ISSN 1666 6933 Tecnología y Ciencia

Tecnologíay Ciencia

SCyT

ISSN 1666 6933Año 4 - Nº 7

RECTOR Ing. Héctor Carlos BROTTO

VICERRECTOR Ing. Carlos Eduardo FANTINI ASESOR DEL RECTOR Sr. Rubén Omar VIDAL

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SECRETARIO DE PLANEAMIENTO Ing. Juan José SILVA

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Santa Fe

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Tucumán

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Centro de Estudios Mar del PlataInstituto Nacional Superior del

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RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 3

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Editor Responsable Universidad Tecnológica Nacional Secretaría de Ciencia, Tecnología y Posgrado

Revista Tecnología y Ciencia ISSN 1666-6933

Mayo 2013

Redacción y Administración Sarmiento 440 - 3er piso(1347) Ciudad Autónoma de Buenos Aires, ArgentinaTel-Fax: 54-11-5371-5608e-mail: [email protected]: www.utn.edu.ar/scyt

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Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional

Autoridades de la Universidad TecnológicaNacional Staff y Sumario Análisis de Interiores y Exteriores de Tormen-ta para la Provincia de Entre Ríos - Zamanillo,Larenze, Pérez, Garat

Aplicación del método de los elementosfinitos en la simulación del comportamientomecánico de componentes quirúrgicos pararestauraciones máxilo-faciales y odontológi-cas – Carlassare, Bavaro

Comparación de la Contaminación Urbanapor Óxidos de Nitrógeno en las Ciudades deMendoza, Rosario y Santa Fe - Andrés,Ferrero, Ferrari, Fernández

Consecuencias Ambientales del Reemplazo de Lámparas Incandescentes por LámparasFluorescentes Compactas – Leanza, Parente

Factores que inciden en la deserción tem-prana en carreras de ingeniería de la FRSF-UTN - Visentini, Passadore, Alzugaray

Incidencia sobre las redes eléctricas de laslámparas de bajo consumo - Vincitorio,Brutti, Fruid

Métodos de Análisis y Cálculo de la Relaciónde Señales Salida / Entrada de un Circuito - Rivero Normas para la presentación de trabajos

Noticias de UTN

2

3

7

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6266

Director: Dr. Ing. Ricardo Luis Armentano - ([email protected])

Líneas de trabajoEjecución de proyectos que involucren el procesamiento,manejo y almacenamiento de señales e imágenes enaplicaciones para sectores gubernamentales, no gubernamenta-les, académicos, privados y sociales.Asesoramiento a las empresas de bienes y servicios para el logro de una mayor competitividad, eficiencia y productividad.Formación de recursos humanos en investigación, desarrollotecnológico, transferencia de tecnologías y docencia.Capacitación, procesamiento y consultoría en el uso deherramientas e instrumentos de aplicación del procesamiento deseñales e imágenes (PSI).

Proyectos más destacadosIngeniería Cardiovascular: Innovación Tecnológica.Análisis del ECG para determinación del riesgo cardiaco.Detección de Perturbaciones en Redes Eléctricas.Estudio biomecánico de prótesis arteriales.Tiflotecnología-Impresora braile.Sistema Operativo Multitasking.Análisis de la presión arterial, frecuencia cardiaca y pulso arterial.Prospección satelital de recursos naturales.Control de Oscilaciones en Sistemas Eléctricos de Potencia.

Centro de Energía y Ambiente

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Delta

Director del Centro: Ing. Carlos García Ebbens

Departamento de Eficiencia Energética y Renovables:Investigación, Desarrollo Transferencia y Servicios Tecnológicos,en el campo de: Industria; Residencial y Terciario.Trabajos: Simulación Energética de Edificio Sustentable en la ciudad de Buenos Aires; Diagnostico energético Base Vice-comodoro Marambio, Antártida Argentina; Desarrollo de Celdapara detección de coeficientes de transmitancía térmicaen componentes de edificios en Etapa de Construcción.Director del Departamento: Ing. Norberto S. Odobez.

Departamento de Ingeniería Ambiental: Investigación y Desarrollo en el Campo de los Residuos:manejo deposición y reuso.Trabajos: Estudio del aprovechamiento de materiales para el usoen reciclado. Gestión de residuos sólidos urbanos. Convenio con la empresa Recovering para tratamiento de nuestros residuosespeciales. Director del Departamento: Ing. Luis Leanza.Departamento de Transporte:Investigación, Desarrollo y Asistencia técnica a Industrias.Trabajos: Desarrollo de carros de capacitación con motores Diesel Toyota; Estudio y presentación de Anteproyecto Logís-tico para Transito Pesado en Campana, para la Agencia de Desarrollo Campana ADEC. Instalación de Banco de Prueba de Rodillos en Taller Experimental del Automotor, del Centro.Director del Departamento: Ing. Luis Sorrentino.

Centro de Investigación en Informática para la Ingeniería

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Córdoba

Director del Centro: Ing. Luis CANALI

Integrantes: Siete profesores titulares (4 ordinarios); dos profesores asociados ordinarios y tres profesores adjun-tos (uno ordinario); dos investigadores del CONICET; tres becarios doctorales y unos 16 becarios alumnos. Los profesores tienen Dedicación Exclusiva y nueve de ellos tienen doctorado. Hay cinco tesis de doctorado en curso.

Intereses (líneas de trabajo actuales):Control numérico, control de procesos, robótica indus-trial y vehículos autónomos, aplicaciones industriales de procesa-miento de imágenes, mecánica computacional.

Proyectos activos: dos de la Agencia Nacional y cuatro deUTN.

Este Centro cuenta con un edificio de uso exclusivo quesuma 340 m2, refuncionalizado a partir de recursosde subsidios diversos.

Producción 2009-2010: cinco artículos en revistas; un libro de texto y tres capítulos en libros de actas indexados ISI.

Este Centro es el asiento de los Programas de Maestríaen Control Automático y de la Mención Electrónicadel Doctorado en Ingeniería de UTN FRC.

Centro de Investigaciones en Me-cánica Teórica y Aplicada

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Bahía Blanca

Director del Centro: Dr. Víctor H. Cortínez

Objetivo central: desarrollo e investigación de temas de me-cánica aplicada desde una concepción general, con apli-caciones a diferentes áreas de la Ingeniería, con especialénfasis en Ingeniería Mecánica, Civil y Eléctrica.Grupos de Investigación: GASM – Grupo de Análisis de SistemasMecánicos, GEMAT – Grupo de Estudio sobre Materiales, GESE – Grupo de Estudio sobre Energía- y GEMA – Grupo de Electricidad y Mecánica de Automatización. Se concentra de manera especial en la formación de posgrado técnico-científico en la obtención de doctorados y maestrías, contando hoy día con el desarrollo de 9 tesis doctorales y 13 tesis de maestría.Proyectos finalizados: PID UTN25/B017 “Contaminación acústica en ambientes urbanos e industriales”, PID UTN25/B018 “Identificación de daños y diseño de estructuras esbeltasmediante técnicas de optimización” y PID UTN 25/B014 “Op-timización integral de las energías renovables con el vector Hº”.Con relación a estas investigaciones se han efectuado alrededor de 40 publicaciones tanto en revistas nacionales como internacionales y han asistido a más de 30 Congresos.Proyectos de investigación actuales: PID UTN 25/B023 “Aná-lisis, modelación y desarrollo de sistemas mecánicos aplicablesa plataformas terrestres móviles para manipulación de explosivos”,dirigido por el Dr. Marcelo T. Piovan. PID UTN 25/B026 “Mecánicade vigas de paredes delgadas: diseño óptimo e identificaciónde fallas estructurales” y PID UTN 25/B027 “Modelos matemáticosen Ingeniería Ambiental: Problemas directos e inversos”,ambos dirigidos por el Dr. Víctor H. Cortinez.

Revista Tecnología y Ciencia

EDITORIAL

Universidad Tecnológica Nacional

Existen muchas definiciones de lo que seentiende por investigación, desarrollo e inno-vación (I+D+i). En tal sentido se encuentra a defensores a ultranza y detractores de las múl-tiples definiciones existentes. En la Universi-dad Tecnológica Nacional (UTN) el conceptoI+D+i define a la investigación como laindagación original y planificada que persiguedescubrir nuevos conocimientos y unasuperior comprensión en el ámbito científicoy tecnológico. Por otro lado se ha definido operacional-mente el desarrollo como la aplicación de los resultados de la investigación o de cualquier otro tipo de conocimiento científico para la fabricación de nuevos materiales o productos o para el diseño de nuevos procesos o siste-mas de producción, así como para la mejora tecnológica sustancial de materiales, pro-ductos, procesos o sistemas preexistentes. Para completar esta terna de conceptosse suele reservar para la innovación tecnológica la definición que la establece como la actividad cuyo resultado sea un avance tecnológico en la obtención de nuevos productos o procesos de producción o mejoras sustanciales de los ya existentes. Para completar estas definiciones se debe precisar con claridad qué se considera comonuevo al referirse a productos o procesos. En este sentido se entiende por nuevo a todos los pro-cesos y/o productos cuyas características o aplicaciones, desde el punto de vista tecnológico, difieran sustancialmente de las existentes con anterioridad. Para poder conocer qué es nuevo, cuales son las aplicaciones mas exitosas de la ciencia y tecnología, y qué resultados de las in-vestigaciones son insumos para los próximos desarrollos tecnológicos, es necesario contar con un medio que permita la difusión de dicho conocimiento y que se constituya en un repositorio de documentación, datos y experiencias que se compartan en la comunidad científico tecnoló-gica. El presente número de la Revista Tecnología y Ciencia viene a contribuir con la finalidad dedifundir el conocimiento que se genera intramuros en la UTN; en su interior los lectores podrán encontrar el producto de las investigaciones sobre medio ambiente, energía, enseñanza de la in-

RTyC – UTN – Año 9 - Nº 18 3



geniería, modelado computacional, que sin lugar a duda constituirán un insumo muy apreciado por investigadores del campo de la tecnología de nuestro país y del extranjero. El interés despertado por la Revista Tecnología y Ciencia trasciende los límites de la UTN: desde hace un tiempo se reciben solicitudes para enviar aportes desde otras prestigiosas insti-tuciones del quehacer científico y académico. Los aportes de los docentes investigadores hallan en la presente entrega un marco ideal para comunicar sus resultados y compartirlos con los restantes miembros de la UTN. La calidad y el impacto que provoque la presente revista solo podrá ser evaluado por su difusión en la comunidad científica y su utilización en cursos de grado y posgrado y por el uso que de la misma hagan los interesados. Para finalizar estamos llevando a sus manos un producto que se elabora con gran esmero y sobre el cual se ha volcado una gran expectativa dado que la UTN viene contribuyendo de una manera sostenida y contundente al desarrollo tecnológico nacional.

Ing. Héctor Carlos Brotto Rector

Universidad Tecnológica Nacional



INTRODUCCIÓN

La caracterización de las tormentas intensas resulta de fundamental importancia para el diseño hidrológi-co, debido a la escasez generalizada de registros de caudal en nuestro territorio, debiéndose recurrir a diferentesmodelos de transformación lluvia-caudal para efectuar el proyecto y dimensionamiento de obras hidráulicas,tales como canales, sistemas de alcantarillado pluvial urbano y rural, entre otros. La tormenta de diseño constituye el evento crítico que se utiliza como dato de entrada de cualquierade los modelos de transformación lluvia-caudal. Para su determinación es necesario definir la lámina máximaprecipitada, su intensidad y duración para diferentes probabilidades de excedencia, factores que determinanel exterior de tormenta, y representar los interiores de tormenta a través de hietogramas de diseño. Este trabajo presenta los resultados del análisis de las tormentas históricas registradas en la Provin-cia de Entre Ríos, desarrollado en el marco del trabajo de Regionalización de Precipitaciones Máximas para la Provincia de Entre Ríos, el cual incluyó entre sus objetivos la actualización de las relaciones Intensidad-Duración-Recurrencia (I-D-T), así como la definición de los patrones de distribución temporal de las tormentas intensas y la generación de una metodología para la generación de relaciones I-D-T en sitios que carecen de registros pluviométricos y pluviográficos.

Análisis de Interiores y Exteriores …, Zamanillo et al.

Análisis de Interiores y Exteriores de Tormenta para la Provincia de Entre Ríos

Eduardo Zamanillo, Gustavo Larenze, Martín Pérez, María GaratGrupo de Investigación en Hidrología e Hidráulica Aplicada

Facultad Regional Concordia, Universidad Tecnológica NacionalSalta 277 (E3200EKE) Concordia, Entre Ríos, Argentina

Teléfono / Fax: 0054 0345 421 4590 – Correo electrónico: [email protected]

Resumen - Se presentan los principales resultados de la actualización de las relaciones intensidad-duración-recu-rrencia para la Provincia de Entre Ríos. Se analizan los patrones de distribución temporal de las tormentas intensas.Se identifican los criterios adoptados para la separación y selección de tormentas. Se presentan los hietogramasde diseño correspondientes a la metodología de Pilgrim, Cordery y French. Se describen los criterios generales de regionalización de las relaciones intensidad-duración-recurrencia en sitios que carecen de información pluviográfica,basada en un procedimiento de desagregación temporal de la precipitación máxima diaria regionalizada.

Palabras Claves: Hietogramas de Diseño, Relaciones I-D-T, Interiores y Exteriores de Tormenta

Analysis of Storms Interiors and Exteriors for Entre Ríos Province Abstract – The main results of the update of the intensity-duration-return period relationships for the En-tre Ríos Province are presented. The temporal distribution patterns of the intense storms are analyzed. The criteria for the separation and selection of storms are identified. The design hyetographs correspon-ding to the methodology of Pilgrim, Cordery and French are presented. The general criteria of regionali-zation of the intensity-duration-return period relationships in zones with no existing rainfall records are described, on the basis of a temporal disaggregation procedure of the regionalized daily maximum rainfall.

Keywords: Design hyetographs, I-D-T Relationships, Storms Interiors and Exteriors



DESARROLLO A continuación se analizan algunos aspectos teóricos relacionados a la definición de los exteriores einteriores de tormenta y se presentan los principales resultados obtenidos a partir del análisis de la informaciónhistórica registrada en los pluviógrafos de la Provincia de Entre Ríos.

Relaciones I-D-T Para proyectos de obras hidráulicas, tales como sistemas de drenaje rural o urbano, alcantarillas, desagües pluviales, vertederos de represas, etc., es necesario conocer los tres parámetros que caracterizan las precipitaciones máximas: intensidad, duración y recurrencia. Las relaciones intensidad-duración-recurrencia (I-D-T) permiten determinar la intensidad media delluvia i (mm/h) para una duración d (minutos) igual al tiempo en que la totalidad de la cuenca de aporte se en-cuentra solicitando a la obra con el caudal de diseño, y para una recurrencia T (años) acorde al riesgo asociado a la falla. La intensidad media de lluvia disminuye a medida que se incrementa la duración de la tormenta. A su vez, para una duración de tormenta determinada, cuanto mayor sea la recurrencia o tiempo de ocurrencia T de la tormenta, mayor será su intensidad, según se esquematiza en la Fig. 1, para recurrencias TA, TB y TC. Diversas fórmulas han sido propuestas por la bibliografía internacional para caracterizar dicha relación. Entre ellas pueden mencionarse (García, 2000):


Meyer, 1917

Wiesner, 1970

Grisolet, 1948

Németh, 1963

Bernard, 1932

k . Ti = d + c k . Ti = (d + c)n

ki = (d+c) . (P+g) k . log Ti = (d+c)n

k . Tm

i = dn

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

La que se utiliza con mayor frecuencia es la expresión de cuatro parámetros determinada por:

k . Tm

i = (d + c)n Sherman, 1931 (6)

siendo i la intensidad de precipitación en mm/h, T el período de retorno en años, d la duración de la precipitaciónen minutos y k, m, n y c parámetros que se determinan en base a un análisis de regresión lineal múltiple. Según se indica en la Fig. 2, en la Provincia de Entre Ríos existen solamente tres estaciones pluviográficas, localizadas en Concordia, Concepción del Uruguay y Paraná que cuentan con registros de longitudsuficiente para caracterizar la variación de las relaciones intensidad-duración-recurrencia. Se obtuvieron los registros provenientes de las Estaciones Experimentales del INTA en Concordia,Paraná y Concepción del Uruguay, y de las del Servicio Meteorológico Nacional correspondientes a los Ae-ropuertos Concordia y Paraná, cuyos registros de información obtenida y procesada se indican en la Tabla 1. Los registros pluviográficos consisten en fajas de papel, para cuyo tratamiento se diseñó un procedi-miento de digitalización, que incluyó el escaneo de las fajas, su adaptación a una plantilla de AutoCAD Map, y la transformación del registro pluviográfico en una serie de puntos, uno por cada cambio de pendiente, que identifican modificaciones en la intensidad de lluvia. Una vez definidos los intervalos de máxima intensidad anual, comprendidos entre 5 minutos y 24 horas,



se procedió al análisis de los registros de cada estación, utilizando un software de procesamiento específico (Pérez et al., 2008), que interpreta los datos digitalizados y transforma las variaciones de X en períodos de tiempo y las variaciones de Y en lluvia caída. El análisis estadístico de las alturas máximas de precipitación se efectuó ajustando los valores observa-dos a diferentes distribuciones teóricas de probabilidad (Paoli et al., 1996), adoptándose la Ley Gumbel para estimar las intensidades máximas correspondientes a distintas probabilidades de excedencia. Para cada período de retorno se determinaron las intensidades correspondientes a las láminas máximas estimadas y se obtuvieron las relaciones I-D-T para los pluviógrafos provinciales a partir del ajuste de dichas intensidades a una expre-sión Sherman de cuatro parámetros, definida según (6). Como resultado del procesamiento y análisis de la información pluviográfica se actualizaron las ecua-ciones I-D-T para los pluviógrafos provinciales, las cuales responden a las ecuaciones 7 a 9 (Zamanillo et al., 2008).


Inte

nsid

ad (m

m/h

)

Duración (horas)

-61º0’ -60º0’ -59º0’ -58º0’

-61º0’ -60º0’ -59º0’ -58º0’

30º0’

31º0’

32º0’

33º0’

34º0’

-30º0’

-31º0’

-32º0’

-33º0’

-34º0’

Fig. 1: Relaciones intensidad-duración-recurrenciaFig. 2: Estaciones pluviográficas y división

en subcuencas hidrográficas

Estación

Concordia

Paraná

Concepción del Uruguay

Registro

1961 - 2004

1963 - 2005

1980 - 2005

INTA

1992 - 2004

1963 - 1998

1980 - 2005

S.M.N.

1961 - 2004

1999 - 2005

-

Tabla 1 - Longitud de registro de la información pluviográfica (Años)



Análisis de interiores de tormenta Los hietogramas de diseño se determinaron utilizando el Método de Pilgrim, Cordery y French, es-tándar de diseño hidrológico en Australia (Pilgrim et al., 1977), a partir de la información pluviográfica digita-lizada y procesada que refleja la distribución temporal real de las tormentas registradas. Esta metodología se basa en la determinación del porcentaje de lámina precipitada correspondiente acada intervalo de tiempo en que se dividen las tormentas. En función de estos porcentajes se realiza un ordena-miento de los intervalos, asignándole el valor 1 al aquel en el cual se produce el pico, 2 al intervalo en que se presenta segundo en magnitud, y así sucesivamente. Los órdenes correspondientes a cada intervalo son promediados para el conjunto de tormentas regis-tradas, y luego son ordenados por orden de magnitud, correspondiendo la posición del pico al intervalo de tiempo que presenta el menor número de orden, el segundo intervalo al siguiente número de orden promedio, y así sucesivamente. Los porcentajes de lámina precipitada que se asignan a cada intervalo se obtienen promediando los va-lores correspondientes a cada número de orden en el total de las tormentas. Para identificar las tormentas intensas deben establecerse valores mínimos de intensidad media y delámina precipitada, así como criterios de separación que permitan fijar el valor mínimo de tiempo en el cual no se registran lluvias. En este trabajo se fijó un valor medio de intensidad mínima igual a 0,1 mm/min (Medina et al., 1975), lo cual significa que las tormentas con intensidad media menor al umbral 0,09 mm/min no fueron incluidas en el análisis. El valor adoptado para definir la lámina mínima precipitada, en virtud de los registros disponibles,fue igual a 20 mm, mientras que el valor de separación adoptado fue de 2 horas (criterio de Eagleson).


652,4 . T0,26

i = (d + 5)0,71

1086,9 . T0,19

i = (d + 9)0,78

601 . T0,23

i = (d + 6)0,69

Concepción del Uruguay:

Concordia:

Paraná:

(7)

(8)

(9)

La Fig. 3 representa gráficamente la relación I-DT para la localidad de Concordia.

300

250

200

150

100

50

0

Inte

nsid

ad (m

m/h

) 652,4 . (Tr)0,26

i = (d + 5)0,71

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Duración (minutos)

2 años5 años10 años25 años50 años

70

60

50

40

30

20

10

0

0

Inte

nsid

ad (m

m/h

)

652,4 . (Tr)0,26

i = (d + 5)0,71

2 años5 años10 años25 años50 años

120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 Duración (minutos)

CONCORDIA (1961 - 2004)CURVA INTENSIDAD - DURACIÓN - RECURRENCIA

Fig. 3: Relaciones intensidad-duración-recurrencia Concordia (1961-2004)



La duración total de la tormenta fue dividida en cuantiles variables, de acuerdo a su rango. De esta forma, las duraciones mayores a 120 minutos fueron divididas en 6 cuantiles, mientras que para las tormentas de corta duración se adoptaron los siguientes cuantiles: tres para duraciones menores o iguales a 30 minutos, cuatro para duraciones entre 30 y 60 minutos, y cinco para duraciones variables entre 60 y 120 minutos. La identificación del número de tormentas correspondientes a cada duración se desarrolló utilizando un software de procesamiento específico con el que se procesaron los registros pluviográficos disponibles, deter-minándose los portentajes de precipitación respecto a la precipitación total correspondientes a cada cuantil. De esta forma fueron identificados los distintos patrones de distribución temporal de las tormentas in-tensas en cada estación pluviográfica, los cuales se resumieron en Hietogramas de diseño característicos para la Provincia de Entre Ríos. La Tabla 2 resume los valores característicos del pluviógrafo emplazado en la localidad de Concordia, presentándose los Hietogramas de diseño correspondientes en la Fig. 4.


< 30entre 30 y 60entre 60 y 120entre 120 y 180entre 180 y 360entre 360 y 720entre 720 y 1440

0.330.270.310.150.130.460.07

0.500.560.530.510.470.140.36

0.170.120.110.250.230.200.22

0.050.040.030.090.100.19

0.020.060.050.060.13

0.010.030.040.04

11217141648256

Duración(minutos)

Porcentaje de precipitación de cada cuantil Cantidad de tormentas

Tabla 2 - Concordia - Porcentajes de precipitación total

Pre

cipi

taci

ón T

otal

(%)

Pre

cipi

taci

ón T

otal

(%)

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Hasta 30 minutos 30 a 60 minutos 60 a 120 minutos 120 a 180 minutos

0.33

0.50

0.17

0.55

0.27

0.120.06

0.53 0.51

0.31

0.25

0.110.15

0.04 0.02 0.03 0.080.01

33 67 100 25 50 75 100 20 40 60 80 100 17 33 50 67 83 100

17 33 50 67 83 100 17 33 50 67 83 100 17 33 50 67 83 100

0.47 0.46

0.36

0.100.130.13 0.14 0.10

0.200.23 0.22

0.070.040.04

0.060.03

0.09 0.05

Porcentaje del tiempo

Porcentaje del tiempo

Fig. 4: Hietogramas de tormenta. Concordia



Transposición de las relaciones intensidad-duración-recurrencia Para estimar las intensidades de precipitación en los emplazamientos que carecen de información plu-viográfica se desarrolló un procedimiento basado en la desagregación temporal de la precipitación máxima diaria regionalizada (G.I.H.H.A., 2008). De acuerdo a las condiciones propuestas por Pierrehumbert (Pilgrim et al., 1977) se delimitaron laszonas de influencia asociadas a cada estación pluviográfica. Teniendo en cuenta esto y en función de la dispo-nibilidad de registros pluviográficos, la Provincia de Entre Ríos se dividió en las zonas indicadas en la Fig. 5.


30º0’

31º0’

32º0’

33º0’

34º0’

30º0’

31º0’

32º0’

33º0’

34º0’

61º0’ 60º0’ 59º0’ 58º0’

60º 59º 58º

Fig. 5: Zonas de influencia pluviográfica

A cada zona de influencia se le atribuyó el mismo patrón temporal, caracterizado por los cocientes rd/24 entre láminas de distintas duraciones d (min) con respecto a la precipitación de 24 horas (P24horas) y por las relaciones RT = P24horas/Pmáx diaria. Las relaciones RT incorporan al análisis la diferencia que existe entre el día pluviométrico o pluviográ-fico (generalmente con hora de inicio y fin de registro predeterminadas) y el intervalo móvil de 24 horas que abarca las máximas intensidades de tormenta. El valor medio de esta relación en diferentes lugares del mundo oscila en torno al valor 1,14. El mismo fue determinado para los tres pluviógrafos provinciales a partir del contraste entre los registros pluvio-gráficos y pluviométricos obteniéndose los valores que se indican en la Tabla 3.

LOCALIDAD ConcordiaConcepción del UruguayParaná

RT1,161,141,15

Tabla 3.- Relaciones RT de los pluviógrafos provinciales



Los cocientes rd/24 se obtuvieron a partir de la relación I-D-T de cada región de influencia pluviográ-fica, indicándose los valores representativos en la Tabla 4.


DURACIÓN (minutos)LOCALIDAD

ConcordiaC. Uruguay

Paraná

100.180.200.16

300.290.350.27

600.380.450.35

900.430.510.41

1200.470.550.45

1800.540.610.51

3600.660.730.65

7200.820.850.80

Tabla 4.- Relaciones (rd/24) de los pluviógrafos provinciales

En los sitios que carecen de información pluviográfica, es posible estimar la precipitación máxima diaria (Pmáx diaria) en base a mapas regionalizados (Zamanillo et al., 2008), y afectarla por los cocientes RT y rd/24, extrapolados desde la estación pluviográfica, para obtener las láminas hd correspondientes a duraciones menores a 24 horas. Por lo tanto:

Aplicando la Ecuación (10) a las precipitaciones máximas diarias correspondientes a distin-tos períodos de retorno T, se determinan las láminas hd (mm) para todo el rango de duraciones d (min) menores a 24 horas, a partir de las cuales quedan definidas las intensidades id = hd•60/d (mm/hora), generando una nube de puntos sobre la que es posible ajustar una ecuación de tipo Sherman.

Ejemplo de aplicación Los principales aspectos de la metodología de transposición se ejemplifican para la localidad de No-goyá (32º 24’ S y 58º 47’ W), ubicada en el área de influencia del pluviógrafo de Paraná, según se presenta en la Fig. 6, donde también se encuentran representadas las isohietas de valores medios de precipitaciones máximas diarias (mm).

hd (mm) = (rd/24) . P24 = (rd/24) . (RT . Pmáx. diaria) (10)

Fig. 6: Ubicación de la localidad de Nogoyá

30º30’

31º0’

31º30’

32º0’

32º30’

33º0’

60º30’ 60º0´ 59º30’ 59º0’



Según se indica en la Tabla 3, el valor promedio de la relación RT entre las láminas de 24 horas (P24horas) y las láminas máximas diarias (Pmáx diaria) para el pluviógrafo emplazado en Paraná es igual a 1,15. Las relacio-nes rd/24 se extraen de la Tabla 4. Utilizando estos coeficientes se desagregan las precipitaciones máximas diarias estimadas para la loca-lidad de Nogoyá a través de la Ecuación (10), obteniendo las láminas hd (mm) indicadas en la Tabla 6.


La Tabla 5 presenta los valores de precipitaciones máximas diarias (mm) obtenidos para estas coorde-nadas a partir de la aplicación del Método Regional del Índice de Crecientes.

T (años)Pmáx. diaria (mm)

298

50206

5129

10151

20174

25181

Tabla 5.- Nogoyá - Pmáx diaria estimada

A partir de las mismas es posible determinar las intensidades id (mm/hora) correspondientes a todo el rango de duraciones menores a 24 horas, generando una nube de puntos que simula las intensidades de diseño, las cuales se indican en la Tabla 7.

5025201052

20618117415112998

1.151.151.151.151.151.15

235.8207.7199.1173.2147.9112.0

1036.632.330.926.923.017.4

3062.855.353.046.139.429.8

6082.772.869.860.751.939.3

9095.884.480.970.360.0145.5

120105.893.289.477.866.450.3

180121.3106.9102.589.176.157.6

360152.1134.0128.5111.795.472.3

720189.7167.1160.2139.3119.090.1

1440235.8207.7199.1173.2147.9112.0

Duración d (minutos)T(años)

Pmáx.diaria(mm) RT P24

(mm)

Tabla 6.- Desagregación temporal Pmáx diarias Nogoyá) - Láminas hd (mm)

Finalmente, a través de un análisis de regresión lineal múltiple se realiza el ajuste de dichas intensida-des a una ecuación tipo Sherman de cuatro parámetros, determinándose la ecuación I-D-T para la localidad de Nogoyá:

5025201052

10219.8193.6185.6161.4137.8104.4

30125.6110.6106.192.378.859.7

6082.772.869.860.751.839.3

9063.856.253.946.940.030.3

12052.946.644.738.933.225.1

18040.435.634.229.725.419.2

36025.422.321.418.615.912.0

72015.813.913.311.69.97.5

14409.88.78.37.26.24.7

Duración d (minutos)T(años)

Tabla 7.- Desagregación temporal Pmáx diarias Nogoyá - Intensidades id estimadas (mm/hora)



Obteniendo por optimización un valor de c = 6 se obtiene un coeficiente de determinación R2 = 0,998.

Aplicación de cálculo de tormentas de diseño Con el objeto de suministrar una herramienta de cálculo para el diseño se desarrolló una aplicación,que funciona en un entorno Excel con macros programadas en Visual Basic, denominada “Lluvias E.R.”. Esta permite estimar la Precipitación Máxima Diaria, la relación I-D-T y la distribución temporal de tormentas de distintas duraciones para cualquier coordenada geográfica ubicada en el ámbito de la Provincia de Entre Ríos. La Fig. 7 presenta la estructura general de la aplicación, que ha sido organizada en cuatro módulos principales, a los cuales se puede acceder a través del Menú Inicio de la planilla de cálculo: Máximos Diarios, Relaciones I-D-T, Hietograma de Diseño y Decaimiento Areal.


k . Tm 627 . T0,23

i = (d + c)n

= (d + 6)0,69

(11)

La aplicación permite seleccionar coordenadas geográficas pertenecientes al territorio de la Provincia de Entre Ríos, y adoptar el pluviógrafo de referencia para efectuar la desagregación temporal de la tormenta y calcular o imprimir la ecuación intensidad-duración-recurrencia para el sitio de coordenadas especificadas, según se indica en la Fig. 8.

Fig. 7: Menú Inicio de “Lluvias E.R.”


RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 6 Análisis de Interiores y Exteriores …, Zamanillo et al.

MÉTODO DE PILGRIMTemporal Patterns of DesignRainfall - Pilgrim, Cerdarg, French - 1965ATRÁS

DURACIÓN TORMENTA (minutos) 720RECURRENCIA DE DISEÑO (años) 10COEFICIENTE DE DECAIMIENTO AREAL 1.00LÁMINA TOTAL PRECIPITADA (mm) 154.6

Imprimir

0.46

0.20

0.100.06 0.04

0.14

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00Lám

ina

Pre

cipi

tada

(%)

17 33 50 67 83 100% del Tiempo

0.460.59

0.800.90

0.96 1.001.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00Lám

ina

Acu

mul

ada

(%)

17 33 50 67 83 100% del Tiempo

PRECIPITACIÓN ACUMULADA (%)HIETOGRAMA DE DISEÑOPLUVIÓGRAFO Concordia

Fig. 8: Selección del pluviógrafo de referencia

La opción HIETOGRAMA DE DISEÑO conduce al cálculo del patrón de distribución temporal de la tormenta y la evolución de lámina acumulada para distintos intervalos de tiempo. Deben ingresarse la duración de la tormenta (en minutos), y la recurrencia de diseño (en años), a partir de los cuales se generan los patrones de distribución temporal utilizando las siguientes metodologías: Método de Pilgrim y Método de los Bloques Alternos (Chow, 1994). El hietograma generado con el Método de Pilgrim representa el patrón de distribución correspondiente al pluviógrafo de referencia seleccionado, e indica los valores de precipitación (como porcentaje de la precipi-tación total) correspondientes a distintos porcentajes de la duración total de la tormenta, tal como se muestra en la Fig. 9.

MÉTODO DE PILGRIMTemporal Patterns of DesignRainfall - Pilgrim, Cerdarg, French - 1965ATRÁS

DURACIÓN TORMENTA (minutos) 720RECURRENCIA DE DISEÑO (años) 10COEFICIENTE DE DECAIMIENTO AREAL 1.00LÁMINA TOTAL PRECIPITADA (mm) 154.6

Imprimir

0.46

0.20

0.100.06 0.04

0.14

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00Lám

ina

Pre

cipi

tada

(%)

17 33 50 67 83 100% del Tiempo

0.460.59

0.800.90

0.96 1.001.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00Lám

ina

Acu

mul

ada

(%)

17 33 50 67 83 100% del Tiempo

PRECIPITACIÓN ACUMULADA (%)HIETOGRAMA DE DISEÑOPLUVIÓGRAFO Concordia

Fig. 9: Método de Pilgrim


En base a los mismos, y a partir de la relación I-D-T obtenida para las coordenadas ingresadas se calcula la evolución en el tiempo de la precipitación acumulada. La aplicación trabaja también con Hietogramas de Diseño derivados del Método de los Bloques Al-ternos, y permite la selección de las características principales del hietograma, como la amplitud del intervalo de tiempo asignado a cada bloque, y la posición del pico de máxima intensidad, como se muestra en la Fig. 10.

RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 6Análisis de Interiores y Exteriores …, Zamanillo et al.

Utilizando esta herramienta de cálculo se determinaron las relaciones intensidad-du-ración-recurrencia y se generaron hietogramas de diseño característicos para una ma-lla cuyas coordenadas geográficas corresponden a 250 localidades del territorio provincial. Estos resultados fueron incorporados a dos sistemas de visualización y consulta de información, que complementan la publicación “Tormentas de Diseño para la Provincia de Entre Ríos”.

CONCLUSIONES

Ha sido posible caracterizar el comportamiento de las tormentas intensas, en base a la actualización delas relaciones intensidad-duración-recurrencia de los pluviógrafos provinciales y de la definición de los patro-nes de distribución temporal para distintos rangos de duración de las precipitaciones. Se ha generado una metodología a través de la cual se efectúa la transposición de tormentas en cualquier emplazamiento geográfico ubicado en el territorio de la Provincia, y que contempla las características pluvio-métricas y pluviográficas del punto de utilización. Los nuevos elementos de diseño han sido sistematizados a partir de la generación de una aplicaciónque flexibiliza las operaciones de cálculo, habiéndose incorporado los principales resultados a dos sistemas de información Geográfica destinados a la consulta y visualización de las variables características en 250 locali-dades de la Provincia de Entre Ríos.

AGRADECIMIENTOS

A la Dirección de Hidráulica de Entre Ríos, Ser vicio Meteorológico Nacional, al INTA, y a la CTMde Salto Grande. A los becarios del Proyecto por la labor realizada.

ATRÁSINICIO

MÉTODO DE LOS BLOQUES ALTERNOSAlternating Block Method (Chow, V. T. - 1994)

Pre

cipi

taci

ón (m

m)

Pre

cipi

taci

ón (m

m)

Pre

cipi

taci

ón (m

m)

Pre

cipi

taci

ón (m

m)

Pre

cipi

taci

ón (m

m)

Pre

cipi

taci

ón (m

m)

Duración (minutos) Duración (minutos) Duración (minutos)

Duración (minutos)Duración (minutos)Duración (minutos)

8

25% d

SELECCIONAR NÚMERO DE BLOQUES

Duración de la tormenta (minutos)

Amplitud del bloque (minutos)

720

90.0

SELECCIONAR POSICIÓN PICO

Duración correspondiente a la intensidad máxima(minutos) 180

CalcularBloques alternos selec

Fig. 10: Método de los Bloques Alternos



REFERENCIAS

García Carlos, “Lámina de Lluvia Puntual para Diseño Hidrológico”. Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería,Mención Recursos Hídricos), Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba, Cór-doba, Argentina, 146, (2000). Pérez Martín , Zamanillo Eduardo y Larenze Gustavo “Análisis de interiores y exteriores de tormenta para la Provincia de Entre Ríos”, III Jornadas de Difusión de proyectos de investigación-extensión – INEX 2008. Universidad Nacional de Entre Ríos, Concepción del Uruguay, Argentina, 28 de septiembre de 2008. Paoli Carlos , Bolzicco José y Cacik Pablo, “Análisis de Frecuencia de Variables Hidrológicas”, Universidad Na-cional del Litoral, Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas, (1996). Zamanillo Eduardo , Larenze Gustavo , Tito María , Pérez Martín , Garat María , Gómez Patricia, “Tormentas de Diseño para la Provincia de Entre Ríos”, Primera Edición, Universidad Tecnológica Nacional, Argentina, 25, (2008). Pilgrim David , Cordery Ian, French Richard , “Australian rainfall and runoff, Flood Análisis and Design”, The Institution of Engineers, Bloxham and Chambers PTY LTD., Australia, 3-59, (1977). Medina Lázaro, Moyano Cristina, “Estudio piloto de lluvias intensas en la República Argentina”, Hidrología Cua-derno N°2, INCYTH. Buenos Aires, Argentina, 1-17 (1975). G.I.H.H.A. (Grupo de Investigación en Hidrología e Hidráulica Aplicada), “Informes de Avance”, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Concordia, (2006, 2007, 2008). Chow Ven Te, Maidment David, Mays Larry, “Hidrología Aplicada”, Editorial McGraw-Hill Interamericana S.A, Bogotá, Colombia, 477-479, (1994).



RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 19Aplicación del Método..., Carlassare

Aplicación del Método de los Elementos Finitos en la Simula-ción del Comportamiento Mecánico de Componentes

Quirúrgicos para Restauraciones Máxilo-faciales y Odontológicas

Ing. Carlos Carlassare ([email protected]) Ing. Miguel Bavaro ([email protected])

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Haedo

Resumen - Se describen las características más relevantes de los modelos de Elementos Finitos (E. F.) para simularnuméricamente el comportamiento mecánico relativamente complejo de componentes de uso quirúrgico. Estos estudios permiten estimar con buena aproximación las cargas de falla para una sola aplicación ypara solicitaciones repetidas, considerando todas las fuentes de no linealidad relevantes: Material o física,Geométrica y Contacto entre superficies múltiples con fricción a coeficiente variable. Los resultados pueden utilizarse para validar diseños ante la autoridad de aplicación (ANMAT), optimizar omejorar la confiabilidad de diseños existentes, etc.

Palabras Clave: Análisis por E. F. de Prótesis Odontológicas, Implantes dentales

Summary - The most relevant features of Finite Element Models aimed at simulating the relativelycomplex mechanical behavior, of surgical components are described. Theses type of analysis lead to close estimates of the static (one application) collapse and cyclic (Fatigue) loads, includingall the sources of non-linearity involved: Material or physical, Geometrical and Multi-surface contactwith variable coefficient of friction. Results and conclusions can be used to validate new designs to the regulatory authority (ANMAT), optimizingor improving the reliability of existing products, etc.

INTRODUCCIÓN

Los elementos de uso quirúrgico maxilo-facial cuyos modelos de simulación se describen en este trabajo,incluyen tornillos, placas de retención de fracturas y conjuntos completos de implantes odontológicos. Todos esos elementos son particularmente críticos porque afectan el confort y la salud humana, poseen pequeñas dimensiones para acomodarse a las limitaciones estéticas y del espacio disponible y tienen un com-portamiento mecánico relativamente complejo. Ante la imposibilidad de describir estos fenómenos utilizando métodos de análisis convencionales, losingenieros recurrieron inicialmente a los métodos experimentales fotoelásticos hasta que el desarrollo, popu-laridad y capacidades crecientes de los métodos numéricos los transformó en una herramienta valiosa y casi exclusiva en este campo. Las principales dificultades para el estudio del comportamiento de estos elementos están relacionadas con formas geométricas cuya complejidad está gobernada por su funcionalidad, la presencia de materiales diversos (hueso de distintas características, metal, cerámicos, etc.), la no-linealidad intrínseca de las relacio-nes constitutivas, la no-linealidad geométrica y esencialmente, la interacción por contacto multisuperficie con fricción entre las diferentes partes. La Fig. 1, que corresponde a uno de los implantes odontológicos analizados, ilustra algunas de las cuestiones mencionadas en el párrafo precedente, con particular énfasis en la interacción a través de múltiples



filetes de ambas caras de las roscas y otras superficies de contacto entre las diferentes partes.

DESCRIPCIÓN

Geometría y modelo discreto. La geometría de las partes se muestra en la Fig. 1 y las características de la malla de E. F. en la Fig. 2. En la última se muestra sólo el tornillo y el cuerpo del implante perfectamente óseo-integrado (adherencia del 100%) a la masa de hueso representada en este caso mediante dos capas. El utilitario multipropósito de E. F. empleado en estos estudios [Ref. 1] dispone de capacidades espe-cíficas para resolver problemas no-lineales con simetría de revolución geométrica y cargas no simétricas, con claras ventajas por la notable reducción en la cantidad de grados de libertad necesarios para un nivel de apro-ximación dado. Sin embargo, en este trabajo se adoptó un modelo 3D (reducido a la mitad debido a la simetría existente), ante la necesidad de prever modificaciones a la geometría para incluir detalles que destruirían la simetría axialgeométrica.

Aplicación del Método..., Carlassare

Fig.1 – Vista general de la geometría del modelo de un implante odontológico. Incluye el núcleo de hueso esponjoso, la capa de hueso cortical, el cuerpo del implante con rosca externa e

interna, el tornillo y el cuerpo emergente en el que se aplica la carga de oclusión

Fig. 2 – Malla de E. F. del tornillo y del conjunto del implante oseo-integrado al hueso,

utilizando elementos tetraédricos C3D4 [Ref 1]

Materiales. El hueso es un material poroso de densidad variable de un modo continuo desde la corteza relativamente dura y resistente (hueso cortical) hasta el interior del núcleo menos denso y resistente. En nuestro modelo se sigue el esquema presentado en la mayor parte de los trabajos [Refs. 2 a 15] en los que se utiliza una aproximación bicapa, ambas homogéneas e indefinidamente elásticas y lineales. La hipótesis de linealidad física es utilizada en trabajos que, como en éste, se presupone que el diseño del cuerpo del implante induce esfuerzos y deformaciones compatibles con los límites mecánicos del hueso. De no ser el caso y contar con datos sobre las propiedades que describen el comportamiento mecá-nico de las distintas especies de hueso, pueden utilizarse otros modelos de material disponibles en el utilitario empleado, como por ejemplo los que describen el comportamiento de materiales porosos. Las partes metálicas de Titanio Grado 4 y Grado 5 se representan utilizando el modelo de plasticidad asociada de Von Mises con regla de endurecimiento isótropo. Las curvas tensión-deformación se definen mediante el modelo de Ramberg-Osgood que reproduce ade-cuadamente curvas de ensayo como las mostradas en la Fig. 3 [Ref. 2].



Condiciones de contorno y restricciones cinemáticas. Se restringen los desplazamientos en los nodos de las caras de los elementos que pertenecen a la base del modelo (Fig. 1) y el cuerpo del implante se supone perfectamente adherido a la superficie del hueso (óseo-integración perfecta). Todas las restantes superficies de contacto entre partes pueden despegarse y desplazarse relativamente unas respecto de otras sin interpenetrarse. Las cargas de fricción debidas a los desplazamientos relativos de-penden de un coeficiente de fricción que varía según una ley de decaimiento exponencial desde su valor estático hasta el cinemático.

Cargas. En el primer paso de cargas se aplica una precarga equivalente a la que genera el momento de torsión en instalación del tornillo, mediante un cambio de temperatura que produce efectos equivalentes en el cuerpo del tornillo. En el paso siguiente de cargas se aplica la fuerza de oclusión, inclinada a 30º respecto de la vertical y de valor suficientemente grande como para superar la carga de colapso del conjunto.

Resultados. Desde el punto de vista numérico, el colapso se identifica por la no convergencia después de un nú-mero suficientemente alto de iteraciones del algoritmo de resolución implícito. Desde el punto de vista físico el colapso admite una definición matemática más precisa, basada en laintersección de la curva carga-deformación con una recta cuya pendiente esta relacionada con la del tramo lineal de la curva . Los resultados para pasos intermedios y para el último paso en que se logra convergencia de los resul-tados para uno de los implantes analizados se muestran en la Fig. 4. En la Fig. 5 se muestra una vista parcial del conjunto (izquierda) y del tornillo en el último paso decargas (derecha). La vista de la posición deformada con una escala convenientemente ampliada permite apreciarclaramente el despegue de algunas superficies de los flancos de las roscas, el contacto entre otras y las amplias zonas del cuerpo del tornillo que están en régimen plástico.


2000

1500

1000

500

0

500

1000

1500

2000

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

True

stre

ss (M

pa)

Ti-6Al-4V

G4G2

True strain

Fig. 3 – Curvas de la Tensión de Cauchy vs. Deformación Logarítmica para diversos tipos de Ti



Comportamiento a fatiga. El comportamiento a fatiga puede describirse mediante el modelo de Manson-Coffin, con corrección por las tensiones medias [Ref. 16], eventualmente y por tratarse de un estado multi-axial, pueden utilizarse las deformaciones normales y tangenciales que actúan en el plano asociado a la iniciación y propagación de la falla [Refs. 4, 5 y 16]. El empleo de una aproximación elastoplástica permite utilizar cualquiera de los criterios y métodos ba-sados en las deformaciones plásticas, mucho más apropiados para la descripción del fenómeno para fatiga de bajos ciclos. En este caso y teniendo en cuenta que sólo se pretendía estimar la máxima carga para duración indefi-nida, se recurrió a los criterios clásicos basados en la curva S-N para probetas pulidas (Fig. 6) y el criterio de Goodman (Fig. 7) para tener en cuenta la influencia de las tensiones medias.


Fig. 4 – Distribución de la tensión de Von Mises [MPa] para un valor intermedio de la carga (izquierda) y en el momento del colapso del cuerpo principal del implante (derecha). Las zonas

oscuras indican que le material se encuentra en régimen plástico

Fig. 5 – Vista parcial del conjunto en un paso intermedio decargas (izquierda) y del tornillo en el nivel de carga

de su colapso (derecha)

1.24x1091.1010

1.109Sfat(n)

1.1082.681x108

1 10 100 1.103 1.104 1.105 1.106 1.107 1.108 1.109 1.1010

1 n 1010

Fig. 6 a – Curva carga – deformación (sólido) calculada, aproximación lineal con la pendiente en el origen (azul)y recta que permite definir la carga y el desplazamiento de colapso físico (punto y guión)

1.24x1091.1010

1.109Sfat(n)

1.1082.681x108

1 10 100 1.103 1.104 1.105 1.106 1.107 1.108 1.109 1.1010

1 n 1010

Fig. 6 b – Curva de la expectativa de vida típica para el Titanio Grado 5



Otros casos analizados. Utilizando el mismo enfoque y criterios, se analizaron otros componentes como los que se muestran en las Figs. 8 y 9.


Fig. 7 – Diagrama de Goodman y línea de carga

258.7

206.96

155.22

103.48

51.74

0

Fcol

ΔPadm(PR)

Aux (PR)

Carga (PR)

Eje (PR)

0-258.7 -206.96 -155.22 -103.48 -51.74 0 51.74 103.48 155.22 206.96 258.7-Fcol PR Fcol

Fig. 9 – Vista general de un cuarto (por simetría) del conjunto óseo de dos capas, tornillos y placa (arriba, izquierda),

detalles del modelo de E. F. en la zona de contacto de la cabeza de los tornillos y la placa (arriba, derecha) y

distribución de la tensión de Von Mises en el momento del colap-so (Abajo, centro)

Fig. 8 – Modelo de E. F. del tornillo (izquierda) y gráfico de la Tensión de Von Mises en el momento del colapso (izquierda)



Los estudios de las placas de retención para fracturas maxilofaciales incluyen las capas del hueso, los tornillos de fijación (simplificando la geometría mediante la exclusión de los filetes de la rosca) y las placas. Todos los modelos se basan en la hipótesis de óseo-integración perfecta de los tornillos, incluyen la no-linealidad de los materiales metálicos me-diante el modelo de plasticidad asociada con regla de endureci-miento isótropo de Von Mises y los fenómenos de contacto con fricción entre la cabeza de los tornillos y sus alojamientos en las placas. El propósito de esos estudios es determinar la carga y el desplazamiento de colapso para establecer su compatibilidad con los requerimientos que impone su empleo.

CONCLUSIONES

La disponibilidad de herramientas robustas y confiables permite simular el comportamiento de sistemas críticos por su función y extremadamente complejos por su comportamiento mecánico, con un mínimo de hi-pótesis para que los resultados sean representativos del comportamiento real y compatibles con los propósitos de cada estudio. Los diseños pueden optimizarse antes de construir cualquier prototipo, flexibilizando el proceso de aná-lisis de las alternativas y prediciendo con un elevado grado de exactitud el comportamiento esperable durante la vida útil. Puede estudiarse la influencia de parámetros tales como el grado de retracción ósea, la falta de óseo-integración, las propiedades de los materiales, las tolerancias constructivas y muchos otros factores cuya ponderación experimental requeriría de largas y costosas series de ensayos.

REFERENCIAS

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CARLOS CARLASSARE Dos personas pueden llegar a ser amigos aunque no se vean seguido, sobre todo si una pasión al-gunas veces inexplicable los une. Con Carlos Carlassare y quien esto escribe, ése fue el caso. Nuestro vínculo era la simulación de sistemas por CAS (Computer Algebra Systems), en los que Carlos fue un real maestro y yo un aprendiz. Lo conocí personalmente en 1996, durante una visita que realicé a la Facultad Regional Haedo. Hablamos de simulación matemática y allí empecé a aprender sobre posibles aplicaciones en la Ing. Química, que poco tiempo después empezaron a aparecer en mis cursos en la UTN. A partir de ese momento, comencé a recibir (como muchos docentes y alumnos de la UTN) mails informativos sobre nuevos programas y técnicas especiales, además de periódicos llamados por teléfonode Carlos: “Ernesto, bajate el SCILAB de la INRIA (Francia), es gratis y anda de diez, después me contás”. Carlos Carlassare fue sencillamente un gran ser humano y simplemente puso en práctica lo queotros no hacemos: dar sin esperar nada a cambio. Quería a la UTN, a sus colegas y sobre todo a sus alumnos. Carlos, te extrañamos y donde estés, ojalá puedas estar creando maravillas con tu amada simulación o algo muy superior, te lo merecés!

Lic. Ernesto CarrizoJunio 2011



INTRODUCCIÓN

El objetivo de este trabajo es presentar los resultados de las mediciones obtenidas hasta la fecha de la elaboración de esta publicación e informar acerca de algunas características que presentan dichas mediciones según el lugar y según la estación del año en que se registre. Desde Enero de 2008 se está desarrollando un Proyecto Integrado de Investigación en tres facultades

Comparación de la Contaminación..., Andrés et al.

Comparación de la Contaminación Urbana por Óxidos de Nitrógeno en las Ciudades de

Mendoza, Rosario y Santa Fe

Ing. Daniel Andrés. UTN. FRRO.: [email protected]. Eduardo Ferrero. UTN. FRRO.: [email protected]

Ing. Leonardo Ferrari. UTN. FRRO.: [email protected]. Jorge Fernández. UTN. FRM.: fernandez.irese@ frm.utn.edu.ar

Daniel Andrés. Pujato 1602 - 2000 – Rosario, Argentina. Tel/Fax: 0054 – 0341 – 4934805

Resumen - En este trabajo se muestran los datos de los diferentes niveles de contaminación por NO2 (dióxidode nitrógeno) hallados en tres ciudades de la República Argentina, Mendoza, Rosario y Santa Fe. Éstas tienen característicasedilicias y de clima diferentes, por eso resulta de interés el estudio simultáneo de la polución ambiental enellas, para comparar la manera en que esas particularidades influyen en las concentraciones del contaminante.Del análisis de los registros obtenidos, surge que los niveles de contaminación no son uniformes. El NO2 fue muestreado mediante tubos Palmes, un sistema de monitoreo pasivo, basado en la difusión molecular del contaminante en el aire en el interior de un tubo de acrílico y la posterior absorción sobre un sustrato específico. En la ciudad de Mendoza se registraron los valores más altos, seguidos por los de Rosario y en un nivel más bajolos de Santa Fe. Estas diferencias se esperaban, debido a que las condiciones climáticas y edilicias de laciudad de Mendoza dificultarían la remoción de los contaminantes emitidos por el transporte automotor.En Rosario se esperaban valores menores al de Mendoza pero mayores a los de Santa Fe debido a queRosario y Santa Fe tienen similar clima pero diferentes densidades de tránsito y altura edilicia.

Palabras clave: contaminación de aire, dióxido de nitrógeno, muestreadores pasivos

Comparison of the Urban Contamination by Oxides of Nitrogen in the Cities of Mendoza, Rosario and Santa Fe

Abstract - This work shows the data of different pollution levels by NO2 (nitrogen dioxide) found in the cities ofMendoza, Rosario and Santa Fe. Those cities have different characteristics, and about this are interesting to compare thesimultaneous study environmental pollution in them. An analysis of the records obtained, it appears that pollution levels arenot uniform. The NO2 was sampled with Palmes tubes, passive monitoring system based on molecular diffusion of thepollutant in the air on a specific substrate, into an acrylic tube. In the city of Mendoza, were the highest values, followed by Rosario and at a level below Santa Fe. Thesedifferences were expected since the beginning of the measurements, due to climatic conditions and building constructionin Mendoza City impede the removal of pollutants emitted by vehicles. In Rosario lower values were expected to Mendoza buthigher than in Santa Fe because these two cities have similar weather conditions but different densities of traffic and buildinghighs.

Key words: air polllution, nitrogen dioxides, passives samplers



regionales de la Universidad Tecnológica Nacional, con base y dirección en Rosario. El mismo tiene por objeti-vo investigar el grado de contaminación por dióxido de nitrógeno en las áreas urbanas céntricas de las ciudades de Mendoza, Rosario y Santa Fe. Los datos obtenidos entre Setiembre de 2008 y Agosto de 2009, son los quese muestran en el presente informe. Estas ciudades tienen características edilicias y de clima que las diferencian y es por eso que resulta de particular interés el estudio simultáneo de la contaminación ambiental en cada una de ellas, para comparar la manera en que esas particularidades influyen en las concentraciones del contaminante mencionado.

Los Óxidos de Nitrógeno Aproximadamente el 90% de la contaminación urbana de una ciudad no industrial proviene de los ga-ses de combustión de los automotores. Los Óxidos de Nitrógeno están siempre presentes en cualquier tipo de combustión, independientemente del combustible utilizado, por lo tanto pueden ser tomados como indicativosdel grado de contaminación atmosférica urbana (Andrés et al., 1997). Más del noventa por ciento de los óxidos de nitrógeno que se producen de esta manera, lo hacen bajo la forma de NO, que al tomar contacto con el aire se oxida a NO2, dependiendo la Velocidad de oxidación de la temperatura y de la concentración de NO presente en el aire (Wark and Warner, 2000). Influyen además en la velocidad de oxidación del NO, la presencia de HC y la cantidad e intensidad de la luz solar. El NO2 es un gas irritante, de color pardo rojizo, no es inflamable pero si tóxico y se caracteriza por un olor asfixiante. Los estudios de mortalidad animal muestran que el NO2 es cuatro veces más tóxico que el NO(Stocker and Seager, 1981). A las concentraciones que habitualmente se encuentra en la atmósfera, el NO es no irritante y no se lo considera un peligro para la salud, su mayor peligrosidad radica en su capacidad para oxidarse a NO2 (Stocker and Seager, 1981).

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS CIUDADES ESTUDIADAS

Ciudad de Mendoza En el oeste de Argentina, capital de la provincia del mismo nombre. La población del Gran Mendoza supera los 800.000 habitantes, posee un amplio desarrollo comercial, industrial y cultural. Calles amplias y arboladas, acequias (con más de 500 km de extensión), importantes espacios verdes. Desde el punto de vista medioambiental, el arbolado de las calles, puede llegar a influir negativa-mente en la rápida remoción de los contaminantes que los vehículos automotores emiten a nivel de suelo. El clima de Mendoza es semiárido. Presenta temperaturas muy elevadas en el verano y muy bajas enel invierno. Las precipitaciones apenas superan los 250 mm anuales. El rumbo norte-sur de los cordones cordilleranos no impide el avance del aire polar o del tropical. Por la cadena montañosa de los Andes, se dan algunas condiciones apropiadas para el desarrollo del viento Zonda. Para esta región y en el período en estudio, el promedio de vientos llegó a 4,21 km/h.

Ciudad de Rosario La ciudad de Rosario alberga alrededor de un millón de habitantes. El área metropolitana de la cual es núcleo, llega hoy a más de 1.250.000 habitantes. Se encuentra recostada sobre el Río Paraná, importante vía de navegación. La zona costera se carac-teriza por sus barrancas cuya altura superan en algunas partes, los 20 m por encima del nivel medio del río. Su clima es el clásico de las zonas de llanura ondulada con clima templado, con una temperatura pro-medio anual de 23,4 ºC (máxima) y de 11,6 ºC (mínima). El volumen de precipitaciones es de 1038 milímetros al año. Los vientos promedios en el período en estudio, alcanzaron los 10,44 km/h.

Ciudad de Santa Fe La ciudad de Santa Fe es la capital de la provincia homónima, y se encuentra en el sector centro-este de Argentina. Posee una población del orden de los 400.000 habitantes.



RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 28 Comparación de la Contaminación..., Andrés et al.

La ciudad se ubica en una extensa llanura que debido a su planicie, se caracteriza por el difícil escurri-miento de las aguas, con la correspondiente formación de lagunas, arroyos y bañados. Caudalosos ríos (como el Paraná, Salado o el Coronda, afluentes y lagunas, como la Laguna Setúbal), sumados a una exuberante ve-getación isleña, confieren a esta ciudad un entorno natural de gran extensión. La ciudad de Santa Fe recibe una marcada influencia del río Paraná en las condiciones climáticas, ate-nuando sus características de mediterraneidad. En verano a la zona llegan masas de aire tropical cálida y húmeda con vientos del norte que traen altas temperaturas, mientras que en invierno masas de aire polar producen enfriamientos y heladas. La temperatura media en invierno es de 12 ºC, con una humedad relativa de 65%; en verano es de 26 ºC y 55% de humedad relativa media. El promedio de los vientos en esta zona fueron de 9,81 km/h.

METODOLOGÍA DE MONITOREO

Los lugares seleccionados en cada una de las ciudades responden a la idea de monitorear en las zonas de mayor tránsito de peatones y vehículos. Se priorizó en la elección de cada punto de medición, que perte-nezca a la zona del microcentro de cada ciudad, donde la mayor densidad del tránsito vehicular es coincidente con mayor número de personas circulando. En la Ciudad de Mendoza se monitorea NO2 en 10 de los sitios seleccionados, mediante equipos pasivos de monitoreo, determinando concentraciones promedio mensuales. Los puntos de muestreo se ubicaron en los siguientes lugares de la mencionada ciudad (ver Fig. 1): 1. Rioja y Catamarca 2. Salta y Alem 3. J. V. Zapata y San Juan 4. J. V. Zapata y Salta 5. Morón y Rioja 6. San Juan y Rondeau 7. España y Las Heras 8. Gutiérrez y P. Mendocinas 9. Plaza Independencia 10. España y Rivadavia

Fig. 1 – Ubicación de los puntos de muestreo en la ciudad de Mendoza



En la Ciudad de Rosario, a su vez, se monitorea NO2 del mismo modo en 13 sitios del centro de la Ciudad. Los puntos de muestreo en este caso, se ubicaron en los siguientes puntos (ver Fig. 2): 1. Entre Ríos y Rioja 2. Mendoza y Moreno 3. Paraguay y Rioja 4. Sarmiento y San Lorenzo 5. Barón de Maua y San Luis 6. Entre Ríos y Urquiza 7. Santa Fe y Corrientes 8. Córdoba y San Martín 9. Salta y Moreno 10. Zeballos y Entre Ríos 11. Plaza Sarmiento 12. 9 de Julio y Bs.As. 13. Maipú y Rioja


Fig. 2 – Ubicación de los puntos de muestreo en la ciudad de Rosario

De igual manera, en la ciudad de Santa Fe, se ubicaron 8 monitores en (ver Fig. 3): 1. Suipacha y Rivadavia 2. Irigoyen y Freyre 3. Gral. López y San Gerónimo 4. Godoy - Fae 5. Mendoza y 9 de Julio 6. J. Garay y 27 de Febrero 7. Corrientes y Urquiza 8. Rivadavia y Rioja



Metodología de análisis de muestras Para la determinación de NO2 en aire se utilizaron equipos pasivos de monitoreo. Estos sistemas se ba-san en la difusión molecular a través de un medio laminar que se produce entre un extremo del muestreador (expuesto al aire) y el otro extremo cerrado con un reactivo específico que retiene al contaminante que se in-vestiga. El muestreador pasivo de difusión para NO2 o tubo Palmes, consta de un pequeño tubo de acrílico con un extremo cerrado, en donde van colocadas dos mallas de acero inoxidable conteniendo entre ambas una pequeña cantidad de solución de Trietanolamina. Luego de la exposición durante un período de aproximada-mente 1 mes, los tubos son analizados en laboratorio, mediante la adición de Sulfanilamida y NEDA (N-1 naftil etilendiamina diclorhidrato), desarrollando un color rosa púrpura, cuya absorbancia a 540 nm es proporcional a la masa de NO2 absorbido. El Límite inferior de detección del método es de 200 ppb para exposiciones horarias (Gair et. al., 1991), lo que significa un mínimo de aproximadamente 0,5 µg/m3 para la exposición mensual. La toma de muestras en período mensual en ambientes exteriores ha probado ser representativa para monitoreo de base en ambientes exteriores (UNEP-WHO, 1994), no habiéndose encontrado estudios sobre su aplicación en interiores. La metodología ha sido comparada con otras técnicas más conocidas como las automáticas de quimi-luminiscencia y las activas químicas, no observándose desviaciones importantes (Gair et al, 1991;). La interferencia de otros gases atmosféricos ha si do estudiada por Gair (Gair et al., 1991), encontrando que sólo podrían interferir con la técnica del tubo de difusión el ácido nitroso y los nitratos de peroxiacilo, que solo tendrían una incidencia significativa en zonas donde las concentraciones de NO2 son muy elevadas, no siendo este el caso del presente estudio. Los efectos de la temperatura y la presión sobre la técnica han sido discutidos por Palmes (Palmes


Fig. 3 – Ubicación de los puntos de muestreo en la ciudad de Santa Fe



et al., 1976). No se han encontrado efectos de la presión y solamente un pequeño efecto de la temperatura que esdespreciable cuando ésta no supera los 40 ºC. La humedad y la radiación tienen efecto sobre la absorción del contaminante (Yanagisawa and Nishi-mura, 1982), pero éste no ha sido estudiado en profundidad hasta el presente. Sin embargo, las mínimas des-viaciones observadas respecto a las metodologías más conocidas, permiten suponer que tal efecto no causa variaciones importantes sobre las mediciones realizadas con esta técnica. Con respecto a los efectos del viento, las técnicas para el Tubo Palmes indican que es necesaria una míni-ma turbulencia en la zona del extremo abierto del tubo. Las bajas velocidades de viento han sido estudiadas por Tompkins (Tompkins et al., 1977) indicando que un estado totalmente estático del aire monitoreado aumentael paso laminar de difusión molecular, lo que es conocido como “starvation effect” o “efecto de hambre”. Esteefecto del aire estático resulta en una subestimación de las concentraciones medidas. La reducción en la masa de la sustancia colectada por el muestreador, a velocidad de aire nula (0 m/s,) puede ser de hasta el 30 % (Lewis et al., 1985).

Validez de las Muestras Con el objeto de obtener valores representativos para el análisis de los datos, se adoptó el criterio de D. Shooter (Shooter et al., 1991). Se colocaron tres tubos muestreadores por cada sitio de medición. Cuando lastres determinaciones se encontraban dentro de un rango del 20 % por encima y por debajo del valor medio delas mismas, este último valor se tomaba como válido. Si algún valor no se encontraba en dicho rango, era des-cartado. Si los dos valores restantes no entraban en el rango del 20% respecto al valor medio de los mismos, la medición se invalidaba.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En las Tablas 1, 2 y 3 se indican los promedios mensuales de todos los sitios para las ciudades de Men-doza, Rosario y Santa Fe y también el promedio general para cada una de estas ciudades.


Tabla 1: Concentraciones de NO2 en la ciudad de Mendoza, promedio mensual

de todos los sitios

Tabla 2: Concentraciones de NO2 en la ciudad de Rosario, promedio mensual

de todos los sitios

Tabla 3: Concentraciones de NO2 en la ciudad de Santa Fe, promedio mensual

de todos los sitios

Mes NO2 (μg/m3)Septiembre de 2008Octubre de 2008Noviembre de 2008Diciembre de 2008Enero de 2009Febrero de 2009Marzo de 2009Abril de 2009Mayo de 2009Junio de 2009Julio de 2009Agosto de 2009

505461574349495644464345

Promedio General 50


464552484239424753375051

Promedio General 46


333345363624345028362627

Promedio General 34

En la Fig. 4, se representan la evolución del nivel de concentraciones de NO2 en el período señalado, expresado en concentraciones promedio mensual para cada una de las ciudades investigadas, mientras que en la Fig. 5, pueden verse las diferencias en los valores promedios generales.



En la ciudad de Rosario las mediciones de NO2 por el método de pasivos y también con métodos activos, se realizan desde varios años antes del inicio del presente estudio de las tres ciudades, por lo que se dispone de muchos más datos para poder procesarlos y hacer todo tipo de comparaciones. Debido a esa disponibilidad de datos se pudieron relacionar los valores obtenidos con las variables meteorológicas reinantes en la Ciudad de Rosario durante un período determinado (Andrés et al., 2009).

CONCLUSIONES

Del análisis de los registros de concentración de NO2 obtenidos, surge que los niveles de contaminación no presentan un nivel uniforme. En la ciudad de Mendoza, se registraron los valores más altos, seguidos por los de Rosario y en un nivel bastante más bajo los de Santa Fe. Estas diferencias se esperaban desde el comienzo de las mediciones, de-bido a las condiciones climáticas (escasos vientos y lluvias y clima desértico) de la ciudad de Mendoza y las características de las calles céntricas con arboledas en galería que dificultan la remoción de los contaminantesemitidos por el transporte automotor. En Rosario se esperaban valores menores al de Mendoza pero mayores a los de Santa Fe. Esto debido


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cent

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2 (μg

/m3 )

9/08 10/08 11/08 12/08 1/09 2/09 3/09 4/09 5/09 6/09 7/09 8/09

Mes y AñoMendoza Rosario Santa Fe

Fig. 4 - Comparación de concentraciones de NO2. Promedios mensuales período Set. 2008 a Ago. 2009

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Mendoza Rosario Santa Fe

Fig. 5: Comparación de Concentraciones de NO2. Promedios Generales



a que las características de estas dos ciudades santafesinas son similares en cuanto al clima y ubicación en la Pampa húmeda, pero Rosario posee edificación más elevada y mayor densidad de tránsito automotor.

PARTICIPACIONES En el mismo orden de dedicación a las tareas de investigación que han involucrado a los autores del presente artículo, se citan los investigadores cole-gas de las regionales Mendoza, Santa Fe y Rosario de la UTN que se enumeran a continuación:

Ing. LAURICELLA, Félix Néstor, Fac. Reg. Mendoza Ing. PACHECO, Carlos Gustavo, Fac. Reg. Santa Fe Ing. CAMINOS, Jorge Andrés, Fac. Reg. Santa Fe Ing. MACKLER, César Eliecer, Fac. Reg. Rosario

REFERENCIAS

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INTRODUCCION

Si bien las lámparas de bajo consumo o lámparas fluorescentes compactas, usualmente identificadas con las siglas CFL (compact fluorescent lamp), poseen una cantidad de mercurio sensiblemente inferior a los tubos fluorescentes tradicionales y son inofensivas durante su vida útil, pasan a ser residuos especiales o peligrosos cuando se agota su dicha vida útil, o sea cuando deben ser descartadas y arrojadas como desechos en vertederosdestinados a residuos sólidos urbanos. Los residuos peligrosos o especiales según el Programa de Medio Am-biente de la ONU del año 1985 son residuos diferentes a los radiactivos (e infecciosos) los cuales por razón de su actividad química o tóxica, corrosiva, u otras características, cause o pueda causar peligro para la salud o el

Consecuencias Ambientales..., Leanza, Parente

Consecuencias Ambientales del Reemplazo de LámparasIncandescentes por Lámparas Fluorescentes Compactas

Luis Leanza y Jorge ParenteUniversidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Delta (UTN FRD)

Centro de Investigación y Desarrollo en Energía y Ambiente (CIDEA)San Martín 1171 – CP 2804 - Campana – Buenos Aires – Argentina

Tel. 54-03489-420249/420400/422018 – Fax 54-03489-437617e-mail: [email protected] / [email protected]

Resumen - El reemplazo mundial de lámparas incandescentes por lámparas de bajo consumo nos ha motivado a realizar el presente trabajo cuyo objetivo es establecer indicadores de las situaciones favorables y desfavorables que ello genera. El mismo está basado en una comparación entre ambos tipos de lámparas realizando en primer lugar un análisis energético, y en función del mismo un análisis económico y ambiental. El alcance del análisis e indicadores obtenidos ha sido desarrollado a nivel mundial. Se concluye en una importante ventaja de las lámparas de bajo con-sumo desde el punto de vista energético y económico. Sin embargo en el aspecto ambiental, si bien las mismas derivan en una menor emisión de dióxido de carbono, su descarte sin un adecuado tratamiento en empresas especializadas y expresamente autorizadas por la autoridad competente para esta actividad, generará, por la presencia de mercurio, una contaminación potencial de agua potable estimada en 3 km3 anuales en el planeta.

Palabras clave: lámparas incandescentes – lámparas fluorescentes compactas – ahorro energético y económicoemisión de dióxido de carbono – mercurio - contaminación de agua potable

Environmental Consequences of Replacement of Incandescent Lamps by Compact Fluorescent Lamps

Abstract - The world replacement of incandescent lamps by compact fluorescent lamps have motivated us to carryout the present work whose objective is to establish indicators of the favorable and unfavorable situations that it ge-nerates. The same one is based on a comparison between both types of lamps by first energy analysis, and by the same economic and environmental analysis. The scope of analysis and obtained indicators has been developed worldwide. The conclusion is an important advantage of under consumption lamps from energy and economic point of view. Never-theless in the environmental aspect, although the same ones derive in a smaller emission of carbon dioxide, its disposal without a suitable treatment in companies specialized and specifically authorized by the competent authority for this activity, will generate, by mercury presence, a potencial contamination of drinking water estimated at 3 km3 per year on the planet.

Keywords: incandescent lamps - compact fluorescent lamps - power and economic saving carbon dioxide emission - mercury – drinking water contamination



medio ambiente, sea solo o cuando toma contacto con otro residuo. En cuanto a las lámparas incandescentes, si bien es notorio que las mismas deben ser reemplazadas en beneficio del medio ambiente, en cuanto a la disminución de la emisión de dióxido de carbono, principal gas responsable del efecto invernadero y el cambio climático, cuando las mismas agotan su vida útil pasan a ser residuos inofensivos desde el punto de vista de los contaminantes peligrosos. Entre los contaminantes peligrosos de reconocida toxicidad que se podrían encontrar en los lugares de disposición final de residuos sólidos podemos distinguir plaguicidas, disolventes, residuos infecciosos y metales. Entre estos últimos podemos distinguir fundamentalmente arsénico, berilio, cadmio, cromo, antimonio, bario, plomo, mercurio, plata y talio, los cuales son metales prioritarios en la lista de la EPA (LaGrega, 1996). A la hora del descarte, las lámparas fluorescentes deben ser gestionadas como residuos peligrosos debido a su contenido en mercurio. Los materiales de las lámparas se encuentran dentro de un sistema cerrado, por lo cual su uso adecuado no representa riesgos o impactos sobre el medio ambiente o la salud. Dichos materiales entran encontacto con el medio ambiente solo en caso de rotura o destrucción, siendo el principal riesgo la liberación del mercurio. Las lámparas fluorescentes residuales deben ser consideradas en función de las leyes que regulan los residuos especiales (Ley 11720, 1995). Específicamente el metal pesado mercurio es considerado por la Ley deresiduos especiales como desechos que tengan como constituyente este metal y deben ser controlados. Se espe-cifica lo indicado en el anexo I de la Ley de Residuos Especiales 11720, como Y) 29. Mercurio. Compuestos deMercurio.

OBJETIVOS

Determinar indicadores o parámetros que permitan generar una discusión en cuanto a las ventajas y desventajas del uso de ambos tipos de lámparas.

Introducir un estudio teniendo en consideración la cuestión ética ambiental, la cual se preocupa de la actitud de las personas hacia otros seres vivos y hacia el medio natural.

Por otra parte el estudio persigue la finalidad de la prevención de la contaminación, término que describe la producción de estrategias y tecnologías que den como resultado la eliminación o reducción de los flujos de desechos.

Realizar un estudio comparativo entre las lámparas fluorescentes compactas y las lámparas in-candescentes desde el punto de vista energético.

En función del análisis energético establecer un estudio económico y ambiental que visualice claramente las diferencias que ofrecen las características de cada tipo de lámparas.

Realizar un análisis de las alternativas del tratamiento de las CFL considerando su peligrosidad cuando las mismas se convierten en residuos.

DESARROLLO

En función de la comparación indicada en la Tabla 1 se realizarán los análisis energético, económico y ambiental. Se han tomado valores medios de varias fuentes de información ya que las mismas entregan dis-tintos valores absolutos de cada uno de los rubros indicados.

Análisis energético Conforme a la Tabla 1, por ejemplo, una lámpara incandescente de 75 W equivale a una lámpara CFL de 15 W considerando el rendimiento de flujo luminoso de ambas.




En consecuencia, durante la vida útil de una lámpara CFL, el ahorro económico es del orden del 70 %. Si bien el costo inicial de las lámparas CFL es aproximadamente 10 veces mayor que las incandescentes, a lo largo de su vida útil, el ahorro es considerablemente superior. Suponiendo que ambas estén encendidas durante 6 horas diarias al cabo de un semestre la lámpara CFL, amortiza su costo, o sea cuando transcurren aproxima-damente 1000 horas, que es cuando hay que reponer la primer lámpara incandescente.

Análisis ambiental El aspecto favorable del uso de lámparas fluorescentes en reemplazo de las incandescentes es la impor-tante reducción en la emisión de dióxido de carbono. Consultada la página oficial de la Secretaria de Energía de la República Argentina se adopta un factor


Rubro LámparaCFL

LámparaIncandescente

Rendimiento (lm/watt) 60 12Vida útil (h) 8000 1000

Costo ($) 20 2

Tabla 1 – Comparación de lámparas compactas fluorescentes y lámparas incandescentes

El consumo de energía eléctrica durante la vida útil de una lámpara CFL, teniendo en cuenta que se ne-cesitan 8 lámparas incandescentes para alcanzar la vida útil de la lámpara de bajo consumo, se puede observar en la Tabla 2.

Rubro LámparaCFL


Consumo (kWh) 120 600

Tabla 2 – Consumo de energía eléctrica durante la vida útil de una lámpara CFL

Análisis económico Considerando un costo variable de energía eléctrica de 0,30 $/kWh que es aproximadamente represen-tativo de una factura domiciliaria, incluyendo los porcentajes de IVA y los distintos impuestos, el costo de energía eléctrica por lámpara se observa en la Tabla 3. Durante a vida útil de una lámpara de bajo consumo se deben comprar 8 lámparas incandescentes por lo que el costo de adquisición de cada lámpara también se observa en la Tabla 3. En función de los valores obtenidos se detalla el costo total comparativo en función de la vida útil de una lámpara de bajo consumo.

Costos ($) LámparaCFL


Energía Eléctrica 36 180Adquisición 20 16Total 56 196

Tabla 3 – Costos durante la vida útil de una lámpara CFL



de emisión de 0,547 ton CO2/MWh = 0,547 g/Wh, aunque se debe considerar que este factor es variable consi-derando el país de que se trate. Considerando el factor de emisión expuesto y tomando los valores de consumo de energía eléctrica en función de la vida útil de una lámpara CFL presentados en la Tabla 2 se puede observar en la Tabla 4 la cantidad equivalente de emisión de dióxido de carbono.


Rubro Lámpara CFL Lámpara IncandescenteEmisión de dióxido de carbono (kg) 65,64 328,2

Tabla 4 – Emisión de dióxido de carbono durante la vida útil de una lámpara CFL

De acuerdo a los valores de la Tabla 4 la disminución en la emisión de dióxido de carbono por el reem-plazo de una lámpara CFL durante su vida útil resulta de 262,5 kg o sea el 80%. En cuanto al aspecto desfavorable de las CFL es la presencia de mercurio que, si bien durante su vida útil no representa ningún riesgo, sí lo es cuando son descartadas y arrojadas a los vertederos liberando el mercuriopresente cuando las mismas se rompen pudiendo contaminar las aguas subterráneas por percolación. Las lámparas de bajo consumo tienen un contenido de aproximadamente 5 mg por lámpara. La Agencia Ambiental de Estados Unidos (EPA) catalogó a las lámparas que contienen mercurio como un residuo peligro-so. Este mismo organismo demostró que su disposición en rellenos sanitarios no garantiza la no contaminación de las aguas subterráneas, a través de los lixiviados (Brugnoni, 2006). Las regulaciones internas primarias de los Estados Unidos (EPA, 2000) establecen un contenido máximo de mercurio de 0,002 mg/L. De acuerdo a estas especificaciones y la cantidad de dióxido de carbono ahorrado la relación resultante es de 2500 litros de agua potable potencialmente contaminada cuando se ahorran 262,5 kg de dióxido de carbono o sea 9,5238 litros de agua potable por kilogramo de dióxido de carbono.

CONCLUSIONES

Pese a la pequeña cantidad de mercurio depositada en cada lámpara de bajo consumo, su uso masivo, debido a su menor consumo y emisiones y a una mayor duración, presenta un riesgo ambiental distinto al de las lámparas incandescentes, cuya poca eficiencia hace mandataria su sustitución progresiva. Sin embargo esta acción contribuye a la contaminación con mercurio del agua y el ambiente, si las lámparas CFL no son des-echadas de manera selectiva en todo el mundo. Aunque sus indudables ventajas en duración, ahorro económico y ahorro energético, el uso de mercurio presenta problemas, previendo que, millones de lámparas CFL, con una media de 5 mg en su interior, serán desechadas incorrectamente y podrían entrar en contacto con personas y animales por inhalación, contacto o ingestión. A pesar de existir la certeza científica de que una exposición momentánea ante una lámpara CFL rota, mientras es por ejemplo limpiada, introducida en una bolsa y desechada de forma selectiva, no constituye un riesgo para la salud, la expansión mundial de la tecnología aumenta el riesgo, sobre todo en países y entornossocioeconómicos donde la aplicación de normativas tendrá menor seguimiento real de la población menos informada. Por otra parte, a esta contaminación se agrega a la gran contaminación generada por los tradicionales tubos fluorescentes residuales los cuales contienen en su interior siete veces más cantidad de mercurio que las lámparas de bajo consumo. Considerando que el costo de tratamiento en empresas especializadas y expresamente autorizadas por la autoridad competente para esta actividad es aproximadamente 1 $/kg y que las lámparas fluorescentes de bajo consumo tienen un peso medio de 120 gramos (se toma para una lámpara de 15 W) el costo es solo de 0,12 $ por cada lámpara. Esto significa que el costo de tratamiento representa solo el 0,6 % respecto del costo inicial



de la lámpara, con lo cual sería económicamente factible su adecuada disposición antes de arrojarla a un verte-dero destinado a residuos sólidos urbanos. En este aspecto la dificultad esta centrada en la poca disponibilidad de empresas especializadas, sobre todo en países en desarrollo o emergentes. La iluminación artificial es responsable del 19 % del consumo global de electricidad lo que equivale al 2,4 % del consumo mundial de toda la energía primaria empleada. Por otra parte el 70 % de la energía usada para iluminación artificial es consumida por lámparas incandescentes lo cual representa aproximadamente el 1,7 % del consumo mundial de toda la energía primaria. Considerando que el 80% de la energía primaria global proviene de la combustión de combustibles fósi-les (Goldemberg, 2007) podemos considerar que aproximadamente el 1,3 % de la energía primaria global por combustibles fósiles se utiliza para el encendido de las lámparas incandescentes. La emisión mundial aproximada de dióxido de carbono es de 30 gigatoneladas anuales (Marlan, 2003) por lo que se emiten anualmente para mantener encendidas las lámparas incandescentes unos 390 gigakilogra-mos de dióxido de carbono anuales. Al ser reemplazadas, como anteriormente se ha calculado un ahorro del 80% en la emisión de dióxido de carbono, resulta un ahorro global de 312 gigakilogramos anuales. La energía eléctrica ahorrada, conforme al factor de emisión adoptado de 0,547 ton CO2/MWh, repre-senta un ahorro energético de 570 terawatt-hora anuales. Considerando la relación de 9,5238 litros de agua potable potencialmente contaminable por cada kilo-gramo de dióxido de carbono ahorrado, la posibilidad de contaminación por mercurio es de aproximadamente 3 teralitros anuales, o sea 3 km3 anuales de agua potable. A la luz de estos resultados, considerando que el agua potable es un recurso natural absolutamente nece-sario para la vida del ser humano, y que además solo el 1 % del agua presente en el mundo se puede considerar potable parecería que el uso de las lámparas de bajo consumo ponen en riesgo esta fundamental fuente natural. Por otra parte la disminución en la emisión de este gas de efecto invernadero, si bien en valor absoluto parece importante, no parece serlo en forma relativa. Si no se prevé una adecuada disposición de las lámparasCFL el reemplazo podría ser un camino erróneo en la lucha contra los gases de efecto invernadero.

REFERENCIAS

Brugnoni Mario (2006) - Estudio de impacto en redes de distribución y medio ambiente debidos al uso intensivo de lámparas fluorescentes compactas. Ing. Mario Brugnoni, Ing. Rosana Iribarne, Grupo “Energía y Ambiente”, Facultadde Ingeniería, UBA. Dirección Nacional de Promoción, Secretaría de Energía. EPA, 2000 – Agencia de Protecciòn Ambiental de los Estados Unidos EPA. Estándares del Reglamento Na-cional Primario de Agua Potable. EPA 815 – F – 00 – 007. Goldemberg, 2007, Ethanol for a Sustainable Energy Future, Science 315, 5813, 808-810. LaGrega Michael, Buckingham Phillip y Evans Jeffrey (1996) – Gestión de Residuos Tóxicos - pp. 876-877 - Mc Graw-Hill - Madrid - España. Ley 11720 (1995) – De Residuos Especiales – De generación, manipulación, almacenamiento, transporte, tratamiento, y disposición final de residuos especiales en el territorio de la Provincia de Buenos Aires – Anexo I y Anexo II – 2 de noviembre de 1995 – Provincia de Buenos Aires. Marlan, Boden y Andrés, 2003. Global Regional and National CO2 Emissions. Carbon Dioxide Informa-tion Analysis Center (CDIAC). Oak Ridge National Laboratory, U. S. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn.




INTRODUCCIÓN

El reconocido aporte de la Ingeniería en el avance socioeconómico de los países, ha generado una im-portante presión sobre las universidades. Las mismas deben formar ingenieros con capacidad para una rápida inserción laboral. De modo que los ingenieros deben egresar con ciertas capacidades y atributos personales que los hagan aptos para insertarse al trabajo productivo en forma rápida y eficaz. Las competencias deben resultar de un conjunto de aprendizajes acumulativos con énfasis en la aplicación del conocimiento a tareas propias del profesional de la Ingeniería. Acercar al estudiante al que será su contexto laboral es un desafío educativo en laactualidad y fundamentalmente incorporar instancias de aprendizaje enfocadas en competencias. En particular en este trabajo se aborda la problemática de la deserción temprana de estudiantes de las carreras de ingeniería en la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Santa Fe. Para el estudio se han definido un conjunto de indicadores construidos con datos registrados de las carreras de ingeniería (Mecá-nica, Eléctrica, Industrial, Sistemas de Información y Civil). Esta información es de utilidad para evaluar las condiciones institucionales, sociales y pedagógicas del estudiante y el ambiente en que se desarrolla la carrera.

Factores que Inciden..., Visentini et al.

Factores que Inciden en la Deserción Temprana en Carreras de Ingeniería de la FRSF-UTN1

Visentini, Alejandro - [email protected] - GIEDI (Grupo de Investigación en Enseñanza de la Ingeniería) – Sistema Soporte para la Toma de Decisiones

Passadore, Martín - [email protected] - GIEDI (Grupo de Investigación en Enseñanza de la Ingeniería) Área de Orientación Pedagógica - FRSF- UTN

Alzugaray, Gloria - [email protected] - GIEDI (Grupo de Investigación en Enseñanza de la Ingeniería)-FRSF- UTN

Resumen - Este trabajo aborda la problemática de la deserción temprana en estudiantes de la UTN-FRSF. Para el estudio se definieron un conjunto de indicadores tomando como base los datos del perfil socioeconómico y acadé-mico de los alumnos de las ingenierías que se dictan en la mencionada Facultad (Mecánica, Sistemas de Información, Industrial, Eléctrica y Civil). Los datos corresponden al período 2005-2009 y fueron obtenidos del Sistema Soporte para la Toma de Decisio-nes, desarrollado en dicha Regional. Esta información es de gran utilidad para identificar los principales factores que influyen en la deserción temprana de las carreras y en base a ellos, reconocer los grupos de riesgo asociados y diseñar políticas de permanencia y prevención del abandono.

Palabras clave: deserción, indicadores, ingeniería

Early Desertion: Analysis of the Problematic in Engineering Traditional Careers at UTN-FRSF Abstract - This research deal with the problematic of student’s early desertion at UTN-FRSF. For this research a set of indicators were developed based on socieconomic and academic data of the students from engineering careers (Mechanical, Information Systems, Industrial, Electrical and Civil) at UTN-FRSF, corresponding to the 2005-2009 academic periodo. Those indicators were built with data obteined from the Decision Support System developed at this Regional Faculty. This information is useful in order to identify the factors involved in early desertion and recognize the groups of risk in order to design desertion’s prevention and permanence politics.

Keywords: desertion, indicators, engineering



Se intenta aportar elementos para enriquecer la mirada que se deriva de los datos cuantitativos y co-laborar con la detección de tendencias desde las cuales es posible abordar el fenómeno de la deserción en las carreras de Ingeniería de la FRSF-UTN. Poder identificar los mayores riesgos de abandono posibilita diseñar políticas que prevengan la deser-ción y lograr una administración más eficiente de los recursos. El seguimiento de la vida del estudiante en la universidad y en el aula, permitirá diseñar políticas de permanencia, dando énfasis a la conexión de la ense-ñanza y el aprendizaje, optimizar el uso de los recursos disponibles para reducir los costos sociales y lograr un nivel de calidad educativa que garantice la formación completa de un profesional tecnológico apto y eficiente en su inserción en la vida laboral.

ANTECEDENTES

El problema de la deserción universitaria se plantea en la Argentina desde los inicios de la Universidad Pública. En 1968, se enfatizaba sobre la importancia de investigar “la composición social de los estudiantes y graduados y el problema de la deserción” (Araoz, 1968). Porto et al (2000) analizaron el rendimiento de los estudiantes universitarios y sus determinantes em-pleando diferentes indicadores como por ejemplo la razón entre la cantidad de materias rendidas y los años desde el ingreso, este mismo cociente ponderado por el promedio de materias y distancia entre el rendimiento real y el rendimiento teórico. Encuentran entre otras cosas que la retensión de alumnos con padres de menor nivel de educación es muy baja. Pagura et al. (2000) evalúan el tiempo demandado por un grupo de estudiantes de la facultad de Cien-cias Económicas y Estadísticas de la UNR para concluir los dos primeros años de una carrera y relacionan esta duración con el género, nivel educativo de los padres, condiciones de ingreso y otras variables socioculturales.Estudian también los factores que influyen sobre la probabilidad de cumplir dicha etapa. Concluyen que las características que favorecen el rendimiento son: la aprobación de los exámenes de ingreso, el nivel educacio-nal de los padres y el comienzo de la carrera inmediatamente después de haber terminado la escuela media. Cerconi et al. (1999) basándose en una encuesta realizada a un grupo de alumnos desertores de la Uni-versidad Nacional del Sur estimaron un modelo para identificar las variables explicativas de la probabilidad de un desertor de pertenecer a los dos quintiles de ingresos más altos. Concluyen que si bien las oportunidades de ingresar a la universidad pública son irrestrictas, el peso relativo sustancialmente mayor de estudiantes de niveles de ingresos medios y altos frente al correspondiente a los más bajos pone de manifiesto que los meca-nismos redistributivos por medio del gasto social en educación superior no logren de manera óptima transferir ingresos sólo hacia grupos económicamente más pobres. Según García de Fanelli, (2004) calcula la tasa de abandono para la población de 25 a 39 años que ya no asiste pero asistió a la educación universitaria según datos del Censo Nacional de Población del año 2001. En dicha oportunidad se encontró que la tasa de abandono ascendía al 39,2%. En el mismo artículo se señalaba, que este dato era provisional, pues todavía se encontraban asistiendo el 31% de los jóvenes de dicho grupo de edad, una proporción de los cuales también podían llegar a abandonar sus estudios a futuro (Sistema de Infor-mación de Tendencias Educativas en América Latina del IIPE-UNESCO Buenos Aires y OEI). En otro trabajo García de Fanelli (2005) con el objetivo de aproximarse a una estimación de la deserción diferencial según el nivel socioeconómico, elaboraron un indicador que relaciona para cada quintil de IPCF el total de los que abandonaron la educación superior sin graduarse y los que egresaron. Según este indicador la deserción es un fenómeno con mayor impacto en el 40% de jóvenes con menor ingreso familiar. La matrícula de la educación superior de la Argentina, se ha expandido a un ritmo elevado a lo largo de todo el siglo XX y comienzos del XXI, con una tasa de crecimiento promedio del 7 por ciento anual (García de Fanelli, op.cit). Ello ha redundado en una de las tasas brutas de escolarización superior más altas de Lati-noamérica. A pesar de estos datos alentadores, tres fenómenos empañan los resultados finales de estos procesos. En primer lugar, si bien aumenta el acceso a estos niveles, las tasas de deserción son muy elevadas.




En segundo lugar, los estudiantes que acceden al nivel superior, ingresan a la universidad con distintos niveles en los aprendizajes logrados al momento de la graduación en las instituciones de educación pública y privada. Finalmente, teniendo en cuenta que se llama deserción al abandono de los estudios formales de una determinada carrera, este abandono puede ser provocado por distintos motivos: pedagógicos, personales, fa-miliares, económicos o sociales, vocacionales. (Kisilevsky, 2002), aunque generalmente este fenómeno se da por la confluencia de varios de ellos. En Argentina, un estudio efectuado en 1998, consideró a los ingresantes a las universidades hasta 1983 y determinó que, en un lapso de más de 15 años, la tasa de graduación era del 57 por ciento y la de deserción del 43 por ciento; también se observaba que entre las primeras cohortes consideradas (1964) y las últimas se producía un crecimiento de la deserción (Landi, J. A. y Giuliodori, R. F., 2001). Finalmente, en las últimas décadas el comportamiento del mercado de trabajo de la Argentina ha dado por resultado una demanda insuficiente de puestos de calificación intermedia para dar cabida a la creciente oferta de jóvenes con formación académica de nivel medio. En particular, la dinámica del mercado de traba-jo argentino de los años noventa estuvo caracterizada por altas tasas de desocupación abierta, que afectaron principalmente a los jóvenes con niveles educativos por debajo del nivel superior, y por el aumento del trabajo asalariado en condiciones precarias (Beccaria, 2003). Este trabajo tiene por objetivo plantear algunas líneas de investigación y de política que surgen a partir de una primera lectura de los datos. Para ello, en primer lugar, centraremos la atención en los indicadores cons-truidos con datos obtenidos del Data Warehouse desarrollado en la FRSF-UTN.

METODOLOGÍA En esta investigación se encara el fenómeno de la deserción con un enfoque teórico-interpretativo (Erick-son, 1986), con alumnos ingresantes y estudiantes que están cursando los dos primeros niveles de las carreras de ingeniería. La investigación se basa en la problemática de la educación superior, el abandono temprano de los estudios universitarios, en el cual se trata de indagar si los niveles de deserción se relacionan con variables del contexto socio-cultural y económico. Y por otra parte analizar los distintos factores que llevan al fracaso y al abandono de la universidad, provocando así la deserción. El estudio consistió en definir medidas y sus correspondientes indicadores, que inciden en el rendi-miento académico. Desde los factores de carácter personal pasando por los factores académicos hasta los de-terminantes de tipo pedagógico (Tejedor, García-Valcárcel, 2007), éstos actúan a veces en forma interactiva y no son claramente identificables como responsables directos del rendimiento académico (Álvaro, et.al, 1990). Por lo que se parte del supuesto, que los factores académicos y sociales son parte importante del proceso. La definición de estos indicadores se hizo sobre la base de dos tipos de categorías de medidas: de carácter personal (el alumno) y de carácter académico (la institución). Dentro del primer grupo, se definieron las siguientes medidas asociadas a los alumnos ingresantes: Procedencia del alumno: indica la localidad de origen del alumno. A los fines del presente trabajo, se es-tablecieron los siguientes valores posibles para esta categoría: Santa Fe y zona de influencia (Santa Fe, Monte Vera, Arroyo Aguiar, Recreo, Laguna Paiva, Rincón, Colastine, La Guardia, Sauce Viejo, Santo Tome), Interior y resto del país. Situación laboral: indica la situación laboral (trabaja, no trabaja) del alumno al momento de inscribirse a la carrera. Cabe aclarar que al ser un dato netamente dinámico, este indicador puede presentarcierta discor-dancia con la situación laboral actual del alumno. Formación previa: indica el tipo de título obtenido por el ingresante en el nivel medio. Básicamente, la distinción se hace entre alumnos técnicos y no técnicos. Dentro de las medidas de carácter académico, se identificaron: Alumnos recursantes: aquellos alumnos que para un año determinado recursaron una o más materias.




Alumnos en riesgo de deserción: se considera en riesgo a los alumnos que perdieron la condición de alumno regular, es decir, que aprobaron menos de dos materias para un año determinado. Cantidad de materias aprobadas: indica el número de materias aprobadas para un año específico. El estudio se realizó sobre un universo de alumnos que se inscribieron a la Facultad Regional Santa Fe en el período 2005-2009, a las carreras de Ingeniería Civil, Industrial, Mecánica y Eléctrica. Los datos fueron obtenidos del Data Warehouse desarrollado en dicha Regional.

RESULTADOS

Se definieron un conjunto de indicadores, a partir de una serie de cruces de medidas, considerados relevantes para el análisis de la deserción temprana de los alumnos: Procedencia del alumno VS. Alumnos recursantes: este indicador muestra, para los alumnos recur-santes, la distribución porcentual del lugar de origen de los mismos. Procedencia del alumno VS. Alumnos en riesgo: este indicador revela, para los alumnos considerados en riesgo, la distribución porcentual del lugar de origen de los mismos. Procedencia del alumno VS. Cantidad de materias aprobadas: este indicador señala la cantidad de materias aprobadas de acuerdo al lugar de origen de los alumnos. Situación laboral VS. Alumnos recursantes: este indicador revela, para los alumnos recursantes, la distribución porcentual entre aquellos que trabajan y no trabajan. Situación laboral VS. Alumnos en riesgo: este indicador indica, para los alumnos considerados en riesgo, la distribución porcentual entre aquellos que trabajan y no trabajan. Situación laboral VS. Cantidad de materias aprobadas: este indicador muestra la cantidad de mate-rias aprobadas de acuerdo a la situación laboral del alumno. Formación previa VS. Alumnos recursantes: este indicador muestra, para los alumnos recursantes, la distribución porcentual entre técnicos y no técnicos. Formación previa VS. Alumnos en riesgo: este indicador testifica, para los alumnos considerados en riesgo, la distribución porcentual entre técnicos y no técnicos. Formación previa VS. Cantidad de materias aprobadas: este indicador señala la cantidad de materias aprobadas de acuerdo a la formación previa de los alumnos.

A) FORMACIÓN PREVIA

A.1) Formación Previa vs. Alumnos Recursantes Este cruce de medidas muestra, para los alumnos que deberían estar cursando el 2do nivel de la carrera y se inscriben a cursar por segunda vez alguna materia del 1er nivel, la distribución porcentual entre aquellos cuyo título de nivel medio es técnico y no técnico. A partir del gráfico 1, cuyos datos son ponderados, se deduce que la formación previa no presenta una influencia en el índice de riesgo, en los primeros años de la carrera.


Formación Previa vs. Recursantes100 %

75 %

50 %

25 %

0 %2005 2006 2007 2008 2009

No Técnico Técnico

49 % 49 %

49 % 49 %

56 % 51 % 51 %

51 % 51 %44 %

Gráfico 1


RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 43Factores que Inciden..., Visentini et al.

Sin ponderar, en el gráfico 2 se puede observar que son los “no técnicos” los que deben recursar las asignaturas del 1er nivel.

Formación Previa vs. Recursantes100 %

75 %

50 %

25 %

0 %2005 2006 2007 2008 2009


53 %36 %

63 % 65 %

48 %37 % 35 %

47 %64 %

52 %

Gráfico 2

A.2) Formación Previa vs. Riesgo de Deserción En este cruce se advierte para los alumnos que se consideran “en riesgo”, la distribución porcentual entre aquellos cuyo título de nivel medio es técnico y no técnico. Como puede apreciarse en el gráfico 3, la formación previa presenta una leve influencia en el índice de riesgo, teniendo en cuenta valores ponderados, en los primeros años de la carrera, siendo mayor la cantidad de alumnos en riesgo cuya formación previa no es técnica.

Formación Previa vs. Alumnos en Riesgo100 %

75 %

50 %

25 %

0 %2005 2006 2007 2008 2009


44 %49 %

52 % 60 %

44 % 48 % 40 %

56 % 51 %56 %

Gráfico 3

El gráfico 4 revela, además, que sumado a la influencia positiva del título “Técnico”, la cantidad de alumnos “en riesgo” (sin ser ponderados) es mucho menor.

Formación Previa vs. Alumnos en Riesgo100 %

75 %

50 %

25 %

0 %2005 2006 2007 2008 2009


54 %34 %

63 %75 %

39 % 37 %25 %

46 %66 %61 %

Gráfico 4


RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 44 Factores que Inciden..., Visentini et al.

A.3) Formación Previa vs. Cantidad de materias aprobadas El gráfico 5 presenta una mejora para los técnicos respecto de los no técnicos, y una evolución que equipara los valores, pudiendo en un futuro significar la inversión de la situación.

Formación Previa vs. Prom. Materias Aprobadas

2005 2006 2007 2008 2009No Técnico Técnico

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

2,8

3,43,23,7

2,4

3,03,6

2,8

3,4 3,4

Gráfico 5

Los distintos cruces respecto a la formación previa indican que tanto en calidad como en cantidad, los alumnos con formación “no técnica” tienen las mayores dificultades de adaptación y continuidad de carreras de ingeniería.

B) SITUACION LABORAL

B.1) Situación Laboral vs. Alumnos Recursantes Este cruce muestra la distribución porcentual de los alumnos que recursaron alguna materia, entre aquellos que trabajan y no trabajan. Como puede apreciarse en el gráfico 6, la condición laboral presenta una influencia leve en el índice de recursantes, en los primeros años de la carrera, siendo mayor la cantidad de recursantes que mantienen relación laboral.

Gráfico 6

Situación Laboral vs. Recursantes100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

49 % 59 %

42 % 36 %

60 % 58 % 64 %

51 % 41 %40 %

2005 2006 2007 2008 2009No Trabaja Trabaja

Respecto a los valores sin ponderar, se invierte marcadamente la tendencia, significando que si bien los alumnos que trabajan presentan ser más propensos a recursar asignaturas en los primeros años, representanuna pequeña porción del total de alumnos de su nivel (gráfico 7).



Situación Laboral vs. Recursantes100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

26 %13 %

80 % 81 %

31 %20 % 19 %

74 %87 %

69 %

2005 2006 2007 2008 2009

No Trabaja Trabaja

Gráfico 7

B.2) Situación Laboral vs. Riesgo de Deserción Para los alumnos que se encuentran en “riesgo de deserción” (gráfico 8), se observa que la condición laboral no presenta una influencia relevante en el riesgo de abandono en los primeros años de la carrera.

Situación Laboral vs. Alumnos en Riesgo100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

45 % 55 %

50 % 50 %

55 % 50 % 50 %

55 % 45 %45 %

2005 2006 2007 2008 2009

No Trabaja Trabaja

Gráfico 8

Teniendo en cuenta el gráfico 9, sin ponderar, los alumnos que no trabajan implican la gran mayoría delos alumnos en “riesgo” en los primeros años.

Gráfico 9

Situación Laboral vs. Alumnos en Riesgo100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

27 % 13 %

83 % 85 %

31 %

17 % 15 %

73 % 87 %

69 %

2005 2006 2007 2008 2009

No Trabaja Trabaja

B.3) Situación Laboral vs. Cantidad de materias aprobadas Este cruce indica la cantidad de materias aprobadas por los alumnos diferenciados por la situación laboral. En general, los alumnos que no trabajan presentan un mejor nivel en la aprobación de asignaturas (gráfico 10).



Situación Laboral vs. Prom. Materias Aprobadas

2005 2006 2007 2008 2009

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

3,02,7

3,33,7

3,03,4

3,03,4

3,0 2,9

No Trabaja Trabaja

Gráfico 10

Se puede inferir del análisis del cruce de categorías que si bien los alumnos que trabajan son los más afectados en repitencia y riesgo, son una minoría en el total de alumnos de las carreras de grado. A primera vista, la necesidad de trabajar suele ser la causa principal para que muchos prolonguen sus tiempos universitarios, pero al detenerse en los casos puntuales la “prioridad económica” no es la única que provoca el fenómeno del universitario “part-time”.

C) PROCEDENCIA DEL ALUMNO

C.1) Procedencia del alumno vs. Alumnos recursantes Este cruce indica que la procedencia del alumno que ha recursado materias para cada año en particular (valores ponderados) no representa influencia marcada para la repitencia de los alumnos.

Procedencia vs. Recursantes100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

49 % 52 %

51 % 47 %

47 % 49 % 53 %

51 % 48 %53 %

2005 2006 2007 2008 2009

Ciudad de Santa Fe y zona Interior y resto del país

Gráfico 11 (valores ponderados)

Considerando los datos sin ponderar, se observa en el gráfico 12 que la procedencia no influye sobre el recursado de forma significativa.

Procedencia vs. Recursantes100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

49 % 54 %

50 % 44 %

49 % 50 % 56 %

51 % 46 %51 %

2005 2006 2007 2008 2009





C.2) Procedencia del alumno vs. Alumnos en riesgo En este cruce se analiza la influencia del lugar de origen respecto a la situación de riesgo en la que se encuentran. En el gráfico 13 se puede ver que, de manera ponderada, la procedencia no influye de manera significativa.

Procedencia vs. Alumnos en Riesgo100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

45 % 49 %

49 % 44 %

47 % 51 % 56 %

55 % 51 %53 %

2005 2006 2007 2008 2009



El gráfico 14 (valores sin ponderar) muestra que la categoría Procedencia no influye en los alumnos que están en riesgo.

Procedencia vs. Alumnos en Riesgo100 %

75 %

50 %

25 %

0 %

42 % 50 %

49 % 45 %

50 % 51 % 55 %

58 % 50 %50 %

2005 2006 2007 2008 2009


Gráfico 14 (valores sin ponderar)

C.3) Procedencia del alumno vs. Cantidad de materias aprobadas Del gráfico 15 se obtiene como resultado que la procedencia no influye significativamente en la cantidad de materias aprobadas.

Procedencia vs. Prom. Materias Aprobadas

2005 2006 2007 2008 2009

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

3,13,2

3,33,6

2,83,1

3,53,0 3,2 2,9


Gráfico 15



Las instituciones universitarias contemporáneas están cada vez más sometidas a la opinión, las deman-das, la evaluación y la presión de un número progresivo de personas, grupos, instituciones y sectores, todos los cuales utilizan información, datos, experiencias y opiniones generadas, sistematizadas y publicadas en muy diversos entornos, para múltiples propósitos, con alcances y metodologías variables y por medios diferentes (Malo Álvarez, S., 1998). Al mismo tiempo las instituciones universitarias están siendo objeto de reformas importantes que re-quieren fundamentos sólidos, para lo cual el desarrollo de cúmulos de información resulta vital. Es necesario contar con elementos de juicio certeros para interrogar a fondo los procesos educativos que permitan indagar las causas de los resultados que se obtienen, que contribuyan a apreciar el cumplimiento de los objetivos ins-titucionales y que den apoyo al análisis de las alternativas posibles, acciones y resultados relacionados con la docencia, la investigación y la extensión. En los últimos años, el análisis del desempeño de las instituciones universitarias se convirtió en uno de los ejes del debate sobre el cual se comenzaron a producir en forma incipiente informes, documentos y resulta-dos de investigación. Los temas relacionados son amplios: la calidad de los insumos, los procesos y resultados de la educación, la acreditación de las instituciones, la certificación de programas, sistemas y actores de las instituciones educativas y en forma reciente la responsabilidad académica y social que tienen las instituciones y los sistemas educativos de rendir cuentas a la sociedad. El presente trabajo intenta una primera descripción de una población, como es la de los alumnos que cursan los primeros niveles en la FRSF-UTN, analizando los motivos de las dificultades que estas poblaciones tienen en el Ciclo Básico de las Carreras de Ingeniería. Teniendo como base la formación previa, la situación laboral y la procedencia, los datos ponderados de los distintos cruces muestran poca influencia. Esto indicaría en un primer análisis cualitativo que los distintosgrupos no presentan tendencias particulares en el recursado o riesgo de abandono. Sólo se presenta una limi-tación en la situación laboral y el recursado de las asignaturas, siendo significativo en los alumnos con trabajo los cuales deben recursar. Siguiendo con el análisis y tomando en cuenta los valores absolutos, una primera observación, indica que los alumnos no técnicos y los que trabajan son los que se encuentran potencialmente en riesgo de abandono y deben repetir materias. Esto no implica, que sus condiciones de no técnicos o de trabajadores constituyan los principales grupos de riesgo, debiendo la institución orientar políticas de retención en los ciclos iniciales. Respecto al indicador procedencia, éste no muestra una tendencia clara en el cruce con otros indicadores. Lo mismo se puede decir de los resultados obtenidos en cuanto a la cantidad de materias aprobadas por grupo.

REFERENCIAS

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INTRODUCCIÓN

Las lámparas de bajo consumo han ganado gran parte del mercado de la iluminación basándose en el argumento de ser una alternativa más eficiente desde el punto de vista energético. Sin embargo, cuando se realiza una comparación del régimen de lúmenes por Watt el argumento puede no ser tan concluyente (Reid Iwao Sasaki, 1994). Las lámparas de bajo consumo se encuentran construidas a partir de dos componentes principales, un balasto electrónico y una lámpara fluorescente. El hecho de contar las lámparas con un balasto electrónico tiene como consecuencia directa una serie de efectos indeseados, cuyas consecuencias no se encuentran evaluadas con profundidad. La mayoría de los balastos electrónicos utilizados en estos dispositivos de acuerdo con los relevamientosrealizados sobre productos de diferentes fabricantes, utilizan topologías que hoy podrían ser consideradas ob-

Incidencia sobre las Redes..., Vincitorio et al.

Incidencia sobre las Redes Eléctricasde las Lámparas de Bajo Consumo

Fabio Vincitorio, Celestino Brutti, José FrundUniversidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná

Almafuerte 1033 – (CP 3100), Paraná Entre Ríos. Tel/Fax 0343-4243054, [email protected]

Resumen - En este trabajo se presentan los resultados de la investigación realizada sobre los efectos negativos en las redes eléctricas debido al uso masivo de cargas alineales (lámparas de bajo consumo) con distorsiones armó-nicas en corriente superiores al 110 %. Para esto se analizaron los cambios térmicos y eléctricos sobre un transfor-mador de referencia sometido a iguales niveles de potencia aparente pero con diferentes valores de factor de potencia. Los resultados obtenidos muestran que el efecto de cargas con un THD (Total Armonic Distortion) elevado genera una sobre elevación de temperatura debido al aumento de las pérdidas en el transformador asociadas a un menor factor de utilización. Por otra parte, se han determinado distorsiones en la tensión de salida del transformador a plena carga con valores superiores al 12 %, existiendo una alta incidencia del 5 y 9 armónicos. Además ensayos realizados sobre conductores han demostrado que al igual que en el transformador existe una sobre elevación de temperatura al conducir iguales niveles de corriente eficaz pero con mayores niveles de contenido armónico. Los resultados documentados estarían indicando que existen menores niveles de eficiencia energética cuando se realiza una comparación directa entre la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente compacta.

Summary - This work shows the results of the research of negative effects on electric network caused by massive use of alineal charge with higher harmonic distortion in current superior at 110%. For this reason was analyzed the thermal and electrical changes on a reference transformer subjected to the same level of apparent power but with different values of power factor. The results show that the high THD loads generates a raised temperature due to increased losses in the trans-former associated with a lower utilization factor. Furthermore test on conductors had shows that for the same current level, in accordance with the result obtained in a transformer, the final temperature on equal interval time is higher when the harmonic distortion is incremented. The results demonstrate there are lower levels of energetic efficiency when a comparation of incandescent lamps and compact fluorescent lamp is made.



soletas. Su principio de funcionamiento se basa en la configuración denominada inversor de pulso resonante auto excitado, el cual puede verse en la Fig. 1 (Grunwaldt G, 1963), en una de sus primeras versiones o bien en una versión actualizada en la Fig. 1a (Mytums - Rutgers, 1998). En la Fig. 1-b puede verse el circuito relevado sobre una lámpara Sylvania de 20 W. Los balastos se conectan a la red mediante un rectificador monofásico de puente completo. La conse-cuencia directa de la aplicación de esta configuración es un alto nivel de distorsión armónica total, con valores que pueden superar 110 %.


1

2

3

5

6

7

8

9

1011

12

13

14

INVENTORG. GRUNWALDT

BY

AGENT

FIG. 2

Fig. 1 - Inversor auto resonante de salida usado en un balastoelectrónico patentado en el año 1963 (Grunwaldt G, 1963)

Fig. 1a – Configuración general del inversor resonante auto excitado (Mytums- Rutgers, 1998)

C2

C6R1510k

C3

R3I5

Q1D5

EB I 3003Ω

R52.4

47[nF]-400[V]

Lámpara

D5IN4007

DB3-BL

R4I5

R2510k

R6I

Q2 D6EB I 3003 Ω

C5

1[nF]-1200[V]2.7[nF]-1200[V]

22[nF]-100[V]

Fig. 1b – Configuración del inversor resonante utilizado en una lámpara Sylvania de 20 W (Relevada Año -2007)

ChargingResistor

DC325 V

R2ResetDiode

D5

D6

R3

R4

TransistorTR1

SnubberCapacitor Pre-

BiasResistor

Anti-ParalelDiode

R7

R3

R6

R5

C5

C6

C7 C8

C9

T2 L1

Np

Ns

Ns

Anti-ParalelDiode

1º

TransistorTR2Oscilator

Capacitor

DIAC

30kHz325 Vpk-pk

Ballast

FluorescentTube

StrikingCapacitor

DC BlockingCapacitor

PreheatPTC

PreheatCapacitor

Fig. 1c – Fotografía del balasto de la lámpara Sylvania de 20 W (relevada Año -2007)

Tales niveles de distorsión armónica podrían generar efectos nocivos sobre las redes eléctricas, máxime cuando la cantidad de dispositivos con estas características crezcan respecto de las cargas lineales (resistivas o inductivas). Si bien existen en la literatura especializada trabajos precedentes - algunos publicados muy temprana-mente (Reid Iwao Sasaki, 1994) - no existe aún un consenso acerca de cómo evaluar los efectos reales que podrían generar estas cargas sobre los sistemas eléctricos. Los ensayos realizados en el laboratorio sobre un sistema eléctrico monofásico y con una potencia limitada que fueron desarrollados en este trabajo, han dado como resultado un aumento en las pérdidas del sis-tema cuando se contrastan, a iguales niveles de potencia aparente, cargas lineales representadas por lámparas incandescentes con lámparas de bajo consumo con altos niveles de THD.



EL BALASTO ELECTRÓNICO EN LAS LBC

Las lámparas de bajo consumo (LBC) necesitan de un balasto o reactor para poder ser conectadas a la red. Este balasto cumple las mismas funciones que el balasto electromagnético convencional (generar una descarga de alta tensión para la ignición y limitar la corriente de lámpara). La operación de un balasto se realiza a muy alta frecuencia, desde los 23 KHz hasta los 70 KHz dependiendo de las condiciones de diseño. En aplicaciones para lámparas fluorescentes lineales han sido desarrollados sistemas sumamente avan-zados que convierten al conjunto en una carga eléctrica ideal con un factor de potencia de 0,98, un THD infe-rior al 8 % y un rendimiento energético del 97 %, superior desde todo punto de vista al balasto convencional. El balasto electrónico usado en las LBC por su parte usa una configuración de por sí obsoleta, que difícilmente alcance un rendimiento superior al 87 % (valor no aceptado en la electrónica de potencia moder-na), un factor de potencia inferior a 0,6 y un THD elevado. En la Fig. 1a se muestra la topología elemental para un balasto electrónico del tipo autoresonante, segúnlas normas de diseño de fines de los 70, pero actualmente en uso tal como lo demuestra la Fig. 1b correspon-diente a una lámpara Sylvania relevada en el año 2007. En la Fig. 1a, circunscrito se han indicado los compo-nentes que la mayor parte de los fabricantes sacrifican para obtener competitividad en sus productos, pero que afectan fundamentalmente la confiabilidad de los mismos. La Fig. 1c muestra la fotografía del balasto de la Fig. 1b. Claramente puede observarse que en éste ha sido sacrificada la resistencia PTC indicada en la Fig. 1a y el capacitor de precalentamiento de los filamentos. Por otra parte la configuración de entrada o rectificador debería poseer filtros de tipo EMC para reducir el contenido armónico y evitar la presencia de señales de alta frecuencia (no armónicas) moduladas sobre la señal de 50 Hz. En las lámparas de bajo consumo es prácticamente imposible montar el filtro EMC dadas las dimen-siones que se pretenden tengan estos dispositivos, dado que dicho filtro implica la utilización de un núcleo de dimensiones equivalentes al usado en el inductor de salida del inversor resonante. En algunas lámparas como la Philips Twister 23W ha sido relevado como único elemento un pequeño inductor serie de núcleo abierto. Componentes de protección tales como varistores de óxido metálico no han sido encontrados dentro del conjunto de 60 lámparas de diferentes fabricantes, de marcas reconocidas o genéricas, seleccionadas para el relevamiento de su configuración. En algunos casos como el mostrado en la Fig. 2c, correspondiente a una lámpara Sica de 45 W, no es posible encontrar ningún tipo de elemento de protección contra sobre tensiones o cortocircuito del inversor. La excepción la constituyen las líneas de lámparas de Philips denominadas Master, las cuales abarcan el rango de potencias desde los 45 W a los 80 W. En éstas es posible encontrar una configuración completa del circuito de salida equivalente a la mostrada en la Fig. 1a con el agregado de un controlador del factor de po-tencia activo que confiere a esta lámpara características ideales en lo referente al consumo de energía de la red.


F1

Fuse AC50 Hz C1

T1

EMCFilter

C2R1 D2

VDR(MCV)

FWBridge

D1

D3

LFSmoothingCapacitor

C3 C4

DC

DC325 V

HFSmoothingCapacitor

Fig. 2a – Circuito de entrada para un balasto electrónico sin corrección del factor de potencia



ANÁLISIS DE LAS SEÑALES DE TENSIÓN YCORRIENTE DEBIDO AL BALASTO EN LAS LBC

El balasto usado en las lámparas de bajo consumo se acopla a la red mediante un rectificador monofásico de puente completo, el cual se conecta a un condensador electrolítico cuya función es mantener un valor de factor de rizado lo más bajo posible para que el inversor no presente fluctuaciones que afecten la emisión lumi-nosa de la lámpara. Esta configuración genera una forma de consumo de corriente con alto nivel de contenido armónico y un bajo factor de potencia pero con un coseno φ elevado. (L. Whidart, 1995). Con el fin de documentar el comportamiento de las lámparas de bajo consumo hacia la fuente se pro-cedió con una metodología de doble ensayo. Por una parte se midieron los valores asociados a las corrientes, tensiones, potencias y factores de mérito desde el lado de la línea. Individualmente fueron ensayadas un total de 60 lámparas de diferentes fabricantes. El segundo ensayo consistió en documentar el comportamiento de un conjunto de lámparas de dife-rentes potencias y diferentes fabricantes a potencia aparente constante. En la tabla 1 puede apreciarse parte de la información asociada a una lámpara Sica de 45[W] medida en forma individual.


Inductor usadocomo filtro deentrada

Fig. 2b – Fotografía del circuito de entrada de lalámpara Philips Twister 23 W

Fig. 2c – Fotografía del circuito de entrada de la lámpara Sica de 45W. Pueden observarse los cables de entrada sobre

el circuito impreso y el rectificador, pero la ausencia de filtros, fusibles o varistores de protección

Tiempo Vca Ica THD 3º 5º 7º 9º0 225 150

155,86

76,9 67,52 43,24 28,55 224 17010 225 17015 224 180 % % % %20 224 170

73,6 64,7 41,4 27,325 225 16030 226 170[m] [V] [mA] % [mA] [mA] [mA] [mA]

Tabla 1 - Valores de tensión, corriente de entrada y contenido armónico para una lámpara Sica de45 W obtenidos con Osciloscopio Tektronix TDS210 con módulo de extensión de medidas



En el oscilograma de la Fig. 3, el cual corresponde a una segunda lámpara Sica (de las tres medidas) de 45 [W], representa la tensión y corriente de entrada. El gráfico permite observar que la forma de onda de co-rriente se encuentra prácticamente en fase con la onda de tensión con un ángulo de 22,9º en adelanto, el THD = 124,39 % y el FP=0,585. Estos valores resultan diferentes a los documentados en la muestra 1 de la Tabla 1.


En la tabla 2 se documentan los resultados del análisis estadístico realizado sobre el THD de los datos obtenidos en 28 de las 60 lámparas medidas individualmente.

Descriptivos EstadísticoMedia 109,44%Intervalo de confianza para la media al 95%

Límite superior 100,35%Límite inferior 118,52%

Desviación Típica 23,44%Mínimo 8,34%Máximo 155,86%Amplitud intercuartil 17,11%

Tabla 2 - Resultados del análisis estadístico del contenido de distorsión armónica total,para una población de 28 lámparas de diferentes potencias y fabricantes

Fig. 3 – Forma de onda de tensión y corriente para unalámpara fluorescente compacta Sica de 45 W

En la Fig. 4 es posible observar el espectro de la señal de corriente correspondiente a esta señal. Del análisis del contenido espectral es de notarse que existen armónicos con un 7 % del valor en corrien-te de la fundamental a una frecuencia tan elevada como 2250 Hz, si bien el armónico de mayor peso es el de tercer orden. Desde el lado de la lámpara se realizaron mediciones solamente sobre 19 dispositivos dado que al abrir el alojamiento del balasto, en muchos casos es necesario destruirlo. Se realizaron medidas de la tensión y corriente entregada a la lámpara y de la potencia activa entregada por el balasto con el fin de obtener el rendimiento de este dispositivo.

WaveStar - [SICA45-1.NBK]

dY: 210 VoltY: 199 Volt

1) Ch 1: 500 mVolt 5 ms2) Ch 2: 100 mVolt 5 ms

2>



En la Tabla 3 es posible ver la evolución de la tensión y corriente de lámpara dentro de los primeros 30 minutos de funcionamiento de una lámpara en particular, Sylvania 15 W a modo de ejemplo de la metodologíade medición implementada.


70.4%

63.4%

56.3%

49.3%

42.2%

35.2%

28.2%

21.1%

14.1%

7.0%

0.0%2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Harmonic magnitude as a % of the fundamental amplitude

Voltage = 223 Volts

Voltage THD = 2.91%Power Factor = 585 mInstantaneous Power = 59.3 VA

Current = 266 mAmps Power = 34.6 Watts

Current THD = 124.39%Displacement Power Factor = 22.9 DegreesReactive Power = 48.1 VAR

Fig. 4 – Contenido armónico y análisis espectral de la señal de corriente correspondiente a unalámpara de 45 W obtenida con osciloscopio Tektronix TDS210 y el Software WaveStar

Tiempo Vrms VP I rms I P FCV FCI0 60 144 88,5 180 2,40 2,035 63,5 144 81,3 180 2,27 2,2110 62,7 144 85,2 176 2,30 2,0715 63,5 140 81 175 2,20 2,1620 57,6 146 86,1 172 2,53 2,0025 62,4 146 86,1 176 2,34 2,0430 59,8 143 79,9 184 2,39 2,30[m] [V] [V] [mA] [mA]

Tabla 3 - Resultados de la medición de las variables de salida de una lámpara Sylvania de 15W

Es notable observar que los valores del factor de cresta de corriente pueden ser considerados como muy elevados dado que el valor deseable debería ser el equivalente a una señal senoidal es decir 1.41. La existencia de un factor de cresta elevado, es indicativo de un agotamiento prematuro en las lámparas de tipo fluorescente (Sekine – Ribarich). La medición de potencia activa sobre la lámpara y sobre la línea, fue realizada en forma directa usandonuevamente el software WaveStar del osciloscopio Tektronix TDS210. Los resultados tratados estadísticamente usando como variable de salida el rendimiento en potencia, el cual fuera evaluado como el cociente entre la potencia de entrada y la potencia de lámpara se muestran en la Tabla 4.

ANÁLISIS DE LAS SEÑALES DE TENSIÓN Y CORRIENTE DEBIDOAL USO MASIVO DE LBC CON BALASTO ELECTRÓNICO

En el párrafo anterior se presentaron diferentes casos de comportamiento eléctrico de lámparas de bajoconsumo funcionando aisladamente.



En los sistemas eléctricos de distribución los componentes fundamentales son el transformador de media tensión a baja tensión y los conductores de distribución, los cuales serían los puntos principales de fallo ante sistemas eléctricos con distorsiones armónicas elevadas (Sasaki, 994) (Radovik, Franfioskos, Topalis, Kostic,2005). Otros eleventos como seccionadores bajo carga, tableros de distribución y elementos de pro-tección podrían ser afectados por altos niveles de distorsión. En particular sistemas automáticos de control de tableros o protecciones podrían sufrir interferencias y fallos de funcionamiento debido al ruido eléctrico resultante en las líneas. Para estudiar los efectos que produciría el uso masivo de estas cargas alineales se construyó un sistema eléctrico acoplado a la red de distribución mediante un transformador de 400 VA de tipo aislador de línea (1:1),sometiéndolo a condiciones de operación límite (2.2 A 210 / 220 V). Los ensayos realizados contemplaron el seguimiento del comportamiento eléctrico y la evolución térmi-ca del transformador tanto en su núcleo como en sus conductores. Con el fin de obtener resultados comparativos se ensayaron dos tipos diferentes de carga, una total-mente lineal con factor de potencia unitario, constituida por lámparas incandescentes y una segunda carga compuesta por lámparas fluorescentes compactas. También se estudiaron la combinación de cargas en iguales proporciones de corriente. Para el primer tipo de carga ensayada, lámparas incandescentes, con una potencia de 400 W se obtuvie-ron las formas de onda de tensión y corriente mostradas en la Fig. 5.


Media 0.85Mediana 0.85Desviación típica 0.06554Mínimo 0.74Máximo 0.95Amplitud intercuartil 0.1

Tabla 4 – Valores estadísticos del rendimiento de los balastos tomados sobre una muestrade 19 lámparas de bajo consumo de diferentes potencias y fabricantes

Fig. 5 – Forma de onda de tensión (1) y corriente (2) con lámparas incandescentes, potencia activa 400 W potencia aparente 400 VA

2

RIGOL[Y1-Y2] = 269.7V[Y1-Y2] = 134.9nV

1 π

2 π

CH1 100V CH2 50.0nV 5.000ns Delay0.000000s



En éstas es posible observar la total concordancia de las señales de tensión y de corriente tanto en fase como en forma, a pesar de encontrarse al límite de potencia aparente indicada por el fabricante. En el segundo caso se implementó una carga no lineal constituida por lámparas fluorescentes compactas de diferentes fabricantes y diferentes potencias hasta una potencia aparente total de 400 VA, es decir en iguales condiciones que la utilizada en lámparas incandescentes. Al utilizar lámparas de bajo consumo se pueden diferenciar dos casos: n lámparas iguales o n lámparas de diferentes fabricantes y potencias. En el primero de los casos el THD resultante es levemente inferior al THD individual de la lám-para. En el segundo de los casos el THD se reduce notablemente. Esto puede explicarse a partir de un factor de desplazamiento diferente para cada tipo de lámpara independiente del THD individual. Las tablas 5 y 6 muestran estos resultados.


Coseno φ medido Porcentaje0,54 3,7 %0,73 18,5 %0,77 63,0 %0,81 3,7 %0,88 3,7 %

1 7 %Total 27 lámparas 100 %

Tabla 5 – Valores estadísticos del coseno φ medido para diferentes fabricantes y diferentes potencias sobre un total de 27 lámparas

THD-I1

THD-I2

THD-I3 Pact. 1 Pact. 2 Pact. 3 Pap. 1 Pap. 2 Pap. 3

69,1 72,9 94,6 438 354 318 588 474 49269,1 71,6 93,1 444 360 324 588 480 49869,1 71,7 93,3 444 360 324 588 480 49869,7 74 95,5 438 360 324 588 480 49869,3 72,7 93,2 438 360 324 588 474 49871,1 72,7 92,3 432 348 318 582 456 48670,7 73 94,3 432 348 318 582 462 492% % % W W W VA VA VA

Tabla 6 – Valores de THD, Potencia Activa y Potencia aparente, en un sistema trifásico. Fase 1 Lámparas incandescentes (10 % de la potencia total) y LFC. Fase 2 LFC de diferentes fabricantes y potencias. Fase 3 LFC de dos fabricantes diferentes General

Electric y Leelite de 18W

Tal como lo muestran las tablas 6 y 7 debido a la coexistencia de cargas con diferentes factores de desplazamiento, aplicando el principio de superposición de señales tendríamos como resultado una forma de onda con contenido armónico menor, tal como la registrada en la Fig. 6.



Además se puede observar que el transformador, a pesar de estar a la misma potencia aparente regis-trada con carga resistiva pura tiene dificultades para mantener una señal senoidal con un THD inferior al 3 %, tal como la registrada para lámparas incandescentes. La toma de tensión fue realizada en bornes del transfor-mador, utilizando dos diferentes tipos de instrumentos, osciloscopio y analizador de potencia. La distorsión armónica de tensión medida para lámparas incandescentes (400 VA) de acuerdo con la Fig. 5 registró en ambos instrumentos un valor de 3%, vale decir igual valor medido en la línea de entrada. Por otra parte, con cargas LFC en iguales condiciones de potencia aparente la distorsión armónica de tensión asciende al 10 %, en total acuerdo con el espectro documentado en la Fig. 7.


2

RIGOL


Fig. 6 – Forma de onda de señal de tensión (1) y corriente (2) para una carga de400 VA de LBC 23 en total (Potencias 11 W, 15 W, 23 W, 45 W, 65 W)

1500

20000.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Espectro Tensión 400 VA LFC

60,0

40,0

20,0

0,00.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Espectro Corriente 400 VA LFC

Fig. 7 – Espectro de tensión y corriente para 400 VA con lámparas de bajo consumo (Potencias 11 W, 15 W, 23 W, 45 W, 65 W)



Del estudio espectral de la corriente es posible observar que existe un corrimiento del contenido armónico ha-cia los armónicos de menor orden, en comparación con el espectro individual registrado para la lámpara Sica de 45W de la Fig. 3. La tercera carga utilizada durante el ensayo consistió en una combinación de lámparas de bajo consumo de diferentes potencias e incandescentes. Las potencias aparentes aportadas por cada tipo se las determinó iguales (50/50). Del análisis de la forma de onda resultante es posible observar una forma de onda de mayor extensión angular, con un pequeño adelanto respecto de la señal de tensión y con una distorsión armónica total del 34% lo que representa una dismi-nución notable respecto de las LFC. Sin embar-go, la distorsión armónica de tensión sobre la tensión de salida del transformador no se reduce en igual proporción ubicándose en el 7 %.


2

RIGOL[Y1-Y2] = 269.7V[Y1-Y2] = 134.9nV

1 π

2 π


Fig. 8 – Forma de onda de tensión (1) y corriente (2) para cargas combinadas 400 VA en total

Voltage LN1 187,1 VCurrent LN1 2,1 A

Apparent Power L1 390 VAActive Power L1 354 VA

THD V1 7%THD I1 34%

Power Factor L1 -0,91Cos L1 -0,97

Tabla 8 – Indicadores de consumo eléctrico para una carga combinada, LFC - incandescente

RESPUESTA TÉRMICA DEL TRANSFORMADOR ADIFERENTES CARGAS CON POTENCIA CONSTANTE

Con el fin de evaluar el rendimiento energético del sistema y sobre la base de las publicaciones consul-tadas, se procedió con la realización de mediciones de temperatura sobre un transformador de referencia de



400 VA, de aislamiento (1:1) sometido a condiciones de máxima potencia aparente y aislamiento térmico con el exterior. Inicialmente se realizaron tomas de temperatura en un punto intermedio entre los bobinados de prima-rio y secundario introduciendo una termocupla para tal fin. Posteriormente se decidió la toma de temperaturas con termómetro digital múltiple, tomando medidas sobre el núcleo y los bobinados. Finalmente se procedió a la toma de temperatura sobre un arrollamiento de alambre de cobre sin núcleo e inductancia despreciable de manera de contar con un modelo concentrado de condiciones de disipación de los conductores sometidos a diferentes condiciones de carga. En la Fig. 9 se muestra una gráfica comparativa de temperatura vs. tiempo, para una carga de lámparas de bajo consumo, lámparas incandescentes, una carga mixta y finalmente la evolución térmica del transforma-dor en vacío.


90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Tem

pera

tura

ºC

0:00:00 0:14:24 0:28:46 0:43:12 0:57:36 1:12:00 1:26:24Tiempo

Fig. 9 – Gráfica comparativa de las temperaturas alcanzadas por el bobinado del transformador en el mismo punto de medición en 4 condiciones diferentes, (1) transformador en vacío, (2) transformador con carga resistiva,

(3) transformador con carga de LBC, (4) transformador con carga combinada

El resultado de graficar en un mismo sistema de ejes coordenados las evoluciones térmicas, muestra claramente una mayor pendiente en la curva correspondiente al ensayo en el cual se combinan lámparas incan-descentes y fluorescentes compactas con balasto electrónico. Con una pendiente menor vemos la curva correspondiente a la carga pura de LFC. Finalmente, el ensayo correspondiente a lámparas incandescentes es el que muestra la menor pendiente de las tres curvas. Siguiendo el mismo protocolo de ensayo se repitieron las mediciones sobre el núcleo resultando la grá-fica comparativa mostrada en la Fig. 10. En el ensayo del núcleo del transformador podemos observar que los niveles de temperatura alcanza-dos sobre éste, fueron menores que los medidos sobre el alambre de los arrollamientos.



Los ensayos descriptos anteriormente estarían sugiriendo un nivel de pérdidas mayores en el bobinado que en el núcleo, situación que se opone a los resultados indicados en las simulaciones realizadas por diferentes autores. Como consecuencia de esto y con el fin de analizar el fenómeno de disipación térmica en los arrolla-mientos debido a un aumento de pérdidas por conducción, se realizaron medidas sobre un arrollamiento de cobre de 300 espiras de alambre 0,8 mm de diámetro bobinadas sin núcleo. Esta sección de alambre garantiza una profundidad de penetración de la onda asociada a la onda elec-tromagnética, tal que asegura la circulación de corriente en toda el área del conductor incluso para la armónica Nº 51. Esta condición implicaría un cierto grado de independencia de la temperatura final con respecto al con-tenido armónico de la corriente circulante, considerando perdidas por efecto pelicular. Los resultados pueden observarse en la Fig. 11.


50

40

30

20

10

0

Tem

pera

tura

ºC

0:00:00 0:21:36 0:13:12 1:04:18 1:26:21 1:18:00 2:09:36

Fig. 10 – Gráfica de la evolución térmica del núcleo del transformador, ensayado con diferentes tipos de carga. (1) Resistiva, (2) Combinada, (3) LBC

Fig. 11 – Gráfica de la evolución térmica en un conductor debido a diferentes cargas. (1) Resistiva pura, (2) Combinada, (3) LBC

70

60

50

40

30

20

10

0

Tem

pera

tura

ºC

0:00:00 0:05:02 0:10:05 0:15:07 0:20:10 0:25:12Tiempo



En el gráfico compuesto de la Fig. 11 es posible observar que la pendiente de la curva de temperatura vs. tiempo correspondiente a una carga de LFC de igual potencia aparente que la carga de lámparas incandes-centes es dos veces mayor.

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

Si analizamos el uso de las LBC vemos que el THD individual es elevado pero el THD resultante de la introducción de un número mayor de lámparas lo reduce notablemente, pasando de una media del 109 % paralámparas individuales a valores medidos para 23 lámparas diferentes en el orden del 70%. En función de esto quedaría establecido que el uso de una gran cantidad de lámparas tendría un efecto menor al que se podría considerar si se las analiza individualmente. Por otra parte, los estudios térmicos realizados sobre un transformador demostrarían que la peor condi-ción se presentaría cuando existen cargas lineales y alineales combinadas, más allá que el THD se reduzca a valores del orden del 30 %. Del análisis de las curvas térmicas es posible observar que existe un aumento de la temperatura, principalmente en los conductores más que en el núcleo de un transformador, en contraposición a lo esperado de las simulaciones realizadas por otros autores. En el estudio realizado sobre un conductor de cobre se muestra que tiene un mayor impacto sobre las pérdidas el uso de las LFC que el de una carga combinada. Estos resultados deben entenderse sobre la base de considerar al transformador como un sistema más complejo desde el punto de vista de su diseño que el de un conductor simple.

CONCLUSIONES

En la introducción hemos hecho referencia a la falta de consenso sobre los efectos que pudieran gene-rar el uso de cargas no lineales sobre los sistemas eléctricos, existiendo trabajos que indicarían una perspectiva más favorable a su uso y trabajos indicando un panorama diferente. En función de los valores hallados resulta evidente que existe un aumento de las pérdidas en el sistema lo que afirmaría las teorías que indican un alto grado de afectación de los sistemas eléctricos. Sin embargo, debemos tener en cuenta que el análisis ha sido acotado a condiciones de laboratorio y potencias reducidas. Por otra parte, hemos documentado las configuraciones adoptadas por los fabricantes, las cuales por su topología afirman que los resultados de las mediciones concuerdan totalmente con los valores teóricos es-perados. Resulta de particular interés el hecho que existan diferentes niveles de disipación térmica en el mismo conductor sometido a iguales niveles de corriente eficaz con THD nulo o con un THD elevado. Sabemos que lateoría clásica de la conducción eléctrica no contempla diferencias para estos dos casos, por lo cual creemos debe ser objeto de estudios más profundos. De los resultados documentados es posible observar que grandes cantidades de cargas alineales podrían tener un efecto de disminución en el rendimiento de un sistema eléctrico simplemente debido a un factor de po-tencia bajo y que por lo tanto deberán ser necesarias acciones de compensación activa. Una segunda alternativa sería normalizar las cargas no lineales, en particular las LFC, a valores de THD menores introduciendo nuevas tecnologías y circuitos integrados que permitan minimizar estos efectos (que hoy se encuentran disponibles).

REFERENCIAS

Reid Iwao Sasaki - The Impact Of Electronic Ballast Compact Fluorescent Lighting On Power Distribution Sys-tems. ECE Technical Reports – 1994. Mytums, Rutgers - Power Innovations Data Manual – 1998. Radovik, Franfioskos, Topalis, Kostic, - The low voltage distortion in low voltage network caused by compact fluorescent lamps with electronic gear. Electronic power system research 73 (2005) pag. 129-136. Elsevier. Whidart - Undestanding Power Factor. Application Note 824/0795. SGS Thomson, 1995. Grunwaldt - US Patent 3084283. Philips Apr. 1963.




Sekine, Ribarich - CFL Ballast Design Using Passive PFC and Crest Factor Control. Application NoteAN-1157 – International Rectifier. Acevedo, Esparza, Olivares –Diseño de un procedimiento de cálculo de conductores bajo el efecto de corrientes armónicas. Redalyc http://redalyc.uaemex.mx. Dell’Aquila, Monopoli, Zanchetta - New Power-Quality Assessment Criteria for Supply Systems Under. Unba-lanced and Nonsinusoidal Conditions. IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 19, NO. 3, JULY 2004.



RTyC – UTN – Año 11 Nº 23 - 64 Incidencia sobre las Redes..., Vincitorio et al.



INTRODUCCIÓN

Existen muchas formas para el cálculo de la relación señal de salida / señal de entrada o Transmitancia (Transferencia) de un circuito electrónico. El más conocido y directo son las ecuaciones de mallas y nodos de las leyes de Kirchoff y a partir de allí deducir la expresión final buscada. Generalmente suele ser un trabajo largo y tedioso debido a las numerosas ecuaciones con las que se opera y con la posibilidad de cometer errores de cálculo. Además, presenta el inconveniente de no mostrar conceptos fundamentales del comportamiento interno de todo circuito realimentado. Tampoco brinda facilidades útiles para el diseño del mismo. Por todo ello, este tipo de cálculo se considera de complicada solución, tanto para los alumnos como para los profesionales de la electrónica, con dificultades que aumentan a medida que incrementa la compleji-dad del mismo. Más aún, sobre el particular, no son muchos los autores que han presentado ideas innovadoras que fa-ciliten dicho accionar, como así también de diseño y de interpretación de los fenómenos que se desarrollan en todo circuito electrónico. El diagrama de flujo de Mason, los métodos de Sol Rosenstark y de Choma son algunos de los trabajos más conocidos que sobre el particular se han desarrollado al presente. Por lo anterior, este artículo muestra en un resumen unificador, algunas de las formas más comunes de cálculo que se han desarrollado al presente. Parte de la idea primigenia de “dividir para conquistar”, situación que se manifiesta cuando una trans-mitancia cualquiera es analizada utilizando transmitancias de segundo nivel.

ESQUEMA BÁSICO DE UN CIRCUITO

Sea el cuadripolo activo simple entrada-simple salida de la Fig. 1 en donde las variables x e y representan las señales de entrada y de salida respectivamente.

Métodos de Análisis y Cálculo..., Rivero

Métodos de Análisis y Cálculo de la Relación de Señales Salida / Entrada de un Circuito

Roberto Ángel Rivero, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Tucumán,Departamento de Electrónica, Rivadavia 1050, (4000) San Miguel de Tucumán

Email: [email protected]

Resumen - Se presentan distintos métodos para el análisis y el cálculo de la relación de señales salida/entrada de circuitos electrónicos, basados en el principio “dividir para conquistar”. Estos métodos simplifican el análisis, brindan claros conceptos del comportamiento interno del circuito y al mismo tiempo proveen ecuaciones útiles para el diseño.

Palabras claves: Transmitancias, Funciones de Transferencias

Abstract - This paper presents different methods for analyzing and finding the relationship between output/input signals of electronic circuits, based on the idea “divide to conquer”. These methods simplify the analysis, givegood insights into the circuit behavior and provide useful design equations.

Key words: Transmitances, Transfer functions.



Este cuadripolo, por ser activo, tiene uno o más generadores controlados. Se explicita uno cual-quiera de ellos, tal que por el mismo pase parte o la totalidad del flujo de señal que desde la entrada circula hacia la salida. Si ello se cumple se define:

φ = variable de control del generador controlado explicitado.

ξ = variable controlada del generador controlado explicitado

a = valor del control del generador controlado explicitado tal que:


χ ξ = aφ ν~

Fig. 1 - Cuadripolo activo con un generador controlado explicitado

ξ = a x φ (1)

En el cuadripolo de la Fig. 1 se ha dibujado, por simplicidad, un generador controlado explicitado como si fuera un generador de tensión controlado por tensión. Pero en la práctica, tanto el generador ξ como su varia-ble de control φ pueden tener cualquier dimensión y se encuentran en alguna parte del cuadripolo de referencia. Sólo basta que esté explicitado. En consecuencia φ y ξ serán variables intermedias dentro del cuadripolo con a como factor de proporcionalidad unidireccional entre ellas. Además, existen otros caminos de señales a saber:

▪ desde el borne de entrada x hacia la variable intermedia φ ▪ desde el borne de entrada x hacia la salida y ▪ desde la variable intermedia ξ hacia la variable intermedia φ ▪ desde la variable intermedia ξ hacia la salida y.

Suponiendo por el momento que la variable ξ es independiente, o sea que no está ligada con la propor-cionalidad “a” a la variable φ, el cuadripolo quedará conformado por:

a) dos variables simultáneas e independientes, a saber: • la señal de entrada x • la señal del generador ξ

b) dos variables dependientes de aquellas, a saber: • la intermedia φ • la de salida y.

Entonces puede escribirse, de acuerdo al teorema de superposición para los sistemas lineales:

y = b x ξ + d x xφ = c x ξ + e x x (2)

donde b, d, c y e, serán las expresiones que proporcionan la interrelación entre las distintas variables del cua-dripolo para cuando ξ sea una variable independiente.



Pero la representación matemática completa del cuadripolo, solo se obtiene cuando se juntan las ecua-ciones 2 con la ecuación 1. De esta manera, se consigue una representación matemática general del cuadripolo, formada por tres ecuaciones, en lugar de dos, a saber:


y = b x ξ + d x xφ = c x ξ + e x x

ξ = a x φ(3)

De estas igualdades se puede deducir el gráfico de flujo de señal de dicho cuadripolo, tal como se muestra en la Fig. 2.

Fig. 2 - Diagrama de flujo de señales de ecuaciones (3)

Resolviendo el sistema de ecuaciones 3 (o utilizando la fórmula de la transmitancia de un gráfico de flujo de señales de Mason), se obtiene la expresión del valor de la señal de salida y versus la señal de entrada x, como:

1y exaxbT dx axc= = +

−x x

x(4)

o sea el valor de la Transmitancia T (Transferencia) del cuadripolo de la Fig. 1.

DEFINICIONES

A partir de la ecuación (4) de la transmitancia se pueden deducir una serie de funciones de menor jerar-quía que permiten conceptualmente interpretar una serie de fenómenos que suceden en un cuadripolo y que facilitan al mismo tiempo el análisis y la síntesis de circuitos. Ellas son:

Transmitancia del camino directo En el diagrama de flujo de Fig. 2, se observa un “camino directo”, que partiendo de la señal de entrada x, pasa por el generador controlado explicitado a, y llega a la salida y. Este camino es unidireccional y está representado por la vía e→a→b en el gráfico de la Fig. 2. Es el producto e x a x b que se encuentra como nu-merador de la expresión 4 de la transmitancia T y se lo denomina Transmitancia del camino directo Tcd. Así definido, Tcd es conceptualmente la transmitancia existente desde la señal de entrada x hacia la salida y cuando no existe realimentación ni camino de fuga. Se la puede calcular cuando:

x

e φ

d

a

c

ξ b

y



a) No existe realimentación (c=0) y simultáneamente b) El camino d es nulo

O sea:


00

cddc

yTx =

=

= (5)

Ganancia del lazo para entrada nula En el diagrama de flujo de la Fig. 2, el “camino exterior” al generador controlado explicitado que está representado por la vía c en el gráfico de flujo, es el camino de toda señal que desde la salida del generador controlado explicitado ξ vuelve por fuera del generador controlado hacia atrás del mismo, o sea hacia su va-riable de control φ. Este camino, junto con el del generador controlado a, cierra un lazo para la circulación de la señal, dado por el producto axc al que se lo conoce como Ganancia del lazo GL para entrada nula.

GL = a x c (6)

Para interpretar este concepto de ganancia del lazo para entrada nula, se utiliza el diagrama de flujo de laFig. 3, similar al de la Fig. 2, donde, sin pérdida de generalidad, se ha partido la rama del factor de proporcio-nalidad a existente entre las variables de control φ y el generador controlado ξ en dos tramos, con los puntos α y α’ en ambos extremos. El tramo que va desde φ hasta α tendrá valor 1 y el tramo desde α’ hasta ξ valdrá a. Cuando α y α’ están unidos, el resultado del diagrama no cambia.

Ahora, con la entrada x igual a cero, se introduce por α’ una señal unitaria. El valor de la señal que re-torna a la variable α por el camino c resultará más arriba. Brinda información de cuanto varía una señal en un recorrido completo del lazo de realimentación. Obsérvese que en este caso, se utiliza el término ganancia y no transmitancia, porque al ser las señales en α y α’ de la misma dimensión, la relación entre las mismas será siempre adimensional.

Transmitancia del camino de fuga

“El camino de fuga” está representado en el diagrama de flujo de la Fig. 2 por la vía d o sea es el camino que permite que la señal de entrada x llegue a la señal de salida y, sin pasar por el generador controlado expli-citado “a”. Por ello al parámetro d se lo conoce como Transmitancia del camino de fuga Tcf, y se lo calcula:

Fig. 3 - Diagrama de flujo mostrando el significado de la ganancia del lazo

x

lφ

d

a

c

ξ

b y

aα



Obsérvese que la transmitancia del camino de fuga es, conceptualmente, la transmitancia que se obtiene cuando la ganancia del generador controlado explicitado es nula.

Ganancia del lazo para salida nula Se denomina ganancia del lazo para salida nula GLn a la ganancia del lazo que se calcula (ver Fig. 3):

a) cuando se introduce por α’ una señal unitaria que llega a la salida y con valor 1xaxb, y b) simultáneamente se inyecta por la entrada x una señal xn distinta de cero que se ajusta para conseguir que la salida y sea nula.

Para ello, nótese de la Fig. 3, que existe para este caso, una doble inyección de señal a saber:

a) la proveniente de la entrada xn y que circula por el camino de fuga d. b) la inyectada en α’ de valor unitario y que circula por el camino axb.

Obsérvese por lo tanto que para tener una salida nula es necesario que exista un camino de fuga d. Así definida la estrategia, la ganancia del lazo para salida nula GLn se calcula como el valor de la señal de retorno que llega al extremo α y que se la obtiene a partir de

y = 1 x a x b + xn x d = 0

luego

y

Quede en claro que si el sistema posee más de un lazo de realimentación, la definición de gananciadel lazo para salida nula no varía, y que los conceptos indicados son extensibles también para esos casos. Obsérvese también que “salida nula” no significa que la salida esté en cortocircuito, sino que los efectosde cada una de estas entradas α´ y xn se anulan entre sí a la salida. Por este motivo, en la mayoría de los casos, el cálculo de GLn resulta bastante sencillo debidoa la simplificación que significa suponer un valor nulo para la variable de salida.

Transmitancia para el valor del generador controlado “a” tendiendo a infinito La transmitancia del circuito para la ganancia “a” del generador controlado tendiendo a infinitoTa→∞, es otro dato importante a tener en cuenta. La misma se obtiene a partir de la ecuación 4 de laTransmitancia T, cuando el valor del generador controlado “a” tiende a infinito. En efecto:


(7)00

cf aa

yT Tx →

=

= =

(8)

ab= − (9)

1n Ln n

Ln

G a c x eeabG acd

α = = × × + × =

= −(10)

lim1

1

a a

a

e a bT da c

e b e bT d dc d c

→∞ →∞

→∞

× ×= + =

− ×× × = − + = − ×

(11)



válido para d≠0. Al mismo tiempo, también es necesario comprender el efecto que sobre el valor de la variable decontrol φ significa a→∞. El mismo se deduce de las ecuaciones 3. Si ξ = a x φ

y

que para a→∞ resulta:φ= 0

ecuación muy útil tal como se verá más adelante. Nótese que φ=0 no significa un cortocircuito, sino que es el efecto producido por la elevada ganancia del lazo que tiende a infinito (como la del cortocircuito virtual).

DISTINTAS FORMAS DE ESCRIBIR UNA TRANSMITANCIA

Como consecuencia de las definiciones anteriores, la transmitancia T del cuadripolo de Fig. 1 puedereescribirse de distintas maneras utilizando los conceptos físicos Tcd, GL, GLn y Tcf desarrollados:

1. A partir de la expresión 4 de la transmitancia se tiene, reemplazando:

2. La expresión 4 de una transmitancia, también puede reescribirse como:

o sea:

3. Otra manera de reescribir la ecuación 4 de la transmitancia, es:


φ = e x x + c ξ = e x x + c x a x φ

1e xa c

φ = ×− ×

1cd cf

L

TT TG

= +−

(12)

( )11 1

1

1

e a b d a ce a bT da c a c

e a b a cdT da c

× × + − ×× ×= + = =

− × − ×× × + − ×

=− ×

011

Lna

L

GT TG=

−= ×

−

( )11 1

1

1

e a b d a ce a bT da c a c

e a b a cdT da c

× × + − ×× ×= + = =

− × − ×× × + − ×

= =− ×

(13)



luego:

Obsérvese la dualidad entre las expresiones 13 y 14.

4. Por último operando nuevamente con la ecuación 4 se tiene:


1 1

1 1

111 11

Ln

L

e a b e a ba c a cd dT da c

a c

Ge bT dc d

G

−× × × ×× − × − = × × =

× −×

−× = × − × = × −

11

11Ln

a

L

GT T

G

→∞

−= ×

−(14)

( )

[ ]

11 1

1 1

1 1

1 1cf L a

L L

e a b d a ce a bT da c a cd d a c e a bTa c a c

e ba c dd cTa c a c

T G TT

G G→∞

× × + − ×× ×= + = =

− × − ×× × − × ×

= − =− × − ×

× × × − = − =

− × − ××

= −− −

T = Tα→∞ x

1 - Tα→∞ x

GL

1 - GL 1 - GL

luego: (15)

Este caso tiene la ventaja de que si el módulo de la ganancia del lazo para entrada nula GL es elevado, o sea mucho mayor que uno, el valor de la transmitancia T resulta prácticamente igual a Tα→∞.

RELACIÓN DE REDUNDANCIA

Se define como Relación de Redundancia al cociente de:

0

1a

a

e b a e bd d a cT c d d

dT d a ca e ba c

dTa c

→∞

→

× × × × − × × − × = =× ×

× × × − =

×



EL TEOREMA DE DISECCIÓN

Surgen ahora las preguntas ¿Para qué sirven estas distintas expresiones de transmitancias dadas por las expresiones 12, 13, 14 y 15? ¿Cuál es su uso? La más importante ventaja que se obtiene de las mismas es que facilitan el cálculo de transmitancias de circuitos y/o sistemas, dependiendo del particular caso en el que se las apliquen. Se basan en el “Teorema de Disección” que dice que una función de primer nivel, T en este caso, puede ser desarrollada utilizando otras tres funciones de segundo nivel, más simples que la de primer nivel, y que dependen de las señales con que se analizan cada una de ellas. Tienen la ventaja de utilizar el concepto práctico conocido como “dividir para conquistar”, que consis-te, en que una función más complicada puede escribirse utilizando tres expresiones más simples de cálculo, con la ventaja de que muchas de ellas mantienen conceptos fundamentales de funcionamiento del circuito y que permiten además desarrollar criterios útiles para el diseño. El Teorema de Disección es completamente general y se lo puede aplicar a toda función transmi-tancia dentro de los sistemas lineales. A continuación se muestran ventajas, usos y características particulares de las distintas expresio-nes de una transmitancia utilizando para ello ejemplos aclaratorios.

EJEMPLO SENCILLO

Con el objeto de mostrar cómo se utilizan las expresiones 12, 13, 14 y 15, sea el circuito esquemático de un amplificador inversor como el de la Fig. 4, lo que permitirá una más rápida interpretación de la teoría.


0

a Ln

a L

T GT G

→∞

→

=luego: (16)

+

RgRf

R0νE

φ=νd

ξ=Axνd

νs

Fig. 4: Circuito de un amplificador inversor

Se considerará como generador controlado explicitado al del amplificador, por estar referido a masa. Entonces resulta: Nótese que el resistor Rf es el elemento que permite tanto un camino de fuga como una ganancia del lazo.

Caso 1: Utilizando la Ecuación 12

φ = νd ; a = -A ; ξ = -Axνd

1cd cf

L

TT TG

= +−



El uso más conocido de esta forma de cálculo lo aplicó Blackman cuando desarrolló su fórmula para la determinación de una impedancia. En el caso de la Fig. 4 se tiene:


Este es el caso más conocido pues muestra claramente el funcionamiento interno de un circuito reali-mentado, utilizando las tres funciones de segundo nivel:

a) transmitancia del camino directo Tcd, b) ganancia del lazo para entrada nula GL y c) transmitancia del camino de fuga Tcf,

Quede en claro que para el cálculo de la transmitancia del camino directo, es necesario abrir el lazo de realimentación y el camino de fuga tal como indica la ecuación 5 . Las ecuaciones de las tres funciones son entonces:

1 ( )o f f g

o f g o f g

R R R RT Acd R R R R R R

+ += × × − × + + + +

( )1 g

o f g

RG AL R R R

= × − ×+ +

(17)

(18)

0o

cf ao f g

RT TR R R→= =

+ +

( ) ( )( )

( )

2

1

o f f g

o f g o

o f gg

o f g

A R R R R

R R R RTR R RA R

R R R

× + × +

+ += − + =

+ + × − − + +

( )1o f

o f g

R A RT

R R R A− ×

= −+ + × +

(19)

Luego

(20)


011

Ln

L

GT T xGα→

−=

−

0o

a cfo f g

RT TR R R→ = =

+ +(21)



Para el cálculo de la ganancia del lazo para salida nula GLn, recuérdese que una salida nula no significa un cortocircuito para vs. En otras palabras, y de acuerdo a la definición de salida nula, debe cumplirse que la tensión a la salida que entrega el generador controlado ξ (con entrada unitaria), debe ser igual y de signo contrario a la tensión de salida que entrega la tensión xn a la entrada del circuito. O sea:


( )1 g f on

g f o g f o

R R RA xR R R R R R

+× − × = − ×

+ + + +

g fn

o

R Rx A

R+

= ×

(22)

de donde:

(23)

y la ganancia del lazo para salida nula GLn= φn = νdn queda finalmente

1g f f o gn

o g f o g f o

fn

o

R R R R A RA

R R R R R R RR

AR

φ

φ

+ + − ×= × × + × =

+ + + +

= ×

(24)

Una manera más sencilla para encontrar este valor es calculando directamente el valor de νdn=φn (que es el que se quiere encontrar), utilizando el mismo criterio de cálculo anterior, es decir que debe cumplirse que la tensión a la salida que entrega el generador controlado ξ (con entrada unitaria), debe ser igual y de signo contrario a la tensión de salida que entrega la tensión νdn=φn a la entrada del amplificador.

( )1 f odn

o f f o

R RA vR R R R

× − × = − ×+ +

fLn dn

o

RG v A

R= = ×

( )o f g

o f g

R R R A RR R R

− × = × =

+ + × − − + +

( )1o f

o f g

R A RT

R R R A− ×

= −+ + × +

de donde

Luego:

(25)

(26)

(27)



Tiene la ventaja frente al caso 1 en que no es necesario abrir en el circuito la rama de realimentación ydel camino de fuga, con lo que el cálculo resulta más sencillo, pero se pierde el concepto físico del camino directo. Obsérvese también que para el cálculo de GLn no es necesario conocer cuál es el valor de la señal de entrada xn que hace cero la salida. Solo basta calcular la tensión νdn, tal como se desarrolló en la expresión 25. Recuérdese que esta forma de cálculo no puede usarse cuando el camino de fuga Tcf es igual a cero.



11

11Ln

a

L

GT T

G

→∞

−= ×

−

Conocidos GLn y GL de los puntos anteriores basta con encontrar ahora el valor de Ta→∞ . Pero previa-mente es necesario recordar del punto 3.5, el efecto de a→∞ sobre el valor de la variable dependiente φ (φ tiende a cero cuando “a” tiende infinito). En consecuencia, Ta→∞ se calcula para el valor de φ= νd =0 sin que por ello se lo deba considerar un cortocircuito. Entonces, la corriente de entrada no tiene otro camino posible de seguir que no sea por la rama de realimentación, generando la tensión de salida νs. Es decir:

( )11 fsa a f

g g g

RvT Rv R R→∞ →∞= = × × − = − (28)

Obsérvese también que este valor puede fácilmente ser obtenido a partir de la expresión 15 que dice:

0

a Ln

a L

T GT G

→∞

→

=

Entonces:0

Lna a

L

f

o oa

g o f g

o f g

fa

g

GT TG

RA

R RT A R R R RR R RR

TR

→∞ →

→∞

→∞

= × =

×= × =

× + +−+ +

= −

( )

( )

11

11

1

f

f o

g

g

o f g

o f

o f g

RAR RT

RA R

R R R

R A RT

R R R A

−×

= − × =−

×−

+ +

− ×=

+ + × +

Finalmente

(29)

(30)



Como pudo observarse, esta forma de cálculo también tiene la ventaja frente al método del caso 1 que no es necesario abrir los caminos de retorno y de fuga, con lo que el cálculo resulta más sencillo, pero se pierde el concepto físico del camino directo.



01

1 1L

a aL L

GT T TG G→ →∞= × − ×

− −

Conocidos los valores necesarios ya desarrollados en los puntos anteriores, resulta:

1

1

1

o

go f g

o f g

g

f o f g

g g

o f g

RT A RR R RR R R

A RR R R RR A R

R R R

= × −− ×+ + −+ +

− × + +

− − × = − × − + +

( )1o f

o f g

R A RT

R R R A− ×

= −+ + × +

(31)

Una de las ventajas que se observa en este caso es que si el módulo de la ganancia del lazo para entrada nula GL es elevado, o sea mucho mayor que 1, el valor de T resulta directamente Ta→∞. Nótese también que cuando la Transmitancia del camino de fuga Tcf es igual a cero, esta forma de cál-culo de la transmitancia se simplifica de manera importante, pues solo es necesario trabajar con dos funciones de segundo nivel.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DISTINTOS MÉTODOS

La Tabla N° 1 muestra un resumen de ventajas y desventajas de cada uno de los métodos descriptos. De allí y de acuerdo a cada caso, el calculista podrá elegir el que mejor se adapte a sus necesidades, como así también verificar lo realizado utilizando algún segundo método de cálculo. Quede en claro que siempre se debe elegir un generador controlado explicitado que esté referido a tierra para facilitar los cálculos necesarios. Obsérvese también que la expresión 1- GL figura en el denominador en todos los casos, situación que siempre permitirá el análisis de la estabilidad de un circuito con cualquiera de los métodos conocidos y que servirá en todos los casos. Es siempre aconsejable efectuar un segundo cálculo utilizando alguno de los otros métodos, para corro-borar los resultados obtenidos.



EJEMPLOS VARIOS

Ejemplo 1 Sea el circuito de la Fig. 5 de un filtro pasabajo de segundo orden formado por tres amplificadores ope-racionales A1, A2 y A3, y al que se le ha dibujado la posición del generador controlado explicitado auxiliar1 en línea de trazo.

1 El criterio de uso del generador controlado explicitado auxiliar puede encontrarse en la referencia 21.


Método Ventajas Desventajas

011

Lna

L

GT TG=

−= ×

−

No se necesita abrir el o los lazos del circuito.El cálculo de GLn es por lo general sencillo.

Se pierde el conceptofísico del camino di-recto.No puede utilizarse cuando el camino de fuga es igual a cero.

11

11Ln

a

L

GT T

G

→∞

−= ×

−

No se necesita abrir el o los lazos del circuito.El cálculo de GLn es por lo general sencillo.

Se pierde el concep-to físico del camino directo.

01

1 1L

a aL L

GT T TG G→ →∞= × − ×

− −

No se necesita abrir el o los lazos del circuito.Si el módulo de GL es elevado, el valor de la Transmitancia es prácticamente Ta→∞.Si Ta→0 es nulo, dismi-nuye el cálculo nece-sario.

Se pierde el concep-to físico del camino directo.

Tabla 1

R

RgR R

R

R f

C

C

AA1

A2

νg

ν1

νs

Fig. 5 - Circuito de un filtro pasabajo de segundo orden

Como en este caso el camino de fuga es igual a cero, Ta→0 , resulta más simple utilizar el caso 4.

01

1 1L

a aL L

GT T TG G→ →∞= × − ×

− −



Ejemplo 2 Sea el circuito del amplificador rápido de pulsos de la Fig. 6. En el mismo se considerará como generador controlado explicitado al generador controlado del segundo transistor por estar referido a masa. En consecuencia, el circuito eléctrico equivalente híbrido queda como el de Fig. 7. Nótese que el resistor Rf es el elemento que permite tanto un camino de fuga como una ganancia del lazo.


Para calcular Ta→∞ se debe considerar φ = ν1= 0. Luego, es necesario que:

s gf g

R Rv vR R

− × = − − ×

fsa

g g

RvTv R→∞ = = −

( )2 2

1 111

1

Lf

Lf

RGs s R

RGRs s

τ τ

τ τ

= × − × − × − = +

= − ×+

de donde(32)

y

(33)

luego:

( )

( )

( )

2 2

2 2

2 2

s s

s s

s s

τ τ

τ τ

τ τ

− ×

= − − × = + ×

= − × =+ × +

2 2

1

1

f

f fg

RT R RR s s

R Rτ τ

= − ×+ +

(34)

Vcc

Rc

Rf

Rg

νg νs

ig

1

2

Fig. 6 - Circuito rápido amplificador de pulsos



Utilizando la expresión 15 que dice:


hfexib2

hfexib2hie2

ib2

ig

Vcc

Rc

ReRf νs

ν

1

Fig. 7 - Circuito eléctrico equivalente del circuito de Fig. 6

01

1 1L

a aL L

GT T TG G→ →∞= × − ×

− −

se tiene:

y

Luego:

Se puede hacer ahora una verificación, utilizando la ecuación 13

0 1aT → ≈ (35)

( )

2 22

2

2

11L fe c ieie

fe cL

c ie

G h R hh

h RG

R h

≈ − × × × =

×= −

+

(36)

(37)

( )

( )

( )

2

2

2 2

2 2

111 1

fe c

e f ie

fe c fe ce

c ie c ie

h RR R R h

T h R h RRR h R h

×−

+ +≈ × − × =

× ×+ +

+ +

( )( )

2 2

2 21

ce ie fe e f

e

ie fe c

RR h h R RRT

h h R

+ + × + ×≈

+ + ×

011

Lna

L

GT TG=

−= ×

−



Para encontrar el valor de GLn, o sea la ganancia del lazo para salida nula, obsérvese que una “salida nula” para νs, solo se consigue cuando la caída de tensión en el resistor Rf debido a la corriente del generador controlado, es igual y de signo contrario a la tensión que produce la entrada νgn en el emisor del transistor 1. Luego:

Entonces, la corriente de base ib2n =φn=GLn resulta:

Este valor también puede encontrarse y/o verificarse utilizando la Relación de Redundancia que dice:

Finalmente:


2 11 1fe f e gnh R v v− × × = ≈ × (38)

( )( )

2 22 2

22

2

gn c cb n fe

e c ie c ie

fe c e fb n Ln

e c ie

v R Ri hR R h R h

h R R Ri G

R R h

= × − × =+ +

× × += − =

× +

(39)

2

0 2 1

e f

fe ca eLn L

a c ie

R Rh RT RG G

T R h→∞

→

+×

= × = − × =+

( )( )2

2

fe c e fLn

c ie e

h R R RG

R h R× × +

= −+ ×

(40)

( )( )

( )

fe c e f

e c ie

fe c

c ie

h R R RR R h

h RR h

× × + − − × + ≈ × =

×− −

( )( )

2 2

2 21

ce ie fe e f

e

ie fe c

RR h h R RRT

h h R

+ + × + ×≈

+ + ×(41)

CONCLUSIONES

Se presentaron métodos que simplifican el análisis y el cálculo de relaciones salida/entrada de circuitos electrónicos, todos ellos basados en el principio “dividir para conquistar”. Permiten elaborar conceptos del comportamiento interno del mismo aunque algunos de ellos no estén directamente relacionados con el funcio-namiento del circuito. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas, proporcionándole al calculista herramientas diversas y permitiéndole al mismo tiempo verificar cálculos utilizando dos o más métodos distintos.

REFERENCIAS

Bode, “Network Analysis and Feedback Amplifiers Design” , Van Nostrand, New York, 1945. Truxal, “Automative Feedback Control Systems Synthesis”, Mc-Graw Hill, New York, 1955.



Seshu y Balabian, “Linear Network Analysis”, John Wiley & Sons, New York, 1961. Sol Rosenstark , “Feedback Amplifier Principles”, Macmillan Publishing Company, New York, 1986. Rivero, Introducción a la Realimentación en Electrónica, Ed. Universidad Nacional de Tucumán, 1993. Robert Boylestad y Louis Nashelsky, Electrónica: Teoría de Circuitos, Prentice Hall, 1997. Blackman, “Effect of Feedback on Impedance”, BSTJ, Vol. 22, octubre 1943. Rosenstark, “A Simplified Method of Feedback Amplifier Analysis”, IEEE Trans. On Educ., Vol. E-17, Nov. 1974. Middlebrook, “Measurement of Loop Gain in Feedback Systems”, Int. J. On Electronics, Abril 1975. Davis, “A General Method for Analysing Feedback Amplifiers”, IEEE Trans. on Educ., Noviembre 1981. Rosenstark, “Loop Gain Measurement in Feedback Amplifiers”, Int. J. on Electronics, Marzo 1984. Choma, “Signal Flow Analysis of Feedback Networks”, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 17,Abril 1990. Sam Ben-Yaakov, “A Unified Approach to Tea- ching Feedback in Electronic Circuits Courses”, IEEE Transactions on Education, Vol. 34, November 1991. Hurst, “Exact Simulation of Feedback Circuit Analysis”, IEEE Trans. Circ. Syst., Vol 38, Noviembre 1991. Hurst, “A comparison of Two Approaches to Feedback Circuit Analysis”, IEEE Transactions Education, Vol. 35 - Agosto 1992. Nikolic y Morjanovic, “A General Method of Feedback Amplifier Analysis”, IEEE Int. Symp. Circuits Systems, Monterrey, C.A., 1998. Rodriguez Marrero, “Simplified Analysis of Feedback Analysis”, IEEE Tans. On Educ.. Vol. 48, Febrero 2005. Middlebrook, “The General Feedback Theorem: A Final Solution for Feedback Systems”, IEEE Microwave, Vol. 7, Abril 2006. Christian Falconi Arnaldo, Gianluca Giustolisi Gaetano, “Rosenstark-like Representation of Feedback Amplifier Resistance”, IEEE Transactions, 2007. Rivero, “Variación de impedancias debido a la realimentación”, Página Web de la Universidad Tecnológica Nacio-nal: http:///www.edutecne.utn.edu.ar/tutoriales - 2007. Rivero, Apuntes de cátedra, página Web de la Universidad Tecnológica Nacional: http://www.edutecne.utn.edu.ar/tutoriales - 2006/2008




Los autores interesados en publicar artículos en la revista “Tecnología y Ciencia” de la Universidad Tecnológica Nacional deberán enviar sus trabajos ajustados a las normas que se indicarán a continuación: Se aceptarán trabajos relacionados con el área de ciencia y tecnología, que representen una contribu-ción significativa para el desarrollo tecnológico. Los mismos deberán estar redactados en castellano y se deberá poner especial cuidado en el correcto uso de la ortografía y redacción, de acuerdo a Normas de la Real Academia Española. Se deberá evitar el uso de términos en otros idiomas, si éstos tienen su equivalente en esta lengua. La UTN se reserva el derecho de realizar modificaciones para una mejor presentación del trabajo y de realizar cambios en las Normas si la situación lo requiere. Con el envío de los trabajos, los autores conceden implícitamente los “Derechos de Autor” a la Uni-versidad Tecnológica Nacional. Por lo tanto, a la fecha de envío del artículo, los trabajos remitidos para su publicación no deberán tener tales derechos otorgados a terceros. La concesión de Derechos de Autor significa la autorización para que la UTN pueda hacer uso del artí-culo, o de una parte de él, con fines de divulgación y difusión de la actividad científica-tecnológica. En ningún caso dichos derechos afectan la propiedad intelectual que es propia de los autores. Los conceptos y opiniones vertidos en los artículos publicados y del uso que otros puedan hacer de ellos, son de exclusiva responsabilidad de los autores. Considerando que el artículo enviado es directamente reproducido, la responsabilidad final del escrito es de los autores y la responsabilidad sobre la calidad del impreso y su ajuste a estándares internacionales es de la Universidad.

FORMATO DEL ARTÍCULO

Se recomienda que el trabajo completo tenga entre 4 y 12 páginas pares, incluyendo el resumen y, bá-sicamente, las siguientes secciones: introducción, desarrollo, resultados y discusión, tablas y figuras, conclu-siones y referencias. Se podrá incluir una sección de Agradecimientos, que deberá estar redactada en no más de 4 líneas de una columna y se ubicará justo antes de las Referencias. El formato obligatorio es a dos columnas (excepto el encabezado de la primera página), a espacio simple entre líneas de texto y dejando un espacio entre párrafos y entre subtítulo y texto.

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Normas para la Presentación de Trabajos

El Comité Editorial de la Revista Tecnología y Ciencia de la Universidad Tecnológica Nacional analizarálos artículos científicos y/o tecnológicos de los docentes investigadores recibidos por la Dirección de estarevista, y será el encargado de aceptar la publicación de los mismos. La Dirección de la Revista será la encargada de notificar al autor o a los autores del trabajo de la decisióndel Comité Editorial que será inapelable.



A continuación se deberá repetir con el mismo formato el título, abstract y palabras claves en inglés. Es recomendable indicar el autor a quien dirigir la correspondencia, si este no es el primero de la lista.

Título y autores: El título debe reflejar el objetivo principal del trabajo en forma concisa. Se recomiendautilizar un título complementario sólo cuando sea estrictamente necesario. Este se debe escribir en letra Arial 12 en negritas y con la inicial de cada palabra en mayúsculas (Ej.: Aplicación del Método de Elementos Fi-nitos al Tratamiento….). El nombre de los autores se indicará, sin grados ni títulos, de acuerdo a: primer nombre, inicial del se-gundo nombre y apellido(s). No se aceptarán trabajos con más de cuatro autores.

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Palabras claves: Se deberá incluir de tres a cinco palabras claves (keywords) que permitan a un po-tencial usuario identificar el artículo en bases de datos internacionales. Los autores debe-rán definirlas entre aquellas que consideran que resultarán más adecuadas para este propósito. Generalmente, aquellas palabras que se eligen como palabras claves también figurarán en el título del artículo o, al menos, en el resumen.

Contenido del artículo: Luego del encabezado y dejando dos espacios en blanco deberá comenzar el texto del artículo con la introducción, su desarrollo continuará de acuerdo a lo indicado en el ítem Formato del Artículo. La última página deberá terminar también a dos columnas, independiente del área cubierta por el texto. El trabajo deberá estar escrito en forma concisa y coherente, utilizando enunciados cortos y simples en estilo impersonal, evitándose los detalles disponibles en libros, tesis, artículos previos, etc.

Secciones: Los títulos de éstas serán escritos con letras mayúsculas, en negrita, ajustados al margenizquierdo sin numerar ni subrayar. Los subtítulos, también ajustados a la izquierda, deberán ser escritos con letras minúsculas, sin negritas y con letra cursiva, salvo la primera letra y la primera letra de los nombres propios, para los que se utilizará mayúsculas. Se debe dejar un espacio entre líneas antes y después de cada subtítulo.

Conclusiones: Estas se deberán indicar en una sección específica de un modo claro y preciso.

Fórmulas: Las fórmulas y expresiones matemáticas deberán estar separadas de los párrafos de texto por dos espacios en blanco. El mismo espaciado se respetará entre cada una de ellas si se deben listar varias en forma sucesiva. Las fórmulas se ajustarán al margen izquierdo de la columna y se numerarán correlativamente y entre paréntesis en el extremo derecho de la línea correspondiente. El significado y las unidades utilizadas en cada término de las expresiones deberán quedar perfectamente definidos. Se recomienda el uso del Sistema Inter-nacional de Unidades (SI). Si se cree conveniente, se podrán consignar entre paréntesis los valores de otras unidades o factores de conversión.

Figuras y tablas: Las figuras se numerarán correlativamente en orden de aparición en el texto e in-cluirán un breve titulo explicativo en la parte inferior de las mismas (Ej.: Fig. 1 - Datos experimentales de



capacidades caloríficas de líquidos). Si es necesario incluir fotos, éstas se deberán designar como figuras. Las figuras deberán presentarse en blanco y negro y con buena definición; en casos de figuras con varias líneas, éstas deberán mostrar buen contraste. Las fotos y figuras obtenidas mediante scanner se incluirán en su versión original, nítidas y en blanco y negro. Las tablas se numerarán correlativamente, en forma independiente de las figuras y según el orden de aparición en el texto, incluyendo un titulo explicativo en la parte inferior (Ej.: Tabla 1 - Datos de distribución de la población). El tipo y tamaño de letra utilizado en el texto de las figuras y tablas deberán ser semejantes al empleado en el artículo. El grosor de las líneas en figuras y tablas será similar al de las letras del texto y uniformes en todo el artículo. Las figuras y tablas pueden ocupar las dos columnas de una página o incluso la pagina completa si así es requerido. En todo caso se debe cuidar que el ancho del escrito sea de 17 cm. y el largo de 25 cm. Las leyendas de los ejes deberán ser claras y precisas y estar centradas respecto de éste. Para el eje de ordenadas se ubicarán en forma vertical de abajo hacia arriba y para el de abscisas horizontalmente de izquier-da a derecha. Las tablas y figuras deberán insertarse en el texto del artículo y ubicarse próximas al lugar en que son mencionadas. Las mismas no deben llevar fondos de ningún tipo. Para facilitar la edición y continuidad del texto se recomienda ubicar las figuras y tablas ajustadas al borde superior o inferior de la columna o página, según sea el caso.

Referencias: No se deberá usar el término Bibliografía como sinónimo de Referencias. En esta sección se listarán en orden cronológico y sin numeración todas las referencias citadas en el artículo, de acuerdo al siguiente formato:

Artículos de revistas: Nombre del(os) autor/es, título completo de la publicación entre comillas, nom-bre completo de la revista (pueden emplearse las abreviaturas aceptadas en abstracts internacionales), volu-men, número entre paréntesis (si hay), el números de página de inicio y fin del artículo separados por guión y, finalmente, el año de publicación. Ejemplo: Eckert Charles A. and Sherman Steven R., “Measurement and Prediction of Limiting Acti-vity Coefficients”, Fluid Phase Equilibria; 116, 333-342, (1996).

Libros: En este caso se deberá indicar además el número de edición, editorial, país de origen y páginas que fueron consultadas. Ejemplo: Boyce William E. and DiPrima Richard C., “Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems”, Sixth Edition, John Wiley & Sons, USA, 169-204, (1997).

Tesis: Para citar estas se deberá indicar el siguiente detalle: autor, título, mención de la tesis (indicar el grado que se ha alcanzado entre paréntesis), institución, lugar, número de páginas y fecha de publicación. Ejemplo: Ahmad Berit S., “Synthesis of Batch Processes with Integrated Solvent Recovery”, Thesis (Ph. D. in Chemical Engineering), Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts USA, 245, (1997).

Actas de Congresos: Se deberán citar de acuerdo al formato establecido para artículos de revistas pero reemplazando el nombre de la publicación por el correspondiente al evento , además del lugar y fecha de realización. Ejemplo: Valderrama José O. y Roselló Antonio, “Aplicación del Simulador Chemcad-Batch a la Des-tilación Vínica”, Actas del 3º Congreso Interamericano de Computación Aplicada a la Industria de Procesos - CAIP´96, Villa María - Argentina, 12 al 15 de noviembre de 1996, 229-232, (1996).

Patentes: Se indicará autor(es), título, número de ésta, oficina, país de registro y fecha. Ejemplo: Majewski Theodore E., Parsey Edward S. and Skelly Norman E., “Purification of Salicylani-lide”, Pat. Num. 3,221,051 –– United States Patent Office – USA - Nov. 30, 1965.



Documentos Electrónicos: El material a citar que este disponible en este tipo de soporte deberá recibir el mismo tratamiento que los documentos impresos citados, según sean: textos o publicaciones electrónicas, etc. Se indicará en un renglón posterior la dirección a través de la cual se tendrá acceso. Ejemplo: Wollstonecraft M., “A Vindication of the Rights of Women: With Structures on Political and Moral Subjects”. Columbia University, Bartleby Library, 17, 340, (1996).

Acuso de recibo: El editor remitirá una notificación al recibir el trabajo. Una vez aceptado para publi-cación se comunicará a los autores y cuando esta se haga efectiva se enviarán separatas (reprints).

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Comunicación de los autores: Desde la recepción del trabajo hasta su publicación, el editor mantendrá comunicación con los autores en la medida que las circunstancias lo requieran. La comunicación se hará con el primer autor(a), a menos que se indique expresamente en la primera página del artículo a cuál de ellos se debe dirigir la correspondencia. Se solicita a los autores conceder al editor un tiempo prudente para realizar adecuadamente el proceso de evaluación.

Temas a tratar en la revista: “Tecnología y Ciencia” aceptará trabajos derivados de investigaciones realizadas en el campo de la ciencia y la tecnología. Los temas a tratar tendrán como objetivo mantener permanentemente actualizadas aquellas áreas y disci-plinas que abarca la ingeniería en su conjunto y su aporte a la sociedad y estarán focalizados en investigación básica y aplicada, desarrollo tecnológico e innovación productiva. Los artículos técnicos deberán considerar temas de interés teórico-práctico, teniendo como finalidad profundizar el conocimiento tecnológico relacionado con los procedimientos y medios disponibles para abor-dar diversas problemáticas, tanto en el ámbito de la enseñanza universitaria como del ejercicio profesional. Excepcionalmente se podrán contemplar artículos que no estén dentro de la temática definida con ante-rioridad pero que, a juicio del Comité Editorial, puedan resultar de interés.

En el texto del trabajo las referencias se citarán por autor y año entre paréntesis (Ahmad and Barton, 1997). Cuando existan más de dos autores, se citará el primer autor seguido de et al., (Chang et al., 1999). En el listado de referencias sin embargo se deberán mencionar todos ellos por orden de aparición.

Envío de trabajos: deberán remitirse los archivos Word por mail a:

Comité EditorialRevista Tecnología y Ciencia

Secretaría de Ciencia y TecnologíaUniversidad Tecnológica Nacional

[email protected].: [email protected]



Noticias de UTN

Colectores Solares y Rendimiento Térmico

Arq. Fabian Garreta – Dr. Ing. Christian NavntoftLaboratorio de Estudios Sobre Energía Solar - Departamento de Ingeniería Civil (LESES – FRBA – UTN)

El uso de energías renovables presenta beneficios ambientales indiscutidos y, en muchos casos, ventajas frente a los recursos fósiles. En la actualidad, las energías renovables o alternativas generan nuevos mercados y puestos de trabajo con mayor conciencia ambiental. Aunque el potencial de la energía solar térmica es superior a muchas otras fuentes energéticas, sola-mente en la arquitectura se consolida como la alternativa más económica y eficiente para incorporar recursos renovables a nuestra vida cotidiana. Ya sea como fuente de calor o luz, una simple ventana es capaz de captar la energía que envía el sol, de alta calidad, para reemplazar otras fuentes que sin mucha conciencia nos hemos acostumbrado a usar. En aplicaciones más tecnológicas, con equipamiento específico, la conversión fototérmi-ca puede ser utilizada para calentar agua para uso sanitario, calefaccionar y climatizar piscinas. La Argentina ha entrado, casi sin proponérselo, en un proceso de incorporación de esta tecnología, tomando a la construcción como motor para el desarrollo del mercado solar que, como ha ocurri-do en otras regiones, deberá crecer im-pulsado por políticas de Estado, amparado en normativas consensuadas y sobrellevando el impacto negativo que producen actores improvisados. Si bien existe larga y vasta experiencia en investigación, el mercado solar local nunca llegó a desarro-llarse. En esta nueva oportunidad, el interés en aplicar energía solar térmica en los edificios nace fundamental-mente por dos factores: el cultural y el económico. En el primer caso, a partir de la toma de conciencia sobre el calentamiento planetario y el cambio climático, el cuidado del medio ambiente comienza a ser incorporado al inconciente colectivo y a las decisiones que involucran a nuestra familia, nuestra forma de vida. Si tuviéra-mos que elegir entre algo que es bueno para nosotros y algo que, además, es bueno para el medio ambiente, seguramente elegiríamos lo segundo. Hacer algo por el ambiente puede entenderse como hacer algo por todos y los que vendrán. La certeza de que en cada acción o decisión podemos reducir nuestro impacto negativo en la naturaleza ya es parte de nosotros, ya es parte de nuestra cultura. El otro factor es el económico. La inestabilidad de las últimas décadas se contrapone con la previsible crisis energética que la Argentina está afrontando desde hace algún tiempo. En los últimos años, la actividad económica ha tendido a recuperar los años perdidos sosteniendo importantes índices de crecimiento anual y el consecuente aumento del consumo energético, con tarifas que no reflejan el verdadero costo de los recursos y urgente necesidad de inversión. Hoy se percibe la intención de equilibrar el valor de la energía a los promedios regionales. En este marco, las energías renovables cobran una competitividad que nunca antes habían tenido, siendo un poderoso instrumento para construir el andamiaje necesario para afrontar el continuo aumento de la demanda. Es importante adecuar el potencial tecnológico existente a la realidad local, favorecer la fabricación de los productos evaluados y certificados en laboratorios, tanto el rendimiento térmico de los mismos como la calidad de sus componentes, y alentar la producción y exportación de acuerdo a las exigencias de los mercados que evolucionan sobre las bases de calidad, eficiencia y economía. En Europa, con un mercado solar térmico consolidado hace varias décadas, el ensayo y certificación de colectores solares para optimización de diseño y su posterior comercialización es una rutina obligatoria para cada fabricante. Plazos de espera de hasta un año son requeridos para realizar ensayos de rendimiento térmico debido a la gran variedad de marcas, modelos y



competencia existente. A partir de estas experiencias y para contribuir al control de la calidad del mercado solar local el Laboratorio de Estudios sobre Energía Solar, Departamento de Ingeniería Civil, Facultad Regional Buenos Aires de la Universi dad Tecnológica Nacional, construyó un banco de ensayos y homologación de colectores solares planos bajo normas IRAM y equipos compactos bajo normas ISO. El laboratorio posee ins-trumental de máxima precisión para el diseño, ensayo y certificación de equipamiento solar térmico. Sus inte-grantes cuentan con amplia formación y experiencia en distintas formas de aprovechamiento fototérmico de la radiación solar, como lo son la producción de calor para calentamiento de agua de uso sanitario, calefacción y procesos industriales, como también en métodos de tratamiento bacteriológico de agua para consumo humano y efluentes. El grupo de trabajo se completa con becarios alumnos de distintas carreras de la Facultad Regional Buenos Aires, que realizan tareas de apoyo técnico y sus primeras armas en investigación.

Aún sin contar con programas de difusión y de facilidades económico financieras, el paso del tiempo ha modificado la percepción colectiva sobre el uso de energía solar. El romanticismo que escondía hace veinte o treinta años usar energías renovables, encontró en la problemática sobre el cambio climático un fuerte ar-gumento para convertirse en un tema cultural. El deseo de lograr autonomía energética a cualquier precio, es hoy, búsqueda de confort y ahorro económico con in versiones razonables y rentables. Colocar “aparatos solares” en el patio o en el techo, se transformó en un concepto más evolucionado y exitoso: poner en práctica la conciencia ambiental integrando arquitectónicamente tecnología solar en los edificios. En la actualidad, las amplias alternativas tecnológicas y la constante investigación permiten acercar las fuentes energéticas regenerativas a usos cotidianos, ya sea en el campo de la industria como en la construcción. Se considera fundamental contar con proyectos que conjuguen efectivamente las distintas variables, econó-micas, sociales y ecológicas, para alcanzar los objetivos deseados. Muchos de los edificios que hoy se están construyendo y que pasarán varias décadas en pie, probablemente tendrán serias dificultades para mantenerse energéticamente operativos. La incertidumbre sobre la disponibilidad y valor de la energía a cinco, diez o veinte años es una incógnita. En este marco, las energías renovables, y sobre todo, la energía solar térmica, se



presenta como una opción. Cabe recordar que esa opción será válida si se basa, como ha sucedido en todos los países que han tenido un fuerte desarrollo en la materia, en la certificación de rendimiento térmico y calidad de montaje.

Estudio de los Residuos Antropogénicos Presentes en lasPlayas del Partido de General Pueyrredón

N. Marcelo Lucero - Dr. en Ciencias Biológicas. Docente, Investigador. Coordinador Tecnicaturas Ciencias Marinas. Universidad Tecnológica Nacional, Mar del Plata, Pcia. Bs. As.

E-mail: [email protected]

Los residuos antropogénicos, comúnmente denominados basura, refieren a todo aquel material sólido, manufacturado, que por su grado de deterioro ya no tiene utilidad y por lo tanto se destina al abandono. Des-de hace un tiempo se considera a la basura presente en la franja costera y en el medio marino como un grave problema a nivel mundial. Entre los numerosos efectos negativos que produce sobre el medio se destacan, la reducción de la penetración de la luz en la columna de agua, alta mortandad de aves, mamíferos y tortugas ma-rinas por ingerir objetos plásticos que confunden con alimento, invasión de organismos exóticos que utilizan los residuos flotantes como vehiculo para alcanzar otras costas, la abrasión de los fondos marinos a causa del movimiento continuo de los desechos sobre los mismos, etc. Además de los daños al medio natural, también interfiere en las actividades humanas. Por ejemplo, desde el punto de vista turístico, la presencia de residuos en una playa contribuye a su degradación estética, ahuyentando a sus visitantes y ocasionando por lo tanto pérdidas económicas. Mar del Plata, ciudad cabecera del Partido de General Pueyrredón, es el centro turístico más importante de la Argentina. Situada en el sudeste bonaerense, su población permanente es de aproximadamente 600.000 habitantes, pero se duplica durante el verano. Como la mayoría de los centros urbanos de la costa atlántica, parte de su economía se sustenta en la actividad turística, por lo tanto la acumulación de residuos en sus playas también constituye un serio problema. A pesar que este tipo de estudio no requiere de un diseño metodológico complejo, no se conocen tra-bajos científicos acerca de la cantidad y tipo de basura que podemos encontrar como tampoco el origen de los residuos acumulados en las playas de esta ciudad. Saber QUÉ, CUANTO y DE DONDE facilitaría la im-plementación de planes de manejo efectivos por parte del Municipio. Sí existen campañas de limpieza anual organizadas por ONGs, pero como no se realizan siguiendo una metodología, carecen de valor científico. De todos modos el objetivo que persiguen es la concientización de la ciudadanía, lo cual es muy importante si se tiene en cuenta que el alcance de una solución depende también en gran medida, del grado de conocimiento del problema y el compromiso por parte de sus habitantes. Esta problemática ambiental fue abordada para su estudio por los alumnos de la última promoción de la carrera de Técnico Superior en Medio Ambiente Marino Costero. Esta carrera es dictada desde el año 2006 en la Universidad Tecnológica Nacional, Sede Mar del Plata y su diseño curricular fue elaborado en la misma institución. En sus inicios, estuvo destinada a la formación académica de los integrantes de la Prefectura Naval Argentina y la Armada Argentina, quienes entre sus funciones tienen a su cargo la protección del medio mari-no. En la actualidad está abierta a la comunidad en general. Dentro de las exigencias académicas se incluye la realización de un Seminario Integrador, actividad final de la carrera, que permite a partir del estudio de un problema local o regional, no solo obtener datos con rigor científico, sino interrelacionar los conocimientos adquiridos, trabajar en equipo, aprender a planificar, redactar un informe con vocabulario técnico, etc.



Planificación del trabajo

Para su planificación, se tuvieron en cuenta distintos pasos. En primer lugar se procedió a la selección de las playas que en lo posible cubrieran gran parte de los 17 Km. de franja costera que tiene el Partido. Las mismas debían poseer sustrato arenoso, pendiente similar y fundamentalmente no tener limpieza durante la temporada baja (Abril a Noviembre). Otro paso importante fue el diseño de una metodología para llevar a cabo la recolección de los residuos. Ésta debía ser fácil de aplicar, simplificar la tarea de recolección, y al mismo tiempo, que los datos obtenidos fuesen representativos del tamaño de la playa y de su estado en cuanto a presencia de basura. Para ello se determinó el trazado de cinco áreas (transectas) de dos metros de ancho y longitud variable, (Fig.1) dentro de las cuales se recolectaron los residuos encontrados. También se estableció un criterio único de identificación y clasificación de residuos, a partir de la utilización de una guía de referencia internacional para el monitoreo de basura en la costa. Con alguna variación, los residuos encontrados se incluirían en nueve categorías: Plásticos, Vidrio, Metal, Madera Procesada, Goma, Materia Orgánica, Telas, Filtros de cigarrillo y Otros (objetos que no se incluyen en las categorías anteriores). Se acordó identificar como Materia Orgánica todos aquellos restos vegetales que no pertenecieran al ecosistema marino. Una vez determinada la categoría más abundante, todos los objetos incluidos en ésta, se clasificaron de acuerdo a su función original (envase de bebidas, tapas, artí-culos de pesca, etc.).

Fig. 1 - Trazado de cinco transectas perpendiculares a la línea de marea para la recolección de residuos en La Reserva (modificado de Google Earth)

La mayor parte de los objetos que se consideran residuos son en su mayoría objetos muy livianos, por lo tanto expresar los resultados en peso/m2 no permite dimensionar el estado de una playa respecto a la acumu-lación de desechos como sí lo permite la utilización de la magnitud Items/m2 que refiere a unidades de basura (ítems) encontradas en un metro cuadrado. La utilización de una metodología específica para la recolección y un criterio de clasificación de los residuos ya probados en otros trabajos científicos similares, permitieron comparar los resultados obtenidos no solo entre las playas seleccionadas para este estudio, sino también con las de otros países. El trabajo de campo se llevó a cabo el 18 de septiembre de 2010, por la mañana, en bajamar. Las estaciones seleccionadas fueron: Estrada, Alfonsina, la Reserva, Serena y una playa del Complejo Chapadmalal (Fig.2). Los 20 alumnos participantes, divididos en cinco grupos procedieron primero al reconocimiento de los alrededores de cada una de las playas a evaluar teniendo en cuenta características tales como densidad pobla-cional, presencia de vertidos naturales o artificiales, edificaciones próximas, vegetación circundante y relieve costero. Una vez ubicado cada grupo en la franja arenosa de cada una de las estaciones, se procedió a la reco-lección de sus residuos.



Resultados obtenidos

A pesar de haber efectuado el relevamiento en temporada baja, se encontraron residuos en todos los puntos de la costa estudiados. Las playas que presentaron mayor abundancia fueron las situadas en pleno núcleo urbano (Alfonsina y Estrada). Mientras que la acumulación de basura fue menor en aquellas ubicadas al sur del partido, distantes del núcleo urbano de Mar del Plata y con escasa densidad poblacional en sus alrededores. De las tres, La Re-serva registró la mayor acumulación, mientras que en Playa La Serena fueron escasos los residuos encontrados.Identificación de los residuos recolectados Del total de basura recolectada, los mayores porcentajes en general, correspondieron a plásticos, filtros de cigarrillo y madera procesada. Sin embargo esta proporción varió de acuerdo a la zona en estudio. De todos modos a pesar de las variaciones, los Plásticos fueron la categoría de basura más abundante en todas las playas visitadas (Fig.3). En la actualidad en todos los estudios realizados sobre basura en todo el mundo, esta categoría ocupa el primer lugar. Por un lado, esto se debe a los múltiples usos que se le da como materia prima de innumerables objetos de la vida cotidiana, tanto que ha logrado desplazar a otros componentes como el vidrio o la madera. Por otra parte, por su capacidad de resistencia a la biodegradación, los objetos de plástico perduran por mucho tiempo en el medioambiente.

Batán

Ruta 226

Constitución

Libertad

Colón

Luro

J. B. Justo

F. de la Plaza

Mario Bravo

Ruta 11

Ruta 11

Camino Viejo a Miramar

J. NewberyEdison

Independencia

Champagnat

Ruta 38

Auto

vía 2

Unidad Turística Chapadmalal

Playas del Sur Punta Cantera - Waikiki

Punta Mogotes

Playa Grande

Varese - Cabo Corrientes

Playas del Centro

Playas Perla Norte

La Perla

Fig.2 - Ubicación de las playas estudiadas en el Partido de General Pueyrredón A)Estrada, B) Alfonsina, C) La Reserva, D) La Serena, E) Chapadmalal (Modificado de www.losmejoresdestinos.com)

EstradaAlfonsinaLa ReservaSerenaChapadmalal

2,5

2

1,5

1

0,5

0

Fig. 3 - Comparación de abundancia de residuos (Ítem/m2) entre las playas monitoreadas (en el grafico ubicadas de norte a sur)



Los filtros de cigarrillos obtuvieron el segundo lugar en el porcentaje total de basura. De acuerdo a la Guía de Monitoreo utilizada, este objeto se incluye en el ítem Plásticos. Por su abundancia en todas las playas relevadas, se decidió incluirlos en categoría propia. Su acumulación se debería a la resistencia del material sintético que lo compone, y al mismo tiempo a la falta de dispositivos en la vía pública que permitan colectar el filtro una vez consumido el cigarrillo, por lo que es común que el fumador lo arroje a la vía pública. Cuando los residuos considerados en la Categoría Plásticos se clasificaron por el uso que tenían origi-nalmente, las bolsas de polietileno (utilizadas para transporte de mercadería liviana) fueron las formas más numerosas. Por su uso masivo, y la liviandad del material que compone las bolsas, éstas pueden dispersarse ampliamente tanto por la acción del viento como por las corrientes locales costeras, alcanzando lugares muy distantes de su punto de uso.

Otros ítems

Cigarrillos

Metal

Madera

Vidrio

M. Orgánica Papel

Plásticos

Fig. 4 - Porcentaje total de residuos encontrados en las playas

El origen de los residuos

La presencia de los residuos respondería en general a las características socioambientales particulares de los alrededores donde se encuentra cada una de las playas y no a actividades recreativas llevadas a cabo en las mismas. Alfonsina y Estrada están ubicadas dentro del núcleo urbano. Ambas poseen alta densidad poblacional en sus alrededores en relación al resto de las playas y en sus inmediaciones se encuentran dos vertidos pluviales. La acumulación en ambos lugares de hojas de especies vegetales utilizadas para la ornamentación de paseos públicos en la ciudad, junto a otras categorías, señalarían a la actividad urbana como la principal fuen-te y los desagües pluviales, su vía de transporte hacia la costa. Las corrientes locales y el oleaje depositarían buena parte de esta basura en la arena. El origen de la mayor parte de los residuos antropogénicos encontrados en La Reserva también tendría un origen urbano. La presencia del Arroyo Corrientes que desemboca en la misma playa luego de atravesar sectores de Mar del Plata con alta densidad poblacional, sería su vehículo. La acumulación mayor de basura en las proximidades de la desembocadura de este arroyo y la presencia de restos de vegetación acuática entre-mezclada con otros residuos confirmaría esta suposición. A diferencia del resto, la basura presente en la franja costera de Chapadmalal sería el resultado de ac-tividades recreativas llevadas a cabo en la misma playa. La presencia en las proximidades de un Complejo Turístico que recibe contingentes de todo el país durante todo el año contribuye a que las playas cercanas al complejo sean visitadas aún en temporada baja. A pesar de la presencia próxima de la desembocadura de un



arroyo, éste no sería vehículo de residuos, ya que gran parte de su recorrido atraviesa el medio rural. Por su parte, en Playa la Serena, la falta de vertidos, naturales o artificiales y la escasa población en sus alrededores, explicaría la escasa acumulación en comparación al resto.

Utilización de los resultados

Existe una idea generalizada que la basura que aparece en la playa es el resultado de las distintas acti-vidades recreativas que se llevan a cabo en la misma durante el verano. De acuerdo a este estudio, la fuente más importante de residuos es la actividad urbana. Por lo tanto, el agregado de cestos y la limpieza periódica de la franja de arena, aunque necesarias, no serían acciones suficientes para dar solución a una problemática de mayor dimensión. El conocer qué categorías son las más representativas en el total de basura, e identificar las formas más frecuentes, permitirían al Ente Municipal responsable de su manejo, implementar por ejemplo la colocación de dispositivos en los efluentes pluviales que logren retener estos residuos sin interferir en la descarga de aguas de estos vertidos. Pero mas allá de las medidas ejecutadas, es fundamental en la solución de problemas ambientales la participación activa del ciudadano. No existe solución a ningún problema ambiental, si no se involucra a la ciudadanía. Para ello es necesaria la realización de campañas educativas que divulguen resultados de estudios de este tipo, acercando la realidad ambiental al hombre común y haciéndolo participe. Esto facilitará el enten-dimiento de futuros planes de manejo a implementar.

30

25

20

15

105

0Art. recreativos

Artículos pesca

envoltorio gol...

envase bebida

Bolsa camiseta

C1

Fig. 5 - Caracterización de los objetos plásticos encontrados de acuerdo a la función original al momento de ser fabricados

Características pro-ambientales de la UTN Sede Mar del Plata

La Sede Mar del Plata de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN) está situada dentro del Puerto de la ciudad. A diferencia de otras instituciones universitarias, la oferta educativa de la Sede Mar del Plata y del resto de las unidades académicas que integran la UTN está relacionada con las demandas propias de la región. Este criterio coincide con el replanteo que hoy se hace respecto a la manera que deben las universidades abor-dar la problemática ambiental. Sin una manifiesta intención de transformarse en un establecimiento educativo proactivo respecto a su



entorno, las políticas de gestión, llevadas a cabo por su Directora, la Licenciada Juana Bau, están claramente direccionadas hacia ese plano, al implementar carreras que sustentan sus planes de estudio en criterios tales como la necesidad de explotar racionalmente los recursos naturales (Ingeniería pesquera), desarrollar em-prendimientos, como la acuicultura, que permitan la obtención alternativa de recursos pesqueros (Técnico Superior en Acuicultura y Procesamiento Pesquero) o la comprensión de la problemática ambiental regional (Técnico Superior en Medio Ambiente Marino Costero). Desde el campo de la investigación se privilegian aquellos proyectos relacionados con la búsqueda de energías alternativas (obtención de biodiesel a partir de la producción de microalgas) y la rehabilitación de canteras abandonadas, producto de la actividad minera, a partir de prácticas acuícolas. También se fomenta la mejora de la calidad de vida de los sectores más carencia-dos de la comunidad al incentivar el desarrollo de microemprendimientos en el área textil y de utilitarios de jardinería a partir del uso de un recurso natural local (arcilla), o al brindar espacios educativos tanto para que completen sus estudios secundarios aquellos adultos que por distintas circunstancias aún no pudieron hacerlo (CENS), como para capacitarlos en el área de la informática (CTC).

Caracterización de Vibraciones Mecánicas en el Recipiente de Presión yComponentes Mecánicos Internos del Reactor de la Central Nuclear Atucha II

J. Piñeyro, A. Klempnow, V. LescanoFacultad Regional Delta - Centro de Ensayos Estructurales - Grupo Vibraciones Mecánicas

Atucha II ha sido clasificada como una planta nueva en lo que se refiere a las mediciones de vibraciones en los internos del reactor, del recipiente de presión y demás elementos del circuito primario. Los ensayos de este tipo tienen como objetivo principal comprobar el comportamiento dinámico de los componentes mencio-nados. Este tipo de mediciones suele ser llevado a cabo en la mayoría de los reactores, fundamentalmente en los del tipo PWR y BWR. Todo componente mecánico vibra cuando es excitado por una fuerza externa al propio sistema y esto noes una excepción para los elementos estructurales individuales de un reactor nuclear. En éstos, la fuente de excitación fundamental proviene del caudal turbulento de agua del sistema primario al recorrer todo el circuito impulsada por las bombas principales. Este tipo de fuerzas posee dos tipos de frecuencias de excitación características: uno de origen aleatorio, originado en el campo de presiones locales con un rango muy amplio de frecuencias y es la fuente de excita-ción de los modos naturales de vibración de los diferentes componentes del sistema primario, y la segunda es la onda de presión de frecuencia fija, que se genera debido a que el flujo de agua se comporta como un circuito cerrado. La cantidad de mediciones a realizar, el tipo de mediciones y la cantidad y disposición de los sensores a utilizar depende en general si se trata de una planta nueva o una que es similar o igual a otras ya en operación. Como ya hemos dicho, Atucha II es considerada como nueva, pues a pesar de que el diseño físico del núcleo tiene mucha similitud con el de Atucha I, no es posible extrapolar muchos de los resultados disponibles de las mediciones preoperacionales de vibraciones realizadas sobre dicho reactor en 1973 debido a que los componentes mecánicos de una y otra planta son diferentes: el elemento combustible (E.C.) tiene 37 barras de uranio, con un número diferente de separadores y de diferente construcción que el de Atucha I, diferentes tipos de estranguladores en los canales refrigerantes (C.R.) y 451 canales en lugar de los 253 de Atucha I, los canales refrigerantes son del nuevo diseño, las tuberías de entrada y salida al anillo de distribución de agua en el moderador (toroide) varían en número y tamaño, etc.



Los componentes que se van a medir en los ensayos con agua liviana (en forma similar a como se rea-lizaron en Atucha I) son los siguientes:

1. Elemento combustible y canal de refrigeración,

2. Vasija de presión,

3. (RDB), Piso del MB (tanque del moderador),

4. Tubo guía de barra de control,

5. Fluctuaciones de presión en un canal refrigerante,

6. Tubos guías de sondas de flujo neutrónico incore.

El primer objetivo está orientado a comprobar el comportamiento dinámico de los elementos combus-tibles (EC) y el canal refrigerante (CR), debido a las excitaciones a las que son sometidos por efecto del cau-dal del medio refrigerante en su paso por el canal correspondiente. Se deberán verificar específicamente los siguientes aspectos:

• Comportamiento dinámico modal, lo cual implica determinar frecuencias naturales y modos de vibra-ción tanto en las barras combustibles (bc) individuales como las correspondientes al conjunto E.C.-C.R.

• Se deberá verificar que las solicitaciones a que se somete las bc y el C.R. permanecen dentro de los límites admisibles.

• Se realizará una medición adicional para verificar el comportamiento dinámico del E.C. por efecto del impacto del refrigerante sobre la parte inferior del E.C.

Acelerómetros sobre elRDB a °: 90°, 180°, 270°

2

3

56

7

4

III

III

IV

C.R+E.C.

AcelerómetroTG sonda IncoreAcelerómetro TGbarra de control

Canal especialinstrumentado (2)

Acelerómetros parael movimiento delMB

Pared tanqueMB

Acel. pared del RDB

TG de barrade control

TG de sondaIncore

Cuerpos derelleno

R.D.B.

Tubo deinyección deboro

Anillo toroidalinferior

Fig. 1 - Corte transversal del reactor de la CNA-II



Los ensayos deberán realizarse durante la puesta en marcha con EC y agua liviana. Se utilizarán dos canales de refrigeración con los respectivos EC dummies. Ambas se indican en la Fig. 1 donde se muestra un mapa del núcleo del reactor Los sensores a utilizar son del tipo strain gauges y acelerómetros, que soporten tempe-raturas superiores a 300 ºC, juntamente con cables aislados y cemento de fijación aptos para estas con-diciones de operación, y la disposición axial de los sensores se han seleccionado como se indica en la Fig. 1, donde se muestra un corte transversal del interior de la vasija de presión con los principales componentes que allí se indican. El principal objetivo de las mediciones en la vasija de presión (RDB), piso del tanque del moderador (MB), tubo guía de barra de control y de sondas de flujo neutrónico incore, será la determinación de las fre-cuencias naturales y de excitación que entran en juego. Concretamente, el recipiente de presión y el tanque del moderador actúan como un péndulo doble rí-gidamente unido en su parte superior y elásticamente vinculado en su inferior, y dado que los internos están montados sobre el tanque del moderador, los movimientos de éstos se verán afectados por el de los dos grandes componentes mencionados. Ahora bien, cuando el sistema se mueve se excitan todas las frecuencias naturales de los diversos componentes del RDB e internos debido a que las fuerzas de excitación del fluido refrigerante contienen todas las frecuencias (el proceso de turbulencia es de naturaleza púra-mente aleatoria), generándose un movimiento complejo que es registrado por los diferentes sensores.

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