Cocos nucifera X X X X X X

Mocora Astrocaryum

standleyanum X X X X

34

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

Pambil Iriarte deltoidea X X

UTILES

Maiz Zea mays X X X X X X X

Café Coffea arábica x X X X X X X X X

Cacao Theobroma cacao X X X X X X X

Arroz Oryza sativa X X X X X

Caña de azucar Saccharum officinarum

X X X X X X X X

Banano Musa paradisiaca X X X X X X X X X X X

2.4.2 Sierra

La región de la Sierra está atravesada por la cordillera de los Andes que recorre el país de Norte a

Sur. Comprende las provincias de Azuay, Bolívar, Cañar, Carchi, Chimborazo, Cotopaxi,

Imbabura, Loja, Pichincha, Santo Domingo de los Tsáchilas y Tungurahua. Se divide en dos

sistemas paralelos: Cordillera Oriental y Occidental, separados por llanuras y valles, creando una

serie de microclimas conocidos como pisos o escalones climáticos (INAMHI, n.d.)

En el clima tropical andino la temperatura media varía entre las 20 y 25 °C. Las lluvias son

escasas y la atmósfera seca. Comprende todas las tierras bajas hasta una altura de 1500 m. El

subtropical andino va desde los 1500 hasta los 2500 m, con una temperatura media de 20 °C.

Lluvias abundantes en Invierno y poco frecuentes en verano lo caracterizan. El clima templado,

con una temperatura media de 17 °C, se sitúa en los lugares que van desde los 2500 hasta los

3500 m de altitud. Se caracteriza por tener lluvias abundantes, granizadas frecuentes y ambiente

nublado. Es la franja climática más poblada de la Sierra. El piso frío comprende todos aquellos

lugares que van desde los 3500 hasta las 5650 m. Su temperatura varia entre 1 y 10 °C durante el

día durante todo el año. Se dan lluvias torrenciales , neblinas espesas y lloviznas casi constantes.

El clima glacial se sitúa por encima de los 5650. Se caracteriza por registrar temperaturas

Inferiores a los 0 °C y nieve perpetua. No es de interés al no estar habitado.

Figura 4. Gráfico bioclimático. Provincias de la región climática de sierra.

La Figura 4 nos muestra como en toda la región las bajas temperaturas exigen la presencia de

35

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

aislamiento térmico e inercia térmica junto con algún tipo de sistema de calefacción. Pese a ello, la

situación en la sierra es más compleja de lo que puede mostrar éste debido a la gran variabilidad

de microclimas existente, por lo que los mapas de temperaturas mínimas nos ofrecen un

instrumento clave para determinar la importancia de la utilización de la biomasa con fines aislantes

para la protección de la envolvente en la región. Por el contrario, no existen en la región climática

de la sierra problemas de altas temperaturas. Si pueden existir en cambio problemas puntuales

derivados de la alta radiación en zonas de baja altitud en donde se hará necesario el control de la

radiación solar.

Las edificaciones tradicionales en su mayor parte se caracterizan por muros de piedra o tierra

(tapial o adobe), pisos de tierra y cubiertas de paja o teja sobre estructura de madera. En zonas

menos frías se utiliza con frecuencia el bahareque que consiste en muros de cerramiento

formados por una estructura de madera o cañas recubierta de barro y paja.

La construcción en tierra es un recurso constructivo de bajo impacto ambiental, acceso local e

integrado en las tradiciones constructivas locales. Presenta inconvenientes de durabilidad si existe

un exceso de humedad provocada por capilaridad del suelo o agua de lluvia y, más allá del efecto

beneficioso de estabilidad térmica que produce en el interior de las construcciones, es un material

con un alto coeficiente de conductividad por lo que resulta prácticamente imposible alcanzar las

temperaturas de confort interior sin altísimos consumos energéticos.

En las zonas altas de los páramos se mantiene un tipo de choza mixta de muros de tierra y tejado

de paja que se extiende prácticamente hasta el suelo. La gran capacidad aislante de la paja

protege de los vientos fríos y el agua los muros de tierra. En todos los tipos constructivos los

suelos apisonados constituyen el principal foco frío.

Pero un modelo único se extiende invariablemente en al actualidad por el país basado en muros

de bloques de hormigón y techos de chapa o fibrocemento empeorando las condiciones interiores

de habitabilidad frente al los tipos tradicionales. En las construcciones de techos de chapa o

fibrocemento a las pérdidas de energía a través de muros y suelos conductivas se suman las

grandes pérdidas energéticas producidas por la radiación espacial durante la noche, agravando

los problemas de confort ya existentes en las tipologías tradicionales. Todo ello hace que este tipo

de viviendas sean frecuentemente abandonadas o utilizadas como corrales.

El potencial de la inclusión de fibras en los compuestos de tierra está ya interiorizado en las

distintas técnicas del adobe o del tapial con el objetivo de reforzar estructuralmente este. Estudios

recientes elaborados por los autores (Velasco, Goyos, 2015) , demuestran que es posible la

mejora aislante de estas técnicas tradicionales mediante la adición de considerables cantidades

de totora, cacao, café o pajonal sin una merma excesiva de la resistencia del compuesto.

36

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

En zonas frías como las del páramo ecuatoriano la temperatura de los pisos en contacto con el

terreno puede alcanzar temperaturas inferiores a 5ºC de forma permanente, por lo que el

aislamiento térmico de este elemento es imprescindible para alcanzar el confort térmico. Las

solicitaciones requeridas al material base del piso se limitan a la resistencia a la abrasión de la

capa superficial. Es por ello que el compuesto de tierra apisonada o estabilizada con reducidas

cantidades de cal o cemento y altos porcentajes de biomasa atesora un enorme potencial como

aislante de bajo coste. El campo de investigación en pisos aislantes se abre a prácticamente

todo tipo de biomasa de la región.

Otra posible aplicación y dado el poder aislante demostrado de fibras como el pajonal es el

desarrollo de sistemas constructivos que permitan confinar y preservar la biomasa,

interponiéndola entre el interior y el exterior de una forma similar a las chozas actuales, pero

protegidas de la intemperie. En zonas altas de la sierra, por ejemplo, en donde la presencia de

pajonal es abundante y la existencia de insectos que puedan alimentarse de esta muy limitado,

sería posible el uso de ésta, de forma local y sustentable, para el relleno de bloques de hormigón

siempre y cuando se proteja la biomasas de la humedad del suelo o los muros de la incidencia

agua de lluvia. En zonas en las que abunde la madera será posible abrir un nuevo campo de

estudio consistente en confinar en cámaras dicha biomasa obteniéndose un muro de madera

aislante. El principal reto a salvar es la conservación de dicha biomasa frente al ataque de

insectos y hongos. La Tabla 4 resume las biomasas disponibles en la región así como los posibles

usos aislantes.

Tabla 4. Biomasas y usos aislantes disponibles en la sierra

Distribución regional de los principales fibras de la sierra y posibles usos aislantes

Nombre común Nombre

científico

Presencia en Provincia Posibles usos aislantes

AZ

UA

I

CA

ÑA

R

PIC

HIN

CH

A

SA

NT

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LEÑOSOS

Caña Guadúa Bambusa guadua

X X X X

Guadua Guadua

angustifolia X X X X X X

Caña Arundo donax X X X X

Caucho Ficus elastica

Hevea Brasiliensis

X X X X X

Balsa Ochroma

pyramidale X X

Ceibo Erythrina cristagalli

X X

MIMBRES

Totora Schoenoplectus

californicus X X X X X X X X X X X

Totorilla Juncus arcticus X X X X X X X X X X

37

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

Pajonal Diversas especies

X X X X X X X X X X X

Sigse Cortaderia nitida

(kunth) Pilg. X X X X X X X X X X X X

TEXTILES

Abacá Musa textilis X X X

Cabuya Agave sisalana X X X X X X X X

Penco Agave

americana X X X X X X X X

Fique Furcraea

bedinghausii X X X X X X X X

PALMERAS

Palma africana Elaeis

guineensis X X X X X X X

Coco Cocos nucifera X X X X

Pambil Iriarte deltoidea X

UTILES

Maiz Zea mays X X X X X X X X X

Café Coffea arábica X X X X X X

Caña de azucar Saccharum officinarum

X X X X X X X X X X

Banano Musa

paradisiaca X X X X X X X X X

2.4.3 Amazonia

Esta región climática corresponde a las provincias de Morona Santiago, Napo, Orellana, Pastaza,

Sucumbios y Zamora Chinchipe. En ella coexisten el clima Amazónico Húmedo y el Amazónico

Semi-Húmedo, similares al que se produce en la parte interna de la región costera. La

temperatura media varía entre 22 y 26°C y es la región más húmeda de Ecuador. Las

precipitaciones son muy abundantes y frecuentes todo el año (más de 3000 mm anuales). La

parte más cercana a la cordillera de los Andes es una zona densamente nublada, debido a que allí

se condensan grandes masas de vapor proveniente del Atlántico y de la selva amazónica (Yepez,

2012).

Figura 5. Gráfico bioclimático. Provincias de la región climática de la Amazonia.

Pese a las distintas etnias que las habitan, la similitud de recursos naturales y condicionantes

38

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

climáticos hace que la arquitectura vernácula de esta regiones sea muy similar a la de la costa en

cuanto a materiales y técnicas constructivas tradicionales. Los principales factores a considerar

son la humedad y en menor grado las altas temperaturas. La edificación por lo tanto emplea

materiales vegetales locales, facilitando la permeabilidad de toda la envolvente (llegando incluso

en ocasiones a prescindir de las paredes) para evitar problemas de confort derivados de la

humedad elevada. La protección solar de la cubierta se basa en una superposición de capas

vegetales que forman sucesivas cámaras de aire ventiladas. Al igual que en todo el país la

sustitución de los tipos constructivos tradicionales por sistemas constructivos de hormigón o

cubiertas de fibrocemento o chapa de acero supone un empeoramiento radical de la sostenibilidad

edificatoria y del confort al aumentar las temperaturas debido a la radiación solar y a la

acumulación de calor en la inercia térmica de los materiales pétreos, los cuales dificultan

enormemente la ventilación y refrigeración interior. La Tabla 5 resume las biomasas disponibles

en la región así como los posibles usos aislantes.

Tabla 5. Biomasas y usos aislantes disponibles en la Amazonía

Distribución regional de los principales fibras de la amazonia y posibles usos aislantes

Nombre común Nombre científico

Presencia en Provincia Posibles usos aislantes

MO

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S

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TIA

GO

NA

PO

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EL

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Ag

lom

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tes

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anel

es

Tec

hu

mb

res

LEÑOSOS

Guadua Guadua angustifolia X X X X X

Caña Guadua Arundo donax X X X X X X X

Caucho Ficus elastica

Hevea Brasiliensis X X X X X

Matapalo Ficus nymphaeifollia X X X

Ceibo Erythrina cristagalli X

Bejuco real Cissus verticillata X X X X

MIMBRES

Totora Schoenoplectus californicus X X X X

Totorilla Juncus arcticus X X X X

Sigse Cortaderia nitida (kunth)

Pilg. X X

PALMERAS

Palma africana Elaeis guineensis X X X X X

Pambil Iriarte deltoidea X X X

UTILES

Maiz Zea mays X X X

Café Coffea arábica X X X

Cacao Theobroma cacao X X X X

La sostenibilidad de las soluciones industrializadas se ve agravada por la distancia y dificultad de

acceso a las zonas pobladas por lo que un retorno a patrones tradicionales convenientemente

39

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.23 - 41

revisados es la zona amazónica de especial importancia. La aglomeración de fibras vegetales en

forma de paneles (de cubierta o techo) será en este caso de principal interés y la preservación de

la biomasa el factor clave del éxito, pues la pudrición y la presencia de hongos e insectos es muy

importante en la zona.

No son recomendables la aglomeración de bloques o la mejora de los tipos constructivos de

hormigón debidos a la acumulación de calor que ello supondría a excepción de las zonas más

frías de la región de Morona Santiago o Zamora Chinchipe.

3. Conclusiones

La biomasa como componente aislante de composites o técnicas constructivas mixtas es útil en

amplias zonas de Ecuador, tanto en zonas frías como en zonas cálidas. La utilización por lo tanto

de biomasas incorporadas a los sistemas constructivos tradicionales tiene un gran potencial de

mejora del hábitat en gran parte del país.

La diversidad agrícola y vegetal de Ecuador permite asegurar la existencia de biomasas

vegetales aprovechables como componente aislante en la práctica totalidad del país habitado.

La integración de las soluciones innovadoras depende en gran medida de la aceptación de estas

por parte de los usuarios y agentes implicados en la construcción. Es por ello que buscar sistemas

que permitan una evolución de los sistemas tradicionales permite asegurar la implantación de las

mejoras. La incorporación de biomasa local para el incremento del aislamiento es absolutamente

compatible con los distintos sistemas constructivos de Ecuador. Así bloques, muros y adobes

pueden continuar construyéndose de igual modo con idénticas técnicas. La incorporación de altos

porcentajes de biomasas permitirá la mejora de dicha técnica. En ningún caso la sustitución por

otra. En el caso de zonas cálidas en donde abundan las fibras vegetales largas que permiten

conformar paneles, estos serán de gran utilidad para la mejora de las condiciones de hábitat con

un incremento de coste muy limitado

Se demuestran por lo tanto las enormes posibilidades de uso de la biomasa en la mejora de las

técnicas constructivas tradicionales de Ecuador en pos de la mejora de la eficiencia energética de

las edificaciones.

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Enfoque UTE, Dic.2015, pp.42 - 54 http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/

e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/10/26 Aceptado (Accepted): 2015/12/07

CC BY-NC-ND 3.0

Caracterización de biomasa residual de la región Arequipa para

la producción de biocombustibles

(Characterization of residual biomass from the Arequipa region

for the production of biofuels)

María Laura Stronguiló Leturia1, Lynet Milagros Chacón Febres1

Resumen:

El objetivo del presente trabajo es seleccionar biomasa residual generada en la Región

Arequipa que pueda utilizarse en la producción de biocombustibles (biodiesel, bioetanol y

biogás). En cada caso, se parte de una matriz basada en productos con biomasa residual

disponible en la región, provenientes del sector agrícola y pecuario, información que fue

obtenida de la página web de la Gerencia Regional de Agricultura. En el proceso de selección

se considerarán factores específicos de los residuos que se usarán como materias primas en la

obtención de cada biocombustible. Para la producción de biodiesel es necesario partir del

aceite extraído de semillas oleaginosas. En cuanto a la obtención de bioetanol, se requiere que

la biomasa cuente con alto porcentaje de celulosa y con respecto a la generación de biogás se

utilizarán excrementos de animales. Finalmente, mediante la caracterización de la biomasa

residual, se han seleccionado las materias primas: zapallo de Camaná y palta de Arequipa para

el biodiesel; cascarilla de arroz de Castilla y marlo de maíz de Arequipa para el bioetanol y

estiércol de vaca y oveja de Caylloma para el biogás.

Palabras clave: biomasa residual; biocombustibles; biodiesel; bioetanol; biogás.

Abstract:

The aim of this work is to select residual biomass from the Arequipa Region for the production

of biofuels (biodiesel, bioethanol and biogas). In each case, the initial point is a matrix based on

products with residual biomass available in the region, from the agricultural and livestock

sectors, information that was obtained from the regional Management of Agriculture web site.

Specific factors of the resudue that will be used as raw material for each biofuel production

would be considered for the selection process. For the production of biodiesel it is necessary to

start from the oil extracted from oilseeds. Regarding obtaining bioethanol, it requires that the

residual biomass has high percent of cellulose. With regard to the generation of biogas, we will

use animal droppings. Finally, the raw materials selected are: squash and avocado seeds for

biodiesel, rice chaff and deseeded corncob for bioethanol and cow and sheep droppings for

biogas.

Keywords: residual biomass; biofuels; biodiesel; bioethanol; biogas.

1 Universidad Católica San Pablo, Arequipa – Perú ( mstronguilo, milagros.chacon @ucsp.edu.pe )

43

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

1. Introducción

Se estima que la demanda de energía crecerá a razón de 1.8% anual, hasta el año 2030, lo que

supone un incremento del 55% sobre las necesidades energéticas globales que se tienen. Este

creciente requerimiento de energía aumenta el interés por la búsqueda de energías que no

contaminen el medio ambiente como lo hacen las no renovables. Por lo tanto, se trata de

encontrar otras fuentes de energía disponibles en la naturaleza que ayuden a reducir la

dependencia de las de origen fósil como carbón, petróleo, gas, etc. Estas energías son las

renovables que, aunque se consuman, se vuelven a reponer, tales como biomasa, luz solar,

viento, etc. (Roldán, 2013)

Una de las energías renovables usadas alrededor del mundo es la biomasa. Los recursos

biomásicos incluyen cualquier fuente de materia orgánica, como desechos agrícolas, forestales, y

animales así como basura urbana, los que se someten a modernos procesos de conversión,

enfocados hacia la sustitución de combustibles fósiles. La biomasa tiene características

específicas que determinan su uso: su composición física y química determina el tipo de

combustible que se puede generar, el contenido de humedad posibilita la conversión energética, el

porcentaje de cenizas indica la cantidad de materia sólida no combustible por kilogramo de

material, el poder calorífico determina la energía disponible en la biomasa y la densidad aparente

define el peso por unidad de volumen del material en el estado físico que presenta. (FOCER,

2002)

Se entiende como biomasa la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o

provocado, utilizable como fuente de energía. (RAE, 2001). El uso de biomasa como energía

alternativa presenta las siguientes ventajas: no contamina el medio ambiente, favorece el

desarrollo rural ya que este proceso puede ser utilizado en zonas aisladas para la obtención de

biocombustibles y disminuye la dependencia energética exterior.

La biomasa a ser seleccionada depende de características específicas que son necesarias para la

producción de cada biocombustible. El biodiesel es un éster que puede producirse a partir de

diferentes tipos de aceites vegetales, para la obtención de los cuales es necesario el

procesamiento de semillas oleaginosas, de las que se puede extraer aceite. Posteriormente, los

glicéridos, mediante una reacción de transesterificación y utilizando catalizadores, se convierten

en biodiesel. La soja representa el 79% del potencial de producción total de biodiesel, seguida por

el girasol (17%) y la palma aceitera (4%). (Razo, Ludeña, & Saucedo, 2007)

Para la producción de bioetanol la biomasa debe contener en su composición azúcar, almidón o

lignocelulosa. A partir del almidón o lignocelulosa se debe aplicar un pretratamiento químico para

la obtención de azúcares fermentables. Posteriormente se realizan la fermentación y destilación

para luego obtener bioetanol. La principal fuente potencial para la producción de bioetanol es la

caña de azúcar en casi todos los países de América Latina, ya que la disponibilidad de

44

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

excedentes es generalizada. Por otro lado, el potencial de producción a partir de maíz, trigo y

sorgo está concentrado en Argentina. (Razo, Ludeña, & Saucedo, 2007)

Finalmente, el biogás es un combustible que se genera por las reacciones de biodegradación de

la materia orgánica mediante la acción de microorganismos y otros factores en ausencia de

oxígeno. La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil

para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor, además de generar

un efluente que puede aplicarse como abono energético. Todos los residuos orgánicos, por

ejemplo: basura de cocina, restos vegetales y animales, aguas servidas, aserrines, virutas,

excrementos, son adecuados para ser fermentados anaeróbicamente (en ausencia de oxígeno).

Las bacterias consumen el carbono y el nitrógeno y como resultado se produce el biogás. (Castillo

& Tito, 2011). Mediante este trabajo se busca caracterizar la biomasa residual originaria de la

región Arequipa y estudiar su potencialidad para la producción de biocombustibles. Se evaluarán

sus características físicas y químicas pues determinan el tipo de combustible o subproducto

energético que se puede generar.

2. Metodología

El primer paso para desarrollar este estudio fue la elaboración de una matriz basada en una serie

de productos (que posean biomasa residual) disponibles en la región, provenientes del sector

agrícola y ganadero, información que fue obtenida de la página web de la Gerencia Regional de

Agricultura de Arequipa. Con el fin de seleccionar la biomasa que se usará en la obtención de

cada biocombustible, se tomarán en cuenta diversos parámetros, algunos de los cuales resultarán

determinantes para la elección.

Para la matriz correspondiente al biodiesel se tomaron en cuenta parámetros como el porcentaje

de ácidos grasos insaturados (>50%), tamaño de semilla (grande o mediana) y hectáreas

cosechadas. Se fijaron estos criterios ya que de una semilla de mayor tamaño se puede extraer

más cantidad de aceite, lo cual significaría una mayor producción de biodiesel con menor número

de semillas. En cuanto a los ácidos grasos insaturados, se tomó como referencia una

investigación que indica que para lograr una mayor producción de biodiesel el porcentaje debe ser

mayor a 50%. (González, 2012)

Como se observa en la Tabla 1, se seleccionaron las semillas de aceituna, palta y zapallo. Se

preparó la Tabla 2 con los productos elegidos incluyendo las provincias de la región Arequipa en

las que se cultivan. Posteriormente, se recolectarán las materias primas de las provincias

seleccionadas y se realizará la extracción del aceite de las semillas para determinar el perfil de

sus ácidos grasos, mediante análisis cromatográfico.

45

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Tabla 1. Materia prima seleccionada para la producción de biodiesel

Producto ha Ácidos grasos

insaturados, %

Tamaño de la

semilla

Ácidos grasos

insaturados, >50%

Tamaño de semilla,

grande o mediana

Palta 196 74,80 Grande x x

Aceituna 11 81,80 Mediana x x

Zapallo 1209 55,11 Mediana x x

Avena 448 84,53 Pequeña x

Tuna 5 84,00 Pequeña x

Quinua 7056 83,47 Pequeña x

Tomate 701 81,00 Pequeña x

Uva 97 79,16 Pequeña x

Trigo 1761 61,70 Pequeña x

Haba 1017 13,00 Pequeña x

Para el sector agrícola, las provincias se seleccionaron teniendo en cuenta el área cultivada y la

ubicación geográfica del producto. (Escalante, Orduz, & Zapata, 2011). En la Tabla 2 aparece la

producción (en toneladas) de aceituna, zapallo y palta en todas las provincias de Arequipa. Se

seleccionarán las muestras que tienen una mayor producción para posteriormente analizarlas y

conocer su perfil de ácidos grasos.

Tabla 2. Producción (t) de las materias primas seleccionadas para la obtención de biodiesel

Provincia Aceituna Zapallo Palta

Arequipa 0,00 1219,17 8188,20

Camaná 287,35 11054,00 0,00

Caravelí 28205,07 0,00 2480,92

Castilla 0,00 91,32 278,16

Caylloma 0,00 48210,70 2584,24

Islay 1246,65 2444,56 0,00

La Unión 0,00 12,80 9,40

Condesuyos 0,00 410,97 44,51

Como se puede observar en la Tabla 2, la aceituna seleccionada es la proveniente de Caravelí, el

zapallo procedente de Camaná y Caylloma y la palta de Arequipa, Caravelí y Caylloma.

Para elegir la biomasa residual para desarrollar las pruebas para la obtención del bioetanol se

realizo una matriz que incluyo los productos que tienen residuos cultivados en la región Arequipa,

obtenidos durante la campaña agrícola 2013 - 2014, publicados en la página web de la Gerencia

Regional de Agricultura. Puesto que se decidió trabajar con materiales lignocelulósicos, se buscó

su contenido teórico de celulosa. Los valores se registraron en la Tabla 3, que aparece a

continuación:

46

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Tabla 3. Materia prima seleccionada para la producción de bioetanol

Producto Tipo de

residuo

Usos en

alimentación Celulosa, % Producción, t

Rendimiento de

etanol (l/t de

materia seca)

Caña de azúcar Bagazo Ninguno 50 96992,87 280

Arroz Cascarilla Ninguno 39,05 266039 280

Maíz Marlo Ninguno 36,4 562428,3 290

Cebada Paja Té o infusión 44 4420,55 310

Avena Paja Té o infusión 41,2 7882,12 260

Arroz Paja Para rumiantes 34 266039,03 280

Trigo Pajilla Ninguno 33 15168,41 290

Como se observa en la Tabla 3, las materias primas seleccionadas para la producción de

bioetanol son el bagazo de caña azúcar, la cascarilla de arroz y el marlo de maíz, teniendo en

cuenta su porcentaje de celulosa y el hecho que sus residuos no se utilizan como alimento.

La Tabla 4 muestra las provincias de la región Arequipa donde se cosechan dichos productos y la

cantidad producida en toneladas. Se seleccionarán aquellas de mayor producción para analizar el

porcentaje de celulosa presente.

Tabla 4. Producción (t) de las materias primas seleccionadas para la obtención de bioetanol

Provincia Caña de azúcar Arroz Maíz

Arequipa 0,00 0,00 191695,08

Camaná 0,00 109718,34 2773,54

Caravelí 0,00 0,00 0,00

Castilla 0,00 90007,89 19209,70

Caylloma 0,00 0,00 281191,00

Islay 10400,91 65943,20 67558,95

La Unión 0,00 0,00 0,00

Condesuyos 0,00 369,60 0,00

Como se ha señalado en la Tabla 4, se analizará el bagazo de caña de azúcar proveniente de

Islay, la cascarilla de arroz procedente de Camaná y Castillla y el marlo de maíz de Arequipa y

Caylloma. Estas muestras se enviarán a un laboratorio externo para determinar el contenido de

celulosa. Se seleccionarán las que resulten con un porcentaje mayor de celulosa para emplearlas

en la producción de bioetanol.

Para la producción del biogás se utilizarán desechos animales, que son principalmente generados

del sector pecuario (estiércol). Las muestras se someterán al proceso de biodigestión anaerobia,

47

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

del cual se obtienen compuestos altamente energéticos que pueden usarse para producir energía

eléctrica y calorífica.

En la tabla 5 aparecen las especies de las que se puede obtener estiércol. La información procede

de la página web de la Gerencia Regional de Agricultura de Arequipa. Se ha añadido el estiércol

de cuy teniendo en cuenta que en la región existe la Asociación de Criadores de Cuyes. Los datos

se complementan con los valores teóricos del contenido de carbono y nitrógeno y la relación C/N.

El carbono es una fuente de energía para los microorganismos y el nitrógeno es un elemento

necesario para la síntesis proteica. La relación C/N es un índice significativo de la digestibilidad de

un determinado material orgánico. (Escalante, Orduz, & Zapata, 2011)

Tabla 5. Materia prima seleccionada para la producción de biogás

Estiércol de Carbono, %

peso

Nitrógeno, %

peso Relación C/N

Contenido

seco, %

Contenido

hídrico, %

Oveja 16 0,55 29 24 76

Vaca 7,3 0,29 25 17 83

Cuy 39 1,9 20 70 30

Cerdo 17,4 1,1 16 18 82

Ave 41 1,3 32 16 84

Cabra 39,8 2,2 18 32 68

Alpaca 48 3,6 13 37 63

Llama 55,4 3,93 14 38 62

Vicuña 50,3 3,62 14 35 65

La formación de metano y ácido puede darse con valores mínimos de C/N de 16. Sin embargo, las

bacterias responsables del proceso pueden tener un excelente desempeño cuando el residuo

presenta una relación C/N entre 25 y 30. (Escalante, Orduz, & Zapata, 2011). Según la Tabla 5,

se ha seleccionado el estiércol de oveja, vaca y cuy.

Con estas materias primas se podrá evaluar diferentes relaciones de C/N y su posterior influencia

en el biogás. En el sector pecuario, los criterios empleados para definir las unidades de muestreo

(provincias) fueron: la cantidad de población animal y la ubicación geográfica y climatológica.

(Escalante, Orduz, & Zapata, 2011)

En la Tabla 6 se ha registrado la cantidad de cabezas de vacas, ovejas y cuyes en las diferentes

provincias de la región Arequipa. Se seleccionaron las provincias donde se cría mayor cantidad de

cabezas de cada especie.

Como se puede observar en los datos de la tabla 6, la mayor cantidad de ganado seleccionado se

encuentra en Caylloma y Arequipa. Se recolectarán muestras de estiércol de cuy, vaca y oveja de

estas provincias y se enviarán a un laboratorio externo para determinar la relación C/N.

48

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Tabla 6. Cantidad de ganado (cabezas) de las especies seleccionadas para la producción de biogás

Provincia Vaca Oveja Cuy

Arequipa 55673 26971 116803

Camaná 4757 3588 12611

Caravelí 8456 8119 21833

Castilla 32731 17616 35613

Caylloma 80686 56885 159903

Islay 12170 3961 24574

La Unión 16685 15766 37901

Condesuyos 15475 18021 27652

Como ya se tiene definida que materia prima se va a evaluar experimentalmente, se desarrollaron

pruebas en laboratorio externos para su caracterización y selección final de la biomasa residual

que tiene potencial de ser utilizada para la producción de biocombustibles.

3. Resultados y Discusión

Selección de la materia prima para biodiesel

En la parte teórica se selecciono el zapallo procedente de Camaná y Caylloma y la palta de

Arequipa, Caravelí y Caylloma. Antes de realizar el análisis cromatográfico, se extrajo el aceite

contenido en las semillas mediante el siguiente procedimiento:

- Secado de semillas: La materia prima se almacena en un lugar fresco, seco y ventilado para

evitar la formación de hongos y mohos. Se seca al ambiente por 5 – 6 días durante 6 – 7 horas

cada día. Seguidamente, pasa a ser triturada en un molino industrial, hasta obtener un polvo casi

homogéneo. Se coloca la muestra molida en una cápsula de porcelana y se seca en una estufa

durante 4 horas a una temperatura de 70°C.

- Extracción del aceite: Para esto, se pesa 10 gramos de la muestra seca y molida directamente

en un cartucho de papel filtro rápido. Se coloca 125 ml de n-hexano en un balón de fondo plano y

se arma el equipo Soxhlet, como aparece en la Figura 1. Luego se inicia la extracción a una

temperatura de 70°C, manteniendo el goteo del solvente a una velocidad mayor a 150 gotas por

minuto, durante 6 horas. Cumplido el tiempo fijado, se deja enfriar el sistema.

49

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Figura 1. Extracción del aceite por el método Soxhlet

- Destilación: Posteriormente, se desarma el equipo y se procede a destilar el hexano a una

temperatura de 65ºC, como se observa en la Figura 2.

Figura 2. Destilación del hexano

Finalmente, la muestra del aceite extraído (2 ml aproximadamente) se vierte en un vial y se envía

a un laboratorio externo para la determinación del perfil de sus ácidos grasos. Los resultados

obtenidos se resumen en la Tabla 7.

Un factor determinante para la selección de materia prima es el porcentaje de ácidos grasos

saturados debido a que dificultan la reacción de transesterificación, que es importante para la

obtención de biodiesel pues reduce la alta viscosidad de los triglicéridos. (Meher & Vidya Sagar &

Naik, 2006). Según los resultados mostrados en la Tabla 7, se seleccionan la palta de la provincia

de Arequipa y el zapallo de Camaná.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Tabla 7. Porcentaje de ácidos grasos saturados en las muestras de aceite

Muestra Procedencia Ácidos grasos saturados, %

Palta Arequipa 5,84

Palta Caravelí 6,90

Palta Caylloma 9,51

Zapallo Camaná 10,89

Zapallo Caylloma 13,35

Aceituna Caravelí 11,14

Selección de la materia prima para bioetanol

Para la selección de la materia prima para el bioetanol se analizará el bagazo de caña de azúcar

proveniente de Islay, la cascarilla de arroz procedente de Camaná y Castillla y el marlo de maíz de

Arequipa y Caylloma. La cantidad de materia prima que se requiere para los ensayos es 50 g.

Luego de recolectarla se almacenó temporalmente dentro del laboratorio, se limpió para eliminar

impurezas y se dejó orear para evitar la formación de hongos. Para realizar los análisis de

laboratorio la materia prima debía estar seca, por lo que se dejó secar al sol durante 5 días,

aproximadamente 6 – 7 horas al día. Las muestras secas se enviaron a un laboratorio de análisis

para determinar el contenido de celulosa.

A continuación, la Tabla 8 detalla los resultados que reportó el laboratorio externo:

Tabla 8. Porcentaje de celulosa presente en los materiales lignocelulósicos

Muestra Residuo Procedencia Celulosa, %

Arroz Cascarilla Castilla 52,80

Arroz Cascarilla Camaná 50,69

Maíz Marlo Arequipa 27,35

Caña de azúcar Bagazo Islay 26,04

Maíz Marlo Caylloma 20,16

Según la Tabla 8, las materias primas seleccionadas para realizar las pruebas experimentales de

obtención de bioetanol son la cascarilla de arroz de la provincia de Castilla y el marlo del maíz de

Arequipa.

Selección de la materia prima para biogas

Según el levantamiento de información se recolectará muestras de estiércol de cuy, vaca y oveja

de las provincias de Caylloma y Arequipa. Los resultados obtenidos se encuentran en la Tabla 9.

En base a los valores reportados para la relación C/N, se seleccionó el estiércol de vaca y oveja

de la provincia de Caylloma. Con esas dos materias primas se realizarán pruebas experimentales

de obtención de biogás, para ver cuál de ellas produce un biocombustible de mejor calidad.

51

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Como se observa en las tablas 1, 3 y 5, en este estudio se evaluaron cinco tipos de biomasa

residual, de los cuales cuatro pertenecen al sector agrícola (semillas, cascarilla, bagazo y marlo) y

uno al sector pecuario (estiércol). La caracterización de la biomasa residual agrícola y pecuaria

contempló la determinación de algunos de los parámetros que describen la composición de la

materia orgánica correspondientes al análisis físico químico.

Tabla 9. Relación C/N de las muestras de estiércol

Estiércol de Procedencia Carbono, % Nitrógeno, % Relación C/N

Vaca Caylloma 31,63 0,94 33,65

Oveja Caylloma 29,52 1,19 24,81

Cuy Arequipa 56,08 2,60 21,57

Oveja Arequipa 35,62 2,32 15,35

Cuy Caylloma 35,25 2,62 13,45

Vaca Arequipa 17,98 1,51 11,91

En las materias primas que se utilizarán para producir biodiesel esto implica realizar un análisis

proximal que abarca determinar en las muestras el contenido de humedad, cenizas y materia

volátil así como el perfil de ácidos grasos (ver tablas 10 y 11, respectivamente).

Tabla 10. Análisis proximal de las materias primas seleccionadas para la obtención de biodiesel (semillas de productos oleaginosos)

Muestra Procedencia Humedad, % Cenizas, % Materia volátil, %

Zapallo Camaná 50,20 2,39 47,41

Palta Arequipa 56,60 1,16 42,24

Aceituna Caravelí 25,45 54,00 20,55

Los resultados obtenidos muestran una humedad alta para las semillas de zapallo y palta, lo que

las inclinaría a ser aprovechadas energéticamente mediante un proceso bioquímico. Además, el

alto contenido de cenizas en las semillas de aceituna es perjudicial para su aprovechamiento por

vías térmicas ya que reduce su poder calorífico. Por lo tanto, el perfil de los ácidos grasos (ver

Tabla 11) será el factor que determine la selección ya que las propiedades combustibles del

biodiesel dependen de la cantidad de cada ácido graso presente en la materia prima. (Karmakar,

2010).

En consecuencia, las materias primas seleccionadas para la producción de biodiesel son las

semillas de palta de Arequipa y zapallo de Camaná, ya que son las que resultaron con un

porcentaje menor de ácidos grasos saturados.

En cuanto a los materiales lignocelulósicos seleccionados para la obtención de bioetanol, se

desea valorar la aplicación industrial de sus residuos como fuente energética, por lo que además

del análisis proximal se realizó el estructural, que incluye la determinación del contenido de

celulosa (ver tablas 12 y 6, respectivamente).

52

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Tabla 11. Perfil de ácidos grasos (%) por CG-FID de las materias primas seleccionadas para la obtención de biodiesel

Procedencia Caravelí Arequipa Caylloma Camaná Caylloma Caravelí

Tipo de

ácido graso Palta Palta Palta Zapallo Zapallo Aceituna

Esteárico 0,36 1,21 0,75 2,35 4,65 1,98

Palmítico 6,54 4,63 8,76 8,54 8,70 9,16

Linoleico 22,24 14,00 3,31 39,32 39,52 9,50

Palmitoleico 4,21 5,62 5,20 - - -

Oleico 65,30 73,41 78,45 47,58 45,78 78,16

Otros 1,35 1,13 3,53 2,21 1,35 1,20

Tabla 12. Análisis proximal de las materias primas seleccionadas para la obtención de bioetanol.

Producto Residuo Procedencia Humedad, % Cenizas, % Materia volátil, %

Caña de

azúcar Bagazo Islay 66,10 0,87 33,03

Maíz Marlo Arequipa 10,27 3,97 85,76

Arroz Cascarilla Castilla 8,54 19,98 71,48

La humedad del bagazo lo inclina a ser aprovechado energéticamente mediante un proceso

bioquímico como la fermentación o la digestión anaerobia. Sin embargo, en la selección influyó

mas el hecho que la producción de bioetanol alcanza elevados rendimientos cuando se utiliza

como sustrato una biomasa que posee un alto contenido de celulosa. (Escalante, Orduz, &

Zapata, 2011). Por lo tanto, las materias primas elegidas para la producción de bioetanol son la

cascarilla de arroz de Castilla y el marlo del maíz de Arequipa.

A las muestras de estiércol que se utilizarán para producir biogás se les determinó la relación C/N

(ver Tabla 9). Los resultados obtenidos determinaron que las materias primas seleccionadas para

la producción de biogás sean las muestras de estiércol de vaca y oveja procedentes de Caylloma.

Ambos residuos (estiércol vacuno y ovino) pueden tener un aprovechamiento energético mediante

bioprocesos, como la digestión anaerobia, ya que sus características físico químicas (ver Tabla

13: altos porcentajes de materia volátil y orgánica) los hacen idóneos para el crecimiento y

desarrollo de consorcios microbianos capaces de degradar la materia orgánica y producir biogás

(Escalante, Orduz, & Zapata, 2011).

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Tabla 13. Análisis físico químico de las muestras de estiércol seleccionadas para la obtención de biogás

Análisis Vacuno Ovino

Sólidos totales, % 41,80 59,20

Materia volátil, % 59,00 43,15

Humedad, % 58,20 40,80

Ceniza, % 13,04 30,20

Materia orgánica, % 86,96 69,80

Nitrógeno, % 1,16 1,27

pH 8,00 8,00

Relación C/N 43,48 31,88

4. Conclusiones y Recomendaciones

Tomando en consideración la influencia del perfil de ácidos grasos en las propiedades

combustibles del biodiesel, se han seleccionado como materias primas para su obtención las

semillas de palta de Arequipa y zapallo de Camaná.

Teniendo en cuenta su porcentaje de celulosa, las materias primas que se seleccionaron para

realizar las pruebas de obtención de bioetanol son la cascarilla de arroz de la provincia de Castilla

y el marlo del maíz de Arequipa.

La producción de biocombustibles de segunda generación se basa en la lignocelulosa, pues

ofrece la posibilidad de usar aquellas partes de las plantas o cultivos que no tienen valor para la

alimentación humana.

A partir de los resultados obtenidos en la determinación de la relación C/N, se seleccionaron las

muestras de estiércol de vaca y oveja de la provincia de Caylloma para realizar las pruebas

experimentales de producción de biogás y ver cuál de ellas produce un biocombustible de mejor

calidad.

El contenido de sólidos volátiles orgánicos (grasas, carbohidratos y proteínas) representa el

material disponible para el desarrollo y reproducción de bacterias anaeróbicas, y ha sido un factor

determinante en la selección de las excretas bovinas y ovinas para la producción de biogás.

Agradecimiento

Las autoras agradecen al Programa Nacional de Innovación para la Competitividad y

Productividad por el financiamiento del presente trabajo, realizado como parte del proyecto

identificado con contrato nº 151-FINCyT-IB-2013.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.42 - 54

Bibliografía

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Escalante, H., Orduz, J., & Zapata, H. (2011). Atlas del Potencial Energético de la Biomasa

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66 http://ingenieria.ute.edu.ec/enfoqueute/

e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/11/02 Aceptado (Accepted): 2015/12/07

CC BY-NC-ND 3.0

Formulación y caracterización de bebidas nutricionales con base a zapallo y lactosuero, enriquecidas con avena y

maracuyá

(Formulation and characterization of a nutritional pumpkin-based whey beverages, enriched with oatmeal and passion

fruit)

Alex Valencia1, Liliana Acurio1, Lander Pérez1, Diego Salazar1, Verónica Tamayo1

Resumen:

En este trabajo se determinó el efecto de la incorporación de avena (Avena sativa) y maracuyá

(Passiflora edulis) en el contenido en fibra, calcio, hierro, fósforo y vitamina A en bebidas

formuladas a base de zapallo (Cucurbita máxima), leche y suero. Las bebidas sufrieron

cambios significativos durante el tiempo de almacenamiento, el pH disminuyó mientras que la

acidez mostró un ligero incremento. Las coordenadas de CIELAB (L*, a* y b*) se ubicaron en el

cuadrante 1 que indican una clara tendencia al color amarillo producto de la presencia de

carotenoides provenientes del zapallo y la maracuyá. En base al análisis sensorial se

seleccionó el mejor tratamiento, aquel que fue superior en 3 de los 4 parámetros evaluados.

Esta bebida presentó además un comportamiento de fluido pseudoplástico con un índice de

consistencia de 3,57 Pa.s0.24

y con un tiempo de vida útil de 9 días.

Palabras clave: bebidas; zapallo; avena; maracuyá; leche; suero.

Abstract:

In this work, the effect on the addition of oatmeal (Avena sativa) and passion fruit (Passiflora

edulis) in the content of fiber, calcium, iron, phosphorus and A vitamin in beverage formulation

based on pumpkin (Cucurbita maxima), milk and whey, was determined. The beverages

undergone significant changes during the storage time, the pH decreased as the acidity showed

a slight increase. The coordinates of CIELAB (L *, a * and b *) were located in quadrant 1

indicating a clear tendency to yellow caused by the presence of carotenoids from the pumpkin

and passion fruit. Based on the sensory analysis it was selected best treatment who was higher

in 3 of the 4 parameters evaluated. This sample also presented a pseudoplastic behavior with a

consistency index of 3.57 Pa.s0.24

and a shelf life of 9 days.

Keywords: beverages; pumpkin; oatmeal; passion fruit; milk; whey.

1 Universidad Técnica de Ambato, Ambato – Ecuador ( avalencia, lp.acurio, lv.perez, dm.salazar, v.tamayo

@uta.edu.ec )

56

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

1. Introducción

El zapallo, la avena y la maracuyá son cultivos tradicionales en la región andina de América del

Sur. Son ricos en aminoácidos, fibra y vitaminas además de ser reconocidos por sus propiedades

beneficiosas para la salud. El zapallo (Cucurbita máxima) es una cucurbitácea cuya característica

principal de la pulpa es su contenido de carotenoides. Algunos como β-caroteno y α-caroteno, son

precursores de la vitamina A, una vitamina soluble en grasa que es importante para el crecimiento

y desarrollo normal del cuerpo humano (Rao & Rao, 2007). La avena (Avena sativa), contiene β-

glucanos los cuales presentan numerosas aplicaciones en la formulación de alimentos funcionales

útiles para reducir el contenido de grasa y calorías (Lee et al., 2004b).

La maracuyá (Passiflora edulis), es una fruta muy apreciada por su sabor y aroma (Deliza et al.,

2004), rica en carotenoides que a su vez son responsables de diversas funciones biológicas como

la actividad antioxidante (Rosso & Mercadante, 2007). Lo anterior permite establecer la posibilidad

de desarrollar formulaciones de bebidas con base a zapallo, suero y leche, que además pueden

ser enriquecidas con avena y maracuyá.

Por otro lado, los programas gubernamentales de alimentación de países en vías de desarrollo

podrían verse favorecidos al disponer de un alimento con el aporte de proteínas de alto valor

biológico de la leche (Salgado & Restrepo, 2008), de bajo contenido en colesterol por la presencia

de suero (Inda, 2000)., fibra de la avena y vitaminas y sabor de la maracuyá. Para tal fin, se

requiere encontrar la mezcla óptima de ingredientes que permita generar las mejores

características organolépticas, físicas, reológicas o químicas. Con base en lo anterior, el objetivo

del trabajo fue desarrollar una bebida con base a zapallo, leche y suero, enriquecida con avena y

maracuyá, destinada a niños en edad escolar.

2. Metodología

Preparación de la bebida

La bebida fue elaborada a partir de: zapallo, leche, suero, avena y maracuyá adquiridos en un

supermercado de la ciudad de Ambato. La Tabla 1 muestra los niveles de zapallo, leche, suero,

avena y maracuyá que se utilizan como límites para la aplicación del diseño experimental de

mezclas (Statgraphics Centurión) y que permiten obtener las proporciones que se muestran en la

Tabla 2.

Del zapallo se retiraron las semillas y la cáscara y se llevó a ebullición durante 60 minutos. El

suero de leche, donado por una quesería local y obtenido por fermentación enzimática, fue

pasteurizado por separado a 60 °C por 30 min, transcurrido ese tiempo se incorporó hojuelas de

avena, leche, pulpa de maracuyá y se ajustó los sólidos solubles a 15 °Brix, finalmente todos los

57

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

ingredientes se licuaron y la mezcla se sometió a ebullición (92 °C) por 15 min. Las muestras

fueron envasadas en recipientes de vidrio y almacenadas en refrigeración a 4 °C.

Tabla 1. Niveles de los componentes para la aplicación el diseño experimental de mezclas para la elaboración de bebidas con base a zapallo y lactosuero

Componentes Niveles

Unidades Bajo Alto

A: Leche 30 40 %

B: Suero 25 35 %

C: Zapallo 30 40 %

D: Avena 2 4 %

E: Maracuyá 3 6 %

Tabla 2. Concentración de los diferentes componentes utilizados para la elaboración de bebidas con base a zapallo y lactosuero

Nomenclatura Componente (%)

Leche Suero Zapallo Avena Maracuyá

40L25S30Z2A3M 40 25 30 2 3

30L35S30Z2A3M 30 35 30 2 3

30L25S40Z2A3M 30 25 40 2 3

38L25S30Z4A3M 38 25 30 4 3

30L33S30Z4A3M 30 33 30 4 3

30L25S38Z4A3M 30 25 38 4 3

37L25S30Z2A6M 37 25 30 2 6

30L32S30Z2A6M 30 32 30 2 6

30L25S37Z2A6M 30 25 37 2 6

35L25S30Z4A6M 35 25 30 4 6

30L30S30Z4A6M 30 30 30 4 6

30L25S35Z4A6M 30 25 35 4 6

L: leche; S: suero; Z: zambo; A: avena y M: maracuyá

Propiedades fisicoquímicas

Se determinó la variación de pH y acidez desde el momento de la elaboración hasta 9 días de

almacenamiento en condiciones de refrigeración (4 °C ± 2 °C). El pH se determinó mediante un

potenciómetro HANNA HI 9126 (Rhode Island, EE.UU.). La acidez fue determinada por titulación

con NaOH 0,1N, utilizando como indicador fenolftaleína acorde a la metodología descrita en la

AOAC 947.05. Cada determinación se realizó al menos por triplicado.

Determinación de color

Después de la pasteurización se midieron los parámetros de color, L* (luminosidad), a*

(rojo/verde) b* (amarillo/azul), índice de amarillo y brillo con un colorímetro Konica Minolta CM -

3500 d (Konica Minolta, España), calibrado con el iluminador D65 (luz natural) y el observador

estándar D10. La coordenada polar chroma o saturación C*, puede ser calculada a partir de la

58

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

expresión C*=√(a*2+b*2). Las medidas se realizaron en 5 zonas diferentes de la muestra y cada

valor fue el promedio de las medidas de al menos 3 muestras diferentes

Análisis reológico

Se utilizó un viscosímetro rotacional Quimis Q860M21 (Sao Paulo, Brasil) de medición relativa y

un vaso de precipitados de 500 mL, en el cual se introdujo la muestra a analizar a 4 °C ± 2 °C, por

triplicado. Se preparó el equipo colocando el rotor #1 ya que se adaptó óptimamente a las

características del producto estudiado. Se procedió a realizar las lecturas de viscosidad

respectivas para cada muestra, siguiendo las directrices de Steffe (1996) y Schramm (1994). A

partir de los datos de viscosidad obtenidos a diferentes gradientes de cizalladura se determinó el

tipo de comportamiento reológico.

Análisis sensorial

Para el análisis sensorial, se evaluaron 12 formulaciones de bebidas (Tabla 2) y un control (marca

comercial), para el efecto se consideraron los atributos de color, aroma, sabor y aceptabilidad. El

ensayo se llevó a cabo con un panel formado por 26 niños en edad escolar de la Unidad

Educativa Gabriela Mistral (Ambato-Ecuador), de entre 8 a 10 años. Se aplicó un diseño de

bloques ajustados (Cocchran, 1974). Cada catador recibió tres muestras de 100 ml cada una. El

tipo de ficha que se adoptó fue gráfica con caras de expresión de agrado o desagrado, es decir,

una escala hedónica de 1 a 5, siendo 1 la puntuación más baja y 5 la más alta, apropiada para

niños que evalúan el producto.

Análisis proximal

A la bebida determinada como mejor tratamiento, se analizó humedad, siguiendo la metodología

descrita en la AOAC 19 927.05; cenizas, según el método de calcinación (AOAC 923.03);

contenido de proteína según el método AOAC 2001.11; grasa con el método Soxlet (AOAC

2033.06); fibra dietética según lo descrito en la AOAC 985.29; carbohidratos totales por diferencia,

energía metabolizante mediante el porcentaje de kilocalorías que cada nutriente energético tiene

en relación al total.

Además, se analizó el perfil de minerales, hierro por el método AOAC 944.02; calcio según el

método APHA 4500-CA; potasio basado en el método APHA 3500-K; fósforo por

espectrofotometría mediante la formación de un complejo coloreado de fosfomolibdato

[(MoO24MoO3)2H3PO4] que en presencia de ácido ascórbico se reduce a azul de molibdeno y

cuya absorbancia se lee a una longitud de onda de 660 nm. Y finalmente se analizó el contenido

de vitamina A según el método AOAC 992.06. Cada determinación se realizó al menos por

triplicado.

59

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

Vida útil

La bebida se almacenó en envases de vidrio de 240 ml en refrigeración (4 °C ± 2 °C) durante 0, 2,

5, 7, 9 y 12 días. Durante este período se realizaron recuentos de aerobios mesófilos totales

según lo descrito en la norma técnica ecuatoriana INEN 1529-5:2006.

Diseño experimental

Las concentraciones de los componentes, establecidas en las diferentes formulaciones

(codificadas en composición y fracción de 0 a 100, según el intervalo alto o bajo): leche 30-40%,

suero 25-35%, zapallo 30-40%, avena 2-4% y maracuyá 3-6% y los resultados de los análisis

realizados, fueron tabulados utilizando la herramienta Statgraphics (Virginia, EE.UU.). Las

diferencias se evaluaron mediante la prueba de Tukey HSD al 95% de confianza

3. Resultados y discusión

En la Figura 1 se muestran las variaciones de pH de las bebidas durante el almacenamiento (9

días), de los datos obtenidos se observa que los porcentajes que corresponden a los niveles altos

de leche y maracuyá influyen en la variación del pH.

Figura 1. Variación de pH durante el almacenamiento

La variación de acidez expresada en porcentaje de ácido láctico mostró un incremento en los

tratamientos, posiblemente debido al efecto conjunto de los componentes en la mezcla (Figura 2).

Según De Paula et al. (2014), la disminución de pH se debe a la fermentación bacteriana de los

azúcares presentes (glucosa, galactosa y lactosa), lo cual podría estar asociado con las

diferencias obtenidas en el pH de las bebidas.

bcd

abc ab

a

d

cd

d d

d

bcd

ab

ab

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

Vari

ació

n d

e p

H

60

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

Figura 2. Variación de acidez durante el almacenamiento

Los resultados del análisis de color L*, a*, b*, índice de amarillo y brillo se presentan en la Figura

3. La luminosidad (L) fue similar en todas las muestras, no se encontraron diferencias

significativas entre muestras. Con respecto a los valores de a* y b* si se obtuvieron diferencias

significativas (P<0.05), muchas de ellas asociadas principalmente a la diferente concentración de

maracuyá y zapallo en la formulación.

Los valores del índice de amarillo mostraron diferencias significativas (P<0.05) en todas las

muestras. La bebida 30L25S40Z2A3 (30% leche, 25% suero, 40% zapallo, 2% avena, y 3%

maracuyá) presentó, de entre todas las bebidas, un mayor índice de amarillo, una mayor

tendencia al amarillo (*b) y en un color vívido por un C* alto en relación al resto de las muestras.

Estos resultados se pueden atribuir al alto contenido de zapallo en comparación con las demás

bebidas. Resultados similares fueron observados por Gonçalves et al. (2007), quienes explicaron

que la disminución en los valores de CIEL a*, b* y C* y las variaciones en el color de calabaza

cocida están relacionadas a la degradación de los carotenoides.

ab

b b

ab

b

ab

ab ab

a

b b

b

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

Va

ria

ció

n d

e a

cid

ez

61

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

Figura 3. Parámetros de color L (a), a* (c), b* (d), índice de amarillo (b), brillo (e) y saturación o Croma (C*), de las diferentes bebidas. L: leche; S: suero; Z: zambo; A: avena y M: maracuyá.

En cuanto al comportamiento reológico, se observó mayor índice de consistencia en los

tratamientos que contienen: 30% leche, 25% suero, 35% zapallo, 4% avena, 6% maracuyá y 30%

leche, 25% suero, 38% zapallo, 4% avena, 3% maracuyá (Tabla 3). Evidentemente la leche y el

suero por su estructura fluida disminuyen la viscosidad de la bebida, mientras que la presencia de

avena aumentan la consistencia del producto. La avena ejerce un efecto espesante que se debe a

la alta cantidad de hidratos de carbono (60 g/100 g) constituidos principalmente por almidón

(Sandhu et al.2015), y a la fibra dietética soluble presente en cantidades de 1,8 a 7,5 g/100 g

(Bhatty, 1992). La fibra soluble está compuesta principalmente por β-glucano, que presenta buena

retención de agua y proporciona estabilidad a la bebida, éste efecto es aprovechado

62

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

industrialmente para mejorar las propiedades texturales y reológicas de diferentes alimentos (Lee

et al., 2002; Rosell et al., 2001; Sandhu et al.2015).

Al aplicar la Ley de la Potencia se observó que el índice de comportamiento al flujo (n) presenta

valores menores a uno, confirmando que la bebida tiene un comportamiento no newtoniano del

tipo pseudoplástico.

Tabla 3. Valores de índice de comportamiento de flujo (n) e índice de consistencia (K) [Pa.s

n] para cada bebida.

Muestra K [Pa.sn] n

40L25S30Z2A3M 11,17 ± 1,83 0,25 ± 0,04

30L35S30Z2A3M 9,71 ± 0,58 0,25 ± 0,05

30L25S40Z2A3M 7,97 ± 0,48 0,26 ± 0,08

38L25S30Z4A3M 5,63 ± 0,27 0,23 ± 0,02

30L33S30Z4A3M 9,04 ± 0,54 0,40 ± 0,02

30L25S38Z4A3M 16,13 ± 0,80 0,42 ± 0,03

37L25S30Z2A6M 5,07 ± 0,18 0,42 ± 0,01

30L32S30Z2A6M 7,95 ± 0,49 0,33 ± 0,02

30L25S37Z2A6M 5,48 ± 0,32 0,33 ± 0,08

35L25S30Z4A6M 3,57 ± 0,30 0,24 ± 0,02

30L30S30Z4A6M 9,03 ± 0,53 0,24 ± 0,04

30L25S35Z4A6M 16,86 ± 1,14 0,32 ± 0,02

L: leche; S: suero; Z: zapallo; A: avena y M: maracuyá

De la evaluación sensorial de las bebidas, se pudo establecer a un 95% de nivel de confianza, que

existe diferencias significativas entre tratamientos, siendo el de mejor puntuación aquel que

contiene 35% leche, 25% suero, 30% zapallo, 4% avena, y 6% maracuyá (35L25S30Z4A6M)

(Figura 4). Esta bebida obtuvo las puntuaciones más altas en 3 de los 4 atributos (aroma, sabor y

aceptabilidad).

Figura 4. Resultados de la evaluación sensorial de las bebidas obtenidas. L: leche; S: suero; Z: zapallo; A: avena y M: maracuyá.

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4,5

4,7

Color

Aroma

Sabor

Aceptabilidad

35L25S30Z4A6M

30L35S30Z2A3M

30L25S40Z2A3M

38L25S30Z4A3M

30L33S30Z4A3M

30L25S38Z4A3M

37L25S30Z2A6M

30L32S30Z2A6M

30L25S37Z2A6M

40L25S30Z2A3M

30L30S30Z4A6M

30L25S35Z4A6M

Testigo

63

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

En el diseño de mezclas los factores que intervienen son las proporciones de los componentes de

la mezcla y las respuestas a optimizar son función de esas proporciones, con respecto al total y no

dependen de la cantidad de cada componente (Solís et al., 2008). El analisis de varianza permitió

establecer un efecto altamente significativo (valor-p=0,000) en el modelo lineal que permite medir

el efecto de las variables (leche, suero, zapallo, avena y maracuyá) sobre la apreciación óptima

del pH, acidez, índice de amarillo e índice de consistencia.

Los parámetros derivados del diseño presentan características diversas, el pH se ajusta a una

relación lineal (Ec. 1).

𝑝𝐻 = 4,88 𝐿 + 5 𝑆 + 4,84 𝑍 + 6,85 𝐴 + 4,46 𝑀 Ecuación 1

La acidez se ajusta a la Ecuación 2.

𝐴𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 = 0,16 𝐿 + 0,15 𝑆 + 0,16 𝑍 − 0,04 𝐴 + 0,3 𝑀 Ecuación 2

El índice de amarillo a la Ecuación 3.

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 = 86,4 𝐿 + 86,5 𝑆 + 91,18 𝑍 + 70,34 𝐴 + 72,01 𝑀 Ecuación 3

El brillo la Ecuación 4.

𝐵𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 = 12,19 𝐿 + 12,08 𝑆 + 10,93 𝑍 + 15,81 𝐴 + 19,27 𝑀 Ecuación 4

Y el índice de consistencia a la Ecuación 5.

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 6,33 𝐿 + 8,84 𝑆 + 11,42 𝑍 + 19,58 𝐴 + 2,34 𝑀 Ecuación 5

Donde L, S, Z, A y M corresponden a leche, suero, zapallo, avena y maracuyá respectivamente.

La Tabla 4 presenta la ecuaciones y el tiempo de vida útil (9 días), obtenido mediante recuento en

placa de aerobios mesófilos totales con base al límite máximo de 50000 ufc/cm3 presentado en la

Norma NTE INEN 2564:201. El desarrollo microbiano mostrado corrobora las tendencias de

disminución de pH e incremento de acidez discutidos anteriormente. Salazar & Sepúlveda (2005),

documentaron 18 días de vida de anaquel en una bebida nutritiva de máchica y leche, del mismo

modo Choto (2012) obtuvo 21 días en una bebida con suero y avena. Este periodo depende de

muchas variables en donde se incluyen tanto el producto como las condiciones ambientales y el

envase.

Tabla 4. Ecuación de regresión y tiempo de vida útil a partir del recuento microbiológico (ufc/ml)

Muestra Regresión R2

Tiempo de vida útil (días)

35L25S30Z4A6M Ln C(ufc)= 0,715(t) + 4,75 0,99 9

64

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

En la Tabla 5, se presentan los resultados del análisis proximal de donde, el consumo de 100

gramos de esta bebida aportarían al organismo 57 kcal debido principalmente al 2,03% de

proteína, 1,46% de grasa y 9% de carbohidratos. La bebida desarrollada posee 4,45% de fibra

dietética y 0,63% de cenizas dentro de la que se encuentran micro elementos, obteniendo un alto

contenido de calcio, hierro, fosforo y vitamina A, este último se debe al elevado contenido de β-

carotenos aportados por el zapallo y maracuyá. La bebida, por sus características nutricionales

superiores, puede ser muy útil en programas gubernamentales, bares de instituciones educativas,

entre otras, y así contribuir en las etapas de desarrollo y crecimiento de los niños en edad escolar.

(8-10 años). Las necesidades de la población infantil están condicionadas por el crecimiento del

cuerpo y el desarrollo de los huesos, dientes, músculos, entre otros. Los niños requieren energía

en forma de hidratos de carbono y grasa, proteínas de alto valor biológico, minerales como el

hierro, calcio y vitaminas (Cervera et al., 1992).

Tabla 5. Contenido nutricional en 100 g de bebida que contiene 35% leche, 25% suero, 30% zapallo, 4% avena, y 6% maracuyá (35L25S30Z4A6M).

Ensayos Unidades Resultados

Humedad % 82

Cenizas % 0,63

Proteínas %(N*6,25) 2,03

Grasa % 1,46

Fibra dietética Total % 4,45

Carbohidratos Totales % 9

Energía kcal/100g 57

Hierro mg/100g 1,958

Calcio mg/100g 136,17

Potasio mg/100g 77,88

Fósforo mg/100g 109,17

Vitamina A UI/100g 414,27

4. Conclusiones

La investigación permitió desarrollar una nueva alternativa tecnológica para elaborar una bebida

utilizando como materia prima zapallo, avena y maracuyá. Además se identificó la mejor

formulación como aquella que contiene 35% leche, 25% suero, 30% zapallo, 4% avena, y 6%

maracuyá lo cual fue ratificado de acuerdo al mejor criterio de los niños de 8 a 10 años.

La bebida nutricional contiene cantidades significativas de proteína, fibra dietética, calcio, hierro,

fósforo y vitamina A. Con un tiempo de vida útil de 9 días en condiciones de refrigeración (4 °C ±

2), lo que la convierte en una bebida con una alto contenido nutricional.

65

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.55 - 66

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e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/10/30 Aceptado (Accepted): 2015/12/09

CC BY-NC-ND 3.0

Impactos ambientales asociados con el proceso de producción

del concreto

(Aspects and environmental impacts associated with the

production of concrete)

Aura Navas de García1, Rosa E. Reyes Gil1,2 y Luis E. Galván Rico1,3

Resumen:

Las Plantas de Concreto son importantes para la economía de un país. Sin embargo, este tipo

de industria ocasiona importantes impactos ambientales en cada uno de los pasos involucrados

en el proceso industrial de producción del concreto los cuales son analizados en esta

investigación. Adicionalmente, se evaluó la percepción de los expertos y los trabajadores en el

área, respecto a los impactos ambientales asociados con la actividad de una empresa

productora de concreto. La metodología aplicada para el análisis de pasos del proceso de

producción fue de tipo documental en tanto que la utilizada para evaluar la percepción de los

impactos ambientales fue descriptiva de campo de corte transversal, aplicando entrevistas a los

trabajadores relacionados con el proceso de fabricación del concreto. Entre los principales

impactos ambientales identificados se encuentran las emisiones de polvo y el manejo

inadecuado de efluentes, materiales peligrosos y no peligrosos. Entre las propuestas

presentadas para enfrentar estos impactos están: instalación de colectores de polvo, fosas de

sedimentación, planes de manejo de materiales peligrosos y no peligrosos, entre otras. Del

análisis de los resultados obtenidos se propone la incorporación de los principios de

Responsabilidad Social Empresarial para la mejora o minimización de los impactos adversos

detectados.

Palabras clave: Plantas de concreto; aspectos ambentales; ciclo de vida; responsabilidad

social empresarial.

Abstract:

Concrete plants are important to the economy of a country. However, this industry causes major

environmental impacts in each of the steps involved in the manufacturing process of concrete

production which are analyzed in this research. In addition, the perception of experts and

workers in the area, about the environmental impacts associated with the activity of a producer

of concrete was evaluated. The methodology used for the analysis of steps in the production

process was as kind documentary. For to evaluate perception of environmental impacts the

methodology used was descriptive non experimental, using interviews with workers related to

the manufacturing process of the concrete. Among the major identified environmental impacts

are dust emissions and improper handling of effluents, hazardous and non-hazardous materials.

Among the proposals put forward to address these impacts include: installation of dust

collectors, settling tanks, management plans for hazardous and non-hazardous materials,

among others. An analysis of the results incorporating the principles of corporate social

responsibility for improving or minimizing adverse impacts are detected proposed.

Keywords: Concrete plants; environmental aspects; life cycle; corporate social responsibility.

1 Universidad Simón Bolívar, Caracas – Venezuela ([email protected])

2 Universidad de Guayaquil, Guayaquil – Ecuador

3 Instituto Tecnológico Superior Simón Bolívar, Guayaquil – Ecuador ([email protected])

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

1. Introducción

La producción de concreto premezclado es una actividad industrial fundamental para la

implantación de proyectos de construcción en general, y como tal, está vinculada al crecimiento

económico del país. Sin embargo, cuando esta actividad no cuenta con una gestión ambiental

bien concebida y eficazmente llevada a la práctica, se ocasionan impactos significativos al

ambiente debido al uso intensivo de energía y materia prima (minerales y agua), generando

desechos, emisiones y efluentes contaminantes (Prolys, 2008). En efecto, las Plantas de Concreto

Premezclado se encuentran entre las obras, cuyo establecimiento inevitablemente genera

alteraciones del ambiente donde se localizan (Fonseca y Reyes, 2015).

Desde el punto de vista de la legislación ambiental vigente en la mayoría de los países, estas

plantas son consideradas como actividades susceptibles de degradar el ambiente y requieren de

la presentación de un Estudio de Impacto Ambiental manera obligatoria. En este contexto, la

elaboración del concreto premezclado debe considerar exigencias legales y técnicas que permitan

garantizar un desempeño ambiental responsable en el marco del Desarrollo Sustentable

(Gabaldón, 2006).

Desde el punto de vista empresarial, el sector industrial ha percibido que los aspectos ambientales

bien administrados pueden generar valor económico corporativo, bien sea por la reducción del

riesgo, la reducción de los costos totales de producción, el aumento de los ingresos y la buena

imagen pública de la empresa (Clemente et al., 2005). En este sentido, la creciente preocupación

de la opinión pública por los problemas ambientales ha obligado a muchas empresas a adoptar

procedimientos de mejora en sus procesos de producción y a buscar soluciones a los problemas

generados por sus actividades empresariales. Estas soluciones se han manifestado a través de

diversas líneas de acción, entre las que destacan: el establecimiento de controles operativos, el

desarrollo de políticas públicas y legislaciones en materia ambiental que buscan resguardar el

ambiente mundial a través de la difusión de campañas formativas e informativas, el

establecimiento de programas de educación ambiental y la adopción de herramientas de gestión

ambiental por parte de las empresas (Reyes et al., 2002, 2003; Guédez et al., 2003; Villegas et al.,

2004,2005; Galván et al., 2009, 2012).

Con base en estas consideraciones, el presente trabajo tiene como objetivo diagnosticar la

situación actual de una empresa de concreto en su entorno ambiental y formular propuestas para

su mejora. Para ello se analizaron las diferentes etapas del proceso de producción del concreto

premezclado para determinar los problemas ambientales generados en cada etapa y proponer

soluciones. También se indagó la percepción de los trabajadores de la empresa en relación a los

problemas existentes con su entorno ambiental.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

2. Metodología

El presente estudio fue desarrollado en una Planta de Concreto ubicada en el área central de

Venezuela, encargada de la fabricación y venta de concreto premezclado, con una capacidad

instalada de producción de 96.000 m3/ año y cuyas instalaciones están ubicadas en un área

aproximada de 14.000 m2 de superficie.

La investigación se realizó en dos etapas:

1. Levantamiento de la información documental, a través de la revisión bibliográfica de

documentos y publicaciones para conocer con detalle el proceso de producción, los impactos

ambientales asociados y las medidas propuestas (García, 2004; Galán, 2010; O'Reilly et al., 2010;

Fonseca y Reyes, 2015).

2. Visitas in situ a la planta de concreto premezclado para la constatación de la información

documental y la aplicación de las entrevistas para determinar la percepción de los trabajadores.

En esta etapa, la investigación es descriptiva de corte transversal por cuanto se analiza la

situación actual de la planta de concreto sin manipular variable alguna y la información es

colectada solo una vez (Hernández et al., 2010; Arias, 2012).

La entrevista aplicada fue abierta semiestructurada, probada y validada por expertos, a la que

posteriormente se le aplicó un análisis de contenido. Las entrevistas se aplicaron a una muestra

representativa de 15 trabajadores, con un tiempo promedio de trabajo de 5 años en la planta de

concreto, con disposición para suministrar información e involucrados con los aspectos de

producción.

3. Resultados y Discusión

3.1. Análisis de las etapas del proceso de producción del concreto premezclado. Impactos

ambientales

La Figura 1 muestra el proceso de producción del concreto premezclado incluyendo las entradas y

salidas en cada etapa del proceso.

Etapa 1. Recepción de la materia prima. La materia prima para la producción del concreto está

constituida por arena, piedra, agua, cemento y aditivos. Cada uno de ellos posee un origen

distinto. La arena o agregado fino está conformado por arena natural o arena obtenida por

trituración. La piedra o agregado grueso, está constituida por rocas provenientes de la trituración y

de río, los orígenes más comunes son caliza, gneis y silicio. El cemento es un material polvoriento

que al mezclarse con agua, forma una pasta que es capaz de fraguar y endurecerse, se le conoce

también como conglomerante hidráulico. Los aditivos son productos químicos, líquidos o sólidos,

que se pueden agregar a la mezcla del concreto antes o durante el mezclado; el uso de aditivos

ayuda a modificar las propiedades del concreto tanto en estado fresco como endurecido.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

Figura 1. Proceso de producción del concreto premezclado

Debe considerarse la energía y el agua como insumos imprescindibles para el proceso de

producción del concreto. La energía eléctrica es proporcionada por la empresa nacional

proveedora de electricidad permitiendo la movilización de los equipos de las Plantas y el

funcionamiento de las áreas administrativas. Otra forma de energía utilizada es la obtenida a partir

de combustibles fósiles como el gasoil para los camiones trompos y retroexcavadoras, entre otros.

El agua juega un papel fundamental a lo largo del todo el proceso de la elaboración del concreto.

En este caso de estudio, proviene de la red de suministro público. El agua a ser utilizada en este

proceso de producción industrial debe cumplir con las Normas COVENIN 2385:2000.

El principal impacto ambiental generado en esta etapa es la generación de emisiones de polvo

provenientes del manejo de los agregados en el punto de descarga, acarreo y consumo en la

Planta. Para ello se ejecutan algunas medidas de control, tales como:

1. Colocar lonas sobre la carga de los camiones.

2. Para el caso de la piedra de ¾”, se realiza el riego mediante aspersores.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

Los impactos ambientales causados por el cemento se encuentran presentes a lo largo del

proceso de producción del concreto, por ello se propones las siguientes acciones:

1. Disposición en silos para su adecuado almacenamiento con un colector de polvo para la

captura de partículas de cemento.

2. Utilización del equipo que actúa como aspiradora del cemento (drybatch) que se dispersa en el

punto de descarga cuando el material es depositado en el camión.

3. El cemento también se encuentra presente en la lechada de cemento; la retención de este

material ocurre en la fosa de decantación. Cuando se realiza el mantenimiento de esta fosa el

material depositado es considerado como escombro y dispuesto en los vertederos.

Etapa 2. Producción del concreto. El concreto es el material resultante de la mezcla del

cemento con agregados de diferente tamaño (grava, gravilla y arena) y agua. El cemento,

mezclado con el agua y los agregados, se convierte en una pasta moldeable con propiedades

adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose de la forma del recipiente que lo

contiene.

El proceso de producción de concreto en el área de estudio sigue los siguientes pasos:

1. El conductor de la unidad mezcladora coloca el camión en la zona de carga y acelera el trompo

mezclador a una velocidad aproximada de 15-20 revoluciones/min.

2. Se descarga un porcentaje de agua correspondiente a la capacidad del camión.

3. También, junto con el agua, se descarga la cantidad de aditivo correspondiente por cada

bacheo.

4. Se abre la jaiba de la báscula de agregados, y comienza a adicionarse la piedra y la arena

simultáneamente junto con la descarga del cemento.

5. Finalizada la descarga de cemento y agregados, se añade el resto del agua según el diseño.

Esto ayuda a limpiar el embudo de la tolva del camión de restos de cemento y agregados.

6. Al finalizar la mezcla, el conductor de la Unidad Mezcladora reduce la velocidad del trompo a

velocidad de agitación y da inicio al proceso de Distribución del Concreto Premezclado. La

correcta mezcla se realiza en aproximadamente 70 revoluciones del trompo mezclador del

camión, es decir, en 3,5 minutos.

Este proceso es controlado por el sistema automático o mediante la Consola Manual, aparte de la

intervención del conductor de la Unidad Mezcladora en el manejo y control del trompo mezclador

de los camiones.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

Los principales impactos ambientales en esta etapa son:

1. Afectación de la calidad del aire por la generación de polvos y gases. Se propone el diseño y

puesta en marcha de un Programa de prevención y control de emisiones atmosféricas durante la

operación de la planta en función de la legislación ambiental vigente (Decreto Nº 638 relativo a

Normas sobre calidad del aire y control de la contaminación atmosférica y Decreto N° 2.673

relativo a las Normas sobre emisiones de fuentes móviles).

2. Incremento de los niveles de ruido en la planta de concreto y áreas cercanas. Se propone el

diseño y puesta en ejecución de un Programa de prevención y control de ruido durante la etapa de

operación de la planta para el cumplimiento de la legislación vigente (Decreto Nº 2.217 relativo a

las Normas sobre el control de la contaminación generada por ruido).

3. Afectación de la calidad de las aguas por descargas de efluentes parcialmente tratados en la

etapa de operación de la planta. Se propone la implantación de los controles necesarios, con el fin

de realizar el adecuado manejo de los efluentes producto de la operación de la planta de concreto,

para evitar con ello problemas de contaminación de las aguas y suelos, sobre todo en el caso de

aquellos de tipo peligroso. Asimismo, cumplir con la normativa vigente sobre control de la calidad

de agua subterránea establecida en la Ley de aguas (GO No 38.595) y el Decreto Nº 883 relativo a

la Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o

efluentes líquidos.

4. Manejo inadecuado de desechos peligrosos y no peligrosos en la planta, el taller de

mantenimiento mecánico y áreas cercanas. Se propone el diseño y puesta en práctica de un Plan

de manejo de los desechos no peligrosos y peligrosos generados en la etapa de operación de la

planta para el cumplimiento de la normativa correspondiente (Decreto Nº 2.216 sobre Normas

para el manejo de desechos sólidos de origen doméstico, comercial, industrial o de cualquier otra

naturaleza que no sean peligrosos, Decreto Nº 2.635 sobre Normas para el control de la

recuperación de materiales peligrosos y el manejo de desechos peligrosos, Ley sobre sustancias,

materiales y desechos peligrosos, GO Nº 5.554 y Ley de gestión integral de la basura, GO Nº

6.071).

Etapa 3. Uso del producto. Los productos de concreto son variados y numerosos; y se pueden

clasificar en dos grandes grupos:

Los hormigones premezclados y morteros pre-dosificados (productos intermedios).

Productos prefabricados de hormigón.

La diferencia entre estos dos grupos de productos es que el primero de ellos, luego de realizada la

mezcla, se despacha directamente a la obra de construcción, donde es usado para hacer

productos in situ. Los prefabricados, en cambio, son elaborados dentro de la fábrica, donde se

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

almacenan, para luego ser comercializados como productos determinados (CONAMA, 2001). La

durabilidad del concreto es un atributo sustentable debido a que no se oxida, no se pudre y no se

quema, al mismo tiempo que se requiere menos energía y recursos a lo largo del tiempo para

reparar o reemplazar edificaciones hechas con concreto.

Por otro lado, el concreto es el material de construcción más utilizado actualmente en el mundo

entero, las estructuras de concreto han pasado la prueba del tiempo por más de 200 años. Debido

a su longevidad, su uso es una solución de diseño viable para el desarrollo sustentable. Las

estructuras ejecutadas con concreto tienen un desempeño óptimo en cuanto al consumo de

energía. En efecto, las edificaciones hechas con paredes de concreto no están sujetas a altas

fluctuaciones diarias de temperatura, lo que se traduce en una reducción de aproximadamente del

25% en el consumo de calefacción y aire acondicionado y por lo tanto en menores costos. De

igual forma, los equipos de ventilación, calefacción y aire acondicionado pueden diseñarse para

capacidades menores.

Etapa 4. Disposición final. Cuando este concreto no puede ser colocado en las diferentes obras

de construcción puede tener distintas opciones de uso tendientes a la minimización, reciclaje y

recuperación (CONAMA; 2001). Entre los posibles usos del concreto al final de su ciclo de vida se

encuentran:

1.Como relleno y recuperación de terrenos y para construcción de terraplenes.

2.Reciclaje para utilizar en el asfalto

3.Como sub-bases de carreteras

4.El concreto pobre se puede utilizar para hacer molde para pisos.

Lo más sencillo es utilizar los desechos como relleno de escombros. En el caso de su empleo

como sub-base o base de carreteras deben ser molidos adecuadamente y cumplir con los

requerimientos para este uso.

La Tabla 1 muestra los principales impactos ambientales asociados con las etapas del proceso de

producción de concreto premezclado.

3.2. Percepción de los trabajadores sobre los problemas en su entorno ambiental

Conocimiento del proceso de producción.

Los trabajadores entrevistados ( 57%) tienen más de 10 años en la compañía, lo cual permite

inferir que conocen bien la acción de la empresa en relación con la problemática ambiental y las

mejoras implementadas. El 64% de la muestra seleccionada trabaja en el área operativa de la

Planta de Concreto, lo cual permite suponer que estos trabajadores se hallan totalmente

involucrados con el proceso de producción y lo conocen integralmente. Todos los trabajadores

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

entrevistados conocen el proceso de elaboración de concreto y por ende, los insumos de entrada,

el proceso propiamente dicho y el producto final, sus características físicas, aplicaciones y usos.

Tabla 1. Impactos ambientales asociados con cada etapa del proceso productivo del concreto premezclado

ETAPA DEL PROCESO IMPACTOS AMBIENTALES ASOCIADOS

1.Recepción de la materia prima

Contaminación atmosférica: generación de emisiones de polvo.

Abundante uso de agua y energía.

Disposición en fosas de decantación que requieren saneamiento y disposición del material solidificado.

2.Producción del concreto

Afectación de la calidad del aire: generación de polvos y gases.

Incremento de los niveles de ruido en la planta de concreto y áreas cercanas.

Afectación de la calidad de las aguas por descargas de efluentes parcialmente tratados durante la operación de la planta.

Manejo inadecuado de desechos peligrosos y no peligrosos en la planta y áreas cercanas.

3.Uso del producto

Afectación de la calidad de las aguas como consecuencia del proceso de lavado y mantenimiento de las diversas obras.

Manejo inadecuado de desechos sólidos en obras de remodelación.

4.Disposición final

Disposición inadecuada de los desechos generados en las obras de demolición.

Incremento en los niveles de ruido durante las obras de desmantelamiento y demolición.

Contaminación atmosférica por generación de polvo y gases.

Afectación a la calidad de las aguas por generación de efluentes contaminados.

Percepción de los problemas ambientales y soluciones propuestas.

La contaminación del agua y del aire fueron seleccionados como los mayores problemas

ambientales que los trabajadores perciben en el proceso de la fabricación del concreto. El agua se

utiliza a lo largo del todo el proceso de elaboración de concreto, ya que es un recurso fundamental

para la mezcla de la materia prima, adicionalmente se emplea para el lavado de camiones, en la

etapa de muestreo y lavado de patios para el control de las emisiones de polvo fugitivas. En el

caso del aire, las emisiones de polvo son evidentes para los trabajadores y espectadores casuales

de la Planta de Concreto, debido al bombeo del cemento hacia los silos (área de

almacenamiento), acarreo de la piedra hasta la tolva y por el paso constante de los vehículos

pesados y livianos. El caso de la contaminación de los suelos, no es tan evidente para los

trabajadores porque ésta está referida a casos puntuales por la manipulación inadecuada de los

materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos. Sin embargo, en el caso de materiales

no peligrosos de tipo industrial como los escombros, se manejan grandes volúmenes generados

por el mantenimiento de la fosa de lavado y los cilindros o probetas de muestreo.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

Los trabajadores señalaron un conjunto de alternativas para detectar y solventar los problemas

ambientales que ocasionan las Plantas de Concreto en su entorno inmediato. Entre ellas se

encuentran: el uso de aspersores, la instalación de plantas recicladoras, el mantenimiento

periódico de los filtros, la realización de Estudios de Calidad del Aire, el mantenimiento de las

fosas de lavado, el confinamiento de los agregados y la pavimentación del área del proceso de

producción, y la dotación de equipos de protección personal.

Actividades ambientales y participación

Las campañas ambientales son realizadas por las empresas para moldear el comportamiento

ambiental de su personal y construir una imagen corporativa respetuosa con el ambiente. Estas

campañas ambientales deberían promover cambios en el comportamiento que pueden llegar

hasta el entorno familiar de los trabajadores, logrando de esta manera ahorros importantes en el

consumo de agua y energía (Reyes y Galván, 2009). En la medida en que se proteja el ambiente

inmediato, se pueden conservar los recursos naturales y garantizar un legando de supervivencia

para las futuras generaciones (Prolys, 2008; Galván y Reyes, 2009).

En este contexto, los trabajadores entrevistados perciben que no existe una campaña ambiental

efectiva por parte de la empresa. Hasta la fecha, esta campaña se viene realizando a través de la

intranet y si el trabajador no dispone de un computador no tendrá acceso a la información, es

decir, la campaña ambiental no se está realizando de forma efectiva para todo el personal.

En relación con la participación en diferentes actividades ambientales, los trabajadores

manifestaron su disposición a participar en talleres de educación ambiental (40%), en proyectos

de mejoras ambientales para la planta de producción (44%) y en trabajos con la comunidad (10%).

Los talleres ambientales bien planificados deben estar enfocados en la prevención y el control de

la contaminación que causa el proceso productivo de la empresa, por lo tanto la incorporación de

las buenas prácticas ambientales y el cumplimiento de la legislación deben ser incluidos en estas

actividades ya que apuntan hacia los principios básicos del Desarrollo Sustentable (Gabaldón,

2006). Cuando se hace referencia a talleres ambientales bien estructurados se pretende

fundamentar los principios básicos de la Educación Ambiental (UNESCO/PNUMA, 1987). En este

contexto, la Educación Ambiental se ha convertido en una estrategia para fomentar el desarrollo

de una cultura de valoración y respecto hacia el medio ambiente e incentivar la participación activa

de la ciudadanía en la gestión ambiental. Una vez implementado y consolidado un programa de

Educación Ambiental por parte de la empresa será posible dar cabida a otras acciones que

fomenten la valoración del ambiente como un patrimonio natural y cultural, enfocado hacia la

comunidad para participar y cooperar activamente de forma conjunta (Reyes y col., 2002; Ochoa y

col., 2014).

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

Los resultados de las entrevistas muestran que existe poca receptividad de los trabajadores hacia

la participación en trabajos con la comunidad cercana a la empresa. Esta percepción responde a

la idea de que esta actividad no es su responsabilidad y que no cuentan con la información

vinculante. En efecto, el trabajo con las comunidades requiere realizar previamente (Caride,

2001):

• Diagnóstico ambiental y sociocultural del área de estudio

• Diseño e implementación del Programa de Educación Ambiental

• Disponer del Recurso humano capacitado y soporte económico

• Evaluación del programa

Este tipo de proyecto requiere que las comunidades se encuentren organizadas e identifiquen los

problemas ambientales de su entorno, trabajando de forma conjunta con la empresa para

solventarlos.

Responsabilidad Social Empresarial (RSE)

Los resultados obtenidos indican que la mayoría de los entrevistados, conocen los términos de

Responsabilidad Social Empresarial. Esto podría facilitar la implementación de una propuesta de

RSE enfocado hacia el ambiente. La RSE estaría basada en la prevención, el control primario en

la fuente, el enfoque sistemático, la reducción de la generación de materiales peligrosos y no

peligrosos, el manejo integral y la planeación estratégica.

La mayoría de los trabajadores entrevistados (71%) perciben que la empresa no realiza trabajos

de RSE. Esta percepción parece ajustarse a la realidad, porque la empresa sólo realiza

actividades enmarcadas en:

•Operativos de venta de cemento a la comunidad

•Operativos de venta de rubros que comprenden la cesta básica

• Cursos de capacitación a los trabajadores como: programas de Excel y otros

• Trabajo voluntario de los trabajadores internamente para recuperar algún área de la instalación

• Jornadas deportivas

• Jornadas de vacunación al personal de Planta.

Revisando estas actividades se puede observar que el enfoque de la empresa es meramente

filantrópico. En la actualidad la RSE promueve una nueva forma de gestión de la empresa, más

allá de acciones sociales o de la filantropía. Se trata de una manera de actuar que significa una

mejor y eficaz interrelación entre accionistas, clientes, consumidores, proveedores y trabajadores;

y una mejora del funcionamiento interno de las empresas, con especial referencia a los Consejos

de Administración y a los aspectos vinculados a las relaciones laborables, en particular los

relativos a la igualdad, al estímulo en la formación especializada continua de los trabajadores, el

establecimiento de planes sociales y a la prevención de los riesgos laborales. Se trata de un

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.67 - 80

enfoque que se basa en un conjunto integral de políticas, actuaciones y programas centrados en

el respeto por la ética, las personas, los aspectos sociales y el medio ambiente (Estrada, 2005;

NORMA ISO 26.000:2010; Lara, 2012).

4. Conclusiones y Recomendaciones

A través de la identificación de los impactos ambientales generados por el proceso de producción

del concreto premezclado, se pudo determinar que el aspecto más relevante y visible son las

emisiones de polvo; por ello es importante apuntar todos los esfuerzos en prevenir, mitigar y

corregir dichas emisiones mediante mejoras tecnológicas.

A partir de las entrevistas se pudo determinar que es conveniente la elaboración de un Programa

de Educación Ambiental, ya que los trabajadores manifestaron su interés en este sentido. La

esencia de este programa de Educación Ambiental debería contemplar el cambio de actitud de los

trabajadores, en relación a una toma de conciencia sobre la importancia de conservar el ambiente

y mejorar la calidad de vida.

Disponer de una Planta de Concreto premezclado obliga a la empresa a llevar un control estricto

en cuanto a los impactos adversos significativos que causa la Planta a su entorno y a sus

trabajadores, por ello es importante mantener una buena relación con los vecinos que vaya más

allá del hecho de proveer concreto para la fabricación de viviendas y la construcción de vías y

calles; su imagen corporativa ante la comunidad debe ser más activa en cuanto a su interés en lo

ambiental y lo social.

En Venezuela existe el marco normativo que regula la materia de la RSE (Norma ISO

26000:2010) el cual permitiría implementar un Programa de Responsabilidad Social Empresarial y

Gestión Ambiental integrado, tanto en las empresas públicas como privadas, con repercusiones

positivas en su buen desempeño, fortaleciendo la confianza, mejorando la reputación y generando

valor (Lara, 2012).

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e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/10/31 Aceptado (Accepted): 2015/12/09

CC BY-NC-ND 3.0

Delimitación automática de microcuencas utilizando datos

SRTM de la NASA

(Automatic delimitation of microwatershed using SRTM data of

the NASA)

Freddy Aníbal Jumbo Castillo1

Resumen:

La cuenca hidrográfica considerada como la unidad territorial básica de planificación y gestión

de los recursos hídricos, requiere la adecuada delimitación del área de captación o drenaje,

ante tal situación la carencia de información geográfica de microcuencas de la unidad

hidrográfica del río Casacay debe solucionarse, para tal efecto la investigación tuvo como

objetivo la delimitación automática de microcuencas utilizando técnicas de Sistemas de

Información Geográfica (SIG) y datos del proyecto Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM)

de 30 metros de resolución espacial. La metodología seleccionada fue la de Pfafstetter, con la

cual se obtuvieron nueve microcuencas con su respectiva codificación, permitiendo continuar

con la estandarización de cuencas adoptada por la Secretaría del Agua de Ecuador. Con los

resultados de la investigación se actualiza la información de cuencas con mayor detalle,

favoreciendo la ejecución de las tareas o actividades relacionadas con la gestión integral de la

unidad hidrográfica estudiada.

Palabras clave: Cuenca hidrográfica; método Pfafstetter; delimitación automática; Modelo

Digital de Elevación, Sistemas de Información Geográfica.

Abstract:

The watershed as the basic territorial unit of planning and management of water resources,

requires its proper delimitation of the catchment or drainage area, faced with this situation, the

lack of geographic information of Casacay river micro watersheds, hydrographic unit should be

resolved, for this purpose the research was aimed at automatic delimitation of micro watersheds

using of Geographic Information Systems (GIS) techniques and the project Shuttle Radar

Topographic Mission (SRTM) 30 meters spatial resolution data. The selected methodology was

the Pfafstetter one, with which nine micro watersheds were obtained with their respective

codification allowing to continue with watersheds standardization adopted by Ecuador Water's

Secretariat. With the investigation results watersheds will be updated with more detail

information, promoting the execution of tasks or activities related to the integrated management

of the hydrographic unit studied.

Keywords: Watershed; Pfafstetter method; automatic delimitation; Digital Elevation Model;

Geographic Information Systems.

1 Universidad Técnica de Machala, Machala –Ecuador ([email protected])

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

1. Introducción

El Ecuador a través de la Secretaría del Agua, se encarga de la gestión de los recursos hídricos,

en cumplimiento a lo estipulado en la Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y

Aprovechamiento del Agua publicado en el Registro Oficial Nº 305 del 6 de agosto de 2014, donde

se considera a la cuenca hidrográfica como la unidad territorial básica de planificación y

administración de los recursos existentes en su entorno.

De acuerdo al CNRH (2002), la cuenca es aquella área de drenaje que está delimitada por una

línea divisoria de las aguas, la cual corresponde a las máximas alturas o elevaciones. En 1989

con Pfafstetter surge el concepto de unidad hidrográfica, definiéndola como áreas de drenaje

cuyos límites se encuentran definidos por las líneas divisorias de aguas, relacionadas por su

código espacialmente y cuya jerarquización se basa en el tamaño de las áreas de captación. La

importancia de la cuenca como unidad de planificación, radica en que al funcionar sistémicamente

no solo se analizan aspectos hidrológicos, sino también desde la perspectiva biológica o

ambiental.

Según Gomes & Lobão (2009), la delimitación de cuencas es fundamental y va más allá del

establecimiento del límite natural del área de drenaje, hasta convertirse en la unidad principal de

análisis ambiental, permitiendo identificar y evaluar procesos, así como las interacciones que en

ella ocurran, aspectos esenciales para la planificación y toma de decisiones sobre los recursos

naturales. Lo anteriormente mencionado aplica también para la definición de microcuenca y es

corroborado por Casillas (2006), quien manifiesta que microcuencas son las unidades

naturales que sirven como base territorial para articular procesos de gestión, que promueven el

desarrollo integral y sustentable.

La delimitación automática de áreas de drenajes, ha remplazado el método tradicional realizado

manualmente sobre la carta topográfica, disminuyendo esfuerzos y optimizando recursos. El

procedimiento para la obtención de cuencas, subcuencas y microcuencas hidrográficas, se ha

fortalecido en función al crecimiento vertiginoso que han tenido en los últimos años los Sistemas

de Información Geográficos (SIG), que han aportado con nuevas herramientas enfocadas a

estudios hidrográficos. Para Guevara (1987), los SIG se han adaptado a los avances tecnológicos,

proporcionando nuevos medios para la manipulación y análisis de información en función a la

perspectiva del usuario y del problema a resolver.

Varios estudios realizados para la obtención de unidades hidrográficas, han utilizado como insumo

principal los datos liberados por la misión Shuttle Radar Topography Mission (SRTM),

destacándose los aportes de Alves et al. (2010), Pontes et al. (2009) y Gomes et al. (2007). El

SRTM obtuvo información altimétrica de la tierra utilizando la técnica radar interferometría, la cual

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

se encuentra disponible públicamente a nivel mundial, en las versiones de 3 y 1 segundo de arco;

es decir de 90 y 30 metros de resolución espacial respectivamente.

Una de las metodologías para la delimitación de unidades hidrográficas es la de Pfafstetter, en los

últimos años utilizada en varios países de Sudamérica, como demostración de su aplicación

sobresalen los trabajos de Pires & Faria (2013), Gomes & Barros (2011), Secretaría del Ambiente

(2011), UICN Sur & SGCAN (2010) y UICN (2009b). El Ecuador a través de la Secretaría del Agua

(2011), oficializó la información geográfica de cuencas hasta el nivel 5 generadas según el método

Pfafstetter, las cuáles son análogas a la denominación de subcuencas y obtenidas utilizando el

MDE de 90 metros de resolución espacial, que según la UICN (2009a), no era óptimo para

incrementar los niveles de subdivisión de unidades hidrográficas.

La unidad hidrográfica del río Casacay es una de las más representativas de la cuenca baja del río

Jubones dadas las actividades que en ella se ejecutan, por lo cual la falta de información espacial

de unidades de drenaje a mayor detalle, equivalentes al nivel de microcuencas afectan los

procesos de gestión relacionados con los recursos hídricos, así como las tareas enfocadas a la

conservación del paisaje natural. De este modo el objetivo de este trabajo es delimitar

automáticamente las microcuencas correspondientes a la unidad hidrográfica del río Casacay,

utilizando técnicas de SIG y datos SRTM de 30 metros de resolución espacial, que permita la

actualización de información geográfica, para el soporte a la correcta toma de decisiones en la

gestión y conservación de los recursos hídricos.

Como hipótesis se planteó lo siguiente: La resolución espacial del MDE influye significativamente

en la delimitación de las microcuencas de la unidad hidrográfica del río Casacay.

2. Metodología

La unidad hidrográfica del río Casacay, geográficamente está localizada en la parte baja de la

cuenca del río Jubones, correspondiente a la Demarcación Hidrográfica de Jubones (DHJ), como

se puede apreciar en la Figura 1. Su extensión territorial es de 12,178 ha y cubre parte de los

cantones de Chilla y Pasaje, pertenecientes a la provincia de El Oro.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Figura 1. Ubicación geográfica de la subcuenca del río Casacay.

Las coordenadas métricas de localización de la unidad hidrográfica en datum WGS84 UTM Zona

17 Sur, se especifican en la Tabla 1.

Tabla 1. Coordenadas de localización.

Orientación X Y

NORTE 641,017 9,633,388

SUR 655,268 9,614,627

ESTE 655,913 9,620,502

OESTE 643,178 9,623,799

La cartografía base existente para la ejecución de este proyecto, es la unidad hidrográfica en nivel

5 del río Casacay, así como la cartografía oficial liberada por el Instituto Geográfico Militar (IGM) a

escala 1:50,000 y 1:250,000, correspondiente a la hidrografía del área de estudio. Los archivos se

encuentran disponibles en formato shapefile.

El proceso de delimitación se regirá bajo las normativas establecidas por el método Pfafstetter,

que según la UICN (2009b), identifica 3 tipos de unidades hidrográficas descritas a continuación:

Cuenca: Es el área de captación que no recibe drenaje de ninguna otra área, pero que sí

aporta con flujo a otra unidad hidrográfica.

Intercuenca: Es considerada como una unidad de drenaje de transito del río principal, a la

cual también aporta su propio recurso hídrico. Se puede mencionar también, que es

aquella unidad que capta el flujo de una unidad hidrográfica que se ubica aguas arriba, y

que drena por el río principal conjuntamente con el caudal que genera.

Cuenca interna: Es el área de drenaje aislada que no recibe flujo ni aporta caudal a otra

área de captación.

La metodología Pfafstetter seleccionada para el proceso de delimitación de las microcuencas se

representa gráficamente a través de la Figura 2.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Figura 2. Diagrama de la metodología.

Cada una de las etapas de la metodología se llevará a cabo utilizando la herramienta de SIG

ArcGIS 10, las cuales son descritas a continuación:

Obtención de datos SRTM y pre-procesamiento: Los datos altimétricos de 30 metros de

resolución espacial correspondiente al MDE del área de estudio, están disponibles para la

descarga desde la página http://earthexplorer.usgs.gov/. En el visor se especifican las

coordenadas de localización de la unidad hidrográfica del río Casacay.

El pre-procesamiento consiste en la eliminación de imperfecciones de fuente de origen presentes

en el MDE, dentro de los cuales se encuentran las zonas sin datos o vacías “NoData”, que según

Olaya (2011) deben corregirse aplicando métodos de interpolación. Otro factor que afecta la

calidad de los datos SRTM, es la presencia de picos y sumideros, que de acuerdo a Medeiros et

al. (2009), las imperfecciones presentes en el modelo de datos ocasionan errores en el mapa de la

dirección de flujo.

Una de las formas de eliminar la presencia de valores NoData en el modelo es mediante

estadisticas focales, procedimiento que se efectúa a través del la herramienta ArcToolbox>Spatial

Analyst Tools>Map Algebra>Raster Calculator. Posteriormente se corrijen los picos y sumideros a

través del recurso Spatial Analyst>Hidrology>Fill.

Dirección de flujo: En esta etapa se obtiene un raster con las orientaciones de flujo de cada

celda vecina, calculadas en función a las pendientes. Walchholz et al. (2013), menciona que las

direcciones de flujo expresan las relaciones hidrológicas entre diferentes puntos de una cuenca

hidrográfica.

Para ESRI(2013a), el cálculo de dirección de flujo es un proceso sigue la secuencia mostrada en

la Figura 3.

Obtención de datos SRTM y pre-

procesamiento

Dirección de flujo

Acumulación de flujo y cálculo

del umbral

Red de drenajes

Generación de cuencas

Vectorización y codificación

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Figura 3. Procedimiento de cálculo de dirección de flujo.

La dirección de flujo se obtiene a través del recurso ArcToolbox>Spatial Analyst>Hidrology>Flow

Direction.

Acumulación de flujo y cálculo del umbral: La acumulación de flujo determina todas las celdas

que drenan a una en particular, la cual se obtiene a partir de la dirección de flujo. Según

Venkatachalam et al. (2001), la acumulación de flujo en una celda se establece en función a la

suma de los valores de acumulación de flujo de las celdas vecinas que desembocan en ella.

De acuerdo a ESRI (2013b), la acumulación de flujo es un proceso que sigue la secuencia

especificada en la Figura 4.

Figura 4. Procedimiento de cálculo de acumulación de flujo.

La acumulación de flujo se obtiene a través del recurso ArcToolbox>Spatial

Analyst>Hidrology>Flow Acumulation.

La siguiente tarea se denomina cálculo del umbral, que para ESRI (2012), el proceso requiere del

raster de acumulación de flujo y la cantidad mínima de celdas que forman el curso de agua, las

cuales corresponden al valor del umbral. De acuerdo a la UICN (2009a), se obtiene mediante un

procedimiento repetitivo de ensayo y error, con el cual se determina el umbral de acumulación que

permite identificar el afluente principal y cuatro aportantes. Con los resultados se determinan las 4

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

unidades de drenaje tipo cuenca y 5 de tipo intercuenca, correspondiéndoles a las primeras las

mayores áreas de drenaje y acumulación de flujo según el método Pfafstetter.

En ArcGIS el proceso se realiza desde ventana Layer>Properties>Symbology>Classified>Classify,

donde se especifica la clasificación en dos rangos o clases aplicando el método Natural Breaks ‐

Jenks; el primero va de 1 a N valor calculado por la herramienta, mientras que el segundo del N

valor al número máximo que alcanza la acumulación de flujo. El valor N es con el cual se realizan

los ensayos a través de la opción Classify>Break Value.

El cálculo del umbral finaliza con la reclasificación de los resultados obtenidos, y se realiza por

medio de la herramienta ArcToolbox>Spatial Analyst Tools>Reclass>Reclassify, asignándole el

valor de 0 al primer rango y 1 al segundo rango, siendo el segundo rango el requerido para la

siguiente etapa del proceso, ya que almacena los afluentes principales. (UICN Sur & SGCAN,

2010)

Red de drenajes: La generación de la red de drenajes es fundamental para la determinación de

las cuencas hidrográficas, el insumo principal en esta etapa es la reclasificación de la acumulación

del rango cuyo valor asignado fue 1 en la anterior fase.

El procedimiento se realiza desde la caja de herramientas ArcToolbox>Spatial Analyst

Tools>Hydrology>Stream Link. Según criterio de Johnson (2008), Stream Link asigna valores

únicos a las secciones de una red de drenajes entre las intersecciones, que para la UICN (2009b),

los enlaces o links son los segmentos de una red de drenajes que conectan a dos aportantes de

forma sucesiva.

Generación de cuencas: Según Alves et al. (2010), el proceso para la generación de las áreas

de drenaje requiere del mapa de dirección y acumulación de flujo y se lo realiza mediante la

herramienta ArcToolbox>Spatial Analyst Tools>Hydrology>Wathershed.

Para UICN (2009b), Wathershed establece el área aportante de la cuenca que drena dentro de

ella y fluye a una determinada salida.

Vectorización y codificación: La vectorización consiste en convertir las cuencas de formato

raster a vector. Es la etapa final de la metodología y arroja como resultado el archivo shapefile con

los polígonos de las unidades hidrográficas delimitadas. De acuerdo a lo establecido por la

UICN(2009b) en el manual de procedimientos de delimitación y codificación de unidades

hidrográficas para el Ecuador, la vectorización de las cuencas se logra a través de la siguiente

herramienta ArcToolbox>Conversion Tools>From Raster>Raster To Polygon.

Las codificación de cuencas hidrográficas basadas en el método Pfafstetter (1989), es jerárquica y

utiliza 10 digitos relacionados directamente con el área de drenaje y cursos de agua. Según

Galvão & Meneses (2005), los códigos pares 2, 4, 6 y 8 se asignan a las cuatro cuencas

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

principales a las cuales corresponden las mayores áreas de drenaje, mientras que las

intercuencas identifican a las cinco unidades de drenaje de menor tamaño y reciben los digitos 1,

3, 5, 7 y 9. La Secretaría del Ambiente (2011), corrobora lo manifestado por los autores

anteriormente, pero además manifiesta que en caso de existir intercuencas, éstas se codifican con

el digito 0, como se puede observar en la Figura 5.

Figura 5. Codificación del método Pfasfstetter.

El proceso de codificación se realiza desde aguas abajo(desembocadura), hacia aguas arriba

(naciente de la cuenca). En ArcGIS el digito correspondiente a cada unidad hidrográfica se asigna

en la tabla de atributos del archivo vectorial shapefile de las unidades delimitadas.

3. Resultados y Discusión

Los resultados son presentados en función a los productos obtenidos en cada etapa de la

metodología:

Obtención de datos SRTM y pre-procesamiento: Se descargó el MDE en formato GeoTIFF, de

acuerdo a las coordenadas de localización de la unidad hidrográfica del río Casacay. Como

resultado del pre-procesamiento se corrigieron las celdas que contenían valores NoData y se

eliminaron los picos y sumideros presentes en el modelo, lo cual se puede observar en la Figura 6.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Figura 6. Resultados obtención de datos y pre-procesamiento.

Es fundamental para el desempeño eficaz de las siguientes etapas de la delimitación, las

correcciones realizadas al MDE, dentro de las cuales se encuentra el llenado de celdas de valores

NoData y la depuración de picos y sumideros. El orden de ejecución de las correcciones garantizó

el resultado del procesamiento.

Se destaca en la optimización del modelo la aplicación de estadísticas focales, el uso del algebra

de mapas, los algoritmos de interpolación del vecino próximo y la definición de un radio de acción

de 10 celdas.

Dirección de flujo: Se obtuvo el raster de la dirección de flujo, en donde cada celda almacena el

valor de dirección con pendiente máxima.

Figura 7. Dirección de flujo.

La dirección de flujo se generó a partir del MDE depurado, los valores de dirección varían de 1 a

128, y se asignan en función a la pendiente con respecto a las celdas vecinas.

Acumulación de flujo y cálculo del umbral: Esta fase arrojó como resultado el raster de

acumulación de flujo, sobre el cual se realizó el procedimiento del cálculo del umbral, lo cual se

muestra en la Figura 8.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Figura 8. Acumulación de flujo y cálculo del umbral.

El raster de acumulación de flujo se clasificó en dos clases. En la segunda clase se especificó el

valor de 8,700, el cual se estableció como el umbral de acumulación permitiendo identificar el flujo

del río principal y de sus cuatro aportantes.

Red de drenajes: Se obtuvo el raster de red de drenajes que identifica el curso principal del río, y

los cuatro aportantes principales que definen a las unidades hidrográficas tipo cuenca, los cuales

se enumeran con digitos pares en la Figura 9.

Figura 9. Mapa red de drenajes.

Además, la red de drenajes determina las 5 unidades hidrográficas tipo intercuenca. A los

segmentos correspondientes a las nueve unidades hidrográficas, el proceso automático les asigna

un único código.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Generación de cuencas: El resultado de esta etapa es la delimitación o generación automática

del archivo ráster de las 9 unidades hidrográficas, las cuales se muestran en la Figura 10.

Figura 10. Mapa de generación de cuencas.

Para la generación de las cuencas, se necesitó de la dirección de flujo y la red de drenajes

anteriormente obtenidos.

Vectorización y codificación: Con la vectorización de las cuencas se obtuvo el archivo digital en

formato ESRI shapefile datum WGS84 UTM zona 17 Sur, el cual contiene las 9 microcuencas

delimitadas, correspondientes a la unidad hidrográfica del río Casacay. Se estableció además la

codificación para cada una de las microcuencas.

Para la presentación de los resultados, las microcuencas pasan a denominarse unidades

hidrográficas en nivel 6 conforme los lineamientos del método Pfafstetter, lo cual se puede

apreciar en la Figura 11.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

Figura 11. Mapa de unidades hidrográficas delimitadas nivel 6.

Los atributos establecidos en el archivo shapefile, para los 9 polígonos de las unidades de drenaje

delimitadas, se pueden observar en la Tabla 2.

Tabla 2. Atributos de las unidades hidrográficas delimitadas.

Cuenca Nivel 6 Nombre 6 Tipo Área km2 Área Ha.

Unidad hidrográfica río Casacay

(Código nivel 5: 13942)

139421 Unidad hidrográfica 139421 Intercuenca 16.54 1,654.24

139422 Unidad hidrográfica 139422 Cuenca 22.90 2,290.32

139423 Unidad hidrográfica 139423 Intercuenca 18.29 1,829.69

139424 Unidad hidrográfica 139424 Cuenca 8.65 865.99

139425 Unidad hidrográfica 139425 Intercuenca 6.83 683.65

139426 Unidad hidrográfica 139426 Cuenca 15.02 1,502.21

139427 Unidad hidrográfica 139427 Intercuenca 1.36 136.10 139428 Unidad hidrográfica 139428 Cuenca 8.26 826.54

139429 Unidad hidrográfica 139429 Intercuenca 23.73 2,373.45

Como se puede apreciar en la Tabla 2, la codificación del nivel 6 se obtuvo a partir del código nivel

5, establecido para la unidad hidrográfica del río Casacay. El número de dígitos del código permite

identificar el nivel de delimitación actual y conforme las directrices de la metodología se definieron

las 4 unidades tipo cuenca y las 5 intercuencas.

Los resultados de esta investigación, se integran adecuadamente a la información de cuencas

hidrográficas oficializada por la Secretaría del Agua aplicando el método Pfafstetter. La topografía

del terreno favoreció la delimitación de las unidades hidrográficas en nivel 6, permitiéndo obtener

las áreas de captación, que por su tamaño y detalle favorecen el análisis de la distribución

espacial de las comunidades, usuarios del agua y fuentes hídricas.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

La subdivisión de la unidad hidrográfica del río Casacay, favorece la planificación y el trabajo de

campo, de forma concreta se puede analizar la oferta hídrica estableciendo como punto de

descarga la desembocadura de cada unidad hidrográfica en nivel 6.

En los trabajos desarrollados por la UICN (2009a) no se incrementaron los niveles de delimitación,

debido a que la resolución del MDE no era favorable para continuar subdividiendo el nivel 5, sin

embargo las bases definidas en ese estudio, así como las del manual elaborado por la UICN

(2009b), aportaron significativamente a la consecución del nivel 6 de unidades hidrográficas. En el

estudio realizado por Ramírez et al. (2011), la base del proceso fue el SRTM de 90 metros, siendo

necesario reproyectarlo a un MDE de 30 metros de resolución para cumplir con el propósito de la

investigación.

Con los datos SRTM de 30 metros de resolución espacial liberados por la NASA en el año 2014,

la delimitación de cuencas, subcuencas y microcuencas; es factible, necesitándose corregir

únicamente la presencia de errores de fuente.

La propuesta desarrollada por el CNRH (2002), arrojó como resultado las cuencas y subcuencas

del Ecuador, sin embargo el método con el cual se realizó el proceso de delimitación, obedecía a

los requerimientos planteados a nivel de país y a la cartografía base disponible localmente.

4. Conclusiones y Recomendaciones

A nivel de país se carece de información geográfica de unidades hidrográficas en nivel 6, con los

resultados del presente trabajo se solucionó ese requerimiento para subcuenca del río Casacay.

Los factores por los cuales se eligió la metodología Pfafstetter, fueron los diversos estudios

desarrollados en diferentes países de Sudamérica, sustentándose también en la oficialización del

uso del método para el Ecuador por parte de la Secretaría del Agua. Con la metodología se

utilizaron los datos altimétricos del MDE de 30 metros de resolución espacial y la cartografía

validada de cuencas hidrográficas disponible de forma oficial hasta el nivel 5; la cual fue

delimitada en base al MDE de 90 metros de resolución.

Los datos del MDE de 30 metros de resolución espacial liberados en el año 2014, presentan

errores o celdas vacías en la parte alta de la cuenca del río Casacay, siendo necesario la

utilización del algebra de mapas y estadísticas focales para el proceso de optimización, el cual

consistió en llenar los vacíos con valores interpolados considerando un radio de acción de 10

celdas, este último valor puede variar dependiendo del tamaño de la zona a corregir. Fue

importante la optimización del MDE, puesto que se utilizó en cada una de las etapas de la

metodología.

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Con la utilización del MDE de la NASA, se omite en la delimitación de microcuencas el proceso

para la generación de un MDE, a partir de la cartografía de curvas de nivel, la cual necesita de

una revisión minuciosa para corregir los errores topológicos.

El procedimiento automático para la generación de unidades hidrográficas en nivel 6, fue asistido

por la herramienta Hydrology, arrojando resultados satisfactorios en cada fase. Para el

establecimiento de las áreas de drenaje o captación, fue fundamental el cálculo del umbral de

acumulación de la cuenca, ya que permitió identificar el curso del río principal y sus aportantes,

contribuyendo a la identificación y obtención de las 9 unidades hidrográficas, equivalentes a la

denominación de microcuencas.

La codificación de las unidades de drenaje delimitadas se basó en el código 13942, establecido

para la unidad hidrográfica nivel 5 del río Casacay. Las unidades hidrográficas codificadas fueron:

139421, 139422, 139423, 139424, 139425, 139426, 139427, 139428 y 139429, las cuales

corresponden al nivel 6 de acuerdo a los lineamientos definidos por el método aplicado.

Los resultados obtenidos fueron almacenados en un archivo shapefile datum WGS84 UTM zona

17 Sur, con el cual se actualiza la información geográfica de cuencas a mayor detalle y se

beneficia a la gestión integral de los recursos hídricos, por lo tanto se cumple el objetivo planteado

en esta investigación y se acepta la hipótesis formulada. Las microcuencas permiten continuar con

la estandarización de unidades hidrográficas definida hasta el nivel 5 por la Secretaría del Agua.

Es factible desarrollar el proceso de delimitación en nivel 6, para el resto de unidades

hidrográficas oficializadas hasta el nivel 5 según el método Pfafstetter, sin embargo es importante

que el organismo rector del agua conozca los resultados del estudio realizado, y los que puedan

emprenderse para otras cuencas hidrográficas.

La cartografía actualizada debe utilizarse para resolver otros requerimientos en la unidad

hidrográfica del río Casacay, pero esencialmente valorar mediante un estudio la ocupación

humana del territorio, el uso de la tierra actual y la tendencia de cambio. Las microcuencas

obtenidas permiten la formulación de nuevos proyectos, orientados a la conservación de las

fuentes hídricas que abastecen de agua a los cantones de El Guabo, Machala y Pasaje.

Los resultados son valiosos para la gestión operativa y de alto nivel de la Secretaría del Agua -

DHJ, esencialmente fortalecen el Plan Nacional de Recursos Hídricos y al proyecto emblemático

de la institución denominado Inventario Participativo de Recursos Hídricos de la unidad

hidrográfica del río Casacay, los cuales enfocan sus investigaciones a nivel de microcuencas. Con

los datos de las unidades hidrográficas en nivel 6, se actualiza el banco de datos del sistema de

autorizaciones de usos de agua y del inventario participativo.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.81 - 97

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e-ISSN: 1390‐6542 / p-ISSN: 1390-9363

Recibido (Received): 2015/09/09 Aceptado (Accepted): 2015/12/09

CC BY-NC-ND 3.0

Diseño de un amplificador de potencia para comunicaciones

inalámbricas utilizando tecnológica microcinta y Microwave

Office

(Design of a power amplifier for wireless communications

using microstrip technology and Microwave Office)

Christian Tipantuña1, José Antonio Estrada1, Juan Carlos Estrada2, Carla Parra3

Resumen:

En el presente artículo se realiza una descripción detallada de los parámetros y procedimientos

que deben ser considerados en el diseño de un amplificador de potencia con tecnología

microstrip utilizando el software de diseño AWR Microwave OfficeTM

; en específico, en el diseño

se considera una frecuencia central de 14 GHz, pero los mismos principios y fundamentos

pueden ser aplicados y tomados en cuenta en posteriores diseños y en diferentes frecuencias.

En el diseño se considera como elemento activo un transistor de tipo MESFET y redes

simultáneas de adaptación de impedancia de entrada y de salida. Los valores de los diferentes

parámetros en cada etapa son calculados y analizados utilizando la herramienta de simulación

AWR Microwave OfficeTM

. Al final del documento se muestra el diseño del amplificador tanto en

dos y tres dimensiones y con todos los elementos necesarios para garantizar su funcionalidad.

Palabras clave: amplificador de potencia; redes de adaptación; microstrip; transistor MESFET;

AWR Microwave Office

Abstract:

This paper provides a detailed description and all the procedures involved in designing a power

amplifier using microstrip technology and the design software Microwave OfficeTM

. Specifically,

the design is oriented to build an amplifier with central frequency at 14 GHz, but the same

fundamentals and principles could be applied in the whole range of radio frequency. For the

design, a MESFET transistor and simultaneous input and output matching networks are

considered. The values of the parameters and the simulation for every stage are computed and

performed using AWR Microwave OfficeTM

. At the end of the document, a fully functional circuit

layout represented in 2D and 3D is shown with all their complementary elements.

Keywords: power amplifier; matching networks; microstrip; MESFET transistor; AWR

Microwave Office

1 Escuela Politécnica Nacional, Quito – Ecuador (christian.tipantuna, [email protected])

2 Corporación Nacional de Telecomunicaciones, Quito – Ecuador ([email protected])

3 Escuela Politécnica Nacional - Estudiante, Quito – Ecuador ([email protected])

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

1. Introduction

In order to cover large distances and to provide a suitable signal power level, the amplification

stage is a very important component in a communication system, and especially in wireless

communications (Pirola, Teppati, & Camarchia, 2007). A lot of information and literature is

available with respect to the design for low frequency amplifiers (i.e. for frequencies lower than 300

KHz). The design of these amplifiers considers lumped components. On the other hand, the

description of our design is for a higher frequency and it uses distributed components (rather than

lumped components) through the use of microstrip technology (Raab, Asbeck, Cripps, & Sokal,

2002).

For performing microwave implementations basically there are two options, which are: using planar

circuits (based on microstrip technology), and using waveguide circuits. Now a days, planar circuits

are a trend because of their low cost and small size in comparison with the large size and cost of a

microwave implementation.

Microstrip technology is currently used in a plenty of RF and microwave design applications.

Elements such as: antennas, amplifiers, couplers, splitters, diplexers and other devices are built

using microstrip technology because it has some significant characteristics such as small size and

lightweight. In addition, respect to planar implementations i.e. implementations based on microstrip

at the same time there are two options: hybrid and monolithic implementations, and the differences

between two technologies are shown in the Table 1 (Pirola, 2012).

Table 1. Comparison of hybrid and monolithic implementations MMIC - Monolitic Microwave Integrated

Circuits HIC - Hybrid Integrated Circuits

Cheap in large quantities Simple circuits can be cheap

Very good reproductibility Poor reproducibility: device

placement / bond wires

Reliable Mostly “glued” together and so

reliabilities suffers

Space is premium; must be as small as possible

Substrate is cheap, micro-strip to be used abundantly

Long turn-around-time (3 months) Can be very fast, making

redesigns easy

Both implementations MMIC and HIC are cutting edge technologies and they have a good

performance, but in our current design has been considered the hybrid implementation due its low

cost and because it is easier to build. Furthermore, to build MMIC circuits is needed very

expensive and sophisticated materials and machineries, for this reason in an eventual

implementation of our design, this option (MMIC) has a low probability to be implemented.

In the design of RF and microwave devices and components, it is very important to have an

accurate and sophisticated tool both for the calculations and the simulation. Currently, there are

some good tools to perform these activities such as Agilent Advanced Design Software ADS, AWR

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Microwave Office and others (Alabaster). The tool selected for this work was AWR Microwave

Office (MWO) because it offers a friendly environment in comparison with other tools and also due

to the availability of licenses at the campus of Politecnico di Torino.

2. Parameters and requirements

As mentioned at the beginning of this paper, our purpose is to describe a generic process for the

design of a power amplifier; however, in this case and to show the rest of the processing in the

next sections, the parameters of the current design are shown below in Table 2.

Table 2. Parameters and requirements for the design.

General Characteristics - Power Amplifier

Parameter Value / Type

Central Frequency 14 GHz

Transistor Type MESFET

Microstrip characteristics

Parameter Value / Type

Metal Copper, thickness 15 μm

Teflon εr=2.08, thickness 0.5 mm, tg(δ)=4e-4

3. Design and Methodology

The first step consists on checking the behavior and the characteristics of the active element, i.e.

the MESFET transistor, then the transistor gain and finally the input and output matching networks.

In the next sections we make a deeper explanation of these topics.

In our design has been used a MESFET transistor due to its availability, but this is not the unique

option, in the Table 3, are shown in a brief description the different options according to the

materials (Pirola, 2012).

Table 3. Materials and devices in RF and microwave electronics

Materials and devices Characteristics

Silicion IC’s Mosfet and bipolars Ok up to 5-10 GHz but not for power

Silicon-Germanium (SiGe) Heterojunction Bipolar Transistors (HBT)

Low noise and low power up to 40 GHz

GaAs IC’s (MESFETs and HEMTs) Up to 50 GHz, also for high power

GaN (HEMTs) High power up to 30 GHz, not yet

mature

GaSb (HEMTs) Low noise up to mm waves, not yet

mature

3.1. Checking the stability

First of all, the stability of the transistor needs to be checked. To do that, two conditions have to be

verified, the first condition is that the stability coefficient being greater than one (K > 1), where:

𝐾 = 1 − |𝑆11|2 − |𝑆22|2 + |Δ𝑠|2

2|𝑆21||𝑆12| (1)

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

The second condition is that the module of the determinant of scattering matrix (S) being lower

than 1 (|∆S| <1), where:

∆𝑠= 𝑆11 𝑆22 − 𝑆12 𝑆21 (2)

All the different S parameters, S11, S12, S21, S22, as well as, the stability coefficient K and the

determinant ∆S are computed using MWO.

To check the stability it is also useful to have the information provided by the scattering matrix

obtained from the transistor MESFET (FET2_1 in simulation). The scattering matrix of the

transistor and the different graphs are obtained through MWO. The schematic needed to compute

both the matrix S and the determinant is the shown in Fig. 1, where the 50 ohms impedance on

both input and output corresponds to the requested values of the input and output matching

networks. The schematic shown in the Figure 1, is a starting point of the design and it is suggested

in some literature as in (Pirola, Teppati, & Camarchia, 2007) and (Camarchia, Teppati, Corbellini, &

Pirola, 2007).

Figure 1. Schematic to check the stability (scattering parameters FET2_1)

Both, K and |∆S| fulfill with the conditions mentioned above, and their different values in a region of

analysis from 5 GHz to 25 GHz are shown in Figure 2.

Figure 2. K and |∆S| to check the stability

3.2. Transistor Gain

In order to know the behavior of the active element (transistor FET2), it is also suggested to check

the power gains, the MAG Maximum Available Gain (the maximum gain GMax), and |S21|, which is

the gain when the device is close on both ports with the normalization impedance (50 Ω). Both

gains in dB are shown in the Figure 3.

102

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Figure 3. GMAX and S21 of Transistor FET2

In Figure 3, it can be noted that the device behavior is linear (stability condition) in terms of gain.

Now, based on the analysis from Fig. 2 (K > 1 and |∆S| <1) and observing the Fig 3., it is noted

that when the device is working in a range of frequencies between 5 GHz and 25 GHz, and of

course in 14 GHz, it has a behavior “unconditionally stable”. In addition, Fig. 3 shows that the

maximum device gain at 14 GHz is Gmax= 9.206 dB, and |S21|= 4.7161 dB, i.e. S21 < Gmax; at end

of design it is expected to get Gmax = S21 at 14 GHz. The maximum power transfer occurs when

the generator yields the maximum power, i.e. the input power is the generator (input) available

power and the power on the load is the output available power. The maximum power transfer

implies power impedance matching simultaneously at the input and output (if this is possible). The

maximum operational gain is:

𝐺𝑜𝑝𝑚𝑎𝑥 = |𝑆21

𝑆12| (𝐾 − √𝐾2 − 1) (3)

Furthermore, to completely understand the behavior of the device, it is convenient to plot the

constant gain circles and the stability circles. According to the gain circles, GOP circle (GOP:

operating gain – Gamma L) is respect to output, and GAV circle (GAV: available gain – Gamma G)

is respect to input, see Figure 4 (Teppati, Ferrero, Pisani, Colantonio & Limiti, 2005).

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Figure 4. Constant gain circle ΓG and Constant gain circle ΓL, f= 14 GHz

As it is expected, the stability circles (SCIR 1 and SCIR 2) do not appear since the element

(transistor) is “unconditionally stable”. Meanwhile in the analysis of the gain circles, it is verified that

there is a maximum in the plane ΓG for GAV and a maximum in ΓL for GOP. These maximum

values correspond to optimum values ΓG opt. and ΓL opt., It can be noted that MWO is able to

directly compute the value of ΓG opt, and ΓL opt.. MWO define these parameters as GM1 (ΓG opt

) and GM2 (ΓL opt.). In Table 4, it can be noted the complex values of ΓG opt. and ΓL opt.; these

values of GM1 and GM2 expressed in magnitude and angle will be very useful for the design of the

matching networks as it will be shown later.

Table 4. GM1 and GM2 at 14 GHz.

GM

GM1 and GM2 in magnitude and angle for the matching networks

Real Imaginary Magnitude Angle

GM1 -0,61361 0,40344 0,73436 146,68

GM2 0,07789 0,47437 0,48073 80,674

GM1 and GM2 indicate that working with the current active device in a given frequency (e.g. 14

GHz), and considering 50 Ω of input and output impedance, there are only two passive loads, one

at the input port (GM1), and the other at the output port (GM2) that ensure the simultaneous match

at the two ports of active device (MESFET), hence now the task consists in designing two lossless

matching networks.

3.3. Design considerations and simultaneous matching networks

Considering that the design consists of making an amplifier that works with maximum gain, it is

necessary to design the corresponding lossless matching networks, remembering that a two-port

unconditionally stable system can be simultaneously matched at both ports. In this case, all the

power will be transferred from generator (maximum power) to the load ZL, i.e. GOP = GAV =

GMAX; in other words, when the device sees GM1 at the input port, and GM2 at the output port, it

achieves the maximum gain GMAX (i.e. |S21| = Gmax).

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Considering the active device (transistor) and the input and output matching network, the general

scheme of the desired amplifier is shown below in Figure 5, (Camarchia, Teppati, Corbellini, &

Pirola, 2007).

Figure 5. RF Amplifier with simultaneous matching networks

In order to implement the input and output matching networks, it is necessary to work with

conjugate values of GM1 and GM2, so as to eliminate the imaginary parts of GM1 and GM2, as it

is show in Table 5 and in Figure 6, i.e. the matching network is a conjugate matching of an active

two-port device.

Table 5. GM1 and GM2 conjugate.

GM Magnitude Angle

GM1 0,73436 146,68

GM2 0,48073 80,674 GM1* (conjugate) 0,73436 - 146,68

GM2* (conjugate) 0,48073 - 80,674

Figure 6. Specifications GM1* and GM2*, matching networks

When the matching condition is satisfied, S11 and S22 of the amplifier will be zero and |S21| =

GMAX. Now, all the considerations to design the matching networks are available, but before,

some parameters in MWO have to be configured , as it is done below.

3.4. Design considerations in MWO

The design must be implemented using microstrip lines, whose parameters (substrate and metal)

are described in Table 1 and shown in Figure 7.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Figure 7. Design parameter microstrip lines

Remembering that resistivity of the metallization (Rho) is normalized to gold, for copper its value is:

𝑅ℎ𝑜 =𝑐𝑜𝑝𝑝𝑒𝑟 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑦

𝑔𝑜𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑦=

1,67 𝑥 10−8Ω𝑚

2,35 𝑥 10−8Ω𝑚 = 0,7 (4)

The TXLINE tool of MWO (Figure 8) will be used with the amplifier data to automatically get the

width and the physical length for the transmission line. In particular, for this design we considered a

fixed width, while the parameter that could change is the physical length.

Figure 8. Calculation of width and initial length of the microstrip lines using TXLINE TOOL

3.5. Matching networks: Input matching network

In the design of the input and output matching networks we considered not only the microstrip

lines, but also a serial short circuit stub, i.e. the input and the output are composed by the

transmission lines and the stubs (Raab, Asbeck, Cripps, Kenington, Popović, Pothecary & Sokal,

2002).

The desired values of resistance and reactance are obtained with microstrip lines and short-circuit

stubs . The aim at the moment is to couple the input and output networks by modifying certain

parameter, in this case the physical length of the line and stub. The modification and all necessary

changes in the length do not matter because establishing the goals and using optimizer all

changes are performed automatically and then these can be tested using Smith chart or other kind

of graphs. In general the scheme of the amplifier looks like as the shown in the Figure 9.

106

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Figure 9. Amplifier diagram included short circuit stubs

For the design,the width of the transmission line has been considered as a fixed parameter (W=

1585 um) and the variable parameter is the physical length (TL2 and TL4 for the input and the

output network, see Fig.9). By means of the optimizer tool of MWO, the best dimensions of the

length to satisfy the goals and needs is obtained automatically. The first step is to set the goal for

the matching network, in this case the goal is to minimize the S11 (reflection coefficient) in order to

transfer the maximum power from the generator toward the load, so, it is set to |S11| < -30 dB and

in a range of frequencies between 13.8 GHz and 14.2 GHz (central frequency at 14 GHz), in

particular narrow band design has been considered because it is less complex.

Once the goal is established, we have to select the parameters to be optimized (variables). For the

input matching network, the physical length of TL2 and TL4 are the parameters to be optimized,

then the optimizer is run with the desired values according to the established goal. Furthermore,

the size of the elements has been constrained to avoid negative values (Lower=100 um,

Upper=9000 um).

Finally, the input matching network (input filter) is obtained using all the elements and dimensions.

Its scheme is shown in Figure10.

Figure 10. Input matching Network

Once the input network has been designed, its operation

has to be checked. The S11 parameter in the Smith chart

107

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

and in a rectangular graph give enough details of the behavior of the input network and the

fulfillment of the goal (|S11| <-30 dB), see Figure 11.

Figure 11. Input reflection coefficient in Smith Chart and |S11| dB in rectangular graph (f=14 GHz)

Analyzing Fig. 11, it can be noted that the design of the input matching network has been

completed successfully, since |S11| dB is lower than the fixed goal (|S11| = -32.97 dB) and the

reflection coefficient is 0 (real= -0.01664, imaginary=-0.015).

3.6. Matching networks: Output matching network

As before in this case, the goal is |S11| < -30 dB, and the variables to optimize are TL2 and TL4.

Following the same procedures as in the input matching networks, the results obtained are shown

below, see Figure 12.

Figure 12. Output matching Network

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Figure 13. Output reflection coefficient and |S11| dB in rectangular graph (f=14 GHz)

Analyzing Figure 12 and Figure 13, it can be concluded that the design of the output matching

network has been completed successfully, since |S11| dB is lower than the fixed goal (|S11| = -

47.838504 dB) and the reflection coefficient is 0 (real= -0.0006447, imaginary=-0.004004).

4. Results

Up until this point, both networks, input and output, are designed and they need to be combined

with the active element. The whole amplifier is shown in Figure 14.

Figure 14. Diagram of amplifier – composed by 3 subcircuits

Of course, and as stated above, it is necessary to evaluate the behavior and the performance of

the amplifier in terms of reflection coefficient and gain.

Figure 15. Reflection coefficient of amplifier, maximum Gain and S21 (f=14 GHz)

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Analyzing the graphs of Figure 15, it can be concluded that the objective of designing an amplifier

at 14 GHz with maximum gain has been fulfilled. Finally, appropriate lossless matching networks

help to build amplifiers providing maximum power (GMAX), as illustrated in Figure 15 that shows

that S21 = GMAX at 14 GHz and S11 and S22 (input and output reflectionn coefficients) are very

small values (under -30 dB).

4.1. Layout of the amplifier

Having designed the amplifier, is very easy to get its layout. MWO gives the possibility to plot 2-D

or 3-D layouts, with the option “layout”. Taking in mind that the amplifier contains an active device

(transistor), it is necessary to consider a power supply in the design (BIAS), and capacitors in the

input and in the output to block the DC component (Camarchia, Moreno, Pirola, Quaglia &

Wegeland, 2013), so the final implementation of the amplifier looks like the shown in Fig. 16,

(Kawai, Ohta & Enokihara, 2010).

Figure 16. RF amplifier considering a power supply

In order to obtain the final layout, the scheme will change a little due to the association of the

different elements (transistor, capacitors). The bias capacitor value was calculated based on the

consideration about the work frequency, taking into account that the capacitor should act as a short

circuit at 14 GHz of frequency, and that:

𝑋𝑐 = 1

2𝜋𝑓𝐶 (5)

The value of the capacitor is 22 pF and the amplifier with all additional elements is the shown in the

Figure 17, it is shown a layout in 2-D and 3-D.

110

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

Figure 17. Amplifier layout 2-D and 3-D

5. Conclusions

Analyzing all the graphs above, we conclude that the objective of designing an amplifier at 14 GHz

with the maximum gain has been fulfilled. With the support of MWO, the processes were achieved

in a more simple way, but all the processes need to be performed in the correct order and with

coherence to obtain the best results. The steps and procedures above could be used in other

designs since the principles and the considerations done for the design wew generic and not

oriented to a particular frequency or transistor. A correct preliminary analysis of the matching

networks is very useful and necessary in order to obtain the maximum available gain of the

transistor. A plenty of choices are possible to match the impedance of the transistor and to choose

the correct one it is necessary to consider the physical length and the final size of the amplifier.

Microstrip technology provides tremendous advantages regarding the design. Some elements such

as amplifiers, matching networks, couplers, diplexers and a lot microwave devices could be

implemented using microstrip technology, and this technology has some advantages , which are

mainly the little space these devices need and their reduced weight.

The traditional design is a good starting point to have an idea of the goals and the expected

behavior of the amplifier; however, the active element i.e. the transistor, the parameters and the

111

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.98 - 112

characteristics are totally different. Indeed, the design itself is different, so all the steps described

above are a suggested path to follow in the design of power amplifiers or other RF devices.

Currently, software tools such as AWR Microwave Office or ADS are, without doubts, very helpful,

but furthermore it is needed to have a clear idea of the goals, purposes and application of the

design. With a suitable methodology and fundamentals it is possible to start with the basics and to

continue to more complex systems.

6. Acknowledgment

This work was done with the support from Prof. Marco Pirola, professor of Devices and

Technologies in Mobile Communication Systems at Politecnico di Torino, Turin, Italy.

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Recibido (Received): 2015/09/10 Aceptado (Accepted): 2015/12/11

CC BY-NC-ND 3.0

Evaluación y control del riesgo químico por vapores orgánicos

en los despachadores de combustible de una estación de

servicio

(Assessment and control of chemical risk from organic vapors

for attendants in a gas station)

Stephanie Ehmig Santillán1

Resumen:

El trabajo de investigación se fundamenta en el monitoreo, evaluación y recomendaciones para el

control del riesgo químico producido por vapores orgánicos (benceno, tolueno y xileno) procedentes

del combustible (gasolina súper y extra), al que están expuestos los despachadores de combustible

de una estación de servicio. Dada la concentración medida de los vapores orgánicos (benceno,

tolueno y xileno), el riesgo químico al que están expuestos los despachadores de combustible

es aceptable en el área de abastecimiento o despacho de combustible. Las recomendaciones

constituyen medidas de control enfocadas a reforzar la prevención para preservar la salud y

bienestar de este grupo de trabajadores y evitar la manifestación de enfermedades

ocupacionales a mediano y largo plazo.

Palabras clave: monitoreo; evaluación; riesgo químico; enfermedades ocupacionales; medidas

de control.

Abstract:

This research comprises monitoring, assessment and recommendations for chemical risk originating

from organic vapors (benzene, toluene and xylene) of fuel (super and extra gasoline) to which

attendants at a gas station are exposed. Given the concentration measured of organic vapors

(benzene, toluene and xylene) the chemical risk to which attendants are exposed in the supply

area is acceptable. Control measures are recommended to ensure healthy working conditions

for gas station attendants and also to avoid occurrence of occupational diseases in the medium

or long term.

Keywords: monitoring; assessment; chemical risk; occupational diseases; control measures.

1 EP PETROECUADOR, Quito – Ecuador ([email protected])

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

1. Introducción

Existen emisiones de vapores orgánicos provenientes del combustible durante su despacho a los

vehículos livianos en una estación de servicio. Su capacidad de almacenamiento de combustible

es de 130.200 galones, de los cuales aproximadamente son despachados 45.000 galones diarios.

Actualmente en dicha estación de servicio trabajan 43 despachadores de combustible que están

expuestos a vapores orgánicos durante las 8 horas diarias de su jornada laboral.

Según la concentración de vapores orgánicos a la que estén expuestos los despachadores de

combustible, podrían manifestarse afectaciones en su salud, mediante efectos agudos (corta

duración y se presentan enseguida) o crónicos (larga duración y se presentan paulatinamente)

pudiendo desencadenar en una enfermedad ocupacional en el trabajador o hasta en su deceso.

En tal virtud, La principal motivación para emprender esta investigación fue la incertidumbre

respecto a la concentración de los vapores orgánicos benceno, tolueno y xileno a la que se

encuentran expuestos los despachadores de combustible de una estación de servicio durante su

jornada laboral. Considerando que al menos el benceno es un agente químico clasificado como

categoría A1 carcinógeno humano confirmado tanto por American Conference of Governmental

Industrial Hygientists, así como por International Agency for Research on Cancer of the World

Health Organization (World Health Organization, 2011) (Tufts University, 2001). Además si bien

existen varios factores que inciden en la manifestación de efectos agudos o crónicos además de la

exposición a estos vapores orgánicos, es importante determinar el riesgo químico de exposición

para así poder controlarlo y prevenir cualquier consecuencia indeseable.

En tal virtud, se realizó la medición de la concentración de vapores orgánicos, específicamente de

benceno, tolueno y xileno, a la que se encuentran expuestos los despachadores de combustible

durante el tiempo que dura su jornada laboral (8 horas); se efectuó la evaluación del riesgo

químico de exposición de estos vapores orgánicos en los despachadores de combustible para

determinar si es alto, medio o bajo; se establecieron medidas de control, con recomendaciones

coherentes con el riesgo químico de exposición determinado, que estén encaminadas a la

prevención de efectos agudos o crónicos en la salud de los despachadores de combustible por

exposición a los vapores orgánicos benceno, tolueno y xileno. De esta manera se pretende

controlar y disminuir el riesgo químico en los despachadores de combustible por dichos vapores

orgánicos.

La investigación pretendió comprobar que el de riesgo químico de exposición a vapores orgánicos,

específicamente de benceno, tolueno y xileno en los despachadores de combustible es seguro y

consecuentemente evita la manifestación de efectos agudos o crónicos en su salud.

El estudio consistió en desarrollar información primaria y recabar información secundaria de

diversas fuentes bibliográficas inherentes al tema de estudio. La información primaria se

115

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

fundamentó en el monitoreo de benceno, tolueno y xileno con monitores personales pasivos 3M

3500, análisis de laboratorio, cálculo de las concentraciones, tratamiento estadístico de resultados

(Castejón, 1994) y evaluación del riesgo a través de la comparación con los límites de exposición

respectivos (Bartual Sánchez, y otros, 1989).

Del total de despachadores de combustible (43) fue seleccionada una muestra denominada grupo

homogéneo de exposición (9). El tiempo de muestreo correspondió a la duración de una jornada

laboral completa (8 horas).

Si bien en 8 de 9 muestras, los resultados demostraron un riesgo aceptable en el área de

abastecimiento o despacho de combustible, 1 muestra excede el límite de exposición profesional

para benceno, esto quiere decir que probablemente en otras áreas de la estación de servicio

existen concentraciones de benceno superiores al límite de exposición establecido para una

jornada laboral de 8 horas.

2. Metodología

Sujetos: La existencia de varias personas que realizan tareas similares en condiciones

ambientales parecidas, plantea la posibilidad de realizar mediciones de la exposición a una parte

de ellas y ahorrar recursos, considerando así una sola exposición común para todas. A esta parte

se le denomina Grupo Homogéneo de Exposición (GHE) (Castejón, 1994). La norma UNE-EN 689

(Comité Técnico CEN/TC, 1995) recomienda tomar un mínimo de 1 trabajador por cada 10, quien

constituirá el GHE. En este caso se tomaron 2 trabajadores por cada 10.

Técnicas e instrumentos: para obtener información primaria se efectuó el monitoreo de benceno,

tolueno y xileno con monitores personales pasivos 3M 3500. Este es un dispositivo de muestreo

diseñado para medir una concentración promedio de ciertos contaminantes sobre un intervalo de

tiempo medido. Cuando es utilizado como un monitor personal debe ser ubicado cerca de la zona

de respiración del individuo expuesto a ambientes potencialmente peligrosos. (3M OHES Division,

2003) El monitor 3M 3500 contiene una sola almohadilla de carbón adsorbente que sirve para

captar un amplio rango de vapores orgánicos2, tiene un peso de 9 g por lo que es liviano, pequeño

y no interfiere con las actividades del trabajador. No necesita de baterías, bombas o equipos de

calibración. La figura 1 muestra una imagen del monitor pasivo 3M 3500:

2 “3M Technical Data Bulletin, Organic Vapor Monitor, Sampling and Analysis Guide”. (s.f.). Recuperado, de

http://multimedia.3m.com/mws/media/110731O/organic-vapor-monitor-sampling-and-analysis- guide.pdf

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

Figura 1. Monitor pasivo 3M 3500

Una vez efectuado el monitoreo se enviaron las muestras al laboratorio para realizar el análisis

respectivo. Con los resultados del laboratorio se calculó la concentración de cada contaminante

(benceno, tolueno y xileno) mediante la aplicación de varias fórmulas (Castejón, 1994). Asimismo

se les aplicó a los resultados un tratamiento estadístico para así poder evaluar el riesgo con la

comparación de los límites de exposición respectivos (TLV-TWA y VLA-ED) (Huici, y otros, 1999).

La técnica utilizada para recabar información secundaria fue la técnica de recopilación de

información y análisis de documentos.

Para registrar la información observada en campo se utilizaron los siguientes instrumentos:

Formularios de monitoreo

Cadenas de custodia

Cámara fotográfica

Filmadora

Procedimiento: la formulación del problema es la incertidumbre de la concentración de los vapores

orgánicos (benceno, tolueno y xileno) 3 a la que están expuestos los despachadores de

combustible en la estación de servicio Amazonas de EP Petroecuador durante su jornada laboral.

En tal virtud se requiere medir la concentración de vapores orgánicos, específicamente de

benceno, tolueno y xileno, a la que se encuentran expuestos los despachadores de combustible el

tiempo que dura su jornada laboral (8 horas); evaluar si el riesgo químico de exposición a estos

vapores orgánicos en los despachadores de combustible es aceptable; establecer las medidas de

control, mediante recomendaciones coherentes con el riesgo químico de exposición determinado,

que estén encaminadas a la prevención de efectos agudos o crónicos en la salud de los

despachadores de combustible por exposición a dichos vapores orgánicos. De esta manera se

3 “Benceno -Efectos en la salud”. (1997).“Tolueno - Efectos en la salud”. (1997). “Xileno - Efectos en la

salud”. (1997). Recuperado, de http://www.ccsso.ca/oshanswers/chemicals/chem_profiles/

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

procura controlar y disminuir el riesgo químico en los despachadores de combustible por vapores

orgánicos del benceno, tolueno y xileno.

Se realizó un análisis de factores de riesgo mediante la identificación de las características físico-

químicas del agente, condiciones del puesto de trabajo y comportamiento de los individuos.

Además se realizó la evaluación de la exposición a agentes químicos que consistió en estimar la

magnitud del riesgo y sus características mediante las siguientes etapas: identificación de posibles

exposiciones; determinación de factores ligados al puesto de trabajo; valoración inicial y

evaluación detallada.

Para llevar a cabo el monitoreo, que fue considerado la parte crucial de la investigación, se recabó

bastante información sobre los condicionantes tecnológicos y estratégicos que definieron el

agente, el cómo, dónde y cuándo medir. De tal forma que se definieron como agentes al benceno,

tolueno y xileno; el sistema e instrumental para la toma de muestras fue a través del sistema de

captación por difusión (pasiva) (Bartual, 1982) (Guardino, y otros, 2001) mediante los monitores

pasivos 3M 3500; la ubicación de los monitores fue en el área respiratoria del trabajador (en la

solapa del overol, lo más cerca posible del cuello); el tiempo de monitoreo fue Tipo A que equivale

a la toma de una muestra de duración igual al período de exposición, es decir las 8 horas de una

jornada laboral completa; el número de muestras se aplicó al grupo homogéneo de exposición, es

decir a 9 despachadores de combustible; el criterio para seleccionar los trabajadores sujetos al

monitoreo fue según las islas de despacho con mayor movimiento; la técnica analítica utilizada por

el laboratorio fue la cromatografía de gases-FID.

Una vez obtenidos los resultados del laboratorio, se procedió a aplicar las fórmulas para el cálculo

de las concentraciones de los contaminantes por cada muestra tomada, incluyendo aquellas

consideraciones (Martí Veciana, 2000) (Martí, 2000) establecidas para el efecto. Posteriormente

se aplicó un tratamiento estadístico a los datos y la evaluación del riesgo mediante la comparación

con los límites de exposición respectivos (TLV-TWA y VLA-ED).

3. Resultados

En las tablas 1 y 2 se ilustra el riesgo químico de exposición de los despachadores de

combustible a benceno, tolueno y xileno en el área de abastecimiento o despacho de combustible,

el cual es bajo, debido a que su concentración está muy por debajo de los límites establecidos

para el efecto.

118

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

Tabla 1. Concentración de BTX y comparación con VLA-ED

Código de

Muestra

C8 Benceno

(mg/m3)

C8 Tolueno

(mg/m3)

C8 Xileno

(mg/m3)

M1-i7 0,0123521 0,0243200 1,3122322

M2-i1 0,0373697 0,1226283 0,6818735

M3-i9 8,8505818 23,5110730 8,9433919

M4-i8 0,0619541 0,0968103 0,6847317

M5-i4 0,0226614 0,0330503 0,6769036

M6-i7 0,0086504 0,0141931 1,3128262

M7-i1 0,0117645 0,0135457 1,3155900

M8-i9 0,0101637 0,0132019 1,3496874

M9-i8 0,0278759 0,0304915 0,6790506

VLA-ED

(mg/m3)

(INSHT, 2014) 3,25 192 221

Tabla 2. Concentración de BTX y comparación con TLV-TWA

Código de

Muestra

C8 Benceno

(ppm)

C8 Tolueno

(ppm)

C8 Xileno

(ppm)

M1-i7 0,0038633 0,0064624 0,3026022

M2-i1 0,0116880 0,0325852 0,1572408

M3-i9 2,7681607 6,2474392 2,0623559

M4-i8 0,0193771 0,0257247 0,1578999

M5-i4 0,0070877 0,0087822 0,1560947

M6-i7 0,0027055 0,0037714 0,3027392

M7-i1 0,0036795 0,0035994 0,3033765

M8-i9 0,0031789 0,0035081 0,3112394

M9-i8 0,0087186 0,0081023 0,1565898

TLV-TWA

(ppm)

(ACGIH, 2005) 0,5 50 100

Se verificó que el riesgo químico de exposición de los despachadores de combustible a los

vapores orgánicos benceno, tolueno y xileno, es seguro en el área de abastecimiento o despacho

de combustible, lo cual evitaría la manifestación de efectos agudos o crónicos en su salud.

A pesar de que en el monitoreo realizado al individuo codificado como M3-i9, el contaminante

benceno excede tanto el valor límite ambiental de exposición diaria (VLA-ED) como el valor límite

umbral – concentración promedio ponderada para 8 horas (TLV-TWA). Es importante señalar que

el individuo no se mantuvo en su lugar de trabajo asignado para el día de muestreo (isla de

despacho # 9), debido a que en reiteradas ocasiones estuvo en el interior del área administrativa

(oficinas), cuadrando caja, almorzando, conversando con otros compañeros de trabajo, en

definitiva estuvo entrando y saliendo del área administrativa. Este resultado plantea la hipótesis de

que posiblemente haya mayor concentración de benceno inclusive en valores superiores a los

límites establecidos para el efecto en el área administrativa, especialmente debido a la migración

de contaminantes por el comportamiento de las corrientes aéreas, factores de dispersión en el aire

y velocidad del viento.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

El resultado final de la desviación estándar geométrica, calculada sin las concentraciones de

benceno, tolueno y xileno del monitor codificado como M3-i9, determina que las demás

concentraciones de benceno, tolueno y xileno expresan una dispersión de distribución logarítmico-

normal (Luna Mendaza, 2000) por debajo de la dispersión máxima de valores y que los valores son

similares y precisos.

A pesar de que las concentraciones de benceno, tolueno y xileno incluyen su valor de

incertidumbre, tampoco superan los valores límites ambientales de exposición diaria (VLA-ED) ni

los valores límites umbral – concentración promedio ponderada para 8 horas (TLV-TWA), a

excepción de la muestra codificada como M3-i9 únicamente en el contaminante benceno.

Las concentraciones de los contaminante benceno, tolueno y xileno no son iguales en las mismas

islas de despacho monitoreadas en diferentes días, corroborando así la afirmación de (Luna,

2000) “Es un hecho comprobado que la concentración ambiental en un puesto de trabajo varía de

forma aleatoria a lo largo de la jornada laboral y de una jornada a otra”.

De conformidad con la afirmación de (Luna Mendaza, 1998) “A menudo no es posible conocer la

verdadera concentración media existente en un puesto de trabajo a causa de las múltiples

variaciones que sufre la concentración ambiental a lo largo de la jornada laboral y entre diferentes

jornadas”; no obstante, en función del valor de la media geométrica (gc), el valor más probable de

la media de las concentraciones se acerca a 0,0115620 mg/m3

.

De acuerdo con la recomendación de (3M España, 1999) “Los valores TLV deben utilizarse como

directrices o recomendaciones para el control de riesgos potenciales para la salud. No están

pensados para ser utilizados como estándares legales”, los valores límite umbral (TLV) fueron

utilizados únicamente como directrices para el control de riesgos potenciales para la salud.

El tiempo de monitoreo de los vapores orgánicos benceno, tolueno y xileno al que se encuentran

expuestos los despachadores de combustible fue de 463 – 477 minutos, es decir una duración

equivalente a un rango del 96.5% al 99.4% del turno de trabajo o de la jornada laboral (mínimo

25% o 120 minutos).

Si bien el 56% del GHE trabaja de 3 a 6 años y apenas el 22% trabaja más de 6 años en la

estación de servicio en el puesto de trabajo despachador de combustible, están expuestos a un

riesgo químico aceptable en el área de abastecimiento o despacho de combustible, no obstante se

desconoce la concentración de estos vapores a la que estén expuestos los demás trabajadores

en las áreas: administrativa, de almacenamiento de combustible, de descarga de combustible para

auto-tanques y de acceso.

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Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

Debido a que el riesgo químico por exposición a vapores orgánicos en los despachadores en el

área de abastecimiento o despacho de combustible es aceptable, no es necesario implementar

medidas de control, sin embargo se proponen varias medidas de control en la fuente y en el

receptor que podrían ser adoptadas para reforzar la prevención.

3. Discusión

De conformidad con estudios similares al presente trabajo de investigación, realizados a partir del

año 2000, las concentraciones de (benceno, tolueno y xileno) están por debajo de los límites de

exposición respectivos para el puesto de trabajo de despachador de combustible en estaciones de

servicio que expenden combustibles.

Hubo un estudio en donde se realizaron monitoreos en ciertas estaciones climáticas del año y en

diferentes años, debido a que desde el año 2000 se emitieron regulaciones en países europeos y

sudamericanos que limitaron el contenido de benceno en las gasolinas. En este estudio, se

determinó que a mayor temperatura mayor volumen de vapores orgánicos y mayor concentración

de benceno, pero a pesar de ello las concentraciones se mantuvieron por debajo de los límites de

exposición profesional.

Cabe mencionar que en el presente estudio, los monitoreos fueron realizados a temperaturas

moderadas 17°C – 18°C.

Las ventajas de este estudio fueron principalmente:

El acceso y apertura para realizar la investigación en la estación de servicio.

Colaboración para la provisión de recursos tecnológicos, así como el servicio de análisis

en el laboratorio.

Respecto al aporte personal realizado fue minucioso y significativo para poder llevar a cabo el

monitoreo y posteriormente el análisis e interpretación de resultados.

4. Conclusiones y Recomendaciones

El riesgo químico en los despachadores de combustible por exposición a los vapores orgánicos

del combustible benceno, tolueno y xileno en el área de abastecimiento o despacho de

combustible en el tiempo que dura su jornada laboral (8 horas) diarias es aceptable y seguro.

La concentración medida de los vapores orgánicos benceno, tolueno y xileno está muy por

debajo de los límites establecidos para el efecto, lo cual evitaría la manifestación de efectos

agudos o crónicos en la salud de los despachadores, corroborando así que la hipótesis planteada

en la presente tesis es certera.

Debido a que el riesgo químico por exposición a vapores orgánicos en los despachadores en el

121

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

área de abastecimiento o despacho de combustible es aceptable, no es necesario implementar

medidas de control, sin embargo a continuación se proponen varias medidas de control en la

fuente y en el receptor que podrían ser adoptadas para reforzar la prevención.

Incorporar nuevas tecnologías para minimizar la exposición delos despachadores de combustible

a vapores orgánicos, como dotara las mangueras de suministro del surtidor de un ajuste flexible y

hermético a la boca del depósito de combustible del vehículo, con una doble tubuladura, una que

conduzca el combustible al tanque del vehículo mientras que la otra recoja los vapores orgánicos

emanados durante la carga de combustible, de esta forma el cierre hermético impedirá que se

escapen los vapores orgánicos a la atmósfera y sean reconducidos nuevamente al mismo tanque

de almacenamiento de combustible. Esta medida contribuirá significativamente en la reducción

de las concentraciones de benceno, tolueno y xileno.

Sugerir la implementación de políticas de Estado, como limitar el contenido de benceno a un

máximo de 1% (v/v), mediante importantes modificaciones legales en lo que respecta a la calidad

de los combustibles que se expenden a nivel nacional.

Realizar monitoreos en las demás áreas de la estación de servicio Amazonas, tales como:

administrativa, almacenamiento de combustible, descarga de combustible para auto-tanques y de

acceso.

Considerar la alternativa de optar por el abastecimiento de combustible en los vehículos,

mediante el autoservicio.

Capacitar a todo el personal de la estación de servicio sobre los diferentes tipos de riesgos a los

que se encuentran expuestos en sus puestos de trabajo.

Continuar sometiendo a los trabajadores de la estación de servicio a los exámenes médicos

ocupacionales periódicos. Incluir la realización de exámenes especiales como la medición de

indicadores biológicos a través de metabolitos con la determinación del ácido SPMA en orina.

Realizar indagaciones asociadas a hábitos, actividades y trabajos efectuados por los

despachadores de combustible fuera de su jornada laboral en la estación de servicio.

Introducir la realización de pausas activas laborales a todo el personal de la estación de servicio

a fin de incrementar su productividad.

Considerar la alternativa de un cambio en la modalidad de trabajo definida para los

despachadores de combustible de 10 días de trabajo x 5 días de descanso a 5 x 2.

122

Enfoque UTE, V.6-N.4, Dic.2015, pp.113 - 123

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