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Ingenerare 23 - 2009 / 1

INGENERAREreVISTa De La FaCULTaD De IngenIerÍaPOnTIFICIa UnIVerSIDaD CaTÓLICa De VaLParaÍSO CHILe

NÚMERO 23 / 2009

ANÁLISIS DE LA PERFORMANCE DEFONDOS MUTUOS CHILENOS DE RENTA VARIABLE

Benito Umaña Hermosilla Facultad de Ciencias empresarialesUniversidad del Bío-Bío

Hanns de la Fuente Mella escuela de Ingeniería IndustrialFacultad de Ingeniería Pontificia Universidad Católica de ValparaísoFacultad de IngenieríaUniversidad de Talca

Luis Ferruz AgudoFacultad de Ciencias económicas y empresarialesUniversidad de Zaragoza

María Vargas MagallónFacultad de Ciencias económicas y empresarialesUniversidad de ZaragozaPáginas 5-12

COMPARACIÓN DE EMISIONES DE MOTORESOPERADOS CON PETRODIESEL Y BIODIESEL

Helmer Acevedo, Juan Mantillagrupo de Investigación en Biocombustibles,energía y Protección del Medio ambienteDepartamento de Ingeniería Mecánica - Facultad de IngenieríaUniversidad nacional de Colombia

Fernando AcevedoDepartamento de enfermería Clínica

Facultad de EnfermeríaPontificia Universidad Javeriana - ColombiaPáginas 13-20

COMPORTAMIENTO DE LOS PEATONESEN ACCIDENTES TIPO ATROPELLOS

Cecilia Montt Veasescuela Ingeniería de TransportePontificia Universidad Católica de Valparaíso

Jeanette Navarro LópezInstituto de estadística Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

Cristóbal de la Mazaescuela de Ingeniería IndustrialPontificia Universidad Católica de ChilePáginas 21-26

DESARROLLO DE UN SENSOR MAGNETOSTRICTIVODE NIVEL DE LÍQUIDOS

Juan Vignolo Barchiesi, Andrés Alfaro GómezLaboratorio de Sistemas electrónicos e Instrumentaciónescuela de Ingeniería eléctricaPontificia Universidad Católica de Valparaíso

Ariel Leiva Lópezgrupo de Telemática - Departamento de Ingeniería electrónicaUniversidad Técnica Federico Santa MaríaPáginas 27-32

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSOFACULTAD DE INGENIERÍA

AUTORIDADES

DECANOPaulino alonso rivas

Directores de Escuelas, Profesores

Escuela de Ingeniería BioquímicaClaudia altamirano gómez

Escuela de Ingeniería en Construccióneduardo rodríguez aste

Escuela de Ingeniería Eléctricaedmundo López estay

Escuela de Ingeniería IndustrialSergio Flores Urquiza

Escuela de Ingeniería InformáticaSilvana roncagliolo de la Horra

Escuela de Ingeniería MecánicaFeliciano Tomarelli Zapico

Escuela de Ingeniería QuímicaMaría Victoria garcía de Pablo

Escuela de Ingeniería en TransporteFrancisco Pizarro Solís de Ovando

Carrera de Ingeniería Civilraúl a. López alvarado

REVISTA INGENERAREFACULTAD DE INGENIERÍA

DirectorPatricio robles Calderón

Profesor Titularescuela de Ingeniería eléctrica - PUCV

COMITÉ EDITORIAL, PROFESORES

aldo Cipriano ZamoraPontificia Universidad Católica de Chile

aldo Tamburrino TavantzisUniversidad de Chile

Cristóbal Fernández robinUniversidad Técnica Federico Santa María

enrique López BarraUniversidad de Concepción

Leoncio Briones SepúlvedaUniversidad de Santiago de Chile

ricardo Simpson riveraUniversidad Técnica Federico Santa María

Las opiniones vertidas en los artículos son de responsabilidad de los respectivos autores.La Dirección de la revista está ubicada en el Decanato de la Facultad de Ingeniería, av. Brasil 2147, Casilla 4059, Valparaíso.

e.mail: [email protected]

PRODUCCIÓN GRÁFICAediciones Universitarias de Valparaíso de laPontificia Universidad Católica de Valparaíso

e.mail: [email protected] www. euv.cl

2 / Ingenerare 23 - 2009

ESTUDIO DE LA PROBABILIDAD DE BLOQUEO EN REDES ÓPTICAS WDM DINÁMICAS EXTREMO-A-EXTREMOBAJO CONDICIONES DE FALLA

Ariel Leiva L., Patricio Ríos L., Felipe Pinilla G.,Raimundo Villarroel V., Guillermo Fernández S.

grupo de Telecomunicacionesescuela de Ingeniería eléctricaPontificia Universidad Católica de Valparaíso

Ariel Leiva L., Alejandra Beghelli Z.grupo de TelemáticaDepartamento de Ingeniería electrónicaUniversidad Técnica Federico Santa María

Alejandra Beghelli Z.electronic & electrical engineering Department,University College London - Londres, Inglaterra Páginas 33-40

GASODUCTO CENTRO-OESTE ARGENTINO:LAS CORRIENTES TELÚRICAS

Patricia A. LaroccaInstituto de geodesia y geofísica aplicadas, Facultad de IngenieríaUniversidad de Buenos aires - argentina Instituto de Tecnología en Ciencias de la IngenieríaFacultad de IngenieríaUniversidad de Buenos aires - argentina

Virginia M. SilbergleitInstituto de geodesia y geofísica aplicadas, Facultad de IngenieríaUniversidad de Buenos aires - argentina Instituto de Tecnología en Ciencias de la IngenieríaFacultad de IngenieríaUniversidad de Buenos aires - argentinaCOnICeT - república argentina Páginas 41-46

LA ACREDITACIÓN DE LICENCIATURA A TRAVÉSDE LOS ORGANISMOS ACREDITADORES

Emmanuel González RogelUniversidad del Caribe - México

María Nacira Mendoza PintoDirección de educación Superior - IPn - México

Antonio Romero HernándezUnidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y administrativas - IPn - MéxicoPáginas 47-53

MODELACIÓN DE DOS FLUIDOS Y TEORÍA CINÉTICA DE FLUJO GRANULAR EN SECADO DE SÓLIDOS PARTICULADOS

Jaime Gómez Lópezescuela de alimentos Pontificia Universidad Católica de ValparaísoPáginas 55-60

SISTEMA DE PLANEAMIENTO DE UN ALMACÉN AUTOMÁTICOEdith G. Gulino, Francisco M. Vergara

Departamento de MecánicaFacultad de IngenieríaUnLP La Plata - argentinaPáginas 61-68


NOTA EDITORIAL

La revista Ingenerare de la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso está completando 23 ediciones incluyendo la presente.

el principal objetivo de esta nueva edición, es difundir y estimular publicaciones de artículos originales e inéditos, ya sea tanto como nacionales o internacionales, y ha tenido mayor importancia en difundir los resultados de trabajos de investigación, así como el conocimiento científico y tecnológico, lo cual le ha valido un amplio reconocimiento en el ámbito tanto académico como empresarial, siendo sus autores principales académicos y profesionales pertenecientes tanto a esta Universidad como a entidades extranjeras.

También se está trabajando para que a futuro esta revista sea indexada y adquiera una connotación internacional en el ámbito científico y tecnológico, lo que está de acuerdo con las políticas de nuestra Universidad para las revistas que en ella se editan.

Los artículos recibidos son sometidos a la revisión de un Comité editorial integrado por destacados académicos de distintas Universidades.

Por otro lado agradecemos a todos quienes nos confían sus trabajos, para su publicación en nuestra revista.

Paulino Alonso Rivas Patricio Robles Calderón Decano Director revista Ingenerare Facultad de Ingeniería Facultad de Ingeniería

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso


ANÁLISIS DE LA PERFORMANCE DE FONDOS MUTUOS CHILENOS DE RENTA VARIABLE

ANALYSIS OF THE PERFORMANCE OF MUTUAL CHILEAN FUNDS OF VARIABLE REVENUE

Benito Umaña Hermosilla1, Hanns de la Fuente Mella2,Luis Ferruz agudo3 y María Vargas Magallón4

1Profesor Universidad del Bío-Bío, Chile. Facultad de Ciencias Empresariales. Av. Andrés Bello s/n, Chillán-Chile. Tf.: 56-42-253412. [email protected]

2Profesor Escuela de Ingeniería Industrial, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile. Profesor Universidad de Talca, Chile. Facultad de Ingeniería. Camino a Los Niches km. 1, Curicó-Chile. Tf: 56-75-201712. [email protected]

3Catedrático de la Universidad de Zaragoza, España. Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales C/Gran Vía, 2, 3era plta. Izqda. # 50005-Zaragoza (Spain). Tf.: 34-976 762494. [email protected]

4Profesora de la Universidad de Zaragoza, España. Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales C/Gran Vía, 2, 3era plta. Izqda. # 50005-Zaragoza (Spain). Tf.:34- 976 761000. [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

La industria chilena de fondos mutuos puede ser considerada una industria emergente. en el año 1974 operaban 3 admi-nistradoras, con un patrimonio neto de US$ 2,6 millones y 90 partícipes. en el año 2006, el patrimonio administrado llegó a US$17.7341 millones y, el número de partícipes fue de 832.833 con un total de 810 fondos.

en relación con la valoración de la performance de las carteras, [10], [17] y [20] fueron pioneros en su análisis. el concepto de performance, significa resultado o rendimiento ofrecido por las carteras, sin embargo, en los estudios de los autores citados, se comprueba que el sentido financiero que aportan a la idea de performance es superior o más completo que el simple aná-lisis de la rentabilidad de una cartera de activos financieros. [3] consideran la necesidad de establecer medidas de performance alternativas a las tradicionales, las cuales denominan “medidas de performance de coherencia absoluta”. Lo anterior, basado en la existencia de determinadas anomalías del mercado, como es el caso de la existencia de carteras con rentabilidad inferior a la tasa de retorno libre de riesgo.

el modelo pionero de [14] sigue siendo la piedra angular de la teoría de cartera moderna [2], suponiendo un hito científico fundamental ya que con dicho modelo se inicia el desarrollo de la Teoría de Cartera (Portfolio Theory) y en general se construyen los cimientos básicos de la economía Financiera tal y como la conocemos y concebimos actualmente. Con posterioridad, siguiendo la senda seminal marcada por Markowitz, diversas investigaciones financieras relacionadas con la formación y

1 Dólar observado diciembre 2006 = 534,43 pesos chilenos.

RESUMEN. en el presente estudio, los autores analizan la perfor-mance de rentabilidades mensuales de 126 fondos mutuos de renta variable, para el período 1996-2006. Se aplican para ello las medidas tradicionales de performance, correspondientes a los autores Sharpe, Treynor y Jensen, poniendo para ello de manifiesto, que su funcio-namiento correcto depende de una serie de circunstancias, que no siempre se cumplen en los mercados financieros. En estos casos se aplican medidas alternativas de medición de la performance, las cuales eliminan las incoherencias detectadas. Se realiza un análisis econométrico de panel de datos para los fondos, de esta manera se conoce el desempeño de los fondos estudiados considerando el con-texto de la rentabilidad de mercado. Los resultados indican que los fondos analizados no presentan retor-nos anormales con respecto a la prima de mercado. así también, se comprobó que los retornos analizados presentan un alto nivel de de-pendencia con respecto a dicha prima.Palabras clave: performance, fondos mutuos, anomalías financieras, panel de datos.

ABSTRACT. In this study, the authors analyse the performance of monthly returns of 126 mutual funds of variable revenue, for the pe-riod 1996-2006, applying the traditional performance measurements of Sharpe, Treynor and Jensen, and considering that its correct operation depends on a series of circumstances that are not always fulfilled on financial markets. In these cases, alternative measures of performance measurement are applied, which eliminate the detected inconsisten-cies. an econometric analysis of panel data is carried out for the funds, thus the performance of the studied funds is acknowledged, consider-ing the context of the market return. The results indicate that the analysed funds do not present abnormal returns with regard to the market premium. It was also verified that the analysed returns highly depend on the above mentioned premium.Keywords: performance, mutual funds, financial anomalies, panel data.


gestión de carteras han focalizado su atención en la problemática de la simplificación de datos y análisis, así como la problemática de optimización y eficiencia en la gestión. en esta senda se encuentran destacados economistas finan-cieros, incluyendo los activos sin riesgo, las carteras mixtas, el teorema de la separación, etc. asimismo, [16], [17], [18] y [19], es un discípulo de Markowitz, con grandes aportaciones como su modelo de mercado, modelo diagonal, la distinción entre riesgo sistemático y riesgo específico, el índice de eficiencia original y todas sus aportaciones en el campo de la eficiencia en la gestión.

Una de las facetas de desarrollo más interesantes de la Teoría de Cartera es la denominada Medida de la Performance o, lo que es lo mismo, la medición de la bondad en la gestión de las carteras. Los pioneros en este sentido de evaluación de la eficiencia fueron [10], [17] y [20]. Sin duda uno de los grandes tópicos de la economía Financiera y de la “Portfolio Theory”, necesitando revisiones y síntesis que permiten analizar con detalle el gran crecimiento e interés suscitado por estos temas. en este sentido, recientemente, entre otros estudios, la revista Journal of Financial and Quantitative Analyisis, en sus números de septiembre de 2000 y de 2001 ofrece a la comunidad científica económico-financiera y a los gestores profesionales de fondos interesantes análisis financieros y revisiones actualizadas del estado de la cuestión.

en este contexto resulta interesante analizar el aporte realizado por los profesores Luis Ferruz agudo y José Luis Sarto Marzal, quienes en el año 1997 escribieron el documento “revisión crítica de las medidas clásicas de performance de carteras y pro-puesta de índices alternativos. aplicación a Fondos de Inversión españoles (1990-1995)”. [3] analizaron las posibles anomalías de los mercados financieros y la incoherencia producida en los indicadores tradicionales de Sharpe, Treynor y Jensen, propo-niendo la aplicación de indicadores alternativos, denominados de coherencia absoluta. [1] analizan para el mercado brasileño de fondos de inversión de renta variable, la aplicación de índi-ces de performance tradicionales (Sharpe, Treynor y Jensen) e indicadores alternativos de coherencia absoluta, concluyendo que en dicho mercado no se presentan grandes anomalías y que ambos tipos de indicadores presentan similitudes en cuenta a su clasificación de los fondos.

es así que en la presente investigación, se realiza un análisis de la performance de rentabilidades mensuales de 126 fondos mutuos de renta variable, utilizando para ello tanto las medidas tradicionales de performance, como los indicadores de cohe-rencia absoluta. además, se realiza un análisis econométrico de panel de datos para los fondos estudiados, así, es posible conocer el desempeño de los fondos considerando el contexto de la rentabilidad de mercado. a través de la presente inves-tigación, se pretende comprobar y analizar la coherencia y

dependencia, entre los retornos de los fondos estudiados y la prima de mercado.

2. METODOLOGÍA

Para analizar la performance de las rentabilidades mensuales de los fondos mutuos chilenos en el período comprendido entre 1996 y 2006, se realizan dos estudios. Inicialmente se analiza la performance de los fondos mutuos aplicando indicadores tradicionales de performance (Sharpe, Treynor y Jensen) e indicadores de coherencia absoluta. esto último para el caso de los fondos que presentan anomalías de mercado (rp<rf)2.

además, y a objeto de conocer y describir la evolución del conjunto de los fondos involucrados en el estudio, se desarrolla un modelo econométrico de datos de panel, lo que permitirá obtener resultados de la situación en el tiempo de los fondos en relación al mercado.

2.1 análisis de la performance de los fondos mutuos de renta variable aplicando indicadores tradicionales (Sharpe, Treynor y Jensen) e indicadores de coherencia absoluta

a continuación se describirán los principales indicadores de performance existentes en la literatura. estos corresponderán a la base del estudio empírico de la performance de los fondos mutuos chilenos para el período de estudio.

Índice de Sharpe (1966): conocido como ratio premio-variabili-dad. La expresión matemática utilizada por este autor es:

(1)

Donde:

Índice de Treynor (1965): Conocido como ratio premio-volatili-dad. La expresión matemática utilizada por este autor es:

(2)

2 rp corresponde a la rentabilidad del fondo y rf a la rentabilidad del activo libre de riesgo.


Donde:

Índice de Jensen (1968): conocida como la rentabilidad dife-rencial de Jensen. La expresión matemática utilizada por este autor es:

(3)

Donde:

en este caso, la medida de performance propuesta por [10], que a continuación se analiza, tiene una estructura notoriamente diferente a las dos anteriores. Su expresión parte del Modelo C.a.P.M.

(4)

La estructura del ratio de Jensen nos muestra por un lado la prima de rentabilidad que obtiene un título o una cartera entre su rentabilidad promedio y la prima libre de riesgo; mientras que por otro, se relaciona la rentabilidad de la cartera de mercado con la rentabilidad libre de riesgo, multiplicándose dicha dife-rencia por el valor del riesgo sistemático que se relaciona con la cartera que se analiza.

el ranking que este índice propone al igual que los dos autores anteriores, cuando mejor sea administrada la cartera de inversión mayor será el resultado del índice de performance.

Requisitos para la aplicabilidad de los ratios clásicos de performance

Siendo estos tres ratios los mejores métodos para analizar la performance de los fondos Mutuos, existen ciertos requisitos que se deben cumplir en cada uno de los ratios para poder llegar a un resultado coherente y que represente el sentido financiero que cada autor ha querido entregar, a continuación se describen

los más importantes [3]:

• Los índices de Sharpe y Treynor deben cumplir con el resultado del numerador positivo, es decir, la resta entre rentabilidad promedio de la cartera y tasa libre de riesgo debe ser positiva.

• La rentabilidad media de la cartera debe ser positiva en el período de análisis, debe cumplirse para los tres índices.

• en el índice de Treynor el parámetro representativo del riesgo sistemático debe ser siempre positivo.

• en el índice de Jensen se debe cumplir que la rentabilidad promedio del mercado de valores (rm) sea mayor que el rendimiento promedio de los activos libre de riesgo.

• Treynor y Jensen al tomar solo el riesgo sistemático deberían cumplir con eliminar completamente el riesgo específico posible solo si existe una buena diversificación de la cartera en cuestión.

De producirse algunas de las anomalías financieras descritas anteriormente, conlleva el problema de no poder aplicar estos índices de performance de forma universal. Por lo anterior resulta necesario presentar índices alternativos a los índices de Sharpe, Treynor y Jensen con la finalidad de entregar ranking de per-formance que se acerquen a la realidad sin incluir alteraciones financieras incorrectas.

[3] desarrollaron los índices de performance alternativos llama-dos “Medidas de Performance de Coherencia absoluta” logrando resolver problemas de incoherencia puntuales que suceden con los indicadores de performance tradicionales.

Los indicadores de performance de coherencia absoluta, generados a partir de estudios realizados por los profesores Ferruz y Sarto, para los índices de Sharpe, Treynor y Jensen, respectivamente, son los siguientes:

(5)

(6)

(7)

respecto a las Medidas de Performance de Coherencia absoluta presentadas, existen algunas anomalías detectadas, las que se señalan a continuación:


Falta de coherencia cuando Rp < Rf

Para el caso de índices de Sharpe y Treynor, resulta una aplica-ción incorrecta para la realización de clasificaciones coherentes de cartera, en el caso de que la rentabilidad media de las mismas no supere la rentabilidad media de los activos financieros libres de riesgo. es incorrecto indicar que ante incrementos en el nivel de riesgo, se produzcan variaciones positivas en la medida de performance.

Falta de coherencia cuando Rm < Rf

Para el caso del índice de Jensen, se ha observado que resulta una aplicación incorrecta para la realización de ranking, en el caso de que la rentabilidad media del mercado de valores no supere el rendimiento medio de los activos financieros libres de riesgo. ante incrementos en el nivel de riesgo sistemático, se producen variaciones positivas en la medida de performance.

Falta de coherencia cuando � <0

aplicable para el índice de Treynor, ya que su valor varía en sentido inverso a la evolución de la rentabilidad media de una cartera, circunstancia contraria al sentido financiero de esta medida de performance.

2.2 Análisis econométrico de la performance de los fondos mutuos de renta variable

en conjunto al estudio de la performance de los fondos mutuos a través de los índices anteriormente expuestos, se desarrolla un análisis econométrico de datos de panel para la muestra obtenida de la base de Fondos Mutuos chilenos.

Incorporar panel de datos en el análisis empírico es de utilidad, ya que permitirá analizar un mayor número de casos y su evo-lución en un período de tiempo, tanto del conjunto de los fondos involucrados, así como de cada uno de ellos a través del estudio de los efectos fijos individuales por fondo y su relación con la prima de mercado.

Como modelo teórico base se utiliza C.a.P.M., referenciado por diversos autores en destacados estudios empíricos del ámbito de la economía financiera. Como estudio reciente, es posible mencionar a [9], en su trabajo “Hot Hands”, donde midieron la performance de los bonos a través de un modelo múltiple:

(8)

Donde:

rit = rentabilidad de la cartera i correspondiente al día t

rft = rentabilidad de los activos libres de riesgo en el día t

rmt = rentabilidad del mercado (index j)

βji = riesgo sistemático del fondo i sobre el index j.

Para lograr un mayor ajuste de los datos, el modelo anterior se modifica de acuerdo a lo propuesto por [4], quienes utilizan una medida basada en el riesgo sistemático (alfa de Jensen) para medir la performance de una cartera de inversión. al aplicar logaritmos naturales a las rentabilidades, se consigue la distri-bución normal, quedando la especificación del modelo final de la siguiente manera:

(9)

Donde:

rVPt : rentabilidad del fondo p correspondiente al día t

rFt : rentabilidad de los activos libres de riesgo en el día t

αP : alfa de Jensen asociada a la cartera p

βP : riesgo sistemático de la cartera p

rmt : rentabilidad del mercado ó benchmark (IPSa en el caso de la renta variable nacional)

3. ANÁLISIS DE DATOS

La descripción de las variables involucradas para realizar el análisis empírico de la metodología propuesta se presenta a continuación:

Valor cuota de fondos Mutuos período 1996-2006

Información obtenida de la Superintendencia de Valores y Segu-ros, consiste en una base de datos con los valores mensuales de cuotas de los fondos mutuos clasificados en la categoría Tipo 5, correspondiente a aquellos que invierten en instrumentos de capitalización (acciones nacionales). en base al valor cuota men-sual se obtiene la rentabilidad mensual de cada fondo mutuo.

(10)

Donde:

pR = rentabilidad mensual del fondo

= Valor cuota en el período t

=Valor cuota en el período t-1

Índice de precios selectivo de acciones (IPSA)

Información obtenida en el centro de estadísticas de la Cámara de Comercio de Santiago, consiste en la información diaria del IPSa para el período comprendido entre el año 1996 y el año 2006. De tal información se calcula la rentabilidad del merca-do. Finalmente se determinó la rentabilidad media mensual de


mercado, para el período de 1996-2006.

(11)

Donde:

mR = rentabilidad de mercado

tIPSA = Valor del IPSa en período t

1�tIPSA =Valor IPSa en período t-1

Tasa libre de riesgo

Se utilizó la tasa de interés de los pagarés y bonos licitados por el Banco Central de Chile PDBC a 90 días. en base a dicha infor-mación se obtuvo la rentabilidad libre de riesgo (rf). Finalmente, se obtuvo la rentabilidad media para el período 1996-2006.

4. RESULTADOS

Los resultados obtenidos en el presente estudio para el análi-sis de la performance de los fondos mutuos de renta variable aplicando indicadores tradicionales de performance (Sharpe, Treynor y Jensen) e indicadores de coherencia absoluta, mues-tran que un significativo número de Fondos Mutuos presentan anomalías en sus resultados (rp<0;rp<rf; � <0), lo que justi-fica la aplicación de indicadores de performance de coherencia absoluta. es así como de la totalidad de fondos analizados, 49 presentan rentabilidades medias negativas (rp<0), lo cual co-rresponde a un 39% del total de los fondos mutuos analizados y 83 fondos presentan una rentabilidad inferior a la rentabilidad libre de riesgo (66% de los fondos analizados; rp<rf). así tam-bién, 11 fondos presentan beta negativos ( 0<� ).

Con toda la información indicada se procede a determinar la eficiencia en la gestión de los fondos mutuos de la base de datos, mediante los índices de Sharpe tradicional (Sp), Sharpe alternativo (S*p), Treynor tradicional (Tp), Treynor alternativo (T*p), Jensen tradicional (Jp) y Jensen alternativo (J*p).

Dichos resultados indican que existe un alto nivel se similitud entre los ranking obtenidos a partir de índices tradicionales y alternativos, lo que permite validar la aplicación de estos últimos. estos resultados son coincidentes con los obtenidos por [1]. Lo anterior, es válido para fondos que no presentan anomalías.

al revisar el ranking de los distintos índices de performance, es posible observar que las clasificaciones presentan similitudes, es así como el fondo mutuo XTra eQUITY; serie I, se encuentra cla-sificado entre los 10 fondos con mejor performance, de acuerdo a todos los índices tradicionales. Lo anterior, también es aplicable al ranking obtenido de índices alternativos, fondos con buena performance según índice de Sharpe (S*p), obtienen también buen índice de performance en los otros índices alternativos, tal

es el caso de los fondo BICe eXTra; serie B y a.

respecto al análisis econométrico de la performance de los Fondos Mutuos de renta Variable, el análisis se desarrolla considerando como modelo económico base la función de per-formance propuesta en la ecuación 9. La variable endógena a considerar en el modelo será la rentabilidad de los fondos de inversión descontados a los activos libres de riesgo. respecto a la variable exógena del modelo, esta será la rentabilidad del mercado, medida a través del índice IPSa, descontada al activo libre de riesgo. es así que para efectos de este estudio, como variable dependiente se representará el exceso de retorno del fondo sobre la tasa libre de riesgo y como variable indepen-diente la prima de mercado, es decir, el exceso de retorno del mercado sobre la tasa libre de riesgo. el modelo linealizado, en su forma funcional queda estructurado como se presenta en la ecuación 9.

Se trabajan los modelos de panel con coeficientes constantes, efectos fijos de secciones cruzadas, efectos fijos de tiempo y el modelo general de efectos aleatorios. Para comprobar si el modelo de efectos aleatorios es adecuado, se utiliza el test de Hausman [8], lo que nos lleva a afirmar que la hipótesis de que los efectos individuales están incorrelacionados debe ser rechazada, por lo tanto el modelo de efectos aleatorios no es adecuado. respecto al modelo de efectos fijos de secciones cruzadas y el modelo de efectos fijos de tiempo, se prefiere el primero, dado que el número de fondos de inversión es osten-siblemente superior a los períodos de estudio [7]. en relación al modelo de panel de efectos fijos de secciones cruzadas y el modelo de panel con coeficientes comunes, se descarta este último por el bajo valor del coeficiente de determinación3, además por presentar problemas de autocorrelación4.

el modelo seleccionado (panel con efectos fijos de secciones cruzadas) se presenta en la Tabla 1, donde es posible observar el valor de los coeficientes y de los niveles de significatividad individual como conjunta para cada uno de los parámetros del modelo. La base de datos con la que se realiza el estudio se encuentra desbalanceada, por lo que para realizar las estima-ciones, el modelo incluye 125 fondos de los 126 fondos inicia-les, dejando fuera solamente el fondo 124, dada la insuficiente cantidad de datos para éste.

el coeficiente de determinación del modelo es de un 40%, con un nivel de significatividad conjunta del 99%5. en la Tabla 1 es posible observar el valor de los coeficientes y los niveles de significatividad individual para cada uno de los parámetros del modelo, los que están por encima del 99%.

3 r2 = 16%4 DW = 0,99 dL = 1,598 dU = 1.651 α = 0.015 F-statistic = 11,123 Prob. = 0.0000 α = 0.01


Para la etapa de validación se usaron los test de Durbin-Watson6 para autocorrelación y Jarque-Bera para verificar normalidad de los residuos. Todos los test aplicados validan las hipótesis del modelo econométrico planteado.

Con lo anterior, a través de modelos de datos de panel, se ha logrado explicar la performance del conjunto de los fondos de inversión chilenos, a través de la rentabilidad del mercado, ambas variables descontadas al activo libre de riesgo, además, la relación conjunta que explica el efecto que existe entre los fondos de inversión y la rentabilidad del mercado se puede observar en la Tabla 2.

es posible concluir, que la rentabilidad de los fondos de inversión tiene un comportamiento directo y significativo en relación a la rentabilidad del mercado, así, por cada punto porcentual que aumente la rentabilidad promedio del mercado, la rentabilidad promedio de los fondos de inversión analizados se incrementará en 0,4 puntos porcentuales.

el modelo econométrico de panel con efectos fijos de secciones cruzadas, para la performance de los fondos de inversión en base a la función propuesta por [4], queda especificado de la

6 Durbin-Watson = 1,174 dL = 1,598 dU = 1.651 α = 0.01

Dependent Variable: LOg(VarIaCIOn_rVpt-rF)

Cross-sections included: 125

Total panel (unbalanced) observations: 2169

Variable Coefficient Std. error t-Statistic Prob.

LOg (IPSa-rF) 0.391499 0.016657 23.50375 0.0000

C -2.388366 0.061778 -38.66041 0.0000Effects Specification

Cross-section fixed (dummy variables)

r-squared 0.404960 Mean dependent var -3.763261

adjusted r-squared 0.368552 S.D. dependent var 1.164310

S.e. of regression 0.925203 akaike info criterion 2.738729

Sum squared resid 1748.811 Schwarz criterion 3.068805

Log likelihood -2844.152 F-statistic 11.12304

Durbin-Watson stat 1.174726 Prob(F-statistic) 0.000000

Fuente. elaboración propia

Fuente. elaboración propia

Tabla 1. niveles de significatividad individual y conjunta de los parámetros. Panel de efectos fijos de secciones cruzadas.

siguiente manera:

rVPt – rFt = e(-2.388)*(rMt – rFt)0.391

*e10.037*e2

0.145*e3-0.009*e4

3.85e-06*e50.3

01*e60.099*e7

.0.058*e80.031*e9

0.044*e110.177*e12

0.42*e13-0.044*e14

-0.22*e150.153*e16

-

0.02*e170.17*e18

-0.03*e190.22*e20

0.211*e21-0.10*e22

0.234*e230.228*e24

-

0.323*e250.139*e26

-0.105*e27-0.34*e28

-0.336*e29-0.88*e30

-0.34*e31-0.33*e32

.-

0.88*e33-0.008*e34

0.17*e350.192*e36

0.09*e370.405*e38

-0.09*e390.197*e40

0.346*e410.323*

e420.372*e43

0.33*e440.16*e45

-0.28*e46-0.107*e47

-0.612*e48-0.51*e49

-0.45*e50-0.95*e51

-

1.25*e52-1.38*e53

0.031*e540.08*e55

-0.125*e560.413*e57

-0.439*e58-2.607*e59

-2.77*e60-

3.17*e610.39*e62

0.41*e630.04*e64

0.81*e65-0.05*e66

0.08*e670.12*e68

0.46*e69-0.459*e70

0.41*e710.678*e72

0.654*e730.73*e74

1.429*e750.65*e76

0.73*e771.429*e78

-0.044*e790.44

*e800.17*e81

0.077*e820.068*e83

-0.069*e840.217*e85

0.317*e86-0.433*e87

0.229*e880.08*

e890.11*e90

0.28*e91-0.08*e92

0.085*e93-0.34*e94

0.15*e95-0.09*e96

-0.41*e97-0.235*e98

-

0.144*e99-0.07*e100

0.147*e1010.093*e102

0.215*e1030.195*e104

-.0.559*e105-0.497*e106

-

0.482*e107-0.355*e108

0.358*e1090.391*e110

0.256*e1110.189*e112

-0.015*e1130.523*e114

-

0..563*e115-0.187**e116

0.08*e1170.51*e118

0.522*e1190.354*e120

.0.407*e1210.381*e122

0.

407*e123-0.09*e125

0.144*e126-0..393

Donde:

ei = 1 para el fondo i (1…126) y ei=0 en caso contrarioi = empresas (1…126)t = período 1996:01-2006:12

Variable Relación con la performance de los fondos de inversión Coeficiente

rentabilidad Mercado Positiva 0.391

Constante negativa -2.388

Tabla 2. Coeficientes y relaciones del modelo de los fondos de inversión


Los resultados presentados anteriormente, permiten visualizar las alfas para cada uno de los fondos analizados, comprobando que existe un alto nivel de dependencia del mercado en varios de ellos. así por ejemplo, los fondos SanTanDer LaTInO-aMerICanO, BanCHILe-aCCIOneS, COrP eMergIng MarKeTS, se caracterizan por tener una performance altamente dependiente del mercado.

además, la obtención de coeficientes alfas negativas y significa-tivas7, nos indica que el conjunto de fondos mutuos analizados no presentan retornos anormales con respecto al mercado. Lo anterior, muestra una performance financiera deficiente de los fondos, lo cual es coincidente con los resultados obtenidos con el análisis de ratios. es así como en el análisis de ratios comprobamos que un número significativo de los fondos presen-tan retornos inferiores a la tasa libre de riesgo (66% del total de fondos). estos resultados son coincidentes con otros estudios ([15]; [13]), ambos estudios realizados sobre fondos de inversión de los estados Unidos.

5. CONCLUSIONES

el mercado de Fondos Mutuos chileno ha experimentado un fuerte crecimiento en los últimos años, llegando a representar en el año 2006, el 12% del Producto Interno Bruto nacional, con un patrimonio administrado de US$17.734 millones de dólares y 832.833 partícipes.

el análisis de performance aplicado a los Fondos Mutuos de renta Variable permiten concluir la existencia de anomalías en el comportamientos de los retornos de los fondos (Beta<0; rp<rf). es así como de la totalidad de fondos analizados (126 fondos), 39% presentan rentabilidades medias negativas (rp<0), 66% fondos presentan una rentabilidad inferior a la rentabilidad libre de riesgo (rp<rf). así también, un 8,7% de los fondos presentan beta negativos ( 0<� ).

a objeto de medir la performance, se aplicaron índices tradi-cionales (Sharpe, Treynor y Jensen) e índices alternativos de coherencia absoluta [3]. ambos indicadores nos entregan un ranking similar de desempeño de los fondos, lo que valida la aplicación de estos últimos.

Los fondos analizados no presentan retornos anormales en re-lación al benchmark considerado como referencia. Todos estos resultados son estadísticamente robustos.

Del análisis dinámico de la rentabilidad a lo largo del período de estudio, es posible concluir que existe coherencia entre estos resultados y los indicadores de performance calculados de manera estática.

7 t-statistic = -38,66 Prob. = 0.0000 α = 0.01

Como futuras líneas de investigación, se propone realizar un análisis que permita relacionar el desempeño financiero de los fondos con las respectivas gestoras, esto dado que con el análi-sis de panel realizado, se pudo observar posibles dependencias entre dichas variables.

6. AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Dirección de Investigación de la Universidad del Bío-Bío, por el financiamiento otorgado al Proyecto de Investigación nº073118 1/r denominado “análisis financiero de la eficiencia en la gestión de los fondos mutuos chilenos entre los años 2000-2005. Un análisis comparativo con el mercado español”. el presente artículo forma parte del desarrollo de dicho Proyecto de Investigación.

7. REFERENCIAS

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[20] Treynor J.L. (1965). “How to rate management of invest-ment funds”. Harvard Business review, 43, 63-75.

8. BREVE RESEÑA BIOGRÁFICA

Benito Umaña Hermosilla se desempeña como académico de la Facultad de Ciencias empresariales de la Universidad del Bío-Bío, su actividad docente y de investigación se encuentra enfo-cada en el área de finanzas corporativas y economía financiera. actualmente se encuentra trabajando en temas relacionados con la performance de fondos de inversión. el profesor Umaña, posee una experiencia docente de más de 15 años, durante los cuales también ha ocupado importantes cargos de administración académica.Posee el título profesional de Contador auditor de la Universidad del Bío-Bío, Magíster en administración y Dirección de empresas de la Universidad de Santiago de Chile y es candidato a Doctor en Contabilidad y Finanzas, de la Universidad de Zaragoza, españa. Correo electrónico: [email protected]

Hanns de la Fuente Mella, es Ingeniero Civil Industrial de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile. Posee un Magíster en Ingeniería Industrial, Mención gestión, en la Pon-tificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile y actualmente es candidato a Doctor en economía y gestión de las Organiza-ciones de la Universidad de Zaragoza, españa. Posee trabajos nacionales e internacionales en el área de economía aplicada y Modelos econométricos. Correo electrónico: [email protected]

Luis Ferruz Agudo es catedrático por la Universidad de Zara-goza en españa. Posee el grado de doctor en Contabilidad y Finanzas por esa misma universidad.el profesor Ferruz posee una destacada trayectoria en investi-gación, ha presentado diversas ponencias y comunicaciones en los más importantes congresos nacionales e internacionales y ha publicado diversos artículos en revistas científicas de ámbito nacional e internacional centrados en temas relacionados con la economía financiera y en específico con temas relacionados a los fondos de inversión. es autor de varios libros de economía financiera. Director del grupo Público y Oficial de Investigación e In-novación Docente gIeCOFIn - grUPO COnSOLIDaDO. Director del Diploma de especialización en asesoría Financiera y gestión de Patrimonios. Correo electrónico: [email protected]

María Vargas Magallón, es profesora en la Universidad de Za-ragoza en españa y posee el grado de doctora en Contabilidad y Finanzas. Su actividad investigadora se encuentra enfocada principalmente en análisis de performance y de persistencia de fondos de inversión.La profesora Vargas ha publicado sus trabajos en revistas españolas e internacionales. es integrante del grupo de inves-tigación e Innovación Docente gIeCOFIn. Correo electrónico: [email protected]


COMPARACIÓN DE EMISIONES DE MOTORES OPERADOSCON PETRODIESEL Y BIODIESEL

COMPARISON OF ENGINE EMISSIONS FUELLED WITH PETROLEUM DIESEL AND BIODIESEL

Helmer acevedo1, Juan Mantilla1, y Fanny acevedo2

1Grupo de Investigación en Biocombustibles, Energía, y Protección del Medio Ambiente Departamento de Ingeniería Mecánica – Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de Colombia

Carrera 30 Nº 45 – 03 Bogotá D.C., Colombia, Tel.: +57 1 3165320, Fax: +57 1 3165333Correo Electrónico: [email protected] / [email protected]

2Departamento de Enfermería Clínica – Facultad de Enfermería - Pontificia Universidad JaverianaCarrera 7 Nº 40-62, Bogotá D.C., Colombia, Tel.: +571 3208320 Etx 2661

Correo Electrónico: [email protected]

RESUMEN. Los motores de ignición por compresión (IC), denomi-nados también motores diesel, han sido usados desde su invención en aplicaciones como la generación de energía eléctrica, motores marinos, transporte de pasajeros y carga por tierra, maquinaria agro-industrial, automóviles de pasajeros, etc. Su uso ha sido ampliamente masificado básicamente porque la eficiencia de los motores diesel es mayor que la eficiencia de los motores a gasolina o de ignición por chispa. estos motores han sido operados por muchos años con com-bustible de origen fósil llamado diesel, sin embargo, desde hace algu-nas décadas, se ha venido implementando el uso de los denominados biocombustibles o combustibles alternativos provenientes del cultivo de biomasas que se transforman mediante procesos químicos en combustibles con propiedades físicas y químicas muy similares al die-sel de origen petrolero. este artículo es una revisión crítica del impacto sobre las emisiones reguladas y no reguladas de los motores diesel cuando son operados con diesel de origen petrolero y biodiesel. Se describirá los efectos sobre la salud de diferentes contaminantes y se finalizará con resultados sobre las emisiones reguladas y no reguladas de mezclas entre biodiesel y diesel petrolero. el análisis muestra que las emisiones reguladas, Óxidos de nitrógeno, Hidrocarburos, Mo-nóxido y Dióxido de Carbono, son más favorables cuando los motores son operados con biodiesel. Sin embargo, algunas emisiones no regu-ladas como las sustancias volátiles, y los agentes cancerígenos son mayores con el uso de biodiesel comparadas con el diesel petrolero. Palabras Clave: emisiones reguladas, emisiones no reguladas, Biodiesel, Impactos Sobre la Salud, Motores Diesel.

ABSTRACT. The compression ignition (CI) engines have been used in many applications, such as power generation, maritime motors, pas-senger and cargo land carriage, agricultural industry, passenger cars, and so on. The efficiency of CI engines is greater than the efficiency of Spark Ignition (SI) engines, and due to this, they are more popular on those applications where high powers and torques are needed at low velocities. Since the IC engine was developed, it has been fuelled using different kind of fuels (i.e, vegetable oils, diesel fuel, etc.). For many years, different kinds of fuels have been proposed as alternative fuels

for diesel engines. Those fuels have been called biofuels which come from crops of biomass. Vegetables oils are transformed using chemical processes and converted into biofuels, with physical and chemical pro-perties very similar to fossil diesel fuel. This paper is a critical review on the impacts of regulated and non-regulated emissions fuelled with petroleum diesel and biodiesel. In this work described the effects on the health of several pollutants is described, followed by results of regulated and non-regulated emissions of diesel fuel and blends between diesel fuel and biodiesel. The analysis shows that regulated emissions, such as nitric Oxides, Hydrocarbons, and Carbon Monoxide and Dioxide are lower for biodiesel than for petroleum diesel. However, non-regulated emissions such as volatile compounds and carcinogenic substances are higher for biodiesel compared to diesel fuel.Key-words: regulated emissions, non-regulated emissions, Biodie-sel, Impacts on Human Health, Diesel engines.

1. INTRODUCCIÓN

Las enfermedades respiratorias representan una de las más altas causas de morbilidad y mortalidad de la población sus-ceptible (niños especialmente) en centros urbanos. a su vez, existen evidencias científicas, aceptadas internacionalmente, según las cuales estas enfermedades están estrechamente ligadas a la contaminación atmosférica, y en especial a aquella causada por material particulado suspendido en el aire ambiente (Walsh, 1999). De acuerdo con el Health effects Institute (HeI, 1995) y las investigaciones de Lippmann (1998), las partículas de tamaños menores que 2.5mm (PM2.5) conllevan un mayor riesgo para la salud que aquellas más grandes.

al mismo tiempo que los estudios epidemiológicos han encon-trado asociaciones entre la concentración másica de PM10 o PM2.5 con la mortalidad y morbilidad de la población, estudios toxicológicos han intentado explicar cuáles son los mecanismos


de acción de las partículas sobre las células alveolares, su exacerbación del asma, su carcinogenicidad y mutagenicidad, entre otros efectos [22],[21], [20].

Durante varias décadas, varios investigadores han buscado combustibles alternativos para los motores diesel que logren re-ducir los efectos adversos de los combustibles fósiles y ayuden a disminuir el consumo de los mismos ante su futuro agotamiento. entre los más significativos se encuentran: (i) aceites de Origen Vegetal, (ii) aceites de Origen animal, (iii) esteres de aceites Vegetal o animal, (iv) Dimetil – ester, (v) alcoholes: etanol, Metanol, Propanol, y otros y (vi) Diesel sintético.

Los aceites vegetales y animales en ciertas proporciones y en ciertas regiones geográficas donde la temperatura ambiente es suficientemente alta comparada con la temperatura de so-lidificación de los aceites, operan satisfactoriamente [1]. Una gran ventaja del uso de estos es que pueden ser mezclados directamente al diesel petrolero, ya que la adición de porcentajes menores al veinte por ciento no altera en forma significativa las propiedades físicas y químicas del combustible fósil [2].

2. EFECTOS SOBRE LA SALUD DE DIFERENTES CONTAMINANTES

Los grupos poblacionales de mayor riesgo ante la presencia de estos contaminantes ambientales incluyen los ancianos, los niños y las personas con problemas cardiopulmonares [23]. Los ancianos debido a los cambios degenerativos del tejido pulmonar lo que deteriora el funcionamiento de la respiración. Los niños porque se encuentran en inmadurez biológica orgánica anatómica, es decir el crecimiento y desarrollo de las estructuras bronquiales en esta edad, dificulta el manejo de secreciones aumentadas por la exposición de estas sustancias. Las per-sonas con problemas cardio-pulmonares tienen disminuida la capacidad funcional obstaculizando los procesos normales de funcionamiento de estos órganos vitales.

el impacto negativo del material particulado proveniente de las emisiones diesel en la salud humana, se hace evidente en la incidencia de enfermedades pulmonares, debido al pequeño tamaño de las partículas que al ser aspiradas, no son atrapadas en el árbol bronquial por las células caliciformes, encargadas de la limpieza de las vías aéreas respiratorias. entre el 1-20% de la masa total particulada es de tamaño ultrafino (0,005-0,05 μm), con un diámetro medio de 0,02 μm, correspondiendo al 50-90% del número de partículas que tienen áreas de superficie muy extensas por gramo de masa [17], siendo excelentes trans-portadoras de compuestos orgánicos e inorgánicos adheridos o absorbidos, que penetran hasta los bronquiolos y alvéolos pulmonares lo que aumenta la respuesta inflamatoria y con ello la producción de anticuerpos Ige, citoquinas, interluquinas y factor de necrosis tumoral, mediadores proinflamatorios que producen respuestas sistémicas no favorables como aumento

de permeabilidad de la membrana celular, vasodilatación, resis-tencia a la insulina, agregación plaquetaria, aumento de proteína C reactiva y apoptosis (muerte celular) [18].

La exposición al PM10 está asociada primordialmente con la agudización de enfermedades respiratorias como el asma y la neumonía [19]. Cuando el tiempo de exposición al PM10 es prolongado, se produce una hiperplasia de las células calici-formes lo que reduce el diámetro de la vía aérea respiratoria y aumenta la dificultad para el aclaramiento de secreciones. a su vez, muchas células que se encuentran en la vía respiratoria desarrollan núcleos grandes, atípicos, que se consideran como cambios precancerosos [20].

Los óxidos de nitrógeno impactan la función pulmonar ya que ocasionan la destrucción de las paredes y capilares alveolares con la subsiguiente pérdida de la elasticidad pulmonar. Con la pérdida progresiva de tejido pulmonar la capacidad de oxi-genación tisular disminuye y el corazón debe bombear más rápidamente para aportar el oxígeno adecuado a los tejidos originando un aumento del trabajo cardiaco [21]

el monóxido de carbono, de acuerdo a la Organización Pana-mericana de la Salud, es un gas venenoso el cual por su peso, desplaza al oxígeno causando en los humanos fuerte dolor de cabeza, mareos y náuseas. el monóxido de carbono tiene gran afinidad por la hemoglobina y se combina más rápidamente con ella que el oxígeno, por tanto la oxigenación alveolar se ve disminuida poniendo en riesgo la capacidad pulmonar en individuos expuestos a este contaminante. Concentraciones de 5 ppm a una exposición de 14 horas, el efecto observado en individuos normales es el incremento de la resistencia de las vías aéreas por aumento de la hiperactividad bronquial. Concentraciones de 2,5 ppm a una exposición de 2 horas, el efecto observado en individuos normales también representa el incremento de la resistencia de las vías aéreas. Concen-traciones de 1 ppm a una exposición de 2 horas el efecto observado en individuos normales son pequeños cambios en la capacidad vital forzada. Concentraciones de 0,5-5 ppm a una exposición de 3-60 minutos el efecto observado en individuos con bronquitis crónica es el incremento de las vías aéreas. Concentraciones de 0,5 ppm a una exposición de 20 minutos en individuos asmáticos, con 10 minutos de ejercicios moderados disminuye la tasa máxima de flujo respiratorio. Concentraciones de 2,5 ppm a una exposición de 2 horas, el efecto observado en individuos normales también representa el incremento de la resistencia de las vías aéreas. Concentraciones de 1 ppm a una exposición de 2 horas el efecto observado en individuos normales son pequeños cambios en la capacidad vital forzada. Concentraciones de 0,5-5 ppm a una exposición de 3-60 minu-tos el efecto observado en individuos con bronquitis crónica es el incremento de las vías aéreas. Concentraciones de 0,5 ppm a una exposición de 20 minutos en individuos asmáticos, con


10 minutos de ejercicios moderados disminuye la tasa máxima de flujo respiratorio.

el dióxido de azufre (SO2) afecta los volúmenes inspiratorios y espiratorios y la capacidad pulmonar total debido a la cons-tricción del árbol bronquial. Dependiendo de la exposición a concentraciones en 24 horas los efectos varían en la función respiratoria. entre 400 – 900 ug/m3 el efecto observado es irri-tación de la garganta y exacerbación del asma en pacientes con este antecedente respiratorio. el agravamiento de enfermedades pulmonares y cardiacas puede presentarse en exposiciones mayores a 500 ug/m3. Si las concentraciones exceden los 2900 ug/m3, se presentan cambios en la función pulmonar y trastornos respiratorios en individuos sanos. a su vez la contaminación del aire por S02 causa problemas oculares, alteraciones neurológi-cas y alteraciones circulatorias. También se ha encontrado una relación entre la presencia de óxidos de azufre en la atmósfera y el aumento de muertes por enfermedades crónicas, cardio-vasculares y respiratorias [10].

La exposición al Benceno en períodos de tiempo de 5 a 10 minutos a niveles muy altos de 10,000 a 20,000 ppm puede producir la muerte. en niveles más bajos 700 a 3,000 ppm pro-duce letargo, mareo, aceleración del latido del corazón, dolor de cabeza, temblores, confusión y pérdida del conocimiento. en largos períodos de exposición, pueden aparecer alteraciones sanguíneas como la anemia que es la reducción de los glóbulos rojos y la leucemia producida por efectos nocivos del benceno en la medula de los huesos. La agencia de Protección ambiental (ePa) ha clasificado al benceno como grupo a, es decir agente cancerígeno humano. el sistema inmunológico también se ve afectado ante la exposición prolongada de benceno lo que disminuye las defensas del cuerpo favoreciendo la aparición de infecciones.

Los efectos nocivos de los formaldehídos sobre la salud incluyen la irritación de ojos y nariz (a una concentración de 0,006 mg/m3), irritación de las membranas mucosas y alteración en la respiración (a una concentración de 0,12 mg/m3). Las emisiones de formaldehído de origen vehicular se incrementan con el uso de combustibles oxigenados. a bajas concentraciones el formal-dehído provoca irritación ocular, del tracto respiratorio y de la piel. Pabst (1987) citado por Moret (1990) clasifica los efectos tóxicos determinados por la exposición al aldehído en irritación de las membranas mucosas, irritación de la piel (dermatitis) y efectos cancerígenos.

2.1. Emisiones Reguladas

en general, las emisiones reguladas para los motores diesel son Óxidos de nitrógeno (nOx), Monóxido de Carbono (CO), Hidrocarburos sin quemar (HC) y el Material Particulado (PM). La mezcla de biodiesel al diesel petroquímico le adiciona oxígeno al combustible. aproximadamente el 11% del Biodiesel es oxígeno,

y aunque la adición de éste le permite a la combustión generar menos cantidad de CO, HC, y PM, existe un incremento significa-tivo en las emisiones de nOx. La agencia ambiental de estados Unidos (environmental agency Protection ePa) en su estudio “a Comprehensive analysis of Biodiesel Impacts on exhaust emissions” muestra los resultados (Figura 1) de la variación en las emisiones cuando se usan mezclas desde 0 hasta 100% de biodiesel que cumple norma aSTM D561 y Diesel 2 (con bajo contenido de azufre y aromáticos, entre otros).

Figura 1. Variación en las emisiones para motores diesel de trabajo pesado cuando son operados con biodiesel

(Fuente: ePa, 2002)

es claramente evidente que cambios significativos en las emisio-nes se verán reflejados para concentraciones altas de biodiesel (mayores al 20%). es importante notar, que la calidad del diesel petrolero base es fundamental para la reducción de las emisiones en los motores diesel. Por ejemplo, acevedo y otros encontraron que la reducción en el contenido de azufre desde 4500 a 1200 ppm en el diesel petrolero disminuye cincuenta veces más el material particulado en motores diesel para trabajo pesado que la adición de veinte por ciento de biodiesel de palma (B20, 20% biodiesel de palma y 80% diesel petrolero de 4500 ppm de azufre). esto demuestra que un programa de implementación de combustibles alternativos debe ir asociado a un plan de mejoramiento en la calidad de los combustibles de origen fósil.

existen diferentes factores que afectan las emisiones entre ellas están. condiciones de manejo, tipo de motor, temperatura del aire ambiente, equipos de tratamiento de gases de exósto, inspección y mantenimiento del vehículo, y calidad del combustible. en referencia a la calidad del combustible, Westerholm y Li (1994) mostraron como la variación de los contenidos de aromáticos en el diesel influyen significativamente en las emisiones de los motores diesel. en dicho estudio se probaron ocho clases de combustible diesel con diferentes contenidos de azufre, índices de cetano, puntos de ebullición, incluso viscosidades, entre otros. Los resultados indicaron que un combustible diesel con


contenidos de aromáticos bajos (menores a 4 mg/L) podrían reducir en más de un 80% las emisiones de PaH comparadas con combustible diesel de contenidos altos de aromáticos (ma-yores o iguales a 1 g/L).

Las partículas generadas en la combustión son de diferentes tamaños, pero una clasificación apropiada para los impactos sobre la salud, se hace en base a su diámetro. en este aspec-to, las partículas son generalmente clasificadas como PM10 (diámetro igual o mayor a 10 μm), PM 2.5 (diámetro menor a 2.5 μm) y PM 1 (diámetro menor a 1 μm). Son de particular interés, las PM2.5 las cuales tienen una alta probabilidad de deposición en las vías respiratorias con consecuencias como tumores, enfermedades respiratorias agudas, entre otras (US, ePa, 2002a: Health effects Institute, 2002).

2.2. Emisiones No Reguladas

Las emisiones de los motores diesel contienen cientos de com-ponentes químicos, tanto en fase gaseosa como en material particulado [25] y [26]. Tanto los gases como las partículas, pro-venientes de la combustión, contienen sustancias cancerígenas y/o mutagénicas. entre los componentes más significativos en fase gaseosa se tiene:

• Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (PAH: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, MaH: Monocyclic aromatic Hydrocarbons)

• Derivados Nitrados (nitro-PAHs)• Formaldehídos• Acetaldehídos• Acroleínas• Acetonas• Propionaldehído• Benzaldehídos• Butiraldehído• Benceno• Tolueno• Xileno

Las partículas, fase sólida, contienen principalmente:

• Material Carbonilo.• Fracción Orgánica Soluble• Sulfatos• Trazas de Metales

Debido a estos componentes, las emisiones de los motores diesel fueron clasificados por la agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer como “probable cancerígeno para los humanos” en el grupo 2a.

Pocos estudios sobre emisiones no reguladas de mezclas entre biodiesel y diesel petrolero han sido realizados por investiga-dores en el mundo, sin embargo, los resultados han sido muy

consistentes. a continuación se detallan los resultados más significativos en las emisiones PaH, nitro-PaHS, Carbonilos, ensayos de Mutagenicidad, y Material Particulado.

2.2.1. Variación en las emisiones de PAH para mezclas en-tre biodiesel y diesel

Los componentes orgánicos semivolátiles-SVOC, mayores com-ponentes dentro de la familia de PaH, se reducen muy levemente al aditivar el diesel petrolero con biodiesel.

Machado y arbilla (2006) mostraron que una adición del 2, 5, y 20% en volumen de biodiesel al diesel petrolero, reducen los PaH’s en 2.7, 6.3, y 17.2% respectivamente. este estudio usó biodiesel de castor (higuerilla o mamona) producido de aceite vegetal con etanol, mientras que el diesel petrolero fue comercial y no se especificó ninguna de sus propiedades. el motor no sufrió ninguna modificación entre el uso de biodiesel y diesel.

La Figura 2 muestra la composición de los PaH’s en el tubo de escape del motor diesel ensayado por Machado Correa (2006). Dentro de los componentes analizados de la combustión de biodiesel, algunos muestran aumento en su composición com-parados con los del diesel. Sin embargo, en general, la media muestra una leve reducción. De particular interés resulta el bezo[a]pireno, el cual ha sido comprobado como altamente cancerígeno, con una disminución importante.

Figura 2. Composición individual de PaH’S para diesel y mezclas B2, B5 y B20 (Fuente: Machado y otros, 2006)


Turrio- Baldassarri y otros (2004) estudiaron específicamente la mezcla B20, biodiesel producido usando aceite de colza y metanol. el diesel petrolero usado fue de 300 ppm de azufre con un número de cetano de 51, entre otros. La mezcla B20 contenía 240 ppm de azufre y poseía un número de cetano mayor, 53. este estudio confirma que la mezcla B20 produce una pequeña reducción de las emisiones de PaH.

específicamente las emisiones de benceno fueron estudiadas por J. Krahl y otros (2001) para diferentes mezclas de esteres metílicos de colza europea (rMe ) con diesel petrolero. el gran aporte de este estudio radicó en la diferencia entre el uso de ca-talizador de gases de escape. La Figura 3 muestra las emisiones de benceno de un motor diesel con el uso de mezclas entre el 0 y 100 % en volumen. es evidente que aditivar el diesel petrolero con biodiesel incrementa las emisiones de este contaminante

Las emisiones precursoras del ozono son otro factor importante de estudio. el uso de biodiesel incrementa estas emisiones (Krahl y otros, 2001) entre un 10 y 33%. Los alcanos y aldehídos tienen el mayor efecto como precursores del ozono en compa-ración con los aromáticos.

Figura 3. emisiones de benceno provenientes de la combustión de biodiesel en motores diesel. (Fuente: J. Krahl y otros, 2001).

2.2.2. Variación en las emisiones de carbonilo y aromáti-cos livianos para mezclas entre biodiesel y diesel

Dentro de la familia de las emisiones de carbonilo y aromáticos ligeros o livianos se encuentran el tolueno, etilbenceno, m-xileno, p-xileno, o-xileno, formaldehídos, acetaldehídos, acetonas, acroleínas, propanoaldehído, bencenoaldehído, entre otros. en general, los compuestos más relevantes entre todos estos son

los aldehídos y las cetonas, compuestas por formaldehídos, acetaldehídos, acroleínas y propanoaldehídos, siendo el más abundante el formaldehído. el formaldehído es de interés, ya que es clasificado dentro de los agentes probablemente can-cerígenos en el grupo 2a por la IarC. Howes (1998) estudio las emisiones de compuestos carbonilos de un bus urbano operado con diesel convencional (500 ppm de azufre) y la mezcla B20 (biodiesel de soya). encontraron en este estudio, que las emisiones de formaldehídos y aldehídos totales fueron obtenidas cuando el motor se opero con la mezcla B20. Krant (1996) evaluó mezclas de aceite de colza y biodiesel de colza obteniendo entre dos y tres veces más emisiones de aldehídos cuando operaba con aceite en comparación con las emitidas por el motor operado con diesel, mientras que en el caso del biodiesel de aceite de colza, las emisiones fueron 40% mayores que para el diesel.

Turrio- Baldassarri y otros (2004) encontraron que las emisiones de formaldehídos incrementan desde 42.7 mg/Kwh. hasta 50.6 mg/Kwh. cuando el motor opera con la mezcla B20 en compa-ración con diesel. Los acetaldehídos de la combustión de la mezcla B20 tuvieron un incremento del 14% en comparación con aquellos de la combustión del combustible diesel. Particular y notable resultado mostraron dos de las emisiones más importan-tes, las acetonas y la acreolína. Para ambas, el uso de la mezcla B20 genera más del doble en comparación con el combustible diesel. Machado y arbilla (2007) mostraron que las emisiones de formaldehídos, acetaldehídos, acreolínas y acetonas, pro-panoaldehídos y butialdehídos incrementan con el incremento del porcentaje de biodiesel al diesel de origen fósil. La Figura 4 muestra las variaciones en estas emisiones cuando se aumenta el porcentaje de biodiesel desde 2 hasta 20 por ciento. J. Krahl y otros (2001) concluyeron que las emisiones de precursores de ozono, compuestos carbonilos, aromáticos y alquenos, son mayores cuando se usa rapssed Methyl ester – rMe entre un 10 y 33% dependiendo de la tecnología de vehículos y los sistemas postratamiento de gases. el resultado más importante de esta investigación que aporta significativamente al estado del arte es que los alquenos y el etileno, dos familias de compuestos altamente contaminantes y con efectos nocivos para la salud, son mayores cuando se usan las mezclas de biodiesel.

2.2.3. Variación en las emisiones que potencialmente pue-den producir mutagenicidad para mezclas entre biodiesel y diesel

Las partículas provenientes de las emisiones de los motores diesel contienen cientos de compuestos como los que se han descrito previamente. Uno de estos compuestos es la fracción orgánica soluble la cual contiene los PaH y que usualmente se evalúa para determinar los efectos mutagénicos que puedan tener. De igual forma, la fase gaseosa contiene compuestos que potencialmente pueden ser tóxicos.


Figura 4. emisiones de carbonilo provenientes de la combustión de biodiesel en motores diesel. (Fuente: Machado y arbilla, 2007)

La gran mayoría de estudios en esta área han mostrado que no existe ninguna diferencia en el perfil de mutagenicidad de las emisiones de los motores diesel cuando son operados con mez-clas hasta del 20% en comparación con el combustible diesel. esto no representa un beneficio para el uso de estas mezclas, ya que el biodiesel ha sido promocionado como amigo del ambiente y de la salud humana. Sin embargo, por estos resultados, los beneficios para la salud humana son altamente discutibles.

2.2.4. Variación en las emisiones de material particulado para mezclas entre biodiesel y diesel

Como fue mencionado previamente, la distribución y cantidad de las partículas provenientes de los motores diesel han tomado relevancia desde hace un par de décadas por sus impactos sobre la salud humana. en general, la mezcla B20 reduce aproxi-madamente el 12% de las emisiones de material particulado según la ePa. Sin embargo, varios estudios han demostrado lo contrario. Turrio- Baldassarri y otros (2004) recolectaron el material particulado mediante filtraje para las emisiones de diesel y las comparo con las de la mezcla B20. La masa reco-pilada en los filtros no cambió para ambos combustibles, esto significa que el motor operado con los dos combustibles, diesel y la mezcla B20, arrojó la misma masa. acevedo y otros (2005) filtraron el material particulado de las emisiones de un motor diesel operado con diferentes combustibles, entre ellos, diesel, mezclas tripartitas entre diesel, derivados de aceite de palma y etanol, y mezclas bipartitas entre diesel y derivados del aceite de palma (incluyendo esteres etílicos de aceite refinado de pal-ma). Por condiciones ambientales, la aditivación del diesel con agro-combustibles no pudo superar un diez por ciento, debido básicamente a la temperatura de solidificación del aceite de palma y sus esteres. Se encontró una reducción del 12% en la masa de las emisiones de material particulado de la mezcla B7.5, básicamente atribuible a la calidad del diesel con el cual se llevó a cabo el ensayo. el diesel usado durante las pruebas contenía cerca de mil doscientas partes por millón de azufre.

Previamente se mencionó que la generación de emisiones de-pende estrechamente y en forma significativa de la calidad del combustible diesel base.

Los resultados reportados por J. Krahl y otros (2001) muestran la masa de las partículas por rango de tamaño de las mismas. La Figura 5 indica que la mayor concentración de partículas están cercanas a 0.087 μm (87 nm). El uso de la mezcla B20 emite mayor masa que el diesel, 7.2 g/h en comparación con 4.8 g/h.

La concentración del material particulado emitido por el motor diesel bajo condiciones muy similares a las descritas por Krahl (2001) en el estudio de Turrio- Baldassarri y otros (2004), mues-tra una alta correlación. Para el mismo modo de operación (ciclo 8), y utilizando la misma mezcla B20, Turrio y otros determinaron que la mayor concentración de partículas corresponden para diámetros de 0.23 y 0.20 μm para el diesel y B20 respectiva-mente. La relevancia más importante de este estudio en el tema de materia particulado consistió en el hallazgo de las partículas ultrafinas y finas emitidas por el motor. Las partículas ultrafinas son aquellas con diámetros menores o iguales a 0.1 μm, mientras que las partículas finas se encuentran en el rango entre 0.1 y 2.5 μm. Existe un significativo aumento de las partículas ultrafinas cuando se usa la mezcla B20.

Figura 5. Distribución de masa por tamaño de partículas para diesel, b20, y b20 usando catalizador. (Fuente: Krahl y otros, 2001)

Yuan-Chung Lin y otros (2008) mostraron como existe un incre-mento significativo de las partículas cuando se usan mezclas hasta del 30 por ciento en volumen de biodiesel de palma en comparación con el combustible diesel. La mayor cantidad de partículas fueron encontradas en el rango entre 0.056 y 0.31 μm. en otro estudio del mismo autor, se reportó que la mezcla del 20 por ciento de biodiesel de palma emitió mayor cantidad de finas partículas (<0.31 μm) que para el diesel y resaltó que las partículas de este tamaño podrían causar lesiones y síndromes en el sistema respiratorio. estos resultados coinciden con los encontrados por Durbin y Collins (2008).


2.3. Consumo de Combustible

Finalmente, uno de los aspectos que deben ser considerados en las emisiones es el rendimiento de combustible. Hull y otros (2006) llevaron a cabo experimentos con diferentes combustibles alternativos para los motores diesel. en la Figura 6 se observa los combustibles usados, el resultado de las emisiones y el consumo específico de combustible. al analizar el combustible identificado con el número 1 (diesel como referencia) y compararlo con 3 o 4 (ambos tienen biodiesel de colza en proporciones bajas), surgen dos aspectos de mucho interés. el primero, la no baja o nula variación en las emisiones particuladas en comparación con el diesel. Y segundo, el aumento en el consumo especifico del combustible. Se podría esperar que la aditivación de biodiesel al diesel petrolero aumente la masa de las partículas ya que el rendimiento del motor disminuye como consecuencia del au-mento de combustible para realizar el mismo trabajo, debido a la disminución en el poder calorífico del biodiesel en comparación con el diesel petrolero.

Fuel Compositions

1: Diesel Motor Fuel (100%), 2: Diesel Motor Fuel (85%), 1-Butanol (2.5%), Dybutil ether (5%), and 2-ethyl hexyl

acetate (7.5%), 3: Diesel Motor Fuel (85%), 1-Butanol (2.3%), Dybutil ether (4.6%), 2-ethyl-1-hexanol (3.2%) and rapessed oil methyl ether (5%), 4: Diesel Motor Fuel (85%), 2-ethyl-1-hexanol (4.6%), Diisoamyl ether (5.4) and rapessed oil me-thyl ether (5%), 5: Diesel Motor Fuel (85%), 1-Butanol (5%),

Dybutil ether (1.6%), 2-ethyl hexyl acetate (5%), ethanol 95% (3%), and Isopropyl (0.4%)

Figura 6. emisiones gaseosas y sólidas de un motor diesel operado con combustibles alternativos. (Fuente: Hull y otros,

2006)

CONCLUSIONES

La normatividad local, aunque es estricta en algunos contami-nantes, carece de la regulación de contaminantes no conven-cionales llamadas emisiones no reguladas.

Un programa de combustibles alternativos debe ir de la mano de mejoramiento del combustible base de origen fósil

La oxigenación del combustible diesel con biodiesel en general disminuye los contaminantes que son regulados, sin embargo, aumenta el material volátil contenido en las partículas que a su vez son un agente que impacta adversamente a la salud humana.

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Krahl J. Munack a. Bahadir M. Schumacher L. elser n. review: utilization of rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester or diesel fuel: exhaust gas emissions and estimation of

CO (g/kWh)

HC (g/kWh)

nOx (g/kWh)

CO2 (kg/kWh)

PM (g/kWh)

Fuel (g/kWh)

Power (kW)

1 0.48 0.25 6.07 0.69 0.046 209.1 86.32 0.47 0.26 6.05 0.68 0.045 211.3 84.13 0.45 0.26 6.12 0.68 0.044 213.2 83.94 0.44 0.25 6.2 0.69 0.046 213.1 84.15 0.45 0.26 6.11 0.68 0.041 214.0 83.5

Combustion PropertiesID


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COMPORTAMIENTO DE LOS PEATONES EN ACCIDENTES TIPO ATROPELLOSPEDESTRIAN BEHAVIOUR AND ACCIDENTS

Cecilia a. Montt VeasEscuela de Ingeniería de Transporte, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso - [email protected]

Jeanette navarro LópezInstituto de Estadística, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

Av. Brasil 2950 - Casilla 4059 - Teléfono 32- 2273742 - Fax 32-218854 - Valparaíso – [email protected]

Cristóbal de la Maza Escuela de Ingeniería Industrial, Pontificia Universidad Católica de Chile

Av. Vicuña Mackena 4860, Santiago -Teléfono 2-3544272 - [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

Durante los últimos nueve años se ha trabajo en un proyecto en el cual se estudia la causalidad y tipología de los accidentes de tránsito. esta investigación se inició con el análisis de los accidentes con atropellos con causa de muerte, dado que según Pearsson y Odergaard (1995), se deben iniciar estos estudios con un solo tipo y causa de accidente, en este caso se inició con los atropellos, dado que estos presentan el mayor índice de fatalidad a través de los años.

Se pudo concluir, de los 9 años de estudio, que el tipo de acci-dente más frecuente es la colisión (que corresponde a un 45%), sin embargo el tipo de accidente que tiene un alto resultado de personas graves y muertes es el atropello, siendo estos solo un 37%, pero de esos más de un 50% son con causas graves y muertes; el 50% de los accidentados tienen edades entre los 18 y 45 años (ver Montt 2006).

Por otra parte de acuerdo a la información que maneja actual-mente la Organización Mundial de la Salud (OMS: 2007), cada año fallecen, a causa de siniestros en el transporte, 1.200.000 personas en el mundo; es por esto que el organismo la ha inclui-do en la Clasificación Internacional de enfermedades.

en Chile, según las estadísticas que proporciona el Ministerio de Salud para el año 2005, los siniestros de tránsito se constituían en la décima causa de muerte (Sitio Web oficial). Para el tramo etáreo que comprende los 20 a 44 años de edad en ambos sexos, era la principal causa de muerte.

Dado lo anterior, se estudió en la V región, que corresponde a la segunda en número de accidentes (Montt 2005), la relación entre las variables Causa y Tipos de accidente, esta relación

RESUMEN. Durante nueve años se ha estudiado la causalidad y ti-pología de los accidentes de tránsito, concluyéndose que el tipo de accidente más frecuente es la colisión, sin embargo, el tipo de acci-dente donde mueren más personas es el atropello. entonces en este trabajo se analiza el comportamiento de los peatones en cruces con luz roja, para lo cual primero se realiza una inspección visual en cuatro intersecciones de Valparaíso y Viña del Mar. Dado lo anterior se dise-ñó para la toma de datos una encuesta de preferencias declaradas con respuestas de tipo elección, considerando tres variables con dos atributos cada una, que son: tiempo o prisa por cruzar, compañía de un menor; flujo vehicular. Con los parámetros obtenidos, después de calibrar el modelo, se tiene como resultado una función utilidad que in-dica que los jóvenes son más arriesgados que las personas mayores, que la variable tiempo que en este caso significa voy o no atrasado o de prisa, influyó positivamente para atravesar con luz roja, no así el flujo de vehículos y la compañía de un menor.Palabras Clave: accidente, peatones, elección discreta.

ABSTRACT. The causality and type of accidents have been studied for nine years, and the conclusion is that the most frequent type of accidents is collision. However, the type of accident where people die is run over. This paper analyses the behaviour of pedestrians crossing with red light. A visual inspection is first made at four intersections of Valparaiso and Viña del Mar. Because of the aforementioned, a sur-vey of preferences was designed to collect data, with multiple choi-ce answers, taking into account three variables, with three attributes each: time or rush to cross, company of a child, vehicular flow. With the parameters obtained after calibrating the model, the result is a uti-lity function that indicates that youngsters are more daring than older people, that the variable time in this case means whether I am late or not, or in a hurry, influenced my decision to cross with red light, but not the vehicular flow and the company of a child.Keywords: accident, pedestrians, discreet election Palabras clave: accidente, peatones, elección discreta.


fue observada y comprobada utilizando Test estadísticos y la herramienta DaTaMInIng. el resultado de estos análisis nos da como consecuencia que las causas más frecuentes de los atropellos son: peatón cruza sorpresivamente la calzada, no respetar luz roja y disco pare y manejar sin mantener una distancia prudente y razonable, causas que no varían desde el año 1997 al 2006.

Dado lo anterior, en este trabajo si inicia un análisis de conductas y actitudes de los peatones. Para la obtención de la información se confeccionaron encuestas de preferencias declaradas, en las cuales a los individuos se le presentan situaciones hipotéticas. Una vez obtenida la información se hace un análisis descriptivo. Se desarrolla un modelo de elección discreta, como modelo logit binario, que represente las variables para determinar las conductas de los peatones., y posteriormente este se calibra con el software BIOgeMe.

2. METODOLOGÍA

en este trabajo se analizan las razones por las cuales los peato-nes no cumplen con las reglas del tránsito, para lo cual primero se realiza una inspección visual en 4 de las intersecciones conflictivas de las ciudades de Valparaíso y Viña del Mar, en las horas punta mañana y tarde, haciendo 4.122 observaciones en hora punta mañana y 10.556 en punta tarde, donde alrededor de un 30% de los observados no respetan la luz roja.

Luego de haber calculado la proporción de personas que no respetaban la luz roja del semáforo se determinó que el tamaño de la muestra adecuado era 528, con un nivel de confianza del 95% y un 10% de margen de error.

Dada la información anterior se diseñó un instrumento para la toma de datos que corresponde a una encuesta de Preferencias Declaradas con respuestas de tipo elección (Ortúzar y garrido 1991), para lo cual se consideraron tres variables con dos atri-butos cada una, que son:

• Tiempo o prisa por cruzar (por ejemplo voy atrasado o no)

• Compañía de un menor (voy o no voy en la compañía de un menor)

• Flujo vehicular (vienen o no vienen vehículos)

Con esas variables se espera analizar cuándo y por qué las per-sonas cruzan la calzada sin cumplir con las reglas de tránsito.

Para diseñar la encuesta de preferencias declaradas, se utilizó un Plan Maestro (Kokur 1982), donde las alternativas que se presentan al encuestado se construyen combinando los niveles (atributos) de las variables de acuerdo al orden indicado en el plan anteriormente mencionado, en este caso se consideraron todos los efectos principales y las interacciones entre los pares de atributos.

La modelación de resultados se basa en la teoría de utilidad alea-toria desarrollada por MacFadden (1974). La teoría de la utilidad aleatoria (Ortúzar 1998) que postula que la utilidad percibida por un individuo está compuesta de una parte medible, o conocida por el observador y otra parte no medible o aleatoria:

(1)

Donde:

• Vij: es la utilidad de la alternativa i para el individuo j

• Xi son atributos de la situación hipotética

• Zj son características socioeconómicas del individuo

• ai y bj son los parámetros estimados.

• a0 es una constante

• � es el componente de error aleatorio

esta formulación se separa en X variables de la situación y Z variables de las personas.

Si suponemos que la probabilidad de elección toma la forma del modelo logit multinomial (Ortúzar et al 2000b) podemos estimar la probabilidad de que un individuo de ciertas características, cruce la calzada en situaciones no permitidas:

(2)

Para la modelación se verificó que se cumplieran los supuestos requeridos por este tipo de modelos: que parámetros considera-dos no sean colineales y homocedasticidad de varianzas entre alternativas y elecciones, lo que se cumple razonablemente.

Posteriormente se diseñó un modelo de elección discreta donde se estimó un modelo logit binario utilizando el software BIOgeMe.

en este caso se tiene que el modelo calibrado incluye todos los individuos, para encontrar los parámetros respectivos.

3. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

3,1. Análisis Descriptivo

Como se explicó en el punto anterior se tomaron 528 encues-tas, donde al individuo se le ponía en el caso que Si él desea atravesar en una intersección semaforizada. Como la encuesta era de elección, elegía si cruzaba o no dependiendo de una de las 8 alternativas que se presentan (ver apéndice 1).

Se encuestó a estudiantes y personal administrativo de la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de

0ij i i j ji jV a a X b Z �= + × + × +� �

iq

jq

q

V

ij V

j A

ePe

�

�

�

=�


Valparaíso, y a amigos y familiares de estudiantes. el nivel de ingreso varía entre los $280.000 y $1.000.000 por hogar.

Una vez obtenida la información, se hace el análisis descriptivo, donde se obtienen las características de los encuestados, que se muestra en los siguientes gráficos:

Gráfico Nº1. Sexo

Gráfico Nº2. edad

Gráfico Nº 3. nivel educacional

Una vez analizada las características de las personas se hizo un análisis descriptivo de las 8 situaciones hipotéticas que contestaron los encuestados que de acuerdo a la encuesta del apéndice 1, estas situaciones son la siguientes

Situación 1: “no voy atrasado, Voy sin la compañía de un menor y no vienen vehículos”

Situación 2: “no voy atrasado, Voy sin la compañía de un menor y Vienen vehículos”

Situación 3: “no voy atrasado, Voy con la compañía de un menor y no vienen vehículos”

Situación 4: “no voy atrasado, Voy con la compañía de un menor y vienen vehículos”

Situación 5: “Voy atrasado, Voy sin la compañía de un menor y no vienen vehículos”

Situación 6: “Voy atrasado, Voy sin la compañía de un menor y Vienen vehículos”

Situación 7: “Voy atrasado, Voy con la compañía de un menor y no vienen vehículos”

Situación 8: “Voy atrasado, Voy con la compañía de un menor y Vienen vehículos”

Los resultados de cada situación se muestran en el gráfico 4

Gráfico Nº 4. resultados de la encuesta descriptiva

Como se puede ver solo en los caso 1) y 5) menos del 40% cruza si hay luz roja en el semáforo, además en estos casos también está la variable de flujo, que es “no vienen vehículos”. Por otra parte, los mayores de 60 años, en todas las situaciones más del 60% no cruzan.

3.2. Desarrollo del modelo de elección discreta

Para la aplicación de los modelos de elección discreta en este caso se desarrolló un modelo Logit binario, primero se verificaron una serie de supuestos tales como que no existía correlación entre alternativas ni elecciones y homocedasticidad de varianzas entre alternativas y elecciones, lo que se cumplía razonablemen-te. Como se muestra en la Tabla 1:


Tabla N° 1. Matriz de correlaciones

Sexo edad niv edu MotivoSexo 1edad -0.004 1nivedu -0.005 -0.3 1Motivo 0.2 0.03 -0.002 1

Para especificar el modelo para cada individuo se consideraron 8 pseudo individuos, entonces se trabajó con una muestra de 4.200 individuos.

3.3. Estimación de la función utilidad

La función utilidad estimada es la siguiente:

1 2 3 4 5 6

0

cruzar

nocruzar

U b Tpo b Cía b Flu b Sex b Ed b NivU b

= × + × + × + × + × + ×

=

Donde:

Tpo: es el tiempo que dispone el encuestado para cruzar y tiene dos niveles (0: no va atrasado y 1: va atrasado)

Cía.: corresponde a si el encuestado viene o no en compañía de un menor y tiene dos niveles (0: va sin la compañía de un menor y 1: va en la compañía de un menor)

Flu: corresponde al flujo de vehículos y tiene dos niveles (0: no vienen vehículos y 1: vienen vehículos)

Sex: corresponde al sexo del encuestado y tiene dos niveles (1: femenino y 2. masculino)

ed: corresponde a la edad de los encuestados y tiene 5 niveles (1: menos de 24 años, 2: entre 24 y 36 años, 3: entre 36 y 48 años, 4: entre 48 y 60 años y 5: más de 60 años)

niv: nivel de estudio (básico, universitario, técnico)

b0,…,b6: son los parámetros de las variables que se determi-naron con la calibración del modelo y se indican en la Tabla nº 1

en términos agregados, la elección de cruzar vendría dada por la función de utilidad cuando ésta sea mayor de acuerdo con la especificación funcional del modelo dado y los parámetros del mismo.

Se trabajó con variables dummy y se agruparon los datos de nivel educacional en: básica (básica, media y técnico profesio-nal) y universitario (universitario y postgrado), y para la edad se agrupó en menores de 36 años, entre 36 y 48 años, entre 48 y 60 años y mayores de 60 años. Para el resto de los datos se utilizaron variables 0 y 1.

Basado en el modelo desarrollado, se estimaron los parámetros que se muestran en la Tabla nº 2.

Tabla Nº 2. Parámetros modelo de elección discreta para el caso de cruzar

Variable Coeficiente (test t)Constante -0,71 (-2,26)Básica (educación básica, media ) 0,17(2,22)Universitaria (educación universitaria y postgrado) 0,11 (1,65)

edad entre 36-48 - 0,25 (-3,41)edad entre 48-60 - 0,54 (-5,93)edad mayor que 60 -0,93 (-4,86)Compañía -0,62 (-2,37)Flujo - 1,45 (2,75)Sexo -0,81(9,2)Tiempo (prisa) 1,27 (10,1)

Donde se tiene que el Log verosimilitud final: -2035.2 y el rho cuadrado ajustado: 0.3

Se visualiza que todos los parámetros son significativos, por lo que es posible deducir de la Tabla nº1, al igual que en el análisis descriptivo que a medida que aumenta la edad, las personas tienen mayor cuidado para cruzar la calzada, dado que para ellos es una desutilidad cruzar. entre las variables flujo y compañía, la que más influye para no cruzar es flujo (vienen o no vienen vehículos), pero el caso del tiempo (voy o no voy de prisa) dicha variable influye positivamente para cruzar con luz roja.

Se estimó también, la utilidad para los individuos entre 36-48, entre 48-60 y mayor que 60, con nivel de educación básica, universitaria y técnica, dando las siguientes utilidades por indi-viduo, sin considerar el sexo, ya que en el análisis descriptivo mostraron similares comportamientos:

Tabla Nº 3. Utilidades por individuo

Tipo de Individuo Utilidad

Utilidad (edad 36-48) universitario -1,19

Utilidad (edad 36-48) básica -1,13

Utilidad (edad 36-48) técnica -1,30

Utilidad (edad 48-60) universitaria -1,48

Utilidad (edad 48-60) básica -1,42

Utilidad (edad 48-60) técnica -1,59

Utilidad (edad mayor que 60) universitaria -1,87

Utilidad (edad mayor que 60) básica -1,81

Utilidad (edad mayor que 60) técnica -1,98

Utilidad (edad menor que 36) universitaria -0,94

Utilidad (edad menor que 36) básica -0,88

Utilidad (edad menor que 36) técnica -1,05


De la Tabla nº3 como era de esperar, los individuos mayores de 60 años son los que tienen más desutilidad de atravesar con luz roja la calzada, no es así para los menores de 36 años, lo que comprueba las estadísticas del Ministerio de Salud (2003), que para el tramo etáreo que comprende los 20 a 44 años de edad en ambos sexos, los accidentes de tránsito son la principal causa de muerte.

4. CONCLUSIONES

Con el objeto de estudiar el comportamiento de los peatones, debido a que la causa más frecuente de los atropellos son: peatón cruza sorpresivamente la calzada, no respetar luz roja y disco pare, en este estudio se hizo una encuesta de Prefe-rencias Declaradas con el objeto de analizar las conductas y actitudes de estos. Una vez obtenida la información de la encuesta se hizo un análisis descriptivo, caracterizando la muestra. Luego se aplican modelos de elección discreta que representan las variables con el fin de determinar las utilidades de cruzar o no en pasos señalizados con luz roja en ciertas situaciones hipotéticas, calibrando el modelo con el software BIOgeMe.

Los parámetros obtenidos de los resultados de la función utilidad modelada, nos indican que los jóvenes son más arriesgados que las personas mayores, lo que comprueba los estudios es-tadísticos de 9 años (Montt 2006). Otro aspecto que se estudió fue que la variable tiempo que en este caso significa voy o no atrasado o de prisa, influyó positivamente para atravesar con luz roja, no así el flujo de vehículos (vienen o no vehículos) y la compañía de un menor.

Se está iniciando un estudio donde se confeccionará una en-cuesta de preferencias declaradas con diversas situaciones de riesgo, como en Xuehao et al 2004, en calles y avenidas con mayor accidentabilidad en la V región.

5. BIBLIOGRAFÍA

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APÉNDICE Nº 1

ENCUESTA DE PREFERENCIAS DECLARADAS A PEATONES

Si el semáforo se encuentra en rojo, qué haría usted de acuerdo a las siguientes situaciones:

no voy atrasado Voy atrasado o tengo prisa

Va sin la compañía de un menor Va sin la compañía de un menorVienen vehículos Vienen vehículos

atraviesa la calzada SÍ_ nO_ atraviesa la calzada SÍ_ nO_


Va sin la compañía de un menor Va sin la compañía de un menor

no vienen vehículos no vienen vehículos



Va con la compañía de un menor Va con la compañía de un menor

Vienen vehículos Vienen vehículos



Va con la compañía de un menor Va con la compañía de un menor

no vienen vehículos no vienen vehículos


1.Sexo 2. nivel educacional

a) Masculino a) Básica

b) Femenino b) Media

c) Técnico Profesional

d) Universitaria

e) Postgrado

2. Motivo del desplazamiento

a) Trabajo

b) estudio

c) Otros


RESUMEN. Debido a la limitada información disponible acerca de los detalles técnicos y al elevado costo de los sensores de nivel de líquidos que usan el principio Magnetostrictivo, se presentan los fundamentos de estos sensores, además del desarrollo y la evalua-ción de un prototipo.el fenómeno magnetostrictivo consiste en la expansión o contracción que sufren ciertos materiales al ser expuestos a un campo magnéti-co. Los sensores magnetostrictivos de nivel de líquidos se componen principalmente de una guía de ondas de material magnetostrictivo, uno o dos imanes montados en un flotador, un transductor de sonido y una etapa electrónica.Los resultados experimentales muestran que es posible realizar un sensor magnetostrictivo con materiales de bajo costo y de fácil adqui-sición, aunque la precisión todavía debe ser mejorada.Palabras clave: Magnetostricción, sensor, nivel, líquidos.

ABSTRACT. Due to the limited availability of technical information about magnetostrictive liquid level sensors, and also to the high cost of these devices, this article presents the basics of these sensors, as well as the development an evaluation of a prototype.The magnetostrictive phenomena consists of the expansion or con-traction that certain materials sustain when exposed to a magnetic field. The main parts of magnetostrictive liquid level sensors are a magnetostrictive wave guide, one or two magnets mounted on a floa-ter, a sound transducer and an electronic section.experimental results show that, while it is possible to build a mag-netostrictive sensor from low cost materials, precision requires further improvement.Keywords: Magnetostriction, sensor, level, liquid.

DESARROLLO DE UN SENSOR MAGNETOSTRICTIVODE NIVEL DE LÍQUIDOS

DEVELOPMENT OF A MAGNETOSTRICTIVE LIQUID LEVEL SENSOR

Juan Vignolo Barchiesi1, ariel Leiva López2, andrés alfaro gómez1

1 Laboratorio de Sistemas Electrónicos e Instrumentación, Escuela de Ingeniería Eléctrica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile. Email: [email protected], [email protected]

2 Grupo de Telemática, Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile. Email: [email protected]

I. INTRODUCCIÓN

La medición de nivel de líquidos es una de las variables de mayor importancia en diferentes procesos industriales, ya que permite conocer los recursos disponibles, controlar procesos de mezclas y accionar válvulas y alarmas, entre otros [1].

actualmente, existe una gran variedad de sensores para la medición de nivel de líquidos, entre los cuales se encuentran los basados en flotadores, sensores de presión, variación de resistencia, variación de capacidad, transceptores de ultraso-nido, y otros [1-7].

Sin embargo, existe un tipo de sensor que destaca por su principio de funcionamiento, el cual es poco conocido, y apli-cable en ambientes inflamables y corrosivos al no establecer contacto eléctrico con el líquido. este tipo de dispositivo se basa en la propiedad magnetostrictiva de algunos materiales, que consiste en la contracción o expansión que experimentan al ser afectados por un campo magnético variable [1-4].

en el mercado actual, diversas empresas ofrecen sensores de nivel basados en el fenómeno magnetostrictivo, pero con un cos-to relativamente elevado, del orden de varios miles de dólares. Sumado a esto, los fabricantes de este tipo de dispositivos no entregan la información técnica necesaria para poder diseñar alternativas menos costosas. Por lo tanto, resulta conveniente investigar acerca del diseño de este tipo de dispositivos para poder implementarlos a un bajo costo.

este artículo presenta la constitución y la evaluación de las etapas de sensores magnetostrictivos de nivel de líquidos, realizadas con elementos de bajo costo disponibles en el co-mercio nacional.


a continuación se presentan los principios básicos y una descripción modular del sensor, los resultados de las pruebas experimentales, y las conclusiones.

II. PRINCIPIOS BÁSICOS DEL SENSOR DE NIVEL USANDO EL PRINCIPIO MAGNETOSTRICTIVO

a continuación, se presentan los fundamentos básicos del principio de magnetostricción y su aplicación a un sensor de nivel de líquidos.

II.1. Principio magnetostrictivo

Se entiende por magnetostricción al fenómeno asociado al cambio en las dimensiones de un material ferromagnético al ser sometido a la acción de un campo magnético [4]. el prin-cipio magnetostrictivo está basado en la propiedad magneto mecánica o magneto elástica de los materiales. De esta forma, los materiales ferromagnéticos, al ser colocados en un campo magnético, sufren una distorsión en su estructura molecular que causa un cambio en sus dimensiones. este fenómeno físico se debe a la existencia de un número elevado de dipolos magnéti-cos elementales que constituyen el material ferromagnético.

existen 2 efectos asociados a la magnetostricción: Joule y Wiedemann.

el efecto Joule consiste en el aumento relativo de la longitud de una barra de material ferromagnético al ser expuesto a un campo magnético externo orientado en paralelo a la dirección longitudinal de la barra. este cambio en la longitud produce un pulso acústico el cual se propaga en el material.

La Figura 1 ilustra este efecto.

Figura 1. efecto Joule.

el efecto Wiedemann consiste en la deformación en una zona de una barra ferromagnética debido a la fuerza torsional producto de la interacción de una corriente eléctrica que transporta dicha barra y un campo magnético externo debido, por ejemplo, a un imán. La Figura 2 muestra este efecto.

Figura 2. efecto Wiedemann.

II.2. Sensor de nivel usando principio magnetostrictivo

Para construir un sensor de nivel de líquidos usando los efectos magnetostrictivos mencionados en la sección II.1, se introducen pulsos de corriente eléctrica de corta duración a través de uno de los extremos de una barra o guía de onda. La interacción entre la corriente eléctrica y el campo magnético generado por un imán montado en un flotador produce una torsión local en la posición del imán. esta torsión se traduce en la generación de un pulso torsional que viaja como una onda mecánica o sónica en ambas direcciones.

en un extremo de la barra se instala un elemento pickup o detector y en el otro extremo, un elemento damping o amor-tiguador. el detector es el encargado de captar uno de los pulsos sónicos, mientras que el amortiguador absorbe el otro pulso sónico, para prevenir interferencias por ecos.

al momento de insertar el pulso de corriente eléctrica en la guía de onda, se acciona un temporizador, el cual es detenido en el momento en el que el detector capta el pulso sónico, para así calcular la posición del imán generador del campo magnético externo.

Por lo tanto, la estructura básica de un sensor magnetostric-tivo de nivel de líquidos consta de 5 componentes:circuitos electrónicos, barra o guía de ondas, imán de posición montado en un lotador, detector y mortiguador. La Figura 3 muestra un esquema de un sensor de nivel de este tipo.

Los circuitos electrónicos constan de 2 etapas: un circuito generador de pulsos de corriente y un circuito de recepción y procesamiento. el primero es el encargado de generar pulsos de corriente, los que son transmitidos a través de la guía de onda. el segundo es el encargado de procesar la señal captada por el detector.


Figura 3. esquema de sensor magnetostrictivo de nivel de líquidos.

III. DESCRIPCIÓN MODULAR DE UN SENSOR DE NIVEL DE LÍQUIDOS DEL TIPO MAGNETOSTRICTIVO

a continuación, se muestra una descripción de cada etapa del sensor magnetostrictivo.

III.1. Circuitos electrónicos

a) Circuito generador de pulsos de corriente

Los pulsos de corriente aplicados a la guía de ondas deben ser angostos (para lograr una buena resolución en distancia) y suficientemente espaciados en el tiempo como para evitar que los ecos provocados por pulsos sucesivos se superpongan. al mismo tiempo deben ser de gran amplitud, ya que los ecos recibidos son muy débiles.

el circuito generador desarrollado, diseñado y optimizado después de una serie de pruebas, se muestra en la Figura 4. Los únicos elementos activos son un chip MC14106B (que contiene 6 inversores CMOS con histéresis) y un transistor Darlington TIP122.

el inversor U1:a genera una onda cuadrada de 10 [Hz]. La red diferenciadora C3-r5-D1 junto al inversor U1:B la con-

vierten en pulsos de 22 [μs] espaciados cada 100 [ms], que se aplican a los inversores siguientes, los cuales actúan como drivers del transistor Q1.

Figura 4. generador de pulsos.

el transistor Q1 inyecta pulsos de 10 [a] en la varilla metálica (que también se comporta como guía de ondas). a pesar de la gran magnitud de la corriente, el consumo de la fuente es de sólo 2 [ma], ya que el ciclo de trabajo es de 0.02 [%], y la energía para generar los pulsos es proporcionada por C1.

b) Circuito de recepción y procesamiento

La primera etapa del circuito de recepción se muestra en la Figura 5. este circuito amplifica 100 veces la señal del de-tector y restringe el ancho de banda para mejorar la relación señal-ruido.


Figura 5. amplificador de ecos.

La segunda etapa, mostrada en la Figura 6, es un rectificador de precisión de onda completa, cuyo objetivo es obtener la envolvente del eco recibido.

La salida del rectificador es visualizada mediante un osciloscopio para detectar y medir el tiempo de viaje de los ecos.

Figura 6. rectificador de ecos.

III.2. Guía de Onda

Los sensores comerciales utilizan la aleación ni-Span C (ní-quel, Hierro y Cromo), pero no fue posible encontrarla en el mercado nacional.

Se sometieron a prueba materiales comunes tales como cobre, bronce, aluminio, fierro y acero, con el objetivo de encontrar el material que generase el mayor eco en presencia de los imanes.

el material más conveniente resultó ser el acero inoxidable aISI 304. La guía de ondas utilizada en las pruebas finales fue un cilindro sólido de dicha aleación, de 6 [m] de largo y 5 [mm] de diámetro.

III.3. Imanes de posición

Se ensayaron imanes de diferentes tipos y formas. Los más convenientes fueron los de neodimio y forma cilíndrica, con 12 [mm] de diámetro y 6 [mm] de largo.

a pesar de su pequeño tamaño, estos imanes generan un campo de 4000 [gauss], y se requiere una fuerza mayor de 6 [kg] para separarlos. están disponibles en el mercado nacional a un costo de pocos dólares.

el montaje de los imanes se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Imanes montados en caja deslizante.

III.4. Elemento Detector

Se ensayaron bobinas, cristales piezoeléctricos y micrófonos como elementos detectores.Los mejores resultados se obtu-vieron con un micrófono electret común, del tipo usado en los computadores personales. el micrófono se adosó al costado de la varilla, cerca de un extremo.

III.5. Elemento Amortiguador

Se ensayaron diferentes tipos de elementos amortiguadores, tales como espuma y tela, pero no se obtuvieron buenos resultados. Por lo tanto, al alejar los imanes del detector, se llegaba a un punto en el que el eco principal se superponía con la primera reflexión en el extremo de la guía.


IV. RESULTADOS EXPERIMENTALES

en las Figuras 8, 9 y 10 se muestran los ecos obtenidos con los imanes posicionados a diferentes distancias del detector.

Figura 8. eco con imanes a 30 [cm] del detector.

en la Figura 8 se aprecia que la distancia mínima de medición corresponde a 30 [cm]. Para distancias menores, el eco se pierde bajo el pulso transmitido.

Figura 9. eco con imanes a 70 [cm] del detector.

a medida que los imanes se alejan del sensor, el eco se desplaza de izquierda a derecha. en la Figura 9 los imanes están a 70 [cm] del detector, y en la Figura 10, a 190 [cm].

Figura 10. eco con imanes a 1.9 [m] del detector.

en el último caso (Figura 10) se visualiza un segundo eco, proveniente de la reflexión del pulso en el otro extremo de la guía. el eco principal y la reflexión se superponen cuando los imanes se encuentran a 270 [cm] del detector.

en la Figura 11 se observa un gráfico resumen de todas las mediciones efectuadas y una recta generada mediante regre-sión lineal. Se aprecia que la relación tiempo – distancia es bastante lineal.

Figura 11. Tiempo de propagación de ecos versus distancia entre micrófono e imanes.

a partir de la pendiente de la recta, se obtiene una velocidad de propagación de 1000 [m/s], 5 veces menor que la velocidad típica del sonido en el acero. La discrepancia se debe a que la onda detectada se propaga en forma transversal, mientras que las ondas que viajan a 5000 [m/s] se propagan en forma compresional. De hecho, en las pruebas se pudo observar que el detector no captaba el eco si se posicionaba en el extremo plano del cilindro, pero sí lo hacía al colocarlo en un costado (en la superficie curva de la varilla).

en la Figura 12 se muestran los elementos utilizados en los experimentos. en la esquina superior izquierda se encuentra el protoboard con los circuitos electrónicos, y en la esquina inferior derecha la caja con los imanes que se desliza a lo largo de la varilla de acero.

Figura 12. Montaje experimental.


en la Figura 13 se observa el protoboard y el detector adosado a la varilla de acero.

Figura 13. Protoboard y detector.

V. CONCLUSIONES

Se desarrolló un prototipo de un sensor de nivel de líquidos magnetostrictivo utilizando materiales de bajo costo disponibles en el mercado nacional.

Se realizaron múltiples pruebas hasta encontrar una combina-ción funcional de guía de onda, imanes y elemento sensor.

Las evaluaciones mostraron que el sensor entregaba una res-puesta lineal y repetible.

Queda sin embargo bastante trabajo antes de poder considerar al sensor desarrollado como un elemento capaz de realizar mediciones precisas en forma automática.

el ancho de banda del detector utilizado (micrófono electret) es insuficiente, lo que genera un eco de gran duración y limita la resolución en la medición de distancia. Probablemente se puede mejorar la resolución reemplazando el micrófono por un transductor piezoeléctrico de banda ancha.

La reflexión en el extremo de la varilla limita el rango de medición a la mitad de la longitud de la guía de ondas. este problema debiera resolverse con un elemento capaz de absorber el sonido.

Finalmente, debiera desarrollarse un circuito o algoritmo capaz de calcular la distancia en forma automática.

Se espera solucionar estos problemas en un proyecto futuro.

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BIOGRAFÍAS

Juan Vignolo Barchiesi. Ingeniero electrónico, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Master of Science, Mas-sachusetts Institute of Technology. académico de la escuela de Ingeniería eléctrica de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile. Profesor encargado del LaBSeI, www.labsei.ucv.cl.

Ariel Leiva López. Ingeniero Civil electrónico y Magíster en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería eléctrica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile. Candidato al grado de Doctor en Ingeniería electrónica en la Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile.

Andrés Alfaro Gómez. Ingeniero electrónico, Pontificia Uni-versidad Católica de Valparaíso, Chile.


RESUMEN. En este artículo se analiza el potencial beneficio, en térmi-nos de probabilidad de bloqueo, de contar con estrategias de toleran-cia a fallas en redes WDM dinámicas extremo-a-extremo ante escena-rios de cortes de cable de fibra óptica. Para esto, mediante simulación, se compara el impacto que el corte de un cable tiene en la probabilidad de bloqueo de una red que no cuenta con esquemas de ruteamiento especialmente diseñados para proveer tolerancia a fallas y una que utiliza un esquema de protección de trayecto compartida. Los resultados obtenidos muestran que cuando ocurre una falla, una red con ruteamiento alternado obtiene una probabilidad de bloqueo menor que una red con un esquema de protección por trayecto com-partido equipada con igual capacidad. esperamos que estos resultados sean de utilidad para los operadores de las futuras redes dinámicas en la toma de decisión respecto de cómo implementar mecanismos de tolerancia a fallas en las redes.Palabras clave: redes ópticas dinámicas, tolerancia a fallas, proba-bilidad de bloqueo.

ABSTRACT. The potential benefits, in terms of blocking probability, of using protection fault-tolerant mechanisms in dynamic WDM networks under single link failures is studied. To do so, the impact that a single cable cut has on the blocking probability of a network not especially designed for fault-tolerance is compared, by means of simulation, to that of a fault-tolerant network using shared path protection.results show that, when a single link cut occurs, a network operating with alternated routing obtains a lower blocking probability than a sha-red path-protected one equipped with the same capacity.We expect these results will help network operators of future dynamic networks in the decision making of implementing fault-tolerant capabi-lities in their networks.Keywords: Dynamic optical networks, fault tolerance, blocking pro-bability.

ESTUDIO DE LA PROBABILIDAD DE BLOQUEO EN REDES ÓPTICAS WDM DINÁMICAS EXTREMO-A-EXTREMO BAJO CONDICIONES DE FALLA

BLOCKING PROBABILITY EVALUATION OF DYNAMIC END-TO-END OPTICAL WDM NETWORKSUNDER SINGLE CABLE FAILURE SCENARIOS

a. Leiva1,2, P. ríos1, F. Pinilla1, a. Beghelli2,3, r. Villarroel1 y g. Fernández1. 1 Grupo de Telecomunicaciones, Escuela de Ingeniería Eléctrica,

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV), Chile. 2 Grupo de Telemática, Departamento de Ingeniería Electrónica,

Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM), Valparaíso, Chile.3 Electronic & Electrical Engineering Department,

University College London (UCL), Londres, Inglaterra.

I. INTRODUCCIÓN

Con capacidades de transmisión de hasta 17 Tbps [1], hoy en día las redes ópticas WDM (Wavelength Division Multiplexing) son la opción tecnológica más adecuada para satisfacer la cre-ciente demanda de tráfico de datos de las redes de transporte. Las redes ópticas WDM consisten de un grupo de equipos de red (también llamados nodos de la red) interconectados a través de enlaces de fibra óptica. en cada fibra es posible transmitir de manera simultánea diferentes señales utilizando distintas lon-gitudes de onda. Cada nodo está compuesto de conmutadores ópticos y un conjunto de transmisores/receptores. estos nodos son los encargados de conmutar las señales de las longitudes de onda entrantes al enlace de salida apropiado [2]. actualmente, es posible transmitir hasta 161 señales o longitudes de onda simultáneamente [1].

Hoy en día, las redes WDM operan de manera estática. esto es, las conexiones entre cada par de nodos de la red se establecen permanentemente, en escalas de tiempo de días a años [2]. este tipo de operación puede resultar en un uso ineficiente de los recursos, debido a que éstos permanecen asignados incluso cuando no se utilizan para transmitir información [3]. Dados los bajos niveles de utilización de las redes observados en la prác-tica [4], la operación estática puede resultar en un exceso de recursos ociosos, incrementando el costo total de la red.

Para solucionar la potencial ineficiencia de la operación estática, se han elaborado propuestas de redes WDM dinámicas en las que las conexiones se establecen bajo demanda y los recursos asignados se liberan cuando termina el envío de información. Las propuestas más estudiadas han sido OPS (Optical Packet Switching [5]), que imita la operación de una red convencional


de conmutación de paquetes; OBS (Optical Burst Switching [6]) y Wr-OBS (Wavelength routed OBS [7]) los que realizan una agregación de paquetes en una ráfaga antes de efectuar la transmisión; y OCS (Optical Circuit Switching [8]), que reserva recursos extremo a extremo para transmitir los paquetes de una conexión. estas redes reservan recursos para las conexiones usando una de dos modalidades: salto-a-salto o extremo-a-extremo. en los esquemas de reservación de recursos salto-a-salto (utilizados por las arquitecturas OPS y OBS), los recursos requeridos por la conexión se solicitan en la medida que la unidad de información correspondiente (paquete o ráfaga) va viajando a través de la red. este modo de operar no garantiza que los recursos sean reservados de fuente a destino por lo que la unidad de información podría ser descartada en cualquier nodo intermedio del camino hacia el destino debido a la falta de longitudes de onda disponibles [6]. en cambio, en redes con re-servación extremo- a- extremo (OCS y Wr-OBS), la información a transmitir es ingresada en la red sólo después que el nodo emisor haya recibido una confirmación de la reservación de los recursos en todos los enlaces y conmutadores de la ruta. en [9], se ha demostrado que la operación extremo-a-extremo resulta en una probabilidad de pérdida de información menor que la reservación salto-a salto. Por lo tanto, este artículo se focaliza en redes WDM dinámicas extremo a extremo.

Debido a que las redes ópticas sufren fallas con mucha frecuen-cia [10], el diseño de las actuales redes WDM estáticas debe considerar capacidad adicional para proveer tolerancia a fallas [10-13] (mediante esquemas de protección o restauración). Para el caso de redes WDM dinámicas, la asignación on-line podría permitir utilizar recursos ociosos en sectores poco utilizados de la red para cursar las conexiones afectadas por una falla, sin necesidad de proveer capacidad adicional significativa.

Se han propuesto variados esquemas de tolerancia a fallas para redes WDM dinámicas extremo-a-extremo, entre los que se cuentan algoritmos de asignación de caminos ópticos para protección compartida, restauración y señalización ante esce-narios de fallas [14-17]. Todos ellos se concentran en comparar la probabilidad de bloqueo entre diferentes mecanismos de tolerancia a fallas para identificar al que obtiene el mejor rendi-miento. Sin embargo, ninguno de estos trabajos ha evaluado el impacto en la calidad de servicio ofrecida al usuario (en términos de la probabilidad de bloqueo) de migrar desde un servicio de ruteamiento que no ha sido originalmente diseñado para proveer tolerancia a fallas a un servicio con esta propiedad utilizando mecanismos de protección.

en este artículo, se cuantifica la probabilidad de bloqueo que experimentan las redes WDM dinámicas extremo-a-extremo con y sin esquemas de ruteo destinados a proveer tolerancia a fallas por cortes de fibra. Para esto, primero se evalúa la probabilidad de bloqueo de ambas redes bajo estudio (con y sin tolerancia a fallas) suponiendo que no ocurren fallas. Luego, se evalúa la

probabilidad de bloqueo que experimentan estas redes durante el tiempo en que ellas se encuentran afectadas por un corte en un único cable de fibra óptica. este tiempo, denotado MTTr: Mean Time To Repair, dura en promedio 12 horas, aproxima-damente [10].

en este artículo nos enfocamos en este tipo de fallas (un corte de un cable), ya que es el que más frecuentemente afecta las redes WDM actualmente instaladas: de acuerdo a estadísticas de Telcordia [10], una red con un longitud total de cables de 25000 km tiene como promedio un corte de cable cada 5 días. Por lo tanto, es fundamental diseñar redes que sean capaces de mantener una calidad de servicio aceptable durante el período de activación de este tipo de falla.

La organización de este artículo es la siguiente: la sección II describe la arquitectura de red WDM dinámica junto con los al-goritmos de asignación de recursos utilizados así como también los modelos de red, tráfico y fallas considerados; la sección III describe el algoritmo de simulación utilizado para obtener la probabilidad de bloqueo ante escenarios de corte único de cable de fibras ópticas; la sección IV describe los resultados de simu-lación para evaluar la probabilidad de bloqueo de 2 topologías de red ante escenarios de corte de cable de fibras ópticas; y la sección V presenta las conclusiones.

II. ARQUITECTURA DE RED WDM DINÁMICA, EL MODELO DE RED, DE TRÁFICO, FALLA Y ALGORITMOS DE ASIGNACIÓN DE RUTAS Y LONGITUDES DE ONDA.

Arquitectura de red WDM dinámica:

en este artículo, la arquitectura de red utilizada ocupa un meca-nismo de reservación de recursos extremo a extremo (ejemplos: Wr-OBS [7] y OCS [8]). en este tipo de redes, los paquetes electrónicos que llegan a los nodos de frontera de la red óptica son almacenados en buffers de acuerdo al destino de cada uno. Después que se cumple alguna condición (por ejemplo: un determinado tiempo o número de paquetes acumulados), un paquete de control es enviado a la red óptica para reservar recursos extremo a extremo. Si existen recursos disponibles, se configuran los nodos de la red para establecer la nueva co-nexión. Si los recursos no pueden ser reservados desde el nodo emisor al receptor, la conexión es bloqueada y los paquetes o ráfagas de información, descartados. Suponemos que la red no posee la propiedad de conversión de longitud de onda en sus nodos, debido a que esta tecnología no se encuentra madura en el dominio óptico.

Modelo de red:

La red es representada por un grafo G = (N,L), donde N es el conjunto de nodos y L es el conjunto de enlaces unidirecciona-les. Suponemos una red monofibra; es decir, entre cada par de


nodos adyacentes existe un cable α Є A (conjunto de cables) compuesto de 2 enlaces unidireccionales (fibras ópticas): uno en cada dirección. La capacidad del enlace l Є L (en número de longitudes de onda), se representa por Wl, igual para todos los enlaces (dimensionamiento homogéneo). La cardinalidad de un conjunto X se denota X.

Modelo de tráfico:

Suponemos que el tráfico de la red corresponde a un modelo On-OFF [18]. Durante el período On, el nodo emisor transmite a la máxima tasa de transmisión digital de un canal o longitud de onda. Durante el período OFF, el nodo emisor no envía pa-quetes a la red óptica. Los valores medios de los períodos On y OFF se denotan como tOn y tOFF, respectivamente. La carga de tráfico ofrecida por cada conexión entre par de nodos i-j de la red es:ρij=ton /(ton + toff). en este artículo se supone que cada conexión tiene el mismo (tráfico uniforme).

Modelo de Falla:

Se supone que a lo más puede ocurrir un único corte de cable en la red en un instante dado. esta suposición está basada en el uso de estadísticas de Telcordia [10] aplicadas a las expre-siones de disponibilidad de [19], resultando que la probabilidad de ocurrencia de una falla simple de cable (~10-2) es un orden de magnitud mayor a múltiples cortes simultáneos de cables de fibra óptica (~10-3).

Debido a que en este caso un cable está compuesto por dos fibras o enlaces unidireccionales l, el corte de un cable afecta a las dos fibras contenidas en dicho cable α Є A y a todas las conexiones que tienen sus rutas a través de esos enlaces.

Algoritmos de asignación de rutas y longitudes de onda:

La familia de algoritmos de asignación de recursos no orienta-dos a tolerancia a falla utilizados en este artículo son k-SP-FF (Shortest-Path First Fit: ruteamiento alternado que utiliza las primeras k rutas más cortas y algoritmo de asignación de longitud de onda que asigna la longitud de onda disponible que tenga el identificador menor, para más detalles ver [20]) con k desde 1 a 3. en este artículo se supone que las k rutas son disjuntas entre sí. Una conexión se bloquea si no existen recursos disponibles (es decir, si no existe al menos una misma longitud de onda disponible en cada uno de los enlaces que componen la ruta de fuente a destino) en ninguna de las k rutas correspondientes.

en caso de una falla de cable, ésta afectará a todas las conexio-nes cuya késima ruta alternativa incluya al cable afectado por un corte; lo que disminuirá la probabilidad de establecer dichas conexiones.

Para analizar la conveniencia de la introducción de esquemas de ruteamiento con provisión de tolerancia a fallas en redes

WDM dinámicas, se utiliza un esquema de ruteamiento del tipo protección compartida por trayecto propuesto en [21]. Se utiliza este tipo de mecanismo de tolerancia a fallas, debido a que es la técnica más utilizada y menos compleja a implementar [10]. este esquema consta de L/2+1 tablas de ruteo distintas, donde L/2 es el número de enlaces bidireccionales o cables que unen dos nodos de una red. Cada tabla de ruteo número α (1 ≤ a ≤ L/2), identifica la ruta a usar por cada una de las conexiones en caso que falle el cable α. en este artículo, este camino corresponde al camino más corto (SP) entre todos los nodos fuente-destino que no incluye el cable afectado por el corte. La tabla de ruteo L/2+1 corresponde a la tabla de ruteo para el caso de operación normal de la red (sin fallas).

III. EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDAD DE BLOQUEO DE REDES WDM DINÁMICAS

Para evaluar la probabilidad de bloqueo de redes WDM diná-micas en escenarios con y sin falla de cable de fibra óptica, se desarrolló un simulador en C++.

Para el caso en que la red es afectada por un corte de cable de fibra óptica, se determinó la probabilidad de bloqueo durante el tiempo que ocurre una falla de cable (MTTr). Para ello, primero se simula la ocurrencia de una falla (eliminando el cable afectado por el corte de la topología de la red) y luego se simula el fun-cionamiento de la red (generación y atención de solicitudes de conexión) hasta alcanzar un estado de operación estacionaria. a partir de ese momento, se comienza a registrar la estadística de las peticiones de conexión bloqueadas y totales.

Para el caso de una red no afecta a cortes de cable, el primer paso del proceso de simulación recién descrito (eliminar un cable de la topología) no se ejecuta.

en la simulación, la duración de los períodos On y OFF se modela con una distribución de probabilidad exponencial de parámetros t0n y tOFF, respectivamente. Para cumplir con el criterio de eficiencia de redes extremo-a-extremo [7], el valor de t0n para nSFnet y eOn es de 25 ms y 10 ms, respectivamente.

Para un valor determinado de número de longitudes de onda por enlace Wl y de carga de tráfico ρ, se obtienen las estadís-ticas para obtener la probabilidad de bloqueo para los distintos esquemas de asignación de caminos ópticos en escenarios con y sin falla.

Para un valor determinado de longitudes de onda por enlace Wl, el algoritmo de simulación utilizado es el siguiente:

- Para cada valor de carga de tráfico ρ:

♦ Para cada caso, sin y con falla de cable α Є A :l eliminar de la topología física los enlaces afectados por la

falla de cable α Є A. en el caso sin falla, se debe pasar al siguiente punto sin alterar la topología física.


l Para cada petición de conexión entre par de nodos:

Determinar si existen recursos disponibles (longitudes de onda) en la ruta entre los nodos fuente-destino, de acuerdo al algoritmo de asignación de caminos ópticos utilizado.

Si existen recursos disponibles, establecer la co-nexión y declarar como no disponibles los recursos asignados (longitudes de onda) en la ruta estable-cida.

Si no existen recursos disponibles, declarar la co-nexión como bloqueada.

l Para cada desconexión entre par de nodos:l Liberar los recursos ocupados de la ruta establecida por la

conexión.l Determinar la probabilidad de bloqueo por conexión para

este caso y restablecer la topología física original de la red. estas estadísticas deben obtenerse cuando la red se encuentre en un estado de operación estacionaria.

♦ Obtener la probabilidad de bloqueo promedio de la red bajo condición de falla, correspondiente al promedio de las probabi-lidades de bloqueo de todas las conexiones, considerando los a casos de falla. el mismo procedimiento debe realizarse para el caso de red sin fallas.

IV. RESULTADOS

el proceso de simulación para obtener la probabilidad de blo-queo de la red promedio descrito en la sección III, se aplicó a dos topologías de red existentes: nSFnet (n=14 y L=42) y eOn (n=20 y L=78). La Figura 1 muestra estas topologías.

(a)

(b)

Figura 1. Topología física de (a) nSFnet y de (b) eOn, respectivamente.

Las Figuras 2 a la 5 muestran la probabilidad de bloqueo promedio de las conexiones en función de la carga de tráfico ante escenarios sin y con fallas para los distintos esquemas de asignación de rutas y longitudes de onda aplicados a las topologías nSFnet y eOn. De las Figuras 2 a la 5, se puede apreciar que:l a medida que aumenta la carga de tráfico, la probabilidad

de bloqueo aumenta en ambas redes para todos los tipos de asignación de caminos ópticos utilizados sin y con escena-rios de falla. esto sucede porque al aumentar la utilización de los enlaces (una mayor carga de tráfico), aumenta la probabilidad de no poder establecer una conexión dada una capacidad fija.

l Para un valor de carga de tráfico dado, el valor de la pro-babilidad de bloqueo disminuye al aumentar Wl en ambas redes para todos los tipos de asignación de caminos ópticos utilizados con y sin escenarios de falla. esto se debe a que al aumentar la capacidad de los enlaces descongestiona la utilización de estos mismos.

l Dentro de los algoritmos de asignación de rutas y longitudes de onda utilizados no orientados a proveer tolerancia a fallas (k-SP-FF), el mejor desempeño (probabilidad de bloqueo) lo obtiene 3-SP-FF. esto se debe a que posee un mayor número de rutas alternativas en caso de fallar la conexión por falla de cable o porque no se cuentan con longitudes de onda disponibles en alguna de las rutas candidatas.

l el esquema de protección compartida por trayecto posee un desempeño similar al SP-FF en el caso sin falla. esto se debe a que ambos esquemas solo poseen una tabla de ruteo con una ruta. en caso de falla, el esquema de protec-ción se acerca al desempeño de 2-SP-FF. esto se debe a que cuando ocurre una falla, el esquema de ruteo 2SP-FF se transforma en un esquema SP-FF, pero sólo para las conexiones afectadas.

0

1

2

3

4

5

6

7 8

9

10

13

11

12

0 1

2

3

4

5 7

8

9

10

16

18

14

15

13 17

11

1219

6


l el peor desempeño lo obtiene el esquema SP-FF. esto se debe a que en caso de falla de cable, hay conexiones que se bloquean en todo momento porque su única ruta candidata no se encuentra disponible debido a la falla.

Figura 2. Probabilidad de bloqueo de la red nSFnet en función de la carga de tráfico obtenida ante escenarios libre de falla para distintos esquemas de asignación de rutas y

longitudes de onda (SP-FF, 2-SP-FF, 3-SP-FF) y un esquema de protección compartida por trayecto para distintos valores de Wl

correspondientes a (a) 4, (b) 8 y (c) 12 longitudes de onda.

Figura 3. Probabilidad de bloqueo de la red nSFnet en función de la carga de tráfico ante escenarios de falla para distintos

esquemas de asignación de rutas y longitudes de onda (SP-FF, 2-SP-FF, 3-SP-FF) y un esquema de protección compartida por

trayecto para distintos valores de Wl correspondientes a (a) 4, (b) 8 y (c) 12 longitudes de onda.


Figura 4. Probabilidad de bloqueo de la red eOn en función de la carga de tráfico ante escenarios libre de falla para distintos

esquemas de asignación de rutas y longitudes de onda (SP-FF, 2-SP-FF, 3-SP-FF) y un esquema de protección compartida por

trayecto para distintos valores de Wl correspondientes a (a) 4, (b) 8 y (c) 12 longitudes de onda.

Figura 5. Probabilidad de bloqueo de la eOn en función de la carga de tráfico obtenida ante escenarios de falla de cable para distintos esquemas de asignación de rutas y longitudes

de onda (SP-FF, 2-SP-FF, 3-SP-FF) y un esquema de protección compartida por trayecto para distintos valores de Wl

correspondientes a (a) 4, (b) 8 y (c) 12 longitudes de onda.


en caso de falla, los esquemas k-SP-FF se transforman en (k-1)-SP-FF para las conexiones que tienen alguna ruta alter-nativa compuesta por el enlace afectado por la falla. es por esta razón que el desempeño de esquemas (k-1)-SP-FF en un escenario sin falla es similar a un esquema k-SP-FF en un escenario con falla.

en base a los resultados obtenidos es posible concluir que en redes equipadas con la misma capacidad, un algoritmo que opera con ruteamiento alternado (2 ó más rutas) obtiene una probabilidad de bloqueo menor o igual que un mecanismo de protección por trayecto compartido.

esta es la primera vez que se compara el desempeño, en térmi-nos de la probabilidad de bloqueo, de esquemas de asignación de rutas y longitudes de onda no orientados a proveer tolerancia a falla comparados con un esquema de protección compartida por trayecto en escenarios de corte de cable de fibra óptica.

V. CONCLUSIONES

en este artículo se comparó el desempeño, en términos de probabilidad de bloqueo, de distintos esquemas de asignación de rutas y longitud de onda en redes WDM dinámicas extremo-a-extremo ante escenarios de cortes de cable. Mediante simula-ción, se obtuvo la probabilidad de bloqueo de esquemas k-SP-FF no orientados a proveer tolerancia a fallas y un esquema de protección compartida por trayecto.

Los resultados obtenidos muestran que el esquema 3-SP-FF obtiene una menor probabilidad de bloqueo para el caso con y sin corte de cable de fibra óptica, incluso comparado con el esquema de protección compartida por trayecto.

Para ampliar los alcances de este estudio, investigaciones futuras deben incluir escenarios de múltiples fallas y esquemas de restauración para proveer tolerancia a fallas.

VI. REFERENCIAS

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VII. BIOGRAFÍAS

Ariel Leiva L. ([email protected]) es Ingeniero Civil elec-trónico (PUCV, 2003), y Magíster en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería eléctrica (PUCV, 2007). actualmen-te es candidato al grado de Doctor en Ingeniería electrónica (UTFSM).

Alejandra Beghelli Z. ([email protected]) es In-geniero Civil electrónico (USM, 1996), Magíster en Ciencias de la Ingeniería electrónica (USM, 2001) y PhD en Ingeniería electrónica (Universidad de Londres, 2006). actualmente es académica del Departamento de electrónica de la USM.

Patricio Ríos L. ([email protected]) es egresado de la carrera de Ingeniería Civil electrónica (PUCV).

Felipe Pinilla G. ([email protected]) es egresado de la carrera de Ingeniería Civil electrónica (PUCV).

Raimundo Villarroel V. ([email protected]) Ingeniero electrónico P.U.C.V., M.e.e. rensselaer Polytechnic Inst.; Profesor Titular de la escuela de Ingeniería eléctrica de la PUCV. Miembro del grupo de Telecomunicaciones de dicha escuela.

Guillermo Fernández S. ([email protected]) Ingeniero electró-nico PUCV, M.e FaU-USa; Ph.DSc. UnICaMP.SP.Br; Profesor Titular escuela de Ingeniería eléctrica, Facultad de Ingeniería. PUCV.


RESUMEN. Las tormentas geomagnéticas afectan desde hace unos 160 años distintos tipos de sistemas eléctricos y de comunicaciones, el primero de ellos fue detectado en 1848 por Barlow [1]. en este tra-bajo se muestra un informe acerca de la detección de corrientes telú-ricas causantes de inconvenientes en sistemas tecnológicos (durante los últimos 20 años) y se analiza también, el caso particular registrado a una latitud de 33º 35´S en el gasoducto centro-oeste de la república de argentina.Palabras clave: Corrientes telúricas; disturbios geomagnéticos; con-ductores; tuberías.

ABSTRACT. geomagnetic disturbances have affected the electrical and communication systems for about 160 years. The effect was first detected by Barlow [1] in 1848. These effects have caused abnormal blockages in electrical systems. This work shows a report of the telluric currents during the past 20 years and discusses the case registered at latitude 33º 35'S in the pipeline Midwest of the republic of argentina.Keywords: Telluric currents; geomagnetic disturbances; conductors; pipelines.

GASODUCTO CENTRO-OESTE ARGENTINO: LAS CORRIENTES TELÚRICAS

GEOMAGNETIC EFFECTS ON THE CENTER-WEST ARGENTINA PIPELINE

Patricia a. Larocca1, 2 y Virginia M. Silbergleit1, 2, 3

1Instituto de Geodesia y Geofísica Aplicadas, Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires. República de Argentina2Instituto de Tecnología en Ciencias de la Ingeniería. Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires. República de Argentina,

[email protected] - [email protected]. República de Argentina

INTRODUCCIÓN

el campo magnético terrestre varía continuamente en forma rápida (fracciones de segundos) y lenta (millones de años). Los cambios más rápidos se originan principalmente por la influencia del sol.

Las corrientes a nivel superficie causan un campo geoelectro-magnético secundario que contribuye al campo magnético total. este fenómeno se llama inducción geomagnética.

La magnitud del campo geoeléctrico durante una tormenta mag-nética varía típicamente entre 0.1 y 1 V/km. Para conductores extensos y de baja resistencia en tanto que las corrientes induci-das pueden exceder los 100 a [2]. La severidad de estos efectos depende de la intensidad de la perturbación, de su proximidad a la zona auroral, de su orientación y de la conductividad de la tierra bajo el gasoducto.

Los efectos de corrientes telúricas se han observado en alas-ka [3],[4], Canadá [5],[6] noruega [7],[8], australia [9], nueva Zelanda [10],[11], estados Unidos [12], argentina [13] y África [14], [15].

Durante los últimos 20 años se han reportado los siguientes efectos en períodos de tormentas geomagnéticas intensas:

1986 Durante la construcción del gasoducto Centro-Oeste (argentina) se detectaron diferencias de potencial Tierra-red mayores de 5 V [13].

1987 Se observaron variaciones de potencial en un gasoducto de la empresa TransCanadá (Canadá) coincidentes con períodos de tormentas magnéticas [8].


1987 Del mismo modo se registraron variaciones de potencial en el gasoducto que une Kalsto con Kerso en noruega [16].

1989 Se produjo el apagón en Québec (por 9 horas) que afectó los sistemas eléctricos en el norte de los ee.UU. incluyendo quema de transformadores [17]. También, cinco líneas de 130KV sufrieron inconvenientes en Suecia [18].

1990 Se detectaron daños en los transformadores de los servi-cios públicos de electricidad y gas (Canadá) [19].

1991 nueve líneas de 220 kilovoltios y de un transformador fueron afectados en Suecia [18]. en la transmisión eléctrica Quebec-nueva de Inglaterra los sistemas también fueron afec-tados [20]. También algunos efectos pequeños se observaron en sistemas de transmisión eléctrica en estados Unidos.

1992 Sufrieron daños gasoductos y centrales eléctricas en Hudson [19].

1994 Se midieron altas corrientes inducidas en los sistemas eléctricos de transmisión de Québec, Canadá [21].

1999 el gasoducto situado en el sur de Finlandia que transporta gas desde rusia mostró variaciones de corrientes de hasta10 amperes [22].

2000 Se midieron corrientes inducidas en el sistema eléctrico de transmisión de Québec [23].

2000 Del 6 al 7 de abril se detectaron variaciones significativas del potencial en un gasoducto alemán [24].

2003 Se observaron daños por corrosión en el gasoducto de Québec disminuyendo su vida útil de 20-30 años a 5 años [2].

2003 Se anuló el suministro de energía eléctrica el 30 de octubre en Suecia [25].

2004 el 31 de octubre, en el gasoducto de TransCanadá se de-tectaron corrientes inducidas de 100 a asociadas con el período de tormentas denominado de Halloween [26].

POTENCIALES ANÓMALOS (PA)

Los campos eléctricos inducidos producen corrientes a nivel de la superficie terrestre.

es posible aplicar el método de transmisión eléctrica [27] para estimar la respuesta de una tubería a un campo eléctrico indu-cido. Mediante este modelo se representa el diseño de la red a través de un circuito eléctrico [26].

GASODUCTO CENTRO-OESTE

Durante la construcción del gasoducto Centro-Oeste en la ar-gentina, se detectaron variaciones de potencial (Pa) mayores a 5V. esta red de gas tiene 2078 kilómetros de largo con un diámetro de 76 centímetros.

Lleva el fluido desde la cuenca neuquina a los diversos centros de consumo de Buenos aires (Fig. 1).

Las diferencias de potencial (Pa) se detectaron en la zona

Figura 1. Mapa del gasoducto Centro Oeste (gentileza Tgn página web).


situada entre Mercedes (San Luis) y La Carlota (Córdoba). Las variaciones de Pa se midieron, a intervalos de 2 minutos, usando un voltímetro conectado en un poste de prueba a lo largo de la tubería a distancias de aproximadamente en 1 km.

Se colocó un electrodo de referencia de Cu/CuSO4 en el suelo circundante. Los resultados de las mediciones se muestran en la tabla 1, [13]. Se pudo observar que ocurrió una perturbación geomagnética entre las 14:00 UT y 18:00 UT del 1º de sep-tiembre de 1987.

Se estima que se produjeron corrientes inducidas de hasta 6 a en ausencia del control anticorrosivo.

Tabla 1. Datos observados el 1 de septiembre 1987. Los valores de Pa se midieron en el poste número 11.

Tiempo (minutos) Pa (milivoltio) Tiempo (minutos) Pa (milivoltio)

0 -741,2 135 -881,415 -711,3 150 -1518,630 -651,9 165 -395,245 -711,3 180 -481,460 -651,1 195 -50275 -681,4 210 -531,290 -771,1 225 -502105 -841,2 240 -501,8120 -920,6

Tabla 2. Datos correspondientes a las dimensiones del gasoducto utilizados para el modelado.

Tamaño de la tubería

Características electromagnéticas

radio externo 0.380 m resistencia del acero

2 10-6 ohm.m

radio interno 0.370 m resistencia de un metro cuadrado de capa

1,56 105 ohmio

espesor del recubrimiento

0.00025m resistencia de un caño de 1 metro de longitud

8.410-6 ohmio

CORRIENTES INDUCIDAS GEOMAGNÉTICAMENTE

Para calcular el campo eléctrico inducido en la superficie terrestre debido a variaciones del campo geomagnético, se representó el campo magnético como una onda plana uniforme que incide verticalmente en la Tierra, que se consideró plana y formada por capas de diferentes conductividades. este mo-delo unidimensional de Tierra nos permitió calcular el campo geoeléctrico resultante. además se usó el campo magnético registrado en el lugar. Se observó una buena correlación entre

el campo eléctrico calculado y las variaciones de potencial suelo-gasoducto. (Fig. 2).

Para modelar el Pa se consideraron campos geomagnéticos y geoeléctricos uniformes en la tubería, equivalentes al del suelo que la rodea [28], [29], [30]. Para describir efectos telúricos se usó el modelo de líneas de transmisión eléctrica que permite representar la red de gas como un circuito eléctrico (datos de ca-ñería en Tabla 2) observándose una buena correlación entre las diferencias de potenciales suelo-caño medidas y calculadas.

Las corrientes medidas y calculadas se comparan en la Fig. 3 observándose una buena correlación entre las mismas.

Figura 2. Comparación del campo eléctrico calculado y el potencial caño suelo medido en la cañería.

Figura 3. Comparación entre las corrientes medidas en el puesto de control 11 y la calculada con el modelo.


CONCLUSIÓN

Muchos sistemas de infraestructura tecnológicas son afectados durante perturbaciones magnéticas. en este trabajo se presen-taron algunos de estos efectos anómalos observados en los últimos 20 años.

Las mediciones correspondientes al 1º de septiembre de 1987 corresponden a un día considerado geomagnéticamente tran-quilo. entre las causas que intensifican la aparición de corrien-tes telúricas se cuentan las zonas de discontinuidades en las características tectónicas del suelo, este efecto se observó en el gasoducto Centro Oeste debido a una estructura resistiva existente debajo del puesto de control 11.

RECONOCIMIENTOS

este trabajo fue parcialmente financiado a través de los pro-yectos PIP In18/08, UBaCYT y PIP 6540/05 del COnICeT de la argentina.

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BIOGRAFÍA BREVE DE LOS AUTORES:

Dra. Virginia Mabel Silbergleit

- Licenciada en Ciencias Físicas, graduada en la Facultad de Ciencias exactas y naturales (U.B.a.). - Doctora en Ciencias Físicas graduada en la Facultad de Ciencias exactas y naturales (U.B.a.) - Investigadora Principal en el COnICeT. - Profesora titular regular en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos aires. - Co-directora externa del Programa de Maestrías en geofísica espacial del Instituto de Investigaciones espaciales de Brasil (InPe). - Vice directora del Instituto de geodesia y geofísica aplicadas de la Facultad de Ingeniería de la Univer-sidad de Buenos aires Durante la trayectoria profesional se han realizado trabajos en Física nuclear y en geofísica, registrando un elevado número de presentaciones en Congresos de la especialidad y publicaciones internacionales en revistas de pri-mer nivel. - Directora de proyectos de investigación UBaCYT y COnICeT. - Directora de tesis de grado, postgrado y doctorado en la UBa. - Ha realizado visitas científicas a centros de investi-gación del exterior (Brasil, Japón). - Miembro de Comités Orga-nizadores de reuniones Científicas. - Miembro de Comisiones evaluadoras (UBa y COnICeT) y jurado de concursos - arbitro de publicaciones internacionales en temas de su especialidad.

Patricia Alejandra Larocca

Títulos: - Licenciada en Ciencias Físicas, graduada en la Facul-tad de Ciencias exactas y naturales (U.B.a.) noviembre 1991. - Doctora de la Universidad de Buenos aires, área Ingeniería, (U.B.a.) julio de 2007.aCTIVIDaDeS: 1. Profesora adjunta en la Facultad de Inge-niería de la Universidad de Buenos aires. 2. Investigadora en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos aires, dedicación exclusiva. 3. Durante su trayectoria profesional ha realizado trabajos en Óptica y en geofísica, registrando múltiples presentaciones en Congresos de la especialidad y publicacio-nes internacionales en revistas de primer nivel. 4. Miembro del Consejo asesor del Instituto de geodesia y geofísica aplicadas de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos aires. 5. Ha realizado visitas científicas a centros de investigación del exterior (Canadá). 6. Árbitro de publicaciones internacionales en temas de su especialidad.


RESUMEN. en el Instituto Politécnico nacional (IPn) se lleva a cabo la evaluación y la acreditación de sus carreras profesionales por medio de los organismos acreditadores registrados por el Consejo nacional para la acreditación de la educación Superior (COPaeS) los cuales determinan las condiciones en que se llevan a cabo las actividades académicas y administrativas que ofrecen a los estudiantes de los programas de estudio la UPIICSa. es de notar, contó con el primer programa acreditado en el país, el cual dio pie a continuar con esta tarea en toda la institución.aunque siempre ha habido una relación directa entre la calidad de la educación y el desarrollo de las sociedades en el mundo intensamente competitivo del siglo XXI, esta ecuación cobra mayor validez: sólo la educación de alta calidad puede dar una preparación efectiva a los es-tudiantes para que respondan a las exigencias del aparato productivo en acelerado proceso de transformación y desarrollen sus potenciali-dades humanas en el mundo abierto del siglo XXI.Palabras clave: acreditación, IPn, educación, estudiantes, alta cali-dad.

ABSTRACT. at the national Polytechnic Institute(IPn), the evaluation and accreditation of its majors is being carried out, through the accredi-ting organisms registered by the national Council for the Superior edu-cation accreditation (COPaeS) that determine the conditions in which the academic and administrative activities offered to students within the study programs are carried out, as for UPIICSa it is important to highlight that it has the first program accredited in the country, which allowed the continuation of this task throughout the institution.although there has always been a direct relationship between quality of education and the development of the societies in the intensively competitive world of the XXI century, this equation gets more validity: only high quality education can provide an effective preparation so that students cope with the demands of the productive apparatus in the fast development project; likewise they should be able to develop their human potentialities in the open world of the XXI century.Keywords: accreditation, IPn, education, students, high quality.

LA ACREDITACIÓN DE LICENCIATURAS A TRAVÉSDE LOS ORGANISMOS ACREDITADORES

ACCREDITATION OF MAJORS THROUGH THE ACCREDITING ORGANISMS

emmanuel gonzález rogel1, María nacira Mendoza Pinto2, antonio romero Hernández3

1Universidad del Caribe, SuperManzana 78, Lote 1, Manzana 1, Esquina Fraccionamiento Tabachines, C.P. 77528, Cancún, Quintana Roo, México Tel. 01(998)-881-4400, ext. 1290, Fax. ext. 1129 ó 01(998), 814429, www.unicaribe.edu.mx [email protected]

2Dirección de Educación Superior-IPN, Av. Luis Enrique Erro s/n, Col. Zacatenco, México, D.F., C.P. 07738, Ext. 56447, Ext. 50447, [email protected],

3Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas - IPN Av Te No 950 Col. Granjas, México,C.P. 08400, México, DF. Tel: 5729 - 6000 [email protected]

INTRODUCCIÓN

La administración de una institución educativa como la de una empresa tiende a evolucionar; sin embargo hoy en día en la mayoría de estas instituciones -sobre todo del sector público-, no se cuenta con la visión de sistematizar por medio de tecnologías de información los procesos cotidianos que se requiera para convertirlos en estadísticas, reportes, indicado-res; es decir, en información útil para la toma de decisiones. La inexistencia de una adecuada administración, produce desconocimiento tanto de las oportunidades como de las amenazas que la rodean; se cae en costumbres de cambio de prioridades día a día, no hay claridad de los objetivos y sobre todo, se demerita el quehacer educativo, principal objetivo de este tipo de organizaciones.

La imagen de una institución educativa es su carta de pre-sentación; una mala atención hacia cualquier miembro de la comunidad –docente o alumno-, o peor, hacia externos, provoca enseguida pensamientos de burocracia. Contar con sistemas de información adecuados a las necesidades de cada escuela permitiría al menos:l agilizar trámites;l eficiencia en la atención de problemáticas;l Optimizar procesos administrativos, y sobre todo,l Información fiable para una oportuna y eficaz toma de deci-

siones a todos los niveles

Debido a que cada escuela o institución se administra diferente, éste artículo aborda tres aspectos en los que se debe poner atención, para lograr los puntos arriba mencionados.


DESARROLLO

actualmente todas las instituciones educativas se encuentran sumergidas en una cruzada por mejorar su calidad educativa; la educación superior no es la excepción. existen organismos nacionales de acreditación de la “calidad de la educación” (CO-PaeS, 2008), que evalúan no sólo el aspecto educativo, sino los procesos administrativos que soportan la labor académica. Lograr cubrir todos los puntos requeridos por los “instrumentos de acreditación” (COPaeS, 2008), resulta en algunas ocasiones un calvario para la escuela en proceso, se empieza a percatar de que faltan controles y mecanismos de seguimiento para los aspectos de:l evaluación continua del desarrollo de los planes y progra-

masl Cumplimiento y calidad del proceso enseñanza – aprendi-

zajel Conocimiento de indicadores básicos

además, de que cuando se logra obtener la información, los indicadores arrojan información importante que se desconocía. Lo mejor del caso, sucede cuando una vez superado el proceso de acreditación, no se implementan las ideas que surgieron durante el tiempo de trabajo de proporcionar la información al Consejo acreditador correspondiente; y que en su momento hubieran agilizado el trabajo.

“Las instituciones de educación Superior de todas las regiones han de someterse a evaluaciones internas y externas realizados con transparencia, llevadas a cabo abiertamente por expertos independientes, prestando atención a las particularidades de los contextos institucionales a fin de tener en cuenta la diversidad y evitar la uniformidad” (UneSCO, 1998).

La UneSCO emitió: La calidad de la enseñanza Superior es un concepto pluridimensional que debería comprender todas las funciones y actividades de una Institución de educación Superior, prestando la debida atención a las particularidades de los contextos regional, nacional e internacional.

educar es depositar en cada hombre toda la obra humana que le ha antecedido: es hacer a cada hombre resumen del mundo viviente, hasta el día en que vive: es ponerlo a nivel de su tiempo, para que flote sobre él, y no dejarlo debajo de su tiempo, con lo que no podrá salir a flote; es preparar al hombre para la vida.

Para que una escuela pueda contar con información oportuna y actualizada, debe contemplar la implementación de tres sis-temas básicos:l Sistema de administración de curriculum vitael Sistema de información de indicadores académicosl Sistema de evaluación general de conocimientos como

opción de titulación

BASES PARA UNA ESCUELA DE CALIDAD

Sistema de administración de curriculums vitae

Se trata de un sistema transaccional –preferentemente web–, que permita la continua captura y actualización de todos los curriculums por parte de la propia planta docente.

Proporciona reportes sobre perfiles y situación profesional de cada catedrático contratado, de igual forma al interior de la aca-demia a la cual pertenece el profesor debe existir una carpeta con las evidencias de su formación profesional, formación do-cente, investigación, productos de investigación, tesis dirigidas, cursos de actualización, tutoría, asesoría, conferencias, artículos publicados, toda su productividad académica que respalda su Currículum electrónico y así cuando el organismo evaluador o cualquier instancia requiera verificar alguna información siempre estará actualizado.

Sistema de información de indicadores académicos

Información es poder; y más cuando se transforma en conoci-miento. “el trabajo planificado por adelantado constituye una labor que tiene que resolverse, no por el trabajador sino por el esfuerzo conjunto” (Taylor, 1991, 10). Un sistema de información, como su nombre lo indica debe proveer de estadísticas que ayuden a la toma de decisiones. este tipo de sistemas tiene la característica de alimentarse de información de diversos sis-temas transaccionales y transformar los datos en indicadores sobre (gonzález, 2007, 96):l alumnos

l Índice de reprobación

Por carrera, por unidad de aprendizaje, por semestre, por profesor

l eficiencia terminal

Por carrera, por generaciónl Titulación y sus variables


l Servicio sociall Seguimiento de egresadosl Tutoríasl Becas alumnos.

l Profesoresl Investigación, Productos obtenidos de investigación,

Vinculación con el sector productivo, Conferencias im-partidas, Congresos, artículos publicados en revistas nacionales e internacionales, Difusión, Becas, apoyos académicos para la superación.

l Infraestructura:l Servicios bibliotecarios, aulas, Servicios de cómpu-

to.l actividades deportivasl actividades culturalesl Programa de estudio.

l Plan de carrera, recursos autogenerados, actuali-zación.

esto se deriva de las variables, criterios, o indicadores que en cada organismo existen los cuales por citar a los primeros 3 creados en México que fueron: el Consejo de acreditación de la enseñanza de la Ingeniería (CaCeI), primer organismo creado en el país para tal fin, el Consejo nacional de evaluación de la Informática y la com-putación (COnaIC) y el Consejo de acreditación de la enseñanza en Contaduría y administración (CaCeCa):

CaCeI cuenta con 10 “indicadores” (CaCeI, 2008):

1. Características del programa. 2. Personal académico. 3. alum-nos. 4. Plan de estudios. 5. Proceso enseñanza-aprendizaje. 6. Infraestructura. 7. Investigación y/o desarrollo tecnológico. 8. extensión, difusión del conocimiento y vinculación. 9. adminis-tración del programa. 10. resultados e impacto.

COnaIC cuenta con “12 criterios” (COnaIC, 2008) los cuales son:

1. Objetivo general y particular del programa de estudio. 2. Fundamentación del programa. 3. Plan de estudios. 4. Proceso enseñanza-aprendizaje. 5. alumnos. 6. Profesores. 7. Infra-estructura. 8. administración del programa. 9. egresados. 10. entorno. 11. Vinculación y desarrollo tecnológico con el sector productivo o de servicio. 12. Investigación.

CaCeCa cuenta con “8 variables” (CaCeCa, 2008):

1. Profesores. 2. estudiantes. 3. Programa de licenciatura. 4. For-mación integral. 5. recursos financieros. 6. recursos eficiencia. 7. extensión-investigación. 8. Información adicional.

estos criterios, variables e indicadores pueden resumirse en la “evaluación de los elementos” (gonzález, 2007, 136) que tiene

cada organismo, y en los cuales están involucrados elementos como el Plan de estudios, la fundamentación y reglamentación, restructuración, las bases que lo rigen, y la relación que tenga con las necesidades del sector productivo, el proceso enseñan-za-aprendizaje, ¿Cómo se evalúa? ¿Qué proceso sigue? ¿Con qué tipo de material se apoya?, la vinculación con el sector pro-ductivo, número de convenios de colaboración, de los alumnos se revisa su satisfacción con los servicios ofrecidos, los apoyos de becas, equipo de cómputo, bibliografía, revistas, pertinencia del plan de estudios, difusión de la cultura y el deporte, se revisa las estadísticas generales de egreso, titulados, mecanismos para eficientar este proceso; así como a los Profesores su formación, su tipo de nombramiento, el material que utilizan para impartir sus cátedras, la generación de herramientas que faciliten el aprendizaje, los estímulos que existen, la reglamentación de promoción, la Infraestructura que se ofrece para alumnos y maestros, cómo son de acervo bibliográfico, espacios de estudio, de descanso, actividades extracurriculares, servicios médicos, servicios de cómputo disponibles, los recursos económicos disponibles para cada programa de estudios, que se encuentren reglamentados, la investigación que se haga respecto al perfil del estudiante de egreso.

“Calidad en la educación, es reflejo y producto de los numerosos componentes que caracterizan a cada institución de educación, tanto del nivel medio superior como del superior” (Cruz, 1990, 37). Los determinantes de la calidad se refieren entre otros a la dirección y administración, el perfil de profesores y estudiantes, los planes de estudio y las técnicas de enseñanza aprendizaje, la investigación y su articulación con la docencia, los laborato-rios, los talleres, las bibliotecas, los ingresos y las fuentes de financiamiento, el manejo de los recursos, las relaciones con otras instituciones, la vinculación con la sociedad y el sector productivo y en el intercambio con otras escuelas que se en-cuentran en el extranjero.

Los resultados obtenidos en cualquier momento que se requiera podrán ser analizados por los directivos y se podrá implemen-tar acciones que ayuden a eficientar u optimizar los procesos administrativos y por consecuencia los servicios que brinda la escuela. además de medir los resultados de las acciones.


CÓMO ALCANZAR LA CALIDAD EDUCATIVA

“el significado de la calidad es la ausencia de deficiencias”, (Juran, 1990, 9) por ello para poder alcanzar la calidad en los programas educativos las instituciones deben verse envueltas en el proceso de acreditación, el cual por citar un ejemplo es el que se sigue en una institución seria:

aprobación del consejo técnico consultivo escolar de la es-cuela.l Definición del procedimiento a seguir.l Conformación del grupo para realizar la autoevaluación.l ejecución de la autoevaluación.l analizar resultados de la autoevaluación.l Mejora de las fallas resultantes en la autoevaluación.l Solicitar al organismo acreditador que su programa sea

considerado como posible candidato para ser avalado por ese organismo.

l el organismo acepta e informa de la cuota a cubrir para poder comenzar los trámites administrativos para poder realizar la visita a la escuela.

l La escuela llena el instrumento oficial de acreditación del organismo y lo envía para su revisión.

l el organismo acreditador envía una comisión evaluadora al plantel para validar la información proporcionada.

l Dicha comisión visita y solicita el respaldo oficial de cada punto solicitado en el instrumento así como valida la con-gruencia de lo escrito contra lo real, realizando visitas a los departamentos, entrevista a Profesores, alumnos, admi-nistrativos y autoridades del programa y de la escuela, así mismo visita los servicios ofrecidos por la escuela como son las aulas, laboratorios, biblioteca, cubículos de profesores, servicios sanitarios, médicos, los servicios culturales y de descanso, entre otros.

l Dicha comisión emite una opinión de cómo se encuentra la escuela con base a lo que se indicó en el instrumento.

l el organismo acreditador con base a la información del ins-trumento llenado por la escuela, y a la opinión de la comisión emite un dictamen que es enviado a la escuela donde le indican si fue aprobado y la duración del mismo, así como las recomendaciones que debe cumplir si desea conservar la acreditación.

DE LA INTENCIÓN A LOS RESULTADOS

este tipo de trabajos deben ser diseñados perfectamente bien para que el resultado sea satisfactorio. “al diseñar un entorno para el eficaz desempeño de individuos que trabajan en grupos, la tarea más importante de un administrador es comprobar que todos conozcan los propósitos y objetivos del grupo y los méto-dos para alcanzarlos” (Koontz, 2003, 126).

al interior de la escuela los trabajos que se llevan a cabo son:l el Jefe de Carrera del Programa propuesto para ser evaluado

prepara un equipo de trabajo para llevar a cabo el proceso de acreditación por lo menos 6 meses antes de la fecha solicitada por la escuela para ser visitados por la comisión que validará la información enviada.

l Se le asignan tareas a la comisión para llenar el formato oficial del organismo acreditador.

l Se revisan los puntos que solicitan en el instrumento para a su vez solicitar la información al área responsable de ella.

l Se emiten los oficios de solicitud de información a cada departamento de la escuela para pedir de manera impresa y electrónica la información de su área.

l Con la información que cada área envía se analiza y se llena el formato de acreditación.

l Una vez que se termina de llenar la información del instru-mento se envía al organismo acreditador de manera impresa y electrónica para su revisión.

Todo ello para llenar el instrumento de evaluación del organismo acreditador, si se contara con el sistema de información que semestralmente almacene de manera automática la información de los estudiantes y profesores, se estaría ahorrando tiempo y esfuerzo.

Lo que cada organismo realiza es constatar que cuenten con los requerimientos mínimos para poder impartir una licencia-tura lo que resulta un beneficio a la institución debido a que ayuda a identificar en lo que está haciendo bien y a su vez mal, puesto que es observado por Profesionales que pertenecen a


instituciones de educación superior del interior de la república mexicana.

Los creadores de las filosofías de la calidad que han transforma-do al mundo de las organizaciones como son Ishikawa, Crosby, Deming y Juran coinciden en algunos puntos como son que “el cliente debe ser lo primero, que hay que prevenir, reducir costos, los plazos de la calidad deben ser a largo plazo ya que no hay caminos cortos en la calidad, participación e involucramiento, trabajo en equipo, medición de resultados, reconocer metas cumplidas, instituir programas de entrenamiento, conocer las necesidades del cliente, mantener el proceso o herramientas para el mejoramiento sistemático y permanente y sobre todo el compromiso de la Dirección” (Hurtado, 2000, 39).

en la UPIICSa desde el 15 de enero de 1996 fecha cuando el Consejo de acreditación de la enseñanza de la Ingeniería a.C. (CaCeI), entregó en ceremonia solemne, la constancia de acre-ditación del Programa de Ingeniería Industrial; cabe mencionar que fue el primer acreditado en su género a nivel nacional; con este paso el Politécnico estaba a la vanguardia en evaluación de sus programas de estudios y de la Infraestructura que pone al alcance de los estudiantes, ya que permitió que se mejoraran algunas actividades que se desarrollaban en el Plantel así como fortalecer las de éxito, con esta primera acreditación se dio paso para que de igual manera se continuara con las otras 4 carreras profesionales que se imparten en UPIICSa, para poder llegar a lo que hoy en día se tiene que es las 5 carreras acreditadas.

Sistema de evaluación general de conocimientos como opción de titulación

Implementar un sistema de evaluación general de conocimientos como una opción de titulación, permitiría obtener dos ventajas: titular alumnos de una forma rápida y segura; y obtener una

muestra estadística sobre el nivel de conocimientos, fortalezas y debilidades del plan de estudios sobre el que se presentó el examen. Y así, determinar y evaluar los esfuerzos por mejorar el aspecto académico, medir el nivel de estudios que la escuela está impartiendo y enriquecer o fortalecer más áreas.

el “CeneVaL” (Ceneval, 2008) a través del examen de egre-so de licenciatura (egeL) se puede hacer cada semestre al seleccionar una muestra de estudiantes de cada licenciatura seleccionados al azar para que presenten el examen y así poder analizar el resultado de los conocimientos adquiridos durante su estadía en la escuela.

Los egeL son exámenes elaborados por diversos comités de elaboración de reactivos interinstitucionales, estos exámenes pasan por diferentes pruebas y análisis antes de ponerse a disposición de los sustentantes. Los técnicos del CeneVaL no iniciaron su aprendizaje al crearse el Centro, pues este tipo de instrumentos se elabora hace más de 35 años en México y la experiencia acumulada se aprovechó y se ha mejorado. Por supuesto, en el CeneVaL nadie es infalible como nadie lo es en cualquier lugar y sus niveles de calidad han variado en sus diversos exámenes. Cada uno ha seguido rutas más o menos complicadas, más o menos rápidas para lograr el estándar requerido. Pero lo han logrado. eso ocurre en todo quehacer humano, en todo programa académico, en todo proceso productivo. Cualquier persona ha seguido trayectorias semejantes, aunque algunas crean que lograron la sabiduría instantáneamente, estos reactivos son elaborados por Profe-sores de Instituciones educativas como el Tecnológico de Mon-terrey, Universidad Iberoamericana, la Universidad nacional autónoma de México (UnaM), Universidades Tecnológicas, Institutos Tecnológicos, el Instituto Tecnológico autónomo de México (ITaM), y la Universidad del Valle de México, además del Instituto Politécnico nacional (IPn), de aquí la importancia del poder contar con este indicador ya que será una evaluación totalmente externa a los Profesores de la Universidad donde se labora o si se prefiere elaborar el propio sistema generador de reactivos.

Por esta razón se está formando a estudiantes que si bien la institución sabe que se les dan los conocimientos que el sector productivo requiere y que están de acuerdo al perfil de egreso del estudiante, pero ¿cómo poder validar si realmente el estudiante solamente acreditó las asignaturas sin adquirir el conocimiento? ¿Cómo evaluarlo, por medio del examen general de conocimientos aplicado a los estudiantes en el último semestre para así determinar si los esfuerzos por me-jorar las técnicas de aprendizaje y el tipo de conocimiento que se da está siendo asimilado por ellos, además que servirá de índice para poder medir el nivel de estudios que la escuela está impartiendo y enriquecer o fortalecer las áreas que se necesiten?


CONCLUSIÓN:

en las conclusiones de este trabajo encontramos como diag-nostico:

1. La información que se presenta usualmente no tiene conti-nuidad en cuanto a tiempo para el caso de las acreditacio-nes.

2. no hay homogeneidad en la forma de presentación de información al interior de la institución.

3. La comunidad interpreta de diversa manera lo que es la evaluación.

4. Se dejan lagunas de tiempo para recabar información.

5. Los parámetros de evaluación de los organismos evaluado-res es esencialmente la misma, por lo que se multiplican los esfuerzos cuando con el sistema solo se estaría consultando los datos estadísticos. Los indicadores a evaluar que llevan nombres diferentes pero en contenido es el mismo entre los organismos evaluadores del COaPeS son:l Pertinencia del Plan de estudios.l Indicadores de los alumnos.l Indicadores de los Profesores.l La infraestructura con la que se cuenta.l administración del programa de estudio.l Seguimiento a egresados.l Investigación que se realiza.l Vinculación de la escuela.l Proceso enseñanza-aprendizaje.l Fundamentación y características del programa de es-

tudios.

Como lo hemos visto a través del análisis de algunos de los in-dicadores que se utilizan para medir la calidad educativa hemos visto que si no se mide no podemos mejorar los procesos, es por ello que para que una escuela o Institución pueda ofrecer calidad en su proceso de enseñanza-aprendizaje es necesario: contar con algunos elementos necesarios para poderla conseguir como lo serían:

1. Dar seguimiento a las recomendaciones de los organismos acreditadores puesto que benefician en dos aspectos, el primero en conservar la acreditación y el segundo en que estaremos vigilando que la infraestructura con la que se cuenta se mantenga actualizada.

2. Con un examen de egreso estaríamos determinando si el alumno realmente cuenta con los conocimientos que marca su perfil de egreso de su carrera respectiva y así poder evaluar el nivel de conocimientos que se está impartiendo en la escuela.

3. Con la metodología de mantener actualizados los datos es-tadísticos de las áreas funcionales que prestan servicio en la escuela se está logrando que la toma de decisiones sea acorde a las necesidades que se reflejen en esas estadísticas así como permitirá saber la situación actual de la escuela.

De este diagnostico, y con base al estudio realizado se ob-tienen las conclusiones que permitirán efectuar un trabajo eficiente y eficaz, que al darse continuidad permitirá obtener una información fluida, con amplio conocimiento de la comu-nidad al poder ver en “tiempo real” los avances y resultados de la evaluación.

el sistema para recabar esta información está basado en los 3 elementos que anteriormente enlistamos y que podrán ser ana-lizados semestralmente por el responsable de la escuela y sus áreas funcionales y con ello se garantiza que la infraestructura con la que se cuenta es la necesaria para la función educativa y el nivel de conocimientos que se está transmitiendo en las aulas es el que reflejan los perfiles de egreso de cada licenciatura y por ultimo con base a las estadísticas se buscará día a día la mejora de la calidad en la educación para que sea parte de la vida académica e institucional.

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RESEÑAS BIOGRÁFICAS:

M. en C. Emmanuel González Rogel, es Profesor Investigador de Tiempo Completo de la Universidad del Caribe, profesor de posgrado en la Universidad Interamericana para el desarrollo en Cancún Quintana roo; desempeña el cargo de Jefe de Carrera de Ingeniería en Informática en la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales administra-tivas (UPIICSa) del Instituto Politécnico nacional (IPn) donde impartió clases para las carreras de Ciencias de la Informática e Ingeniería en Informática; es profesor Investigador del IPn, impartió seminario de titulación, es tutor, director y asesor de tesis; en el Centro nacional de evaluación (CeneVaL), formó parte del Consejo Técnico para el examen general de egreso de Licenciatura (egeL) de Informática y Computación, también ha participado como jurado en el examen del acuerdo 286 emitido

por la Secretaría de educación Pública (SeP); actualmente es evaluador de COnaIC y de CaCeI (en los cuales ha evaluado 12 programas educativos de nivel Superior en la república mexicana).

M. en E. María Nacira Mendoza Pinto, es Profesora de la UPIICSa, Licenciada en Ciencias de la Informática por la UPIICSa del IPn, Maestra en educación por la Universidad del Valle de México (UVM), ésta última obtenida con mención honorífica y distinción al alto rendimiento académico. Cuenta con dos especialidades, una en docencia y otra en formación de lectores, por la UVM y la Universidad del Claustro de Sor Juana respectivamente. Diversos cursos de capacitación en diferentes disciplinas tecnológicas y humanísticas. actualmente labora en el Centro nacional de Cálculo (Cenac) del IPn como Jefa del Depto. de desarrollo de algoritmos y sistemas colaborativos, sin descuidar su labor docente e investigadora en la UPIICSa en la cual fue Jefa de Carrera de Ciencias de la Informática.

Lic. Antonio Romero Hernández, es Profesor Investigador de Tiempo Completo del Instituto Politécnico nacional, desempeña el cargo de Jefe de Carrera de Ciencias de la Informática, primera carrera de Informática en américa Latina, imparte seminario de titulación, es tutor, director y asesor de tesis; en CeneVaL forma parte del Consejo Técnico para el examen general de egreso de Licenciatura de Informática y Computación, también es jurado en el examen del acuerdo 286; actualmente es evaluador de COnaIC y de CaCeI y jefe del departamento de Control escolar y Titulación de UPIICSa.


MODELACIÓN DE DOS FLUIDOS Y TEORÍA CINÉTICA DE FLUJO GRANULAREN SECADO DE SÓLIDOS PARTICULADOS

TWO-FLUID MODELING AND KINETIC THEORY OF GRANULAR FLOW IN PARTICULATE SOLIDS DRYING

Jaime gómez López*Escuela de Alimentos, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso,

Casilla 4059, Valparaíso, Chile

RESUMEN. Los modelos actualmente usados en simulaciones de sis-temas de flujo gas-sólidos para aplicación en secado, pueden ser divi-didos en dos grupos, modelos Lagrangianos y eulerianos. La aproxi-mación Lagrangiana o método del elemento discreto (DeM) describe las partículas individuales usando la segunda ley de newton, tomando en cuenta las fuerzas de las colisiones de las partículas y las fuerzas de arrastre del fluido, con la fase gas modelada como un continuo. El enfoque Euleriano o de modelo de dos fluidos (TFM), trata la fase fluido y los sólidos como dos continuos interpenetrados, en que los esfuerzos de sólidos son descritos mediante relaciones constitutivas desde la teoría cinética de flujo granular (KTGF). En problemas hi-drodinámicos de ingeniería, el modelo euleriano se convierte en una elección natural, ya que tiene requisitos computacionales más redu-cidos en comparación con el enfoque discreto. Luego, se realiza este trabajo, con el objetivo de presentar este importante tema de investi-gación, y así motivar el desarrollo de futuros avances en modelación de dos fluidos basada en KTGF para describir el secado de sólidos particulados en sistemas de flujo multifásico. Para esto, se presenta una breve descripción del enfoque de modelación de dos fluidos, y se muestra su aplicación a través de dos recientes trabajos de modela-ción que utilizan dinámica de fluidos computacional (CFD). Dado que no existen muchos trabajos publicados sobre el tema, se concluye que existe un nicho potencial de investigación, que permite contribuir a la mejor comprensión de los fenómenos de transporte y de transferencia que ocurren en los equipos de secado que procesan sólidos granula-res, donde esta fase interactúa con un agente secante, generando un comportamiento multifásico. Palabras clave: Modelo Euleriano; Teoría cinética de flujo granular; Modelo de dos fluidos; CFD.

ABSTRACT. The models currently used in simulations of gas-solids flow systems for application in drying, can be divided into two groups, Lagrangian and eulerian models. Lagrangian approach or discrete element method (DeM) describes individual particles using newton’s second law, taking into account fluid drag forces and particle collisions forces, and the gas phase is modeled as a continuum. The eulerian model or two-fluid model (TFM) treats the fluid and the solids as two interpenetrating continua, with the solid stress is described by using constitutive equations from the kinetic theory of granular flow (KTGF). For engineering hydrodynamics problems, the eulerian model is a na-tural choice, because it has little computational resources requirements compared with the discrete approach. Hence, this work is carried out with the aim of presenting this important research topic and motiva-tes the development of future progress in two-fluid modeling based on KTGF to describe solid particulate drying in multiphase flow sys-tems. For this, a brief description of the approach two-fluid modeling is presented, and its application is shown through two recent modeling works using computational fluid dynamics (CFD). Since there are not many published papers on the subject, it is conclu-ded that there is a potential niche research, enabling to contribute to a better understanding of transport and transfer phenomena occurring in the drying equipments in processing granular solids, where this phase interacts with a drying agent generating a multiphase behavior.Keywords: Eulerian model; Kinetic theory of granular flow; Two fluid model; CFD.

* Tel.: +56-32-2274221; fax: +56-32-2274205.E-mail address: [email protected] (J. e. gómez López).


INTRODUCCION

Haciendo una revisión bibliográfica de trabajos publicados que ocupan el enfoque TFM-KTgF aplicado en procesos de secado de material particulado, no se encuentra una cantidad significa-tiva de artículos que aborden esta temática, en que se conjugan elementos de la física granular y herramientas de dinámica de fluidos computacional (CFD), utilizando software de uso libre o comercial, tales como MFIX o FLUenT, respectivamente. Una explicación a este fenómeno científico es que estos códigos computacionales no han contado desde sus orígenes con ejem-plos de aplicación en procesos de secado, y en particular en secado de sólido granular, permitiendo modificarlos y a partir de ellos crear nuevos desarrollos. Sólo recientemente las últimas versiones de MFIX ó FLUenT han incorporado ejemplos de aplicación en este sentido, motivados por el trabajo de grupos de científicos durante estos primeros años del siglo XXI y que con mucha creatividad han desarrollado aplicaciones en secado.

Por otro lado, y en relación a los modelos actualmente usados en simulaciones de sistemas de flujo gas-sólidos para aplicación en secado, estos pueden ser divididos en dos grupos, mode-los Lagrangianos y eulerianos. La aproximación Lagrangiana (también conocida como método del elemento discreto, DeM), describe las partículas individuales usando la segunda ley de newton, tomando en cuenta las fuerzas de las colisiones de las partículas y las fuerzas de arrastre del fluido, y la fase gas es modelada como un continuo. el modelo euleriano (también llamado modelo de dos fluidos, TFM) trata la fase fluido y los sólidos como dos continuos interpenetrados. Para describir los esfuerzos de sólidos, TFM usa las ecuaciones constitutivas desde la teoría cinética de flujo granular (KTgF). esta teoría es básicamente una extensión de la teoría de Chapman-enskog para gas denso a flujo denso de partículas.

Dado que la aproximación Lagrangiana es muy intensiva res-pecto a requerimientos computacionales, resulta impráctica para problemas de tamaño medio a grande. Por otro lado, el modelo euleriano representa la fase sólida como un continuo con requerimientos computacionales pequeños, permitiendo obtener los campos medios del flujo de partículas. entonces, para problemas hidrodinámicos de ingeniería, la aproximación de modelos continuos es una elección natural.

Por lo anterior, se realiza este trabajo con el objetivo de pre-sentar este importante tema de investigación, para motivar el desarrollo de futuros avances en modelación de dos fluidos basada en KTgF, en su aplicación específica al secado de só-lidos particulados en sistemas de flujo multifásico. Se muestra este enfoque, a través de dos recientes trabajos de modelación que utilizan CFD.

a continuación, se da una breve descripción del enfoque de modelación de dos fluidos.

ENFOQUE DE MODELACIÓN DE DOS FLUIDOS

Para representar los aspectos físicos asociados con los fenó-menos de transporte que ocurren dentro del secador, junto con proveer una adecuada convergencia numérica en simulaciones transientes, el modelo de dos fluidos aplicado a procesos de secado, se plantea considerando supuestos que incluyen:

1. Las partículas o granos se suponen inelásticas, suaves, de tamaño idéntico, e internamente homogéneas y aproximadas como esferas isotrópicas.

2. Los gradientes de temperatura dentro de los granos son despreciables.

3. La migración de humedad dentro de los granos es controlada por difusión de líquido.

4. el proceso de secado se realiza sin encogimiento de las partículas.

5. el efecto de conducción de calor y transferencia de humedad entre granos, y las pérdidas de calor sobre el secado son despreciables.

6. Las propiedades físicas de las partículas son dependientes de la humedad.

7. La turbulencia no es afectada por la transferencia de masa entre fases.

8. entre otros, dependiendo del proceso de secado en parti-cular.

ECUACIONES DE CONSERVACIÓN

Se plantean las ecuaciones de conservación de masa para ambas fases, sólido y gas, junto con la ecuación de balance de fracciones volumétricas. Para cada fase, la fracción másica local de cada especie se predice mediante la solución de una ecuación de convección-difusión para la especie i. Por otro lado, también se describen los balances de momentum y de conservación de energía para ambas fases.

MODELO DE ESFUERZO CINÉTICO-FRICCIONAL

Para flujo granular en régimen compresible (es decir, cuando la fracción volumétrica de sólido es menor que su valor máximo), la presión de sólido se calcula independientemente y se usa para determinar el gradiente de presión en el balance de momentum de sólidos. De acuerdo a la teoría cinética granular, la energía cinética del flujo granular degrada en energía cinética de las fluctuaciones aleatorias de las partículas, y luego disipa como calor debido a las colisiones inelásticas. La energía cinética de las fluctuaciones se contabiliza en esta teoría definiendo una temperatura granular dependiente de la velocidad fluctuante de las partículas. así, la temperatura granular es proporcional a la energía cinética del movimiento aleatorio de las partículas.


Con esta definición, se plantea un balance de energía granular, que da cuenta de la generación, disipación, y conducción de temperatura granular, como producto de la interacción entre partícula-partícula y fluido-partícula.

el tensor esfuerzo de sólidos, se compone de efectos colisiona-les, cinéticos, friccionales y de bulto, este último representando la resistencia de las partículas a la compresión y expansión. Una viscosidad de cizalle global agrupa los términos colisional, ciné-tico y friccional. Junto a esta, una viscosidad bulto de partículas da cuenta de las resistencias adicionales. Cuando la fracción volumétrica de la fase sólida alcanza el límite de empaque, la generación de esfuerzos es debida principalmente a fricción en-tre partículas. Cuando esto ocurre, la presión de sólidos deja de calcularse en forma independiente en el balance de momentum de la fase granular, ya que la viscosidad friccional es una función de la presión de sólidos.

MODELO DE TURBULENCIA

Se consideran los efectos debido a interacciones turbulentas de ambas fases, mediante modelos de flujo turbulento gas/sólidos. Las predicciones turbulentas de la fase dispersa se basan en KTgF con términos que describen la interacción con la fase continua. Por otro lado, la predicción turbulenta de la fase continua se obtiene de modelos k �� modificados, que incorporan términos adicionales que dan cuenta de la interacción turbulenta entre fases.

MODELO DE ARRASTRE

La fuerza de arrastre actuando sobre una partícula en el sistema gas-partículas se representa por el producto de un coeficiente de transferencia de momentum y la velocidad de deslizamiento. el coeficiente de arrastre se obtiene de distintas correlaciones, como por ejemplo, el modelo de gidaspow et al., el cual es una combinación de las ecuaciones de Wen y Yu y la de ergun, o la correlación de Hill-Koch-Ladd, válida para una fase sólida única.

MODELO DE SECADO

Se debe considerar y modelar la transferencia de calor y materia entre las fases particulada y continúa. Las partículas son descri-tas como granos sin encogimiento y se supone despreciable los gradientes de temperatura dentro de ellos ( 0.1Bi < ). Se distin-guen dos períodos de secado, uno constante y otro decreciente, el primero dependiente de las condiciones externas del sólido, y el segundo con enfoque difusional de la humedad líquida dentro de los granos. en el caso del secado con aire caliente, y en los períodos en que no ocurre secado, el sólido sólo se calienta y no ocurre evaporación, o sea, cuando se encuentra a temperaturas menores a la de evaporación o cuando alcanza la humedad de

equilibrio. en el caso del secado con vapor sobrecalentado, es necesario tomar en cuenta tanto los fenómenos de evaporación como condensación, sobre todo a temperaturas bajas de secado, o sea, a temperaturas cercanas a la de saturación para la presión de trabajo. La fase partícula se supone formada por dos espe-cies, sólido seco y agua líquida. además, si el agente secante es aire caliente, se considera formado por vapor de agua y aire seco, y si es vapor sobrecalentado, sólo por agua vapor.

CONDICIONES INICIALES Y DE BORDE

el conjunto de ecuaciones, constitutivas y de conservación, requiere de condiciones iniciales y de borde que permitan dar so-lución al problema matemático que se genera, en un determinado estudio de modelación de secado. en general, las condiciones iniciales que se utilizan son las siguientes:

1. Contenido inicial de sólido al interior del equipo.

2. Fracciones volumétricas iniciales de los componentes de cada fase.

3. Condición de presión interna del equipo.

4. Temperatura inicial en cada fase.

5. Vector de velocidades iniciales de ambas fases.

6. Paso de tiempo inicial de la estrategia numérica que solu-ciona el modelo.

Y en el caso de las condiciones de borde:

1. Perfiles planos de las variables de estado en la entrada de gas.

2. Condición de pared de no deslizamiento para la fase gas y condición de deslizamiento libre para la fase sólida. en otros casos, la condición de borde de la fase sólida se especifica de acuerdo a un balance de esfuerzos de cizalle en la pa-red.

3. Funciones de pared para la turbulencia de la fase gas. Con-dición de gradiente cero para la energía cinética turbulenta, y la disipación de energía turbulenta de la fase gas.

4. Flux de energía granular, de masa y de energía térmica nulos en la pared.

5. Presión de salida de sólido y fluido igual a la presión interna de la cámara de secado.

PROCEDIMIENTO DE SOLUCIÓN DEL MODELO

La aproximación utilizada para resolver estos modelos corres-ponde al método de volúmenes finitos implementada en progra-mas de CFD tales como FLUenT y MFIX. el uso de funciones (UDFs) y ecuaciones de transporte escalar (UDSs) definidas por el usuario, amplía las capacidades de resolución numérica


en aplicaciones a modelos de secado con enfoque TFM. Se obtienen soluciones convergentes y resultados razonables si la estrategia de solución se resuelve en estado transiente. Para reducir el tiempo de ejecución, estos programas utilizan un ajuste automático del paso de tiempo.

Se define la grilla usada para la geometría del secador, y se prueba la independencia de ésta con el criterio de satisfacer requisitos de convergencia de la solución del modelo para de-terminadas variables. estas pruebas de independencia permiten determinar el dominio computacional que asegura la exactitud requerida para la solución numérica.

Luego del análisis de sensibilidad al tamaño de grilla, se procede a validar el modelo con datos experimentales propios o de otros autores, permitiendo tener capacidad predictiva del modelo en los estudios particulares de cada investigación.

este enfoque de modelación en su aplicación al secado de mate-rial granular en equipos de distintas configuraciones, constituye un reciente campo de investigación, y que se presenta como una valiosa oportunidad para la comprensión de los fenómenos involucrados, tanto en sus aspectos teóricos como en las apli-caciones a las distintas tecnologías.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN RECIENTES

Las recientes investigaciones de modelación de procesos de secado que utilizan modelación de dos fluidos con argumentos teóricos basados en KTgF, han abordado temáticas en secadores de lecho fluidizado (Wang et al., 2008), secadores de lecho de chorro (Szafran et al., 2005; Zhonghua y Mujumdar, 2007), seca-dores neumáticos (Hidayat y rasmuson, 2005, 2007a, 2007b) y de lecho de impacto (gómez et al., 2009). este apartado se dedica a revisar brevemente dos ejemplos que utilizan este enfoque de modelación. Uno referido a secado discontinuo en lecho fluidizado en operación con aire caliente y otro a secado continuo en lecho de impacto radial en operación con vapor sobrecalentado.

el trabajo de Wang et al. (2008) aplicado a secado discontinuo en lecho fluidizado (ver Figura 1), integra la utilización de un modelo CFD basado en la aproximación TFM, con un modelo matemático basado en la teoría de tres fases para describir la transferencia de calor y materia entre las fases aire y sólido particulado (semolina), junto a una técnica de medición en línea denominada tomografía de electrocapacitancia (eCT), para medir en línea la concentración y la humedad del sólido. Como objetivos de este estudio se plantea comprender el fenómeno de transferencia de calor y materia en procesos de secado en lecho fluidizado, proveer un modelo en línea para controlar el proceso de secado, entregar mediciones en línea del contenido de humedad sin necesidad de parar el secador de lecho fluidizado, y evaluar la exactitud de la medición en línea del contenido de humedad utilizando una herramienta

fuera de línea. Los autores señalan que el modelo matemático, la estrategia CFD y la medición eCT están siendo actualmente integrados en un sistema de control de procesos para una aplicación de secado discontinuo en lecho fluidizado, en la industria farmacéutica.

Figura 1. Secador de lecho fluidizado e instrumentación. (Wang et al. 2008).

en lo particular, la utilización del enfoque TFM basado en KTgF, se realiza mediante el paquete CFD de uso comercial, FLUenT. Se utiliza simulación CFD para modelar la concentración de sólidos y, la transferencia de calor y materia del secado en lecho fluidizado. Los resultados de la concentración de sólidos son comparados con mediciones tomadas mediante eCT para validar la capacidad predictiva del modelo CFD. La Figura 2 muestra que los resultados de concentración de sólidos promediados en el tiempo, obtenidos desde simulación CFD y mediciones eCT pueden ser comparables.

Figura 2. Concentración de sólidos promedio a diferentes posiciones sobre el distribuidor de aire. (Wang et al. 2008).


Dada esta buena capacidad predictiva del modelo, los autores analizan otras distribuciones de parámetros instantáneos obte-nidos por simulación CFD. La Figura 3 muestra resultados hidro-dinámicos, y de transferencia de calor y materia, en el secador de lecho fluidizado. De acuerdo a estos, se señala que la hidro-dinámica juega un importante rol en la transferencia de calor y materia, beneficiando el mezclado de aire y sólidos en el secador, y que la mayor parte del flux de calor y materia se transfiere en la interárea alrededor de la burbuja (Wang et al. 2008).

Figura 3. Distribución de parámetros instantáneos desde simulación CFD. (Wang et al. 2008).

el modelo CFD también es utilizado para analizar el efecto de los parámetros de operación sobre la cinética de secado, en particular la velocidad superficial del aire y la humedad del agente secante dado que tienen una marcada influencia sobre el proceso de secado. Se observa en la Figura 4 que un aumento en la velocidad del gas causa que la temperatura media de las partículas aumente, mientras el contenido de humedad media se reduce en forma brusca, debido al aumento de la transferencia de calor y materia entre fases. ahora, si aumenta la humedad del aire de entrada, la temperatura durante el período de veloci-dad constante aumenta en alrededor de 3ºC, ya que a más alta humedad del aire de entrada, más calor latente evapora el agua desde la superficie de las partículas (Wang et al. 2008).

Figura 4. Humedad y temperatura de sólido predicha por CFD. (Wang et al. 2008).

Por otro lado, el trabajo de gómez et al. (2009) sobre modelación de un secador de chorro de impacto radial (ver Figura 5) para el secado de semillas de raps en operación con vapor sobreca-lentado, utiliza el enfoque de modelación de dos fluidos basado en KTgF para simular un proceso de secado continuo, y valida sus resultados con datos experimentales de humedad del sólido obtenidos en distintos puntos a lo largo de un secador piloto. el objetivo de esta investigación corresponde a la simulación tridimensional del flujo de gas sólido y el secado de partículas esféricas sólidas con vapor sobrecalentado, utilizando un modelo euleriano con ecuaciones constitutivas para los esfuerzos de sólidos de acuerdo a KTgF.

Figura 5. Puertos de muestreo y trayectoria de las partículas. (gómez et al. 2009).


Figura 6. Perfil axial de humedad de sólido estado estacionario y dinámico. (gómez et al. 2009).

Las simulaciones se realizan mediante un código CFD en lengua-je FOrTran, desarrollado por la national energy Technology Laboratory (neTL) conocido como MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchanges), el cual permite el estudio de sistemas de flujo multifásico con intercambio interfasial. este software se encuentra disponible en forma gratuita a través del sitio web www.mfix.org.

el modelo implementado permite simular el secado durante el período de superficie saturada. Las condiciones estado esta-cionario se alcanzan entre los 150 a 200 segundos de secado, como se observa en la Figura 6, obteniéndose un buen ajuste con los datos experimentales para las posiciones 50 y 100 cm a lo largo del secador. La simulación del proceso entre 150 y 200 segundos predice un contenido de humedad crítica de alrededor del 42% (base seca).

CONCLUSIONES

el enfoque de modelación de dos fluidos con incorporación de resultados obtenidos desde la teoría cinética de flujo granular, en su aplicación a secado de sólidos particulados, constituye un área de investigación reciente, y no existen muchos trabajos publicados sobre el tema. Por lo tanto, se desprende una intere-sante oportunidad de investigación, que permite contribuir a la comprensión de los fenómenos de transporte y de transferencia en los equipos de secado que procesan sólidos granulares, en que esta fase interactúa con un agente secante, generando un comportamiento multifásico.

REFERENCIAS

[1] gómez, J.e.; Melo, D.L.; Bórquez, r.M.; Canales, e.r. (2009) Computational Study of Impinging Jet Drying of Seeds using Superheated Steam based on Kinetic Theory of granular Flow. Drying Technology, 27 (11), 1171-1182.

[2] Hidayat, M.; rasmuson, a. (2007a) Heat and Mass Transfer in U-Bend of a Pneumatic Conveying Dryer. Trans ICheme, Part a, Chemical engineering research and Design, 85 (a3), 307-319.

[3] Hidayat, M.; rasmuson, a. (2007b) a Computational Investigation of non-Isotermal gas-Solid in a U-Bend. Powder Technology, 175, 104-114.

[4] Hidayat, M.; rasmuson, a. (2005) Some aspects on gas-Solid Flow in a U-Bend: numerical Investigation. Powder Technology, 153, 1-12.

[5] Szafran, r.g.; Kmiec, a.; Ludwig, W. (2005) CFD Mo-deling of a Spouted-Bed Dryer Hydrodynamics. Drying Technology, 23, 1723-1736.

[6] Wang, H.g.; Yang, W.Q.; Senior, P.; raghavan, r.S.; Duncan, S.r. (2008) Investigation of Batch Fluidized-Bed Drying by Mathematical modeling, CFD Simulation and eCT Measurement. aIChe Journal, 54 (2), 427-444.

[7] Zhonghua, W.; Mujumdar, a.S. (2007) Simulation of the Hydrodynamics and Drying in a Spouted Bed Dryer. Drying Technology, 25, 59-74.

Reseña Biográfica

el Dr.(c) Jaime Gómez López es profesor de la escuela de alimentos de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso en el área de Ingeniería de Procesos. Ha desarrollado su línea de investigación en modelación de procesos de secado de bioma-teriales granulares en condiciones de flujo multifásico a presión atmosférica, específicamente secado de lecho vibrofluidizado y secado de chorro de impacto radial. el Dr.(c) gómez obtuvo el título de Ingeniero de alimentos en la Universidad de Santiago de Chile, y su grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería Química en la misma casa de estudios. actualmente, está dando término a su Doctorado en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería Química en la Uni-versidad de Concepción.


SISTEMA DE PLANEAMIENTO DE UN ALMACÉN AUTOMÁTICO

SYSTEM OF PLANNING OF AN AUTOMATIC STORE

edith g. gulino, Francisco M. Vergara*Dpto. de Mecánica. Facultad de Ingeniería – UNLP

48 y 116 (1900) La Plata - [email protected] - [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

La logística se ha convertido en uno de los principales pro-blemas en los procesos de producción actuales. Uno de los procedimientos que se aplican a la logística de distribución es la concentración de almacenes a nivel regional para todas las sucursales de una misma firma, lo cual trae aparejada la crea-ción de grandes almacenes para productos fraccionados. La optimización del movimiento del almacén resulta un problema crítico, por lo cual temas como planeamiento y control reciben mucha atención en la literatura.

en las PyMes, los almacenes son mucho más pequeños, pero la problemática es similar.

este trabajo presenta una solución de bajo costo para la gestión de almacenes automáticos pequeños, como puede ser el caso de los almacenes en PyMes.

1.1 Sistema de Administración y Control

en general, los almacenes automáticos modernos se administran en tres niveles [1], Figura 1:

RESUMEN. en este trabajo se presenta un sistema de planeamiento para un pequeño almacén automático, cuya estructura básica es la de un almacén tridimensional (tipo silo), formado por estanterías, pallets y contenedores normalizados, y atendido por un robot cartesiano. Se presentan los conceptos generales involucrados en la administración de almacenes, las decisiones tomadas en el caso particular, los algo-ritmos diseñados y la interfase de operación. este sistema resulta mu-cho más sencillo y económico que los sistemas comerciales diseña-dos para almacenes grandes -aunque también más limitado- y puede configurarse para diferentes almacenes. Por sus características puede ser apto para su aplicación en almacenes de PyMes, sean estos au-tomáticos o manuales.Palabras clave: aS/rS, almacenes automáticos, gestión de almace-nes, planeamiento.

ABSTRACT. a planning system is presented in this work for a small automatic warehouse, three dimensional silo-type structure of which is made up by shelves, pallets and normalised containers and assisted by a Cartesian robot. It also presents the general concepts involved in warehouse administration, the decisions made in this particular case, the algorithms designed and the operational interface. although more limited, the system ends up being simpler and more economic than the commercial systems designed for large facilities and it can be configu-red for different warehouses. Because of the system’s characteristics, it is best suited for small and medium sized warehouses, whether they be manual or automatic. Keywords: aS/rS, automatic warehouses, warehouse managing, planning


Figura 1. estructura y flujo de información del sistema de admi-nistración y control.

esta estructura se corresponde con un esquema clásico de control jerárquico. el sistema presentado tiene un modelo similar, pero la distribución de tareas es algo diferente.

Las responsabilidades de cada nivel son:

nivel 1: Manipulación

Convierte las misiones de movimiento en tareas físicas de alma-cenamiento/recolección, que son ejecutadas por el robot.

nivel 2: gerenciamiento

este módulo genera las trayectorias para el nivel 1 -en este caso, ejecutado por el robot- a partir de la cola de órdenes a ejecutar; mantiene la configuración del almacén y controla las comunicaciones.

nivel 3: Planeamiento

Involucra las decisiones de alto nivel de la operación, como control del stock, secuenciamiento de las órdenes, armado de los lotes.

este trabajo se enfoca en el módulo de Planeamiento; los sis-temas de gerenciamiento y Manipulación se tratarán en otro artículo en preparación.

1.2. Definiciones

en el diseño y operación de almacenes existe una gran variedad de temas a considerar, que han sido cubiertos en diverso grado por la literatura. entre varias revisiones existentes sobre los temas habitualmente tratados, una de las más comprehensivas es gu [2], en ella clasifica los problemas de operación en cuatro grupos: recepción, almacenamiento, recolección de órdenes y embarque.

el proceso de recepción es el primero, cuando los productos llegan a través de camiones o transporte interno. Los problemas

principales a considerar son el ordenamiento de la recepción y la documentación de los productos recibidos.

en el almacenamiento los ítems son ubicados en las ubicaciones correspondientes dentro del almacén.

La recolección consiste en el retiro de ítems de sus ubicacio-nes.

Los procesos de almacenamiento y recolección pueden ser manuales o automáticos.

en el embarque las órdenes son verificadas, empacadas y cargadas en transportes.

respecto a los tipos de almacenes, básicamente se distinguen dos:

De distribución: es un almacén en el cual se reúnen productos de diversos proveedores para distribuir a un número de clientes. Un almacén de producción se usa para almacenamiento de materias primas, productos semi terminados (WIP) y productos terminados en una planta de producción. [3]

Un producto se define como un tipo de mercadería, por ejemplo botellas de gaseosa de una cierta marca; las botellas individuales se denominan ítems (o SKU: Stock Keeping Unit); la combinación de varios ítems de varios productos requeridos por un cliente se denomina una orden del cliente.

Se llama lote (batch) a un conjunto de órdenes que se pueden recuperar en una sola vuelta del transportador.

Un rack se define como cuadrado en tiempo (SIT) [4], si las velocidades vertical y horizontal del transportador son tales que el tiempo para alcanzar la fila más distante desde el punto I/O es igual al tiempo para alcanzar la columna más distante.

Modos operativos

Las operaciones de almacenamiento y recuperación son realizadas por el sistema de manipulación y transporte (SrS). este sistema puede trabajar con distintos modos operativos: ciclos simples, duales y múltiples. el ciclo de simple coman-do (SC) significa que se realiza o un almacenamiento o un retiro entre dos visitas consecutivas a la estación de entrada/Salida. en un ciclo de comando dual (DC), la máquina S/r consecutivamente realiza un almacenamiento, viaja vacía a una locación de retiro, y realiza un retiro. en ciclos de múltiple comando (MC), la máquina S/r puede depositar y retirar varias cargas en un ciclo.

en los almacenes de operación manual frecuentemente una orden se compone de varios ítems, y los transportadores pueden realizar comandos múltiples por lo cual se forman lotes; en cam-bio los almacenes automáticos raramente pueden transportar más de un contenedor al mismo tiempo, como es el caso del almacén prototipo desarrollado.


2. DESCRIPCIÓN DEL ALMACÉN

Figura 2. estructura del almacén.

Se describirá brevemente el almacén experimental sobre el que se basa el desarrollo. el diseño se presenta en detalle en [5].

el almacén tratado es de tipo silo, su estructura es una matriz tridimensional de celdas y consiste en un sistema de estanterías, pallets y contenedores normalizados (Figura 2). el sistema de transporte y manipulación es un robot tipo cartesiano de accio-namiento eléctrico, controlado por un PLC. Juntos constituyen un aSrS (automatic Storage & retrieval System). el prototipo tiene unas dimensiones principales del orden de 3000 mm de profundidad, 1200 de ancho y 2000 de altura.

La estructura de los racks se construye con componentes mo-dulares para estanterías, con algunas adaptaciones al diseño específico.

Las celdas (casilleros) del almacén son de simple o doble altura y pueden almacenar un solo contenedor (celda de simple altura, tipo S), o dos (celda de doble altura, tipo D).

en el almacén se pueden guardar dos tipos de contenedores: pallets para productos ordenados, o cajas totalizadoras para ítems a granel. Cada contenedor puede almacenar varios ítems pero de un mismo producto.

el tamaño de todos los pallets es igual entre sí y el de las cajas también. Los sistemas de aprensión de pallets y cajas son com-patibles y diseñados para ser sujetados con una horquilla.

en un almacén industrial puede haber varias estaciones de entrada/salida (e/S), vinculadas por un trasbordador. en este modelo hay sólo una estación e/S, pero está previsto en el futuro aumentar esta cantidad, vinculándolas a través de un sistema de transporte lineal.

el robot puede mover un contenedor a la vez, como es habitual en los almacenes automáticos, por lo que no se pueden hacer lotes.

este almacén está configurado como un almacén de produc-ción.

3. PLANEAMIENTO DE LAS OPERACIONES

el sistema desarrollado se orienta a la gestión de almacenes de producción; por este motivo se centra en las operaciones de almacenamiento y recolección. Los temas a considerar en estas áreas son:

3.1. Almacenamiento

el almacenamiento debe lograr alta utilización de espacio y faci-litar eficiente manejo de material. Los dos criterios principales a considerar son la eficiencia de almacenamiento, que responde a la capacidad física de almacenamiento, y la eficiencia de acceso, que responde a los recursos consumidos por los procesos de almacenar /recolectar. [2]

3.1.1. Asignación de la ubicación

Para este proceso existen varias políticas: el almacenamiento random deja la decisión al operador, mientras el almacenamiento dedicado prescribe una ubicación particular para cada producto a almacenar. en medio, una política de almacenamiento basada en clases asigna zonas a grupos de productos específicos, a menudo basado en su tasa de movimiento. el producto entrante es almacenado en cualquier ubicación libre dentro del área de su clase. [3, 6]

respecto del almacenamiento random, el dedicado tiene la ventaja de ubicar los ítems con mayor rotación cerca de las esta-ciones e/S y por tanto es beneficioso para el manejo eficiente del material; por otro lado, se debe reservar suficientes ubicaciones para el máximo inventario de cada producto, por lo cual requiere más espacio de almacenamiento. el almacenamiento basado en clases es una alternativa intermedia que tiene los beneficios de ambos [2], por lo cual su implementación tiene efecto sobre el espacio requerido y el costo de manejo del material.

3.2. Recolección

La recolección de órdenes se reconoce en general como la ope-ración más costosa del almacén, porque tiende a ser intensiva ya sea en mano de obra o en uso de bienes de capital . Más del 60% de todos los costos operativos de un almacén se pueden atribuir a esta operación [3, 7].

De acuerdo a Koster et al [7] la complejidad de un sistema de recolección depende de varios factores externos e internos. este nivel de complejidad puede representarse como en la Figura 3,


medida como la distancia respecto del origen; es decir, cuanto más alejado está el sistema del origen, es más difícil de diseñar y controlar.

Figura 3. Complejidad de sistemas de recolección.

analizando la ubicación de este almacén en el gráfico, podemos decir que el nivel de mecanización es automatizado, con ciclo de comando simple o dual, o sea en el extremo más alejado. en cuanto a disponibilidad de información es dinámico; en dimen-sionalidad corresponde a un nivel 3, varios pasillos con varios niveles de almacenamiento, el almacenamiento es basado en clases; los temas relacionados con “batching” no se consideran, ya que no pueden hacerse lotes en este caso. Por lo tanto se observa que en conjunto el almacén tratado es de complejidad mediana a alta.

3.3. Medida de eficiencia

La más importante es el número de almacenamientos y reco-lecciones realizados por el sistema durante un período deter-minado. [8]

4. SISTEMA DE PLANEAMIENTO

4.1. Estructura

Figura 4. arquitectura del sistema.

el sistema de administración y control tiene una estructura similar al presentado en 1, y se implementó en varios módulos. La Figura 4 muestra la arquitectura correspondiente.

el módulo de planeamiento no necesita estar activo para que el almacén funcione; mientras existan órdenes en una cola, el módulo de gerenciamiento se encargará de su ejecución. Por otra parte, hay un módulo independiente de generación de ór-denes, que en esta versión del producto sólo puede ejecutarse desde dentro de la planta.

4.2. Criterios Adoptados

el sistema se desarrolló en base a las siguientes decisiones:

Layout:

el sistema fue diseñado como cuadrado en tiempo (SIT).

Criterio de eficiencia:

Se adopta el de recorrido mínimo, es decir la mínima distancia recorrida por el transportador para operaciones individuales o combinadas de almacenamiento/recolección. esta es una me-dida indirecta de la eficiencia como fue definida en 3.3.

Política de almacenamiento

Se estableció un almacenamiento basado en clases.

Los productos se agrupan en tres clases a, B y C, según sus tasas de popularidad (cantidad de operaciones de almacena-miento/recolección por unidad de tiempo).


Ítem Código Descripción Costo Popularidad Particip. Partic. acum Clase CSU Prov. Conten1 aS011 Correa 52,00 1524 17,91 17,91 a 25 24 CT2 aS009 Tensor 68,36 1430 16,81 34,72 a 20 1 CT3 aS033 Brida de acople 123,24 1215 14,28 49,00 a 1 1 Pa4 ar125 eje de Salida 86,00 1090 12,81 61,81 a 12 1 CT5 aS086 Pista Superior 226,52 950 11,16 72,97 B 1 9 Pa6 aS021 Pista Inferior 189,20 950 11,16 84,13 B 1 9 Pa7 ar109 Poleas Z=51 110,00 700 8,23 92,36 C 5 2 CT8 ar106 Poleas Z=34 80,00 650 7,64 100,00 C 8 2 CT

Totales 8509 100,00

Para establecer las clases, se calcula la participación de cada item en el movimiento total, como la relación entre su popularidad y la sumatoria de popularidades:

Luego se determina la participación acumulada. La Tabla 1 presenta la estructura de la base de datos de artículos usada en este ejemplo. Se ve que los primeros cuatro artículos acumulan el 61.8% del movimiento total, por lo cual se los asigna a la clase a. Con los dos artículos siguientes se alcanza el 84% del movimiento total, y se los establece como clase B, quedando el resto como clase C.

Inicialmente, a cada clase se asigna uno o más racks completos del almacén. La clase con mayor movimiento (a) se sitúa más cerca de la estación de entrada/Salida.

regla de almacenamiento

Dentro de la misma clase, los productos se almacenan con el cri-terio de Celda libre más cercana, Closest Open Location (COL). el COL se define como una ubicación de almacenamiento libre, entre todas las disponibles, que tiene la menor suma de tiempo de viaje desde la estación de entrada hasta el sitio libre y tiempo esperado de recolección desde el sitio libre a la estación [8].

Regla de recolección

entre las diversas reglas mencionadas en [8], se seleccionó la regla del vecino más cercano, NN, según la cual la ubicación objetivo se determina basada en el menor tiempo de operación desde la actual ubicación del transportador hasta la ubicación objetivo y desde dicha ubicación hasta la estación. Se ha mostra-do a través de simulación ([8]) que la política COL/nn, unida al almacenamiento basado en clases, realiza la mejor performance para los layouts cuadrados en tiempo.

Tabla 1: estructura de la base de datos

Secuenciamiento de órdenes

Las órdenes deben ejecutarse en forma secuencial (no se pueden realizar lotes) y pueden atenderse según el orden de llegada (FCFS, [8]), pero el operador puede decidir alterar ese orden, simular las opera-ciones y realizar análisis del tipo what if. (Ver 4.5 Simulación).

La conveniencia de reprogramar las órde-nes surge de que siempre es recomendable realizar un comando dual, de modo que no haya carrera vacía del robot, para mejorar la eficiencia del almacén. Con el esquema FCFS esto no siempre es posible: si la última orden ejecutada fue almacenar, se puede hacer, pero si fue retirar no.

4.3. Modelo matemático

Para la operación del almacén, se requiere un modelo matemá-tico que contemple la estructura y el sistema de manipulación. Para la gestión y su simulación, sólo hace falta el modelo de la estructura. esta se puede describir en forma sencilla por medio de una matriz de tres dimensiones:

a(L,M,n) (a por almacén), donde L es la cantidad de columnas (eje x), M la de filas (eje y) y n la de pasillos (eje z).

Cada celda del almacén se referencia por sus índices de posición (i,j,k). el almacén prototipo es de dimensiones: a(7,8,6).

La única estación de entrada/salida se encuentra cercana al origen del rack 1.

4.3.1. Algoritmos desarrollados en el programa

en base a las consideraciones presentadas en 4.1 se desarrolla-ron algoritmos propios para el almacenamiento y la recolección de órdenes.


4.3.2. Algoritmo de almacenamiento

Seleccionada la clase a que pertenece el producto a almacenar resultan uno o más racks candidatos para almacenar el ítem. el algoritmo de almacenamiento primero elige entre los candidatos el rack donde se almacenará el ítem, como el más cercano a la estación e/S que tiene espacio libre. Luego, barre el rack, desde el origen hacia el extremo más lejano, encontrando los casilleros vacíos. en cada uno calcula la distancia desde el mismo hasta el origen del racks, seleccionando el que está a la menor distancia.

La distancia entre el vértice de una celda cualquiera y el origen del rack se puede calcular como:

(1)

Como se puede expresar (ver Figura 5)

x = j * a (2)

y = i * H

Donde:

i: fila donde se encuentra la celda

j: columna

resulta que i+j es medida indirecta de la distancia, por lo tanto se simplifica el cálculo de (1) como suma de índices i y j. Si dos casilleros tienen igual suma, el algoritmo selecciona el de j (co-lumna) más baja, que es el que tiene siempre menor distancia, debido a que los casilleros son más anchos que altos.

4.3.3. Algoritmo de recolección

Si la última operación fue recuperar, el robot está en la estación e/S, y sólo se puede realizar un comando simple (SC); se aplica un algoritmo similar al COL (recuperarSC), pero que busca la celda más cercana ocupada por el producto que se desea recuperar, que se identifica por su código. Debido al método de almacenamiento COL, éste generalmente es el producto más viejo del tipo buscado. esto no es relevante para este almacén de producción, pero lo sería si se almacenaran productos pere-cederos, para garantizar la renovación de los mismos.

Si la operación anterior fue almacenar el transportador queda vacío y se puede ejecutar un comando dual; se aplica un algo-ritmo denominado “recuperarDC”. Si el contenedor a retirar está en el mismo pasillo que el último alma-cenado se busca la celda ocupada por el pro-ducto deseado más cercana a la trayectoria recta de salida del robot desde su última posición hacia el origen del rack. Para esto, se barren todas las celdas desde la posición actual hasta el origen, calculando la distancia desde el vértice de cada celda a la recta de salida (distancia de un punto a una recta), eligiendo la que tiene menor distancia. esta se expresa como:

(3)

donde:

(4)

Si el contenedor a retirar se encuentra en otro rack, el robot debe primero salir al pasillo lateral más cercano, ir hasta el nuevo rack y luego hasta la celda destino; en este caso, el algoritmo busca el contenedor más cercano al punto de salida del nuevo rack, en una forma similar a recuperarSC.

4.4. Interfase del sistema

Cuando se invoca el programa, se ingresa a través de una pantalla que presenta (Figura 6):

Figura 5. esquema de un rack.


Figura 6. Pantalla de datos y distribución de racks.

información de administración de los productos existentes en el almacén, que se lee directamente de la base de datos de productos (ver Tabla 1)

la distribución de racks por clases

botones para leer las órdenes y procesarlas, y realizar la simulación

un cuadro con indicación de la distancia recorrida por el robot en cada proceso de simulación

botones de acceso a las pantallas propias de cada rack

Las pantallas de cada rack muestran la clase asignada, el estado de ocupación (celda rosa: ocupada), el stock y porcentaje de carga, y brindan la posibilidad de mostrar u ocultar el código del producto almacenado en cada celda (Figura 7).

4.5. Simulación

esta facilidad permite al operador analizar dis-tintas secuencias de la cola de órdenes, observando la distancia recorrida en cada caso. De este modo es posible determinar cuál ordenamiento cumple mejor el criterio de eficiencia de mínima distancia re-corrida.

el resultado de las tareas simuladas se puede observar en la pantalla de ocupación de cada rack (Figura 7).

Se pueden simular y borrar diferentes secuencias, hasta esta-blecer la más adecuada.

Una vez elegida ésta, se procesan las órdenes. recién en ese momento se envía la cola al programa de gerenciamiento.

5. CONCLUSIONES

el presente trabajo se orientó al desarrollo de un sistema de administración compacto, apto para almacenes pequeños. La configuración del almacén se guarda en un archivo de datos, -que se edita desde el módulo de gerenciamiento por lo que se puede aplicar a diferentes almacenes.

Los algoritmos desarrollados son sencillos, pero apropiados para administrar el movimiento de cantidades medias de productos. Por lo tanto, el sistema sería apto para PyMes que manejen estos niveles de inventario. aunque no es directamente escala-ble, los conceptos y metodología empleados pueden aplicarse a almacenes mayores.

en el desarrollo de los algoritmos de almacenamiento y reco-lección se supuso que el transportador entra y sale al rack por su punto de origen. esto no es siempre cierto, lo que plantea una limitación en su validez.

el operador del sistema participa muy activamente en el proceso de secuenciamiento de órdenes, por lo que los resultados logra-dos se ven influidos por su experiencia. el uso de la simulación le permite mejorar las decisiones iniciales.

actualmente se está trabajando en dos mejoras: por un lado el secuenciamiento automático de órdenes, con lo cual se espera mejorar la performance global del sistema. Por otra parte, en la generación de órdenes por Internet, orientado al uso de clientes.

Figura 7. Pantalla de ocupación de cada racks.


REFERENCIAS

[1] amato F.et al, an approach to control automated ware-house systems, Control engineering Practice 13 (2005) 1223–1241.

[2] gu, J.X., goetschalckx, M., Mcginnis, L.F., research on Warehouse operation: a comprehensive review. european Journal of Operational research (2006) 177 (2007) 1–21.

[3] J.P. van der Berg, W.H.M. Zijm, Models for warehouse management: Classification and examples, Int. J. Pro-duction economics 59 (1999) 519-528.

[4] W .H. Hausman, L.B. Schwarz, S.C. gra-ves, Optimal storage assignment in automatic warehousing systems, Management Science 22 (6) (1976) 629-638.

[5] F. Vergara, edith gulino, Diseño de un almacén automá-tico, anales del Primer Congreso argentino de Ingeniería Mecánica, ICaIM, Bahía Blanca, (2008).

[6] B. rouwenhorst et al., Warehouse design and control: freamework and literature review, european Journal of Operational research 122 (2000) 515-533.

[7] de Koster, r. et al, Design and control of warehouse order picking: a literature review, eur. J. Oper. res. (2006), doi:10.1016/ j.ejor.2006.07.009.

[8] S. randawa, r.Shroff, Simulation-based design evalua-tion of unit load automated storage/retrieval systems, Computers ind. engng Vol. 28, nº 1 (1995), pp71-79.


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• Las referencias:

Las referencias se indicarán con número entre paréntesis y se enlistarán al final de la publicación de la siguiente forma:

revistas: [1] J.a. rich, g.a. Farral; “Vacuum arc recovery phe-nomena”. Proc. Ieee, Vol. 52, pp. 1293, november 1964.

Libros: [1] J.D. Krauss; antena new York; Mcgraw-Hill, 1950, primera edición.

• Reseña Biográfica:

Finalmente se debe agregar “Breve reseña Biográfica”, en no más de 20 líneas y en ½ columna para indicar antecedentes del autor.

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