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Ing. Javier Páez G.

Ing. Diego Silva.

Diseño de Portada

Sr. Diego Flores

TEMÁTICA Y ALCANCE La Revista Politécnica es una publicación periódica semestral, editada por la Escuela Politécnica Nacional del Ecuador, cuyo objetivo

es contribuir al conocimiento científico y tecnológico, mediante la publicación de estudios científicos relacionados a las áreas de

ciencias básicas (física, química y matemática) e ingenierías (agroindustria, ambiental, civil, eléctrica, electrónica, geología, mecánica,

petróleos, sistemas y química). La Revista Politécnica está dirigida a profesionales e investigadores que trabajan en estos campos del

conocimiento.

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responsabilidad exclusiva de sus autores.

CONSEJO EDITORIAL

Coordinador Técnico Operativo

Ing. Javier Páez G.

[email protected]

Teléfono: (+593) 2976300 ext. 5220

EDITOR Oscar Eduardo Camacho, Ph.D.

Escuela Politécnica Nacional

[email protected]

Enio Da Silveira, Ph.D.

Universidad Católica de Río, Brasil.

Carlos Smith, Ph.D.

University of South Florida, Estados

Unidos

Gyimah-Brempong Kwabena, Ph.D.

University of South Florida, Estados

Unidos

Raymundo Forradelas, Ph.D.

Universidad Nacional del Cuyo,

Argentina

Ricardo Carelli, Ph.D.

Universidad Nacional de San Juan,

Argentina.

Vanderlei Bagnato, Ph.D.

Universidad de Sao Paulo, Brasil.

Rui Pedro Pinto de Carvalho, Ph.D.

University of Coimbra, Portugal

Vicenzo Vespri, Ph.D.

Università degli studi di Firenze, Italia

Oscar Ortiz, Ph.D.


Argentina

Gustavo Scaglia, Ph.D.


Argentina

Chen Ning, Ph.D.

Universidad de Mineralogía y

Tecnología de China, China.

Alex Ruiz Torres, Ph.D.

Universidad de Puerto Rico, Puerto

Rico.

CO-EDITORA Silvana Ivonne Hidalgo Trujillo, Ph.D.

Escuela Politécnica Nacional

[email protected]

Lizandro Solano, Ph.D.

Universidad de Cuenca, Ecuador

Romel Montufar, Ph.D.

Pontificia Universidad Católica,

Ecuador

Marcos Villacís, Ph.D.

Escuela Politécnica Nacional, Ecuador

Andrés Rosales, Ph.D.


Danilo Chávez, Ph.D.


Oscar Camacho, Ph.D.

Universidad de Los Andes, Venezuela

Carlos Ávila, Ph.D.


Rector

Jaime Calderón, MBA

Vicerrector de Investigación y

Proyección

Alberto Celi, Ph.D.

Vicerrector de

Docencia

Tarquino Sánchez, MBA

AUTORIDADES

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

mailto:[email protected]



PALABRAS DE LA Co-EDITORA

En este nuevo número de la Revista Politécnica nos complace presentar seis artículos de investigación realizados

en instituciones nacionales e internacionales que tratan principalmente temas del ámbito nacional.

En el primer artículo, los autores mexicanos, Viviana Reyes, Oscar Carranza, Jaime Rodríguez y Rubén Ortega

nos presentan los resultados de un Estudio Comparativo del Desempeño de las Turbinas Eólicas en relación a

sus Coeficientes de Potencia y de Par. El análisis realizado mediante el uso de herramientas de Matlab es la base

para la construcción de un emulador de turbinas eólicas. Los autores proponen así un método simple para

comparar los coeficientes de diferentes modelos de turbinas. La construcción de este emulador permitiría

evaluar diversos sistemas de generación eólica, así como, los algoritmos de búsqueda del punto de máxima

potencia.

En nuestro segundo artículo, los autores, Karla Verdugo, Luis Aires y Hernando Merchán, de la Universidad de

Leiria (Portugal) y la Universidad de Cuenca, proponen una Contribución para la Implementación de una Red

de Detección de Rayos en Ecuador. En este artículo los autores realizan un análisis detallado de las zonas más

propensas a la generación de rayos en el país y generan dos propuestas para la implementación de un sistema

de detección de dichos fenómenos. Las propuestas incluyen las localizaciones óptimas y los instrumentos

adecuados para el diseño y construcción de dicha red.

El tercer artículo de autoría de María Molina (Universidad Técnica de Ambato), presenta la Automatización del

sistema de control de la máquina empaquetadora de Blíster. Este estudio de caso, describe el paso de un sistema

de empaquetamiento manual a un sistema automatizado. El rendimiento se incrementa en 300% y se pueden

implementar nuevas funciones de acuerdo a los requerimientos del cliente.

El cuarto artículo intitulado Evaluación de la Disminución del Depósito de Parafinas Empleando Modificadores

de Cristales en Petróleo Liviano, es presentado por Francisco Heredia, Edwin Vera y Liliana Guzmán-Beckman,

investigadores de la Escuela Politécnica Nacional. Los autores realizan un estudio experimental para determinar

la influencia de los modificadores de cristales en la generación de depósitos de parafinas en las tuberías de

transporte de petróleo. El dispositivo experimental usado en este trabajo fue construido en los laboratorios de la

Escuela Politécnica Nacional. Los autores concluyen que el uso del modificador de cristales 2 en una

concentración determinada puede disminuir en un 90% la deposición de parafinas.

Nuestro quinto artículo es presentado por Manolo Suárez Córdova, María Padilla, Paola Garcés y Estefanía

Sánchez, investigadores de la Universidad Técnica de Ambato. Ellos realizan un estudio de la Huella de

Carbono en Unidades Desconcentradas de Terminales Terrestres. Se realiza un análisis detallado de las fuentes

de contaminación y de los gases éstas que producen. Este tipo de estudios es fundamental para un correcto

manejo ambiental tanto de los terminales terrestres como de otras actividades capaces de producir una alta huella

de carbono, especialmente en el contexto actual de cambio climático global.

Nuestro último artículo es presentado por Diana Hualpa, Zorayda Toledo, Miguel Meneses y Peter Feng,

investigadores de la Universidad Técnica Particular de Loja y de la División de Microbiología de la FDA (Food

and Drug Administration, USA). Este trabajo analiza la Calidad Microbiológica de Vegetales Mínimamente

Procesados Listos para el Consumo, en Loja, Ecuador.

Esperamos que el contenido de este volumen sea de interés para los lectores de la Revista Politécnica.

Silvana Ivonne Hidalgo Trujillo, Ph.D.

Co-EDITORA

CONTENIDO

Vol. 41, No. 1

FEBRERO – ABRIL 2018

7

Reyes, Viviana; Carranza, Oscar; Rodríguez, Jaime; Ortega, Rubén

Estudio Comparativo del Desempeño de las Turbinas Eólicas en relación a sus

Coeficientes de Potencia y de Par

Comparative Study of the Performance of Wind Turbines in relation to both Power and

Torque Coefficients

17

Verdugo, Karla; Aires, Luis; Merchán, Hernando

Contribución para la Implementación de una Red de Detección de Rayos en

Ecuador

Contribution for the Implementation of a Ray Detection Network in Ecuador

25

Molina Araujo María José

Automatización del sistema de control de la máquina empaquetadora de Blíster

Automation control system of the blisters machine packaging

29

Heredia, Francisco; Vera, Edwin; Guzmán-Beckmann, Liliana

Evaluación de la Disminución del Depósito de Parafinas Empleando

Modificadores de Cristales en Petróleo Liviano

Paraffin Deposit Decrease Evaluation Using Crystal Modifiers in Light Crude Oil

39

Córdova-Suárez, Manolo; Carrasco, María; Padilla Paola; Garcés-Sánchez, Estefania

Estudio de la Huella de Carbono en Unidades Desconcentradas de Terminales

Terrestres

Study of the Carbon Footprint in Unknown Units of Terrestrial Terminals

45

Hualpa Diana, Toledo Zorayda, Meneses Miguel A., Feng Peter

Microbiological Quality of Minimally Processed, Ready-to-Eat, Vegetables in

Loja, Ecuador

Calidad Microbiológica de Vegetales Mínimamente Procesados

Listos para el Consumo, en Loja, Ecuador

Estudio Comparativo del Desempeño de las Turbinas Eólicas en relación a sus Coeficientes de Potencia y de Par

Revista Politécnica - Abril 2018, Vol. 41, No. 1

[email protected] Recibido: 07/02/2017

Aceptado: 07/03/2018

Publicado: 30/04/2018

11. INTRODUCCIÓN

En los últimos años se ha tenido una necesidad de diversificar

las fuentes de generación de energía eléctrica, con lo que se ha

impulsado en gran medida las fuentes de generación basadas

en energías renovables, entre las más importantes destacan la

energía eólica y la fotovoltaica. Para el primer caso, el viento

es un recurso limpio e inagotable, disponible en la mayor parte

del mundo, aunque no todas con la misma cantidad, pero sí

existen zonas específicas en las cuales el recurso natural es

cuantioso (Ackermann, 2012).

Existen diferentes métodos estadísticos para calcular la

velocidad media del viento, la densidad de energía eólica y el

factor de carga de un área geográfica específica (Lubosny,

2003); permitiendo determinar zonas idóneas para instalar

parques eólicos que pueden abarcar desde varios MW hasta

algunos kW, dependiendo de las necesidades de consumo que

se tenga.

Bajo esta perspectiva se busca que los sistemas de conversión

de la energía eólica a eléctrica extraigan la mayor cantidad de

energía. Para lo cual, los diferentes fabricantes de turbinas

eólicas plantean diferentes modelos físicos con la finalidad de

extraer la mayor cantidad de energía del viento. Entre las

Estudio Comparativo del Desempeño de las Turbinas Eólicas en

relación a sus Coeficientes de Potencia y de Par

Reyes, Viviana1; Carranza, Oscar1,2; Rodríguez, Jaime1; Ortega, Ruben1,2

1Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Ciudad de México, México

2 Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Cómputo, Ciudad de México, México

Resumen: Este artículo presenta un estudio comparativo del desempeño de las turbinas eólicas en relación a su

coeficiente de potencia y de par, realizado mediante su modelo matemático que define el comportamiento de cada

turbina. El estudio establece que la potencia y el par de una turbina eólica depende tanto del tipo como de las

características de esta, reflejados en los coeficientes de potencia y de par. El coeficiente de par es dependiente del

coeficiente de potencia, por lo que este último se considera como básico en este estudio. De todos los coeficientes de

potencia encontrados, se determina que existen tres modelos matemáticos básicos (función polinomial, sinusoidal o

exponencial). Con esta información, se realiza un estudio comparativo de la potencia y del par en el eje de la turbina

para cada uno de los casos. El estudio se realiza de forma analítica y se corrobora mediante pruebas de simulación.

El propósito de este análisis, es establecer algunas consideraciones necesarias, para evaluar los diferentes modelos de

turbinas eólicas para facilitar la construcción de un emulador de un aerogenerador, de acuerdo al comportamiento de

la potencia y del par en el eje de la turbina eólica.

Palabras clave: Potencia de la turbina, Par del eje de la turbina, Turbina eólica.

Comparative Study of the Performance of Wind Turbines in

relation to both Power and Torque Coefficients

Abstract: This paper presents a comparative study of the performance of wind turbines in relation to both power and

torque coefficients, through of a mathematical model that defines the behavior of each turbine. The study establishes

that the power and torque of a wind turbine depends on the type of turbine and its characteristics, reflected in both

power and torque coefficients. The coefficient of torque is dependent on the power coefficient, so the latter is

considered as basic in this study. Of all the power coefficients found, it is determined that there are three basic

mathematical models (polynomial, sinusoidal or exponential). With this information, a comparative study of the

turbine power and the turbine shaft torque is carried out for each of the cases. The study is performed analytically

and it is corroborated by simulation tests. The purpose of this analysis is to establish some considerations to evaluate

the different models of wind turbines to facilitate the construction of an emulator of an aerogenerator, according to

the behavior both of power as shaft torque of the wind turbine.

Keywords: Turbine power, Turbine shaft torque, Wind turbine.

7




características básicas que se modifican son: el tipo de turbina

(eje horizontal o vertical), el número de arpas y el diseño

mecánico y aerodinámico, sin embargo, su desempeño no es

igual para todo el intervalo de velocidades del viento, ni de la

velocidad angular de las aspas (Lubosny, 2003).

Por lo que el presente trabajo se centra en el realizar un estudio

comparativo del desempeño de diferentes turbinas eólicas,

para establecer la dependencia de su desempeño en relación a

los coeficientes de potencia y de par de cada una de ellas. Esto

permite conocer con mayor profundidad el comportamiento de

cada turbina. Además, permitirá realizar estudios más

específicos en relación a algoritmos del seguimiento del punto

de máxima potencia en sistema de generación eólica.

2. POTENCIA Y PAR EÓLICO

Para obtener la potencia eólica (𝑃𝑣) que proporciona una

turbina eólica (Lubosny, 2003), (Hau, 2013), (Trevor, 2017)

se tiene que la potencia del viento (𝑃𝑣) se define por la

ecuación:

𝑃𝑣 = 1

2𝜌𝜋𝑟2𝑣𝜔

3 (1)

Donde 𝜌 es la densidad del aire, 𝑟 es el radio del aspa de la

turbina y 𝑣𝜔 es la velocidad del viento.

Sin embargo, la potencia cinética del aire no puede ser

convertida al 100% en energía mecánica, debido a que debe

cumplir la ecuación de continuidad del flujo de aire, cuando se

pasa a través una turbina (Villarrubia, 2013), esto es, el viento

al pasar por la turbina se frena, saliendo a una velocidad

menor, pero siempre distinta de cero. En una turbina eólica

ideal, la velocidad del viento se reduce a un 59.25 %, según la

ley de Betz. A este valor se le llama Límite de Betz.

Por consiguiente, la potencia en la turbina (𝑃𝑎) es la potencia

eólica que es extrae del viento, con lo que se obtiene una

relación entre ambos parámetros, dicha relación se le conoce

como coeficiente de potencia (𝐶𝑝), empleando esta relación se

obtiene que la 𝑃𝑎 se expresa por:

𝑃𝑎 = 1

2𝐶𝑝𝜌𝜋𝑟2𝑣𝜔

3 (2)

El 𝐶𝑝 depende del tipo de turbina eólica utilizada, del diseño

mecánico y la aerodinámica de la turbina, además de la

velocidad de angular de la turbina, el ángulo de ataque de las

aspas y la velocidad del viento. En un solo tipo de turbina, el

comportamiento de 𝐶𝑝 depende fundamentalmente de dos

factores:

De la velocidad específica (Tip speed ration, 𝜆).

Del ángulo de ataque de las aspas de la turbina (𝛽).

Por consiguiente, el coeficiente de potencia está dado en

función de dos variables 𝐶𝑝(𝜆, 𝛽). La velocidad específica es

la relación entre la velocidad lineal o tangencial del extremo

del aspa de la turbina y la velocidad del viento, expresada por:

𝜆 = 𝑟𝜔𝑚

𝑣𝜔

(3)

Donde 𝜔𝑚 es la velocidad rotacional de la turbina.

El par en el eje de la turbina eólica (𝑇𝑚) se calcula mediante:

𝑃𝑚 = 𝑇𝑚𝜔𝑚 (4)

Sustituyendo la Ecuación (2) en la Ecuación (4) y despejando

𝑇𝑚 se obtiene

𝑇𝑚 = 𝐶𝑝𝜌𝜋𝑟2𝑣𝜔

3

2𝜔𝑚

(5)

Considerando la Ecuación (3) y sustituyendo en la Ecuación

(5) se obtiene:

𝑇𝑚 = 1

2

𝐶𝑝

𝜆𝜌𝜋𝑟3𝑣𝜔

2 (6)

De donde se establece que:

𝐶𝑡 = 𝐶𝑝

𝜆 (7)

Donde 𝐶𝑡 es el Coeficiente de par, con lo que la Ecuación (6)

se expresa como:

𝑇𝑚 = 1

2𝐶𝑡𝜌𝜋𝑟3𝑣𝜔

2 (8)

3. COEFICIENTES DE POTENCIA Y DE PAR

El coeficiente de potencia y de par para ser estudiados y

analizados, se han expresado mediante modelos matemáticos,

los cuales se agrupan en tres funciones:

Función Polinomial

Función Sinusoidal

Función Exponencial

Debido a que el coeficiente de par depende al de potencia

como se expresa en la Ecuación (7), el estudio y análisis se

centra en el coeficiente de potencia. Los modelos de 𝐶𝑝

basados en una función exponencial y en una función

sinusoidal dependen de 𝝀 y 𝜷, con lo que en estos casos la

potencia y el par de la turbina son funciones de la velocidad

del viento, de la velocidad de rotación de la turbina y del

ángulo de ataque de las aspas. Estos modelos son empleados

principalmente en turbinas de mediana y alta potencia, debido

que son los esquemas donde se emplea el ajuste del ángulo de

las aspas, ya que, en turbinas de baja potencia, se emplean un

ángulo constante de ataque del aspa (Moussa et al., 2014). Para

los modelos basados en una función polinomial, se considera

el ángulo de ataque de las aspas constante, por lo que la

potencia y el par solo están en función de la velocidad

específica.

8



3.1 Modelos basados en una función polinomial

Los modelos basados en una función polinomial se rigen en la

expresión matemática general propuesta por Li et al. (2007), la

cual es expresada por:

𝐶𝑝(𝜆) = ∑ 𝑎𝑖𝜆𝑖

𝑖=𝑛

𝑖=0

(9)

Según la literatura, se encontraron cuatro modelos, que se

basan en una función polinomial, los cuales tienen distinto

orden, el modelo de tercer orden es mostrado por Moussa et al.

(2014), el de cuarto orden por Arifujjaman et al. (2016), el de

quinto orden por Carranza et al. (2014) y el de séptimo orden

por Li et al. (2007). Si la Ecuación (9) se desarrolla

considerando el orden más alto del modelo encontrado se

obtiene:

𝐶𝑝(𝜆) = 𝑎0𝜆0 + 𝑎1𝜆1 + 𝑎2𝜆2 + 𝑎3𝜆3 + 𝑎4𝜆4

+𝑎5𝜆5 + 𝑎6𝜆6 + 𝑎7𝜆7 (10)

Los modelos encontrados varían los coeficientes del polinomio

de acuerdo a los valores mostrados en la Tabla 1, la cual se

clasifica de acuerdo al orden del polinomio.

3.2 Modelos basados en una función Sinusoidal

En relación a los modelos del coeficiente de potencia que se

basan en una función sinusoidal, en la literatura se encuentran

cinco diferentes y se clasifican de acuerdo al artículo. El

modelo A es mostrado por Moussa et al. (2014), el modelo B

por Coto el al. (2014), el modelo C por Xin et al. (2014), el modelo

D por Merahi et al. (2014) y el modelo E por Nouira et al.

(2012). Analizando cada uno de los modelos se obtiene una

función general que cumple con todos los modelos que se

relaciona con el comportamiento en base a una función

sinusoidal, dicha función general es expresada por:

𝐶(𝜆, 𝛽) = [𝑎0 + 𝑎1(𝑏0𝛽 + 𝑎2)] sen [𝜋(𝜆 + 𝑎3)

𝑎4 + 𝑎5(𝑏1𝛽 + 𝑎6)]

+𝑎7(𝜆 + 𝑎8)(𝑏2𝛽 + 𝑎9)

(11)

La Tabla 2 muestra los coeficientes de cada uno de los modelos

encontrados, los cuales se aplican en la Ecuación (11), según

el modelo asociado al artículo de donde se obtienen dichos

parámetros.

Tabla 1. Coeficientes de los diferentes modelos de 𝐶𝑝 en función Polinomial.

Coeficiente 3° 4° 5° 7°

𝑎0 -0.02086 0.11 0.0344 0

𝑎1 0.1063 -0.2 -0.0864 0.00510

𝑎2 -0.004834 0.097 0.1168 -0.0022

𝑎3 -0.000037 -0.012 -0.0484 0.0052

𝑎4 0 0.00044 0.00832 -5.1425x10-4

𝑎5 0 0 -0.00048 -2.7950x10-5

𝑎6 0 0 0 4.6313x10-6

𝑎7 0 0 0 -1.3310x10-7

Tabla 2. Coeficientes de los diferentes modelos de 𝐶𝑝 en función sinusoidal.

Coef. Modelo

A B C D E

𝑎0 0.5 0.44 0.44 0.5 0.5

𝑎1 -0.00167 0 -0.0167 -0.0167 0.0167

𝑎2 -2 0 0 -2 -2

𝑎3 0.1 -1.6 -3 0.1 0.1

𝑎4 18.5 15.0 15.0 10 18.5

𝑎5 -0.3 0 -0.3 -0.3 -0.3

𝑎6 -2.0 0 0 0 -2.0

𝑎7 -0.00184 0 -0.00184 -0.00184 -0.00184

𝑎8 -3.0 0 -3.0 -3.0 -3.0

𝑎9 -2.0 0 0 -2.0 -2.0

𝑏0 1 0 1 1 1

𝑏1 1 0 1 1 1

𝑏2 1 0 1 1 1

3.3 Modelos basados en una función exponencial

A partir de la revisión documental de los modelos del

coeficiente de potencia, se agrupan ocho diferentes modelos

que siguen un comportamiento exponencial, de manera que

realizando un análisis se obtiene una función general que

satisface todos estos modelos, la cual es mostrada por

𝐶𝑝(𝜆, 𝛽) = 𝑐0 (𝑐1

1

𝜆𝑖+ 𝑐2𝛽 + 𝑐3𝛽𝑐4 + 𝑐5) ∙ 𝑒

𝐶61

𝜆𝑖 + 𝑐7𝜆 (12)

Donde 𝝀𝒊 es expresada por:

1

𝜆𝑖

=1

𝜆 + 𝑑0𝛽 + 𝑑1

− 𝑑2

1 + 𝛽3 (13)

Los valores de los coeficientes que satisfacen la ecuación (12)

se muestran en la Tabla 3, de acuerdo con el modelo de

referenciado en la literatura; y los valores de los coeficientes

que satisfacen la Ecuación (13) se muestran en la Tabla 4, de

igual manera agrupados según el modelo de referenciado en la

literatura. Los modelos se relacionados según el artículo de

donde son obtenidos como se indica a continuación: el modelo

F es propuesto Kotti et al. (2014), el modelo G por Kaur et al.

(2012), el modelo H encuentra en varios artículos que son

Ovando et al. (2007), Lu et al. (2012), Zhiqiang et al. (2014),

Aree et al. (2014); Duman et al. (2014), Hamane et al. (2014)

y en Gou et al. (2011), el modelo I se encuentra en varios

artículos que son Gao et al. (2008), Bagh et al. (2012), Yin et

al. (2007), Shi Q. et al. (2013), Chen et al. (2012) y en Chen et

al. (2009), el modelo J es propuesto por Llano et al. (2014), el

modelo K es mostrado por Shi B.et al. (2013) y Boukettaya et

al. (2014), el modelo L por Bustos et al. (2012) y el modelo M

por Ahmed et al. (2014).

Tabla 3. Coeficientes de los diferentes modelos de 𝐶𝑝 en función

exponencial para la Ecuación (12)

Coef Modelo

F G H I J K L M

𝒄𝟎 0.5 0.5 0.5176 0.22 0.5 0.73 0.44 1

𝒄𝟏 116 116 116 116 72.5 151 124.99 110

𝒄𝟐 -0.4 -0.4 -0.4 -0.4 -0.4 -0.58 -0.4 -0.4

𝒄𝟑 0 0 0 0 0 -0.002 0 -0.002

𝒄𝟒 - 0 0 0 0 2.14 - 2.2

𝒄𝟓 -5 -5 -5 -5 -5 -13.2 -6.94 -9.6

𝒄𝟔 -21 -21 -21 -12.5 -13.12 -18.4 -17.05 -18.4

𝒄𝟕 0 0 0.0068 0 0 0 0 0

9



Tabla 4. Coeficientes de los diferentes modelos de 𝐶𝑝 en función

exponencial para la Ecuación (13)

Coef. Modelo

F G H I J K L M

𝒅𝟎 0.08 0 0.08 0.08 0.08 0.02 0.08 0.02

𝒅𝟏 0 0.088 0 0 0 0 0 0

𝒅𝟐 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.003 0.001 0.03

4. ANÁLISIS DE LA POTENCIA Y DEL PAR EN LA

TURBINA EÓLICA DE ACUERDO A SU MODELO

Una vez analizado los diferentes coeficientes de potencia,

según modelos reportados, se procede a analizar el

comportamiento de cada uno de los modelos en relación a la

potencia y el par que proporcionan cada uno de ellos. El

análisis se realiza de forma analística mediante Matlab, bajo

las mismas condiciones para todos los casos, las cuales se

muestran en la Tabla 5. Además, para analizar la potencia y

el par en una turbina eólica se emplean las Ecuaciones (2) y

(8) y para calcular la velocidad rotacional de la turbina se

emplean la Ecuación (14).

𝜔𝑚 = 2𝜋𝑛𝑚

60 (14)

Realizando el análisis de la potencia y del par en una turbina

eólica con el coeficiente de potencia basado en una función

polinomial, se aplica la Ecuación (10) y los valores de la Tabla

1 y de la Tabla 5, de acuerdo a los modelos encontrados. El

comportamiento de potencia para los cuatro modelos

polinomiales, se muestran en la Figura 1. El comportamiento

del par en el eje de la turbina relacionado a estos mismos

modelos se muestra en la Figura 2. En ambos casos se

relacionan los comportamientos de la potencia y el par en

función de velocidad de giro de la turbina en rpm.

De la Figura 1 se observa que el comportamiento del

coeficiente de Potencia es adecuado para los modelos con

función polinomial de tercer, quinto y séptimo orden en este

rango de velocidades, sin embargo, el comportamiento que

presenta el modelo con la función polinomial de cuarto orden

no es conveniente, debido a que una vez que baja su nivel

vuelve a aumentar para velocidades de giro superiores a 770

rpm, lo cual no sucede en el comportamiento de una turbina

real. Este modelo si se puede emplear siempre y cuando acote

a una velocidad de giro no mayor a 770 rpm. De la Figura 2 se

observa que el par es muy alto a bajas velocidades de giro de

la turbina para los modelos que presentan un comportamiento

polinomial de tercer y quinto orden, por lo hay que tener en

cuenta este parámetro cuando se diseñe un aerogenerador. Con

lo que respecta al modelo que tiene una función de cuarto

orden, también el par presenta el mismo problema de tiene la

potencia, que es que su valor empieza a subir para velocidades

de giro superiores a 770 rpm, porque que su empleo solo se

recomienda siempre y cuando no se trabaje a velocidades

superiores de 770 rpm.

Tabla 5. Parámetros del sistema

Parámetro Valor

Radio del aspa ( 𝑟) 1.5 m

Velocidad del viento (𝑣𝜔) 10 m/s

Velocidad de giro de la turbina (𝑛𝑚) 100 – 900 rpm

100 200 300 400 500 600 700 800 9000

500

1000

1500

2000

2500

Velocidad de la turbina (rpm)

Po

ten

cia

(W

)

Séptimo orden

Quinto orden

Cuarto orden

Tercer orden

Figura 1. Potencia en la turbina eólica de acuerdo al coeficiente de potencia,

según lo modelos matemático basado en un polinomial.

100 200 300 400 500 600 700 800 9000

10

20

30

40

50

60

Pa

r (N

m)

Séptimo orden

Quinto orden

Cuarto orden

Tercer orden

Velocidad de la turbina (rpm) Figura 2. Par en el eje de la turbina eólica de acuerdo al coeficiente de

potencia, según lo modelos matemático basado en un polinomial.

Realizando el análisis de la potencia y del par en una turbina

eólica con coeficiente de potencia para los modelos basado

en una función sinusoidal, se emplea la Ecuación (11) y los

valores de la

Tabla 2 y de la Tabla 5. Nuevamente, considerando la

velocidad de giro de la turbina, se obtiene el comportamiento

de potencia para los cinco modelos sinusoidales, los

cuales se muestran en la Figura 3. En la Figura 4 se muestra

el comportamiento del par en el eje de la turbina de los

mismos cinco modelos que se basan en una función

sinusoidal.

De la Figura 3 se observa que la potencia que se obtiene es

adecuada cuando se emplean todos los modelos del coeficiente

de potencia que siguen un comportamiento sinusoidal, los

cuales fueron presentados en la literatura. La diferencia que se

establece entre ellos es básicamente de amplitud y del intervalo

10



100 200 300 400 500 600 700 800 9000

500

1000

1500

2000

2500Potencia de la Turbina

Po

ten

cia

(N

m)

Coto

Merahi

Xin

Moussa

Nouira

Velocidad de la turbina (rpm) Figura 3. Potencia en la turbina de los modelos en función sinusoidal.

100 200 300 400 500 600 700 800 9000

10

20

30

40

50

60

Pa

r (N

m)

Coto

Merahi

Xin

Moussa

Nouira

Velocidad de la turbina (rpm) Figura 4. Par en el eje de la turbina de los modelos en función sinusoidal.

de velocidades a las que responde. Para el caso del par del eje

de la turbina se observa en la figura 4, que los modelos basados

en funciones sinusoidales que presenta Coto, Nouira y Moussa

tienen un alto valor de par a bajas velocidades de giro de la

turbina, por lo que es un parámetro a considerar ampliamente

en el diseño del aerogenerador, los otros dos modelos

presentan valores no tan altos, por lo que no afectan en el

comportamiento del aerogenerador.

Por último, se lleva a cabo el análisis de la potencia y del par

en una turbina eólica con coeficiente de potencia mediante un

modelo basado en una función exponencial, para lo cual se

emplea las Ecuaciones (12) y (13), los valores de los

coeficientes de las Tabla 3, 4 y 5. Estos comportamientos

nuevamente se obtienen en función de la velocidad de giro de

la turbina, se obtiene el comportamiento de la potencia para

los ocho modelos exponenciales que se muestran en la Figura

5. Por consiguiente, se muestra el par en el eje de la turbina

para los ocho modelos, en la Figura 6.

De la Figura 5 se observa que la potencia de la turbina cuando

se analizan los coeficientes de potencia que se basan en una

función exponencial, todos tiene un comportamiento

adecuado, la diferencia radica entre uno y otro, en la amplitud

máxima a que velocidad de giro de la turbina ocurre y a

intervalo de velocidades de giro al cual trabajan. De igual

manera se observa en la Figura 5 que el par en el eje de la

turbina tiene un buen comportamiento como sucede con la

Potencia.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 9000

500

1000

1500

2000

2500

Po

ten

cia

(W

)

Kotti

Khajuria

Ovando

Feng

Llano

Shi

Bustos

Ahmed

Velocidad de la turbina (rpm) Figura 5. Potencia en la turbina de los modelos en función exponencial.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 9000

10

20

30

40

50

60

Pa

r (N

m)

Kotti

Khajuria

Ovando

Feng

Llano

Shi

Bustos

Ahmed

Velocidad de la turbina (rpm) Figura 6. Par en el eje de la turbina de los modelos en función exponencial.

5. RESULTADOS

Posteriormente al análisis de la potencia eólica y del par

analíticamente, se procede a realizar simulaciones de los

diferentes modelos acorde a las funciones matemáticas, de

manera que se represente un aerogenerador. Esta simulación

se realiza empleando los mismos valores que se emplearon en

el análisis matemático con MatLab en la sección anterior

(Tabla 5). La simulación se realiza usando la herramienta

computacional PSIM, por contar con modelos en su librería

que facilitan la representación de las distintas funciones

consideradas. La Figura 7 muestra el circuito desarrollado en

PSIM, donde se incluye todo el modelo de la turbina eólica.

En este circuito es donde se evalúa cada uno de los modelos

del coeficiente de potencia que se analizan en este artículo.

En la parte superior de la Figura 7 se está el acoplamiento

mecánico de las aspas de con el generador eléctrico. El

generador empleado para este caso es el “3-phase permanent

magnet synchronous machine with sinusoidal back emf

(current-type interface)”, con las siguientes características: 1.5

Ω de resistencia en el estator (Rs), 10 mH en las inductancias

del estator en la componente d y q (Ld y Lq), respectivamente,

4 kg∙m2 en el momento de inercia (J) y 4 polos. Para controlar

el generador se realiza un acoplamiento eléctrico a mecánico

basado en corriente, con lo que se relaciona con el torque que

generan las aspas para mover el generador está relacionado a

la corriente. Debido a esta dependencia de corriente se emplea

una fuente de corriente dependiente de voltaje, con una

ganancia unitaria, esto es debido a que el torque se calcula en

base a fuentes de voltaje, en la parte inferior de la Figura 7. La

11



carga que se conecta al generador está constituida por la etapa

de potencia necesaria para inyectar la energía a la red eléctrica.

En la parte inferior de la Figura 7 se inicia con una fuente de

voltaje que permite realizar un barrido de la velocidad del

generador de 100 rpm a 900 rpm. Este barrido de la velocidad

del generador permite evaluar el comportamiento del

aerogenerador dependiendo del coeficiente de la turbina,

aplicando en el módulo “FuncionCP” la ecuación (10) y la

Tabla 1 para el caso de los modelos polinomiales, la ecuación

(11) y la Tabla 2 para el caso de los modelos senoidales y las

ecuaciones (12) y (13) y las Tablas 3 y 4, así como, las

ecuaciones (2), (3), (7) y (8) requeridas para todo el análisis

del comportamiento del aerogenerador.

Figura 7. Circuito eléctrico en PSIM, para realizar el estudio de los diversos modelos.

La Figura 8 muestra las curvas de la Potencia (𝑃𝑎) en la parte

superior y del Par (𝑇𝑚) en la parte inferior, considerando los

modelos basados en una función polinomial de 3er orden, 4to

orden, 5to orden y 7mo orden. Se observa que el

comportamiento es el mismo que se obtuvo en el análisis

matemático que se muestra en las Figuras 1 y 2, recalcando

nuevamente que el modelo en base a una función polinomial

de cuarto orden, no tiene un comportamiento adecuando tanto

de potencia como en par, debido a que presenta un incremento

de su valor, una ver que ya había bajado, por lo cual, para este

modelo se debe de limitar la velocidad de giro de la turbina a

770 rpm. Además, se coincide con el análisis matemático de

los modelos de la función polinomial de tercer y quinto orden

donde el valor del par a bajas velocidades es alto en

comparación con los demás, razón que se debe de considerar

para el diseño del aerogenerador.

Figura 8. 𝑃𝑎 y 𝑇𝑚 del modelo Polinomial de 3er, 4to, 5to y 7mo orden

De acuerdo a los modelos basados en una función sinusoidal,

se obtuvieron las curvas de la Potencia (𝑃𝑎) y del Par (𝑇𝑚) de

los modelos basados en una función sinusoidal, los cuales

fueron propuestos por Coto et al., Merahi et al., Noura et al.,

Moussa et al. y Xin et al. Las curvas se muestran en la Figura

9. De donde se observa que el comportamiento es igual al

comportamiento que se obtiene en el análisis matemático

mostrado en las Figuras 3 y 4. Llegando a la misma

observación, en la cual se establece que la diferencia básica

Pa

(W

)T

m (

Nm

)

(rpm)

12



esta en relación a la amplitud máxima obtenida en la potencia

y del par y de la velocidad de giro a la que se obtienen estos

valores máximos, aunado al intervalo de velocidades de giro

que el modelo es útil. En relación al par a bajas velocidades de

giro se obtienen también valores altos, los cuales deben ser

considerados al momento de diseñar la turbina.

Figura 9. 𝑃𝑎 y 𝑇𝑚 del modelo sinusoidal propuesto por Coto et al., Moussa et

al., Noura et al, Xin et al. y Merahi et al.

Con respecto a los modelos basados en una función

exponencial, la Figura 10 muestra las curvas de la Potencia

(𝑃𝑎) y del Par (𝑇𝑚) de los modelos propuestos por Aguayo et

al., Ahmad et al., Bustos et al., Cai et al., Feng Gao et al., Kaur

& Khahuria, Kotti et al. y Llano et al. Realizando una

comparación con el análisis matemático de estos modelos

mostrados en las Figuras 5 y 6 se observan que son iguales y

de la misma manera se observa que la diferencia entre ellos

radica principalmente en la amplitud de la potencia y del par y

de la velocidad de giro a la que se obtienen estos valores,

además, del intervalo de velocidad de giro de la turbina a la

cual son válidos.

Figura 10. 𝑃𝑎 y 𝑇𝑚 del modelo exponencial propuesto por Aguayo et al.,

Bustos et al., Kotti et al., Kaur & Khahuria, Feng Gao et al., Llano et al., Cai

et al., y Ahmad et al.

6. DISCUSIÓN

Los modelos basados en una función polinomial dependen

únicamente de 𝜆, ya que consideran un ángulo de ataque

constante, debido a que estos modelos son empleados

principalmente en sistemas de generación eólicas de baja

potencia, ya que controlar el ángulo de ataque es muy costoso

en relación a la energía que se obtiene. Los modelos

exponenciales y sinusoidales dependen tanto del ángulo de

ataque de la pala (𝛽) como de la velocidad específica (𝜆) y se

emplean en sistema de generación eólica de mediana y alta

potencia.

En los modelos basados en una función sinusoidal, se observa

que la potencia (𝑃𝑎) solo varía su amplitud y en el periodo,

esto es, desde que el periodo de velocidad de rotación del eje

en rpm (nm) empieza hasta que velocidad termina, por otro

lado, como están basados en una función sinusoidal, si se

aumenta la velocidad de rotación (nm) considerablemente se

genera otra cresta con la misma forma que la inicial, por lo que

el sistema debe estar limitado a un intervalo de velocidad de

rotación (nm).

En cuanto a los modelos basados en una función exponencial

se observa una buena respuesta, debido a que su

comportamiento es muy real y se limita automáticamente, por

lo que no hay que agregar limitadores el intervalo en el que

trabaje en función a la velocidad de rotación (nm).

Realizando un análisis en lo particular de cada uno de los tres

modelos generales, se tiene que de los cuatro modelos

encontrados que obedecen a una función polinomial, el que

presenta el máximo valor de Potencia en la turbina (𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥) es

el modelo de tercer orden, con un valor de 1.991 kW a una

velocidad de giro de 628.68 rpm y tiene una respuesta que

representa un comportamiento real (Figura 8 superior, gráfica

de color rojo), al igual que el modelo de quinto y séptimo orden

(Figura 8 superior, gráfica en verde y magenta,

respectivamente). Esta consideración se establece, debido a

que no vuelven a crecer después de una determinada velocidad

de rotación, como si lo hace el modelo de cuarto orden (Figura

8 superior, gráfica azul); por lo que este modelo es el que

presenta una mayor desventaja para su aplicación en modelos

reales.

Considerando los cinco modelos que obedecen a una función

basada en una sinusoidal, el que presenta el máximo valor de

Potencia (𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥) es el modelo de Merahi et al., ya que su valor

máximo es de 1.948 kW a una velocidad de rotación de 316.65

rpm (Figura 9 superior, gráfica azul). Cabe destacar que todos

los modelos siguen el mismo comportamiento, de manera que

la potencia se difiere de una en otra, solo en la amplitud y el

periodo y no en la forma de tiene la curva de la potencia, como

si lo hacen los modelos basados en funciones polinomiales.

De los ocho modelos que siguen un comportamiento

exponencial, el que presenta el máximo valor de Potencia

(𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥) es el modelo de Aguayo et al., ya que su valor máximo

es de 1.832 kW a una velocidad de rotación de 515.66 rpm

(Figura 10 superior, gráfica roja). A diferencia de los modelos

basados en una función polinomial o en una función

sinusoidal, todos los modelos basados en una función

exponencial tienen un adecuado comportamiento en la

Potencia de la turbina y de su par, debido a que todos inician

en valores cercanos a cero.

(rpm)

Pa

(W

)T

m (

Nm

)T

m (

Nm

)P

a (

W)

(rpm)

13



Al concluir las simulaciones del sistema de potencia completo,

implementando los todos los modelos basados en funciones

polinomiales, sinusoidales y exponenciales; se dedujo que:

Dentro de los modelos polinomiales, el modelo de 4to

orden registró una incongruencia, ya que la curva

característica de potencia tras llegar a su punto

máximo como se observa en la Figura 8, describe un

comportamiento anormal, al no reducirse

gradualmente a cero con el incremento de la

velocidad; de hecho, la potencia continúa

aumentando lo cual no ocurre en las turbinas eólicas

reales.

Al analizar el comportamiento del par en el eje de la

turbina en los sistemas de potencia, se observa que en

algunos casos el par es muy grande, específicamente

superior a 100 Nm. Tal magnitud incidiría

desfavorablemente en el diseño del sistema mecánico

(radio de las palas y en la relación de transformación

de la caja multiplicadora), en una turbina de viento

implantada con máquinas eléctricas de baja potencia

a la considerada en los ensayos (2kW). Bajo tal

circunstancia, se requiere tener en un sistema real

limitadores para controlar que no se genere un par

muy grande.

Por otro lado, en los modelos sinusoidales, la

ecuación matemática no describe el comportamiento

real del modelo, sino que se debe de acotar la

velocidad de rotación, para evitar variaciones

después de un determinado intervalo de velocidades

del generador.

Finalmente, se observa en la Figura 10, que los modelos

basados en una función exponencial describen de mejor

manera el comportamiento de la potencia y el par en el eje de

la turbina eólica.

7. CONCLUSIONES

A partir de la revisión documental realizada para hacer el

estudio comparativo del desempeño de las turbinas eólicas en

relación a su coeficiente de potencia y de par en diferentes

turbinas eólicas, se encontró que la diferencia entre cada uno

de ellos, depende del coeficiente de potencia y de par que se

establece, ya que se pueden tener las mismas características

físicas, como son radio de las palas, número de palas, ángulo

de ataque, paro si cualquiera de uno de los varia, cambia el

comportamiento de la turbina eólica. Dichos coeficientes

dependen básicamente de tres modelos matemáticos basados

cada uno de ellos en una función específica (polinomial,

sinusoidal o exponencial). En este artículo se clasificaron de

acuerdo a estas funciones; y en el caso de los modelos basados

en una función sinusoidal y exponencial se obtuvo una

ecuación general. De acorde a las ecuaciones generales de los

modelos, se establece las Tablas 1, 2, 3 y 4 que establecen los

coeficientes para cada modelo analizado y se agrupan según su

modelo matemático. El análisis del comportamiento de la

potencia y del par se realiza de manera analítica mediante el

uso de Matlab y se corrobora mediante simulaciones realizadas

con PSIM, empleando los mismos parámetros para hacer un

análisis comparativo adecuado.

Para el caso de los modelos basados en función sinusoidal y

exponencial se considera constante el ángulo de ataque a las

aspas. De dichos ensayos, se concluye que tanto el análisis

analítico de Matlab y el simulado de PSIM son compatibles.

Además, los modelos basados en una función exponencial son

los que representan el comportamiento real en todos los casos

estudiados. De la misma manera, se logra el comportamiento

usando el modelo basado en una función polinomial de

séptimo orden. En el caso de los modelos sinusoidales, se debe

de acotar el intervalo de velocidades para dar un

comportamiento real en lo que corresponde a la potencia, no

siendo favorable por los registros de alto par a bajas

velocidades; condición que se extiende también, al resto de los

modelos basados en funciones polinomiales.

Este análisis es la base para la construcción de un emulador de

una turbina eólica que emplee diversos modelos de turbinas de

acorde a su coeficiente de potencia y de par, además de los

parámetros propios de la turbina; Esto es debido a que esta

análisis permite conocer diversos modelos de marera que estos

sean introducidos al emulador y que además se permita el

cambio de los coeficientes de los modelos de acuerdo a la

función que se establezca, para que se puedan evaluar nuevas

turbinas que se construyan o se reporte. Este emulador se desea

construir para tener una herramienta que permita evaluar

diversos sistemas de generación eólica, así como, los

algoritmos de búsqueda del punto de máxima potencia.

Los resultados expuestos serán de utilidad para escalar la

plataforma a diseñar, tomando en consideración los registros

más, acertados de par y de potencia. Estos parámetros son

fundamentales para la elección del generador a impulsar, el

cual deberá estar acoplado mecánicamente a un motor

controlado por un accionamiento electrónico. Bajo tal

circunstancia, no es relevante los aspectos limitantes como el

radio de las turbinas, la relación de la caja multiplicadora, el

control de posicionamiento de las palas, etc.

REFERENCIAS

Ackermann, T. (2012). Wind Power in Power Systems, England: Wiley.

Ahmed, D., Karim, F. & Ahmad, A. (2014). Design and modeling of low-

speed axial flux permanent magnet generator for wind based micro-

generation systems. International Conference on Robotics and Emerging Allied Technologies in Engineering (iCREATE), Islamabad, Pakistan.

DOI: 10.1109/iCREATE.2014.6828338

Aree, P. & Lhaksup, S. (2014) Dynamic simulation of self-excited Induction

Generator feeding motor load using matlab/Simulink. 11th International

Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON),

Nakhon Ratchasima, Thailand. DOI: 10.1109/ECTICon.2014.6839863

Arifujjaman, M., Iqbal, M. & y Quaicoe, J. (2006). Maximum power

extraction from a small wind turbine emulator using a DC-DC converter

controlled by a microcontroller”, 4th International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE), Dhaka, Bangladesh.

DOI: 10.1109/ICECE.2006.355328

Bagh, S., Samuel, P., Sharma, R. & Banerjee, S. (2012). Emulation of static

and dynamic characteristics of a wind turbine using Matlab/Simulink,

14



2nd International Conference on Power, Control and Embedded Systems

(ICPCES), Allahabad, India. DOI: 10.1109/ICPCES.2012.6508105

Boukettaya, G., Naifar, O. & Ouali, A. (2014). A vector control of a cascaded doubly fed induction generator for a wind energy conversion system.

11th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices

(SSD), Barcelona, Spain. DOI: 10.1109/SSD.2014.6808821

Bustos, G., Vargas, L., Milla, F., Saez, D., Zareipour, H & Nuñez, A. (2012).

“Comparison of fixed speed wind turbines models: a case study”, 38th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON),

Montreal, QC, Canada. DOI: 10.1109/IECON.2012.6388937

Carranza, O., Garcerá, G., Figueres, E. & González, L (2014). Low power

wind energy conversion system based on variable speed permanent

magnet synchronous generators. Wind Energy, 17 (6), 811-827.

Chen, J. & Jiang, D. (2009). Study on modeling and simulation of non-grid-

connected wind turbine. World Non-Grid-Connected Wind Power and

Energy Conference (WNWEC), Nanjing, China. DOI:

10.1109/WNWEC.2009.5335791

Chen, J., Wu, H., Sun M., Jiang W., Cai, L. & Guo, C. (2012). Modeling and

simulation of directly driven wind turbine with permanent magnet

synchronous generator. IEEE Innovative Smart Grid Technologies - Asia (ISGT), Tianjin, China. DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2012.6303300

Coto, J., Garcia, M., Diaz, G. & Gomez, J. (2014). Wind speed model design

and dynamic simulation of a wind farm embedded on distribution

networks. Depto. de ingeniería eléctrica, electrónica, computadores y de sistemas, Escuela Politécnica Superior de ingenieros, Universidad de

Oviedo.

Duman, S., Altas, I., Yorukeren, N. & Sharaf, A. (2014). A novel FACTS

based on modulated power filter compensator for wind-grid energy

systems. IEEE 5th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), Galway, Ireland. DOI:

10.1109/PEDG.2014.6878656

Gao, F., Xu, D. & LV, Y. (2008). Hybrid automaton modeling and global

control of wind turbine generator. Seventh International Conference on

Machine Learning and Cybernetics, Kunming, China. DOI: 10.1109/ICMLC.2008.4620733

Guo, Y., Hosseini, S., Tang, C., Jiang, J & Ramakumar, R. (2011). An approximate model of wind turbine control systems for wind farm power

control”, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 4 (1), 262-274.

Hamane, B., Doumbia, M., Bouhamida, M. & Benghanem, M. (2014). Control

of wind turbine based on DFIG using Fuzzy-PI and sliding mode

controllers. Ninth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER), Monte-Carlo, Monaco. DOI:

10.1109/EVER.2014.6844060

Hau, E. (2013). Wind Turbines, Fundamentals, Technologhies, Application,

Economics, Germany: Springer.

Kaur, J. & Khajuria, S. (2012). Implementation of pitch control of wind

turbine using Simulink (Matlab). International Journal of Advanced

Research in Computer Engineering & Technology, 1(4), 196-200.

Kotti, R., Janakiraman, S. & Shireen, W. (2014). Adaptive sensorless

maximum power point tracking control for PMSG wind energy conversion systems”, IEEE 15th Workshop on Control and Modeling for

Power Electronics (COMPEL), Santander, Spain. DOI:

10.1109/COMPEL.2014.6877181

LI, W., Xu, D., Zhang, W. & Ma, H. (2007). Research on Wind Turbine

Emulation based on DC Motor. 2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), Harbin, China. DOI:

10.1109/ICIEA.2007.4318881

Llano, D., Tatlow, M. & McMahon, R. (2014). Control algorithms for

permanent magnet generators evaluated on a wind turbine emulator test-

ring”, 7th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD). Manchester, UK. DOI: 10.1049/cp.2014.0304

Lu, L., Xie, Z., Zhang, X., Yang, S. & Cao, R. (2012). A dynamic wind turbine

simulator of the wind turbine generator system. 2nd International

Conference on Intelligent System Design and Engineering Application (ISDEA), Sanya, Hainan, China. DOI: 10.1109/ISdea.2012.549

Lubosny, Z. (2003). Wind Turbine Operation in Electric Power Systems, Germany: Springer.

Merahi, F., Mekhiler, S. & Madjid, E. (2014) DC-Voltage regulation of a five levels neutral point clamped cascaded for wind energy conversion

system. International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima

2014 - ECCE ASIA), Hiroshima, Japan. DOI: 10.1109/IPEC.2014.6869640

Moussa, I., Bouallegue, A. & Kehedher A. (2014). Design and Implementation of constant wind speed turbine emulator using

Matlab/simulink and FPGA. 2014 Ninth International Conference

Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). Monte-Carlo,

Monaco. DOI: 10.1109/EVER.2014.6844051

Nouira, I. & Khedher, A. (2012). A contribution to the design and the installation of an universal platform of a wind emulator using a DC

motor. International Journal of renewable energy research, 2(4), 797-

804.

Ovando, R., Aguayo, J. & Cotorogea, M. (2007). Emulation of a low power wind turbine with a DC motor in Matlab/Simulink, IEEE Annual Power

Electronics Specialists Conference (PESC), Orlando, FL, USA. DOI:

10.1109/PESC.2007.4342101

Shi, G., Zhu, M., Cai, Xu, Wang, Z. & Yao, L. (2013). Generalized average

model of DC wind turbine with consideration of electromechanical transients. 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics

Society (IECON), Vienna, Austria. DOI:

10.1109/IECON.2013.6699378

Shi, Q., Wang, G., Fu, L., Yuan, L & Huang, H. (2013). State-space averaging

model of wind turbine with PMSG and its virtual inertia control. 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON),

Vienna, Austria. 10.1109/IECON.2013.6699418

Trevor, L. (2017), Wind Energy Engineering, A Handbook for Onshore and

Offshore Wind Turbines. Academic Press, Elsevier

Villarrubia, M. (2013). Ingeniería de la Energía Eólica, Barcelona, España:

Alfaomega Marcombo ediciones técnicas.

Xin, W., Wanli, Z., Bin, Q. & Pengchen L. (2014). “Sliding mode control of

pitch angle for direct driven PM wind turbine. 26th Chinese Control and

Decision Conference (CCDC), Changsha, China. DOI: 10.1109/CCDC.2014.6852584

Yin, M., Li, G., Zhou, M. & Zhao, C. (2007). Modeling of the wind turbine

with a permanent magnet synchronous generator for integration. IEEE

Power Engineering Society General Meeting, Tampa, FL, USA. DOI:

10.1109/PES.2007.385982

Zhiqiang, J., Fangxing L., Xiao, M. & Seddik M. (2014). Semi-definite

programming for power output control in a wind energy conversion system. IEEE Transactions on sustainable energy, 5(2), 466-475.

BIOGRAFÍA

M. en C. Viviana Reyes Andrade es ingeniera

Eléctrica egresada del Instituto Tecnológico de

Puebla en 2010. Es Maestra en Ciencias en

Ingeniería Eléctrica en la sección de posgrado de

la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y

Eléctrica SEPI-ESIME-IPN, Unidad Zacatenco,

México, en el 2015. Sus principales áreas de interés son: control de

convertidores electrónicos de potencia para aplicaciones en fuentes

renovables, y sistemas de generación eólica.

15



Dr. Oscar Carranza Castillo es Ingeniero en

Comunicaciones y Electrónica, con especialidad

en Electrónica en la ESIME del IPN, es Maestro

en Ciencias en Ingeniería Electrónica con

especialidad en Instrumentación en la ESIME del

IPN y obtuvo su doctorado en ingeniería

electrónica en enero del 2012 en la Universidad Politécnica de

Valencia. Desde 1999 es Profesor Investigador en la Escuela Superior

de Cómputo de tiempo completo. Actualmente colabora en el

Programa de Posgrado en Ingeniería Eléctrica de la Sección de

Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME del Instituto

Politécnico Nacional en la Ciudad de México. Miembro del Sistema

Nacional de Investigadores de México. Su área de interés es

Electrónica de Potencia aplicada a las energías renovables.

Dr. Jaime José Rodríguez Rivas recibo el grado

B.S. por la Universidad Central de Las Villas

(UCLV), Santa Clara, Cuba, in 1980, y el M.S. y

el Ph.D. en Ingeniería Eléctrica en 1987 y 1991,

respectivamente en el Instituto de Ingeniería de

Potencia de Moscú en Rusia, De 1980 a 1994 fue

Profesor Asociado en la Universidad Central de

Las Villas, UCLV, Cuba. Desde 1996 es Profesor Titular del


Estudios de Posgrado e Investigación de la Escuela Superior de

Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) unidad Zacatenco, del

Instituto Politécnico Nacional (IPN) en la Ciudad de México.

Miembro del Sistema Nacional de Investigadores de México. Sus

principales áreas de investigación son: accionamiento electrónico de

máquinas de corriente alterna, electrónica de potencia, tracción

eléctrica y generación eólica y fotovoltaica.

Dr. Rubén Ortega González es Ingeniero

Electricista del Instituto Politécnico

Nacional (1999). Obtuvo el grado de Doctor

en Ciencias en Ingeniería Electrónica en la

Universidad Politécnica de Valencia,

Valencia, España (2012). Actualmente es

profesor en la Escuela Superior de Computo,

Instituto Politécnico Nacional desde 1995 y colabora en el


Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME del

Instituto Politécnico Nacional en la Ciudad de México.

Miembro del Sistema Nacional de Investigadores de México.

Sus principales áreas de interés son el modelado y control de

convertidores electrónicos de potencia aplicados a la

generación distribuida en micro redes, y el procesamiento

digital de señales.

16

Contribución para la Implementación de una Red de Detección de Rayos en Ecuador





11. INTRODUCCIÓN

Las descargas atmosféricas también conocidas como rayos,

siempre estuvieron presentes en la historia de la humanidad.

Es por ello que una de las manifestaciones más llamativas de

las tormentas son las descargas eléctricas, generadas ya sea

entre nubes o de nube a tierra.

Benjamín Franklin marcó un hito en la historia de la

humanidad, en el año de 1 752 y como resultado de uno de sus

experimentos llegó a la conclusión, de que los rayos son

descargas eléctricas. Posteriormente afirmó que la colocación

de una punta metálica (pararrayos) en la parte superior de

cualquier estructura atraería a los rayos que luego serían

conducidos a tierra y finalmente toda la estructura estaría

protegida.

Ahora bien, en el país se tiene un nivel ceráunico significativo

como es el caso de la Amazonía con un valor de 120 y no

cuenta con una red de detección de descargas atmosféricas.

Entonces por seguridad y prevención es necesario una red que

ayude de manera fidedigna con la detección anticipada de la

formación de las tormentas, disponiendo de información fiable

y en tiempo real sobre su cercanía pues de esta manera permite

tomar medidas de carácter temporal que eviten riesgos y

asegurar los servicios de prioridad.

Para este análisis se considera las descargas atmosféricas como

un fenómeno natural de características físicas y eléctricas

debido a la presencia de una diferencia de potencial de elevada

magnitud en la atmósfera. Este fenómeno da origen a

problemas en los sistemas eléctricos de transmisión y

distribución de energía, provoca cuantiosas pérdidas de

Contribución para la Implementación de una Red de Detección de

Rayos en Ecuador

Verdugo, Karla1; Aires, Luis1; Merchán, Hernando2

1Instituto Politécnico de Leiria, Escuela Superior de Tecnología y Gestión, Leiria, Portugal

2Universidad de Cuenca, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Cuenca, Ecuador

Resumen: Debido a la falta de sistemas de información sobre la ocurrencia de descargas atmosféricas en el país, se

presenta el punto de partida para una futura implementación de una red de detección de rayos en el Ecuador, mediante

un análisis de los diferentes parámetros directos o indirectos que influyen en la generación de las descargas

atmosféricas. Se ha tomado como referencia, los indicadores para la ocurrencia de rayos en Ecuador así como la

demografía e zonas sensibles a proteger, con el fin de identificar los lugares adecuados para la colocación de los

sensores y así detectar de manera eficiente el campo electrostático generado por una nube de tormenta. Para ello se

utilizó información técnica de sensores existentes en el mercado para determinar los más idóneos al momento de

estructurar la red. Finalmente se presenta dos propuestas de red (caso óptimo, menor costo) para luego hacer un

análisis técnico-económico y presentar la mejor opción.

Palabras clave: Rayos, Campo eléctrico, Campo electromagnético, Sensor de rayos.

Contribución para la Implementación de una Red de Detección de

Rayos en Ecuador

Abstract: Due to the lack of information systems on the occurrence of atmospheric discharges in the country, the

starting point for a future implementation of a lightning detection network in Ecuador is presented, through an analysis

of the different direct or indirect parameters that they influence the generation of atmospheric discharges. The

indicators for the occurrence of lightning in Ecuador as well as the demography and sensitive areas to be protected

have been taken as a reference, in order to identify the adequate places for the placement of the sensors and thus

efficiently detect the electrostatic field generated by a storm cloud. To this end, technical information from existing

sensors in the market was used to determine the most suitable when structuring the network. Finally, two network

proposals are presented (optimal case, lower cost) to then make a technical-economic analysis and present the best

option.

Keywords: Rays, Electric field, Electromagnetic field, Lightning sensor.

17




equipos eléctricos y electrónicos, destruye bienes materiales y

es el causante de muertes de personas y animales.

En la actualidad se disponen de redes globales, una de ellas es

la red denominada World Wide Lightning Location Network

(WWLLN) en tiempo real, que permite disponer de

información global sobre las descargas atmosféricas. Estas

redes de detección consisten en antenas y sensores los cuales

pueden ser de campo eléctrico o campo electrostático, los

cuales se encuentran ubicados en tierra o en satélites que

perciben la presencia de las descargas de manera instantánea.

Partiendo de estas referencias y sabiendo que las descargas

atmosféricas son fenómenos de la naturaleza absolutamente

imprevisibles y aleatorios, el interés de obtener información

útil para la protección de diferentes campos de la actividad se

vuelve urgente, con lo que se podría garantizar la seguridad de

las personas al momento de una descarga.

El objetivo es aportar mediante, la difusión de información y

avisos meteorológicos como mecanismos de acción preventiva

antes de que ocurra una descarga. Para ello se propone el

establecimiento de una red de detección de rayos en el Ecuador

mediante la instalación de sensores en puntos geográficos

estratégicos que permitan la medición del campo eléctrico

ambiental desde la etapa inicial de la tormenta y la captura de

la radiación electromagnética generada por descargas

atmosféricas. Buscando así tener la máxima cobertura y

permitir la detección anticipada de la presencia de una nube de

tormenta electrificada.

Finalmente, se establecerá dos propuestas de una red de

sensores distribuidos equilibradamente e interconectados con

una red de transmisión de datos que permita enviar la

información a los usuarios finales. Teniendo por base el

equilibrio entre la eficiencia y el bajo costo. Se indicará su

respectivo costo de implementación.

2. CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO

2.1 Localización

Ecuador, es un país latinoamericano ubicado al noroccidente

de Sudamérica. Limita al norte con Colombia, al sur y al este

con Perú. El océano Pacífico rodea la costa y al oeste se

encuentran las Islas Galápagos que están ubicadas a

aproximadamente 1 000 km de la Costa.

2.2 Geografía

La cordillera de los Andes divide el territorio de norte a sur,

dejando a su límite occidental el golfo de Guayaquil (Costa) y

una llanura boscosa al oriente (Amazonía). El país tiene un

área de 283 561 km², con 16 776 977 habitantes según el

Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (Censos, 1976).

2.3 Clima

Debido a la presencia de la cordillera de los Andes y por la

influencia del mar (la Corriente del Niño, la corriente de

Humboldt) (Cedeño & Donoso, 2010), el Ecuador es

climatológicamente variado. El país cuenta dos estaciones

definidas: la húmeda y la seca, conocidas como invierno y

verano respectivamente. A continuación, se detallan

características generales en cada region:

Amazonia: tiene un clima cálido, húmedo y lluvioso

constante todo el año. La temperatura promedio varía

entre los 23 y los 26 ºC. Corresponde a los territorios

ubicados por debajo de los 1 300 m.s.n.m. en las

derivaciones orientales de los Andes, incluyendo todas las

cordilleras y tierras bajas hacia el Este, constituye la parte

occidental de la cuenca amazónica (Instituto

Oceanográfico de la Armada, 2005).

Sierra: En los Andes las temperaturas varían desde los 0

ºC hasta los 24 ºC en dependencia de la altitud la cual varía

desde los 500 msnm hasta sobrepasar los 5 000 msnm y la

época del año. Presenta dos cadenas montañosas que

corren paralelas de norte a sur y encierran concavidades

intermedias, de aproximadamente 40 km de ancho, en las

que se forman valles separados por cadenas transversales

denominadas nudos.

Costa: El clima es muy cálido con temperaturas que varían

entre 25 y 31 ºC durante todo el año. Es una región

alargada, de entre 100 y 200 km de ancho, con una

superficie relativamente plana. Se encuentra situada bajo

los 1 300 m.s.n.m. en las derivaciones occidentales de los

Andes y El Océano Pacífico, incluyendo las cordilleras

costeras y las tierras bajas.

Islas Galápagos: El clima está definido por las corrientes

oceánicas. Por lo general, de junio a diciembre, la fría

Corriente de Humboldt llega del sur que genera una niebla

húmeda y fría conocida garúa cerca del océano, lo cual

crea un clima frío y seco. Por lo general cuenta con una

temperatura promedio de 22 a 25 ºC y los meses lluviosos

corresponden a febrero, marzo y abril (Instituto

Oceanográfico de la Armada, 2005).

Según el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrografía

(INAMHI) las brisas marinas que nacen del océano Pacifico y

nubosidades provenientes del Brasil, han provocado las

variaciones climáticas presentes en el país tales como:

disminución de temperatura y lluvias intermitentes en la región

Litoral. Mientras que en la Amazonía se producen las

tormentas eléctricas (Secretaria de Gestion de Riesgos, s.d.).

Es por ello que gran parte de la región Amazónica y parte de

la provincia de Esmeraldas por tener un clima tropical húmedo

tienen mayor probabilidad para la ocurrencia de las descargas

atmosféricas. Por consiguiente, son los lugares más favorables

para la colocación de los sensores

2.4 Precipitación y temperatura

La precipitación si bien es cierto es un indicador indirecto de

la probabilidad de la ocurrencia de los rayos. En las gráficas 1

y 2 se presentan la precipitación mensual y anual

respectivamente, datos proporcionados por el INAMHI de

donde se puede concluir cuales son los lugares más

tendenciosos según este parámetro para la ocurrencia de

descargas atmosféricas.

18



Figura 1. Mapa de Precipitación Mensual en el Ecuador.

Figura 2. Mapa de Precipitación Anual en el Ecuador.

De los mapas anteriores resulta que, las zonas en donde se

tiene una mayor precipitación según las escalas propuestas por

el INAMHI, en el gráfico 3 es la Amazonia en su gran mayoría

con el valor más alto de precipitación en la provincia de

Pastaza. Análogamente, en la gráfica 4 en cuanto a la

precipitación anual se tiene una cifra elevada en la parte central

y norte de la región Amazónica, además de una parte de la

provincia de Esmeraldas al norte del país.

3. INDICADORES DE LA OCURRENCIA DE RAYOS

Existen actualmente algunos indicadores (directos o

indirectos) además de parámetros que muestran las zonas de

Ecuador donde son registrados o potencialmente los mayores

índices de ocurrencia de rayos, entre ellos están los siguientes:

Datos de Lightning Imaging Sensor (LIS).

Nivel Ceráunico.

Número de muertes a causa de los rayos.

3.1 Base de datos del satélite LIS (lightning imagine sensor)

En la Figura 3 se presenta un mapa en donde se muestra la

información del satélite (LIS) que posee la NASA, en donde

mediante una escala de colores se indica el número promedio

anual de descargas por km².

Figura 3. Descargas anuales por km2 según el satélite LIS, periodo Abril

1995 – Febrero 2003

Según la escala de colores se puede constatar que en la región

amazónica es en donde hay una mayor presencia de descargas,

presentándose para esta zona aproximadamente entre 10 a 20

descargas anuales por km².

3.2 Nivel ceráunico

El nivel ceráunico se puede definir como el número promedio

de días al año en los que se presenta una tormenta, es decir se

escucha un trueno y cae al menos un rayo. Se suelen expresar

por medio de mapas con curvas de nivel isoceráunico como se

muestra en la Figura 4.

Figura 4. Nivel ceráunico en Ecuador.

De acuerdo a la Figura 3, para el Ecuador la densidad de

descargas a tierra es cerca de 20 tormentas con descargas

anuales (National Weather Service, s.d.). Sin embargo,

mediante la gráfica 4 se puede tener una idea más clara de los

lugares en donde se tiene un mayor número de descargas.

19



Por lo tanto, se tiene un mayor nivel ceráunico en la provincia

de Pastaza, específicamente en la ciudad de Puyo con una

cantidad aproximada de 100 a 120 días al año en los que se

presenta una tormenta. Seguido de las provincias: Pichincha,

Esmeraldas, Guayas y Loja que de igual forma presentan un

nivel ceráunico significativo en el país.

3.3 Número de muertes a causa de los rayos

Se tomó como referencia el número de muertes originadas por

los rayos como ayuda para la distribución de los sensores, para

ello se averiguó en publicaciones web la cifra de muertes en

Latinoamérica. El país que encabeza esta lista es Brasil con

130 personas/año y Ecuador con un número de 5 personas.

Luego se buscó información procedente de medios de

comunicación locales para conocer los lugares en donde se

tiene muertes a causa de este fenómeno natural, en donde se

tiene lo siguiente para los años (2014 – 2016):

Loja, seis personas fallecidas.

Chimborazo y Tulcán, dos personas fallecidas.

Quito, una persona fallecida.

4. PROPUESTA DE LA RED

A partir del análisis de los diferentes parámetros descritos

anteriormente para ubicar los lugares idóneos para la

colocación de los sensores, se debe considerar que lo que se

pretende es equilibrar gastos para no colocar los sensores en

donde no exista actividad humana. Por consiguiente, de la

información presentada por (Información estadística, 2011) en

donde se muestra la densidad poblacional en el Ecuador se

puede validar si el lugar establecido es el correcto, dado que

en la región Amazónica existen zonas de muy baja densidad

poblacional.

Entonces se puede concluir que los lugares aptos para la

colocación de los sensores son en su mayoría la región

amazónica debido a su clima y a todos los factores que

presenta el lugar y que hacen favorable la formación de

tormentas eléctricas. Sin embargo, hay otros parámetros que

se deben tomar en cuenta tales como la densidad poblacional,

actividades desarrolladas en la zona (petroleras, mineras,

hidroeléctricas, aeropuertos, etc.) con el fin de ubicar los

sensores en lugares estratégicos tales como las grandes

ciudades, con lo que se garantizaría la protección ciudadana y

del medio ambiente. Tomando en cuenta esos parámetros los

lugares adecuados siguiendo el principio de reducir costos,

serían los presentados en la Figura 5.

Figura 5. Ubicación de los sensores en Ecuador.

Cabe recalcar que bajo condiciones de buen tiempo, es decir

cuando no estén presentes precipitaciones ni vientos, el campo

eléctrico presente en la superficie terrestre tiene un valor

aproximado de 120 (V/m) con dirección positiva. A medida

que las condiciones climáticas varían y la nube de tormenta se

aproxima el campo eléctrico aumenta pero en este caso con

sentido contrario, esto se debe a que las nubes de tormenta

tienen centros de carga negativa los cuales inducen en la

superficie terrestre (suelo) cargas positivas. A continuación en

la Figura 6, se puede visualizar la variación del campo

eléctrico al momento de la descarga, el mismo que puede

alcanzar variaciones de entre ≈ 15 – 20 (kV/m) hasta que luego

se neutralicen las cargas y se estabilice nuevamente el campo

eléctrico (Magina, 2016).

Figura 6. Variación del Campo Eléctrico al momento de una tormenta.

Cabe resaltar que mientras se produce la descarga atmosférica

como ya se mencionó se generan corrientes muy grandes ≈ 20

000 Amperios, las cuales que generan campos

electromagnéticos. Es por ese motivo que se darán a conocer

los sensores que nos serán de ayuda para medir tanto el campo

eléctrico como el campo electromagnético presentes durante el

proceso de la descarga.

Ahora bien, una vez establecidos los lugares en donde serán

colocado los sensores, se procede a indagar acerca de su

disponibilidad en el mercado. En el transcurso de los últimos

años los sistemas de monitoreo y detección detormentas

eléctricas han evolucionado a nivel mundial, estos dispositivos

monitorean las variables que identifican los ciclos de vida de

20



la tormenta, así como características propias de su

desplazamiento, intensidad, entre otras.

En la Tabla 1 se muestran sensores con sus aspectos más

relevantes. De ahí que para el establecimiento de la red se debe

considerar el sensor que presente las mejores características de

todas las especificadas con el fin de presentar un caso óptimo.

Al mismo tiempo se planteará una segunda red con el objetivo

de tener dos opciones estratégicas. De forma general los

componentes que estructuran la Red son:

Sensor,

Procesador Central,

Archivador de Descargas,

Pantallas,

Servicios o usuarios finales.

Por lo general, la manera de ubicar los rayos es utilizando un

sistema de localización o LLS (ligthning Location System) el

cual trabaja con un mínimo de 4 a 5 sensores y un procesador

central. Este sistema una vez que una descarga es detectada por

los sensores se utiliza dos procesos ya sea el Time of Arrival

(TOA) o el Magnetic Direction Finding (MDF). TOA para la

localización de la descarga utiliza un mínimo de 3 sensores en

donde cada para de sensores determinan una hipérbola y la

intersección de esas hipérbolas serán las que de una referencia

de donde ocurrió la descarga, mientras que el método MDF

triangula los resultados de los sensores mediante un

procesador central y un algoritmo determina el ángulo con un

error mínimo ubicando el origen de la descarga (Atallah,

2016).

Por lo tanto, para el establecimiento de la primera red se

proponen los sensores: LS 7002 y BTD 300 de campo

electromagnético y de campo eléctrico respectivamente.

Tabla 1. Costo de la primera propuesta de Red.

CARATE-

RISTICAS EFM 550

ATSTORM

v2 EFM 100 BTD - 300 LS 7001 LS 7002 TSS928

TIPO VAISALA

(Campo eléctrico

atmosférico)

at3w (sensor

electrométrico

de campo controlado)

BOLTEK (campo

eléctrico)

Biral UK (campo

eléctrico)

VAISALA

(campo

electromagnético)

VAISALA

(campo

electromagnético)

VAISALA

(campo

electromagnético)

Radio de

cobertura 5km 20 km 38 km 83 km 350 km 350 km 0 - 56 km

Eficiencia rayos

CG x x x 95% > 90% 95% > 90%

Eficiencia rayos

CC x x 10 - 30% 50% x

Calibración manual automática manual automática manual y

automática automático y

manual

Peso 0,68 kg 9,10 kg 5,75 kg 25 kg 37,40 kg 37,40 kg

Altura 61 cm 350mm+ mástil 2m

17 cm 2,46 m 2,20 m 2,20 m 1,57 m

Ancho 22,90 cm 26 cm 13 cm 68 cm 40 cm 40cm 30,50 cm

Componen-tes tiene partes mecánicas

electrónicos sin piezas móviles

sin piezas móviles

sin piezas móviles

Funciona-miento (-23 a +46 ºC) (-40 a 85 °C ) (-40 a 60 C / -40 a

140 F) (-40 a 60 °C ) (-40 °C a +55 °C)

(-40 °C to +55

°C) -50°C to +50°C (

Consumo de

energía 2,3W 15W 4 W 10 W 100W máx.

Manteni-miento mantenimiento

mínimo

no es necesario un

mantenimiento

continuo

mantenimiento

mínimo

mantenimiento

mínimo

mantenimiento

mínimo

mantenimiento

mínimo

mantenimiento

mínimo

Observacio-nes

Servicio de

calibración de fábrica una vez

cada tres años

táctil (4niveles

de alarma de

acuerdo a las necesidades

del cliente) se

puede conectar a una

red

informática

4 Altos niveles de alarma de campo

Posee un módulo

opcional que

permite detectar a distancia y la

dirección de la

caída del rayo.

Compatible con

sus predecesores, los sensores

Vaisala IMPACT

min 4 para la red

15 a 350km entre los sensores

recomendada

El formato de datos admite la

interfaz directa

con los sistemas de comunicación

comunes y

autodiagnóstico para comprobar

el estado de la

función del sensor.

La segunda opción estaría compuesta por los sensores de

campo eléctrico BTD 300.

En cuanto a la primera opción el sensor LS 7002 trabaja con

una base de datos específica es decir constaría de un software

y un procesador de datos concreto para su funcionamiento al

cual se le conectaría los datos del sensor BTD 300, el costo de

implementación de esta red en dólares es el presentado en la

Tabla 2.

21



Tabla 2. Costo de la primera propuesta de Red.

PRIMER CASO (USD)

Ítem Cant. Dispositivo

Precio

Unitario

($)

Precio

Total ($)

1 4 Sensor LS7002 94.451,00 377.804,00

2 1 Procesador TLP-100 226.533,00 226.533,00

3 1 Software LTS2005 5.800,00 5.800,00

4 1

Registro de salida de datos

en formato ASCII para

otras aplicaciones de Software

2.175,00 2.175,00

5 1 Sistema de almacenamiento de

imágenes

2.899,00 2.899,00

6 2 Sistema de notificación de alerta TWX300

3.683,00 7.366,00

7 2 Pantallas de 24" para el display del Sist. Alerta

920,00 1.840,00

8 4 Sensor BTD 300 11.600,00 46.400,00

9 4 Computadoras 700,00 2.800,00

TOTAL 673.617,00

Para este caso los sensores de campo electromagnético por

tener un mayor radio de cobertura estarían distribuidos en el

país de tal forma que se cubra el mayor parte del territorio

ecuatoriano, es decir estarían ubicados en las provincias

(Pichincha, Guayas, Loja y Pastaza) mientras que los sensores

de campo eléctrico estarían ubicados en las provincias (Azuay,

Cotopaxi, Pastaza y Manabí) como se observa en la Figura 7.

Figura 7. Ubicación de los sensores primera propuesta.

Para la segunda opción el costo se reduce considerablemente

(≈ $575 000) por el hecho de que se utilizaría sólo sensores de

campo eléctrico (BTD 300) ubicados en los puntos ya

establecidos anteriormente.

Para este caso lo que se propone es que de ser favorable su

implementación se considere el conectarse una red existente

por ejemplo una red meteorológica para la transmisión de

datos, su costo (dólares) de implementación se indica en la

Tabla 3.

Tabla 3. Costo de la segunda propuesta de Red. SEGUNDO CASO (USD)

Item Cantidad Dispositivo Precio

Unitario ($)

Precio

Total ($)

1 8 Sensor

BTD 300 11.600,00 92.800,00

2 8 Computa-

doras 700,00 5.600,00

TOTAL 98.400,00

Con estas dos propuestas se tiene un punto de partida para la

implementación de una red de detección de rayos en el país, la

cual sería de ayuda para los siguientes usuarios finales:

Meteorología,

Aviación,

Minería,

Sector Marítimo,

Seguros,

Incendios Forestales,

Eventos Deportivos,

Playas,

Operaciones al Aire libre,

Energía (Generación, Transmisión, Distribución).

Finalmente, la entidad dentro del país que gestionaría esta red

sería la Secretaria Nacional de Riesgos la cual se encarga de

garantizar la protección de personas y colectividades de los

efectos negativos de desastres de origen natural o antrópico,

mediante la generación de políticas, estrategias y normas que

promuevan capacidades orientadas a identificar, analizar,

prevenir y mitigar riesgos para enfrentar y manejar eventos de

desastre; así como para recuperar y reconstruir las condiciones

sociales, económicas y ambientales afectadas por eventuales

emergencias o desastres (Secretaria de Gestión de Riesgos,

s.d.).

5. CONCLUSIONES

Entre los fenómenos naturales que se producen cotidianamente

está el rayo, el que según su intensidad puede ser más o menos

peligroso. Existen medidas de prevención objetivo de este

estudio que pueden evitar accidentes e incluso la muerte por

exposición al mismo. Es por ello que para concluir este estudio

a continuación se exponen las conclusiones obtenidas.

Debido a que el radio de cobertura de los sensores LS 7002 a

utilizarse es hasta 350 km, disminuye el número necesario para

la implementación de la red y por ende el costo de

implementación.

Se debería considerar que una red híbrida (Primera Propuesta)

permitiría obtener información relevante sobre el fenómeno de

las descargas atmosféricas (localización, tiempo, amplitud,

etc.). Además esta red cuenta con su propio software para el

procesamiento de datos y utiliza dos métodos para la ubicación

de la descarga (TOA y MDF), procesos que no todos los

sensores poseen.

En cuanto a la segunda opción de red indicada en la sección

4.6, no debería ser desmerecida por el hecho de que su costo

es relativamente menor comparado con la primera red o por el

radio de cobertura que presentan. Hay que considerar que para

una protección preventiva eficaz, es necesario detectar la

22



tormenta antes de que se produzca este incremento brusco del

campo eléctrico en la zona a proteger. Consecuentemente estos

sensores presentan un nivel de eficiencia alta además de

ayudar a identificar una tormenta desde su etapa inicial.

Con las dos propuestas de red, lo que se pretendió es utilizar

detectores de tormentas con tecnologías actuales que

proporcionen información de la actividad eléctrica atmosférica

fiable en tiempo real y monitorizada. Además que permitan

tomar medidas de carácter temporal que eviten riesgos y

aseguren los servicios más importantes.

Para la implementación de una red de detección de rayos se

recomienda utilizar sensores con un rendimiento superior al

90% como se especifica en la norma internacional IEC 62793.

Pues la localización de la actividad nube-tierra es importante

para las acciones preventivas.

Pues dicha red al estar ubicada en la frontera disminuiría el

número de sensores a utilizarse en el Ecuador ya que se podría

compartir la información existente con el vecino país.

Finalmente, en cuanto a la ubicación de los sensores el objetivo

principal fue buscar lugares estratégicos es decir, se consideró

diferentes factores como: labores que se desarrollan en el área

y el impacto económico que ocasionaría el efecto de las

descargas atmosféricas. Más sin embargo los lugares

establecidos son sólo puntos de partida para las personas que

tengan interés en la futura implementación de este proyecto

REFERENCIAS

Atallah, D. (2016). Vaisala. Recuperado el Enero de 2017, de

http://www.isem.org.pe/files-public/portal/reuseg/2016/06/pdf/dario.pdf

Cedeño, J., & Donoso, M. C. (2010). Atlas Pluviométrico del Ecuador.

Guayaquil: UNESCO 2010. Censos, C. N. (7 de Mayo de 1976). Instituto Nacional de Estadistica y Censos

(INEC). Recuperado el 15 de Enero de 2017, de

http://www.ecuadorencifras.gob.ec/censo-de-poblacion-y-vivienda/ Holzworth , R. (s.f.). World Wide Lightning Location Network (wwlln.net).

Recuperado el Junio de 2017, de http://wwlln.net/

Información estadística, U. A. (2011). Densidad poblacional por parroquias en el Ecuador. Ecuador.

Instituto Oceanográfico de la Armada. (2005). Derrotero de la Costa Continental e Insular del Ecuador. Guayaquil.

Magina, F. (2016). Sistema de alerta de ocorrência de raios utilizando rede de

sensores de campo elétrico atmosférico. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Especiaes - INPE, 2016.

NASA MSFC an the University of Alabama in Huntsville. (s.f.). Global

Hydrology Resource Center. Recuperado el 20 de Enero de 2017, de https://lightning.nsstc.nasa.gov/otd/

National Weather Service. (s.f.). Recuperado el Septiembre de 2017, de

http://forecast.weather.gov/jetstream/lightning/hirez_72dpi.htm Schoonmaker, S. K. (s.f.). European Cooperation for Lightning Detection .

Recuperado el Junio de 2017, de http://www.euclid.org/

Secretaria de Gestión de Riesgos. (s.f.). Recuperado el 04 de 2017, de http://www.gestionderiesgos.gob.ec/objetivos/

Secretaria de Gestion de Riesgos. (s.f.). Instituto de Meteorología e

Hidrografía (INAMHI). Recuperado el Enero de 2017, de http://www.serviciometeorologico.gob.ec/

Karla Isabel Verdugo González

(1990), Ingeniera Eléctrica por la

Universidad de Cuenca, Máster en

Ingeniería de Energía y de Ambiente

en el Instituto Politécnico de Leiria,

Portugal. Tiene desarrollado estudios

acerca de la Incidencia del Programa

Cocción Eficiente en la Demanda

Máxima Unitaria para el cantón la

Troncal. Actualmente se encuentra

laborando en la Empresa ARTELIA como parte de apoyo en

el Área de Fiscalización del proyecto Tranvía de los Cuatro

Ríos de Cuenca.

Luis Miguel Igreja Aires, Licenciado

en Ingeniería de Ambiente por la

Universidad de Trás-os-Montes e Alto

Douro, Doctorado en (PhD) en

Ciencias Aplicadas al Ambiente en la

Universidad de Aveiro, Portugal.

Desde el 2008 es profesor adjunto en

el Departamento de Ingeniería de Ambiente de la Escuela

Superior de Tecnología y Gestión del Instituto Politécnico de

Leiria, Portugal. Tiene desarrollado investigaciones en el área

de Micrometeorología, Alteraciones Climáticas y

Contaminación del Aire.

Hernando Merchán Manzano (1956),

ingeniero eléctrico (EPN); MSc. por la

Politécnica de Mons-Bélgica; MBA

por el IDE-UTE. Profesor de la

Facultad de Ingeniería de la

Universidad de Cuenca desde 1982 y

decano (2001-2005). Profesor invitado

de la Universidad de Artois, Francia;

Director Académico del Consejo

Nacional de Educación Superior y

Director de Formación y Difusión del INER. Ha realizado

investigaciones en técnicas de las altas tensiones, sistemas de

puesta a tierra, protección contra las descargas atmosféricas y

energías renovables. En los últimos años ha trabajado en

estudios sobre escritura académica y científica para las

carreras de ingeniería.

23






11. INTRODUCCIÓN

Las fábricas automatizadas deben proporcionar en sus

sistemas confiabilidad, eficiencia y flexibilidad, que satisfagan

la demanda del mercado, exigiendo que posean máquinas

competitivas con un alto grado tecnológico. Una de las bases

principales es el control, seguimiento y análisis de los procesos

productivos de una forma secuencial. (Vallejo H, 2009)

El objetivo principal de este proyecto es automatizar el sistema

de control de la máquina empaquetadora de blíster.

La farmacéutica necesita de este sistema para aumentar la

producción por día, que satisfaga la demanda nacional,

logrando con esta automatización se mejore el rendimiento y

eficiencia del empaquetado.

El nuevo sistema de automatización utiliza un autómata

inteligente de la familia de SIEMENS y dos módulos de

ampliación para su proceso.

Cita en el texto (Danilles y Custodio, 2010), que el

funcionamiento del controlador lógico programable es un ciclo

cerrado, donde usa una memoria programable para el

almacenamiento interno de instrucciones, que con funciones

específicas a través de entradas/salidas digitales (ON/OFF)

controla la función la salida del tren de pulsos, y envía pulsos

para el desplazamiento a un driver, éste entrega una frecuencia

necesaria permitiendo el movimiento del motor a pasos para la

dosificación de blíster.

El autómata cuenta con un puerto Ethernet para comunicación

con la HMI y el servidor web, donde se puede acceder

remotamente y verificar cuál es el estado de la máquina.

Vilaboa F. (2004). La metodología a implementar el operador

arranca la máquina y revisa el abastecimiento de blísters y

cajas. Del panel de operador se ingresa maualmente el número

de blísters que se requiere en cada caja e inicia el sistema, con

el movimiento del motor a pasos bota los blísters a la banda

transportadora y al mismo tiempo se acciona una

electroválvula de toma de estuche, que deposita en la banda de

transferencia donde sincrónicamente el blíster ingresa para ser

Automatización del sistema de control de la máquina

empaquetadora de Blíster.

Molina Araujo María José1

1Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial, Ambato, Ecuador

Resumen: Este trabajo presenta la automatización del sistema de empaquetado de blíster en una farmacéutica. Donde

se migró de Controlador Lógico Programable con puerto Ethernet para comunicación entre dispositivos, sus entradas

y salidas de alta velocidad controlan un encoder y motor a pasos para la dosificación de blíster, se configuró una

interfaz gráfica que le permite al usuario interactuar con las variables en tiempo real a través del HMI y a través del

servidor web se puede controlar la máquina remotamente. Se optimizó el proceso de empaquetado con la disminución

del tiempo, haciendo posible que la máquina empaquete 20 cajas por minuto, lo que para el personal capacitado es

muy complejo de realizarlo en forma manual.

Palabras clave: Automatización, blíster, control, PLC, proceso.

Automation control system of the blisters machine packaging

Abstract: This paper presents the automation of the blister packaging system in a pharmaceutical company. Where

it was migrated from Programmable Logic Controller with Ethernet port for communication between devices, its

high-speed inputs and outputs control an encoder and stepper motor for blister dosing, a graphic interface was

configured that allows the user to interact with the variables in Real time through the HMI and through the web server

you can control the machine remotely. The packaging process was optimized with the reduction of time, making it

possible for the machine to pack 20 boxes per minute, which for the trained personnel is very complex to do manually.

Keywords: Automation, blister, control, process, PLC.

25




empaquetada, al final se expulsa la caja para su distribución.

2. MÉTODOS

Para la implementación de éste sistema se hizo a través de Tia

Portal V11, que es un innovador sistema de ingeniería que

permite configurar y programar de forma intuitiva y eficiente

todos los procesos de planificación y producción, y se

caracteriza por su homogeneidad única en su género. Ludeña,

A. (2013)

La Farmacéutica posee una máquina empaquetadora de blíster

que fue adquirida a unos proveedores en Alemania. El PLC, la

HMI y el motor a pasos, se encuentran obsoletos y no cuentan

con el software necesario para actualizarlos. Por tal razón en

la actualidad el proceso de empacado se realiza en forma

manual, y al terminar el proceso, el personal encargado

procede a quitar las manchas de huellas dactilares de cada caja

con alcohol, demorando el proceso de producción.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Conforme al estudio realizado, se procedió a la automatización

de un sistema que controle el proceso de empaquetado y que

maximice su producción. Este sistema una vez adaptado según

exigencias del cliente, cumple con una serie de etapas

ordenadas, que optimiza operaciones del proceso.

Para verificar el funcionamiento del sistema de empacado, se

utilizó la interfaz Tia Portal V11.0, que es un software que

reúne todas las herramientas de automatización dentro de un

único entorno de desarrollo. Cuesta, D. (2013)

Se realizó un programa que controle el movimiento de un

encoder y motor a pasos, para la dosificación de blíster y

además controle cada uno de los sistemas a intervenir.

Figura 1. Diagrama lógico del proceso.

La Figura 1 muestra el diagrama lógico del sistema, el PLC

recibe datos de pulsadores, selectores y sensores, que según

lógica de programación, activa las salidas para el control de

contactores, motores, electroválvulas y luces. Y a través de

comunicación Ethernet interactúan con la HMI y con el

servidor web. Rodríguez F. (2012)

La Figura 2 representa la secuencia de pasos que debe seguir

la máquina para el empaquetado de blíster hasta obtener el

producto final.

Existen varios controles para su funcionamiento. Como es el

caso de S1, S2 y S4 son sensores inductivos que detectan la

presencia del producto en el proceso y S3 es un sensor óptico

que detecta si el blíster está listo para el ingreso a la caja.

La Figura 3 muestra el diagrama de flujo del proceso de

automatización, gráficamente se representa el control para el

empaquetado de blíster.

Figura 2. Diagrama del proceso de empaquetado de blíster

IN OUT

26



Figura 3. Diagrama de flujo de las etapas del proceso

El primer paso en el proceso de empaquetado se realiza con

el ingreso del número de blíster que se requiere en cada caja

desde la HMI. Del panel de operador se activan los selectores

“Con blíster”, “guardas” y “bomba de vacío”, ésta última

debe estar activada para que funcionen las ventosas. Antes

del inicio se debe revisar que todas las puertas de la máquina

estén cerradas para que no exista ninguna clase de

atrapamiento. Con estos pasos de verificación se procede al

arranque del sistema.

Un sensor inductivo detecta la presencia de las ranuras, activa

un motor a pasos que con su movimiento dosifica el blíster y

lo deposita en la banda para ser transportado (Figura 4).

Figura 4. Dosificación de blísters

En la primera posición de esta banda existe un sensor que

verifica que la plaqueta está pasando, activa un registro de

desplazamiento para la toma de caja, que cuando se encuentre

en la sexta posición activa una electroválvula, sincrónicamente

con el estuche abierto ingresa el blíster (Figura 5).

Figura 5. Blísters transportados.

Aquí hay un sensor óptico que verifica que el producto ingreso

a la caja, éste activa un registro de desplazamiento que cuando

no detecta en la octava posición activa una electroválvula de

expulsión. Y si el producto es bueno se desplaza hasta el final

de la cadena y cae a un contenedor para luego ser distribuida

(Figura 6).

Figura 6. Ingreso de blísters a la caja

Para guardar los datos del proceso al apagar la máquina, se

creó variables remanentes, las cuales mantienen sus valores

todo el tiempo de ejecución y el dato no se pierde tras una

desconexión y conexión, el sistema continúa trabajando con

sus valores memorizados.

3.1 Resultados

Se realizaron pruebas en forma manual y con el nuevo sistema

de los tiempos de empaquetado de blíster, y se obtuvieron los

siguientes resultados:

Resultado 1: En el empaquetado de forma manual tres

operarios realizan este proceso, donde se les entrega una

gaveta llena de blíster y cajas. Cada persona debe armar la

caja, ingresar el blíster y sellarla.

En la Tabla 1, se visualiza los resultados del empaquetado en

un tiempo de dos horas, realizadas en tres días, cuya

producción es de un promedio de 1100 cajas por día.

Tabla 11. Resultados en la producción manual.

Fecha Hora Producción

15/09/2014 2H 1000 Cajas

16/09/2014 2H 1200 Cajas

17/09/2014 2H 1100 Cajas

27



Resultado 2: Con la máquina a baja velocidad, se

cronometró el tiempo de dos segundos en salir el producto

terminado, si la máquina trabaja dos horas se va a

empaquetar un total de 3600 cajas (Tabla 2).

Tabla 22. Resultados en la producción automatizada. Fecha Hora Producción

15/09/2014 2H 3600 Cajas

16/09/2014 2H 3580 Cajas

17/09/2014 2H 3590 Cajas

La Figura 7 muestra que al final se cumplió con todas las

necesidades de automatización, cumpliendo con los

requerimientos del usuario, mejorando la calidad del producto

y obteniendo un excelente empaquetado de blísters.

Figura 7. Porcentaje de mejora del producto

4. CONCLUSIONES

El sistema permitió incorporar al proceso un autómata, interfaz

gráfica, transductores y salidas que permiten un mayor control

en el proceso de empaquetado.

El principal beneficio, derivado del uso de estos sistemas, es

la disminución del tiempo en el proceso de empaquetado,

dando como resultado un aumento en la producción, en

comparación a la forma manual.

La implementación del sistema permitió mejorar el

rendimiento del empaquetado en un 300 % aproximadamente.

Con esta automatización se mejoró la calidad del sistema de

empaquetado, y con las herramientas de programación del Tía

Portal se controló la toma de caja logrando que el proceso sea

más seguro.

Recomendaciones

Si el cliente requiere el proceso de ingreso de recetas en cada

caja, se programó todo este proceso. Solo se tiene que revisar

los planos e instalar en las entradas especificadas.

Para mejorar el sistema de empaquetado, quedan disponibles

entradas y se las puede utilizar para el control de un scanner,

para que imprima en cada caja la fecha de caducidad del

producto.

REFERENCIAS

Vallejo H., “PLC controladores programables” [En línea].

Disponible en: http:// www.todopic.es/utiles/plc.pdf. [Último

acceso 12 de mayo de 2015]

Danilles S. y Custodio A. (2010), Programación a distancia

del PLC Simatic S7-300 para realizar prácticas virtuales en

ingeniería. UNEXPO, Venezuela.

Cuesta, D. (2013), Automatización de una línea de lavado

para papa criolla. Universidad de la Salle, Colombia.

Ludeña, A. (2013), Diseño e implementación de un sistema

automatizado para la cortadora rebobinadora ksc-140.

Universidad de la Fuerzas Armadas ESPE Sangolquí,

Ecuador.

Rodríguez F. (2012), Automatización de una planta de

fabricación de arroz con leche. Universidad de A Coruña,

España.

Vilaboa F. (2004), Gestión de la automatización de plantas

industriales en Chile. U.T.A. (CHILE), VOL. 12 Nº1, 2004,

pp. 33-41.

BIOGRAFÍA

María José Molina Araujo, nació en

Latacunga un 18 de noviembre de

1989, su educación primaria la realizó

en la Escuela Fiscal de niñas “Elvira

Ortega”, sus estudios secundarios en

el “Instituto Tecnológico Superior

Victoria Vásconez Cuvi” y su

educación superior la realizó en la

“Universidad Técnica de Ambato”, obteniendo el Título de

Ingeniera en Electrónica y Comunicaciones. Su experiencia

laboral la inicio en INDUMATIC, actualmente trabaja como

Ingeniera de Proyectos en la Empresa INSE3 Eficiencia

Energética.

28

Evaluación de la Disminución del Depósito de Parafinas Empleando Modificadores de Cristales en Petróleo Liviano.


[email protected];




11. INTRODUCCIÓN

Los crudos parafínicos poseen estructuras de elevado peso

molecular, entre ellas las ceras o parafinas que tienen más de

16 carbonos (Outlaw y Ye, 2011). Las parafinas a temperaturas

inferiores a la de enturbiamiento o temperatura de aparición de

cera (W.A.T. por sus siglas en inglés) cristalizan y pueden

depositarse en la superficie de las líneas de transporte de crudo

lo que causa un bloqueo parcial o total de la tubería, la

remoción de estos sólidos involucra grandes gastos

económicos (Correra, Fasano, Fusi y Primicerio, 2006).

Estudios desarrollados por Paso y Fogler (2004), señalan que

los descensos de temperatura ambiental favorecen la

formación de depósitos de parafinas que reducen el diámetro

interno del ducto y generan aumento de presión en equipos de

bombeo y en casos extremos taponamiento de la tubería. El

mecanismo de deposición de un cristal de cera sobre

superficies frías a temperaturas inferiores a la de

enturbiamiento se da en tres fases: formación de un núcleo de

Evaluación de la Disminución del Depósito de Parafinas Empleando

Modificadores de Cristales en Petróleo Liviano.

Heredia, Francisco1; Vera, Edwin1; Guzmán-Beckmann, Liliana1 1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria, Quito, Ecuador

Resumen: La presencia de depósitos de parafinas en las paredes de tuberías de transporte de crudo puede ocasionar

pérdidas de producción de petróleo debido al bloqueo parcial o total que estos pueden causar, la posibilidad de

prevenir la formación de incrustaciones es importante para la industria petrolera. En esta investigación se evaluó

mediante el método del dedo frío la relación del perfil de temperatura de la capa límite térmica (formada entre una

superficie fría y el crudo caliente) con la cantidad obtenida de depósitos, la eficiencia de cuatro modificadores de

cristales (M.C.) y la severidad de los depósitos de parafinas. El equipo dedo frío se construyó en los laboratorios de

la Escuela Politécnica Nacional. Se trabajó con petróleo proporcionado por Tecpetrol, empresa operadora del Bloque

49 de la Amazonía Ecuatoriana, al caracterizar este crudo se determinó que tiene 31,2 ºAPI y una temperatura de

enturbiamiento de 28,7 ºC. Los resultados de la investigación fueron obtenidos al mantener la temperatura de la

muestra de crudo a 60,0 ºC y temperaturas de la pared fría de 20,0 ºC y 12,0 ºC. La reducción de la temperatura de la

superficie fría ocasionó una mayor región a temperatura inferior a la de enturbiamiento que favoreció el aumento de

la cantidad de depósitos. El incremento de la velocidad inicial de deposición debido a la reducción de temperatura

fue de 4,1×10-3 g/cm2×h a 4,9×10-3 g/cm2×h. El M.C.2 a 3.000 ppm en 100 mL de crudo deshidratado alcanzó

eficiencias en la reducción de los depósitos superiores al 90,0 %.

Palabras clave: depósitos de parafinas, inhibidores de parafinas, eficiencia del modificador de cristal, dedo frío.

Paraffin Deposit Decrease Evaluation Using Crystal Modifiers in

Light Crude Oil.

Abstract: Paraffin deposits on the oil transport tubing surface can produce losses due to partial or total blocking of

the pipes. The possibility of preventing the scurf appearance is of interest to oil industry. This research evaluates the

relationship between the thermic boundary layer temperature profile (border between a cold surface and the hot oil)

and the amount of deposits using the cold finger method. As well, it evaluates four crystal modifyers (C.M.) efficiency

and their effects on the paraffin deposits. Cold finger equipment was built at Escuela Politécnica Nacional University.

And, the oil was obtained from Tecpetrol (an oil enterprise) which operates at Bloque 49 in the amazon region of

Ecuador. This oil measured 31,2 °API and a cloud point of 28,7 °C. The experiments with the cold finger were

obtained maintaining the sample oil at 60,0 °C and the cold surface either at 20,0 °C or 12,0 °C. The low temperature

of the cold finger surface generated a region where the temperature was lower than the cloud point which stimulated

the increase of the amount of paraffins deposited. The low temperature increased the initial deposit velocity from

4,1×10-3 g/cm2×h to 4,9×10-3 g/cm2×h. The most efficient method was C.M.2. at 3.000 ppm over 100 mL of oil

reaching a deposit reduction efficiency more than 90,0 %.

Keywords: paraffin deposition, paraffin inhibitors, crystal modifier efficiency, cold finger.

29



Heredia Francisco; Vera Edwin; Guzmán-Beckmann Liliana


cristal de parafina; crecimiento del cristal de parafina con

moléculas que precipitan y se agrupan alrededor del núcleo y

deposición sobre tuberías y equipos de producción (Zhang et

al., 2014). La deposición de ceras es dependiente de:

temperatura del crudo, temperatura de la pared de la tubería,

velocidad a la cual circula el petróleo por la tubería, tiempo de

residencia, concentración de ceras y rugosidad del ducto

(Lashkarbolooki, Esmaeilzadeh, y Mowla, 2011). Compañías

petroleras que extraen crudo alejados de la costa y en aguas

profundas, debido a las bajas temperaturas del ambiente

requieren predecir la severidad de los depósitos de ceras

durante la etapa de producción.

Existen diversos métodos convencionales de control de

parafinas: el método mecánico consiste en la remoción de

sólidos con el uso de raspadores, es económicamente accesible

pero puede generar taponamientos al momento de la limpieza

por la acumulación de la cera. El método operacional consiste

en trabajar a un máximo caudal, lo cual permitirá la remoción

de las ceras blandas ubicadas en la superficie de los depósitos

pero no así de las parafinas duras firmemente adheridas a la

superficie de la tubería, con lo que la remoción será más

compleja a futuro. El método térmico consiste en la inyección

de fluidos calientes que generan la fusión de las parafinas

depositadas. El tratamiento químico requiere una inyección

continua de inhibidores de depósitos de parafinas, que impiden

la deposición de ceras. (Candelo y Carvajal, 2010).

De manera general, los inhibidores de parafinas se clasifican

en: solventes, dispersantes y modificadores de cristales.

Los solventes son añadidos para devolver la solubilidad al

petróleo que pudo haber perdido debido al escape de los gases

disueltos o la disminución de la temperatura. Los dispersantes

mantienen separadas las partículas de parafina en el crudo

manteniéndolas en movimiento con el fluido, también actúan

removiendo depósitos (Lashkarbolooki et al., 2011).

Los modificadores de cristales son compuestos poliméricos

constituidos por una o más cadenas de hidrocarburos similares

a una cera, estos presentan una porción polar en su estructura.

Estas moléculas co-precipitan o co-cristalizan con las

parafinas al ocupar su posición en el enlace en lugar de las

ceras, lo que genera un impedimento estérico que interfiere

con el crecimiento de los cristales de cera, lo que permite

reducir su capacidad de formar una red cristalina (Wei B,

2015). Entre los principales polímeros evaluados como

modificadores de cristales desarrollados y patentados por

empresas prestadoras de servicios se tiene el polietileno, co-

polímero de ésteres, co-polimero de etilen vinil acetato

(E.V.A), poliacrilatos entre los más comunes e investigados

(Lashkarbolooki et al., 2011).

El método del dedo frío (Cold Finger) es usado generalmente

como prueba de laboratorio para evaluar la severidad de los

depósitos de parafinas y determinar el desempeño de químicos

modificadores de cristales que inhiben la formación de estos

depósitos sobre la superficie fría (Paso y Fogler, 2004).

Investigaciones desarrolladas por Jennings y Weispfennig

(2005), emplearon el equipo dedo frío para determinar el

efecto de la agitación y la temperatura de la muestra de crudo

sobre la cantidad de depósitos obtenidos en una superficie fría,

la técnica presenta facilidad para ser empleada, es fiable para

la detección del rendimiento de los modificadores de cristales

y requiere de poca muestra para el análisis.

Investigaciones desarrolladas por Bello, Fasesan, Teodoriu y

Reinicke (2006) y Weispfennig (2001) evaluaron diferentes

composiciones de inhibidores de ceras en el control del

depósito de parafinas mediante el equipo dedo frío. Las

variables de respuesta obtenidas para una muestra de petróleo

con y sin inhibidores de cera fueron la variación en la

velocidad de los depósitos sobre una superficie fría y la

eficiencia de las diversas concentraciones y composiciones de

inhibidores en la reducción de los depósitos.

En el presente estudio se evaluó el diseño y construcción del

equipo dedo frío, la influencia de los mecanismos de

transferencia de calor sobre una superficie fría en la cantidad

de depósitos, la eficiencia de cuatro productos modificadores

de cristal añadidos a diversas concentraciones, la reducción de

la cantidad de sólidos adheridos sobre una superficie y la

severidad de los depósitos con base a la velocidad de

deposición sobre superficies frías.

2. METODOLOGÍA

A partir de la caracterización de las propiedades físicas del

crudo, se realizó la evaluación teórica de la transferencia de

calor entre la superficie fría del dispositivo dedo frío y la

muestra de crudo caliente, los resultados permitieron el

dimensionamiento de los componentes del equipo. Los

componentes que conforman el equipo dedo frío se

esquematizan en la Figura 1 que consta básicamente de:

sondas o dispositivo dedo frío, baño termostático, sistema de

refrigeración y sistema de agitación magnética.

Con el equipo en funcionamiento se procedió a evaluar

experimentalmente los mecanismos de transferencia de calor

presentes sobre la superficie, la acción de los modificadores de

cristales a diferentes concentraciones y diferenciales de

temperatura (∆T); entre el baño termostático y el dedo frío y

se determinó experimentalmente la severidad de los depósitos.

El crudo utilizado para el estudio representó el bombeo de la

producción diaria del Bloque 49 (Campo Bermejo), que se

encuentra ubicado a una altitud que varía de 460 a 980 metros

sobre el nivel del mar (m.s.n.m), el campo presenta bajas

temperaturas respecto a otros campos del oriente y extrae

petróleo de alto grado API, ambos factores pueden influir de

manera directa en el depósito de las parafinas presentes en el

petróleo.

2.1 Caracterización de la muestra de crudo

Se tomaron 3 muestras en la estación de bombeo del Bloque

49, según la Norma NTE INEN 930 (1982) Muestreo de

petróleo crudo y sus derivados.

La investigación se desarrolló con un crudo deshidratado cuyo

contenido de agua y sedimentos (B.S.&W)

30



Figura 1. Representación esquemática del equipo dedo frío construido.

fue determinado mediante la Norma ASTM D 4007 (2013).

Se determinó la densidad API y viscosidad cinemática con

base en las normas ASTM D 1298 (1999) y la Norma ASTM

D 445 (1970) respectivamente, estos valores fueron usados

para el cálculo y evaluación de los modelos matemáticos

obtenidos de la transferencia de calor propuestos por Correra

et al. (2006).

Con base en trabajos previamente realizados por Coto, Martos,

Espada, Robustillo, y Peña (2014) se determinó la temperatura

de enturbiamiento mediante calorimetría diferencial de barrido

(D.S.C). Los parámetros de operación del D.S.C fueron:

calentamiento de 20,0 ºC a 80,0 ºC a 3,0 ºC/min, con la

finalidad de disolver los sólidos presentes. Posteriormente la

muestra fue enfriada desde 80,0 ºC a -80,0 ºC a 3,0 ºC/min.

Outlaw y Ye (2011) y Greño (2008) señalan que el

termograma representa el flujo de calor debido a la

precipitación de los cristales de cera observado mediante la

formación de un pico exotérmico durante la fase de

enfriamiento.

Se estableció el punto de escurrimiento según la Norma ASTM

D 97 (2005), parámetro que permitió evaluar la temperatura a

la cual el crudo deja de fluir de manera natural debido a la

solidificación de los depósitos de parafina (Coto et al., 2014).

Se determinó la concentración total de ceras en la muestra

mediante la Norma DIN EN 12606 (2007) y el contenido de

asfaltenos con base a la Norma ASTM D 3279 (2007). Huang

et al. (2015) resaltan la importancia de conocer la composición

del crudo debido a la influencia que representa la

concentración de parafinas y asfaltenos sobre la cantidad de

los depósitos obtenidos y el riesgo potencial que significan en

el transporte del crudo.

2.2 Dimensionamiento del dispositivo dedo frío.

El equipo fue dimensionado para contener un conjunto de

sondas sumergidas de manera simultánea en recipientes de

vidrio de 100 mL que contienen la muestra de crudo. Jennings

y Weispfennig (2005) señalan que el equipo deberá

calentar las muestras de crudo a temperaturas cercanas a las de

producción mediante el baño termostático. El sistema de

refrigeración, que mantiene a la temperatura deseada las

paredes de los dispositivos, se encuentra interconectado a una

bomba de recirculación de caudal regulable que permite el

flujo constante del fluido refrigerante (agua de enfriamiento).

El agitador magnético reduce el tiempo requerido para obtener

los depósitos de cera.

Variación de la temperatura del agua al interior del

dispositivo dedo frío.

Con la finalidad de mantener constante la temperatura de la

superficie de la sonda, se evaluó la variación de la temperatura

del agua de refrigeración que circula al interior del equipo de

dedo frío. Se consideró la convección del fluido que transitó al

interior del dispositivo, la conductividad térmica del dedo frío,

el espesor del material empleado como sonda y la convección

producida por el crudo agitado, variables representadas en la

Figura 2 y usadas en la Ecuación 1, que constituyen el

coeficiente global de transferencia de calor (Yunus y Afshin,

2011); la Ecuación 2 representa la temperatura media del

fluido evaluada a la entrada y salida de la sonda. Del balance

de energía realizado al sistema se obtuvo la Ecuación 4 (Yunus

y Afshin, 2011).

Figura 2. Representación del funcionamiento del dispositivo dedo frío

31



𝑈 =1

1

ℎ𝐻2𝑂+

𝑒

𝑘𝑑𝑓+

1

ℎ𝑐𝑟

(1)

𝑇𝐻2𝑂 =

𝑇𝐻2𝑂𝑒+𝑇𝐻2𝑂𝑠

2 (2)

∆𝑇𝐻2𝑂 = 𝑇𝐻2𝑂𝑠 − 𝑇𝐻2𝑂𝑒 (3)

𝑈 ∗ 𝐴𝑐𝑖𝑙 ∗ (𝑇𝑐𝑟 − 𝑇𝐻2𝑂 ) = 𝐻2𝑂 ∗ 𝑐𝑝𝐻2𝑂 ∗ ∆𝑇𝐻2𝑂 (4)

Al reemplazar las Ecuaciones 2 y 3 en la Ecuación 4 se obtiene

la Ecuación 5 que representa el valor de la temperatura de

salida del agua (𝑇𝐻2𝑂𝑠) que circula al interior del dispositivo

dedo frío.

𝑇𝐻2𝑂𝑠 =𝑈∗𝐴𝑐𝑖𝑙∗(𝑇𝑐𝑟−

𝑇𝐻2𝑂𝑒

2)+𝑇𝐻2𝑂𝑒∗𝐻2𝑂∗𝑐𝑝𝐻2𝑂

𝐻2𝑂∗𝑐𝑝𝐻2𝑂+𝑈∗𝐴𝑐𝑖𝑙

2

(5)

Donde:

𝑈: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟

ℎ𝐻2𝑂: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑒: 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑑𝑜 𝑓𝑟í𝑜

𝑘𝑑𝑓: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑑𝑜 𝑓𝑟í𝑜

ℎ𝑐𝑟: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

𝑇𝐻2𝑂 : 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑇𝐻2𝑂𝑒: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑇𝐻2𝑂𝑠: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝐴𝑐𝑖𝑙: á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 − 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑇𝑐𝑟: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜.

𝐻2𝑂: 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑐𝑝𝐻2𝑂: 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

∆𝑇𝐻2𝑂: 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

Para determinar el coeficiente global de transferencia de calor,

se determinó previamente el coeficiente de convección del

agua que circula al interior del dedo frío, para lo cual se

consideró al dispositivo como un anillo de tubos concéntricos

formado por la sonda interna por la cual ingresa el fluido y la

superficie interna del dedo frío. El número de Reynolds

expresado en la Ecuación 6 permitió determinar las

condiciones de flujo al interior del dedo frío, se consideró el

flujo de calor a través de la sección anular, por lo que se trabajó

con el diámetro hidráulico y velocidad media representados en

la Ecuación 7 y Ecuación 8 respectivamente (Yunus y Afshin,

2011).

𝑅𝑒𝐻2𝑂 =𝜌𝐻2𝑂∗𝑉𝑚∗𝐷ℎ

𝜇𝐻2𝑂 (6)

𝐷ℎ = 𝐷𝑒 − 𝐷𝑖 (7)

𝑉𝑚 =

𝜌𝐻2𝑂∗𝐴𝑡 (8)

Donde:

𝑅𝑒𝐻2𝑂: 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑦𝑛𝑜𝑙𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎

𝜌𝐻2𝑂: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑉𝑚: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝐷ℎ: 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜

𝜇𝐻2𝑂: 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝐷𝑒: 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑑𝑜 𝑓𝑟í𝑜

𝐷𝑖: 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝐴𝑡: á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑦𝑒 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

Con el número de Reynolds y la relación entre el diámetro

interno y externo del anillo de tubos concéntricos, se estableció

de bibliografía (Yunus y Afshin, 2011) el número de Nusselt

correspondiente. La Ecuación 9 permitió determinar el

coeficiente de convección del agua que circula a través de la

sección anular del dispositivo, a partir del número de Nusselt,

coeficiente de conducción del agua y el diámetro hidráulico.

ℎ𝑒𝐻2𝑂=

𝑁𝑢𝑒∗𝑘𝐻2𝑂

𝐷ℎ (9)

Donde:

ℎ𝑒𝐻2𝑂: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑑𝑜 𝑓𝑟í𝑜

𝑁𝑢𝑒: 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑁𝑢𝑠𝑠𝑒𝑙𝑡

𝑘𝐻2𝑂 : 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

Para el cálculo del coeficiente de convección del crudo,

trabajos realizados por Correra et al. (2006), determinaron la

Ecuación 10 que representa el coeficiente de convección del

crudo alrededor del dedo frío como función de la velocidad

angular del agitador magnético y los radios del dedo frío y el

recipiente contendor de muestra.

ℎ𝑐𝑟 =𝑘𝑐𝑟

𝑅𝑒𝑑𝑓1−𝑚 ∗ (

𝜌𝑐𝑟∗𝜔∗(𝑅𝑖𝑏−𝑅𝑒𝑑𝑓)

2∗𝜇𝑐𝑟)

𝑚

(10)

𝑚 = 0,628

𝑅𝑖𝑏 = 2,40 𝑐𝑚

Donde:

𝑘𝑐𝑟: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜. 𝜌𝑐𝑟: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

𝜔: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑔𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑜

𝑅𝑖𝑏: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎. 𝑅𝑒𝑑𝑓

: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑑𝑜 𝑓𝑟í𝑜.

𝜇𝑐𝑟: 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜. 𝑚: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛.

Para evaluar la transferencia de calor por conducción presente

en el dispositivo dedo frío, se consideró el espesor y el

coeficiente de conducción del material empleado, los valores

fueron usados en el cálculo del coeficiente global de

transferencia de calor representado en la Ecuación 1.

La Ecuación 11 representa el balance de energía realizado al

volumen de agua del baño termostático que contiene las

muestras de crudo. El cálculo de la potencia requerida por el

sistema de calentamiento fue realizado al emplear la Ecuación

12.

∆𝐻 = 𝑚𝐻2𝑂 ∗ 𝑐𝑝𝐻2𝑂 ∗ ∆𝑇𝑏𝑡 (11)

𝑁 =∆𝐻

𝑡 (12)

Donde:

32



∆𝐻: 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑏𝑎ñ𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜. ∆𝑇𝑏𝑡: 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑏𝑎ñ𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜

𝑚𝐻2𝑂: 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑏𝑎ñ𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜

𝑁: 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑡: 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎

El material seleccionado para la construcción del dispositivo

dedo frío fue el AISI 304, debido a su alto coeficiente de

conducción térmica (𝑘𝑑𝑓) de 14,7 W/m*K que favorece la

transferencia de calor. El espesor del dispositivo es el mínimo

encontrado a nivel comercial que permite mantener el área de

transferencia de calor casi constante. Las dimensiones de la

sonda se fijaron con base al recipiente de vidrio, para mantener

el contacto con la muestra de crudo y permitir la agitación

magnética. Las medidas empleadas son: espesor (𝑒) 1,00 mm,

diámetro externo (2 ∗ 𝑅𝑒𝑑𝑓) 1,45 cm y longitud promedio de

contacto con el crudo 5,20 cm. El flujo másico (𝐻2𝑂)

entregado a cada sonda sumergida en las muestras es de 4

kg/min. El fluido es suministrado por una bomba de ¼ de H.P

a cada uno de los dedos fríos. Los agitadores magnéticos

operan a una velocidad angular (𝜔) de 500 rpm.

Para determinar la temperatura de salida (𝑇𝐻2𝑂𝑠) del fluido que

circula al interior del dedo frío de material AISI 304, se empleó

la Ecuación 5. Los resultados reflejaron que para las

condiciones en las cuales la temperatura de entrada es de 20ºC

y 12ºC y la temperatura del crudo de 60 ºC, el incremento de

temperatura entre la entrada y la salida del agua es menor a una

décima de grado centígrado. Este resultado muestra que el

equipo diseñado permite mantener la temperatura de la

superficie fría y trabajar simultáneamente con cuatro sondas o

más.

Para determinar la potencia de calentamiento del equipo se

calculó la cantidad de energía requerida para incrementar la

temperatura (∆𝑇𝑏𝑡) desde 20,0 hasta 80,0 ºC a una masa de

agua (𝑚𝐻2𝑂) de 10 kg, contenidos por el baño termostático

para mantener las muestras sumergidas. La energía (∆𝐻 ) fue

de 2.512,2 kJ, valor calculado mediante la Ecuación 11. El

tiempo (𝑡) requerido para alcanzar la temperatura deseada se

fijó en 30 min debido a que el tiempo mínimo de un ensayo

para evaluar los modificadores de cristal es de 10 h. Por lo

tanto la potencia (𝑁) requerida por la resistencia para alcanzar

el calentamiento en un periodo de 30 min fue de 1.395 W,

valor calculado mediante la Ecuación 12.

2.3 Transferencia de calor sobre la superficie externa del

dedo frío

La existencia de una capa límite térmica descrita por Correra

et al. (2006) y representada en la Figura 3, se debe al

diferencial de temperatura entre el flujo libre del crudo y la

superficie del dispositivo dedo frío.

Espesor de la capa límite

Los mecanismos de transferencia de calor presentes entre la

capa límite y la muestra de crudo agitado son por conducción

y convección respectivamente. Ambos flujos de calor son

iguales debido a que se trabaja en estado estacionario. Con

base en el desarrollo del balance de energía se obtuvo la

Ecuación 13, que permitió determinar el radio de la capa límite

que se representa en la Ecuación 14. El espesor de la capa

límite corresponde a la diferencia entre el radio de la capa

límite y el radio externo del dedo frío mostrados en la Figura

3 y representado matemáticamente en la Ecuación 15.

Figura 3. Representación del perfil de temperatura en la capa límite térmica

ℎ𝑐𝑟 ∗ 𝐴𝑐𝑖𝑙 ∗ (𝑇𝑐𝑟 − 𝑇𝑃𝑀𝑒) =

𝑇𝑐𝑟−𝑇𝑃𝑀𝑒

𝑙𝑛(𝑅𝑐𝑙

𝑅𝑒𝑑𝑓)

𝐴𝑐𝑖𝑙∗𝑘𝑐𝑟

(13)

𝑅𝑐𝑙 = 𝑅𝑒𝑑𝑓 ∗ 𝑒(

𝑘𝑐𝑟ℎ𝑐𝑟∗𝑅𝑒𝑑𝑓

) (14)

𝑒𝑐𝑙 = 𝑅𝑐𝑙 − 𝑅𝑒𝑑𝑓 (15)

Donde:

𝑇𝑃𝑀𝑒 : 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑚𝑒𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎. 𝑅𝑐𝑙: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒. 𝑒𝑐𝑙: 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒

Perfil de temperatura de la capa límite

La Ecuación 16 representa el perfil de temperatura a través de

la capa límite de geometría cilíndrica formada por el dedo frío.

Se asumió que la temperatura de la pared metálica externa del

dedo frío es igual a la temperatura de entrada del fluido

refrigerante Correra et al. (2006).

𝑇(𝑟𝑐𝑙) = 𝑇𝑃𝑀𝑒 +𝑇𝑐𝑟−𝑇𝑃𝑀𝑒

𝑙𝑛(𝑅𝑐𝑙

𝑅𝑒𝑑𝑓)

∗ 𝑙𝑛 (𝑟𝑐𝑙

𝑅𝑒𝑑𝑓) (16)

Donde:

𝑇𝑟𝑐𝑙 : 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎 𝑙𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒. 𝑟𝑐𝑙 : 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑎 𝑙𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒.

2.4 Evaluación de los modificadores de cristales con

respecto a los depósitos hallados en el dedo frío.

El diseño experimental seleccionado para la evaluación fue

factorial mixto aleatorio con una repetición. Las tres variables

de diseño fueron cuatro productos modificadores de cristales

comerciales identificados como: M.C.1, M.C.2, M.C.3 y

M.C.4, cuatro concentraciones diferentes de cada producto y

dos diferenciales de temperatura entre la pared fría de la sonda

33



y la muestra de crudo, se mantiene constante la temperatura de

la muestra de petróleo.

Antes de cada ensayo la muestra fue previamente agitada y

calentada en el baño termostático durante un periodo de 2 h a

40,0 ºC sobre la temperatura de enturbiamiento determinada

en la caracterización. Pedersen y Rønningsen (2000) señalan

que el precalentamiento permite borrar el historial térmico por

el cual ha pasado el petróleo y fundir todos los cristales

presentes. Se trabajó con una agitación rotacional de 500 rpm

según lo recomendado por Weispfennig (2001).

Posteriormente, se realizó la adición del modificador de

cristales al crudo y se mantuvo durante 30 minutos adicionales

en agitación y calentamiento. Luego, se sumergieron los

dispositivos dedo frío en la muestra y se inició la circulación

del agua de enfriamiento.

Los cuatro tipos de modificadores de cristales se dosificaron

en 100 mL de crudo a concentraciones de 500 ppm, 1.000 ppm,

1.500 ppm y 3.000 ppm (Coto et al., 2014).

En el presente ensayo, se mantuvo durante 8 horas las sondas

sumergidas. Resultados reportados por Weispfennig (2001)

indican que en este periodo se obtiene suficiente cantidad de

depósitos. A continuación, según lo recomendado por

Lashkarbolooki et al. (2011), se retiraron los dispositivos del

equipo y se lavaron con metil etil cetona.

La variable de respuesta para evaluar los productos

modificadores de cristal fue el peso de los depósitos presentes

en el área de contacto. Estos consisten de parafinas adheridas

a la superficie metálica y el crudo contenido al interior de su

lecho poroso (Weispfennig, 2001). En estudios desarrollados

por Bello et al. (2006), se obtiene la eficiencia de los

tratamientos químicos mediante la Ecuación 17.

𝐸. 𝑀. 𝐶. =𝑃𝐵−𝑃𝑄

𝑃𝐵∗ 100 (17)

Donde:

𝐸. 𝑀. 𝐶: 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠. 𝑃𝐵: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜𝑠 sin 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑀. 𝐶. 𝑃𝑄: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑀. 𝐶.

2.5 Determinación de la cinética de los depósitos entre la

superficie fría y la muestra de crudo

La velocidad de los depósitos representa la cantidad de sólidos

adheridos sobre un área de contacto en un periodo de tiempo.

(Weispfennig, 2001).

Se determinó experimentalmente para la muestra la velocidad

de los depósitos de los blancos (muestra sin modificadores de

cristales) y del mejor tratamiento para cada diferencial de

temperatura. Se sumergió, simultáneamente, las sondas en los

recipientes contenedores de muestra durante periodos de 2, 4,

6 y 8 h. Posterior a cada periodo, se retiraron los dispositivos

y se lavaron con metil etil cetona.


Los resultados de la investigación ampliaron el conocimiento

de las características del petróleo, los componentes del equipo

dedo frío, la influencia de la transferencia de calor sobre una

superficie fría en la formación de los depósitos, la eficiencia

de los modificadores de cristal para inhibir la deposición y la

velocidad con que se adhieren los cristales.

3.1 Caracterización de la muestra de crudo

La muestra de petróleo deshidratado presentó una gravedad

API de 31,2 º ± 0,1 a 15,5 ºC, considerándose un petróleo

liviano, el contenido de agua y sedimentos fue de 0,6 %, la

viscosidad cinemática fue de 15,69 ± 7,2×10-3 cSt a 40,0 ºC,

resultado que guarda relación con su grado API, e influye en

el coeficiente de convección del fluido de acuerdo a lo

planteado por Correra et al. (2006). Se obtuvo un valor de 28,7

ºC para la temperatura de enturbiamiento y –18,0 ºC para la de

escurrimiento. El contenido de parafinas fue de 2,25 % y el

contenido de asfaltenos fue de 2,56%, determinado con n-

Pentano. Publicaciones presentadas por Huang et al. (2015)

señalan que crudos con más del 2,00 % de contenido de

parafinas y temperatura de enturbiamiento superior a 4,0 ºC

podrían presentar riesgo de deposición de ceras.

Los resultados de esta caracterización para el crudo del campo

Bermejo, indican que los problemas de depósitos son: la

precipitación de ceras en tuberías y la formación de depósitos

en el tanque de lavado de una interfase de sólidos (cristales de

cera) entre el crudo y agua, podrían estar asociados a la

cristalización de las parafinas. Estos comportamientos se

producen a temperaturas inferiores a la temperatura de

enturbiamiento de 28,7 ºC obtenida por D.S.C.

3.2 Evaluación de la transferencia de calor sobre la superficie

externa del dedo frío

Para el análisis matemático de los mecanismos de

transferencia de calor se trabajó a la temperatura del crudo,

60,0 ºC y temperatura del agua de refrigeración que circula por

el dedo frío a 20,0 y 12,0 ºC. Se emplearon estos valores ya

que Correra, Fusi, Primicerio, y Rosso (2007) y Weispfennig

(2001) señalan que se requiere trabajar a temperaturas

inferiores a la de enturbiamiento obtenida por D.S.C.

Figura 4. Espesor de la capa límite térmica en función de la agitación.

34



La Figura 4 obtenida a partir de las Ecuaciones 10, 14 y 15 a

diversas velocidades angulares, muestra que conforme

aumenta la agitación, existe una reducción del espesor de la

capa límite. Lo que incrementa la transferencia de calor entre

la muestra y la superficie metálica. El espesor de la capa límite

(𝑒𝑐𝑙) obtenido a 500 rpm fue de 0,25 mm.

Jennings y Weispfennig (2005) demuestran que al trabajar con

una agitación de 500 rpm se favorece la obtención de la mayor

cantidad de depósitos, debido al menor desprendimiento del

crudo contenido en el lecho poroso de los depósitos de

parafina.

La Figura 5 representa el perfil de temperatura en la capa límite

obtenido a partir de la Ecuación 16, para las condiciones

experimentales ∆T=40,0 ºC y ∆T=48,0 ºC. La reducción en la

temperatura de pared fría en 8,0 ºC generó un incremento de

casi el doble del espesor de la región a temperaturas inferiores

a la de enturbiamiento, lo que puede ocasionar una mayor

cantidad de depósitos sobre superficies frías.

Figura 5. Perfil de temperatura dentro de la capa límite a 500 rpm.

3.3 Evaluación de los modificadores de cristales con respecto

a los depósitos hallados en el dedo frío

La cantidad de depósitos hallados en la superficie metálica

permitió valorar la eficiencia de los cuatro modificadores de

cristales a concentraciones de: 500, 1.000, 1.500 y 3.000 ppm.

Para el desarrollo experimental las temperaturas del agua de

enfriamiento dentro de la sonda metálica fueron de 12,0 y 20,0

ºC; se mantuvo constante la temperatura del crudo a 60,0 ºC.

Bajo estas condiciones se obtuvieron los siguientes resultados.

Los depósitos obtenidos de las muestras sin adición de

modificadores de cristales y para los tratamientos químicos

con los productos M.C1, M.C.3 y M.C.4 fueron visualmente

similares a un gel, a diferencia de los encontrados con el

tratamiento químico del M.C.2 que presentaron firmeza y

uniformidad.

Las características físicas de los depósitos obtenidos con la

adición del M.C.2 a la muestra de crudo mostrados en la Figura

6, revelaron que a un ∆T=40,0 ºC existió menor cantidad de

depósitos y una capa de sólidos adheridos menos gruesa que

los hallados a ∆T=48,0 ºC. Hoffmann y Amundsen (2013)

reportan observaciones similares en su equipo de flujo

continuo cuyo principio de funcionamiento es similar al dedo

frío.

Figura 6. Depósitos de cera del crudo tratado con el M.C.2 a ∆T=40,0 ºC

(superior) y ∆T=48,0 ºC (inferior) luego de 8 h de ensayo a 500 rpm.

La Figura 7 indica los resultados de los ensayos realizados a

∆T=40,0 ºC. Sin adición de modificadores de cristales

(concentración 0 ppm) se obtuvo una masa promedio de los

depósitos de 1,55×10-2 ± 0,017 g/cm2. Los productos M.C.1,

M.C.3 y M.C.4 a concentración de 3.000 ppm lograron

eficiencias en la reducción de los depósitos de alrededor de un

48,0; 25,0; y 40,6 % respectivamente. El M.C.2 disminuyó los

depósitos en 90,6 %; fue el único que inhibió prácticamente en

su totalidad la deposición.

Figura 7. Promedio de la masa de los depósitos vs concentración a

∆T=40,0ºC luego de 8 h de ensayo a 500 rpm.

La Figura 8 muestra los resultados de los ensayos realizados a

∆T=48,0 ºC. Se evidenció un aumento en la masa promedio de

los depósitos de la muestra sin adición de inhibidor a

1,92×10-2 ± 0,017 g/cm2, un incremento similar se obtuvo para

0 ppm 500ppm 1000 ppm 1500 ppm 3000 ppm

0 ppm 500ppm 1000 ppm 1500 ppm 3000 ppm

35



todos los tratamientos. Estudios realizados por Jennings y

Weispfennig (2005) reportan un comportamiento análogo.

Los productos M.C.1, M.C.3 y M.C.4 a concentraciones de

3.000 ppm redujeron los depósitos en 16,0%; 15,5% y 5,6 %

respectivamente, eficiencia inferior a la obtenida para

∆T=40,0 ºC. El M.C.2 disminuyó los depósitos en un 93,5 %

a 3.000 ppm y fue el único que inhibió prácticamente en su

totalidad la deposición.

Figura 8. Promedio de la masa de los depósitos vs concentración a

∆T=48,0ºC luego de 8 h de ensayo a 500 rpm.

Los incrementos de las cantidades depositadas obtenidas

experimentalmente debido a la disminución de la temperatura

de superficie mostrados en la Figura 9 (superior), concuerdan

con los resultados matemáticos de las Ecuaciones 14, 15 y 16

planteadas y representadas en la Figura 5 donde existió un

aumento de la región fría que facilitó la cristalización de las

ceras. La Figura 9 (superior) muestra una diferencia

estadísticamente significativa (P < 0,05) entre la cantidad de

depósitos obtenidos a ∆T=40,0 ºC de 0,010 ± 2,38×10-3 g/cm2

con respecto a 0,016 ± 2,38×10-3 g/cm2 para ∆T=48,0 ºC.

Los resultados obtenidos matemáticamente y

experimentalmente muestran que la reducción de la

temperatura de la superficie en contacto con el crudo influye

significativamente en la cantidad de sólidos que se adhieren al

interior de la tubería. Dubey, Chi, y Daraboina (2017) obtienen

aumentos en depósitos de parafinas cuatro veces mayores al

elevar la temperatura en tan solo 6ºC. Los investigadores

demuestran la sensibilidad de las parafinas en contacto con

superficies que experimenten ligeras variaciones de

temperatura.

El desempeño del M.C.2 para evitar las etapas de nucleación,

crecimiento y deposición de parafinas descritas por

Lashkarbolooki et al. (2011), se evidenció en los resultados

reportados en la Figura 9 (inferior), que muestran que el M.C.2

presenta un comportamiento estadísticamente diferente (P <

0,05) respecto a los productos M.C.1, M.C.3 y M.C.4,

mediante la reducción de la cantidad de depósitos obtenidos a

diversas condiciones. El comportamiento descrito por Al-

Yaari (2011) sobre la acción del químico enlazándose con la

cadena parafínica e interfiriendo en la aglomeración y

deposición sobre la superficie metálica es similar al obtenido

experimentalmente y es visible en las Figuras 6 y 9 (inferior).

Figura 9. Masa de los depósitos (g/cm2) vs diferencial de temperatura (ºC), luego de 8 h de ensayo a 500 rpm (superior). Masa de los depósitos (g/cm2)

con diversos modificadores de cristales, luego de 8 h de ensayo a 500 rpm

(inferior)

Los valores reportados son tan solo una referencia de la acción

del modificador de cristales en las parafinas presentes en el

petróleo, factores como: presencia del gas disuelto en crudo,

elevadas velocidades de flujo a través de la tubería, altas

temperaturas del crudo y tiempos de residencia, son variables

que influirán en la eficiencia de los modificadores de cristales

inyectados en la etapa de producción (Lashkarbolooki et al.,

2011), y merecen especial atención para estudios posteriores.

3.4 Determinación de la cinética de los depósitos entre la

superficie fría y la muestra de crudo.

En la Figura 10 se puede observar la velocidad de los depósitos

a diversos diferenciales de temperatura para las muestras sin

modificadores de cristales y para el mejor tratamiento (M.C.2).

Weispfennig (2001) señala que el valor de la pendiente de la

recta tangente a las curvas de velocidad representa la velocidad

inicial de deposición.

Figura 10. Masa de los depósitos vs tiempo a 500 rpm.

40 48

Means and 95.0 Percent LSD Intervals

Dif Temperatura

10

12

14

16

18(X 0.001)

Masa d

epositos

M.C.1 M.C.2 M.C.3 M.C.4

Means and 95.0 Percent LSD Intervals

Modificador de cristales

87

107

127

147

167(X 0.0001)

Masa d

epositos

36



Para las muestras sin adición de M.C. se reportó para ∆T=48,0

ºC una velocidad de 4,9×10-3 g/cm2×h, valor superior al

obtenido a ∆T=40,0 ºC que fue 4,1×10-3 g/cm2×h, exponiendo

un incremento en la velocidad de los depósitos a mayor

diferencial de temperatura durante un periodo de 2 horas.

Investigaciones realizadas por Weispfennig (2001) reportaron

comportamientos similares.

Los resultados obtenidos de la velocidad de los depósitos con

la adición del M.C.2 a concentración de 3.000 ppm (mejor

tratamiento químico) mostraron que la eficiencia en la

reducción de los depósitos superó el 90,0 % para ambos

diferenciales de temperatura luego de 8 horas de ensayo.

4. CONCLUSIONES

El equipo dedo frío diseñado puede trabajar en simultáneo con

más de cuatro muestras, debido a que el aumento de la

temperatura del agua que circula al interior de la sonda es

despreciable, lo que permite mantener constante la

temperatura de la pared fría y así evaluar de manera confiable

y a diversas condiciones los productos inhibidores de

depósitos.

Los espesores de la zona a temperatura inferior a la de

enturbiamiento fueron de 0,05 mm y 0,09 mm a ∆T=40,0 ºC y

∆T=48,0 ºC respectivamente.

El incremento de la cantidad de depósitos de la muestra sin

químico de 1,55×10-2 ± 0,017 g/cm2 a 1,92×10-2 ± 0,017

g/cm2 a las condiciones ∆T=40,0 y ∆T=48,0 ºC, reflejó la

influencia del radio de la región fría determinado teóricamente

en la formación de los depósitos.

La severidad de los depósitos debido a la reducción de la

temperatura de pared se evidenció con base en el incremento

de la velocidad inicial deposición de 4,10×10-3 a 4,90×10-3

g/cm2×h.

Los depósitos obtenidos con el M.C.2 presentaron mayor

firmeza, adherencia a la superficie metálica y menor contenido

de crudo a diferencia de los hallados en otros tratamientos y

blancos que son similares a un gel.

El M.C.2 añadido a concentración de 3.000 ppm disminuyó en

un 90,6% y 93,5% los depósitos a las condiciones ∆T=40,0 ºC

y ∆T=48,0 ºC respectivamente.

AGRADECIMIENTO

Reconocemos a la empresa Tecpetrol y particularmente al Ing.

Alexis Villacis su aporte en la investigación.

REFERENCIAS

Al-Yaari, M. (2011). Paraffin wax deposition: Mitigation and removal

techniques. In SPE Saudi Arabia section Young Professionals Technical

Symposium. Society of Petroleum Engineers.

http://dx.doi.org/10.2118/155412-MS (Febrero, 2016)

ASTM – American Society for Testing Materials. (1999). ASTM D 1298 Standard test method for density, relative density, or API gravity of

crude petroleum and liquid petroleum products by Hydrometer method.

Pennsylvania, United States. Recuperado de:

http://www.asiajuleh.com/astm/ASTM%20D%201298.pdf (Julio,

2015)

ASTM – American Society for Testing Materials. (1970). ASTM D 445

Standard method of test for viscosity of transparent and opaque liquids

(Kinematic and dynamic viscosities). Pennsylvania, United States. Recuperado de: www.academia.edu/5602562/ASTM_D_

445_VISCOSIDAD (Julio, 2015)


Standard test method for water and sediment in crude oil by the

centrifuge method. Pennsylvania, United States. http://compass.astm.org/EDIT/html_annot.cgi?D4007+11e1#s00008

(Julio, 2015)


Standard test method for pour point of petroleum products.

Pennsylvania, United States. Recuperado de:

http://www.chemyiqi.com/pdf/astmd97-2005.pdf (Julio, 2015)

ASTM – American Society for Testing Materials. (2007). ASTM D 3279 Standard test method for n-Heptane insolubles. Pennsylvania, United

States. Recuperado de:

http://infostore.saiglobal.com/store/details.aspx?ProductID=834360 (Julio, 2015)

Bello, O. O., Fasesan, S. O., Teodoriu, C., & Reinicke, K. M. (2006). An

evaluation of the performance of selected wax inhibitors on paraffin

deposition of Nigerian crude oils. Petroleum science and technology, 24(2), 195-206. http://www.tandfonline.com/doi/

abs/10.1081/LFT (Febrero, 2015)

Candelo, A., y Carvajal, B. (2010). Estudio comparativo de los métodos de

control de parafinas para aplicación en el campo Colorado. (Proyecto de

grado previo a la obtención del título de ingeniero en petróleos). Obtenido de http://www.osti.gov/scitech/biblio/834175 (junio,2015)

Correra, S., Fasano, A., Fusi, L., y Primicerio, M. (2006). Modelling wax diffusion in crude oils. The cold finger device. Applied Mathematical

Modelling, 31(10), 2286-2298. Obtenido de

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0307904X06002150 (Febrero, 2015)

Correra, S., Fusi, L., Primicerio, M., y Rosso, F. (2007). Wax diffusivity under given thermal gradient: a mathematical model. ZAMM‐Journal of

Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte

Mathematik und Mechanik, 87(1), 24-36. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/zamm.200510293/abstract

(Mayo, 2015)

Coto, B., Martos, C., Espada, J. J., Robustillo, M. D., y Peña, J. L. (2014).

Experimental study of the effect of inhibitors in wax precipitation by

different techniques. Energy Science & Engineering, 2(4), 196-202.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ese3.42/full (Julio, 2015)

DIN – Instituto Aleman de Normalización. (2007). DIN EN 12606-1 Bitumen and bituminous binders – Determination of paraffin wax content Method

by destillation. Berlin, Alemania. Recuperado de:

http://www.beuth.de/en/standard/din-en-12606-1/93538030 (Noviembre, 2015)

Dubey, A., Chi, Y., & Daraboina, N. (2017, October). Investigating the Performance of Paraffin Inhibitors under Different Operating

Conditions. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition.

Society of Petroleum Engineers. Recuperado de: https://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-187252-MS (Marzo,

2017)

Greño Cano, A. I. (2008). Fraccionamiento de crudos por enfriamiento.

Recuperado de la base de datos Universidad Rey Juan Carlos

https://eciencia.urjc.es/handle/10115/5566 (Octubre, 2015)

Hoffmann, R., & Amundsen, L. (2013). Influence of wax inhibitor on fluid

and deposit properties. Journal of Petroleum Science and Engineering, 107, 12-17. Obtenido de

37

http://dx.doi.org/10.2118/155412-MS

http://www.asiajuleh.com/astm/ASTM%20D%201298.pdf

http://www.academia.edu/5602562/ASTM_D_445_VISCOSIDAD

http://www.academia.edu/5602562/ASTM_D_445_VISCOSIDAD

http://www.chemyiqi.com/pdf/astmd97-2005.pdf

http://infostore.saiglobal.com/store/details.aspx?ProductID=834360

http://www.osti.gov/scitech/biblio/834175

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0307904X06002150

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/zamm.200510293/abstract

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ese3.42/full

http://www.beuth.de/en/standard/din-en-12606-1/93538030

https://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-187252-MS

https://eciencia.urjc.es/handle/10115/5566



https://www.researchgate.net/publication/257318939_Influence_of_wa

x_inhibitor_on_fluid_and_deposit_properties (Marzo, 2015)

Huang, Z., Zheng, S., & Fogler, H. S. (2015). Wax Deposition: Experimental Characterizations, Theoretical Modeling, and Field Practices. Obtenido

de https://books.google.com.ec (Marzo, 2016)

Jennings, D. y Weispfennig K. (2005). Effects of shear and temperature on

wax deposition: Cold finger investigation with a gulf of Mexico crude

oil. Energy & fuels, 19(4), 1376-1386. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ef049784i (Marzo, 2015)

Lashkarbolooki, M., Esmaeilzadeh, F., y Mowla, D. (2011). Mitigation of wax deposition by wax-crystal modifier for Kermanshah crude oil. Journal of

Dispersion Science and Technology, 32(7), 975-985.

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01932691.2010.488514#.Ve2iWRFVik (Marzo, 2015)

INEN – Instituto Ecuatoriano de Normalización. Norma Técnica INEN 930.

Muestreo de petróleo crudo y sus derivados. Quito-Ecuador. Recuperado

de: https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ ec.nte.0930.1984.pdf

(Noviembre, 2015)

Outlaw, J. y Ye, P. (2011). Wax Appearance temperature detection by

D.S.C. Perkin Elmer Application note. Volumen (8), 2-4. Obtenido de: http://www.perkinelmer.com/pdfs/downloads/APP_WaxTempbyDSC.

pdf (Julio, 2015)

Paso, K. G., & Fogler, H. S. (2004). Bulk stabilization in wax deposition

systems. Energy & fuels, 18(4), 1005-1013 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ef034105%2B?journalCode=enfue

m (Enero, 2016)

Pedersen, K. S., & Rønningsen, H. P. (2000). Effect of precipitated wax on

viscosity a model for predicting non-Newtonian viscosity of crude

oils. Energy & Fuels, 14(1), 43-51. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ef9901185 (Enero, 2016)

Weispfennig, K. (2001). Advancements in paraffin testing methodology. In SPE International Symposium on Oilfield Chemistry. Society of

Petroleum Engineers. Obtenido de:

http://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-64997-MS (Diciembre, 2015)

Wei, B. (2015). Recent advances on mitigating wax problem using polymeric wax crystal modifier. Journal of Petroleum Exploration and Production

Technology, 5(4), 391-401. Obtenido de

http://link.springer.com/article/10.1007/s13202-014-0146-6 (Enero, 2016)

Yunus, C.A., y Afshin, G.J (2011). Transferencia de calor y masa fundamentos y aplicaciones. México, DF: Mc Graw Hill.

Zhang, F., Ouyang, J., Feng, X., Zhang, H., & Xu, L. (2014). Paraffin

Deposition Mechanism and Paraffin Inhibition Technology for High-

carbon Paraffin Crude Oil From the Kazakhstan PK Oilfield. Petroleum

Science and Technology, 32(4), 488-496. http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10916466.2011.596883

(Enero, 2016)

Francisco Agustín Heredia Moreno Estudió la carrera de Ingeniería

Química en la Escuela Politécnica

Nacional, su tesis la desarrolló en el

área de petróleos. Acreedor de la beca

CONACYT-México para estudiar la

Maestría en Ciencias de Corrosión en

la Universidad Veracruzana. Su área

de investigación en sus estudios de

Posgrado es el análisis de inhibidores

de corrosión aplicados en aguas de

formación de la industria petrolera, mediante el uso de técnicas

electroquímicas bajo condiciones de flujo turbulento. Ha

desarrollado investigaciones y dado conferencias sobre

inhibidores de corrosión verdes en México.

Edwin Rafael Vera Calle

Ingeniero Químico de la Escuela

Politécnica Nacional (EPN, Quito),

Máster en Ciencias de la ENSIA-

SIARC (Francia) y Ph.D. en procesos

industriales (UM2-Francia). Profesor

de la EPN por más de 15 años, ha

trabajado también como investigador

en el CNRS de Francia. Ha dirigido 8

proyectos de investigación y

participado como investigador en 5

proyectos con financiamiento nacional e internacional. Tiene

16 publicaciones en revistas indexadas, 15 publicaciones en

otras revistas, ha participado en más de 38 congresos

nacionales e internacionales (scopus h-index 8). Tiene más de

treinta proyectos de titulación dirigidos.

Liliana Guzmán Beckmann

Ingeniera Química de la Escuela

Politécnica Nacional (EPN), Quito,

Ecuador. Master en Diseño de

Procesos, Universidad Central del

Ecuador (UCE). Ingeniera de campo

de registros eléctricos en pozos en

perforación y en producción de

petróleo, Baker Hughes. Gerente de

Logística y Procesos para trazar el

combustible ecuatoriano para

prevenir y controlar el contrabando y desvío de derivados del

petróleo, Decipher C.A. Actualmente, profesora del

Departamento de Ingeniería Química de la EPN, investiga

temas relacionados con petróleo, combustibles y

biocombustibles.

.

38

https://www.researchgate.net/publication/257318939_Influence_of_wax_inhibitor_on_fluid_and_deposit_properties

https://www.researchgate.net/publication/257318939_Influence_of_wax_inhibitor_on_fluid_and_deposit_properties

https://books.google.com.ec/

http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ef049784i

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01932691.2010.488514#.Ve2iWRFViko

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01932691.2010.488514#.Ve2iWRFViko

http://www.perkinelmer.com/pdfs/downloads/APP_WaxTempbyDSC.pdf

http://www.perkinelmer.com/pdfs/downloads/APP_WaxTempbyDSC.pdf

http://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-64997-MS

Estudio de la Huella de Carbono en Unidades Desconcentradas de Terminales Terrestres





11. INTRODUCCIÓN

El cambio climático es un problema mundial, que requiere la

cooperación internacional en paralelo con políticas locales,

nacionales y regionales sobre numerosas cuestiones. La

contaminación del aire es un grave problema de salud

medioambiental que afecta directamente a la humanidad.

En la actualidad la exposición a los contaminantes del aire está

fuera del control de las personas y exige la acción de las

autoridades públicas a nivel nacional, regional e incluso

internacional. La Organización Mundial de la Salud, menciona

que es posible atribuir la muerte prematura de más de dos

millones de personas anualmente debido a los efectos de la

contaminación del aire en las ciudades, causada por la

combustión (OMS 2006).

El incremento del tráfico vehicular y restringida mejora de la

eficiencia del combustible, ha provocado que el transporte

terrestre sea una de las mayores fuentes de emisión de gases

de efecto invernadero y cuyo crecimiento es acelerado (Barrett

& Scott, 2015).

La utilización de tecnología para cuantificar gases de

combustión, permite tener datos en tiempo real, este es el caso

del equipo Bacharach (ECA 450). Este equipo es un analizador

de gases de combustión y de las emisiones ambientales de

grado industrial. Está controlado por medio de

microprocesadores, que facilitan la operación y configuración

del mismo, de esta manera este equipo es de fácil manipulación

adaptándose a las necesidades del operador. También, posee

un sistema de selecciones de menú lo que permite una guía

procedimental adecuada para su operación y configuración,

señalando la acción. La muestra de gas que es aspirada dentro

del analizador por medio de la sonda es enviada a un conjunto

de sensores electroquímicos de gases (Bacharach, 2014).

En Ecuador, los Gobiernos Autónomos Descentralizados

(GADs) representan los niveles de gestión regional,

provincial, cantonal y parroquial. Los GADs tienen

competencias, deberes y niveles de participación delimitadas

que cumplir para organizar su gestión, algunas son

determinadas en gran medida en el Código Orgánico de

Estudio de la Huella de Carbono en Unidades Desconcentradas de

Terminales Terrestres

Córdova-Suárez, Manolo1; Carrasco, María1; Padilla Paola1; Garcés-Sánchez, Estefania1

1Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos, Ambato, Ecuador

Resumen: La estimación de la huella de carbono de los terminales terrestres de la ciudad de Ambato (UDTA) refleja

la realidad de un problema que afecta a la sociedad mundial. El factor de emisión de CO2 obtenido fue de 78131,532

kg CO2/TJ. Este valor fue comparado con el Factor de Emisión reportado en la IPCC que es de 74100 kg CO2 /TJ,

diferencia que se atribuyó a que el Factor de Emisión está influenciado por la tecnología y operación de los autobuses

y distintas características del combustible. La huella de carbono fue de 71, 69 t CO2 -e, 133,44 t CO2 -e y 92159,74 t

CO2 -e, para los alcances 1, 2 y 3 respectivamente; como se estimó inicialmente la mayor aportación a la huella de

carbono estuvo dada por la flota vehicular que se consideró en el alcance 3.

Palabras clave: factor de emisión, NOx, CO2.

Study of the Carbon Footprint in Unknown Units of Terrestrial

Terminals

Abstract: The estimate of the carbon footprint of the terrestrial terminals of the city of Ambato (UDTA) reflects the

reality of a problem that affects the world society. The measured factor is compared to the IPCC emission factor,

which is 74100 kg CO2 / TJ, with the difference between emission factor technology and bus and fuel operation. The

carbon footprint was 71,69 tCO2-e, 133,44 tCO2-e and 92159,74 tCO2-e, at scopes 1, 2 and 3; The largest contribution

to the carbon footprint was given by the fleet of vehicles considered in scope 3.

Keywords: emission factor, NOx, CO2.

39




Organización Territorial, Autonomía y Descentralización

(Asamblea Nacional, 2010b).

Según el Ministerio de Ambiente del Ecuador (MAE), entre el

año 1990 y 2006, Ecuador ha experimentado un incremento

del 78,70% en las emisiones de CO2 generadas por el

transporte, lo que indica que la contaminación atmosférica en

el país es principalmente generada por la flota vehicular

(MAE, 2012).

Un estudio previo ha concluido que en Quito, la Huella de

Carbono resultante de los sectores clave dentro de la ciudad

tales como transporte, industrial, residencial y residuos sólidos

es de 5.164.945 t CO2 -e. en total (SASA, 2014).

La unidad desconcentrada de terminales de Ambato (UDTA)

impulsa la planificación, organización y control de las

operaciones del origen y destino de las operadoras de

transporte. La terminal Ingahurco registra 30 operadoras con

43 destinos (Quito, Guayaquil, Latacunga y otros lugares del

territorio nacional). En el área de transferencia América

existen 10 operadoras y 20 destinos donde se movilizan

pasajeros y mercancías a los cantones de Tungurahua,

mientras que en el área de transferencia Cashapamba existen 6

operadoras con 10 destinos que viajan a Píllaro y las demás

parroquias rurales de Ambato (El Heraldo, 2016).

Esto evidencia la necesidad de determinar la huella de carbono

en la unidad desconcentrada de terminales de Ambato bajo las

consideraciones de la norma ISO 14064.

2. METODOLOGÍA

2.1 Identificación de fuentes de emisión de gases de efecto

invernadero

Basándose en la Norma ISO 14064 (2016) se categorizaron las

fuentes de emisión de gases de efecto invernadero (GEI), las

mismas que se dividieron en:

2.1.1 Emisiones Directas de GEI

En esta categoría se consideraron a las emisiones generadas

por los automóviles pertenecientes a la UDTA, áreas de

transferencia Ingahurco, América y Cashapamba.

2.1.2 Emisiones Indirectas de GEI por Energía

Dentro de estas emisiones se consideraron todo tipo de

consumo de energía eléctrica en los dos edificios que forman

parte de la UDTA.

2.1.3 Otras Emisiones Indirectas de GEI

Entre las otras emisiones indirectas de GEI se consideraron a

los autobuses de la UDTA, áreas de Transferencia Ingahurco,

América y Cashapamba, debido a que, estos no pertenecieron

a la organización en estudio, sino que prestaron un servicio a

la misma.

2.2 Metodología de cuantificación

Para la cuantificación de GEI para la UDT, áreas de

transferencia Ingahurco, América y Cashapamba, se aplicó la

metodología de Combinación y Medición de Cálculo

mencionada en la normativa ISO 14064-1 (2006).

2.3 Selección de los factores de emisión de GEI.

Se clasificaron los autobuses y automóviles de acuerdo a la

tecnología del escape: Euro I, II, III. La muestra representativa

de autobuses se estableció por muestreo estratificado con

fijación proporcional y se tomó como límite máximo de

muestra 50 autobuses (Tabla 1), para lo cual se consideró

varios factores como el tiempo de vida útil de la celda

electroquímica, disponible en el equipo Bacharach ECA 450 y

el tiempo disponible para la toma de muestras, respetando la

logística de la UDTA.

Tabla 1. Número de muestras tomadas en función del tipo de escape de los

autobuses muestreados

Tecnología de escape N° de autobuses

Euro I 2

Euro II 28

Euro III 20

Total 50

Los factores de emisión correspondientes a emisiones directas

y otras emisiones indirectas de GEI se obtuvieron mediante la

medición directa en los tubos de escape del automóvil y de los

autobuses, utilizando el equipo analizador de gases de

combustión Bacharach ECA 450 para la medición de

concentración de CO, NOx y, SO2.

2.3.1 Selección y Recopilación de los datos de actividad de

GEI

Los datos de actividad de GEI se obtuvieron mediante

recopilación del volumen de combustible consumido por día

de los autobuses que prestan su servicio a la UDTA (muestra

representativa), áreas de Transferencia Ingahurco, América y

Cashapamba. Para la obtención del dato de actividad

expresado en energía generada (TJ), se utilizó información de

poder calorífico del combustible, así como su densidad. (ISO

14064-1, 2006).

2.3.2 Cálculo de emisiones de GEI

Los factores de emisión correspondientes a las emisiones

indirectas de GEI por energía, se obtuvieron utilizando

información del factor de emisión de los tipos de combustibles,

utilizados en la generación de consumo eléctrico del país

(MAE, 2013).

Para el cálculo de emisiones indirectas de energía se obtuvo

información del consumo de energía eléctrica (MWh)

proporcionado por la administración de la UDTA, y se

transformó a emisiones de CO2 (t CO2 -e), para lo cual se

multiplicó por los factores de emisión presentados en la Tabla

2.

40



Tabla 2. Factor de emisión por consumo de Energía Eléctrica

Año Factor de Emisión

t CO2/MWh

2013 0.5062

Nota. Adaptado de: ¨Factor de Emisión de CO2 del Sistema Nacional Interconectada de Ecuador, por MAE, 2013. p.22

Mediante cálculos estequiométricos se transformó las

concentraciones de NO y CO (mg/m3) dados por el equipo

Bacharach ECA 450 a kg de N2O y kg de CO2, para lo cual se

utilizó la siguiente reacción química tomada de Lipman y

Delucchi, (2002).

2𝑁𝑂 + 𝐶𝑂 → 𝑁2𝑂 + 𝐶𝑂2 Rx.1

Utilizando el siguiente modelo matemático (ecuación 1) se

determinó la emisión de GEI (Davies et al. 2006)

𝐸𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛 = Σ[DAa ∗ EFa] (1)

Donde:

Emisión= Emisiones de GEI (kg)

DAa= combustible vendido (TJ)

EFa= factor de emisión (kg/TJ).

a= tipo de combustible

2.3.3 Cálculo de la Huella de Carbono

Las emisiones de GEI se transformaron de kilogramos de CO2

a toneladas. Para la conversión a t CO2 -e se utilizó la siguiente

ecuación:

𝐻𝑢𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑜 = 𝑡 ∗ t CO2 − e (2)

Donde:

t: emisión en ppm.

t CO2-e: Potencial de Calentamiento Global a 100 años.

Una vez que se obtuvo el cálculo unitario de las emisiones de

cada fuente en t CO2-e, se sumaron todas las emisiones de la

misma categoría (emisiones directas, emisiones indirectas por

energía y otras emisiones indirectas) con la finalidad de

obtener el total de emisiones de GEI.


3.1 Fuentes de emisión de gases de efecto invernadero.

En la Unidad Desconcentrada de Terminales Ambato se

categorizaron las fuentes de emisión de GEI, a fin de separar

las emisiones producidas en la organización.

Se consideró como Alcance 1, únicamente la camioneta D-

MAX que es propiedad del organismo para movilización de

empleados.

En el Alcance 2 se consideró la energía eléctrica consumida en

el área de transferencia Ingahurco, ya que cuenta con el

edificio central y administrativo. Esta emisión fue

representativa en la determinación de Huella de Carbono,

debido a que, la electricidad representa una de las mayores

fuentes de emisión de GEI a nivel mundial.

El Alcance 3 se atribuyó a la flota vehicular de las cooperativas

que prestan su servicio, siendo en total 1504 autobuses. Este

alcance se consideró como fuente de emisión relevante debido

a los GEI emitidos por el tubo de escape de los autobuses.

3.2 Evaluación del Factor de Emisión.

El valor promedio de factor de emisión de diésel para CO2,

correspondiente al Alcance 3, fue de 78131,532 kg CO2/TJ,

mientras que en la IPCC se indica que el factor de emisión es

de 74100 kg CO2/TJ (Aguilar et al. 2007).

Esta diferencia se debió a que el uso del autobús y condiciones

reales de operación, implicaron diferencias significativas en

las emisiones medidas. Además, se consideró que ese dato fue

generado bajo condiciones de temperatura, localidad,

tecnología avanzada de autobuses y mejor calidad de diésel

que la que se dispone en el país, es por esto que el Factor de

Emisión obtenido difirió del valor bibliográfico, siendo este

último menor.

3.3 Estimación de emisiones de gases de efecto invernadero

En la Figura 1 se aprecia que conforme la tecnología de los

autobuses mejora, las emisiones de CO2 disminuyen, siendo la

tecnología de EURO III la más avanzada, que generó baja

emisión de CO2.

Esto evidenció que el cambio de sistemas de escape, así como

el uso de convertidores catalíticos de los autobuses influyó

positivamente en la cantidad de emisiones de CO2 del mismo.

Figura 1. Promedio Emisión CO2

Los óxidos nitrosos son parte de los GEI más contaminantes

que existen en la actualidad. Como se aprecia en la Figura 2,

la emisión de N2O disminuyó a medida que aumentó la

tecnología.

Entre Euro II y Euro I existió un leve decrecimiento del valor

de emisión, además, la tecnología que utiliza EURO I y II no

se enfocó en bajar las emisiones de este gas, ya que su objetivo

41



principal fue disminuir la emisión de CO2 al medio ambiente,

a diferencia de la tecnología Euro III la cual se enfocó

principalmente en la emisión de N2O, causando una

disminución de estas emisiones en los autobuses.

Figura 2. Promedio Emisión N2O (t)

Según Lipman y Delucchi, (2002) las emisiones de N2O de

vehículos equipados con catalizadores con una edad

equivalente a 24.140 km de recorrido, tuvieron emisiones 3,90

veces más altas que un vehículo con la misma tecnología con

catalizador nuevo, es por ello que existió una diferencia

significativa entre las emisiones provenientes de los autobuses

con tecnología Euro I y Euro III.

Las emisiones de metano (CH4) se producen como

consecuencia de la combustión incompleta, además, produce

hidrocarburos no combustionados. Las emisiones de CH4

dependen de varios factores como el tipo de combustible

usado, el diseño y la configuración del motor, el tipo de

sistema de control de emisión (escape de gases), edad de

vehículo y otros factores (Lipman y Delucchi, 2002).

En la Figura 3 se puede apreciar una disminución de emisión

de CH4 entre Euro I y Euro II, pero, existió un aumento en las

emisiones en la tecnología Euro III.

Esta diferencia se atribuyó a los datos de consumo de

combustible de cada autobús los cuales fueron proporcionados

por los conductores, lo que provocó un error no controlable.

Figura 3. Promedio Emisión de CH4

El metano tiene un potencial de calentamiento global que es

25 veces más elevado que el CO2, lo que ocasionó que las

emisiones de este gas contaminaran de forma significativa al

medio ambiente, no obstante, estas emisiones fueron bajas.

El dióxido de azufre (SO2) se produjo debido a la presencia de

azufre en el combustible, que al oxidarse en la atmósfera

contribuye a la formación de partículas que obstruyen los

filtros y por lo tanto reducen la efectividad de las tecnologías

de reducción de emisiones (Cooper, et al 2012), sin embargo,

en la Figura 4 se aprecia un decrecimiento de concentración de

SO2, conforme la tecnología mejora. Estas emisiones podrían

ser más bajas si la calidad del diésel importado hacia el

Ecuador tuviera una menor cantidad de contaminantes como

el azufre, que al tener una combustión incompleta generan

gases como el SO2 que son nocivos para el medio ambiente y

para la salud.

Figura 4. Promedio Emisión SO2 (mg/m3)

42



3.4 Estimación de Huella de Carbono de Fuentes Directas,

Indirectas y otras Indirectas.

La Huella de Carbono correspondiente al Alcance 3 como se

estimó inicialmente fue la que más aporto a la Huella de

Carbono Global, esto se debió a que, en este alcance se

consideró la flota vehicular que conforma la principal

actividad de esta organización.

Como se muestra en la Figura 5 las emisiones fueron

influenciadas por la tecnología de los autobuses y

disminuyeron conforme la tecnología mejoraba, fue por esto

que la tecnología Euro I aportó con el 38,23%, esto se atribuyó

a que dicha tecnología está regida bajo normativa que permite

rangos más altos de emisiones de GEI, que la tecnología Euro

II y Euro III.

Figura 5. Promedio Emisión de la Muestra (t CO2 -e) en función de

tecnología de escape

Como se observa en la Figura 6 se obtuvo que la tecnología

Euro I contribuyó con el 4% de emisiones, esto se debió a que,

aun cuando las emisiones de esta tecnología fueron mucho

mayores, se consideró que la cantidad de autobuses con esta

tecnología en la UDTA fue mucho menor que los autobuses

con tecnología Euro II o Euro III.

Por ello que la mayor aportación de emisiones a la Huella de

Carbono Global estaba dada por los autobuses con tecnología

Euro II, ya que representaron la mayor cantidad de autobuses

en la UDTA.

Figura 6. Porcentaje Huella de Carbono Total t CO2 –e

En la Tabla 3 se presentan los resultados de Huella de Carbono

para el alcance 1 y 3 de la UDTA.

Los resultados para el Alcance 1, consideraron los vehículos

para uso del personal administrativo propios de la empresa no

se utilizaron los vehículos del personal.

Tabla 3. Huella de Carbono Total por Emisiones Directas y otras Indirectas

UDTA

(t CO2–e)

Alcance 1 71,69

Alcance 3 92159,75

En el Alcance 3 se presentó una diferencia significativa en

cuanto a la Huella de Carbono, siendo las emisiones

provenientes de la flota vehicular mayor en cuanto al Alcance

1. Sin embargo, se debió considerar que el estudio de

emisiones en la UDTA se realizó con un total de 1.504

autobuses, mientras que el inventario de GEI de estudios

similares como el de Interurbana de Autobuses S.A de España,

se realizó en una flota vehicular conformada por un total de

139 autobuses, por lo que al ser menor el número de fuentes

de emisión, la Huella de Carbono emitida por esta categoría

fue mucho menor (18264,40 t CO2–e), además, cabe recalcar

que la tecnología disponible para los autobuses europeos así

como las características del diésel utilizado son distintas

(Interurbana de Autobuses S.A Inventario de Gases de Efecto

Invernadero, 2012).

3.5 Estimación de Huella de Carbono por energía.

En la Tabla 4 se presenta las emisiones por energía en la

UDTA, que son mayores que las reportadas en el Inventario de

GEI en Interurbana de Autobuses S.A. Esta diferencia se

atribuyó al número de luminarias y la infraestructura de los

terminales, que constituyeron factores determinantes al

considerar el consumo eléctrico (Interurbana de Autobuses

S.A Inventario de Gases de Efecto Invernadero, 2012).

Tabla 4. Huella de Carbono Total t CO2–e por emisiones indirectas

UDTA Interurbana de Autobuses S.A.

Alcance 2 133,44 125,89

43



4. CONCLUSIONES

Se categorizaron las fuentes de emisiones de gases de efecto

invernadero, clasificando las fuentes de emisiones por

alcances, siendo el Alcance 1 (camioneta D-MAX), que

representó la fuente de emisión directa de la UDTA y que

se encuentra en el área de transferencia Ingahurco. El

Alcance 2 comprendió emisiones por energía y estaba

conformado por el consumo eléctrico del área de

transferencia Ingahurco; en el Alcance 3 se encontró la

flota vehicular de las 3 áreas de transferencia Ingahurco,

Cashapamba y América.

Se evaluó el factor de emisión de GEI en las fuentes

móviles, obteniéndose un valor promedio de 78131,532 kg

CO2/TJ. La mayor aportación a la Huella de Carbono de la

organización fue dada por la flota vehicular que se consideró

en el Alcance 3, siendo la responsable de la actividad principal

de la misma.

Para la disminución de la Huella de Carbono en la UDTA se

recomienda la elaboración e implementación de un Plan de

Manejo Ambiental para las áreas de trasferencias. El mismo

que deberá enfocarse en el desarrollo de programas de

intervención y mitigación de los puntos críticos detectados. Los

vehículos deberán adaptarse a la calidad del combustible.

REFERENCIAS

Aguilar, J., Echániz, G., Sandoval, P. Garibay, V., Iniestra, R., Allen, J.,

Tejeda, D. (2007). Guía Metodológica para la estimación de emisiones vehiculares en ciudades mexicanas. Secretaría de Medioambiente y

Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México D.F.

Asamblea Nacional, 2010b, “Código Orgánico de Organización Territorial,

Autonomía y Descentralización”, Registro Oficial Suplemento 303 de

19 octubre 2010, Quito, Ecuador.

BACHARACH (2014). Manual de Analizador de Combustión Ambiental

ECA450.Bacharach Inc.

Barrett, J. & Scott, A. (2015). Local Environment. The Application of the

Ecological Footprint: A case of passenger transport in Merseyside. 8, 167-183. doi: 10.1080/1354983032000048488.

Cooper, R.J., Melvin, T.M., Tyers, I. et al. (2012). A tree-ring reconstruction

of East Anglian (UK) hydroclimate variability over the last millennium

21.doi: 10.1007/s00382-012-1328-x

Davies, C., Harnisch, J., Lucon, o., Scott, R. &Walsh, M. (2006). Directrices

del IPCC de 2006 para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero. Vol. 2 Energía. Capítulo 3 Combustión Móvil. Estados

Unidos.

El Heraldo. (22-02-2016). Terminales Movilizan 9000 pasajeros diarios.

Recuperado de: http://www.elheraldo.com.ec/index.php?fecha=2016-

02-22&seccion=Ciudad&noticia=66079

Interurbana de Autobuses S.A Inventario de Gases de Efecto Invernadero,

2012. Recuperado de: https://www.interbus.es/documents/10179/12919/Informe%20GEI%20

Huella%20Carbono?version=1.0&t=1380555208641

Lipman, T., y Delucchi, M. (2002). Emissions of Nitrous Oxide and Methane

from Conventional and Alternative Fuel Motor Vehicles, 53, 477–516.

Ministerio del Ambiente de Ecuador. (2012). MAE trabaja en programas de

mitigación y adaptación para reducir emisiones de CO2 en Ecuador.

Recuperado de: http://www.ambiente.gob.ec/mae-trabaja-en-

programas-de-mitigacion-y-adaptacion-para-reducir-emisiones-de-co2-

en-ecuador/.

Ministerio del Ambiente de Ecuador. (2013). Factor de Emisión de CO2 del

Sistema Nacional Interconectado de Ecuador. Recuperado de: www.ambiente.gob.ec

ISO 14064-1:2006. Greenhouse gases part 1: Specification with guidance at the organization level for cuantification and reporting of greenhouse gas

emissions and removals.

Organización Mundial de la Salud (OMS) (2006). Guías de calidad del aire de

la OMS relativas al material particulado, el ozono, el dióxido de

nitrógeno y el dióxido de azufre. En línea en http://www.who.int/phe/health_topics/outdoorair_aqg/en/.

SASA (2014). Huella de Ciudades. Recuperado de: http://www.huelladeciudades.com/diagnostico.html#quito

Manolo Alexander Córdova Suárez.

Docente investigador de la Facultad de

Ciencia e Ingeniera en Alimentos de la

UTA, Ing. Químico, Magister en

Gestión de la Producción Industrial,

Magister en Prevención de Riesgos del

Trabajo, Master Universitario en

Prevención de Riesgos Laborales.

Presidente de LAB&HES CIA. LTDA. y consultor en el

área de seguridad, salud y ambiente en empresas de alto

riesgo.

María de los Ángeles Carrasco Ortiz. Ingeniera Bioquímica graduada en la

Universidad Técnica de Ambato.

Actualmente tiene su empresa de

cosméticos 100% naturales enfocados en

proveer productos libres de parabenos,

derivados del petróleo y aditivos nocivos

para el organismo mejorando así la

calidad de vida de los ecuatorianos y a la vez ser una fuente

de generación de empleos.

Paola Salomé Padilla Valle. Ingeniera

Bioquímica. Sus estudios los realizo en

la Universidad Técnica de Ambato.

Continuo con su formación académica

en el campo ambiental y espera

constituirse como emprendedora social

y contribuir a la comunidad con sus

conocimientos y es por esto que además

actualmente se desempeña como docente.

Sonia Estefanía Garcés Sánchez. Nació

en Ambato, Ecuador en 1993. Ingeniera

Bioquímica titulada en la Universidad

Técnica de Ambato. Actualmente,

estudia una Maestría en Sistemas

Integrados de Gestión en la Universidad

Internacional de la Rioja. Tiene

experiencia como técnico de Seguridad y

Salud Ocupacional.

44

Microbiological Quality of Minimally Processed, Ready-to-Eat, Vegetables in Loja, Ecuador





11. INTRODUCTION

According Betts (2014) in the last few years, the market for

RTE vegetables has increased explosively. The increasing

demand for convenient, ready-to-eat (RTE) foods have greatly

expanded the market demand for minimally processed foods,

like bagged salads resulting in large scale production practices

and broad distribution of fresh products. The main driving

force for this market growth is the increasing consumer

demand for fresh, healthy, convenient and additive-free

prepared products (FAO, 2011). Minimally processed leafy

vegetables RTE products very attractive to consumers looking

for healthy and convenient meals. However, the

microbiological safety of these foods is of special concern due

to the absence of lethal treatments during processing (Oliveira

2011).

Microbiological Quality of Minimally Processed, Ready-to-Eat,

Vegetables in Loja, Ecuador

Hualpa Diana1*, Toledo Zorayda1, Meneses Miguel A.2, Feng Peter3

1. Universidad Técnica Particular de Loja, Departamento de Ciencias de la Salud. Genética Humana, Microbiología y

Bioquímica Clínica. San Cayetano Alto. Loja, Ecuador. AP 1101608 2. Universidad Técnica Particular de Loja, Departamento de Químicas y Ciencias Exactas. Ingeniería de Procesos. San

Cayetano Alto. Loja, Ecuador. AP 1101608

3. Division of Microbiology, United States Food and Drug Administration, College Park, Maryland 20740.

Abstract: Minimally processed, ready-to-eat (RTE) vegetables, are consumed raw so have to comply with

microbiological requirements to ensure safety and avoid possible foodborne illnesses. The objective of this study was

to evaluate the microbiological quality of RTE vegetables: lettuce, spinach, carrot, cabbage with carrot, parsley,

parsley curd and coriander that are sold in supermarkets in the city of Loja, Ecuador. A total of 128 samples from 3

production batch were analyzed for total aerobic count, total coliform and E. coli. The aerobic count obtained

averaged 6,6 log10 CFU/g and ranged from 4,57 to 7,82 log10 CFU/g. The coliform counts a ranged from 0,48 to >

5,04 log10 MPN/g and in 11 samples >5,04 log10 MPN/g was observed. Generic E. coli was detected in 32 samples at

levels less than 6,2 MPN/g. In our study, 50% and 98% of the samples exceeded the reference limits for aerobic and

coliform counts, respectively. The results of this study indicate that RTE vegetables have, in some cases, the same

microbial load as packaged vegetables that are produced without a disinfection process, and maybe potential vehicles

for pathogen transmissions, which means the necessity of regulate the quality assurance of RTE vegetables.

Keywords: microbiological quality, ready-to-eat vegetables, coliforms, Escherichia coli

Calidad Microbiológica de Vegetales Mínimamente Procesados

Listos para el Consumo, en Loja, Ecuador

Resumen: Los vegetales listos para el consumo o mínimamente procesados (VMP), son consumidos crudos de modo

que deben cumplir con requerimientos microbiológicos para asegurar la seguridad y evitar en lo posible enfermedades

transmitidas por alimentos. El objetivo de este estudio fue evaluar la calidad microbiológica de VMP: lechuga,

espinaca, zanahoria, col con zanahoria, perejil liso, perejil crespo y culantro que se comercializan en supermercados

de la ciudad de Loja, Ecuador. 128 muestras provenientes de tres lotes de producción se analizaron en cuanto a

aerobios totales, coliformes totales y E. coli. Se obtuvo un conteo de aerobios promedio de 6,6 log10 UFC/g en un

rango entre 4,57 y 7,82 log10 UFC/g. El conteo de coliformes estuvo en el rango desde 0,48 hasta > 5,04 log10 NMP/g

y en 11 muestras se observó valores > 5,04 log10 NMP/g, además se detectó la presencia de E. coli genérica en 32

muestras en niveles menores que 6,2 NMP/g. En nuestro estudio, el 50% y 90% de las muestras excedió los límites

de referencia para aerobios y coliformes totales, respectivamente. Los resultados de este estudio indican que VMP

tienen, en algunos casos, la misma carga microbiana que los vegetales empaquetados que se producen sin ningún

proceso de desinfección, pudiendo ser potenciales vehículos para transmisión de patógenos siendo necesario regular

el aseguramiento de la calidad de los vegetales listos para su consumo.

Palabras clave: calidad microbiológica, vegetales mínimamente procesados, coliformes, Escherichia coli,

45


Hualpa Diana, Toledo Zoraida, Meneses Miguel A., Feng Peter


Callejón et al., (2015) mention that at the same time, outbreaks

of foodborne illnesses associated with the consumption of

fresh produce have increased. The complexities in production,

processing, transportation and storage can be gaps for

insanitation and contamination resulting in health risks. As a

result, fresh produces have been implicated in many food

borne outbreaks worldwide with Listeria monocytogenes,

Escherichia coli serotype O157:H7 and Salmonella (Feng and

Reddy, 2013; Johnston et al., 2006). In recent years, the

percentage of food poisonings induced by the consumption of

contaminated vegetables and juices and other products thereof

in the European Union ranged from 2,1% in 2009 to 7,1% in

2014 (EFSA, 2015).

For example, an outbreak of E. coli O157:H7 in 2006, in the

United States caused by packed spinach, affected 23 states and

some months later, another O157:H7 outbreak affected a chain

of fast food restaurants and it was suspected to be due to the

consumption of packed lettuce (Valentin-Bon et al., 2008).

These incidences raised major public health concerns about the

safety and quality of fresh produce. Accordingly, the

PAHO/WHO Regional System of Information for

Epidemiologic Watching of Diseases Transmitted by Foods

(PAHO/WHO, On line) declared that in Latin America

between 1998 to 2002, vegetables were the main vehicle

involved in the outbreaks of diseases transmitted by food. This

rising awareness has prompted many studies worldwide on the

microbiological quality of fresh vegetable products, including

in the United Kingdom (Sagoo et al., 2001, 2003), Spain

(Soriano et al., 2006), the United States (Feng and Reddy,

2013; Valentin-Bon et al., 2008), Venezuela (Rincón et al.,

2010), Chile (López et al., 2003) and Brazil (Fröder et al.,

2007), but no studies have been done in Ecuador.

In this study, we examined various RTE vegetables that are

sold in supermarkets to assess the microbiological quality of

fresh produce sold in Loja, Ecuador.

2. MATERIALS AND METHODS

2.1 Produce samples

A total of 128 samples of RTE and packed vegetable samples

were collected randomly from 3 supermarket chains from June

to November 2014 in the city of Loja, Ecuador. The 60 RTE

samples (some containing two to three ingredients, including

lettuce, cabbage, carrot) consisted of packed, cut vegetables of

lettuce (Creole, Roman and American), parsley (plain and

curly) and coriander. These samples were obtained unopened

in the original containers prior to their expiration date, and the

production batches were verified and within the shelflife time

frame of up to eight days, as indicated by the labels. Samples

were placed in ice chests and transported immediately to the

laboratory for analysis.

2.2 Microbiological analysis

The metadata on all the samples were recorded, including the

name of the manufacturer, type of vegetable, lot number, date

of expiration and type of packaging. Samples that were

deteriorated or had visible damaged were discarded and not

included in the analysis.

The surfaces of the containers were disinfected with 70%

alcohol before sampling, to prevent cross-contamination.

The microbiological quality of the samples was determined

with methods of the FDA Bacteriological Analytical Manual

(BAM) (U.S., 2013)

(http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/Laboratory

Methods/ucm2006949) briefly, 50 g of the product (from 3

production batches) were weighed and mixed with 450 mL of

buffered peptone water, from which 1:10 serial dilutions were

made until the final dilution of 107. The mesophilic aerobic

count was performed by standard plate count using plate count

agar (Difco BBL). The counts of coliform bacteria and E. coli

were determined by the MPN method using Lauryl Sufate

Tryptose broth, but modified with the use of ColiComplete

disks (Biocontrol Bellevue, WA) (AOAC, 2012) as described

in literature (Valentin-Bon et al., 2008). The disks contain X-

Gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside)

which is cleaved by β-galactosidase to produce a blue color

that is indicative of coliform. The discs also contain 4-

methylumbelliferone-ß-D-glucuronide, which is cleaved by E.

coli ß-glucuronidase activity to produce blue fluorescence

visible at 365-nm UV. After 48 h of incubation at 37°C, tubes

with blue dye were counted as coliform positive and those with

blue fluorescence were positive for E. coli. The level of

coliform and E. coli present was estimated by MPN/g based

on the combination of positive tubes.

The identification of the genus and the species of the gram-

negative bacilli was carried out touching lightly the center of

the colony with sterile inoculating needle and inoculate to

Triple iron Agar (Difco BBL) slant, Lysine iron agar (Difco

BBL) slant, Urea broth (BBL), Citrate medium (Difco BBL),

and Sulfide indole motility agar (BBL) by streaking slant and

stabbing butt. The culture was incubated 24 ± 2 h at 35°C and

for the confirmation the Microgen GN-ID identification

system was used.

3. RESULTS AND DISCUSSION

3.1 The mesophilic aerobic count

In the mesophilic aerobic bacteria count the mean microbial

loads for RTE were lettuce 5,66±0,6, spinach 6,45±0,8, carrot

7,23±0,2, cabbage with carrot 7,31±0,3 log10 CFU/g, in the

case of packaged vegetables, the mean microbial loads were:

parsley smooth 5,58±0,6, parsley curli 6,09±0,4, coriander

6,03±0,5, lettuce creole 5,18±0,8, lettuce romaine 6,00±0,4

and spinach 6,00±0,4 log10 CFU/g, these values are shown in

Table 1.

3.2 Total coliforms and E. coli

The number of total coliforms and E. coli in RTE and

packaged vegetables are presented in Tables 2 and 3. Total

coliforms were not detected in 6,7% of the vegetables

(spinach).

All 5 samples (100%) of grated carrot and cabbage with carrot

contained coliform levels between 5,04 and >5,04 log10

MPN/g.

46

http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/LaboratoryMethods/ucm2006949

http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/LaboratoryMethods/ucm2006949



E. coli was detected in 13 of 60 (21,7 %) RTE vegetable

samples and in 19 of 68 (27,9 %) packaged vegetable samples

(Table 3), but the levels were less than 6,2 MPN/g.

3.3 Discussion

The total counts of the lettuce samples we analyzed had a mean

value of log 5,66 and ranged from 4,57 to 6,78 log10 CFU/g

(Table 1). In Iran, RTE vegetables were examined and reported

mean total counts of log 6.7 with ranges from 5,5 to 7,4 log10

CFU/g (Jeddi et al., 2014). In the Campinas area of Brazil,

analysis of conventional and organic vegetables reported total

count values from 4,00 to 6,89 log10 CFU/g (Maffei et al.,

2013) and from 6,07 to 7,48 log10 CFU/g (Maistro et al.,

2012), respectively. Our results are consistent with these data

and with those reported from the United States in 55 samples

of RTE salads (Hagenmaier and Baker, 1998) and in 100

samples of RTE vegetables (Valentin-Bon et al., 2008). In

Spain, total counts between 3,1 to 7,81 log10 CFU/g were

reported in 140 lettuce samples collected from 16 restaurants

(Soriano et al., 2006). It has been noted that in all vegetable

samples aerobial mesophylls were developed. In another study

from Brazil, 21% of 133 samples of RTE vegetables showed

> 6,0 log10 CFU/g for coliforms (Fröder et al., 2007). All these

studies showed that RTE vegetables sampled worldwide

contains high levels of total bacteria, often >7,0 log10 CFU/g.

Large variability in total counts not only between different

samples but also within samples from the same producer and

with the same production date have been previously described

(Valentin-Bon et al., 2008). We found similar patterns in our

study, all samples studied were positive for coliforms, where

lettuce and spinach samples had values ranged from 4,57 to

6,78 and from 5,47 to 7,82 log10 CFU/g, respectively.

Table 1. Aerobic mesophilic counts in RTE and packed vegetables samples, with percentages of samples at the indicated

levels.

Produce No. of

samples Mean* Rangea

Percentages

>107 106 -107 105-106 <105

Lettuce (RTE) 35 5,66±0,6 4,57-6,78 11 20 57 11

Spinach (RTE) 15 6,45±0,8 5,47-7,82 27 40 33 0

Carrot (RTE) 5 7,23±0,2 6,86-7,44 80 20 0 0

Cabbage with carrot

(RTE) 5 7,31±0,3 6,80-7,56 80 20 0 0

Parsley smooth

(packaged) 13 5,58±0,6 4,95-6,83 0 8 69 23

Parsley curly (packaged) 13 6,09±0,4 5,56-6,95 0 54 46 0

Coriander (packaged) 12 6,03±0,5 4,95-6,82 0 58 33 8

Lettuce creole (packaged) 10 5,18±0,8 4,95-6,82 0 20 40 40

Lettuce romaine

(packaged) 10 6,00±0,4 5,05-6,40 0 80 20 0

American Spinach

(packaged) 10 6,00±0,4 6,80-7,56 0 80 0 20

*Results are expressed as mean±SD of the two replicates; Counts are given in terms of log10 CFU/g of products; a range in log10

CFU/g of product

In some samples, condensations in the bags, probably from

humidity, were observed at the bottom of the bags, and this

may have provided moisture which can stimulate microbial

growth. These results suggest that the microbiological

qualities of the packaged vegetables reported from the various

countries appear to be similar. The mesophyll aerobic count is

used by some countries as an indicator of safety, but has no

direct relation with the presence of pathogens or their toxins.

In Ecuador, there are no regulations for mesophyll aerobic

count for this type of products, but others have suggested 5,0

log10 CFU/g as acceptable for aerobic counts (Solberg et al.,

1990). The National Standard of Iran uses aerobic counts of

less than 6,0 log10 CFU/g as being considered safe for

consumption. In this context, our study showed that 50% of

the produce samples in Loja, Ecuador would have exceeded

this norm. Moisture was observed in the bottom of many of the

bags of lettuce and spinach we tested, which may have favored

microbial growth and contributed to the high counts. The RTE

plant products may be contaminated at each stage of their

production process (both pre- and post-harvest and

processing). Berthold-Pluta et al., (2017) indicated that

potential sources of contamination include soil, water, feces

(human and animal origin), animals (for example insects and

birds), handling of the products, harvesting and processing

equipment and transport.

47



Table 2. Total coliform counts in fresh RTE and minimally – processed packaged vegetables, with percentages of samples at

the indicated levels

Produce No. of

samples Mean*

Rangea

MPN/g

Percentages

>104

103 –

104

102 –

103

101-

102 <3x101 <3

Lettuce (RTE) 35 4,02±1,1 2,18 - 5,66 48 23 29 0 0 0

Spinach (RTE) 15 3,99±0,9 0,48 - 5,04 53 33 0 7 0 7

Carrot (RTE) 5 TNTC >5,04 100 0 0 0 0 0

Cabbage with carrot

(RTE) 5 TNTC 5,04 - >5,04 100 0 0 0 0 0

Parsley smooth

(packaged) 13 3,81±0,7 2,87 - >5,04 38 31 31 0 0 0

Parsley curly

(packaged) 13 3,14±0,9 1,56 - 4,66 15 31 39 15 0 0

Coriander (packaged) 12 4,52±0,5 3,38 - 5,04 92 8 0 0 0 0

Lettuce creole

(packaged) 10 3,01±1,5 0,48 - 4,66 30 30 20 0 20 0

Lettuce romaine

(packaged) 10 2,98±1,0 1,48 - >5,04 20 30 40 10 0 0

American Spinach

(packaged) 10 3,75±1,2 2,36 - >5,04 80 10 10 0 0 0

*Results are expressed as mean±SD corresponded to each vegetable, counts are given in terms of log10 MPN/g of

products; a range in log10 MPN/g of product; TNTC, too numerous to count

Table 3. Percentages of fresh, RTE and minimally –

processed bagged vegetables that contained E. coli.

Food item (No of samples)

No of

positive

samples

Concentration

(MPN/g)

Lettuce (RTE) (35) 9 6,2

Spinach (RTE) (15) 2 6,2

Carrot (RTE) (5) 1 6,2

Cabbage with carrot (RTE) (5) 1 6,2

Parsley smooth (packaged) (13) 0 --

Parsley curly (packaged) (13) 3 6,2

Coriander (packaged) (12) 3 6,2

Lettuce creole (packaged) (10) 2 6,2

Lettuce romaine (packaged) (10) 5 6,2

American Spinach (packaged)

(10) 6 6,2

The greatest applications of coliform, Enterobacteriaceae, and

E.coli testing is in assessment of the overall quality of a food

and the hygienic conditions present during food processing.

The Enterobacteriaceae, coliforms, and Escherichia coli are

used with as Quality and Safety indicators.

The total coliform counts we obtained were from 0,47 to >5,04

log10 MPN/g (Table 2), which are higher than the 0,47 to 3,38

log10 MPN/g reported in Spain (Soriano et al., 2006) and the

<0,47 to >4,0 log10 MPN/g reported in the United States

(Valentin-Bon et al., 2008). In our study, it was not possible to

obtain a mean coliform value because 13 of the 60 samples

have exceed the counting limit of >5,05 log10 MPN/g. There

are no permissible limits of indicator bacteria for RTE in

Ecuador, but again, using the National Standard of Iran, 98%

of our produce samples have exceeded that standards.

Generic E. coli bacteria were detected in 9 samples of lettuce,

2 samples of spinach, 1 sample of cut carrot and 1 sample of

cabbage with chopped carrot (Table 3). In Brazil, the standard

for minimally processed products for consumption has a limit

of 100 CFU/g for fecal coliforms and in one analysis of 133

salad samples, 73% had exceeded that limit (Fröder et al.,

2007). In the United Kingdom, the Public Health laboratory

has set E. coli limits for RTE foods, including bagged produce,

where E. coli of 20 CFU/g is satisfactory, from 20 to <100

CFU/g as acceptable and ≥ 100 CFU/g as unsatisfactory

(Sagoo et al., 2003). In a few studies, 3200 organic salads and

3852 conventional RTE salads were sampled and analyzed in

the United Kingdom and the results showed that only 0,5% had

exceeded the permissible maximum E. coli limit of 100 CFU/g

and were qualified as unsatisfactory (Sagoo et al., 2001, 2003).

In our study, 25% of the samples had E. coli but did not

exceeded the value of 6,2 MPN/g. This is similar to the results

obtained in the United States (Jeddi et al., 2014; Valentin-Bon

et al., 2008) where E. coli was detected in 21 samples (18,1%)

but at low levels, suggesting that E. coli are not usually present

at high levels in bagged produce.

The common foodborne genera of the Family

Enterobacteriaceae include Citrobacter, Enterobacter,

Erwinia, Escherichia, Hafnia, Klebsiella, Proteus,

Providencia, Salmonella, Serratia, Shigella, and Yersinia, we

also found the presence of other Gram negative bacteria in

produce but in different percentages, Pseudomonas spp (13%),

48



Enterobacter aerogenes (45%), Enterobacter cloacae (8,3%),

Klebsiella Oxytoca (1,6%), Citrobacter freundi (3,3%), and

Enterobacter spp (1,6%). These results are consistent with

those reported in literature (Seow et al., 2012; Soriano et al.,

2006). The presence of these microorganisms in foods, may be

indicators of lack of food quality, indicator microorganisms

are considered to be all groups or species of microorganisms

involved in diseases of alimentary origin that are usually

enteric pathogens, which means that they can survive in the

gastrointestinal tract of humans, as well as animals and birds,

a directly or indirectly contaminated with fecal material from

any of these sources, is indicative of the possible presence of

enteric pathogens (Ray and Bhunia, 2010).

The results from all these studies showed that the flora and

bacterial content in RTE products are highly variable and

complex. The microbiological quality of fresh RTE products

from production to packaging has been studied (Johnston et

al., 2006) and showed that indicator levels in mustard and

spinach leaves remained relatively constant, whereas in

coriander, parsley and, above all, melons had varied counts

demonstrating that the microbial load not only vary according

to processing, but also depends on the type of product. The

processing procedures for each one of the produce products is

different moreover, variations in the microbial load can also

occur during storage.

Prevention of foodborne contamination in fresh-cut processing

starts in the field by identifying and eliminating possible

sources of contamination. Principles of Good Agricultural

Practices (GAP) and Good Handling Practices (GHP) remain

the pre-requisite cornerstones of food safety management

strategies to address challenges posed at the pre-harvest level

(Castro-Ibañez et al 2017).

In conclusion, there is a wide range and variations in the

microbial counts in the fresh produce samples in Ecuador and

even between samples with the same use-by-dates. These RTE

produce products can contain very high levels of microbial

content and these products are difficult to disinfect, hence can

pose health risks if contaminated with pathogens. To improve

the safety of fresh vegetables in the industry some effective

measures should be applied such as chemical and physical

treatments, refrigeration and packaging in modified

atmosphere can inhibit or retard bacterial growth.

For the prevention of contamination in fresh processed

vegetables, possible sources of contamination should be

identified, Principles of Good Agricultural Practices (GAP)

should be applied, Good Handling Practices (GHP), food

safety management based on the previous analysis of the

harvest.

4. ACKNOWLEDGEMENTS

Authors are gratefully to the Oficina de Transferencia de

Resultados de Investigación (OTRI-UTPL), Dr. Omar

Malagón.

REFERENCES

AOAC, I. (2012). Official methods of analysis, 19th Edition ed. Gaithersburg,

MD.

Berthold-Pluta, A., Garbowska, M., Stefańska, I., Pluta, A. (2017).

Microbiological quality of selected ready-to-eat leaf vegetables, sprouts

and non-pasteurized fresh fruit-vegetable juices including the presence of Cronobacter spp. Food Microbiology, 65(Supplement C), 221-230.

https://doi.org/10.1016/j.fm.2017.03.005

Betts, R. (2014). Microbial Update: fruit and salad. International Food

Hygiene, 25(3), 3.

Callejón, R. M., Rodríguez-Naranjo, M. I., Ubeda, C., Hornedo-Ortega, R.,

Garcia-Parrilla, M. C., and Troncoso, A. M. (2015). Reported foodborne

outbreaks due to fresh produce in the United States and European Union: Trends and causes. Foodborne Pathogens and Disease 12(1), 32-38.

Castro-Ibáñez, I., Gil, M. I., Allende, A. (2017) Ready-to-eat vegetables: Current problems and potential solutions to reduce microbial risk in the

production chain. LWT-Food Science and Technology. 85(2017), 284-

292

EFSA BIOHAZ Panel (European Food Safety Authority Panel and Biological

Hazards) (2014) Scientific Opinion on the risk posed by pathogens in food of non-animal origin. Part 2 (Salmonella and Norovirus in leafy

greens eaten raw as salads). EFSA Journal. 12 (3), 3600.

FAO. (2011). Processing of fresh-cut tropical fruits and vegetables: A

technical guide, in: Office of Knowledge Exchange, R.a.E.-F. (Ed.), Bankok.

Feng, P., Reddy, S. (2013). Prevalences of Shiga toxin subtypes and selected other virulence factors among Shiga-Toxigenic Escherichia coli strains

isolated from fresh produce. Applied and environmental microbiology,

79(22), 6917-6923.

Fröder, H., Martins, C.G., De Souza, K.L., Landgraf, M., Franco, B., D.,

Destro, M.T. (2007). Minimally processed vegetable salads: microbial quality evaluation. Journal of Food Protection, 70(7), 1277–1280.

Hagenmaier, R.D., Baker, R., A (1998). A Survey of the Microbial Population and Ethanol Content of Bagged Salad. Journal of Food Protection, 61(3),

357-359.

Jeddi, M.Z., Yunesian, M., Gorji, M.E., Noori, N., Pourmand, M.R., Khaniki,

G.R. (2014). Microbial evaluation of fresh, minimally-processed

vegetables and bagged sprouts from chain supermarkets. Journal Health, Population and Nutrition, 32(3), 391-399.

Johnston, L.M., Jaykus, L.A., Moll, D., Anciso, J., Mora, B., Moe, C.L. (2006). A field study of the microbiological quality of fresh produce of

domestic and Mexican origin. Food Microbiology, 112(2), 83-95.

López, L., Romero, J., Duarte, F. (2003). Calidad microbiológica y efecto del

lavado y desinfección en vegetales pretrozados expendidos en Chile.

Archivos Latinoamericanos de Nutrición, 53(4), 383-388.

Maffei, D.F., Silveira, N.F.d.A., Catanozi, M.d.P.L.M. (2013).

Microbiological quality of organic and conventional vegetables sold in Brazil. Food Control, 29(1), 226-230.

http://dx.doi.org/10.1016/j.foodcont.2012.06.013

Maistro, L.C., Miya, N.T.N., Sant'Ana, A.S., Pereira, J.L. (2012).

Microbiological quality and safety of minimally processed vegetables

marketed in Campinas, SP – Brazil, as assessed by traditional and alternative methods. Food Control, 28(2), 258-264.

Oliveira, M.A.d., Maciel de Souza, V., Morato Bergamini, A.M., De Martinis, E.C.P. (2011). Microbiological quality of ready-to-eat minimally

processed vegetables consumed in Brazil. Food Control, 22(8), 1400-

1403. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2011.02.020

49

https://doi.org/10.1016/j.fm.2017.03.005

http://dx.doi.org/10.1016/j.foodcont.2012.06.013

https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2011.02.020



PAHO/WHO (On line). SIRVETA, Sistema de información para la vigilancia

de las enfermedades transmitidas por los alimentos. Available on

http://www.panalimentos.org/sirveta/e/report_eta01.asp

Ray, B., Bhunia, A. (2010). Fundamentos de microbiología de alimentos, 4th

ed. México, McGraw-Hill.

Rincón, G., Ginestre, M., Romero, S., Castellano, M., Ávila, Y. (2010).

Calidad microbiológica y bacterias enteropatógenas en vegetales tipo

hoja Kasmera, 38(2), 97-105.

Sagoo, S.K., Little, C.L., Mitchell, R.T. (2001). The microbiological

examination of ready-to-eat organic vegetables from retail establishments in the United Kingdom. Applied Microbiology, 33(6),

434-439.

Sagoo, S.K., Little, C.L., Mitchell, R.T. (2003). Microbiological quality of

open ready-to-eat salad vegetables: effectiveness of food hygiene

training of management. Journal of Food Protection, 66(9), 1581-1586.

Seow, J., Ágoston, R., Phua, L., Yuk, H.-G. (2012). Microbiological quality

of fresh vegetables and fruits sold in Singapore. Food Control, 25(1), 39-44.

Solberg, M., Buckalew, J.J., Chen, C.M., Schaffner, D.W., O'Neill, K., McDowell, J., Post, L.S., Boderck, M. (1990). Microbiological safety

assurance system for foodservice facilities. Food Technology, 44(12), 68, 70-73.

Soriano, J.M., Rico, H., Moltó, J.C., Mañes, J. (2006). Assessment of the microbiological quality and wash treatments of lettuce served in

university restaurants. International Journal Food Microbiology, 58(1-2)

U.S (2013). Bacteriological Analytical Manual. Available on

http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/LaboratoryMethods/uc

m064948.htm

Valentin-Bon, I., Jacobson, A., Monday, S.R., Feng, C.H. (2008).

Microbiological quality of bagged cut spinach and mixes lettuce. Applied and environmental microbiology, 74(4), 1240–1242.

Diana Inés Hualpa Salinas

Engineer in Agricultural Industries

graduated from the Universidad Técnica

Particular de Loja (UTPL), Higher

Diploma in Innovative Pedagogies

(UTPL), Magister Scentiae in Food

Technology graduated from the National

Agrarian University La Molina - Peru.

Experience as Head of Production and

Quality Assurance in food industries. Head of Food

Microbiology Laboratory. Professor Researcher of the Health

Sciences Department at the Universidad Técnica Particular de

Loja. Experience as a researcher in the field of Food

Zorayda Patricia Toledo Barrigas

Biochemist Pharmacist graduated from

the Universidad Técnica Particular de

Loja (UTPL), Master in Advanced

Microbiology, Biomedical mention

graduated from the University of

Guayaquil. Professor Researcher of the

Health Sciences Department at the

Universidad Técnica Particular de Loja.

Experience as a researcher in bacterial resistance and in

Campylobacter and Enteropathogenic Escherichia coli as

etiological agents causing foodborne

Miguel Ángel Meneses

Ph.D. in Chemical Engineering in 2014,

Italy, Salerno University. Chemical

Engineer in 2006, Ecuador, Universidad

Técnica Particular de Loja. Professor in

the Chemistry and Exact Sciences

Department at the Universidad Técnica

Particular de Loja. Head of INNOTECH

research and innovation group.

Experience as researcher in innovative technology for food,

pharmaceutical and chemical processes.

Peter Feng Ph.D. in Microbiology in 1981, Iowa

State Univ. Postdoc in Molecular

Biology, Purdue Univ. 1981-1984.

Program Manager, diagnostic assays for

microbial pathogens, IGEN Inc. 1984–

1988. FDA Division of Microbiology

(1988 -2018). Has 29 yrs of research

expertise on Shiga toxin-producing E.

coli (STEC). FDA subject matter expert for STEC - outbreak

investigations and reviews compliance violations. Published

~140 papers, reviews and chapters. Member of ISO TC 34/SC

9; Expert of WHO/FAO JEMRA; National Advisory

Committee on Microbiological Criteria for Foods

(NACMCF); Co-Chair, WHO STEC Expert Panel. FDA

Scientific Achievement Award (1998); FDA Award of Merit

(2013). Fellow American Academy of Microbiology. Fluent in

mandarin Chinese and Spanish.

50

http://www.panalimentos.org/sirveta/e/report_eta01.asp

http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/LaboratoryMethods/ucm064948.htm

http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/LaboratoryMethods/ucm064948.htm

Preparación de Artículos para la Revista Politécnica

_________________________________________________________________________________________________________________________

Revista Politécnica- XXXX 201X, Vol. XX, No. X

11. SECCIÓN I

Este documento es una plantilla para versiones Microsoft

Word 2013 o posteriores. Si está leyendo una versión impresa

de este documento, por favor descargue el archivo electrónico,

revistapolitécnicaformato2016.docx. En caso de que el autor

desee enviar el artículo en formato LaTex por favor

comunicarse con la coordinación de edición

([email protected]). Por favor, no coloque numeración

ni pie de página en el documento presentado.

No cambie los tamaños de fuente o espaciado de renglones

para ajustar el texto a un número limitado de páginas.

Utilice cursiva o negrita para dar énfasis a un texto, no

subrayado.

2. SECCIÓN II

Para las pautas de presentación, siga las instrucciones emitidas

por el sistema del sitio web de la revista de la EPN.

Colocar el correo electrónico del autor de correspondencia.

La presentación inicial debe tomar en cuenta todas las

indicaciones que se presentan en la plantilla, para de esta

manera tener una buena estimación de la longitud del artículo

a publicarse. Además, de esta manera el esfuerzo necesario

para la presentación final del manuscrito será mínimo.

Como sugerencia, es importante tomar en cuenta que, el primer

autor es el investigador que hizo la mayor parte del trabajo,

mientras que el último autor suele ser el profesor quien es el

líder intelectual y, a menudo edita y presenta el borrador final

del documento.

La Revista Politécnica pondrá en marcha un sistema de

transferencia electrónica de derechos de autor en su momento.

Por favor, "no" enviar formularios de derecho de autor por

correo o fax. A continuación se detallan las consideraciones

que se deben tener en cuenta para la presentación final del

artículo.

3. SECCIÓN III

Preparación de Artículos para la Revista Politécnica Utilizar

Mayúsculas en cada Palabra en el Caso del Título

Apellido, Nombre1; Apellido, Nombre2; Apellido, Nombre3

1Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecatrónica, Quito, Ecuador

2Escuela Politécnica del Litoral, Facultad de Ingeniería Industrial, Guayaquil, Ecuador 3Universidad de Cuenca, Facultad de Ciencias Exactas, Cuenca, Ecuador

Resumen: Las siguientes instrucciones establecen las pautas para la preparación de artículos para la Revista

Politécnica. Los artículos pueden ser escritos en español o en inglés, pero tendrán un resumen de máximo 250 palabras

en los dos idiomas. Los autores pueden hacer uso de este documento como una plantilla para componer su artículo si

están utilizando Microsoft Word 2013 o superior. Caso contrario, este documento puede ser utilizado como una guía

de instrucciones. El número mínimo de páginas será 6 y el máximo 15, Para el envío de los artículos, los autores

deben seguir las instrucciones colocadas en el sistema de recepción de artículos del sitio web de la Revista Politécnica

(www.revistapolitecnica.epn.edu.ec). En caso de que su artículo sea en inglés colocar el título y el resumen en los

dos idiomas.

Palabras clave: Incluir una lista de 3 a 6 palabras.

Title of Manuscript

Abstract: These instructions give you guidelines for preparing papers for EPN Journal. Papers can be written in

Spanish or English; however, an abstract of maximum 250 words and written in both languages is required. Use this

document as a template to compose your paper if you are using Microsoft Word2013 or later. Otherwise, use this

document as an instruction set. The minimum number of pages will be 6 and the maximum will be 15. For submission

guidelines, follow instructions on paper submission system from the EPN Journal

website(www.revistapolitecnica.epn.edu.ec).

Keywords:Include a list of 3 to 6 words.


http://www.revistapolitecnica.epn.edu.ec/

http://www.revistapolitecnica.epn.edu.ec/

Apellido Nombre; Apellido Nombre; Apellido Nombre; Apellido Nombre

_______________________________________________________________________________________________________________________________


3.1 Figuras, tablas y márgenes

Todas las figuras deben ser incorporadas en el documento. Al

incluir la imagen, asegúrese de insertar la actual en lugar de un

enlace a su equipo local. Los archivos de: figuras, dibujos,

fotografías, etc., deberán enviarse en formato bmp o jpg, con

al menos 1200 puntos (resolución) en uno de sus ejes, con

leyendas legibles y de tamaño adecuado. El artículo debe

contener entre tablas y figuras un máximo de 10.

Las etiquetas de los ejes de las figuras son a menudo una fuente

de confusión. Utilice las palabras en lugar de símbolos. Por

ejemplo, escriba la cantidad "Magnetización," o

"Magnetización M" no sólo "M".

Las figuras y tablas deben estar en la parte superior e inferior

de las columnas. Evite colocarlas en medio de ellas. Las

figuras y tablas grandes pueden extenderse a lo largo de ambas

columnas. Las leyendas de las figuras deben estar centradas

debajo de las figuras, los títulos de las tablas deben estar

centrados sobre ellas. Evite colocar figuras y tablas antes de su

primera mención en el texto. Para la mención de figuras, tablas

o ecuaciones utilice las palabras completas con la primera letra

en mayúscula, por ejemplo "Figura 1".

Coloque las unidades entre paréntesis. No etiquete los ejes sólo

con unidades. Por ejemplo, escriba "Magnetización (A/m)" o

"Magnetización (Am-1)", no sólo "Magnetización A/m." No

etiquete los ejes con una relación de cantidades y unidades. Por

ejemplo, escriba "Temperatura (K)", no "Temperatura K".

Los multiplicadores pueden ser especialmente confusos.

Escriba "Magnetización (kA/m)" o "Magnetización

(103A/m)". No escriba "Magnetización (A/m) x 1000" porque

el lector no sabrá si la etiqueta del eje de arriba significa 16000

A/m o 0,016 A/m. Las etiquetas de las figuras deben ser

legibles, con un valor de 8 y sin espacio de separación con la

figura.

Figura 1. Distribución Weibull de 60 Hz voltajes de ruptura11 cables α =

45,9 kV picoβ = 5,08.Intervalo de Confidencia 95%

Los autores deben trabajar activamente con los márgenes

solicitados. Los documentos de la revista serán marcados con

los datos del registro de la revista y paginados para su inclusión

en la edición final. Si la sangría de los márgenes en su

manuscrito no es correcta, se le pedirá que lo vuelva a

presentar y esto, podría retrasar la preparación final durante el

proceso de edición.

Por favor, no modificar los márgenes de esta plantilla. Si está

creando un documento por su cuenta, considere los márgenes

que se enumeran en la Tabla 1. Todas las medidas están en

centímetros.

Tabla 1.Márgenes de página

Página Superior Inferior Izquierda/

Derecha Primera 2,0 2,5 1,5 Resto 2,0 2,5 1,5

3.2 Ecuaciones

Si está usando MSWord, sugerimos utilizar el Editor de

ecuaciones de Microsoft o el MathTypeadd-on para las

ecuaciones en su documento (Insertar/Objeto/Crear

Nuevo/Microsoft Ecuación o Ecuación MathType). La opción

"flotar sobre el texto" no se debe elegir.’

Enumere las ecuaciones consecutivamente con los números de

la ecuación en paréntesis contra el margen derecho, como en

(1). Utilice el editor de ecuaciones para crear la ecuación y esta

debe estar localizada en el margen derecho, como se muestra

en el ejemplo siguiente:

)]2(/[),( 020

2

rddrrFr

(1)

Asegúrese de que los símbolos en su ecuación han sido

definidos antes de que aparezcan en la ecuación o

inmediatamente después. Ponga en cursiva los símbolos (T

podría referirse a la temperatura, pero T es la unidad tesla).

Para referirse a la ecuación se escribe por ejemplo “Ecuación

(1) "

3.3 Unidades

Utilice el SI como unidades primarias. Otras unidades pueden

ser utilizadas como unidades secundarias (en paréntesis). Por

ejemplo, escriba "15 Gb/cm2 (100 Gb/in2)". Evite combinar las

unidades del SI y CGS, como la corriente en amperios y el

campo magnético en oerstedios. Esto a menudo lleva a

confusión porque las ecuaciones no cuadran

dimensionalmente. Si tiene que usar unidades mixtas, aclare

las unidades para cada cantidad en una ecuación.

Por ejemplo, en el SI la unidad de fuerza de campo magnético

Hes A/m. Sin embargo, si desea utilizar unidades de T, o bien

se refiere a la densidad de flujo magnético B o la fuerza del

campo magnético simbolizadas como µ0H. Use un punto en el

centro para separar las unidades compuestas, por ejemplo,

“A·m2.”

3.4 Abreviaturas y Siglas

Defina las abreviaciones y acrónimos la primera vez que se

utilizan en el texto, incluso después de que ya han sido

Breakdown Voltage (kV)

100 101 102

0.2

0.1

2

20

70

90

98

99.9

50

Wei

bull

Bre

akdo

wn

Pro

babi

lity

(%)

30

10

5

1

0.5

Preparación de Artículos para la Revista Politécnica

_________________________________________________________________________________________________________________________


definidos en el resumen. No utilice abreviaturas en el título a

menos que sea inevitable.

3.5 Otras recomendaciones

Para expresar valores decimales se usarán comas, por

ejemplo 3,45. Use un cero antes del decimal.

Se incluirá un espacio entre números para indicar los

valores de miles, por ejemplo 463 690.

Utilice notación científica para expresar números con

más de 3 cifras hacia la derecha o izquierda, es decir,

mayores a 2,50E+05 o menores a 4,8E-03.

Finalmente, de ser necesario y de manera opcional, se

pueden incluir conclusiones, recomendaciones y

agradecimiento.

REFERENCIAS

La lista de referencias debe estar en Formato APA

ordenada alfabéticamente de acuerdo con el apellido del

primer autor del artículo. El agregado et al no debe ir en

cursiva. Por favor nótese que todas las referencias listadas aquí

deben estar directamente citadas en el cuerpo del texto usando

(Apellido, año). Las notas al pie deben evitarse en la medida

de lo posible.

El artículo debe contener un mínimo de 6 referencias.

Seguir el formato indicado a continuación de acuerdo al tipo

de referencia a:

Formato básico para referenciar libros:

Apellido, Inicial Nombre. (Año). Título del libro. Ciudad,

País: Editorial.

Libros con un autor:

En las referencias: King, M. (2000). Wrestling with the angel: A life of Janet Frame. Auckland,

New Zealand: Viking.

Cita en el texto:

(King, 2000) o King (2000) argumenta que ...

Libros con dos autores:

En las referencias: Treviño, L. K., y Nelson, K. A. (2007). Managing business ethics: Straight

talk about how to do it right. Hoboken, NJ: Wiley

Cita en el texto:

(Treviño y Nelson, 2007) oTreviño y Nelson (2007)

ilustran…

Libros con dos o más autores:

En las referencias: Krause, K.-L., Bochner, S., y Duchesne, S. (2006). Educational psychology

for learning and teaching (2nd ed.). South Melbourne, VIC., Australia:

Thomson.

Cita en el texto:

De acuerdo con Mezey et al. (2002) o ... (Mezey et al.,

2002).

Formato básico para referenciar artículos científicos

Apellido, Inicial Nombre. (Año). Título del Artículo.

Título/Iniciales de la Revista. Número de Volumen (Tomo),

páginas

Artículos en revistas:

En las referencias: Sainaghi, R. (2008). Strategic position and performance of winter

destinations. TourismReview, 63(4), 40-57.

Cita en el texto:

(Sainaghi, 2008) oSainaghi (2008) sugiere ...

Artículos con DOI

En lasreferencias: Shepherd, R., Barnett, J., Cooper, H., Coyle, A., Moran-Ellis, J., Senior, V.,

& Walton, C. (2007). Towards an understanding of British public attitudes concerning human cloning. Social Science& Medicine, 65(2), 377-392.

http://dx.doi.org/10.1016/j.socscimed.2007.03.018

Cita en el texto:

Shepherd et al. (2007) o Shepherd et al. (2007) resaltan la...

Artículos sin DOI

En las referencias Harrison, B., & Papa, R. (2005). The development of an indigenous

knowledge program in a New Zealand Maori-language immersion

school. Anthropology and EducationQuarterly, 36(1), 57-72. Obtenido de la base de datos AcademicResearch Library

Cita en el texto:

(Harrison y Papa, 2005) o En su investigación, Harrison y

Papa (2005) establecieron...

Artículos en línea

En lasreferencias: Snell, D., & Hodgetts, D. (n.d.). The psychology of heavy metal communities

and white supremacy. Te KuraKeteAronui, 1. Obtenido de: http://www.waikato.ac.nz/wfass/tkka. (Mayo, 2015).

Cita en el texto:

(Snell y Hodgetts, n.d.) oSnell y Hodgetts (n.d.) identificaron

"..."

http://dx.doi.org/10.1016/j.socscimed.2007.03.018

http://www.waikato.ac.nz/wfass/tkka

Apellido Nombre; Apellido Nombre; Apellido Nombre; Apellido Nombre

_______________________________________________________________________________________________________________________________


INFORMACIÓN ADICIONAL

Sistema de Arbitraje:

Todos los artículos cumplen con una revisión por pares, la cual

consiste en:

Selección de dos o tres árbitros, actualmente la Revista

Politécnica cuenta con revisores internos, externos e

internacionales, quienes envían al editor

su evaluación del artículo y sus sugerencias acerca de

cómo mejorarlo.

El editor reúne los comentarios y los envía al autor

Con base en los comentarios de los árbitros, el editor

decide si se publica el manuscrito.

Cuando un artículo recibe al mismo tiempo evaluaciones

tanto muy positivas como muy negativas, para romper

un empate, el editor puede solicitar evaluaciones

adicionales, obviamente a otros árbitros.

Toda la evaluación se realiza en un proceso doble ciego,

es decir los autores no conocen quienes son sus

revisores, ni los revisores conocen los autores del

artículo.

Instructivo para publicar un Artículo

1. Crear un usuario y contraseña para acceder al portal

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los siguientes elementos, y que acepten que envíos

que no cumplan con estas indicaciones pueden ser

devueltos al autor.

- La petición no ha sido publicada previamente, ni

se ha presentado a otra revista (o se ha

proporcionado una explicación en Comentarios

al Editor).

- El fichero enviado está en formato OpenOffice,

Microsoft Word, RTF, o WordPerfect.

- Se han añadido direcciones web para las

referencias donde ha sido posible.

- El texto tiene interlineado simple; el tamaño de

fuente es 10 puntos; se usa cursiva en vez de

subrayado (exceptuando las direcciones URL); y

todas las ilustraciones, figuras y tablas están

dentro del texto en el sitio que les corresponde y

no al final del todo.

- El texto cumple con los requisitos bibliográficos

y de estilo indicados en las Normas para

autoras/es, que se pueden encontrar en "Acerca

de la Revista".

Nota de copyright

Los autores que publican en esta revista están de

acuerdo con los siguientes términos:

- Los autores conservan los derechos de autor y

garantizan a la revista el derecho de ser la

primera publicación del trabajo al igual que

licenciado bajo una Creative Commons

Attribution License que permite a otros

compartir el trabajo con un reconocimiento de la

autoría del trabajo y la publicación inicial en esta

revista.

- Los autores pueden establecer por separado

acuerdos adicionales para la distribución no

exclusiva de la versión de la obra publicada en la

revista (por ejemplo, situarlo en un repositorio

institucional o publicarlo en un libro), con un

reconocimiento de su publicación inicial en esta

revista.

- Se permite y se anima a los autores a difundir sus

trabajos electrónicamente (por ejemplo, en

repositorios institucionales o en su propio sitio

web) antes y durante el proceso de envío, ya que

puede dar lugar a intercambios productivos, así

como a una citación más temprana y mayor de

los trabajos publicados (Véase The Effect of

Open Access) (en inglés).

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