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Regional Cundinamarca SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENN VA SISTEMA K como proceso pedagógico de innovación Colección Libros de Investigación CBA Centro de Biotecnología Agropecuaria ISBN:978-958-15-0473-2
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Regional CundinamarcaSERVICIO NACIONAL
DE APRENDIZAJE
SENN VA
Centro de Biotecnología Agropecuaria - MosqueraRegional CundinamarcaDirección: Km 7 Vía Bogotá - MosqueraTeléfono: 57 (1) 546 23 23 Ext. 17863Págna web: http://www.sena.edu.cohttp://senabiotecnología.blogspot.com.co/Email: [email protected]
SERVICIO NACIONALDE APRENDIZAJE
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SISTEMA
Kcomo proceso pedagógico de innovación
Colección Libros de Investigación CBA
Centro de Biotecnología Agropecuaria
ISBN:978-958-15-0473-2
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COLECCIÓN LIBROS DE INVESTIGACIÓN CBA
EL “SISTEMA K” COMO PROCESO PEDAGÓGICO DE INNOVACIÓN. UNA EXPERIENCIA BASADA EN EL DESARROLLO DEL PROYECTO DISEÑO, IMPLEMENTACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN PROTOTIPO
PEDAGÓGICO PARA EL ESTUDIO DE PERMEABILIDAD DE TEXTURAS EDÁFICAS.
Diego Fernando Ortiz Tovar1
Mónica Ospina Correa2
Karen Edith Acuña3
William Alejandro Bustos4
Yenifer Vannesa Guerrero Cruz5
Jorge Hernando Guevara Nieto6
Mery Gisel Leguizamón RiañoKaren Martín Felipe Monroy
Angélica Ortegón Mellany Peña Rangel
Sandra Liliana Rondón Rodríguez
1. Agrozootecnista de la Universidad del Cauca. Instructor en el Centro de Biotecnología Agropecuaria, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, Mosquera, Cundinamarca.
2. Bióloga de la Universidad Nacional de Colombia. Instructora en el Centro de Biotecnología Agropecuaria, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, Mosquera, Cundinamarca.
3. Aprendices del Tecnólogo en Gestión de Recursos Naturales, Centro de Biotecnología Agropecuaria, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, Mosquera, Cundinamarca. 4. Aprendices del Tecnólogo en Sistemas de Gestión Ambiental, Centro de Biotecnología Agropecuaria, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, Mosquera, Cundinamarca.
5. Semillero de Investigación CIA-Investiga, Centro de Biotecnología Agropecuaria, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, Mosquera, Cundinamarca
6. Grupo de Investigación CIBA-CBA, Centro de Biotecnología Agropecuaria, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, Mosquera, Cundinamarca.
Agradecimientos
Los autores de este libro agradecen al Sistema de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación SENNOVA, del Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, por la financiación del Proyecto “Diseño, implementación y evaluación de un prototipo pedagógico para el estudio de permeabilidad de texturas edáficas” SGPS-0405-2017, en la Línea Programática de Innovación. Al Subdirector del Centro de Formación de Biotecnología Agropecuaria en Mosquera, Cundinamarca, el Doctor Edgard Sierra Cardozo y todo su personal administrativo, por todo el apoyo y soporte dado para la realización de este proyecto. A Luz Nery Fonseca Correa, Coordinadora Académica en el Centro de Biotecnología Agropecuaria, por todo su apoyo y asesoría en la parte técnica y administrativa del desarrollo del proyecto. A todos los instructores del área ambiental del Centro de Biotecnología Agropecuaria, por su acompañamiento en la formación de los aprendices que hacen parte del Semillero de Investigación CIA Investiga CBA. Al Laboratorio Ambiental de la Corporación Autónoma Regional de la Cuenca del río Bogotá CAR y al Laboratorio de Suelos del Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC, por las capacitaciones que ofrecieron a los aprendices que participaron en este proyecto de investigación. Y finalmente al Centro de Investigaciones y Experimentación en Passifloraceas del departamento del Huila CEPASS, por la oportunidad y el espacio para la realización del “Taller sobre permeabilidad de suelos y conservación del recursos hídrico en agroecosistemas productivos de clima frío”, en el municipio de San Agustín, Huila, en el cual se efectuó toda la trasferencia tecnológica de los resultados de este proyecto con profesionales, técnicos y productores de la zona.
Contenido
Agradecimientos
Prólogo
Introducción
La necesidad de una situación real
La idea como principio auténtico de la persona
La innovación en el contexto de la formación en un Ambiente Abierto de Aprendizaje A.A.A.
La innovación como metodología de aprendizaje
Aclarando conceptos
Método de cabeza constante
Método de cabeza variable
Método Piezométrico
Diseños y montajes de los prototipos
Prototipo 1. Prototipo para ensayos de cabeza constante Tipo l. Prototipo de permeabilidad SM 2.0. Sandra Liliana Rondón Rodríguez y Mellany Peña Rangel
Diseño
Materiales y métodos
Procedimiento de uso
Resultados
Conclusiones
Prototipo 2. Prototipo para ensayos de cabeza variable. Karen Edith Acuña, Angélica Ortegón, Yenifer Vannesa Guerrero Cruz y Karen Martín
Diseño
Materiales y métodos
Procedimiento de uso
Resultados
Conclusiones
Prototipo 3. Prototipo para ensayos de cabeza constante Tipo Y Invertida. William Alejandro Bustos, Jorge Hernando Guevara Nieto y Mery Gisel Leguizamón Riaño
Diseño
Materiales y métodos
Procedimiento de uso
Resultados
Conclusiones
Prototipo 4. Prototipo para ensayos de cabeza constante Tipo Artesanal. Felipe Monroy González
Diseño
Materiales y métodos
Procedimiento de uso
Resultados
Conclusiones
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Cuando reflexionamos acerca de las características propias de la especie humana, uno de los hechos que mas nos maravilla, es que somos la única especie capaz de poseer y procesar “ideas” y a su vez, tenemos la facultad de convertirlas en el componente fundamental de la evolución cognitiva humana. Desde que se ha venido consolidando el proceso de construcción científica en el mundo occidental, el uso del método científico ha sido el “génesis” de los diferentes avances realizados en ciencia y que son reconocidos por la humanidad como los generadores de la posibilidad de tener tecnología.
La educación es el camino aliado hacia las ciencias; por ello, la pedagogía en su esencia tiene la capacidad de transferir lo que poco a poco se ha construido como conocimiento y con el cual se alcanza la capacidad de crear y generar ideas, que finalmente son las responsables de que el proceso de construcción de las ciencias continue. Sin embargo, algunos métodos pedagógicos ortodoxos castran la generación de ideas como paso fundamental en el proceso de construcción científica, de desarrollo de tecnologías y de proposición de innovaciones.
Este libro pretende documentar lo que hemos denominado “El Sistema K”, una propuesta metodológica para estimular la generación y formulación de ideas en los aprendices integrantes del Semillero de Investigación Ambiental CIA-Investiga, en el Centro de Biotecnología Agropecuaria (CBA) del SENA. Esta institución educativa ofrece un ambiente propicio para el desarrollo de las ciencias, la investigación y la innovación, fusionando la formación por competencias y la investigación por medio de proyectos y con la colaboración y apoyo del Sistema de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación SENNOVA.
Este proceso se ha probado y puesto en marcha junto con el desarrollo de los proyectos de formación y de investigación del área ambiental en el CBA. Durante el año 2017, el Semillero de Investigación Ambiental CIA-Investiga
PRÓLOGO
desarrolló el proyecto “Diseño, implementación y evaluación de un prototipo pedagógico para el estudio de permeabilidad de texturas edáficas”, financiado por SENNOVA y que contó con el apoyo de nueve aprendices de los Tecnólogos en Gestión de Recursos Naturales y Sistemas de Gestión Ambiental.
Se incluye en esta publicación entonces la descripción de la propuesta pedagógica utilizada en este proceso (El Sistema K) y los componentes técnicos del desarrollo del proyecto entre los que se destacan la importancia y aspectos físicos del suelo, además del detalle del desarrollo de los prototipos de permeámetros por parte de los aprendices. Actualmente muchos maestros tienen la dificultad de que los métodos de enseñanza que emplean para la enseñanza de las ciencias, desde las matemáticas hasta la biología, no son acertados; lo que está generando que un porcentaje cada vez menor de personas se interesen en la ciencia y ayuden al desarrollo científico y tecnológico del país. Este libro pretende ofrecer una opción sobre un método pedagógico para la enseñanza de las ciencias a nivel profesional.
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Las ideas son el eje fundamental de todo proceso mental. En el contexto actual con el avance de las telecomunicaciones, los jóvenes son bombardeados con mensajes que no necesariamente permiten la estimulación de las ideas. El mejor estimulante para las ideas es la lectura; al leer, el lector es obligado a generar visiones basadas en la intuición, entendiendo que la intuición es la capacidad interna de la mente, que puede ser superior a la razón. Por ello la intuición abre la puerta a la generación de las ideas. Todos somos científicos por naturaleza y el método científico está enrraizado en nuestra facultad humana de cuestionarnos y crear, principio que nos hace únicos y nos diferencia de otros seres vivos. Bajo esta premisa, si el arte de enseñar no conduce a los individuos hacia la generación de ideas y a la facultad de crear, la educación solo se queda en un sistema de transmisión de información de generación en generación; podemos ilustrarlo con un refrán popular: “loras repitiendo lo que otras loras dicen”.
La necesidad de una situación real
La mayoría de profesionales en las ciencias agronómicas mantienen un especial interés en las propiedades químicas del suelo, dejando de lado las propiedades físicas del mismo. En los últimos años los estudios sobre física de suelos se han basado en pruebas cualitativas al tacto, como es el caso del paquete Rasta para análisis de suelos que diseñó el Centro Internacional de Agricultura Tropical - CIAT, por medio del cual, con métodos empíricos, se logra determinar la textura, estructura, color y otras características físicas de los suelos. Sin embargo, es difícil encontrar un análisis físico de suelos realizado por un laboratorio para agricultura y los profesionales realmente interesados en la física de suelos son los ingenieros civiles.
Es un hecho que los procesos químicos en los suelos dependen de una correlación estrecha con sus características físicas; por ejemplo, si un suelo no posee porosidad, la fase solución no podrá realizar el intercambio
INTRODUCCIÓN
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catiónico tan necesario para la nutrición vegetal. Una propiedad física importante en los suelos es la conductividad hidráulica o permeabilidad, ya que si se conoce el movimiento del agua por los espacios porosos de las diferentes texturas, se puede determinar si un sistema productivo puede ser exitoso o no; tanto así, que si un campesino lograra realizar un estudio de permeabilidad en su finca, estaría en capacidad de tomar decisiones sobre qué sembrar y cómo mantener sus sistemas agrícolas.
La conductividad está en función de las demás propiedades del suelo como la textura, la estructura, la porosidad, la densidad real y aparente, la granulometría, entre otras. Para medirla se necesitan equipos que para su régimen de exactitud muchas veces son costosos y sencillos pero de complejo diseño.
Los aprendices de la Tecnología en Gestión de Recursos Naturales y en Sistemas de Gestión Ambiental del Centro de Biotecnología Agropecuaria del SENA en Mosquera, cursan una competencia basada en las características del suelo, en la cual amplian sus conocimientos en análisis de propiedades químicas y físicas de los mismos y profundizan en el comportamiento del agua en el sistema suelo. Debido a que la demanda mas alta de tecnólogos la ofrece el sector agropecuario en la región de Sabana de Occidente, donde se encuentra ubicado el CBA, en el desarrollo de las competencias laborales se hace énfasis en manejo de suelos para la agricultura; para esto, los aprendices desarrollan y conocen métodos que permiten realizar análisis en función del aprendizaje.
Por estas razones, a través del trabajo con el Semillero de Investigación Ambiental CIA-Investiga, se han realizado actividades que permiten que los aprendices se aproximen al conocimiento y comprensión de fenómenos asociados a estas características, entre los que se cuenta la que nos ocupa en esta oportunidad y es el estudio de la conductividad hidráulica en los suelos, estimulando la creación de nuevas ideas especialmente en el área del estudio de los suelos, como proyecto además de innovación pedagógica.
La idea como principio auténtico de la persona
Estimular en los aprendices todo este proceso de generación de una idea innovadora desencadenó en la creación de cuatro prototipos que servirán en el futuro para medir y comprender fácilmente la conductividad hidráulica en el suelo, no solo por parte de profesionales en ciencias agronómicas, sino también de personas de bajo nivel educativo. Estos prototipos son ideas auténticas de los aprendices que participaron en el proyecto y el
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nivel de apropiación y manejo de los principios físicos necesarios para su diseño entre otras cosas, convirtieron a los aprendices en expertos en el tema. Ellos mismos, al enfrentarse al problema planteado, generaron sus propias ideas, aprendiendo a través de su propia ruta de aprendizaje y dejando en sus mentes conocimientos que de esta manera refuerzan.
El proyecto educativo llamado “El Sistema K” comenzó en el año 2015, cuando se vió la necesidad de involucrar a los aprendices en procesos de investigación, no solo por iniciativa de la Unidad de Recursos Naturales, sino tambien del programa SENNOVA, para fortalecer habilidades particulares, especialmente en los aprendices que mejor desempeño académico presentan.
Esta experiencia se refuerza con los procesos investigativos y se transfiere en todas las actividades que tienen los aprendices con las comunidades, ya que el entorno empresarial requiere personas que hayan desarrollado competencias en investigación, divulgación y eneración de estrategias y herramientas de innovación, que les permitan enfrentar con mayor capacitación los problemas a resolver en el séctor de desempeño.
El trabajo con este enfoque permite que se inicie el Centro de Inteligencia Ambiental C.I.A. en la Unidad de Recursos Naturales del CBA. La estrategia pedagógica del Sistema K ha permitido fortalecer la formación de los aprendices en dos temas fundamentales como son la investigación y la educación ambiental, este último como proceso de fortalecimiento social. Así nació también el Semillero de Investigación Ambiental CIA-Investiga, cuyo objetivo general y actual sigue siendo el fortalecer a los aprendices como investigadores, desarrollando proyectos de investigación aplicada y de innovación. El proceso de vinculación al semillero se ha realizado como lo ilustra la siguiente figura:
Figura 1. Flujograma de vinculación de aprendices al Semillero de Investigación
Ambiental CIA-Investiga.
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La innovación en el contexto de la formación en un Ambiente Abierto de Aprendizaje A.A.A.
El semillero se creó en un Ambiente Abierto de Aprendizaje (A.A.A. o triple A). Esta estrategia pedagógica, fue creada por el Centro de Biotecnología Agropecuaria de Mosquera y su objetivo es el de generar actividades prácticas que mantengan los procesos productivos de la granja y que a su vez en las áreas ambientales y agropecuarias, los aprendices aprendan haciendo. La estrategia triple A, genera que cada Unidad tenga un Tutor de Unidad y es a través de este tutor, que se puede generar un ambiente de aprendizaje para el trabajo de los Semilleros de Investigación y la estrategia C.I.A como tal. En pocas palabras, para el caso, la Unidad de Recursos Naturales es el centro de operaciones del C.I.A.
La innovación como metodología de aprendizaje
Durante el desarrollo del proyecto “Diseño, implementación y evaluación de un prototipo pedagógico para el estudio de permeabilidad de texturas edáficas”, nueve aprendices demostraron la capacidad de resolver problemas reales para el desarrollo de las ciencias. Una vez vinculados al proyecto, la primera parte del proceso del Sistema K consiste en la aproximación a “El problema”, que se planteó para el caso como buscar una forma práctica y sencilla para medir la conductividad hidráulica en los suelos, ya que los equipos usados para tal propósito son complejos y costosos. El planeamiento inicial propuesto a los aprendices fue diseñar un prototipo que utilizara materiales de fácil acceso para cualquier persona en el campo y que permitiera medir la conductividad hidráulica de un suelo, además de utilizar un método pedagógico de apropiación de fácil comprensión para cualquier persona, independientemente de su nivel académico.
Para iniciar este proceso, los aprendices tuvieron que realizar la segunda parte del ejercicio del Sistema K, que consiste en “Comprender”, para este caso, el principio físico del proceso; para esto se necesitó vivir una experiencia real, que transmitiera el principio y así conceptualizar el significado de conductividad hidráulica. Esto debido a que el método científico suscribe la observación como eje inicial del proceso investigativo. Para lograr esto fue necesario realizar alianzas estratégicas con dos laboratorios que por su trayectoria ejecutaban pruebas de conductividad y cuyas pruebas estaban certificadas en sus respectivos laboratorios. Es así como se realizaron dos capacitaciones, una en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi - IGAC (Figura 2) y otra en la Corporación Autónoma
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Regional de la cuenca del río Bogotá - CAR (Figura 3). Con estas capacitaciones se logró comprender el principio físico de funcionamiento de la conductividad hidráulica y posteriormente su conceptualización.
Figura 2. Capacitación en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi - IGAC.
Figura 3. Capacitación en el Laboratorio Ambiental de la Corporación Autónoma
Regional de Cundinamarca - CAR.
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Aclarando conceptos
El objeto general del proyecto consistió en diseñar un permeámetro que construido con materiales de fácil adquisición, ofreciera para cualquier persona la posibilidad de aprender y medir la conductividad del agua en el suelo. Por ello la base conceptual fue importante. A continuación, mencionaremos algunos conceptos que son la base del diseño y el montaje de los prototipos generados a partir de las capacitaciones.
La conductividad hidráulica ha sido definida como una propiedad importante de los medios porosos, que indica la movilidad del agua dentro del suelo y depende del grado de saturación y la naturaleza del mismo (Donado, 2004), o propiedad que posee una masa de suelo de permitir la circulación de algún tipo de fluido (IGAC, ). Es tal vez el factor mas importante que afecta el movimiento del agua en el suelo (Rojas-Delgado), por ello, estudiar el comportamiento del agua en el suelo ha sido fundamental desde 1850, año en el que Darcy realizó estudios en este aspecto y cuyo resultado final fue la Ley de Darcy, por la cual se rige el estudio del movimiento del agua en el suelo (Figura 4).
Ecuación 1. Ley de Darcy.
𝑄=kℎ3−ℎ4L𝑄=𝑄𝑄𝑄
En donde:
Q = gasto (descarga)
k = constante conocida actualmente como coeficiente de permeabilidad de Darcy
h3 = altura sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante
h4 = altura sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante
L = longitud de la muestra
A = área total interior de la sección trasversal del recipiente que contiene la muestra
i = h3 − h4Lgradiente hidráulicoFigura 4. Experimento de Darcy.
La conductividad hidráulica está directamente relacionada con la porosidad, ya que es por los poros por donde el agua se conduce al realizar la medición. Este valor de la capacidad que tiene el suelo de conducir el agua a través de
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sus poros, es lo que se conoce en mecánica de suelos como la Constante de Conductividad expresada por la letra k, cuyas unidades están dadas en cm/s. En la Tabla 2 se observan las diferentes categorías que se pueden encontrar para la interpretación de la constante k y en la Tabla 3 los grados de permeabilidad. Para ello es importante considerar que esta constante luego de ser determinada mediante métodos experimentales es interpretada a través de categorías, las cuales han sido definidas por diferentes investigadores.
A continuación se presentan las tablas base para la interpretación de los resultados de la conductividad hidraúlica de los suelos (Tabla 1), los grados de permeabilidad (Tabla 2) y los rangos de interpretación de estos grados de permeabilidad (Tabla 3).
Tabla 1. Tabla de interpretación de la conductividad hidráulica (Instituto Técnico de Massachusetts).
Tabla 2. Grados de permeabilidad.
Tabla 3. Rangos de interpretación de los grados de permeabilidad.
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Partiendo de la Ley de Darcy, el método experimental para calcular la constante k o conductividad hidráulica, va a depender de la carga de agua que se coloque sobre la muestra. Para ello identificamos tres métodos experimentales que se describen a continuación.
Método de cabeza constante
El principio de este método consiste básicamente en mantener una carga de agua constante garantizando el mismo flujo a la entrada que a la salida. Esto quiere decir que el caudal de entrada debe ser el mismo caudal de salida (Figura 5).
Figura 5. Esquema experimental del método por cabeza constante (Rojas, 2013).
Este método se rige por la siguiente ecuación: k=Q.LAht
En donde:
Q = volumen de salida (m3)L = longitud de la muestra (cm)A = área del cilindro de donde está la muestra (cm2)h = diferencia de cabezas hidráulicas a lo largo de la muestrat = tiempo en segundos, o minutos, o horas
Método de cabeza variable
El principio de este método consiste en la variación de la cabeza de agua, a diferencia del método anterior donde la cabeza permanece constante (Figura 6).
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Figura 6. Esquema experimental del método por cabeza variable (Rojas, 2013).
Este método se rige por la siguiente ecuación: 𝑄=aLAt𝑄𝑄ℎ1ℎ2
En donde:
a = área de la sección transversal de la bureta o tubería de entradaA= área seccional de la muestra de suelo
h1= cabeza hidráulica a través de la muestra al comienzo de experimento (t = O)
L = longitud de la muestra en cmt = tiempo transcurrido durante el experimento, en segundos
h2 = cabeza hidráulica a través de la muestra al final del ensayo (t = t ensayo)
Método Piezométrico
El método piezométrico es un método utilizado regularmente en laboratorios especializados y cuya finalidad es determinar la conductividad hidráulica hallando la diferencia de altura entre las cargas de agua en los piezómetros. Los piezómetros son tubos conectados a la entrada y la salida de una muestra por donde se conduce un fluido y cuya ubicación es vertical para establecer la diferencia de alturas entre las cargas (Figura 7).
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Figura 7. Esquema experimental del método piezométrico (Rojas, 2013).
Este método se rige por la siguiente ecuación:
k=Q.LAit
i=ℎ1− ℎ2L
En donde:
Q = volumen de salida (m3)L = longitud de la muestra (cm)A= área seccional de la muestra de suelo
i = gradiente Hidráulico (línea que resulta de unir las elevaciones a las que sube el líquido en una serie de piezómetros)
t = tiempo transcurrido durante el experimento, en segundos
h1 = cabeza hidráulica a través de la muestra al comienzo del ensayo (t = t ensayo)
h2 = cabeza hidráulica a través de la muestra al final del ensayo (t = t ensayo)
Diseños y montajes de los prototipos
El proceso de innovación en este proyecto se consolida con el diseño de los prototipos o herramientas tecnológicas para la medición de la permeabilidad; comienza inicialmente con el ejercicio mental de imaginar y posteriormente con el arte de construir lo que se imagina. Es ahí donde el aprendizaje por problemas tiene su plenitud.
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Figura 7. Esquema experimental del método piezométrico (Rojas, 2013).
Este método se rige por la siguiente ecuación:
k=Q.LAit
i=ℎ1− ℎ2L
En donde:
Q = volumen de salida (m3)L = longitud de la muestra (cm)A= área seccional de la muestra de suelo
i = gradiente Hidráulico (línea que resulta de unir las elevaciones a las que sube el líquido en una serie de piezómetros)
t = tiempo transcurrido durante el experimento, en segundos
h1 = cabeza hidráulica a través de la muestra al comienzo del ensayo (t = t ensayo)
h2 = cabeza hidráulica a través de la muestra al final del ensayo (t = t ensayo)
Diseños y montajes de los prototipos
El proceso de innovación en este proyecto se consolida con el diseño de los prototipos o herramientas tecnológicas para la medición de la permeabilidad; comienza inicialmente con el ejercicio mental de imaginar y posteriormente con el arte de construir lo que se imagina. Es ahí donde el aprendizaje por problemas tiene su plenitud.
Los aprendices luego de capacitarse y entender el principio por el cual se establece la medición de la conductividad, procedieron a realizar sus respectivos diseños. En este proceso tardaron aproximadamente dos meses y una vez elaborados todos los diseños se procedió a realizar una serie de reuniones para retroalimentar cada uno de ellos (Figura 8). Esta estrategia ofreció la posibilidad de poner en común las diferentes capacidades individuales de creatividad. Así cada reunión fue interesante en el sentido de las discusiones que se generaron en torno a los conceptos hidráulicos y de diseño como tal. En conclusión, la retroalimentación realizada ofreció la posibilidad a los diferentes grupos de ajustar sus diseños y tener más claridad conceptual sobre lo que era conductividad hidráulica.
En el marco del proyecto los aprendices diseñaron cuatro prototipos:
1. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo L elaborado por Sandra Liliana Rondón Rodríguez y Mellany Peña Rangel.
2. Prototipo para ensayos de cabeza variable elaborado por Karen Edith Acuña, Angélica Ortegón, Yenifer Vannesa Guerrero Cruz y Karen Martin.
3. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo Y invertida elaborado por William Alejandro Bustos, Jorge Hernando Guevara Nieto y Mery Gisel Leguizamón Riaño.
4. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo artesanal elaborado por Felipe Monroy González.
Figura 8. Sesiones de retroalimentación.
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Luego de realizar las jornadas de retroalimentación, los aprendices procedieron a construir cada uno de sus diseños. Cada prototipo tuvo en cuenta materiales de fácil adquisición para cualquier persona como tubería PVC, metros de costura, manguera de nivel, botellas plásticas, embudos, guadua, madera, entre otros. Cada uno mantuvo el principio físico de la Ley de Darcy ya fuera por carga constante o por carga variable. La descripción de cada prototipo, su construcción, funcionamiento y ecuaciones se presentan en la segunda parte de este libro.
Figura 9. Proceso de construcción y montaje de los prototipos
A nivel pedagógico estas reuniones demostraron la capacidad creativa que puede tener un aprendiz considerando que el instructor sólo planteó el problema y no interfirió en nada más. Por lo cual los aprendices fueron los que generaron su propia conceptualización al realizar sus respectivos diseños, esto es más valioso que una clase y un examen basado en la memoria. En este orden de ideas lo anterior explica el tercer paso del Sistema K para la generación de la innovación y es la “retroalimentación grupal de las ideas”. Este proceso es clave para corregir y aclarar los diferentes problemas que se puedan presentar en el aprendizaje al tratar de dar solución al problema específico. Además, permite demostrar que todos los aprendices aprenden de forma diferente ya que al colocar en común las respectivas rutas de aprendizaje se logra construir un proceso colectivo de aprendizaje.
Figura 10. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo L elaborado por Sandra
Rondon y Mellany Peña.
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Luego de realizar las jornadas de retroalimentación, los aprendices procedieron a construir cada uno de sus diseños. Cada prototipo tuvo en cuenta materiales de fácil adquisición para cualquier persona como tubería PVC, metros de costura, manguera de nivel, botellas plásticas, embudos, guadua, madera, entre otros. Cada uno mantuvo el principio físico de la Ley de Darcy ya fuera por carga constante o por carga variable. La descripción de cada prototipo, su construcción, funcionamiento y ecuaciones se presentan en la segunda parte de este libro.
Figura 9. Proceso de construcción y montaje de los prototipos
A nivel pedagógico estas reuniones demostraron la capacidad creativa que puede tener un aprendiz considerando que el instructor sólo planteó el problema y no interfirió en nada más. Por lo cual los aprendices fueron los que generaron su propia conceptualización al realizar sus respectivos diseños, esto es más valioso que una clase y un examen basado en la memoria. En este orden de ideas lo anterior explica el tercer paso del Sistema K para la generación de la innovación y es la “retroalimentación grupal de las ideas”. Este proceso es clave para corregir y aclarar los diferentes problemas que se puedan presentar en el aprendizaje al tratar de dar solución al problema específico. Además, permite demostrar que todos los aprendices aprenden de forma diferente ya que al colocar en común las respectivas rutas de aprendizaje se logra construir un proceso colectivo de aprendizaje.
Figura 10. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo L elaborado por Sandra
Rondon y Mellany Peña.
Figura 11. Prototipo para ensayos de cabeza de cabeza variable elaborado por Karen Acuña, Angélica Ortegón, Yenifer Guerrero y Karen Martin.
Figura 12. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo Y invertida elaborado por William Alejandro Bustos, Jorge Hernando Guevara y Mery Gisel Leguizamón.
Figura 13. Prototipo para ensayos de cabeza constante tipo artesanal elaborado por
Felipe Monroy González.
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Después de realizar los diseños y la construcción de los prototipos, los aprendices debieron demostrar su funcionamiento realizando diferentes pruebas. Para ello, se determinaron tres áreas dentro del Centro de Biotecnología Agropecuaria, utilizando fotografía aérea y posteriormente con un dron se marcaron los puntos para muestreo (Figura 14).
Figura 14a. Centro de Biotecnología Agropecuaria
Figura 14b. Área 1
Figura 14c. Área 2
Figura 14c. Área 3
Figura 14c. Marcación de puntos para muestreo con Dron
Figura 14. Áreas seleccionadas para el muestreo.
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Después de realizar los diseños y la construcción de los prototipos, los aprendices debieron demostrar su funcionamiento realizando diferentes pruebas. Para ello, se determinaron tres áreas dentro del Centro de Biotecnología Agropecuaria, utilizando fotografía aérea y posteriormente con un dron se marcaron los puntos para muestreo (Figura 14).
Figura 14a. Centro de Biotecnología Agropecuaria
Figura 14b. Área 1
Figura 14c. Área 2
Figura 14c. Área 3
Figura 14c. Marcación de puntos para muestreo con Dron
Figura 14. Áreas seleccionadas para el muestreo.
Cada 25 metros aproximadamente se realizó el muestreo de los suelos en zig-zag; en cada punto de muestreo se sacaron 5 muestras utilizando cilindros de 5cm de alto por 5cm de diámetro (Figura 15).
Figura 15. Toma de muestras utilizando los cilindros para suelos.
Una vez tomadas las muestras se realizaron pruebas específicas en cada prototipo y a nivel de laboratorio con equipos especializados, para efectuar comparaciones sobre la efectividad del método ajustado en cada permeámetro diseñado (Figura 16).
Figura 16. Permeámetro especializado de laboratorio.
El proceso de trabajo además de comparar los resultados de permeabilidad de los distintos prototipos con los obtenidos con equipos especializados, requirió de la determinación de otro tipo de parámetros para analizar parámetros físicos como densidad aparente, densidad real, porosidad y textura. En este ejercicio los aprendices nos solo crearon y experimentaron con sus prototipos, sino que descubrieron que un principio físico como es la conductividad hidráulica está en función de otros parámetros (Figura 17).
Figura 17. Proceso de determinación de parámetros anexos a la conductividad
hidráulica.
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Todo lo anterior se resume en la cuarta parte del Sistema K, que consiste en la “experimentación real de las ideas”, que ejercicio género que los aprendices del semillero no solo aprendieran observando hechos reales sino, ampliaran su nivel de conocimientos sobre todo en física de suelos, convirtiéndose en expertos en el tema. Esto se demostró cuando hicimos las pruebas con campesinos, técnicos y profesionales en agronomía en el sur del Huila, en donde los aprendices demostraron tal domicio en el tema, que se vió reflejado en las anotaciones de las evaluaciones al final del taller manifestaban de acuerdo con los registros (Figura 18).
Figura 18. Proceso de transferencias de los prototipos a comunidades rurales (San
Agustín, Huila).
Para facilitar el proceso de los cálculos por parte de las personas, se utilizó una aplicación de celular, la cual se puede descargar fácilmente de la Play Store. Como aspecto final, se destaca el quinto paso del Sistema K, la capacidad de transferir conocimiento y trabajo con comunidades; este paso es fundamental para adquirir seguridad en el conocimiento adquirido y capacidad social al realizar trabajo con las comunidades a través de talleres. El taller que se diseñó consistió en realizar una actividad con bombas para transferir el concepto de caudal y conductividad del agua en el suelo. Para ello se estableció una especie de ruta con cuerdas, por la cual los diferentes grupos participantes tenían que pasar globos azules llenos de agua y que al final se depositaran en recipientes para luego ser contados luego de 5 minutos de duración de la actividad, basado en los talleres comunitarios de la Metodología WET. Para entender la conductividad, cada participante estaba amarrado a otro participante y así sucesivamente; el estar amarrados los obligaba a llevar las bombas en línea y esto fue vital para que las personas entendieran que el agua bajaba en bloque por el suelo que era el canal formado con las cuerdas, fortaleciendo los conceptos de tiempo y volumen de caudal (Figura 19).
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Todo lo anterior se resume en la cuarta parte del Sistema K, que consiste en la “experimentación real de las ideas”, que ejercicio género que los aprendices del semillero no solo aprendieran observando hechos reales sino, ampliaran su nivel de conocimientos sobre todo en física de suelos, convirtiéndose en expertos en el tema. Esto se demostró cuando hicimos las pruebas con campesinos, técnicos y profesionales en agronomía en el sur del Huila, en donde los aprendices demostraron tal domicio en el tema, que se vió reflejado en las anotaciones de las evaluaciones al final del taller manifestaban de acuerdo con los registros (Figura 18).
Figura 18. Proceso de transferencias de los prototipos a comunidades rurales (San
Agustín, Huila).
Para facilitar el proceso de los cálculos por parte de las personas, se utilizó una aplicación de celular, la cual se puede descargar fácilmente de la Play Store. Como aspecto final, se destaca el quinto paso del Sistema K, la capacidad de transferir conocimiento y trabajo con comunidades; este paso es fundamental para adquirir seguridad en el conocimiento adquirido y capacidad social al realizar trabajo con las comunidades a través de talleres. El taller que se diseñó consistió en realizar una actividad con bombas para transferir el concepto de caudal y conductividad del agua en el suelo. Para ello se estableció una especie de ruta con cuerdas, por la cual los diferentes grupos participantes tenían que pasar globos azules llenos de agua y que al final se depositaran en recipientes para luego ser contados luego de 5 minutos de duración de la actividad, basado en los talleres comunitarios de la Metodología WET. Para entender la conductividad, cada participante estaba amarrado a otro participante y así sucesivamente; el estar amarrados los obligaba a llevar las bombas en línea y esto fue vital para que las personas entendieran que el agua bajaba en bloque por el suelo que era el canal formado con las cuerdas, fortaleciendo los conceptos de tiempo y volumen de caudal (Figura 19).
Figura 19. Taller de transferencia conceptual de conductividad hidráulica.
Finalmente se realizó el taller de transferencia con los diferentes prototipos diseñados por los aprendices (Figura 18).
A manera de resumen, lo que se ha denominado el Sistema K, es una estrategia pedagógica diseñada para aprendices del área ambiental SENA del Centro de Biotecnología Agropecuaria de Mosquera, que involucra todo un procedimiento basado en el método científico y el aprendizaje por problemas. En resumen sus etapas o pasos son:
1. Identificación del problema
2. Comprensión del principio físico, químico o biológico del o de los procesos a analizar.
3. Retroalimentación grupal de las ideas
4. Experimentación con las ideas
5. Transferencia de conocimiento y trabajo con comunidades.
Si no se modifica o replantea la forma y los métodos de educar, el sistema educativo seguirá siendo de “tablero”, método innecesario en la enseñanza de las ciencias.
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El planteamiento de una problemática dió inicio a la proyección, el ingenio y el aprendizaje autónomo, dentro de los procesos de investigación que adelanta la Unidad de Recursos Naturales en el Centro de Biotecnología Agropecuaria, SENA, Mosquera. La idea de crear, diseñar y construir un prototipo de permeabilidad, se toma como un reto, una oportunidad para poner al descubierto las competencias y los conocimientos que un aprendiz del SENA puede llegar a adquirir en su proceso de formación.
Inicialmente se parte de una definición un poco incompleta del componente suelo y de su importancia sobre los ecosistemas, los ciclos naturales de la tierra y sobre la intervención en las actividades económicas que satisfacen las necesidades de las comunidades. La carencia de estudios sobre este componente en el marco del territorio nacional impide de forma directa potencializar el uso del suelo y garantizar su preservación. Así crecen aún más nuestras ganas de trabajar e ingeniar un producto, resultado o solución.
El primer prototipo que se diseñó consistía en su mayoría de materiales fáciles de adquirir; se presentaron algunas fallas en las primeras pruebas, las más significativas fueron las fugas en el tanque de reserva y en la tubería que transportan el fluido, sin embargo al observar tal problemática se procedió a hallar soluciones válidas para que el prototipo funcionara a la perfección y nos permitirá identificar la conductividad hidráulica del suelo aplicando los métodos de cabeza contante y cabeza variable.
Diseño
Los prototipos para el permeámetro se fueron perfeccionando por medio de bocetos de diferentes modelos; aplicando el método de ensayo y error, con el fin de crear un prototipo único y funcional, se llegó al diseño de dos protottipos iniciales, uno de carga ascendente (Figura 20 y 21), el cual se modificó por un diseño de carga descendente simplificando
Prototipo 1Prototipo para ensayos de cabeza constante Tipo IPrototipo de permeabilidad SM 2.0Sandra Liliana Rondón Rodríguez y Mellany Peña Rangel
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todos los datos para hallar la conductividad hidráulica de los suelos (Figura 22).
Figura 20. Elaboración boceto versión SM 1.0.
Uno de los objetivos principales al realizar estos diseños era que cualquier persona pudiese hacer uso y construcción de los prototipos y a la vez que comprendiera como podría asociarlo a sus labores de labranza y cosecha, entre otras relacionadas a la agricultura. Para alcanzar dicho objetivo, nuevamente se estudiaron documentos, se analizaron informes y videos, se visitaron varios laboratorios de suelos, en donde se revcibió capacitación en aspectos teóricos y prácticos de los parámetros físicos del suelo como la densidad aparente, la densidad real, la viscosidad, la humedad, la textura y algunas relacionadas al manejo de software para visualizar desde otro punto de vista los prototipos y de esa misma manera poder darle un toque más innovador al proyecto. Así mismo, se delimitaron las áreas para tomar las muestras que serían usadas para las pruebas de permeabilidad, utilizando equipos e instrumentos de laboratorio de última tecnología y realizar las pruebas con los prototipos de ensayo.
Figura 21. Diseño del primero prototipo de carga ascendente.
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todos los datos para hallar la conductividad hidráulica de los suelos (Figura 22).
Figura 20. Elaboración boceto versión SM 1.0.
Uno de los objetivos principales al realizar estos diseños era que cualquier persona pudiese hacer uso y construcción de los prototipos y a la vez que comprendiera como podría asociarlo a sus labores de labranza y cosecha, entre otras relacionadas a la agricultura. Para alcanzar dicho objetivo, nuevamente se estudiaron documentos, se analizaron informes y videos, se visitaron varios laboratorios de suelos, en donde se revcibió capacitación en aspectos teóricos y prácticos de los parámetros físicos del suelo como la densidad aparente, la densidad real, la viscosidad, la humedad, la textura y algunas relacionadas al manejo de software para visualizar desde otro punto de vista los prototipos y de esa misma manera poder darle un toque más innovador al proyecto. Así mismo, se delimitaron las áreas para tomar las muestras que serían usadas para las pruebas de permeabilidad, utilizando equipos e instrumentos de laboratorio de última tecnología y realizar las pruebas con los prototipos de ensayo.
Figura 21. Diseño del primero prototipo de carga ascendente.
Con el fin de mejorar y resolver las fallas en el primer prototipo SM 1.0, se trabajó en un diseño con mayor presición y más práctico para manejar, de esta manera se construyó el prototipo SM 2.0 (Figura 22). Los prototipos diseñados fueron probados en algunos ensayos con comunidades para poder establecer su funcionalidad.
Figura 22. Permeámetro versión SM 2.0.
A continuación se describen unas instrucciones básicas y claras para la construcción del prototipo final establecido para el Permeámetro SM 2.0:
• Corte el tubo PVC en diferentes secciones para obtener el reservorio y el cilindro de muestro, cada uno con la longitud que se desea trabajar.
• Ensamble la tubería de acuerdo a los esquemas del prototipo mostrados anteriormente con su respectiva llave de paso o registro.
• Con pegante de tubo asegure la tubería de los diferentes reactores.
• Para la elaboración del reactor de carga constante recuerde hacer un agujero en la parte inferior con el fin de insertar el piezómetro número 2 (Caudal saliente de la muestra de suelo).
• Una vez ensambladas toda la parte proceda a asegurarlas en la tabla o base con la ayuda de abrazaderas y tornillos. Recuerde asegurar del mismo modo los reactores o cilindro de muestreo con bisagras, esto para evitar que el peso pueda interferir a la hora de realizar las pruebas.
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Materiales y métodos
El conjunto del Permeámetro SM 2.0 está compuesto por una base de madera estratificada resistente al agua, una estructura de medición en material PVC y plástico; incluye dos permeámetros incorporados de carga constante y carga variable.
El permeámetro de carga constante evalúa suelos principalmente gruesos, saturando por medio de un reservorio de agua la muestra de suelo correspondiente en el reactor MS 200, evaluando las alturas y longitud piezometrica, los volúmenes de agua drenados son proporcionales al tiempo transcurrido, con el fin de obtener el valor de K aplicando la ley de Darcy.
El permeámetro de carga variable compuesto por un tubo de pared rígida, llave de paso y reactor PVC, el cual evalúa suelos de textura fina como arcillas o suelos limo arcillosos, por medio de su pared rígida o tubo piezometrica se llena de agua hasta su capacidad máxima, se identifican dos alturas y se toman las lecturas establecidas del paso del agua a través del perfil poroso del suelo en un intervalo de tiempo.
Procedimiento de uso
A continuación se incluyen unas instrucciones básicas y claras para el uso del prototipo final establecido para el Permeámetro SM 2.0:
Permeámetro de Cabeza Constante - Operación Permeámetro SM 2.0
• Llene el tanque hasta su capacidad máxima. Nota: Verifique que la llave se encuentre cerrada antes de ejecutar la prueba.
• Desatornille el soporte del reactor y Abra la tapa de compresión del mismo. Nota Gire solo 4 veces, sin sacar el soporte.
• Ingrese la muestra de suelo. Selle el reactor y atornille nuevamente el soporte. Nota: Verifique que el reactor este correctamente sellado y el soporte adecuadamente ubicado.
• Proceda a abrir la llave de paso de agua hasta saturar al nivel máximo del reactor.
• Cierre la llave de paso y tome el tiempo del Q (caudal) que va drenando por la porosidad del suelo hacia el tanque graduado recolector de Q.
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• Tome la lectura piezometrica y la altura del Q saliente. Nota: El permeámetro cuenta con una tabla, la cual tiene el área transversal del reactor, la longitud de los piezómetros para la ejecución de los cálculos.
• Finalmente proceda a sacar la muestra del reactor con cuidado y lave con agua.
Permeámetro de Cabeza Variable – Operación Permeámetro SM 2.0
• Extracción muestra de suelo in situ con el reactor PR.13.
• Incorporar el reactor PR.13 el permeámetro y verificar que quede totalmente sellado. Nota: para remover las partículas de aire en los poros del suelo se debe saturar la muestra durante 24 horas antes de realizar las primeras lecturas de permeabilidad hidráulica.
• Llenar la pared rígida o piezómetro hasta su capacidad máxima y demarcar los puntos de altura que se desea leer. Nota: verificar que la lleve de paso de agua este cerrado.
• Tomar la lectura del paso del agua en el intervalo de tiempo que se evidencia en la prueba.
• Finalmente determinar el Q saliente en un intervalo de tiempo definido.
• Aplicando los procedimientos y operaciones anteriormente expuestas para el permeámetro SM 2.0 se podrá hallar el coeficiente de permeabilidad según la textura edafológica del suelo basado en la ley de Darcy la cual describe con experimentos de laboratorio el movimiento del agua a través de un medio poroso.
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Resultados
Se determinaron dos características importantes en los suelos para evaluar el coeficiente de permeabilidad; estos fueron suelos disturbados y suelos sin disturbar.
Los datos obtenidos, correspondientes a carga constante y carga variable fueron los siguientes:
Figura 23. Prueba de textura de suelos por el Método de Bouyucos.
Tabla 4. Resultados del Coeficiente de Permeabilidad K en suelos sin disturbar, por el método de carga variable.
Tabla 5. Resultados del Coeficiente de Permeabilidad K en suelos disturbados, por el
método de carga constante.
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Resultados
Se determinaron dos características importantes en los suelos para evaluar el coeficiente de permeabilidad; estos fueron suelos disturbados y suelos sin disturbar.
Los datos obtenidos, correspondientes a carga constante y carga variable fueron los siguientes:
Figura 23. Prueba de textura de suelos por el Método de Bouyucos.
Tabla 4. Resultados del Coeficiente de Permeabilidad K en suelos sin disturbar, por el método de carga variable.
Tabla 5. Resultados del Coeficiente de Permeabilidad K en suelos disturbados, por el
método de carga constante.
A partir de la metodología establecida se definió evaluar el coeficiente de permeabilidad con suelo disturbado aplicando el método de cabeza constante para las tres áreas. Según los resultados obtenidos con suelo disturbado en el Área 1, el Área 2 y el Área 3, se identificó que el paso del agua a través del perfil poroso del suelo fue más rápido en un intervalo de tiempo definido en comparación a suelos sin disturbar; sin embargo, se observó que en el Área 3, a pesar de poseer una textura edafológica de consistencia arenosa y disturbada, el rendimiento de K (coeficiente de permeabilidad) según la interpretación de la Tabla 3 de conductividad hidráulica como resultado final es de 0,0101 cm/s, lo que nos indica que es moderadamente baja.
Los suelos muestreados sin disturbar se evaluaron por carga variable. Una vez determinado el coeficiente de permeabilidad para cada una de las tres áreas, se evidenció una conductividad hidráulica moderadamente baja tanto para todas las áreas.
Con la metodología utilizada es importante tener en cuenta que es necesario saturar las muestras de suelo por un periodo de 24 horas antes de realizar las pruebas, ya que el aire que está contenido en los poros, interrumpe la medición y la toma de datos a la hora de medir el coeficiente permeabilidad.
Conclusiones
• Las actividades ganaderas que se llevan a cabo en la mayoría de las áreas muestreadas, influyen directamente en el comportamiento de los fluidos al pasar por el medio poroso del suelo, ya que el constante pisoteo de las especies bovinas causa el sellamiento de los poros y genera un fenómeno denominado compactación, generando a su vez problemáticas de encharcamiento y saturación en la capa superficial del suelo a largo plazo.
• Las texturas edáficas determinan qué tan permeable puede llegar a ser un suelo. En el caso de Sabana de Occidente, los suelos tienden a ser en su totalidad francos arcillosos limosos permitiendo el incremento de materia orgánica, microrganismos y minerales, lo que lo hace un suelo apto para actividades agrícolas.
• En los resultados finales del análisis, aplicando los métodos de conductividad hidráulica de cabeza variable y cabeza constante se identificó la congruencia de los datos al determinar que el coeficiente de permeabilidad para todas las áreas es moderadamente baja.
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El objeto principal de la creación de este prototipo de permeámetroes satisfacer dos necesidades básicas: crear un instrumento eficaz en la medición de la permeabilidad y garantizar la construcción del mismo para una población campesina y otras comunidades, de manera sencilla y muy económica.
Siguiendo estos lineamientos las aprendices dieron inicio al diseño y posterior construcción del prototipo K-49, donde a partir del análisis del permeámetro original del SENA, se construyó un prototipo que cumpliera con los parámetros de la Ley de Darcy pero con una metodología más sencilla de trasmitir a la comunidad. Para comprobar la funcionalidad del prototipo se obtuvieron diferentes muestras en tres áreas elegidas del CBA y en suelos del municipio de San Agustín, Huila. Para de este modo demostrar a los campesinos de la región el modo de uso del mismo.
El resultado que se logró obtener con el prototipo fue exitoso en las distintas repeticiones y áreas se pudo observar la baja permeabilidad que en su mayoría poseen las muestras representativas de los dos lugares elegidos por el semillero de investigación; por otro lado la pedagogía aplicada a la comunidad fue bien aceptada por la misma con la explicación didáctica de las diferentes fórmulas dependiendo el método elegido, satisfaciendo el trabajo realizado durante el presente año.
Diseño
Entendiendo que el permeámetro es un instrumento realizado para medir la permeabilidad del suelo, en la elaboración del prototipo K-49 se tomó como referencia los parámetros de la ley de Darcy, lo que llevaría al diseño de un prototipo que arrojara de manera eficaz cada uno de estos parámetros, este diseño inicio buscando que una persona sin un alto grado de estudio
Prototipo 2Prototipo para ensayos de cabeza variableKaren Edith Acuña, Angélica Ortegón, Yenifer Vannesa Guerrero Cruz y Karen Martín
obtuviera la permeabilidad de sus suelos de forma rápida pero cumpliendo con las normas básicas para la construcción del mismo. Tras entender el principio de la permeabilidad se diseñó un modelo sencillo que funcionara de manera eficiente, en este diseño se lograron determinar diferentes partes a continuación se presenta (Figura 24 y Figura 25).
Figura 24. Esquema y partes del Permeámetro K -49.
Figura 25. Prototipo del Permeámetro K -49.
Materiales y métodos
• Tabla plana en madera de 1.30x20cm
• 2 llaves de paso de plástico
• Manguera de nivel de 1.30cm
• 4 abrazadores plásticos
• Tubo de agua en PVC
• Cinta métrica de 1.50cm
• 1 embudo
obtuviera la permeabilidad de sus suelos de forma rápida pero cumpliendo con las normas básicas para la construcción del mismo. Tras entender el principio de la permeabilidad se diseñó un modelo sencillo que funcionara de manera eficiente, en este diseño se lograron determinar diferentes partes a continuación se presenta (Figura 24 y Figura 25).
Figura 24. Esquema y partes del Permeámetro K -49.
Figura 25. Prototipo del Permeámetro K -49.
Materiales y métodos
• Tabla plana en madera de 1.30x20cm
• 2 llaves de paso de plástico
• Manguera de nivel de 1.30cm
• 4 abrazadores plásticos
• Tubo de agua en PVC
• Cinta métrica de 1.50cm
• 1 embudo
• 2 tapas para tubo
• 2 tubos de unión PVC
• 7 amarres plásticos
• Taladro
• Cegueta
• Pulidora
A continuación se describen unas instrucciones básicas y claras para la construcción del prototipo final establecido para el Prototipo K-49:
• Pegar en la tabla la cinta métrica y asegurar la manguera de nivel, esto contribuirá a obtener los resultados de los dos métodos tanto por cabeza variable como por cabeza constante.
• Al finalizar la manguera, se debe asegurar con pegamento una de las llaves de paso que “permite regular la cantidad de agua que pasara por la muestra”.
• Cortar el tubo PVC de 30 cm de longitud; este será el tanque de la muestra.
• En la tapa superior realizar un hueco con el taladro, donde ingrese la llave de paso del agua inicial.
• Pegar en la tapa final un tubo hembra, como base para el cilindro de la muestra.
• Agregar parafina alrededor del tubo hembra para cubrir espacios y evitar que parte del caudal (Q) se pierda.
• En la tapa final realizar un hueco y pegar la segunda llave de paso final del agua, “permite medir el (Q) caudal que pasa por la muestra”.
• Finalmente en la parte superior de la tabla con el taladro realizar dos agujeros para amarrarla a un lugar firme y realizar de este modo el método por cabeza variable o constante. Nota: Al momento de realizar las respectivas muestras es necesario ubicar en la parte superior de la manguera un embudo y al final de la última llave una probeta para medir el caudal (Q).
Figura 26. Detalle del tanque del prototipo del Permeámetro K -49.
Procedimiento de uso
Para obtener un correcto resultado de la permeabilidad de los suelos en el prototipo K-49 es necesario seguir un determinado proceso para cada método los cuales se presenta a continuación:
• Elija el área a medir la permeabilidad y de ella determine puntos de muestreo con una distancia de 30 metros en forma diagonal.
• Si es necesario despeje el lugar de maleza o pasto presente de 1 metro de diámetro.
• Para muestras sin disturbar ponga el cilindro de 5cm de alto x 5cm de diámetro directamente en el suelo y realice fuerza de manera uniforme sobre el mismo; esto permitirá que no se dañe la estructura real del suelo.
• Para muestras disturbadas entierre la pala a una profundidad no mayor a 30cm, saque del punto alrededor de 1 kilogramo de muestra, esta tierra acomódela de manera uniforme en el tanque de 30cm.
• Recuerde es necesario obtener varias muestras para las respectivas repeticiones, estas muestras por norma se deben saturar (colocar en un recipiente con agua los cilindros para que los poros estén ocupados por el líquido y no por aire) durante 24 horas.
• Al pasar el tiempo de saturación coloque la respectiva muestra en el tanque, el cual debe estar conectado a la llave de entrada y con un volumen de agua sobre la muestra para ejercer una carga a esta.
Figura 26. Detalle del tanque del prototipo del Permeámetro K -49.
Procedimiento de uso
Para obtener un correcto resultado de la permeabilidad de los suelos en el prototipo K-49 es necesario seguir un determinado proceso para cada método los cuales se presenta a continuación:
• Elija el área a medir la permeabilidad y de ella determine puntos de muestreo con una distancia de 30 metros en forma diagonal.
• Si es necesario despeje el lugar de maleza o pasto presente de 1 metro de diámetro.
• Para muestras sin disturbar ponga el cilindro de 5cm de alto x 5cm de diámetro directamente en el suelo y realice fuerza de manera uniforme sobre el mismo; esto permitirá que no se dañe la estructura real del suelo.
• Para muestras disturbadas entierre la pala a una profundidad no mayor a 30cm, saque del punto alrededor de 1 kilogramo de muestra, esta tierra acomódela de manera uniforme en el tanque de 30cm.
• Recuerde es necesario obtener varias muestras para las respectivas repeticiones, estas muestras por norma se deben saturar (colocar en un recipiente con agua los cilindros para que los poros estén ocupados por el líquido y no por aire) durante 24 horas.
• Al pasar el tiempo de saturación coloque la respectiva muestra en el tanque, el cual debe estar conectado a la llave de entrada y con un volumen de agua sobre la muestra para ejercer una carga a esta.
Método por Cabeza Variable
• Adicione con ayuda del embudo agua a la manguera de nivel hasta el punto que usted determine.
• De acuerdo a la cantidad de caudal (agua) que sale de la muestra, abra la llave inicial para mantener la carga sobre la muestra.
• Contabilice el tiempo que tarda en bajar el volumen de agua que usted determino (cm), para eso ayúdese de la cinta métrica que se encuentra al lado de la manguera; realice este proceso como mínimo 3 repeticiones por punto de muestreo.
• Una vez obtenido este promedio deberá saber otros valores para aplicar la formula tales como:
A= área del cilindro 𝑨=𝑨𝑨𝑨
H1= longitud de donde se encuentra el agua hasta el tanque.
H2= longitud de donde inicia el agua hasta donde finaliza la muestra.
Ln= logaritmo natural de (obtenido con ayuda de la calculadora científica)
t= tiempo en segundos.
L= longitud del cilindro donde se encuentra la muestra.
Una vez obtenga los resultados podrá determinar el tipo de conductividad hidráulica de su suelo.
Método por Cabeza Constante
• Con ayuda del embudo adicione agua a la manguera de nivel completamente llena, esta cantidad de volumen deberá ser constante es decir la misma durante el tiempo determinado.
• Calcule que cantidad de agua pasara por la llave inicial, es decir llegara a la muestra.
• Una vez haya transcurrido el tiempo que determino, (dependiendo el tipo de textura podrá ser de mínimo un minuto hasta horas); se observa en la probeta o jarra de medición de la cantidad de caudal (Q) que bajo de la muestra.
• Después de realizadas las respectivas repeticiones aplique la formula con ayuda de otras mediciones necesarias:
A= área del cilindro donde se encuentra la muestra.
K= Permeabilidad.
Q= caudal o cantidad de agua que paso por la muestra.
L= longitud del cilindro.
H= longitud del embudo hasta la muestra.
t= tiempo en segundos en que se midió el caudal.
Resultados
Tras la realizar las pruebas en tres áreas del centro de biotecnología agropecuaria CBA Mosquera, con el prototipo de permeámetro por el método de cabeza constante se logró obtener datos tanto de muestras disturbadas (2) y sin disturbar (1) por cada una de las respectivas áreas, a las cuales se aplicó la formula anteriormente dado de acuerdo a la ley de Darcy (Tabla 6 y Tabla 7).
¿Pero que diferencia a estos tipos de muestra? Pues bien, una muestra disturbada es aquella en que la estructura del suelo se ha cambiado, es decir, las características estructurales del suelo no estarán en las condiciones encontradas “in-situ”. En cambio la muestra sin disturbar consiste en extraer el suelo tal y como está, esto quiere decir que la estructura del suelo no va a cambiar y se mantendrá en condiciones dadas “In situ”.
Por otro lado al comparar las pruebas de granulometría, textura, densidad aparente y densidad real con los resultados arrojados por el permeámetro se llega a la conclusión de que los componentes físicos del suelo como estructura y textura son similares, es decir que el suelo cuenta con más partículas de arcilla por lo que sus poros se encuentran muy unidos y el agua no puede pasar fácilmente. Por ello se puede concluir que el suelo estudiado se encuentra en condiciones bajas de permeabilidad.
Tabla 6. Resultados del Coeficiente de Permeabilidad K en suelos sin disturbar, por el método de carga variable.
Tabla 7. Resultados del Coeficiente de Permeabilidad K en suelos disturbados, por el
método de carga constante.
Según los resultados de esta prueba se puede observar que la permeabilidad de este suelo se mantiene constante y solo presenta un cambio la muestra A1M1 arrojando un resultado de una permeabilidad moderadamente alta, esto se puede dar porque los poros adquirieron más espacio entre sí.
Conclusiones
Como resultado final pero objetivo principal se logró diseñar un prototipo a bajo costo para que un campesino lo pueda construir y entender fácilmente cómo podría medir la permeabilidad del área de siembra.
Figura 27. Actividad de transferencia tecnológica con la comunidad académica y de
productores del CEPASS en el municipio de San Agustín, Huila.
Centro de Biotecnología AgropecuariaRegional Cundinamarca
SERVICIO NACIONALDE APRENDIZAJE
SENN VA
Centro de Biotecnología Agropecuaria - MosqueraRegional CundinamarcaDirección: Km 7 Vía Bogotá - MosqueraTeléfono: 57 (1) 546 23 23 Ext. 17863Págna web: http://www.sena.edu.cohttp://senabiotecnología.blogspot.com.co/Email: [email protected]
SERVICIO NACIONALDE APRENDIZAJE
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SISTEMA
Kcomo proceso pedagógico de innovación
Colección Libros de Investigación CBA
