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<strong>Volumen</strong> <strong>37</strong> <strong>No</strong> 2<br />
<strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>
<strong>Volumen</strong> <strong>37</strong> <strong>No</strong> 2<br />
<strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>
La Revista Politécnica es una publicación semestral de la Escuela Politécnica Nacional que pone<br />
al alcance de los sectores académico y productivo los desarrollos científicos y tecnológicos en las<br />
áreas de las ingenierías y ciencias.<br />
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COORDINADORA DE EDICIÓN<br />
Ing. Iliana Carrera<br />
COMISIÓN DE APOYO EDITORIAL<br />
Ing. Andrés Proaño<br />
Srta. Dayana Gavilanes<br />
Sr. Luis Estrada<br />
Srta. Sandra Rojas<br />
Sr. Daniel Cabrera
REVISTA POLITÉCNICA<br />
<strong>Volumen</strong> <strong>37</strong>, Número 2<br />
<strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong><br />
CONSEJO EDITORIAL<br />
ESCUELA POLITÉCNICA<br />
NACIONAL<br />
Rector<br />
Jaime Calderón, MBA<br />
Vicerrector de Investigación y<br />
Proyección Social<br />
Alberto Celi, Ph.D.<br />
Vicerrector de Docencia<br />
Tarquino Sánchez, MBA<br />
Editor<br />
Oscar Camacho, Ph.D.<br />
Enio Da Silveira, Ph.D.<br />
Universidad Católica de Río, Brasil.<br />
Carlos Smith, Ph.D.<br />
University of South Florida, Estados<br />
Unidos<br />
Gyimah-Brempong Kwabena, Ph.D.<br />
University of South Florida, Estados<br />
Unidos<br />
Raymundo Forradelas, Ph.D.<br />
Universidad Nacional del Cuyo,<br />
Argentina<br />
Ricardo Carelli, Ph.D.<br />
Universidad Nacional de San Juan,<br />
Argentina.<br />
Vanderlei Bagnato, Ph.D.<br />
Universidad de Sao Paulo, Brasil.<br />
Rui Pedro Pinto de Carvalho, Ph.D.<br />
University of Coimbra, Portugal.<br />
Oscar Ortiz, Ph.D.<br />
Universidad Nacional de San Juan,<br />
Argentina<br />
Gustavo Scaglia, Ph.D.<br />
Universidad Nacional de San Juan,<br />
Argentina<br />
Chen Ning, Ph.D.<br />
Universidad de Mineralogía y<br />
Tecnología de China, China.<br />
Alex Ruiz Torres, Ph.D.<br />
Universidad de Puerto Rico, Puerto<br />
Rico.<br />
Lizandro Solano, Ph.D.<br />
Universidad de Cuenca, Ecuador<br />
Romel Montufar, Ph.D.<br />
Pontificia Universidad Católica, Ecuador<br />
Marcos Villacís, Ph.D.<br />
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador<br />
Andrés Rosales, Ph.D.<br />
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador<br />
Danilo Chávez, Ph.D.<br />
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador<br />
Oscar Camacho, Ph.D.<br />
Universidad de Los Andes, Venezuela<br />
Vicenzo Vespri, Ph.D.<br />
Università degli studi di Firenze, Italia<br />
Carlos Ávila, Ph.D.<br />
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador<br />
Co Editor<br />
Rafael Uribe, Ph.D.<br />
COMITÉ EDITORIAL<br />
Andrés Rosales, Ph.D.<br />
Investigador<br />
Escuela Politécnica Nacional<br />
José Luis Paz, Ph.D.<br />
Prometeo<br />
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador<br />
Ernesto Jiménez, Ph.D.<br />
Prometeo<br />
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador<br />
Florinella Muñoz, Ph.D.<br />
Investigadora<br />
Escuela Politécnica Nacional<br />
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL<br />
Campus "José Rubén Orellana" Ladrón de Guevara E11 - 253<br />
Quito - Ecuador
CONTENIDO<br />
1<br />
Pizarro Monica; Sánchez Tereza; Ceballos Hernan; Morante Nelson; Dufour Dominique<br />
Diversificación de los Almidones de Yuca y sus Posibles Usos en la Industria<br />
Alimentaria<br />
7<br />
Genoy-Puerto Alexander; Hernández Martinez <strong>No</strong>elia<br />
Validación de la Metodología TICs en el Monitoreo de Herpetofauna en Áreas<br />
Circunvecinas a la Laguna Cuicocha<br />
13<br />
Loyo Carlos; Arroyo Carla; Cadena Francisco; Aldás Miguel<br />
Materiales Compuestos de Resina Poliéster y la Fracción no Metálica de Tarjetas de<br />
Circuitos Impresos<br />
19<br />
Erazo Clara; de la Torre Ernesto; Endara Diana<br />
Recuperación de Aluminio a partir de Empaques tipo blister usados por la Industria<br />
Farmacéutica<br />
27<br />
Vallejo Fidel; Mera Luis; Lascano Luis<br />
Diseño de una Planta Piloto para la Obtención de Aluminato de Sodio Mediante el<br />
Método de Precipitación Controlada<br />
36<br />
Inca Fernando; Salguero Yadira; Aldás Miguel<br />
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas<br />
Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
46<br />
Inca Fernando; Quiroz Francisco; Aldás Miguel<br />
Recuperación de Policloruro de Vinilo (PVC) a Partir de Tarjetas de Identificación para<br />
la Obtención de Materiales Plastificados<br />
53<br />
Segura Luis. J.; Loza Matovelle David; Guerrero Víctor H.; Reza Dabirian<br />
Mechanical and Electronic Systems of an Open Source Based Spin and Dip Coater<br />
59<br />
Méndez Cuello Andy; Cely Vélez Mauricio; Monar Monar Willan<br />
Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles<br />
Híbridos<br />
69<br />
Reina Salvatore; Ayabaca César; Tipanluisa Luis<br />
Análisis del proceso de pintura esmalte en estructuras automotrices mediante Lean Six<br />
Sigma-Fase III
75<br />
Paredes Cristian; Guarnizo Jorge; Guerrero Víctor H.; Campaña Orlando<br />
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad para Asientos de<br />
Vehículo<br />
84<br />
Quishpe Santiago; Rivero Dulce; Rivas, Francklin<br />
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e<br />
Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
93<br />
Cueva Samanta; Torres Rommel; Rodríguez Germania; Rojas Carolina; Marbán Óscar<br />
Producción de Cursos Educativos Abiertos con Herramientas Sociales<br />
100<br />
Díaz Juan Pablo; Romaní Javier<br />
An approximation to Household Overcrowding: Evidence from Ecuador<br />
108<br />
Díaz Juan Pablo<br />
The Bad Business of Agriculture<br />
A Correlation Analysis on Employment Share and Agriculture Added Value Share in<br />
Ecuador<br />
Artículos del III Congreso Internacional de Economía "La Economía Popular y<br />
Solidaria, del Buen Vivir y la Economía Matemática"<br />
112<br />
Argothy Anderson<br />
Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la<br />
Economía Social y Solidaria<br />
126<br />
Carrillo Maldonado Paúl A.<br />
Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
138<br />
Galvis Andrés; Galindo Edwin<br />
El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la Estructura Estocástica<br />
de la Formación de Capital
Diversificación de los Almidones de Yuca y sus Posibles Usos en la Industria Alimentaria<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
1<br />
Diversificación de los Almidones de Yuca y sus Posibles Usos en la<br />
Industria Alimentaria<br />
Pizarro Monica 1 ; Sánchez Tereza 1 ; Ceballos Hernan 1 ; Morante Nelson 1 ; Dufour Dominique 1 2<br />
<br />
1 Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT),Apdo Aereo6713, Cali, Colombia<br />
2 Centre de Coopération Internationaleen Recherche Agronomique pour le Developpement (CIRAD)<br />
Resumen: La yuca ¨Waxy¨, variedad AM 206-5, libre de amilosa, fue reportada en 2006 en el proyecto de<br />
mejoramiento de yuca del CIAT, que busca desarrollar genotipos con características especiales en el almidón<br />
presente en sus raíces. Los almidones libre de amilosa tienen diferentes propiedades fisicoquímicas en comparación<br />
con los que contienen amilosa, y por lo tanto se utilizan para la fabricación de diferentes productos en la industria<br />
alimentaria. El objetivo de este trabajo fue clasificar genotipos de yuca mediante el contenido de amilosa (alto y<br />
libre) y tamaño de granulo del almidón (normales a pequeños). Se evaluaron 880 genotipos descendientes del cruce<br />
de la variedad de yuca AM 206-5 (libre de amilosa) y la variedad 5G 160-13 (granulo pequeño). El contenido de<br />
materia seca osciló entre 7 % y 47 % con un promedio de 35 % y el contenido de amilosa vario entre 0 % y 42 %.<br />
Se obtuvieron 6 genotipos doble mutante con las dos características combinadas (waxy y granulo pequeño). De los<br />
880 genotipos evaluados se obtuvieron 145 con las características waxy y 110 con tamaño de granulo pequeño. Los<br />
almidones se analizaron en términos de sus propiedades morfológicas, funcionales y fisicoquímicas: tamaño y<br />
forma del granulo, claridez, comportamiento de los geles a través del calentamiento, enfriamiento por (RVA) y<br />
contenido de amilosa. El almidón waxy presentó la mayor temperatura de gelatinización, y mayor claridez, este tipo<br />
de almidones son menos sensibles a la retrogradación lo que los hace atractivos para la industria de alimentos<br />
congelados y refrigerados ya que su vida útil será más larga, el almidón de 5G 160-13 presentó menor claridez, y<br />
por su tamaño de granulo son más fáciles de hidrolizar para la obtención de etanol esto sería de gran interés para la<br />
industria de biocombustibles y edulcorantes.<br />
Palabras clave: Almidón, almidón xaxy, contenido de amilosa, tamaño de granulo.<br />
Diversification of Cassava Starch and its Possible Uses in Food<br />
Industry<br />
Abstract: The waxy cassava variety AM 206-5, free amylose, was reported in 2006 in the cassava- breeding project<br />
at CIAT, which seeks to develop genotypes with special features in the starch in its roots. The free amylose starches<br />
having different physicochemical properties compared to those containing amylose, and therefore are used for<br />
manufacturing different products in the food industry. The aim of this study was to classify cassava genotypes by<br />
amylose (high and free) and starch granule size (small and normal). 880 offspring genotypes from crossing the<br />
variety of AM 206-5 (free amylose) and cassava variety 5G 160-13 (small granules) were evaluated. The dry matter<br />
content ranged between 7 % and 47 % with an average of <strong>37</strong> % and various amylose content from 0 % to 42 %.<br />
were obtained 6 double mutant genotypes with the two combined features (waxy and small granule). From 880<br />
genotypes were obtained 145 with features waxy and 110 with small granule size. Starches were analyzed in terms<br />
of their morphological, functional and physicochemical properties: size and shape of granule, claridez, solubility<br />
and swelling behavior of the gels through heating, cooling (RVA) and amylose. The waxy starch has the highest<br />
gelatinization temperature, and greater claridez, such starches are less susceptible to retrogradation which makes<br />
them attractive to the industry frozen and refrigerated foods since its lifetime will be longer, starch 5G 160-13<br />
showed lower claridez, and granule size are easier to hydrolyze to obtain ethanol this would be of great interest to<br />
the biofuels industry and sweeteners.<br />
Keywords: Starch, waxy starch, content of amylose, granule size.<br />
1INTRODUCCIÓN<br />
Las raíces de yuca (Manihot esculenta Crantz) son un<br />
producto agrícola de gran aceptación y de importancia<br />
m.pizarro@cgiar.org<br />
socioeconómica, por ser uno de los componentes principales<br />
de la canasta familiar en algunos países; debido a que ha<br />
contribuido significativamente en las industrias procesadoras<br />
de alimentos como producto primario o secundario para<br />
consumo humano y animal. (Rosses, 2008). La planta de<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Pizarro Monica 1 ; Sánchez Tereza 1 ; Ceballos Hernan 1 ; Morante Nelson 1 ; Dufour Dominique 1 2<br />
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2<br />
yuca puede crecer en una variada gama de condiciones<br />
tropicales: en los trópicos húmedos y cálidos de tierras bajas;<br />
en los trópicos de altitud media y en los subtrópicos con<br />
inviernos fríos y lluvias de verano. Aunque la yuca prospera<br />
en suelos fértiles, su ventaja comparativa con otros cultivos<br />
de alta rentabilidad, es su capacidad de crecer en suelos<br />
ácidos, de escasa fertilidad, con precipitaciones esporádicas o<br />
largos periodos de sequía. Sin embargo, no tolera<br />
encharcamientos ni condiciones salinas de suelo (Sánchez et<br />
al., 2007). Las raíces de esta planta son una de las fuentes<br />
más importantes de almidón en los ambientes tropicales; el<br />
alto contenido de almidón y su composición, que presenta<br />
mayor proporción de amilosa, en comparación con otras<br />
fuentes de almidón, hace de la yuca un importante cultivo<br />
industrial, además es un producto alimenticio altamente<br />
energético por su alto contenido de calorías (Rickard et al.,<br />
1991).<br />
El almidón es fácilmente extraíble de las raíces, ya que<br />
contienen bajos niveles de proteínas y grasas, y se usa<br />
principalmente en estado nativo, aunque también se usa en<br />
forma modificada, con diferentes tratamientos para mejorar<br />
sus propiedades físicas o químicas. (Sriroth et al., 1999). Los<br />
gránulos de almidón de origen natural independientemente de<br />
la fuente, planta ó tejido, contiene dos polisacáridos<br />
principales, la amilosa y la amilopectina, ambos son<br />
polímeros de glucosa (Bertoft, 2004). La amilosa, es una<br />
molécula esencialmente lineal, y la amilopectina, una<br />
molécula altamente ramificada. Las funcionalidades del<br />
almidón como estabilizadores y las propiedades físicas y<br />
viscoelasticas van a depender de la estructura y proporción de<br />
la amilosa y amilopectina en el almidón (Charles et al.,<br />
2005).<br />
Los almidones se utilizan como materia prima principal o en<br />
forma de aditivos. Estos se han empleado en diferentes tipos<br />
de alimentos procesados como salsas, sopas, rellenos de<br />
fruta, productos a base de crema y productos congelados, sin<br />
embargo, cuando estos se congelan, la formación de cristales<br />
de hielo dentro de la matriz alimentaria causa estrés físico a<br />
los productos y al descongelar el derretimiento de estos<br />
cristales de hielo conducen a la pérdida de humedad y el<br />
ablandamiento en la textura de estos, afectando la calidad de<br />
los alimentos, este proceso se denomina retrogradación y se<br />
acelera por congelación y descongelación (Sae-Kang y<br />
Suphantharika, 2006). Los almidones waxy debido a sus<br />
características morfológicas especiales son menos sensibles<br />
a la retrogradación en comparación con un almidón normal,<br />
lo cual los hace útiles para la industria de mermeladas,<br />
compotas, helados y productos congelados (Eliasson y<br />
Gudmundsson, 1996). Mientras que los almidones de granulo<br />
pequeño son más fáciles de hidrolizar lo que los hace aptos<br />
para la industria de etanol y edulcorantes.<br />
En el CIAT se ha implementado diversas estrategias para<br />
desarrollar clones de alto valor, aprovechando las nuevas<br />
oportunidades que se han presentado para la yuca, mediante<br />
la globalización de muchos países tropicales (Ceballos et al.,<br />
2004). La meta es desarrollar no sólo los clones con<br />
productividad alta y estable, sino también, lograr obtener<br />
raíces con características de mayor adaptación a las<br />
necesidades de las diferentes industrias. En la industria del<br />
almidón hay diferentes formas de aprovechamiento, por lo<br />
tanto es necesario desarrollar e identificar clones de yuca con<br />
novedosas propiedades en el almidón, motivo por el cual se<br />
ha introducido gradualmente en el proyecto de mejoramiento<br />
de yuca características intrínsecas en términos de calidad de<br />
almidón (Ceballos et al., 2006). Además, la identificación de<br />
aquellos genotipos a partir de la expresión de variaciones de<br />
calidad del almidón, requiere la realización de pruebas<br />
especiales. Una de las estrategias del programa de<br />
mejoramiento de yuca es diversificar el uso de los almidones,<br />
modificando propiedades funcionales por medio del<br />
mejoramiento convencional y otras técnicas.<br />
Recientemente se han reportado dos nuevos almidones de<br />
yuca mutantes con contenido de amilosa extremos 0 y 31 %<br />
Estos almidones son drásticamente diferentes de almidón de<br />
yuca normal, cuyo contenido de amilosa oscila entre 15 y<br />
25 % (Sabaté et al., 2011). La planta libre de amilosa fue<br />
obtenida de autopolinizaciones en busca de rasgos recesivos<br />
útiles, dando origen a plantas con bajo contenido de amilosa<br />
(Ceballos et al., 2006). También se obtuvo un genotipo de<br />
granulo pequeño, el cual fue el resultado de la irradiación de<br />
semillas con rayos γ y de autopolinización para dar origen a<br />
una planta donde las características morfológicas del granulo<br />
de almidón eran anormales, siendo este de un menor tamaño<br />
en comparación con los de uno normal (Ceballos et al.,<br />
2007).<br />
Es de gran importancia investigar en este tipo de<br />
características y propiedades funcionales de los almidones ya<br />
que hoy en día existen muchos mercados con aplicaciones y<br />
funcionalidades diversas en las que tienen aplicación los<br />
diferentes tipos de almidones. El objetivo de este estudio fue<br />
clasificar y caracterizar 880 genotipos por contenido de<br />
materia seca (MS), contenido de amilosa, tamaño de granulo<br />
y comportamiento de los geles para ver sus posibles<br />
aplicaciones en la industria de alimentos refrigerados,<br />
congelados o en la industria de biocombustibles entre otras.<br />
2.1 Materiales<br />
2. METODOLOGÍA<br />
Se seleccionaron 880 genotipos provenientes de 138 familias<br />
de los cruces entre yuca AM 206-5 (libre de amilosa) y 5G<br />
160-13 (granulo pequeño). Sembrados y cosechados en el<br />
Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) ubicado<br />
a 1100 m.s.n.m en Cali, Colombia (03° 25′N; 76° 35′W).<br />
Cada planta se cosechó a una edad fisiológica de 10 a 11<br />
meses, de las cuales se emplearon 3 raíces, se tomó una yuca<br />
para sacar una rodaja del centro de esta para evaluar el<br />
tamaño de granulo por medio de un cuadrante por<br />
microscopia de luz, el resto de las raíces fueron trozados en<br />
un procesador de alimentos PA-7SE ESSEN serie 000120 y<br />
se sacaron muestras para los diferentes análisis.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diversificación de los Almidones de Yuca y sus Posibles Usos en la Industria Alimentaria<br />
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3<br />
2.2 Extracción de almidón.<br />
La extracción de almidón se realizó según procedimiento<br />
descrito por Ceballos et al., 2007 en donde las raíces frescas<br />
sin pericarpio se cortaron en trozos para la extracción del<br />
almidón, se adiciono 1 litro de agua a los trozos en una<br />
licuadora (Oster modelo 4655-294VZ, Venezuela) y se<br />
homogenizó aproximadamente por 1 minuto la solución<br />
obtenida fue filtrada a través de un tamiz de 100 µm. El<br />
almidón se dejó decantar y fue secado en horno de<br />
convección forzada a 40 °C por 2 días (Thelco oven, model<br />
28, Precision Scientific Subsidiary of GCA Corp., Chicago,<br />
IL).<br />
2.3 Apariencia microscópica y tamaño de gránulos<br />
La caracterización de la forma de los gránulos de almidón, se<br />
realizó, colocando un poco de almidón seco en un porta<br />
objetos; se empleó la técnica de tinción de almidones con<br />
una solución de yodo/yoduro de potasio al 0,2 %, se cubrió<br />
con cubre objetos, para visualizar el tamaño de los gránulos<br />
por medio de microscopia óptica, en el microscopio (Wild<br />
leitz GMBH tipo 020-507,010 Hecho en Portugal), con<br />
magnificación, 10x y 20x.<br />
2.4 Análisis de materia seca<br />
Se determinó MS de acuerdo al método 925.09 de la AOAC<br />
(1995), utilizando aproximadamente 80 g de pulpa fresca y<br />
10 g de almidón, mediante secado a 105 °C por 24 horas. El<br />
porcentaje de MS se calcula mediante la ecuación 1.<br />
2.5 Análisis de contenido de amilosa<br />
El contenido de amilosa de las muestras de almidón fue<br />
determinado por el método colorimétrico (Determinación de<br />
la tenuer en amylose; ISO 6647, 1987) en un<br />
espectrofotómetro UV – 2201.El principio se basa en la<br />
dispersión de los gránulos de almidón con etanol y posterior<br />
gelatinización con NaOH. A una alícuota acidificada se<br />
agrega solución de yodo para formar un complejo de color<br />
azul, la intensidad del color está relacionado con el contenido<br />
de amilosa el cual es cuantificado espectrofotométricamente,<br />
comparando los resultados con una nueva curva estándar<br />
obtenida utilizando amilosa y amilopectina purificada<br />
extraída del tubérculo papa (Marca sigma A0512).<br />
2.6 Propiedades de la pasta<br />
Los perfiles de viscosidad se obtuvieron empleando un RVA<br />
(Rapid Visco Analizer) modelo RVA-4 series (Newport<br />
Scientific, Australia). El almidón se dispersó en agua<br />
destilada en una suspensión al 5 % y al 10 % para almidón de<br />
granulo pequeño. La viscosidad se registró utilizando el perfil<br />
de temperatura que inicia a 50 °C durante 1 min, luego se<br />
calentó la suspensión, a una tasa de calentamiento de<br />
6°C/min y se incrementó la temperatura de 50 a 90 °C,<br />
manteniendo la temperatura a 90 °C durante 5 min, y después<br />
se enfrió a una tasa de 6 °C/min hasta llegar a 50 °C<br />
sosteniendo la temperatura a 50 °C con agitación continua de<br />
160 rpm. Se realizó según procedimiento descrito en T.<br />
Sánchez et al., 2010.<br />
2.7 Claridez de la pasta<br />
La claridez de la pasta se determinó empleando una<br />
dispersión acuosa al 1 % de almidón en base seca con un<br />
volumen final de 20 ml en el cual se hierve a 97 °C (1.000<br />
msnm) y se agita con vortex a fondo cada 5 minutos durante<br />
30 min. Se deja enfriar el gel a temperatura ambiente y se lee<br />
en un espectrofotómetro UV – 2201 en trasmitancia a 650<br />
nm, el valor reportado en trasmitancia equivale al % de<br />
claridez de la pasta, pastas de almidones que tengan valores<br />
menores de 40 % se consideran opacas o turbias y pastas de<br />
almidones que tengan valores de trasmitancia mayores de<br />
40 % se consideran claras o transparentes (Craig et al., 1989).<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
3.1 Apariencia microscópica y tamaño de granulo<br />
En la Figura 1 se presenta una distribución de los 880<br />
genotipos evaluados 132 presentaron características de<br />
almidón waxy con tamaño de granulo normal, 88 son<br />
almidón con tamaño de granulo pequeño y con contenido de<br />
amilosa, 6 genotipos son almidones de granulo pequeño pero<br />
con características waxy y 654 son almidones con contenido<br />
de amilosa y con tamaño de granulo normal.<br />
3.2 Análisis de materia seca<br />
En la Figura 2 se presenta la distribución de frecuencia para<br />
el contenido de materia seca evaluada en los 880 genotipos,<br />
obteniendo que el contenido de materia seca, oscilo entre 7-<br />
48 % con media de 35 %.<br />
3.3 Análisis de contenido de amilosa<br />
En la Figura 3 se presenta la distribución de frecuencia del<br />
contenido de amilosa, en los genotipos evaluados en este<br />
estudio. El contenido de amilosa estuvo en el rango de 0-42<br />
% con un promedio de 17 %.<br />
En general los genotipos de granulo pequeño tuvieron un<br />
contenido de amilosa mas alto entre 18 a 42 % comparado<br />
con los otros genotipos y se logró verificar que genotipos<br />
obtenidos por doble mutación (waxy con granulo pequeño)<br />
son libres de amilosa. , es decir el 77 % de los genotipos<br />
evaluados presentaron un contenido de amilosa entre 15 a<br />
20 %, lo que se podría considerar como genotipos de almidón<br />
nativo con contenidos de amilosa normales.<br />
3.4 Propiedades de la pasta<br />
Mediante un viscoamilograma, se encontró que existen<br />
diferencias notorias, en los perfiles de viscosidad entre<br />
almidones provenientes de diferentes fuentes de yuca. Esto se<br />
debe a las características fisicoquímicas, morfológicas y<br />
funcionales de los almidones que analizamos en este estudio.<br />
Se encontraron diferentes comportamientos de los geles de<br />
almidón, como se muestra en la figura 4, donde el almidón<br />
de AM 206-5 (libre de amilosa) tiene una viscosidad máxima<br />
mayor y es menos sensible a la retrogradación, su<br />
temperatura de empastamiento es mayor en comparación con<br />
MCOL 1505 (almidón común) y AM 1290 (almidón doble<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Pizarro Monica 1 ; Sánchez Tereza 1 ; Ceballos Hernan 1 ; Morante Nelson 1 ; Dufour Dominique 1 2<br />
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4<br />
mutante). Donde el almidón de MCOL 1505 tiene mayor<br />
viscosidad comparado con la AM 1290 (almidón doble<br />
mutante) y la 5G160-13 (almidón de granulo pequeño) pero<br />
es más sensible a la retrogradación y 5G160-13 (almidón de<br />
granulo pequeño) son los que tienen menor viscosidad<br />
máxima, y el AM 1290 tienen una temperatura de<br />
empastamiento menor en comparación con los demás y tiene<br />
un comportamiento muy similar al de AM 206-5. Este<br />
comportamiento de los almidones de granulo pequeño y<br />
waxy obtenidos de diferentes fuentes, también tuvo las<br />
mismas similitudes en los estudios realizados por S. V.<br />
Gomand et al 2009 y por Lindeboom et al 2004.<br />
En la Figura 5 Se observa que la viscosidad máxima de los<br />
almidones de granulo pequeño durante el calentamiento se<br />
incrementa cuando hay una disminución en el contenido de<br />
amilosa. Este comportamiento fue similar en el estudio<br />
realizado en almidones de granulo pequeño de otra fuente por<br />
Lloyd et al, 1996.<br />
De acuerdo a la Figura 6, podemos observar que a mayor<br />
concentración de la suspensión es menor la temperatura de<br />
empastamiento, su viscosidad máxima aumenta con la<br />
concentración y al hacer la comparación de 5 % y 10 % estos<br />
almidones tienen un comportamiento muy similar al de un<br />
almidón libre de amilosa o waxy. Similar comportamiento se<br />
obtuvo en el estudio realizado por Ceballos et al, 2008.<br />
3.5 Claridez de la pasta.<br />
En la Figura 7 se ve una clara diferencia entre los diferentes<br />
geles de cada uno de los genotipos evaluados en el estudio<br />
donde el gel del almidón waxy es más traslucido, mientras<br />
que el gel del almidón de granulo pequeño es opaco y turbio,<br />
los geles de almidón normal y doble mutante están en un<br />
rango intermedio no son transparentes pero tampoco son<br />
opacos. Geles por encima de 40 % serán opacos y turbios y<br />
geles por debajo de 40 % serán claros y traslucidos.<br />
4. CONCLUSIONES<br />
Los análisis fisicoquímicos realizados en este estudio<br />
comprueban que de los 880 genotipos evaluados, 132<br />
genotipos tienen características waxy, 88 genotipos tienen<br />
almidón de granulo pequeño y 6 genotipos tienen<br />
características doble mutante. Debido a las diferentes<br />
cualidades fisicoquímicas, morfológicas y funcionales estos<br />
almidones tienen diferentes funcionalidades en la industria.<br />
Los almidones waxy tienen aplicaciones en la industria de<br />
alimentos congelados y refrigerados, mientras que los<br />
almidones de granulo pequeño tienen aplicación para la<br />
obtención de etanol, bioplasticos y edulcorantes. Estos<br />
resultados permiten seguir realizando investigación en torno<br />
al mejoramiento genético y obtención de nuevos genotipos<br />
para incrementar la diversificación en términos de calidad de<br />
almidón, ya que por ejemplo los 6 genotipos encontrados con<br />
las características de doble mutante se pueden usar como<br />
progenitores en cruzamientos con miras a obtener nuevos<br />
genotipos que permitan maximizar el banco de germoplasma<br />
de yuca con características y propiedades físico químicas<br />
especiales en los almidones y lograr a futuro suplir la<br />
demanda industrial por almidones de tipo nativo con alto<br />
valor agregado.<br />
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de 2008].<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Numero de genotipos<br />
Numero de genotipos<br />
Diversificación de los Almidones de Yuca y sus Posibles Usos en la Industria Alimentaria<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
5<br />
Sabaté, A. R., Sanchez, T., Buleon, A., Colonna, P., Jaillais, B., Ceballos,<br />
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<br />
APÉNDICE A<br />
Figuras, tablas y márgenes<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
Distrubucion de frecuencia para el<br />
contenido de amilosa en almidon<br />
42,4<br />
34,8<br />
15,2<br />
1,59% 2,84%<br />
0,22% 0,11%<br />
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45<br />
Amilosa (%)<br />
Figura 3. Contenido de amilosa (%).<br />
Curvas de empastamiento al 5%<br />
Figura 4. Perfiles de viscosidad en cuatro genotipos de yuca al 5%<br />
Figura 1. . Distribución de genotipos de acuerdo a sus características.<br />
500<br />
Distribución de frecuencia para<br />
el contenido de materia seca<br />
Curvas de empastamiento al 10%<br />
de almidones de granulo pequeño<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50<br />
Materia Seca (%)<br />
Figura 2. Distribucion de frecuencia para el contenido de materia seca en<br />
pulpa de yuca (%).<br />
Figura 5. Perfiles de viscosidad de almidones de genotipos de granulo<br />
pequeño con diferentes contenidos de amilosa (%) al 10%.<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Pizarro Monica 1 ; Sánchez Tereza 1 ; Ceballos Hernan 1 ; Morante Nelson 1 ; Dufour Dominique 1 2<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
6<br />
Curvas de empastamiento al 5%<br />
Curvas de empastamiento al 10%<br />
Figura 6. Perfiles de viscosidad de diferente genotipos de almidón con<br />
granulo pequeño al 5% y al 10% respectivamente.<br />
Figura 7. Geles obtenidos de almidones normal, waxy, doble mutante y<br />
granulo pequeño.<br />
<br />
Ecuaciones<br />
)<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Validación de la Metodología TICs en el Monitoreo de Herpetofauna en Áreas Circunvecinas a la Laguna Cuicocha<br />
7<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Validación de la Metodología TICs en el Monitoreo de<br />
Herpetofauna en Áreas Circunvecinas a la Laguna Cuicocha<br />
Genoy-Puerto Alexander 1 ; Hernández Martinez <strong>No</strong>elia 2<br />
<br />
1 Proyecto Prometeo/Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación, Quito, Ecuador<br />
2 Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra, Escuela de Ciencias Agrícolas y Ambientales, Quito, Ecuador<br />
Resumen: Este trabajo presenta la metodología usada para el monitoreo de reptiles y anfibios en las áreas<br />
circunvecinas a la Laguna Cuicocha, de la Reserva Ecológica Cotacachi – Cayapas como parte de una investigación<br />
en conjunto con la PUCE-SI y el investigador Prometeo de la SENESCYT denominada “Biodiversidad de<br />
herpetofauna en áreas influenciadas por ambientes antropizados en la Reserva Ecológica Cotacachi - Cayapas”.<br />
Para establecer esta metodología fueron utilizados tres meses realizando salidas de campo para recorrer diferentes<br />
puntos y locales de la Reserva, esto como estrategia para definir las áreas donde fueron colocadas las trampas de<br />
interceptación y caída (TIC). En total fueron escogidos diez sitios con igual número de trampas instaladas. Fueron<br />
instaladas cincos TICs en ambientes antropizados (senderos turísticos y ganadería) y cinco en ambientes no<br />
antropizados. Además, búsqueda activa y encuentros ocasionales fueron otras dos metodologías utilizadas.<br />
Elastómeros fueron implementados para marcaje e identificación de los animales capturados, además, datos<br />
biométricos y de peso corporal fueron obtenidos de cada individuo. Resultados parciales indicaron tres especies de<br />
anfibios: Gastrotheca riobambae, Pristamantis curtipes y Pristamantis unistrigatus. En el caso de reptiles, dos<br />
especies fueron reportadas: Stenocercus guentheri y Pholidobolus montium.<br />
Palabras clave: Monitoreo, reptiles, anfibios, TICs.<br />
Abstract: This paper presents the methodology used for monitoring reptiles and amphibians in the surrounding<br />
areas to the Laguna Cuicocha Ecological Reserve Cotacachi – Cayapas, as part of an investigation in collaboration<br />
with the PUCE-SI and researcher Prometeo SENESCYT called "Biodiversity herpetofauna influenced by<br />
anthropogenic environments in areas Ecological Reserve Cotacachi - Cayapas". In order to apply this methodology<br />
We spent three months conducting field trips to explore different points and places of the Reserve. The strategy to<br />
define these areas was placed with pit fall (TIC). A total of ten sites were chosen with the same number of tramps<br />
installed. They were installed five TIC in anthropogenic environments (tourist trails and livestock) and five nonanthropogenic<br />
environments. In addition, active search and occasional meetings were used two more<br />
methodologies. Elastomers were implemented for marking and identification of captured animals; we obtained<br />
further data as biometric and body weight from each individual. Partial results indicate three species of amphibians:<br />
Gastrotheca riobambae, Pristamantis curtipes and Pristamantis unistrigatus. In the case of reptiles, two species<br />
were reported: Stenocercus guentheri and Pholidobolus montium.<br />
Key words: Monitoring, reptile, amphibian, pitfalls.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
En el ámbito de la fauna salvaje, el monitoreo puede ser<br />
entendido como un proceso de colecta, análisis y<br />
sistematización de informaciones de una población o especie<br />
silvestre que es direccionado a la realización de una gestión o<br />
manejo adecuado de ese grupo de animales o individuos. La<br />
conservación de la biodiversidad, entre otros, requiere datos<br />
de monitoreo consistentes en tiempo y espacio y que pueden<br />
servir como banco de datos para inferir el tamaño poblacional<br />
o abundancia de la especie (MacKenzie, 2005) o datos sobre<br />
distribución y abundancia, descripción de localización y<br />
condiciones de hábitats esenciales y problemas que puedan<br />
afectar adversamente a las especies y sus hábitats (DeWan y<br />
Zipkin, 2010).<br />
alexandergenoy@gmail.com<br />
Así, entre otros, el monitoreo puede ser utilizado para apoyar<br />
y evaluar programas de recuperación de poblaciones de<br />
especies amenazadas (Seidensticker, 2010); planear<br />
programas de manejo de recursos naturales y fauna salvaje<br />
(Althoff et al., 2004; Bisbal, 2001; Ringold et al., 1999);<br />
evaluar el status de la población y sus potenciales amenazas<br />
(DeWan y Zipkin, 2010) y monitorear los riesgos genéticos<br />
sobre las poblaciones silvestres afectadas por translocación<br />
(Laikre et al., 2010).<br />
La construcción y realización de emprendimientos humanos<br />
pueden considerarse factores determinantes para la pérdida<br />
de biodiversidad. El desarrollo de estos proyectos está<br />
relacionado con la pérdida y fragmentación del hábitat de<br />
especies silvestres que pueden estar amenazadas o en peligro<br />
de extinción.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Genoy-Puerto Alexander 1 ; Hernández Martinez <strong>No</strong>elia 2<br />
8<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
La Reserva Ecológica Cotacachi-Cayapas (RECC), que por<br />
su ubicación geográfica está dentro de dos puntos calientes<br />
para la biodiversidad (hotspots del Chocó y Andes), puede<br />
considerarse una región ecuatoriana con gran número de<br />
fauna con endemismo del Chocó (Parker y Carr, 1992). Sin<br />
embargo, la Reserva enfrenta diferentes amenazas para la<br />
conservación de la fauna en su región, a saber, pérdida de la<br />
cobertura vegetal, minería, construcción de obras de<br />
infraestructura (carreteras, antenas etc.), crecimiento<br />
demográfico y turismo (MAE, 2007). El objetivo<br />
fundamental de este trabajo fue describir las metodologías de<br />
monitoreo de herpetofauna en las áreas circunvecinas de la<br />
laguna Cuicocha, haciendo una comparación entre ellas para<br />
ver cuál es la más adecuada para el monitoreo de<br />
herpetofauna, tanto en ambientes antrópicos como naturales.<br />
Este trabajo soportará a futuro un programa de monitoreo de<br />
herpetofauna, que describa el estado de esas poblaciones en<br />
áreas influenciadas por ambientes antrópicos y determine, si<br />
fuera el caso, programas de manejo de esas poblaciones.<br />
metodologías fueron adaptadas para las condiciones de alta<br />
montaña que tiene la laguna, como además se tomó cuidado<br />
de los requerimientos de logística, de infraestructura y<br />
presupuesto con los que contaba el proyecto.<br />
La metodología que necesitó elaborarse y construirse fue la<br />
de las TICs. Búsqueda activa y encuentros ocasionales fueron<br />
realizadas ocasionalmente.<br />
TICs: Una vez establecidos los diez puntos, fueron<br />
construidas las trampas. Como se observa en la Figura 1,<br />
cada trampa tenía un formato en ‘Y’, siendo que en las partes<br />
finales de la figura fueron enterrados tachos plásticos de 75<br />
litros, como también en la parte de interceptación de la figura<br />
para un total de cuatro tachos. La distancia que separó un<br />
balde de otro fue de cinco metros. Entre cada balde se<br />
colocaron estacas que sirvieron de anclaje para posicionar<br />
malla de construcción y así terminar de dar forma a la ‘Y’ de<br />
la TIC.<br />
2. MARCO TEÓRICO/METODOLOGÍA<br />
La zona de estudio fue el área circunvecina de la laguna de<br />
Cuicocha, que se encuentra dentro de la RECC, esto para<br />
poder salvaguardar evidentes problemas de logística,<br />
infraestructura, de tiempo y económicos que supondría<br />
montar un monitoreo de herpetofauna en toda la Reserva,<br />
que, según el MAE (2007), es de 243 638 hectáreas.<br />
Para el establecimiento de la metodología de monitoreo se<br />
realizaron tres etapas, a saber, salidas exploratorias,<br />
implantación de metodologías y salidas de monitoreo.<br />
Salidas exploratorias<br />
Para obtener información más precisa y delimitar las áreas<br />
influenciadas por actividades antrópicas dentro del área<br />
escogida, se realizaron las visitas exploratorias. Fueron<br />
utilizados tres meses (abril, mayo y junio 2014) para realizar<br />
salidas de campo para recorrer diferentes puntos de la<br />
Reserva.<br />
En ellas se evaluó las áreas circunvecinas a la laguna,<br />
determinando cinco puntos de monitoreo que estaban en<br />
ambientes influenciados por factores antrópicos. Se<br />
determinaron dos factores, ganadería y senderos turísticos.<br />
De igual forma, como parámetro comparativo, se realizó el<br />
monitoreo con cinco puntos en áreas internas de la Reserva<br />
que no estaban sobre influencia de ambientes antrópicos. En<br />
este aspecto se tuvo en cuenta la viabilidad de terreno y<br />
ambiental de las áreas para colocar las diez Trampas de<br />
interceptación y caída (TICs).<br />
Implantación y descripción de metodologías<br />
Las técnicas utilizadas en este estudio han sido validadas y<br />
recomendadas por investigaciones similares en la región<br />
tropical andina, como además se tuvo en cuenta los conceptos<br />
básicos dados por ellas al elaborar estos proyectos (Landres<br />
et al., 1988; Maldonado, 2007; Manzanilla y Péfaur, 2000;<br />
<strong>No</strong>on et al., 2012; Ortega-Andrade y Tobar-Suárez, 2011;<br />
Rueda et al., 2006; Schemnitz et al., 2009). Así, esas<br />
Figura 1. Implantación de TICs. Fotografía que muestra el formato ‘Y’ que<br />
cada trampa adquirió, puede observarse las mallas de construcción que<br />
limitan el paso del individuo direccionándolo al final de la línea donde está<br />
el tacho.<br />
Fuente: Autores.<br />
La inspección se realizó en cada TIC dos veces al día, a las<br />
8:00 de la mañana y a las 15:00 de la tarde. Cada tacho fue<br />
inspeccionado tomando el cuidado de no lesionar algún<br />
animal que por su tamaño y configuración de piel no fuera<br />
fácil de reconocer.<br />
Búsqueda activa: Se realizó en un transecto lineal de 500<br />
metros establecido en un corredor turístico que rodea la<br />
laguna. La utilización de este transecto solo se dio dos únicas<br />
veces, en el periodo de la tarde, esto en consecuencia de tener<br />
personal suficiente y tiempo para recorrer el transecto<br />
propuesto y teniendo en cuenta lo escarpado del terreno para<br />
poder realizar un mayor número de transectos.<br />
Dos observadores, cada uno apostado a lado y lado de la ruta,<br />
realizaron búsqueda activa; con la ayuda de gancho<br />
herpetológico y guantes de carnaza se inspeccionó debajo de<br />
rocas y hojarasca y entre vegetación aledaña al transecto para<br />
capturar reptiles y anfibios (Figura 2). La distancia entre el<br />
transecto y el observador-captor no fue mayor de un metro.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Validación de la Metodología TICs en el Monitoreo de Herpetofauna en Áreas Circunvecinas a la Laguna Cuicocha<br />
9<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
guantes cortos de carnaza para reptiles, procediendo a su<br />
identificación. Una vez capturado el animal, se comprobaba<br />
si era una recaptura observando la fluorescencia del<br />
biopolímero con luz ultravioleta, si así era, se anotaba en la<br />
planilla de campo, en caso contrario, se procedía a su<br />
marcación. Para la marcación, se utilizó un kit de marcación,<br />
Visible Implant Elastomer Tags ® (<strong>No</strong>rthwest Marine<br />
Technology, Inc. Ben Nevis Loop Rd Shaw Island, WA,<br />
USA). Los anfibios fueron marcados en la parte interna de la<br />
pata posterior y los reptiles en el primer tercio de la cola,<br />
siguiendo un código de colores para su identificación en una<br />
posible recaptura.<br />
Figura 2. Búsqueda activa. Fotografía de un Pristamantis curtipes<br />
encontrado cuando fue inspeccionada una bromelia cercana al transecto<br />
propuesto para monitoreo.<br />
Fuente: Autores.<br />
Encuentros ocasionales: Ante el avistamiento ocasional de<br />
algún reptil y/o anfibio durante el desplazamiento para alguna<br />
TIC o en inmediaciones de esta (Figura 3), se intentó su<br />
captura y posterior manejo de registro. Se implantaron redes<br />
pequeñas y/o guantes de carnaza para restringir el animal.<br />
Finalizada la marcación, se midieron parámetros<br />
morfométricos de cada individuo. Las variables que se<br />
midieron para anfibios y reptiles fueron la longitud rostrocloaca<br />
y longitud de la cola, longitud de pie y manos, ancho<br />
corporal y de la cabeza. Además, se registró su peso. Cada<br />
individuo fue identificado hasta el nivel taxonómico de<br />
género. Cuando fue posible, otros parámetros fueron<br />
obtenidos: sexo, edad relativa y variables ambientales como<br />
temperatura y humedad relativa.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
Monitoreo de herpetofauna<br />
Figura 3. Encuentro ocasional de anfibio. Fotografía que muestra un<br />
Pristamantis unistrigatus que fue localizado en la malla de una TIC.<br />
Fuente: Autores.<br />
Monitoreo<br />
El método utilizado fue el de captura - marcación – recaptura,<br />
en donde se estima el tamaño de la población de estudio en<br />
base a la recaptura de individuos que han sido capturados y<br />
marcados previamente por metodologías de monitoreo como<br />
las aquí propuestas.<br />
En las salidas de monitoreo ante la constatación de un animal<br />
en la TIC, en la búsqueda activa en el transecto o en un<br />
encuentro ocasional, se capturó el(os) reptil(s) y/o anfibio(s);<br />
se realizaron identificación y marcación de los individuos<br />
capturados; se les tomó parámetros biométricos y finalmente<br />
se liberaron.<br />
Personal entrenado en captura y restricción física tomaba el<br />
animal, con guantes sin talco para el caso de anfibios y con<br />
El tiempo efectivo de colecta fue un mes y medio (de<br />
septiembre a octubre 2014), lo que impide tener resultados<br />
representativos de estas poblaciones. En total, fueron<br />
registrados 16 anfibios y 28 reptiles. Gastrotheca riobambae<br />
(2), Pristamantis curtipes (10) y Pristamantis unistrigatus (4)<br />
fueron las especies de anfibios encontradas. Stenocercus<br />
guentheri (18) y Pholidobolus montium (10) fueron las<br />
especies de reptiles reportadas. Esto también explicaría la<br />
baja tasa de recaptura (un reptil, S. guentheri y dos anfibios,<br />
P. unistrigatus), la cual, una vez incrementada, aumentaría la<br />
posibilidad de establecer los parámetros poblacionales que se<br />
querían en un monitoreo más profundo. En las Figuras 4 y 5<br />
se observan individuos de las especies capturadas y marcadas<br />
durante el periodo efectivo de monitoreo.<br />
A<br />
Figura 4. Anfibios monitoreados. A. Pristamantis curtipes (n=10). B.<br />
Pristamantis unistrigatus (n=4). C. Gastrotheca riobambae (n=2).<br />
Fuente: Autores.<br />
B<br />
C<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Genoy-Puerto Alexander 1 ; Hernández Martinez <strong>No</strong>elia 2<br />
10<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
A<br />
B<br />
metodologías adecuadas para la captura de ranas y sapos. Ver<br />
Figura 6.<br />
Figura 5. Reptiles monitoreados. A. Pholidobolus montium (n=10). B<br />
Stenocercus guentheri (n=18).<br />
Fuente: Autores.<br />
Aunque el porcentaje de recaptura es bajo, se demostró en<br />
campo que el elastómero es visible a simple vista, o con la<br />
utilización de linterna ultravioleta, como lo demuestran otros<br />
estudios; se comprobó igualmente que el kit de elastómeros<br />
no requiere gran logística de transporte y es fácil de utilizar.<br />
En este estudio no se reportó la muerte pos-captura de ningún<br />
animal, lo que posiblemente puede indicar que los<br />
compuestos fueron inoculados correctamente y que no se<br />
causa vías de entradas para enfermedades y/o infecciones y<br />
posterior muerte del animal (Antwis et al., 2014).<br />
En cuanto a la duración y características de las metodologías,<br />
los autores recomiendan y estiman necesario continuar el<br />
estudio con la misma logística, metodología y financiamiento<br />
por un periodo de 18 meses, para que se incluya dos<br />
temporadas de seca y dos de lluvias, de dos semanas por mes<br />
por los tres primeros meses, tres días por semana, dando un<br />
intervalo de un mes, para retomar actividades en los<br />
siguientes tres meses y así sucesivamente hasta completar los<br />
18 meses.<br />
De esta forma se lograría una base de datos sólida, para así<br />
inferir si la herpetofauna es indicadora de biodiversidad en la<br />
Reserva, como seguramente sí podrá serlo. Además, como se<br />
ha recomendado en esta clase de estudio, deberá ser<br />
acompañado por evaluación biótica de flora y abiótica de<br />
suelos (Lajeunesse et al., 1995) y tener una evaluación de sus<br />
datos para saber si existieron efectos negativos de las técnicas<br />
empleadas (Jewell, 2013).<br />
Metodologías de monitoreo<br />
Tomando en cuenta capturas y recapturas (47), se analizó la<br />
validez de las metodologías utilizadas y la relevancia que<br />
tuvo cada una de ellas en los reptiles y anfibios. En cuanto a<br />
la validez de metodologías, las TICs resultaron mucho más<br />
efectivas con un 65,96 % (31/47) de los animales<br />
interceptados por este método, frente a las demás<br />
metodologías empleadas, como son la búsqueda activa con<br />
un 23,40 % (11/47) y los encuentros ocasionales un 10,64 %.<br />
(5/47).<br />
Tomando en cuenta si el animal era reptil y anfibio, la<br />
metodología de captura más efectiva para reptiles fue las<br />
trampas de interceptación y caída, con 27 individuos<br />
capturados (93,10 %) contra dos encuentros ocasionales<br />
(6,90 %). Ya en anfibios, la búsqueda activa se mostró más<br />
efectiv a, con 11 individuos capturados con este método<br />
(61,11 %); sin embargo, las TICs (cuatro= 22,22 %) y los<br />
encuentros ocasionales (tres = 16,67 %) son también<br />
Figura 6. Gráfico de comparación de la efectividad de las metodologías de<br />
muestreo de entre anfibios y reptiles.<br />
BA: Búsqueda activa. EO: Encuentro ocasional. TIC: Trampas de<br />
interceptación y caída<br />
El esfuerzo de muestreo para TICs fue el siguiente: 16 salidas<br />
de campo para el monitoreo, para un total de 100 visitas a las<br />
TICs instaladas. Cada trampa fue visitada dos veces al día,<br />
una en el periodo de la mañana y la otra en el periodo de la<br />
tarde, con un promedio de 6,67 de observadores por visita<br />
realizada.<br />
Los encuentros ocasionales estuvieron relacionados con<br />
hallazgos fortuitos de los individuos, no se puede establecer<br />
un esfuerzo de captura real. La búsqueda activa solo fue<br />
realizada como una técnica complementaria y que en<br />
consecuencia de los requerimientos de personal y tiempo no<br />
fue implementada con una mayor profundidad de tiempo. Sin<br />
embargo, las dos técnicas, como demuestran sus resultados,<br />
son factibles de ser utilizadas en anfibios y reptiles y que<br />
dependiendo del periodo de monitoreo pueden arrojar<br />
resultados medibles e interesantes.<br />
Caracterización de herpetofauna en ambientes<br />
antropizados y no antropizados<br />
A continuación se hace una caracterización del número de<br />
individuos encontrados en ambientes antropizados y no<br />
antropizados a lo largo de este estudio. En total fueron<br />
encontrados 47 ejemplares, de los cuales 3 de ellos fueron<br />
recapturas. Como observado en el Figura 7, la mayoría de en<br />
individuos, 36, fueron capturados en ambientes antropizados<br />
y muy pocos, 11, en ambientes no antropizados.<br />
De los 36 individuos en ambientes antropizados los<br />
resultados fueron cercanos. El 44 % fueron anfibios (16/36) y<br />
el 55,56 % fueron reptiles (20/36). De los anfibios 10<br />
Pristamantis curtipes (27,78 %) fue la especie más<br />
representativa. Pristamantis unistrigatus y Gastrotheca<br />
riobambae con 4 (11,11 %) y 2 (5,56 %) individuos fueron<br />
poco representativas. En los reptiles, Stenocercus guentheri<br />
fue el grupo mayoritario con 15 animales (41,67 %).<br />
Pholidobolus montium solo tuvo 5 individuos (13,89 %).<br />
De los 11 especímenes en ambientes no antropizados los<br />
resultados mostraron una diferencia más marca, 18,18 % en<br />
anfibios (2/11) y 81,82 % en reptiles (9/11). Los dos<br />
individuos de los anfibios fueron Pristamantis unistrigatus.<br />
En reptiles, Pholidobolus montium y Stenocercus guentheri<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Validación de la Metodología TICs en el Monitoreo de Herpetofauna en Áreas Circunvecinas a la Laguna Cuicocha<br />
11<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
tuvieron resultados cercanos, 5 (45,45 %) y 4 (36,36 %)<br />
respectivamente.<br />
Figura 7. Grafico que muestra el porcentaje de capturas según especie de<br />
anfibio o reptil en ambientes antropizados o no antropizados.<br />
La variabilidad de estos resultados pueden ser explicados en<br />
razón del poco tiempo disponible para realizar el muestreo.<br />
Sin embargo, demostraron que anfibios y reptiles se<br />
encuentran en los dos ambientes de la reserva y que los<br />
porcentajes de captura se aumentan en los locales<br />
antropizados. Esto último tal vez, sea explicable al analizar<br />
las metodologías de captura utilizadas en cada matriz<br />
(antropizada o no). Al enfrentar las metodologías con las dos<br />
matrices evaluadas (antrópica y no antrópica), se puedo<br />
observar (Figura 8) que los encuentros ocasionales y las TICs<br />
pueden ser aplicadas a las dos matrices. Las TICs superaron<br />
el 50 % de las capturas realizadas en ambientes antrópicos<br />
(21/36 = 58,33 %) y no antrópicos (10/11=90,91 %) y los<br />
encuentros ocasionales fueron el 11,11 % (4/36) y el 9,09 %<br />
(1/11) respectivamente.<br />
La búsqueda activa como dicho anteriormente dependió de<br />
los recursos de personal y logísticos. Sin embargo, cuando<br />
utilizada arrojó un resultado de 30,56 % (11/36) de capturas<br />
en ambientes antropizados. Como observado anteriormente<br />
los anfibios tuvieron pocas capturas en ambientes no<br />
antropizados, así, la utilización de búsqueda activa en estos<br />
lugares podría ayudar a incrementar el seguimiento de estas<br />
poblaciones.<br />
4. CONCLUSIONES<br />
La gestión y manejo de poblaciones silvestres se puede<br />
apoyar con la consecución de conteos de individuos en la<br />
zona albo de interés. Sin embargo, esto debe surgir de un<br />
programa de monitoreo que sea consistente en tiempo y<br />
espacio. Este trabajo cumple con el objetivo de demostrar que<br />
metodologías como las trampas de interceptación y caída, la<br />
búsqueda activa y encuentros ocasionales sirven para<br />
monitorear herpetofauna que pueda estar sobre la influencia<br />
de ambientes antropizados en las áreas circundantes de la<br />
laguna de Cuicocha en la Reserva Ecológica Cotacachi-<br />
Cayapas. Los resultados parciales demuestran que estas<br />
metodologías permiten de manera eficaz la captura,<br />
identificación y marcación de reptiles y anfibios y que,<br />
además, los biopolímeros de marcación pueden ser una<br />
herramienta eficaz de marcaje en estos dos taxones. Por otro<br />
lado, estos resultados demuestran que el estudio, si continúa<br />
con las recomendaciones ya dadas de logística y, desde<br />
luego, de financiamiento, podrá en un futuro crear una base<br />
de datos lo suficientemente interesante y representativa de la<br />
comunidad de herpetofauna en la laguna y, así, generar<br />
estrategias de conservación de estas poblaciones silvestres.<br />
AGRADECIMIENTO<br />
Los autores agradecen al Proyecto Prometeo de la Secretaria<br />
Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e<br />
Innovación (SENESCYT) del Ecuador y a la Pontificia<br />
Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra y a su Escuela<br />
de Ciencias Agropecuarias y Ambientales por el apoyo<br />
logístico y financiero a la investigación. También agradecen<br />
el apoyo logístico de campo al Ministerio del Medio<br />
Ambiente, Zonal 1 del Ecuador enmarcado en el permiso<br />
ambiental n° 08-2014-0227-IC-FAU-FLO-DPAI-UPN-MAE.<br />
REFERENCIAS<br />
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7<br />
Figura 8. Grafico que muestra el porcentaje de capturas según la<br />
metodología de monitoreo utilizada en ambientes antropizados o no<br />
antropizados.<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Genoy-Puerto Alexander 1 ; Hernández Martinez <strong>No</strong>elia 2<br />
12<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Materiales Compuestos Producido por Resina Poliéster y la Fracción no Metálica de las Tarjetas de Circuitos Impresos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
13<br />
Materiales Compuestos de Resina Poliéster y la Fracción no<br />
Metálica de Tarjetas de Circuitos Impresos<br />
Loyo Carlos 1 ; Arroyo Carla 1 ; Cadena Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Centro de Investigaciones Aplicadas a Polímeros, Facultad de Ingeniería Química y<br />
Agroindustria, Quito, Ecuador<br />
Resumen: Las tarjetas de circuitos impresos (PCBs) son la parte fundamental de todos los equipos electrónicos y<br />
constituyen una mezcla compleja de componentes. Este estudio tuvo el propósito de incorporar la fracción no<br />
metálica (FNM) de las PCBs en una matriz de resina poliéster insaturada (RPI), para obtener materiales compuestos<br />
RPI/FNM, y en consecuencia, reutilizar la FNM de las PCBs, disminuir la contaminación ambiental de las mismas<br />
y el costo de materia prima mediante la obtención de un material con características similares a la resina pura. Se<br />
formularon materiales con 20, 30 y 35% en peso de FNM, con dos tamaños de partícula: 0,15-0,075 mm y
Loyo Carlos 1 ; Arroyo Carla 1 ; Cadena Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
14<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
(Cobbing, 2008). Estos residuos requieren de un tratamiento<br />
adecuado porque si se los desecha producen un gran impacto<br />
ambiental debido a sus componentes como por ejemplo los<br />
metales pesados, retardantes a la llama bromados, entre otros<br />
(Román, 2014).<br />
Las placas de circuitos impresos son la plataforma sobre la<br />
cual los elementos microelectrónicos son colocados,<br />
proporcionan las interconexiones eléctricas entre sus<br />
componentes, se encuentran en prácticamente todos los<br />
aparatos eléctricos y electrónicos. Estas placas son una<br />
mezcla compleja de fibra de vidrio, resina polimérica y<br />
metales. Debido a esto y sus características hacen que su<br />
separación y reciclaje se dificulte (LaDou, 2006).<br />
El reciclaje de estas placas consiste en la recuperación de la<br />
fracción metálica y la fracción no metálica. Esta última<br />
corresponde entre el 70 % y 80 % del peso total de las placas.<br />
Esta fracción no metálica está comprendida por fibra de<br />
vidrio (65 %), resina epóxica (32 %), impurezas (cobre:
Deformación al pico [%]<br />
Materiales Compuestos Producido por Resina Poliéster y la Fracción no Metálica de las Tarjetas de Circuitos Impresos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
15<br />
Al igual que en los ensayos de tracción, se realizaron los<br />
ensayos de flexión sobre 10 probetas tanto para la muestra sin<br />
carga como para cada concentración y tamaño de partícula<br />
formulado inicialmente. Los resultados obtenidos fueron de<br />
deformación al pico, esfuerzo al pico y módulo de flexión.<br />
2.5 Ensayos de abrasión<br />
Los ensayos de abrasión se realizaron en un abrasímetro<br />
rotatorio marca Taber modelo 5130, bajo la norma ASTM<br />
G195 “Guía estándar para la realización de pruebas de<br />
desgaste utilizando un abrasímetro rotatorio” (ASTM G195,<br />
2013).<br />
Se ensayaron 3 probetas tanto para la muestra sin carga como<br />
para cada concentración y tamaño de partícula formulado<br />
inicialmente. Las probetas fueron placas cuadradas de 10 cm<br />
por lado.<br />
2.6 Análisis de determinación de toxicidad de lixiviados<br />
(TCLP)<br />
Se realizó el análisis TCLP para el material compuesto de<br />
resina poliéster insaturada y 35 % de la fracción no metálica<br />
de tarjetas de circuitos impresos. Para esto se tomaron 10 g<br />
de muestra representativa, se colocó la muestra en un vaso de<br />
precipitación, se añadieron 200 mL de agua destilada y 0,5<br />
mL de ácido acético ya que el análisis se lleva a cabo a pH 4,<br />
y se dejó en agitación por 21 horas. Este análisis se lo realizó<br />
siguiendo el método 1311 de la EPA (EPA, 1992).<br />
Los resultados obtenidos en el presente proyecto fueron<br />
comparados con los resultados obtenidos por LaDou (2006)<br />
con el fin de evaluar el encapsulamiento de los residuos en la<br />
matriz de resina poliéster insaturada.<br />
2.7 Microscopía electrónica de barrido<br />
El material que presentó los mayores valores en cuanto a<br />
propiedades mecánicas fue analizado mediante microscopía<br />
electrónica de barrido (MEB) con el equipo Tescan con<br />
analizador de Rayos X Quantax. El material fue cortado para<br />
obtener una superficie plana y revestido de oro para aumentar<br />
su conductividad, mejorando así la imagen visualizada en el<br />
microscopio. Los parámetros utilizados fueron los siguientes:<br />
10kV de voltaje de aceleración, tipo de señal electrones<br />
secundarios y 300X, 500X, 1 000X y 2 000X aumentos.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
3.1 Producción de los materiales compuestos de resina<br />
poliéster y FNM de tarjetas de circuitos impresos.<br />
En cuanto a la producción de los materiales compuestos, se<br />
tuvieron complicaciones al tratar de incorporar la fracción no<br />
metálica con mayor tamaño, es decir 0,15-0,075 mm,<br />
principalmente en los materiales con 30 y 35 %. Esto se debe<br />
principalmente a que por la alta viscosidad de la mezcla con<br />
la resina poliéster, no se logró obtener un material uniforme<br />
ocasionando superficies irregulares en la parte superior de las<br />
placas.<br />
En los materiales formados con 20 % del material de tamaño<br />
0,15-0,075 mm y todos los materiales compuestos con<br />
tamaño
Esfuerzo máximo [MPa]<br />
Deformación al pico[%]<br />
Modulo de Young [MPa]]<br />
Esfuerzo al pico [MPa]<br />
Loyo Carlos 1 ; Arroyo Carla 1 ; Cadena Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
16<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
25,00<br />
20,00<br />
15,00<br />
10,00<br />
5,00<br />
0,00<br />
0 10 20 30 40<br />
0.15mm<br />
Carga (%)<br />
0.075mm<br />
Figura 2. Resultados de esfuerzo al pico en función de la concentración de<br />
carga en ensayos de tracción<br />
Sin embargo, estos resultados no superaron el esfuerzo al<br />
pico soportado por el material puro, es decir, no se logró<br />
reforzar el material en cuanto a ensayos de tracción. Pese a<br />
haber obtenido mayores valores en cuanto al esfuerzo al pico<br />
para los materiales compuestos de resina poliéster, este<br />
esfuerzo es similar al del material puro, por lo cual se puede<br />
indicar que el material compuesto con 35 % de residuos de<br />
tamaño de partícula
Modulo [MPa]<br />
Materiales Compuestos Producido por Resina Poliéster y la Fracción no Metálica de las Tarjetas de Circuitos Impresos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
17<br />
3500,00<br />
3000,00<br />
2500,00<br />
2000,00<br />
1500,00<br />
1000,00<br />
500,00<br />
0,00<br />
0 10 20 30 40<br />
Figura 6. Resultados del módulo de flexión en función de la concentración<br />
de carga en ensayos de flexión<br />
Los materiales compuestos que presentan mayores módulos<br />
de flexión son aquellos que presentaban mayores valores de<br />
resistencia al esfuerzo como es el caso del material<br />
compuesto con tamaño de partícula
Loyo Carlos 1 ; Arroyo Carla 1 ; Cadena Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
18<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
de materia prima (resina poliéster insaturada), Además, se<br />
puede disminuir la contaminación ambiental causada por<br />
estos residuos eléctricos y electrónicos.<br />
AGRADECIMIENTO<br />
Agradecemos a la Escuela Politécnica Nacional, por el<br />
financiamiento de la investigación, a través de los fondos del<br />
Proyecto Semilla PIS 14-17.<br />
REFERENCIAS<br />
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Polymer Matrix Composite Materials. Estados Unidos.<br />
ASTM D7264. (2007). Standard Test Method for Flexural Properties of<br />
Polymer Matrix Composite Materials. Estados Unidos.<br />
Figura 7. Imagen del material compuesto de resina poliéster insaturada con<br />
35% de residuos y tamaño de partícula
Recuperación de Aluminio a partir de Empaques Farmacéuticos tipo blister usados por la Industria Farmacéutica<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
19<br />
Recuperación de Aluminio a partir de Empaques tipo blister usados<br />
por la Industria Farmacéutica<br />
Erazo Clara 1 ; de la Torre Ernesto 1 ; Endara Diana 1<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria, Quito, Ecuador<br />
Resumen: Se ha desarrollado un proceso para la recuperación de aluminio a partir de empaques farmacéuticos tipo<br />
blister, mediante lixiviación de PVC con solventes orgánicos y fusión de las láminas de aluminio con sales de cloro y<br />
flúor. Las condiciones de lixiviación de PVC se determinaron mediante el uso de acetona y acetato de n- butilo 98 %<br />
de pureza y en solución con etanol al 50 % v/v y 25 % v/v, durante 180 min en intervalos de 30 min cada uno. Las<br />
láminas metálicas recuperadas fueron compactadas y sometidas a ensayos de fusión variando la composición molar de<br />
sales fundentes, porcentaje de carga, temperatura y tiempo, con el fin de establecer las condiciones que permitan la<br />
mayor recuperación de la fase metálica. Los productos fueron caracterizador por difracción de rayos X y<br />
espectrofotometría de chispa. Con base en los resultados, la etapa de lixiviación debe realizarse con acetato de n- butilo<br />
al 98% como solvente, durante 150 min. El proceso de fusión requiere el uso de una carga fundente del 200 % de<br />
composición molar 60 % de NaCl y 40 % de KCl a una temperatura de 750 °C durante 1,75 h. Se logra una<br />
recuperación del 65 % de aluminio metálico con una pureza del 98,57 %.<br />
Palabras clave: Aluminio, recuperación, empaque blister, lixiviación, fusión.<br />
Aluminum Recovery from blister Packaging used by Pharmaceutical<br />
Industry<br />
Abstract: A process for recovering has been developed from pharmaceutical blister packs, by leaching of PVC with<br />
organic solvents and melting the aluminum sheets with chlorine and fluorine salts. Leaching conditions PVC were<br />
determined using acetone and n-butyl acetate pure and solutions with ethanol 50 v/v and 25 % v/v during 180 min in<br />
30 min each one. The metal sheets recovered were compacted and subjected to fusion assays varying the molar flux<br />
salt composition, percentage of load, temperature and time, in order to establish the conditions that allow greater<br />
recovery of the metallic phase. The products were characterizing by DRX and spark spectrophotometry. Based on the<br />
results, the leaching step must be done with n-butyl acetate as solvent 98 % during 150 min. The fusion process<br />
requires the use of a flux loading of 200 %, molar composition of 60 % NaCl and 40 % KCl at a temperature of 750 °<br />
C for 1,75 h. A recovery of 65 % aluminum metal is achieved with a purity of 98,57 %.<br />
Keywords: Aluminum, recovery, blister packaging, leaching, fusion.<br />
1.1. Reciclaje de aluminio<br />
1. INTRODUCCIÓN<br />
Un tercio del aluminio que se consume a nivel mundial<br />
proviene de procesos de reciclado. Este metal tiene la<br />
característica de mantener su estructura atómica durante el<br />
proceso de fusión, por lo cual es posible reciclarlo de forma<br />
repetitiva sin perder valor económico ni pureza (Rubinos,<br />
2007) 1<br />
La producción secundaria de aluminio presenta una<br />
disminución del 93 % de consumo de energía respecto a la<br />
ale_erazosoria15@hotmail.com<br />
requerida en procesos de producción primaria. Además, se<br />
reduce la generación de residuos sólidos hasta del 85 %<br />
(Schlesinger, 2013; Totten y MacKenzie, 2003).<br />
1.1.1 Fusión de aluminio con sales de cloro y flúor<br />
El principal inconveniente en la fusión de aluminio es la alta<br />
reactividad del material lo cual provoca contaminación en la<br />
superficie. La técnica de fusión que se seleccione debe evitar<br />
el contacto directo con la llama, para esto se utiliza cargas<br />
fundentes que impiden la formación de óxidos (Román,<br />
1992). El proceso de reciclaje de aluminio utiliza sales como<br />
carga fundente con el fin de proteger el material de la<br />
oxidación, remover la capa de óxido formada y promover la<br />
coalescencia de gotas de aluminio. Estas sales deben cumplir<br />
con las siguientes características: tener puntos de fusión por<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Erazo Clara 1 ; de la Torre Ernesto 1 ; Endara Diana 1<br />
20<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
debajo de los 720 °C, no ser higroscópicos, no ser causante<br />
de impurezas y tener presión de vapor baja. El principal<br />
inconveniente en el proceso es la producción de un residuo<br />
que debe ser tratado antes de su disposición final (Totten y<br />
MacKenzie, 2003).<br />
Generalmente, la carga fundente consiste en una mezcla<br />
equimolar entre cloruro de sodio (NaCl) y cloruro de potasio<br />
(KCl). Con la finalidad de aumentar la recuperación de<br />
aluminio, se suelen añadir sales de flúor que facilitan la<br />
coalescencia de las gotas formadas durante la fusión (Totten<br />
y MacKenzie, 2003).<br />
En el año 2010, Yépez realizó un estudio sobre el reciclaje de<br />
aluminio de desechos industriales y electrónicos utilizando<br />
sales de cloro y flúor. El análisis incluyó disipadores de calor,<br />
limallas de extrusión, limallas de corte de perfiles y escoria<br />
de fusión de chatarra. Al trabajar con limallas de corte de<br />
perfiles, se obtuvo recuperaciones menores al 90 % debido al<br />
tamaño de partícula de la materia prima y la facilidad de<br />
oxidación (Yépez, 2010).<br />
1.2. Reciclaje de empaques farmacéuticos tipo blister<br />
Los empaques blister son envases que contienen en su<br />
interior medicamentos. Existen dos tipos, el primero tiene<br />
una cavidad de plástico y el recubrimiento se constituye por<br />
plástico, papel y/o aluminio; el segundo, la cavidad y el<br />
recubrimiento son de aluminio (Pilchik, 2000). En la Figura<br />
1, se observa la configuración básica de los empaques tipo<br />
blister.<br />
Los empaques blister se componen por el film formado, el<br />
material de cubierta, el recubrimiento de sellado térmico y las<br />
tintas de impresión. Generalmente, del 15 - 20 % corresponde<br />
al material de cubierta, mientras que del 80-85 %<br />
corresponde al film formado (Pilchik, 2000).<br />
El film formado es el material que aloja el producto, su<br />
selección depende de las propiedades y el grosor requerido<br />
para el empaque. Generalmente, el material más utilizado es<br />
el policloruro de vinilo (PVC) debido a su alta resistencia<br />
química, bajas permeabilidades a aceites, grasas y<br />
aromatizantes, excelente termoformalidad y bajo costo. Sin<br />
embargo, existen empaques blister que utilizan polipropileno<br />
(PP), tereftalato de polietileno (PET), clorotrifluoroelileno<br />
(CTFE) y cloruro de polivinilideno (PVDC) como film<br />
formado (Pilchik, 2000).<br />
Plástico termoformado<br />
Producto<br />
Recubrimiento<br />
Figura 1. Configuración básica empaque blister<br />
(Pilchik, 2000). Modificado<br />
El material de cubierta proporciona la base estructural del<br />
empaque además debe evitar la transferencia de vapor de<br />
agua al interior. Su selección depende del tamaño, forma y<br />
peso del producto. Generalmente suele ser una lámina de<br />
papel aluminio o una combinación de papel/aluminio o<br />
papel/PET/aluminio (Pilchik, 2000).<br />
El film formado y el material de cubierta son sellados<br />
mediante la aplicación de calor. El recubrimiento de sellado<br />
térmico asegura la resistencia a condiciones climáticas no<br />
favorables, resistencia a la abrasión, claridad y brillo (Pilchik,<br />
2000).<br />
La problemática de reciclaje de los empaques tipo blister<br />
radica en los inconvenientes de tratamiento por incineración<br />
del PVC presente en el envase. Durante los procesos de<br />
incineración de PVC se genera dioxinas, razón por la cual el<br />
uso de este tipo de material plástico ha sido cuestionado<br />
durante los últimos años. La generación de este tipo de<br />
compuestos es considerada una amenaza tanto para la salud<br />
humana como para el medio ambiente por lo cual es<br />
necesario establecer una prevención de contaminación<br />
reduciendo la práctica de este tipo de procesos (Belliveau,<br />
2003).<br />
Existen dos procesos orientados al tratamiento de productos<br />
que incluyen PVC en su composición. La recuperación de<br />
PVC de materiales compuestos mediante el proceso Vinyloop<br />
y la combustión en dos etapas con recuperación de HCl<br />
(Saeed, 2004; VinyLoop, 2013).<br />
El PVC a temperatura normal es resistente a ácidos, álcalis y<br />
sales corrientes. Sin embargo, al entrar en contacto con<br />
algunos disolventes como el benceno y la acetona, es atacado<br />
y como producto se tiene el material hinchado o esponjado<br />
(Nutsch, 2000).<br />
Los materiales rígidos de PVC al tener contacto con<br />
hidrocarburos aromáticos y clorados, cetonas, ésteres, esteres<br />
cíclicos, penetran en su estructura causando inflamación y<br />
reblandecimiento. La solubilidad es dependiente directa de la<br />
concentración del disolvente (González, 1997)<br />
2. METODOLOGÍA<br />
2.1. Caracterización física química y mineralógica de los<br />
empaques usados por la industria farmacéutica<br />
2.1.1 Caracterización física<br />
Los empaques tipo blister fueron caracterizados físicamente<br />
mediante la determinación del contenido de humedad,<br />
volátiles, cenizas y carbón fijo. Para esto se utilizó los<br />
procedimientos basados en las normas ASTM D3173-87,<br />
ASTM D3174-12 y ASTM D3175-02.<br />
La caracterización del material polimérico se realizó por<br />
espectros de infrarrojo en el equipo SpectrumOne marca<br />
Perkin Elmer. Además, se determinó la densidad real y<br />
aparente.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Recuperación de Aluminio a partir de Empaques Farmacéuticos tipo blister usados por la Industria Farmacéutica<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
21<br />
2.1.2 Caracterización química<br />
La caracterización química de la lámina metálica de los<br />
empaques farmacéuticos tipo blister, se realizó mediante<br />
espectrofotometría de chispa en el equipo Bruker Q4<br />
TASMAN en el laboratorio del Departamento de Metalurgia<br />
Extractiva de la Escuela Politécnica Nacional.<br />
Por su parte, el film plástico fue laminado en una prensa<br />
marca CAEVER, modelo 2112 -104 a 150°C bajo una<br />
presión de 20000 lb/plg 2 . Mediante el uso de un<br />
Espectrofotómetro de Infrarrojo por Transformadas de<br />
Fourier marca Perkin Elmer, modelo SpectrumOne, se corrió<br />
el espectro de la muestra por el método de transmitancia. El<br />
ensayo se realizó en el laboratorio del Centro de<br />
Investigación Aplicada a Polímeros de la Escuela Politécnica<br />
Nacional.<br />
2.1.3 Caracterización mineralógica<br />
La caracterización mineralógica de la parte metálica de los<br />
empaques farmacéuticos tipo blister se realizó con el fin de<br />
determinar la naturaleza de los compuestos que lo<br />
conforman. El análisis se realizó mediante difracción de<br />
rayos X (DRX) en el equipo D8 Advance Bruker. La<br />
cualificación y cuantificación de cada uno de los compuestos<br />
presentes en la muestra se determinó mediante el uso de los<br />
softwares EVA y TOPAS, respectivamente. El análisis fue<br />
realizado en el laboratorio del Departamento de Metalurgia<br />
Extractiva de la Escuela Politécnica Nacional.<br />
2.2. Definición de las mejores condiciones de lixiviación<br />
utilizando solventes orgánicos<br />
La metodología de lixiviación se estableció con base en el<br />
trabajo realizado por Estrella (2013).<br />
Los ensayos de lixiviación se realizaron con la finalidad de<br />
separar el material polimérico de la lámina de aluminio de los<br />
empaques tipo blister. Se utilizó un equipo de extracción<br />
soxhlet de marca Selecta con disponibilidad de 6 dispositivos<br />
con capacidad de solvente de 250 mL cada uno del<br />
laboratorio de Operaciones Unitarias del Departamento de<br />
Ingeniería Química de la Escuela Politécnica Nacional.<br />
Los ensayos se realizaron con acetona y acetato de n- butilo<br />
puros y en solución con etanol 25 % v/v y 50 % v/v. Los<br />
parámetros a variar fueron la concentración del solvente y el<br />
tiempo de lixiviación. Los parámetros constantes fueron la<br />
cantidad de solvente (200 mL), la cantidad de empaque (4 g)<br />
y la temperatura de trabajo (temperatura de ebullición de<br />
cada solvente).<br />
Para cada ensayo se tomaron 4 g de empaque tipo blister, se<br />
introdujeron en cartuchos de celulosa, adicionando 200 mL<br />
del solvente. El equipo se prende hasta llegar a la temperatura<br />
de ebullición del solvente. A partir de la primera gota de<br />
destilado se toma el tiempo de lixiviación. Los ensayos se<br />
realizan durante 30, 60, 90, 120, 150 y 180 min.<br />
Una vez transcurrido el tiempo se apaga la fuente de<br />
calentamiento, se retiran los cartuchos de celulosa y se extrae<br />
el material remanente en su interior. Finalmente se realiza la<br />
recuperación del solvente dentro del equipo de extracción<br />
soxhlet.<br />
Las láminas de aluminio recuperadas por lixiviación se<br />
analizaron químicamente, mediante espectrofotometría de<br />
chispa en el equipo Bruker Q4 TASMAN y<br />
mineralógicamente mediante difracción de rayos X (DRX) en<br />
el equipo D8 Advance Bruker, la cualificación y<br />
cuantificación de cada uno de los compuestos presentes en la<br />
muestra se determinó mediante el uso de los softwares EVA<br />
y TOPAS, respectivamente. Los análisis fueron realizados en<br />
el laboratorio del Departamento de Metalurgia Extractiva de<br />
la Escuela Politécnica Nacional.<br />
2.3. Definición de las mejores condiciones del proceso de<br />
fusión utilizando sales de cloro y flúor<br />
La metodología utilizada que se realizó fue establecida con<br />
base en el trabajo realizado por Estrella (2013) y Yépez<br />
(2010).<br />
Los ensayos de fusión de las láminas de aluminio<br />
previamente recuperadas por lixiviación, se realizaron en una<br />
mufla eléctrica marca Lindberg/Blue M modelo BF51728C-1<br />
de 0,064 m 3 de capacidad.<br />
Todos los ensayos de fusión utilizaron 2 g de láminas de<br />
aluminio previamente compactadas en una prensa hidráulica<br />
(400 kg/cm2) colocadas en un crisol de barro.<br />
Se definió las mejores condiciones de fusión sobre la<br />
recuperación de aluminio variando la composición molar de<br />
sales fundentes, porcentaje de carga, variación de<br />
temperatura y tiempo.<br />
2.3.1 Evaluación de la composición de las sales dentro de la<br />
carga fundente<br />
Para la determinación de la concentración de las sales dentro<br />
de la carga fundente, se varió la composición molar de NaCl<br />
y KCl, como se muestra en la Tabla 1. Los ensayos se<br />
realizaron durante 2 h a una temperatura de 750 °C y con el<br />
200 % de carga fundente.<br />
Tabla 1. Variación de la composición molar de las sales NaCl y KCl en los<br />
ensayos de fusión<br />
Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11<br />
NaCl 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0<br />
KCl 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />
La carga fundente que reportó mayor recuperación de<br />
aluminio fue utilizada para los ensayos posteriores.<br />
2.3.2 Evaluación del porcentaje de carga fundente necesario<br />
Con el fin de evaluar el porcentaje de carga fundente se<br />
realizaron un total de 5 ensayos. Se trabajó con porcentajes<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Erazo Clara 1 ; de la Torre Ernesto 1 ; Endara Diana 1<br />
22<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
de 100, 200, 300 y 400 % de carga fundente. Además, se<br />
evaluó el proceso sin tomar en cuenta carga fundente. Para<br />
estos ensayos se mantuvieron constantes los parámetros de<br />
tiempo (2 h), temperatura (750 °C), composición de las sales<br />
(definida en el punto 2.3.1).<br />
La cantidad de carga fundente que reportó mayores valores<br />
de recuperación fue utilizada en los ensayos posteriores.<br />
2.3.3 Influencia de la variación de temperatura<br />
La determinación de la influencia de la variación de la<br />
temperatura se realizó manteniendo constantes los parámetros<br />
de tiempo (2 h), composición de sales fundentes (definida en<br />
el punto 2.3.1) y la cantidad de carga fundente (definida en el<br />
punto 2.3.2). Se analizaron ensayos de fusión dentro de un<br />
rango de temperatura de 650 °C a 850 °C, en intervalos de 50<br />
°C cada uno. La temperatura que reportó el valor más alto de<br />
recuperación de aluminio se fijó en los ensayos posteriores.<br />
2.3.4 Influencia de la variación del tiempo de fusión<br />
La determinación del tiempo de fusión se realizó<br />
manteniendo constantes los parámetros de composición de<br />
sales fundentes (definida en el punto 2.3.1) y la cantidad de<br />
carga fundente (definida en el punto 2.3.2) y temperatura<br />
(definida en el punto 2.3.3) Se realizaron un total de 10<br />
ensayos de fusión durante 2,50 h en intervalos de 0,25 h cada<br />
uno. El tiempo de fusión que reportó el valor más alto de<br />
recuperación de aluminio fue utilizado en los ensayos<br />
posteriores.<br />
2.3.5 Influencia de la adición de fluoruro de potasio (KF)<br />
Para la determinación de la influencia de la adición de<br />
fluoruro de potasio (KF) a la carga fundente se realizaron dos<br />
ensayos. Se mantuvo constantes los parámetros que reporten<br />
mayor recuperación de aluminio de los ensayos anteriores: la<br />
composición de la carga fundente (definida en el punto<br />
2.3.1), porcentaje de carga (definida en el punto 2.3.2),<br />
temperatura (definida en el punto 2.3.3) y tiempo (definida en<br />
el punto 2.3.4). La adición de KF se realizó en porcentajes de<br />
5 % y 10 % con respecto a la carga fundente inicial. Se<br />
analizó la influencia de la adición de este reactivo en la<br />
recuperación de aluminio metálico.<br />
2.3.6 Caracterización del producto obtenido por fusión<br />
La caracterización química del producto obtenido por fusión,<br />
se realizó mediante espectrofotometría de chispa en el equipo<br />
Bruker Q4 TASMAN. Además, la muestra metálica obtenida<br />
fue analizada en un microscopio electrónico de barrido<br />
(MEB), de marca Tescan Vega. Los ensayos fueron<br />
realizados en el laboratorio del Departamento de Metalurgia<br />
Extractiva de la Escuela Politécnica Nacional.<br />
La caracterización mineralógica del producto obtenido por<br />
fusión, se realizó por difracción de rayos X (DRX) en el<br />
equipo D8 Advance Bruker de la Escuela Politécnica<br />
Nacional.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
A continuación, se presentan los resultados al realizar la<br />
metodología planteada en la sección 2.<br />
3.1. Resultados de la caracterización física, química y<br />
mineralógica de los empaques usados por la industria<br />
farmacéutica<br />
3.1.1 Resultados de la caracterización física<br />
La humedad promedio de los empaques farmacéuticos blister<br />
es de 5,13 %. El material volátil tiene un valor promedio de<br />
75,89 %, la temperatura bajo la cual se realiza el análisis<br />
(750 °C) asegura que el material volátil es removido; por<br />
tanto, este valor representa el material polimérico contenido<br />
en el empaque. El porcentaje promedio de cenizas fue de<br />
17,95 %, dicho valor representa el aluminio metálico en<br />
adición a las tintas impregnadas sobre él. Finalmente, el<br />
porcentaje promedio de carbón fijo fue de 6,16 %. La<br />
densidad aparente de los empaques tipo blister, es decir sin<br />
comprimir, tiene un valor de 0,07 g/cm 3 , lo cual refleja que<br />
ocupan una gran cantidad de volumen. La densidad real<br />
reportó un valor de 1,42 g/cm 3 .<br />
3.1.2 Resultados de la caracterización química<br />
El material metálico de los empaques tipo blister posee<br />
98,65 % de aluminio (Al) y 1,15 % de hierro (Fe) como<br />
elementos principales. Por su parte, el material polimérico<br />
(transparente y naranja) analizado por espectros de infrarrojo<br />
corresponde a PVC.<br />
3.1.3 Resultados de la caracterización mineralógica<br />
El análisis por DRX muestra la obtención de 99 % de<br />
aluminio metálico. En la Figura 2, se observa el<br />
difractograma de rayos X obtenido.<br />
Lin (Counts)<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
SIN LIXIVIAR<br />
4 10 20 30 40 50 60 70<br />
2-Theta - Scale<br />
SIN LIXIVIAR - File: RM-7532 M1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1. s - Temp.: 27 °C - Time Started: 15 s - 2-Theta: 3.000 ° - Theta: 1.500 ° - Chi: 0.0<br />
Operations: Y Scale <strong>No</strong>rm 1.036 | Background 0.000,1.000 | Import<br />
00-004-0787 (*) - Aluminum, syn - Al - Y: 62.51 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - I/Ic PDF 3.6 - S-Q 100.0 % -<br />
Figura 2. Difractograma de rayos X de la lámina metálica del empaque tipo<br />
blister<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Pérdida de masa (%)<br />
Recuperación de Aluminio a partir de Empaques Farmacéuticos tipo blister usados por la Industria Farmacéutica<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
23<br />
3.2 Resultados de la definición de las mejores condiciones de<br />
lixiviación utilizando solventes orgánicos (acetona y acetato<br />
de n-butilo)<br />
En esta sección se presentan los resultados de los ensayos de<br />
lixiviación realizados a los empaques farmacéuticos tipo<br />
blister, de acuerdo a la metodología planteada en la sección<br />
2.2. Estos ensayos se realizaron con la finalidad de separar la<br />
capa metálica del material polimérico.<br />
En la Figura 3, se muestra el comportamiento de lixiviación<br />
de empaques tipo blister, al utilizar acetona y acetato de n-<br />
butilo como solventes a diferentes concentraciones. La<br />
evaluación se realizó durante 180 min en intervalos de 30<br />
min cada uno.<br />
De acuerdo a los resultados experimentales, se puede<br />
observar que el proceso de separación de la capa metálica de<br />
la polimérica se logra únicamente al utilizar solventes puros.<br />
Tanto para la acetona como para el acetato de n- butilo se<br />
alcanza una pérdida de masa de aproximadamente el 80 % a<br />
los 150 min de lixiviación. A partir de este tiempo los valores<br />
se mantienen constantes. El producto obtenido son láminas<br />
metálicas.<br />
El porcentaje de pérdida de masa disminuye durante el<br />
proceso de lixiviación al utilizar solventes diluidos con<br />
alcohol etílico. Como se puede observar, se logran<br />
recuperaciones máximas de alrededor del 40 % para los<br />
solventes diluidos al 50 % v/v y del 18 % para solventes<br />
diluidos al 25 % v/v.<br />
Los ensayos realizados muestran que el mejor proceso de<br />
lixiviación de empaques tipo blister, es aquel que utiliza<br />
acetato de n- butilo al 98 % durante un tiempo de 150 min.<br />
Se realizó un ensayo reutilizado el solvente sometido a<br />
lixiviación. El resultado refleja que la eficiencia del proceso<br />
no disminuye debido a que la destilación asegura la<br />
separación del material polimérico disuelto y el solvente.<br />
El análisis químico realizado por espectrofotometría de<br />
chispa muestra que las láminas obtenidas como producto de<br />
la lixiviación poseen 98,57 % de Al y 0,73 % de Fe como<br />
elementos principales. Por su parte, respecto al análisis<br />
mineralógico del producto, la difracción de rayos X reportó<br />
un valor de 99 % de Al metálico.<br />
3.3 Resultados de la definición de las mejores condiciones<br />
del proceso de fusión utilizando sales de cloro y flúor<br />
Se presentan los resultados obtenidos para los procesos de<br />
fusión de acuerdo a la metodología de la sección 2.3.<br />
3.3.1 Resultados de la concentración de las sales dentro de la<br />
carga fundente<br />
En la Figura 4, se muestra los porcentajes de recuperación de<br />
aluminio al variar la composición molar de la carga fundente.<br />
El porcentaje de mayor recuperación reportado fue al utilizar<br />
una carga fundente de composición molar: 60 % de NaCl y<br />
40 % KCl.<br />
100<br />
80<br />
Lixiviación con acetona 98%<br />
60<br />
Lixiviación con acetato de n-<br />
butilo 98%<br />
Lixiviación con acetona 50% -<br />
etanol 50%<br />
40<br />
Lixiviación con acetato de n-<br />
butilo 50% - etanol 50%<br />
Lixiviación con acetona 25% -<br />
etanol 75%<br />
20<br />
Lixiviación con acetato de n-<br />
butilo 25% - etanol 75%<br />
0<br />
0 30 60 90 120 150 180<br />
Tiempo de lixiviación (min)<br />
Figura 3. Porcentaje de pérdida de masa de empaques farmacéuticos tipo blister sometidos a procesos de lixiviación con acetona y acetato de n- butilo al 98 %<br />
de pureza y en solución con etanol al 50 % v/v y 25 % v/v.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Porcentaje de Recuperación<br />
(%)<br />
Porcentaje de Recuperación (%)<br />
Porcentaje de Recuperación<br />
(%)<br />
Erazo Clara 1 ; de la Torre Ernesto 1 ; Endara Diana 1<br />
24<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Figura 4. Porcentaje de recuperación de la fase metálica respecto a la<br />
composición molar de NaCl al realizar procesos de fusión de láminas de<br />
aluminio<br />
3.3.2 Resultados de la definición del porcentaje de carga<br />
fundente<br />
En la Figura 5, se muestra el porcentaje de recuperación de la<br />
fase metálica respecto al porcentaje de carga fundente<br />
utilizada. Se puede observar que el porcentaje de<br />
recuperación de la fase metálica tiene un comportamiento<br />
creciente hasta llegar a un valor máximo, después de éste la<br />
tendencia se revierte y toma un sentido decreciente.<br />
Debido a la alta reactividdad del aluminio con el oxígeno y la<br />
humedad, al realizar el ensayo de fusión en ausencia de sales<br />
fundentes, no se logra tener recuperación de fase metálica. El<br />
porcentaje de recuperación de la fase metálica al trabajar con<br />
100 % de porcentaje de carga fundente se eleva a 55,82 %.<br />
La disminución en el porcentaje de recuperación de la fase<br />
metálica usando 100 % de carga fundente, respecto a la<br />
obtenida al usar 200 % (64,94 % de recuperación), se debe a<br />
que bajo las primeras condiciones, dentro del crisol, no se<br />
logra cubrir el material metálico en su totalidad, lo cual<br />
favorece procesos de oxidación con el ambiente.<br />
Al utilizar porcentajes de carga fundente de 300 % y 400 %<br />
el porcentaje de recuperación de la fase metálica decrece a<br />
49,59 % y 45,87 %, respectivamente, debido a que la carga<br />
fundente no alcanza el punto de fusión, por lo cual no logra<br />
formar la capa protectora que evita la formación de óxido.<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />
Composición molar de NaCl (%)<br />
0<br />
0 100 200 300 400<br />
Porcentaje de carga fundente<br />
Figura 5. Porcentaje de recuperación de la fase metálica respecto al<br />
porcentaje de carga fundente al realizar procesos de fusión de láminas de<br />
aluminio<br />
El porcentaje de carga fundente que reportó mayor<br />
recuperación de aluminio corresponde a 200 % respecto a la<br />
carga sometida a fusión, este valor fue utilizado para los<br />
ensayos posteriores.<br />
3.3.3 Influencia de la variación de temperatura<br />
En la Figura 6, se puede observar que el porcentaje de<br />
recuperación de la fase metálica tiene un comportamiento<br />
creciente hasta llegar aun valor máximo, correspondiente a<br />
750 °C; después de éste, la tendencia se vuelve decreciente.<br />
Al realizar la fusión a 650 °C, no se logra tener recuperación<br />
de fase metálica, debido a que las sales no alcanzan el punto<br />
de fusión. El material se oxida en su totalidad por lo cual no<br />
se evidencia fase metálica. El punto de fusión del aluminio es<br />
de 660 °C, por lo cual no se produce el cambio de fase a<br />
dicha temperatura.<br />
Al trabajar a 700 °C, se logra una recuperación de la fase<br />
metálica de 41,93 %. La recuperación aumenta con el<br />
incremento de la temperatura a 750 °C, alcanzando una<br />
recuperación del 64,94 %. Sin embargo, al trabajar a 800 °C<br />
y 850°C, los valores disminuyen a 39,66 % y 35,65 %,<br />
respectivamente. Según Aspin (1995), al trabajar bajo<br />
temperaturas de fusión elevadas se perjudica la recuperación<br />
del aluminio.<br />
Esto sucede debido a que el aluminio fundido al permanecer<br />
a temperaturas elevadas empieza a generar mayores<br />
cantidades de óxidos. Por esta razón, las recuperaciones de<br />
menor valor se tienen al trabajar a temperaturas superiores a<br />
800°C.<br />
3.3.4 Determinación del tiempo de fusión<br />
Como se muestra en la Figura 7, el porcentaje de<br />
recuperación de la fase metálica hasta las 0,75 h de fusión es<br />
igual a 0, las láminas permanecen compactadas como fueron<br />
ingresadas al crisol. Es decir, son procesos ineficientes en los<br />
que no se logra la fusión. A partir de este valor, el<br />
comportamiento es creciente respecto al tiempo hasta las 1,75<br />
h, se observa el aparecimiento de una fase metálica. Además,<br />
las sales fundentes presentan una tonalidad opaca lo cual<br />
refleja que han sido fundidas. A partir de este valor la<br />
tendencia se vuelve constante.<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
650 700 750 800 850<br />
Temperatura de fusión (°C)<br />
Figura 6. Porcentaje de recuperación de la fase metálica respecto al<br />
porcentaje de carga fundente al realizar procesos de fusión de láminas de<br />
aluminio<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Porcentaje de recuperación (%)<br />
Recuperación de Aluminio a partir de Empaques Farmacéuticos tipo blister usados por la Industria Farmacéutica<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
25<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2<br />
Como se puede observar el material presenta uniformidad en<br />
la superficie, lo que indica una buena fusión. Las grietas que<br />
se muestran son el resultado del proceso de lijado.<br />
En la Figura 9, se muestra la distribución de los elementos<br />
dentro de la superficie analizada. Como se observar, la mayor<br />
cantidad de material corresponde a Al con la presencia de<br />
impurezas de Fe distribuidos de forma uniforme dentro de la<br />
muestra.<br />
Tiempo de fusión (h)<br />
Figura 7. Porcentaje de recuperación de la fase metálica respecto al tiempo<br />
al realizar procesos de fusión de láminas de aluminio<br />
El tiempo de fusión de láminas de aluminio para lograr la<br />
mayor recuperación es de 1,75 h, correspondiente al 65,01 %.<br />
3.3.5 Resultados de la influencia de la adición de fluoruro de<br />
potasio (KF)<br />
Los porcentajes de recuperación logrados al incorporar a la<br />
carga fundente 5 % y 10 % de KF fueron de 64,25 % y<br />
64,04 %, respectivamente, es decir no se incrementa la<br />
recuperación. Según Totten y MacKenzie, (2003)., la adición<br />
de KF a la carga fundente permite la disminución de la<br />
tensión interfacial provocada entre la mezcla de sales y el<br />
aluminio fundido, y esto conlleva a un recubrimiento del<br />
metal que a su vez permite una mayor recuperación de<br />
aluminio metálico Sin embargo, en los ensayos realizados no<br />
se evidencia ningún cambio, esto puede ser explicado debido<br />
a la diferencia entre los puntos de fusión entre el KF y la<br />
mezcla NaCl – KCl, lo cual provoca la dificultad de formar<br />
una capa de revestimiento que impida la oxidación del<br />
Aluminio<br />
3.3.6 Resultados de la caracterización química y<br />
mineralógica del aluminio obtenido<br />
El análisis químico realizado por espectrofotometría de<br />
chispa, muestra que el producto de fusión posee 98,45 % de<br />
Al y 0,76 % de Fe como elementos principales.<br />
En la Figura 8, se muestra una fotografía del producto<br />
metálico obtenido a 355 aumentos en el microscopio<br />
electrónico de barrido (MEB), mediante el uso del software<br />
VEGA-TESCAN, con microanalizador de rayos X<br />
BRUKER.<br />
Figura 9. Imagen reportada por microscopía electrónica al realizar análisis<br />
semicuantitativo de una muestra de aluminio fundido (355x)<br />
4. CONCLUSIONES<br />
Los empaques farmacéuticos poseen valores promedio de<br />
humedad de 5,13 %, material volatil 75,89 % (correpondiente<br />
a PVC), cenizas 17,95 % (correspondiene a aluminio) y<br />
carbón fijo 6,16 %. La lámina de metalica está constitutida<br />
por 98,65 % de Al y 1,15 % de Fe. Presentan una densidad<br />
real de 1,42 g/cm 3 y una densidad aparente de 0,07 g/cm 3 , por<br />
lo que una pequeña cantidad ocupa un gran volumen.<br />
El proceso de separación de la capa metálica de la polimérica<br />
requiere lixiviar los empaques farmacéuticos utilizando como<br />
solvente del PVC acetato de n- butilo al 98 % durante 150<br />
min. Bajo dichas condiciones se tiene una pérdida de masa<br />
del empaque blister del 80,18 %; por tanto, el restante<br />
19,82 % no lixiviado, corresponde a la fase metálica.<br />
El proceso de lixiviación utilizando como solvente acetona<br />
presenta una pérdida de masa del empaque del 80,41 %; es<br />
decir, el 19,59 % restante correspondiente al material<br />
metálico.<br />
Al utilizar solventes diluidos en la lixiviación de PVC, los<br />
procesos de separación de la capa metálica de la polimérica<br />
se vuelven ineficientes, con recuperaciones máximas del<br />
40 %, debido a la diferencia en los puntos de ebullición de los<br />
componentes.<br />
El acetato de n- butilo recuperado por destilación puede ser<br />
recirculado al proceso de lixiviación. La eficiencia de<br />
separación no se ve alterada.<br />
Las condiciones de fusión planteadas para una recuperación<br />
del 65 % del aluminio metálico, establecen una composición<br />
molar de sales de 60 % NaCl y 40 % KCl, 200 % de carga<br />
fundente a 750 °C durante 1,75 h.<br />
Figura 8. Imagen reportada por microscopía electrónica a 355 aumentos de<br />
una muestra de aluminio fundido<br />
La adición de fluoruro de potasio (KF) a la carga fundente no<br />
incrementa el porcentaje de recuperación de la fase metálica<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Erazo Clara 1 ; de la Torre Ernesto 1 ; Endara Diana 1<br />
26<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
durante los procesos de fusión. Esto se debe a la diferencia a<br />
la diferencia entre los puntos de fusión del KF y la mezcla<br />
NaCl – KCl.<br />
El producto metálico de fusión esta compuesto por 98,45 %<br />
de Al y 0,76 % de Fe como elementos principales.<br />
La propuesta planteada además de ser una alternativa técnica<br />
de recuperación de materiales de interés, representa una<br />
posible solución al problema medio ambiental de disposición<br />
de este tipo de residuos.<br />
Schlesinger, M. (2013). Aluminum Recycling (2da. ed.). New York, Estados<br />
Unidos: Taylor & Francis Group.<br />
Totten G. y MacKenzie D. (2003). “Handbook of Aluminum”, Editorial<br />
Marcel Dekker, Inc., Nueva York, Estados Unidos, <strong>Volumen</strong> 1, pp.36-<strong>37</strong>,<br />
<strong>Volumen</strong> 2, pp.116-165.<br />
VinyLoop. (2013). The VinyLoop Process. Recuperado de<br />
http://www.vinyloop.com, (octubre, 2014).<br />
RECONOCIMIENTO<br />
Al Departamento de Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la<br />
Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria de la Escuela<br />
Politécnica Nacional del Ecuador.<br />
REFERENCIAS<br />
Aspin, T. (1995). Principios de fundición. México: Gustavo Gili, 1995, p. 80<br />
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Analysis Sample of Coal and Coke. Estados Unidos.<br />
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Sample of Coal and Coke from Coal. Estados Unidos.<br />
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Analysis Sample of Coal and Coke. Estados Unidos.<br />
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municipal solid waste: Precautionary state policy. Recuperado de<br />
http://www.chej.org/ppc/docs/pvc_polyvinyl_chloride_or_vinyl/PVC_MBB<br />
EH.pdf (octubre, 2014)<br />
Endara, D. (2008). Recuperación de Aluminio de los envases y empaques<br />
usados por la Industria de Alimentos y Farmacéutica. (Tesis previa a la<br />
obtención de grado de Master en Metalurgia Extractiva y Medio Ambiente).<br />
Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador.<br />
Estrella, F. (2013). Diseño de una planta para la recuperación de Aluminio<br />
de envases multicapa mediante lixiviación con solventes orgánicos y<br />
fundición. . (Proyecto previo a la obtención de título de Ingeniero Químico).<br />
Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador.<br />
González, M. (1997). Propiedades químicas y propiedades físicas de los<br />
polímeros. Universidad Politécnica de Madrid. Recuperado de:<br />
http://ruc.udc.es/bitstream/2183/9641/1/CC_32_art_3.pdf, (octubre, 2014)<br />
Nutsch, W. (2000). Tecnología de la Madera y el Mueble. (1era. ed.).<br />
España: Reverté.<br />
Pilchik, R. (2000a). Pharmaceutical Blister Packaging, Part I: Rationale and<br />
Materials. Pharmaceutical Technology, 68-77. Recuperado de<br />
http://www.pharmanet.com.br/pdf/blister.pdf (septiembre, 2014)<br />
Román, F. (1992). Introducción a la recuperación y reciclado de los metales<br />
no férreo. Instituto Tecnológico Geominero de España. (1era. ed.) Madrid,<br />
España.<br />
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inactivación de residuos tóxicos y peligrosos. (Tesis Doctoral –<br />
Departamento de Edafoloxía y Química Agrícola). Universidad de Santiago<br />
de Compostela, Santiago de Compostela, España.<br />
Saeed, L. (2004). Experimental assessment of two-stagecombustion of high<br />
pvc solid waste with HCl recovery, Helsinki University of Technology,<br />
Department of Mechanical Engineering, Finlandia. Recuperado de<br />
https://aaltodoc.aalto.fi/bitstream/handle/123456789/2427/isbn9512271516.p<br />
df?sequence=1, (octubre, 2014)<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta Piloto para la obtención de Aluminato de Sodio por el Método de Precipitación Controlada<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
27<br />
Diseño de una Planta Piloto para la Obtención de Aluminato de<br />
Sodio Mediante el Método de Precipitación Controlada<br />
Vallejo Fidel 1 ; Mera Luis 2 ; Lascano Luis 3<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Carrera de Ingeniería Química, Quito, Ecuador<br />
2 Escuela Politécnica Nacional, Departamento de Ingeniería Química, Quito, Ecuador.<br />
3 Escuela Politécnica Nacional, Departamento de Física, Quito, Ecuador.<br />
Resumen: En este trabajo se ha sintetizado aluminato de sodio por el método de Precipitación Controlada (MPC).<br />
Se determinó que un precursor adecuado para obtener aluminato de sodio es el nitrato de aluminio 2,0 M, que fue<br />
llevado a un pH de 11,25 mediante la adición como agente precipitante de hidróxido de sodio 2,0 M a 10 mL/min.<br />
El polvo precipitado fue sometido a un tratamiento térmico a 900 °C por una hora. El polvo obtenido fue<br />
caracterizado por DRX y MEB, los resultados indican que se obtuvo un tamaño promedio de partícula de 9 micras.<br />
Además, se realizó el diseño y el análisis económico preliminar de una planta piloto para la producción de 100<br />
kg/semana de aluminato de sodio. El proceso en planta consta de la reacción del nitrato de aluminio 2,0 M con el<br />
hidróxido de sodio 2,0 M, la sedimentación del precipitado, el secado en bandejas horizontales por convección y la<br />
calcinación en un horno programable. Se realizaron los diagramas de bloque y de flujo del proceso, y la distribución<br />
en planta de los equipos y de las áreas de almacenamiento previstas. Finalmente se estimó la tasa interna de retorno<br />
(TIR) en dos casos extremos.<br />
Palabras claves: Aluminato de sodio; diseño de plantas químicas; nitrato de aluminio; curva potenciométrica<br />
Plant design for Sodium Aluminate Production by Controlled<br />
Precipitation Method<br />
Abstract: In this work, sodium aluminate was obtained by Controlled Precipitation Method. The optimum<br />
precursor was aluminum nitrate 2,0 M, that reaches a pH of 11,25 by the addition of sodium hydroxide 2,0 M which<br />
rate is 10 mL/min. After this the dry powder was subjected to a heat treatment at 900 ºC for 1 hour. The resulting<br />
powder was characterized by XDR and SEM, the results indicate that sodium aluminate had an average particle size<br />
of 9 microns.<br />
The second part includes the design and preliminary economic analysis of a pilot plant for the production of<br />
100 kg/week of sodium aluminate. The global process involves the reaction of aluminum nitrate with sodium<br />
hydroxide, sedimentation of the precipitate solids, the drying in horizontal trays and calcination in a convective<br />
oven. In this section, the flow diagram, the block diagram and the layout were made. Finally, IRR was calculated<br />
considering two extreme cases.<br />
Keywords: Sodium aluminate; chemical plant design; aluminum nitrate; potentiometric curve<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
El aluminato de sodio ha sido obtenido mediante procesos<br />
tradicionales tales como síntesis hidrotérmica, reacción en<br />
estado sólido y descomposición térmica. Cao, Y. Zhang y Y.<br />
Zhang (2009), presentaron un estudio sobre la preparación de<br />
aluminato de sodio a partir de la lixiviación de bauxita en<br />
soluciones concentradas de NaOH, en el cual el producto<br />
final es un aluminato de sodio hidratado. En dicho estudio se<br />
explica el método de reacción en estado sólido para producir<br />
aluminato de sodio anhidro, mediante el cual una mezcla de<br />
luis.lascano@epn.edu.ec<br />
carbonato de sodio y bauxita o hidróxido de aluminio se<br />
calcina en hornos rotatorios a 1000 °C. Otra posibilidad,<br />
según esta misma fuente, consiste en secar una solución<br />
acuosa de aluminato de sodio proveniente del proceso Bayer,<br />
en lechos fluidizados (Rai et al., 2012)<br />
Contreras, Sugita y Ramos (2006) reportan la posibilidad de<br />
sintetizar aluminato de sodio a partir de sulfato de sodio<br />
básico tratado con carbonato de sodio, que permite la<br />
formación de dawsonita de sodio que, a su vez, se somete a<br />
diferentes temperaturas entre los 600 y 1100 °C durante 30<br />
minutos.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Vallejo Fidel 1 ; Mera Luis 2 ; Lascano Luis 3<br />
______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
28<br />
López et al. (2011) señalan que, para la obtención de las<br />
zeolitas sintéticas se parte de una solución precursora de<br />
aluminato de sodio en una solución de hidróxido de sodio, la<br />
cual se añade de manera lenta a una solución de sílice.<br />
Posteriormente, se calienta a 190 °C durante 24 h, se procede<br />
a un filtrado y a un tratamiento térmico final para darle su<br />
estructura definitiva a la zeolita.<br />
El método de precipitación controlada para sintetizar polvo<br />
cerámico permite un buen control de las características del<br />
polvo final obtenido y una buena reproducibilidad del<br />
proceso experimental, pues las variables de control son de<br />
una índole más simple que en los otros métodos de síntesis,<br />
ya que no involucra una excesiva preparación de las muestras<br />
ni condiciones extremas de operación, como altas presiones<br />
(Rodríguez, 2001; Segal, 1997).<br />
En el Ecuador, la Escuela Politécnica Nacional a través del<br />
Departamento de Física ha empleado el método de<br />
precipitación controlada para la obtención de óxidos simples<br />
de compuestos metálicos (Berrones y Lascano, 2012;<br />
Herrera, Cadena y Lascano, 2012).<br />
En este trabajo se ha sintetizado el óxido doble de aluminato<br />
de sodio por el método antes mencionado. Si bien Ruiz y<br />
Rodríguez (2010) han realizado un trabajo similar de síntesis<br />
de aluminato de sodio por el MPC, el presente trabajo aborda<br />
dos aspectos: la comparación de la síntesis de dicho<br />
compuesto con dos tipos de precursores a nivel de laboratorio<br />
y, previo escalamiento, el diseño de una planta piloto para la<br />
producción de aluminato de sodio. La producción local de<br />
materiales sintéticos de alta pureza es un reto para el<br />
Ecuador, de ahí la importancia de hacer diseños de plantas<br />
industriales que utilicen procesos validados en el laboratorio.<br />
2.1 Materiales<br />
2. MATERIALES Y MÉTODOS<br />
Todos los reactivos químicos empleados fueron de calidad<br />
analítica. El agua fue destilada antes de su utilización. Como<br />
precursores se utilizaron nitrato de aluminio nonahidratado e<br />
isopropóxido de aluminio de Aldrich Chemistry, e hidróxido<br />
de sodio de Riedel-de-Haên como agente precipitante.<br />
2.2 Síntesis de aluminato de sodio por el método de<br />
precipitación controlada<br />
2.2.1. Diseño de los experimentos<br />
Se eligieron como variables de análisis el precursor: nitrato<br />
de aluminio e isopropóxido de aluminio; la temperatura final<br />
de calcinación: 600, 900 y 1200 ºC, y la duración de la<br />
meseta en el tratamiento térmico: 1 y 1,5 horas. Una vez<br />
determinados el precursor y el tratamiento térmico óptimos,<br />
se procedió a aumentar la concentración del mejor precursor<br />
a 1,0 M y 2,0 M. Además, se aumentó la tasa de adición del<br />
hidróxido de sodio 2,0 M desde 5 mL/min hasta 10 mL/min.<br />
2.2.2. Preparación de soluciones a partir de dos precursores<br />
Precursor nitrato de aluminio<br />
La solución 0,1 M de nitrato de aluminio se preparó pesando<br />
1,875 g que se aforaron con agua destilada en un matraz de<br />
50 mL . A esta solución se adicionó sosa cáustica 2,0 M<br />
(preparada con 80 g en un recipiente de 2000 mL), a una tasa<br />
de 0,5 mL/min con un dosificador Metrohm. La curva<br />
potenciométrica del sistema se obtuvo mediante el registro<br />
del cambio de pH en función del volumen añadido de la base.<br />
Precursor isopropóxido de aluminio<br />
Una cantidad de 20,4 g de isopropóxido de aluminio se<br />
pesaron para obtener una solución 0,1 M al aforar en un<br />
matraz de 250 mL . La adición de sosa cáustica y la<br />
obtención de la curva potenciométrica se realizaron de la<br />
misma manera que en el caso anterior. El pH óptimo para la<br />
finalización de la reacción se determinó mediante el análisis<br />
de la curva potenciométrica.<br />
2.3 Caracterización del polvo sintetizado<br />
Se obtuvieron difractogramas de rayos X de todas las<br />
muestras calcinadas con un equipo <strong>No</strong>relco Philips, con el fin<br />
de identificar las fases presentes. Se buscó determinar si el<br />
aluminato de sodio es fase mayoritaria en el polvo cerámico<br />
mediante la comparación de los picos del difractograma con<br />
la base bibliográfica PDF2 del Centro Internacional de<br />
Cristalografía. Para ello, las muestras se almacenaron en<br />
envases herméticos debido al carácter higroscópico que se<br />
observó en ellas. A la muestra con mayor fase de aluminato<br />
de sodio se la caracterizó mediante microscopía electrónica<br />
de barrido (equipo Tescan Vega II LMU) con el fin de<br />
conocer el tamaño y la morfología de las partículas.<br />
2.4 Diagramas de bloque, de flujo y layout del proceso<br />
2.4.1. Diagrama de bloque<br />
Para la síntesis de aluminato de sodio, la solución precursora<br />
y el agente precipitante se añaden a un reactor con agitación<br />
electromecánica. Una vez que el sistema ha alcanzado el pH<br />
adecuado según el análisis de la curva potenciométrica, la<br />
solución se transporta a la siguiente etapa que consiste en la<br />
separación sólido - líquido. Luego, el polvo seco se calcina<br />
en un horno en las condiciones óptimas ya determinadas para<br />
obtener aluminato de sodio. El diagrama se muestra en la<br />
Figura 1.<br />
2.4.2. Diagrama de flujo<br />
La forma de operación de la planta sería en la modalidad por<br />
lotes, y el dimensionamiento de los equipos se realizó para<br />
que se produzcan 100 kg por semana de aluminato de sodio<br />
en una sola carga.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta Piloto para la obtención de Aluminato de Sodio por el Método de Precipitación Controlada<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
29<br />
el nivel de confianza del análisis económico es de alrededor<br />
del 30 % del costo total determinado.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
3.1. Síntesis y caracterización del aluminato de sodio<br />
3.1.1. Análisis de las curvas potenciométricas<br />
Figura 1. Diagrama de bloque: Proceso de obtención del aluminato de sodio<br />
Reacción del precursor con el agente precipitante<br />
En la primera parte del diagrama de flujo, que corresponde a<br />
la reacción, se determinaron los volúmenes necesarios de la<br />
solución precursora y del agente precipitante que deben<br />
ingresar al reactor.<br />
Separación sólido-líquido<br />
Se debe separar el solvente residual, porque el producto de la<br />
reacción de precipitación debe estar seco antes de ingresar a<br />
la última etapa del proceso, que es la calcinación (<strong>No</strong>nhebel y<br />
Moss, 2002).<br />
Calcinación<br />
En las Figuras 2 y 3 se presentan las curvas potenciométricas<br />
obtenidas con los precursores nitrato de aluminio e<br />
isopropóxido de aluminio, respectivamente. La importancia<br />
del control del pH radica en que, si es muy bajo, puede<br />
producirse una precipitación incompleta porque el sistema se<br />
queda en la etapa de formación y crecimiento de los<br />
complejos y, en caso contrario, si es muy alto se pueden redisolver<br />
las especies presentes (Ruiz y Rodríguez, 2010). En<br />
la curva potenciométrica de la Figura 2 se identifican cuatro<br />
zonas definidas por el cambio de pendiente. En la primera<br />
zona la sosa cáustica se neutraliza con los iones nitrato<br />
presentes en solución, la segunda zona representa el inicio de<br />
la nucleación, alcanzando su desarrollo final en la tercera<br />
zona y la saturación del sistema en la cuarta, a un pH de<br />
11,25. En la curva potenciométrica de la Figura 3 se<br />
diferencian 3 zonas, las mismas que presentan un aumento<br />
leve de pH con gran consumo de agente precipitante. La zona<br />
de estabilización del pH que indica la saturación del sistema<br />
corresponde a valores de pH mayores que 12.4 unidades.<br />
Se determinó el rendimiento en la calcinación a partir de los<br />
datos de masa inicial que entra al horno y masa final que<br />
corresponde al aluminato de sodio. Con el valor de los<br />
sólidos totales y este rendimiento, se determinaron los<br />
valores de los volúmenes de solución iniciales que deben<br />
ingresar al reactor, dato que permitió la selección de las<br />
bombas necesarias para transportar el fluido desde los<br />
tanques de pre-mezcla.<br />
2.4.3. Distribución de los equipos en planta<br />
Se procedió a dimensionar los equipos necesarios para el<br />
proceso con los valores de las corrientes obtenidos mediante<br />
un balance de masa y energía, y se realizó la distribución de<br />
los mismos en la planta piloto (Foust et al., 2000). Se<br />
consideraron espacios para las bodegas de almacenaje de<br />
producto terminado y de materia prima, así como espacios<br />
para reuniones y oficinas, alcanzado un área total de 100 m 2 ,<br />
aproximadamente.<br />
Figura 2. Curva potenciométrica del sistema Al(NO 3) 3.9H 2O 0,1 M –<br />
NaOH 2,0 M<br />
2.5 Estudio económico preliminar del costo del aluminato de<br />
sodio<br />
Una vez determinados los costos de los equipos necesarios<br />
para el procesamiento mediante cotización directa con<br />
proveedores, se procedió a calcular los valores de la inversión<br />
en instalaciones auxiliares y construcciones mediante el uso<br />
de porcentajes típicos en la industria química (Peters,<br />
Timmerhaus y West, 2003; Towler y Sinnot, 2008). Los<br />
costos de materia prima y de venta del producto terminado se<br />
obtienen de casas comerciales. Debido a que el objetivo del<br />
trabajo fue realizar un análisis preliminar de la planta piloto,<br />
Figura 3. Curva potenciométrica del sistema C 9H 21AlO 3 0,1 M–NaOH 2,0M<br />
Si se comparan las curvas potenciométricas de las soluciones<br />
de nitrato de aluminio y de isopropóxido de aluminio se<br />
distinguen las siguientes diferencias:<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Vallejo Fidel 1 ; Mera Luis 2 ; Lascano Luis 3<br />
______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
30<br />
<br />
<br />
El pH de la solución de nitrato de aluminio debe ser<br />
llevado desde 3,1 hasta 11,25, mientras que el pH<br />
del isopropóxido de aluminio debe alcanzar mínimo<br />
12,4, partiendo de 8,4; por lo que la cantidad de<br />
NaOH necesario en el último caso es menor para un<br />
volumen de solución precursora inicial equivalente.<br />
Mientras la zona de formación y crecimiento de los<br />
núcleos en el caso del nitrato de aluminio abarca el<br />
rango de pH comprendido entre 3,8 y 10,2 unidades,<br />
cuando se utiliza isopropóxido de aluminio dicha<br />
región se encuentra entre el 9,5 y el 12. Esto<br />
explicaría la diferencia entre los resultados<br />
obtenidos en ambos casos, ya que se requiere que el<br />
sodio forme parte de la estructura final del<br />
compuesto precipitado, y en el caso del<br />
isopropóxido la cantidad de sodio que presenta el<br />
sistema antes de la calcinación es baja.<br />
3.1.2 Determinación de las fases cristalinas presentes<br />
En las Figuras 4 y 5 se presentan los difractogramas de los<br />
polvos cerámicos obtenidos con cada precursor y tratados a<br />
900 °C durante 1 hora. Se observa que con el precursor<br />
nitrato de aluminio (Figura 4) se obtiene aluminato de sodio<br />
como fase mayoritaria, lo que no ocurre al utilizar el<br />
isopropóxido de aluminio como precursor (Figura 5), donde<br />
además la cristalización es baja.<br />
Analizando con mayor profundidad el hecho precedente, y<br />
según lo señalado en el numeral anterior, si se comparan las<br />
cantidades de solución de hidróxido de sodio necesarias para<br />
estabilizar el sistema en cada caso se tiene que para el nitrato<br />
de sodio se necesitaron 9,5 mL para 50 mL de solución<br />
precursora, y en el caso del isopropóxido de aluminio se<br />
requirieron 5 mL en 250 mL de solución inicial. Esto<br />
significa el 19 % para el primer caso y el 2 % para el<br />
segundo. Este hecho ratifica que una de las probables razones<br />
que explicaría el no haber obtenido aluminato de sodio como<br />
fase mayoritaria en el polvo cerámico procesado a partir de<br />
isopropóxido de aluminio, fue la cantidad insuficiente de<br />
sodio en el polvo precipitado final.<br />
3.1.3 Estudio de la concentración inicial del precursor<br />
nitrato de aluminio<br />
Se procedió a variar la concentración del nitrato de aluminio<br />
en la solución inicial hasta valores de 1 M y 2 M,<br />
manteniendo el tratamiento térmico óptimo previamente<br />
determinado. Se espera que la cristalización del compuesto<br />
sea similar a la obtenida con la concentración inicial de 0,1 M<br />
pues el proceso de calcinación involucra, en forma general, la<br />
salida del agua y la formación del nuevo compuesto; ambos<br />
factores no dependen de la masa tratada sino del sistema<br />
total.<br />
Experimento PTC1<br />
Para preparar 50 mL de solución 1,0 M de nitrato de aluminio<br />
se pesaron 18,75 g. Las condiciones del experimento se<br />
mantuvieron iguales a las de los anteriores experimentos,<br />
excepto la velocidad de adición que se aumentó a 10 mL/min<br />
para aumentar la productividad por lotes y disminuir la<br />
cantidad de solvente a separar del polvo precipitado.<br />
Figura 4. Difractograma del polvo cerámico sintetizado a partir de nitrato de aluminio<br />
Figura 5. Difractograma del polvo cerámico sintetizado a partir de isopropóxido de aluminio<br />
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Diseño de una Planta Piloto para la obtención de Aluminato de Sodio por el Método de Precipitación Controlada<br />
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31<br />
Experimento PTC2<br />
Para preparar 50 mL de solución 2,0 M de nitrato de aluminio<br />
se pesaron <strong>37</strong>,50 g. La curva potenciométrica se muestra en<br />
la Figura 6. El pH inicial en este caso fue de 2,3, y la región<br />
de estabilización y sobresaturación se alcanzó a un pH de<br />
11,26.<br />
Figura 6. Curva potenciométrica del sistema Al(NO 3) 3.9H 2O 2 M– NaOH<br />
2,0 M<br />
Figura 8. Micrografìa de polvo de aluminato de sodio sintetizado a partir de<br />
nitrato de aluminio a 900 °C y 1 h<br />
3.1.4 Caracterización de las fases presentes<br />
En la Figura 7 se presenta el difractograma de rayos X<br />
correspondiente a la muestra PTC2. La coincidencia de picos<br />
con los de aluminato de sodio en las muestras con una<br />
concentración inicial de 1,0 M y 2,0 M es similar a la<br />
encontrada con una concentración inicial 0,1 M de precursor.<br />
En este caso, la condición experimental óptima es a partir de<br />
nitrato de aluminio con una concentración inicial de 2,0 M,<br />
que se somete a un tratamiento térmico que está conformado<br />
de una rampa de 10 °C/min, hasta los 900 °C y una meseta de<br />
una hora.<br />
3.2. Microestructura del material sintetizado<br />
Para determinar el tamaño promedio de partícula se midió el<br />
diámetro de 20 partículas en cuatro micrografías obtenidas<br />
por MEB, una de ellas se muestra en la Figura 8. Los<br />
resultados proporcionan un tamaño de partícula promedio de<br />
9 µm, con una desviación estándar de 2 µm, es decir, existe<br />
una dispersión significativa que expresa la heterogeneidad<br />
del tamaño de partícula.<br />
3.3. Diagrama de flujo y distribución de equipos en planta<br />
piloto para la obtención de aluminato de sodio<br />
La Tabla 1 presenta los valores de las corrientes para cada<br />
lote del proceso de obtención de 100 kg/semana de aluminato<br />
de sodio en la planta piloto. Para el desarrollo del trabajo se<br />
consideró la presión atmosférica de Quito igual a 0,72 atm. El<br />
diagrama de flujo que se muestra en la Figura A1 del<br />
Apéndice presenta el código, el nombre y la descripción de<br />
los equipos necesarios para el proceso.<br />
3.4. Análisis económico preliminar<br />
Los valores de los equipos necesarios han sido obtenidos en<br />
su totalidad de proveedores. En la Tabla A2 del Apéndice se<br />
presentan los equipos principales a instalar con sus<br />
características, la función que cumplen en el proceso y el<br />
costo en el año 2015. El valor total es parte del capital fijo a<br />
invertir, lo cual permite calcular el costo total mediante el<br />
método de los porcentajes estimados, como se indica en la<br />
Tabla A3 del Apéndice.<br />
Figura 7. Difractograma de la muestra obtenida en el experimento PTC2<br />
Se analizan dos escenarios económicos. En el primero, el<br />
objetivo es encontrar un valor del producto terminado que<br />
genere una rentabilidad en la empresa, si los costos de la<br />
materia prima son los que se indican en la Tabla 2. En el<br />
segundo análisis se trata de encontrar el valor unitario del<br />
precursor que genere un rendimiento sobre la inversión<br />
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Vallejo Fidel 1 ; Mera Luis 2 ; Lascano Luis 3<br />
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32<br />
inicial, si el precio de venta del aluminato de sodio y de las<br />
otras materias primas son los indicados en la Tabla 2.<br />
Tabla 1. Propiedades de las corrientes del proceso<br />
# Descripción<br />
Estado de<br />
agregación<br />
Valor de la<br />
corriente<br />
(kg/semana)<br />
T<br />
(°C)<br />
1 Nitrato de Sólido 1 450,95 20<br />
aluminio<br />
2 Agua destilada Líquido 909,22 20<br />
3 Sosa cáustica Sólido 33,80 20<br />
4 Agua destilada Líquido 420,00 20<br />
5 Solución 2,0 M Líquido 2 360,17 20<br />
Nitrato de<br />
aluminio<br />
6 Solución 2,0 M Líquido 453,80 20<br />
Hidróxido de<br />
sodio<br />
7 Producto Líquido 2 813,97 20<br />
reactor<br />
8 Líquido claro Líquido 2 308,19 20<br />
9 Concentrados Líquido + 505,78 20<br />
Sólido<br />
10 Polvo seco Sólido 350,00 90<br />
11 Solvente Vapor 155,78 91<br />
residual<br />
12 Gases de<br />
Gas 250,00 900<br />
calcinación<br />
13 Aluminato de<br />
sodio<br />
Sólido 100,00 20<br />
Tabla 2. Costos de compra y venta de materia prima y producto final<br />
Materia prima Nitrato de USD 88,27/kg<br />
aluminio<br />
Hidróxido de USD 1,06/kg<br />
sodio<br />
Agua destilada USD 0,80/kg<br />
Producto Aluminato de USD 61,1/kg<br />
terminado sodio<br />
En la Figura 9 se muestra la variación de la tasa interna de<br />
retorno (TIR) con respecto al precio de venta del aluminato<br />
de sodio manteniendo constante el precio de compra del<br />
precursor. Si se quiere que la TIR sea del 25 % se requiere un<br />
precio de venta del producto de USD 255,0/kg. En la Figura<br />
10 se puede observar la variación de la TIR con la variación<br />
del costo del precursor si el valor de venta del aluminato de<br />
sodio es fijo. Para obtener una TIR del 25 % se requiere un<br />
costo de USD 27,4 por kilogramo de precursor. De esta<br />
figura se puede concluir también que para que exista un<br />
margen de ganancia, el valor del kg de material precursor<br />
debe encontrarse por debajo de los USD 34,3.<br />
Figura 9.Variación de la TIR con respecto al precio de venta del aluminato<br />
de sodio con el precio del precursor constante<br />
Figura 10.Variación de la TIR con respecto al costo del precursor con el<br />
precio de venta del aluminato de sodio constante<br />
4. CONCLUSIONES<br />
Se obtuvo una fase mayoritaria de aluminato de sodio de<br />
estructura ortorrómbica mediante el método de precipitación<br />
controlada, a partir de una solución de nitrato de aluminio<br />
2,0 M como precursor e hidróxido de sodio 2,0 M como<br />
agente precipitante. El tratamiento térmico óptimo<br />
determinado en este trabajo consta de una rampa de<br />
calentamiento de 10 °C/min, con una temperatura máxima<br />
de 900 °C por una hora.<br />
El tamaño de partícula promedio obtenido es de 9 micras<br />
según la caracterización por microscopía electrónica de<br />
barrido, aceptable en el mercado por comparación con el<br />
tamaño de partícula de otros coagulantes, como el sulfato de<br />
aluminio, que es de 150 micras.<br />
La variación de concentración inicial de la solución de nitrato<br />
de aluminio en el rango estudiado en el presente trabajo, de<br />
0,1 a 2,0 M, no influyó en las fases presentes en el polvo<br />
final. Al parecer, esto se debe a que el proceso de obtención<br />
del aluminato de sodio depende en mayor medida del<br />
tratamiento térmico.<br />
Se ha realizado un diseño preliminar de una planta<br />
productora de aluminato de sodio, que trabaje con el método<br />
de síntesis de Precipitación Controlada. El costo total de los<br />
equipos necesarios para la producción de 100 kg/semana de<br />
aluminato de sodio, y que se cotizaron directamente con<br />
proveedores nacionales e internacionales, es de USD 28<br />
504,70, y el costo total estimado de forma preliminar de la<br />
planta piloto es de USD 95 015,67, al año 2015.<br />
El proyecto no es rentable económicamente con los precios<br />
de las materias primas y producto terminado actuales, pues el<br />
precio de venta del aluminato de sodio no es mayor que el<br />
costo de compra de la materia prima necesaria. Por esta<br />
razón, si se mantiene constante el precio del precursor en<br />
USD 88,27/kg, el precio de venta necesario para que exista<br />
utilidad sería de USD 199,1/kg, y para que exista una TIR del<br />
25 % debería ser de USD 255. Por otra parte, si el precio de<br />
venta se considera invariable en USD 61,1/kg el costo del<br />
precursor por kilogramo debe costar a lo máximo USD 34,3 y<br />
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Diseño de una Planta Piloto para la obtención de Aluminato de Sodio por el Método de Precipitación Controlada<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
33<br />
para una TIR igual o mayor que el 25 % el costo debe ser<br />
menor que USD 27,4/kg.<br />
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por el método de precipitación controlada. Revista Politécnica, 30(1), 91-99.<br />
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de precipitación controlada. Dyna, 78(165), 224-233.<br />
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López, C., Sazo, V., Pérez, P., Buhman, S., Urbina, C., & García, A. (2011).<br />
Generación de mesoporosidad en zeolitas ZSM-5 sintetizadas en medio<br />
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Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Vallejo Fidel 1 ; Mera Luis 2 ; Lascano Luis 3<br />
______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
34<br />
Apéndice A.<br />
DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PLANTA PILOTO DE ALUMINATO DE SODIO<br />
Lista de corrientes del proceso<br />
3<br />
4<br />
1<br />
2<br />
TK-001<br />
TK-002<br />
5<br />
6<br />
P-001<br />
P-002<br />
Número de<br />
corriente<br />
Descripción<br />
Estado de<br />
agregación<br />
Flujo másico<br />
(kg/batch)<br />
Temperatura<br />
(°C)<br />
1 Nitrato de aluminio Sólido 1450,95 20<br />
2 Agua destilada Líquido 909,22 20<br />
3 Sosa cáustica Sólido 33,80 20<br />
4 Agua destilada Líquido 420,00 20<br />
5<br />
Solución 2,0 M<br />
Nitrato de aluminio<br />
Líquido 2360,17 20<br />
6<br />
Solución 2,0 M<br />
Hidróxido de sodio<br />
Líquido 453,80 20<br />
7 Producto reactor Líquido 2813,97 20<br />
8 Líquido claro Líquido 2308,19 20<br />
9 Concentrados Líquido + Sólido 505,78 20<br />
10 Polvo seco Sólido 350,00 90<br />
11 Agua evaporada Vapor 155,78 90<br />
12 Gases de calcinación Gas 250,00 900<br />
13 Aluminato de sodio Sólido 100,00 20<br />
R-101<br />
7<br />
P-101<br />
H-201<br />
9<br />
8<br />
Equipos<br />
<strong>No</strong>mbre del<br />
equipo<br />
Descripción<br />
B-301 Secador de bandejas<br />
H-201 Sedimentador de base cónica<br />
P-001 Bomba centrífuga 1 HP<br />
P-002 Bomba dosificadora<br />
P-101 Bomba centrífuga 1 HP<br />
Q-302 Horno programable, 1300 °C<br />
R-101 Tanque reactor<br />
TK-001<br />
Tanque de mezclado<br />
nitrato de aluminio<br />
TK-002<br />
Tanque de mezclado<br />
hidróxido de sodio<br />
11<br />
12<br />
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL<br />
Realizado por:<br />
Fidel Vallejo Gallardo<br />
INGENIERÍA QUÍMICA<br />
PFD<br />
PROCESO DE OBTENCION DE ALUMINATO DE SODIO POR<br />
MÉTODO DE PRECIPITACIÓN CONTROLADA<br />
AÑO MES Nº DIBUJO REV.<br />
2013 MARZO 01 01<br />
ESCALA N/A HOJA 1 1<br />
B-301<br />
10<br />
Q-302<br />
13<br />
Figura A1. Diagrama de flujo de la planta piloto de producción de aluminato de sodio<br />
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_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
35<br />
Tabla A1. Costos de equipos de la planta piloto, año 2013<br />
Equipo Descripción Capacidad Uso en planta Costo (USD)<br />
Preparación y<br />
almacenamiento de<br />
solución de nitrato de<br />
Tanques tipos botella<br />
2500 L<br />
aluminio<br />
203,98<br />
de PE con tapa con<br />
500 L<br />
Preparación y<br />
68,79<br />
seguro giratorio<br />
almacenamiento de<br />
solución de hidróxido<br />
de sodio<br />
Tanques de<br />
almacenamiento y<br />
premezcla<br />
Agitador para<br />
tanques de<br />
almacenamiento y<br />
premezcla<br />
Bomba de transporte<br />
de fluidos<br />
Bomba dosificadora<br />
Tanque reactor<br />
Bomba<br />
Agitador para tanque<br />
reactor<br />
Tanque sedimentador<br />
Secador de bandejas<br />
Horno programable<br />
(incluye dos bandejas<br />
de cerámica<br />
esmaltada)<br />
Motor con bridas<br />
Alta resistencia<br />
química recubierta de<br />
teflón<br />
Bomba apta para el<br />
bombeo de químicos<br />
con control<br />
automático de flujo<br />
Tanque tipo botella de<br />
PE con tapa con<br />
seguro giratorio<br />
Bomba para el<br />
transporte de líquidos<br />
con sólidos<br />
Motor con bridas<br />
Tanque tipo botella de<br />
PE con tapa con<br />
seguro giratorio<br />
Secador por<br />
convección de bandas<br />
horizontal continuo<br />
Modelo TM/TL-125<br />
Control de<br />
temperatura digital<br />
1 HP<br />
3320 RPM<br />
1,5 HP<br />
20 GPM<br />
8 GPH<br />
50 PSI<br />
Mezcla y<br />
homogenización de<br />
soluciones en tanques<br />
de almacenamiento<br />
Transporte de la<br />
solución de nitrato de<br />
aluminio desde el<br />
tanque premezclador al<br />
reactor<br />
Alimentación de<br />
soluciones desde<br />
tanque de<br />
almacenamiento hasta<br />
tanque reactor<br />
551,60<br />
777,03<br />
1871,30<br />
1100 L Reactor 116,87<br />
1 HP<br />
3500 RPM<br />
1 HP<br />
3320 RPM<br />
2500 L<br />
Potencia 8 kW<br />
127 L<br />
T máx: 1300 ºC<br />
Transporte del<br />
producto del reactor al<br />
sedimentador<br />
Mezcla y<br />
homogenización en<br />
tanque reactor<br />
Coagulación,<br />
floculación y<br />
sedimentación<br />
Secado final del<br />
precitado<br />
Calcinación del<br />
precipitado<br />
3<strong>37</strong>2,99<br />
551,60<br />
203,98<br />
10 025,00<br />
9 077,00<br />
TOTAL 28 504,70<br />
Tabla A2. Capital a invertir estimado a partir del costo de los equipos adquiridos, año 2013<br />
COSTO Detalle Porcentaje Porcentaje Capital<br />
típico (%) estimado<br />
DIRECTOS Equipos adquiridos 15-40 30 % USD 28 504,70<br />
Instalación de equipos 6-14 10 % USD 9 501,57<br />
adquiridos<br />
Instrumentación y control 2-8 5 % USD 4 750,78<br />
instalados<br />
Tuberías instaladas 3-20 4 % USD 3 800,63<br />
Conexiones eléctricas 2-10 3 % USD 2 850,47<br />
Trabajos civiles<br />
3-18 6 % USD 5 700,94<br />
incluyendo servicios<br />
Mejoras de terreno 2-5 2 % USD 1 900,31<br />
Instalación de servicios 8-20 7 % USD 6 651,10<br />
auxiliares<br />
Terreno 1-2 2 % USD 1 900,31<br />
INDIRECTOS Ingeniería y supervisión 4-21 12 % USD 11 401,88<br />
Supervisión y<br />
4-16 5 % USD 4 750,78<br />
mantenimiento de la<br />
construcción<br />
Gastos contratista 2-6 5 % USD 4 750,78<br />
Contingencias 5-15 9 % USD 8 551,41<br />
TOTAL 100 % USD 95 015,67<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
36<br />
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a<br />
partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala<br />
Piloto<br />
Inca Fernando 1 ; Salguero Yadira 1 ; Aldás Miguel 1<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Centro de Investigaciones Aplicadas a Polímeros, Facultad de Ingeniería Química y<br />
Agroindustria, Quito, Ecuador<br />
Resumen: En este trabajo se presenta el diseño de una planta de producción de cemento solvente de PVC, a partir<br />
del reciclaje de tarjetas plásticas de identificación, a escala piloto. Previo al diseño, se analizaron las características<br />
de dos pegamentos producidos con diferentes solventes, el tetrahidrofurano (THF) y la ciclohexanona (CH).<br />
Además, se realizó una comparación con un producto comercial respecto a las características de adhesión. Se<br />
decidió producir el cemento solvente de PVC con el uso de THF como solvente debido a su poder de disolución y<br />
rápido secado. Las diferentes áreas de la planta se diseñaron para un procesamiento de 350 kg/día de tarjetas<br />
desechadas, bajo la consideración de un proceso productivo que involucra 3 operaciones unitarias: disolución,<br />
centrifugación y destilación. Se continuó con el diseño del proceso tecnológico y el diseño básico de la planta. La<br />
superficie necesaria para el emplazamiento de la planta es de 700 m 2 y la localización de la planta será en Itulcachi,<br />
vía Pifo (Ecuador). El proyecto terminó con una evaluación económica, que dio como resultado un costo de<br />
producción de 3,04 USD por frasco de 2<strong>37</strong> mL de cemento solvente de PVC y un precio de venta de 4,26 USD, un<br />
valor inferior al del mercado que actualmente corresponde a 7,50 USD. La TIR del proyecto es del 69 % y el VAN<br />
con una TMAR del 32 %, a 10 años, resultó igual a 662 526,56 USD. Por tanto, el proyecto es técnicamente viable<br />
y atractivo económicamente.<br />
Palabras clave: reciclaje de PVC, cemento solvente de PVC, tarjetas plásticas de identificación, tetrahidrofurano<br />
Design of a Plant of PVC Solvent Cement from Recycled Plastic<br />
Identification Card in Pilot Scale<br />
Abstract: This paper presents the design of a PVC solvent cement production plant, from the recycling of plastic<br />
identification cards, in a pilot scale. Prior to the design, the characteristics of two adhesives produced with different<br />
solvents, tetrahydrofuran (THF) and cyclohexanone (CH), were analyzed. Furthermore, a comparison with a<br />
commercial product, in adhesion properties, was performed. It was decided to produce PVC solvent cement using<br />
THF as a solvent because of its dissolving power and fast drying. The different areas of the plant were designed for<br />
processing 350 kg/day of discarded cards, considering a production process that involves three unit operations:<br />
dissolution, centrifugation and distillation. Then, the technological process design and basic design of the plant<br />
were stablished. The area for the location of the plant was determined in 700 m 2 and the location of the plant will be<br />
in Itulcachi - Pifo (Ecuador). The project ended with an economic analysis, resulting in a production cost of<br />
3,04 USD per can of 2<strong>37</strong> mL of PVC solvent cement and the sale price was 4,26 USD, a lower price compared with<br />
the current market value of 7,50 USD. The project IRR is 69 % and the NPV with a MARR of 32 %, at 10 years,<br />
was 662 526,56 USD. As conclusion, the project is economically attractive and technically viable.<br />
Keywords: PVC recycling, PVC solvent cement, plastic ID cards, tetrahydrofuran.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
Según las cifras publicadas por el Banco Central del Ecuador<br />
(BCE) en el boletín anuario 2015, las importaciones de<br />
plásticos y caucho se han incrementado en los últimos años<br />
desde 464 282 t en el año 2009 a 634 131 t en el año 2014.<br />
La causa de este incremento es el beneficio que brindan estos<br />
materiales en su uso; sin embargo, con el aumento del<br />
migue.aldas@epn.edu.ec<br />
consumo de plásticos, aumenta también la generación de<br />
residuos (BCE, 2015).<br />
En miles de dólares (FOB), las importaciones del país se<br />
concentran mayoritariamente en cuatro partidas arancelarias<br />
correspondientes a los siguientes polímeros: en primer lugar<br />
el PE, seguido del PET, luego del PP y por último del PVC<br />
(Cámara de Industrias de Guayaquil, 2012).<br />
El PVC puede utilizarse en diversas aplicaciones como en<br />
empaques, perfiles, techos, aislamiento de cables,<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Inca Fernando 1 ; Salguero Yadira 1 ; Aldás Miguel 1<br />
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aplicaciones médicas emergentes, fabricación de tuberías,<br />
entre otras. Esta versatilidad determina que este material se<br />
convierta en un problema de eliminación postconsumo, si se<br />
considera el crecimiento de la industria plástica (Janajreh et<br />
al., 2015).<br />
En los países desarrollados, el PVC es el polímero<br />
mayoritariamente reciclado. Esto se debe a que se adapta<br />
prácticamente a todos los métodos de reciclaje y como tal, se<br />
ha dado una atención significativa en cuanto a investigación<br />
y tecnología (Sadat y Bakhshandeh, 2011).<br />
Debido a que en el Ecuador los restos de este material no se<br />
aprovechan de forma eficiente, ya que se mezclan con otros<br />
plásticos para reciclaje o terminan en rellenos sanitarios, se<br />
han desarrollado estudios que permiten aprovechar este<br />
polímero. Una alternativa, es obtener cemento solvente de<br />
PVC a partir de tarjetas plásticas de identificación, cuyo<br />
desgaste y caducidad generan una cantidad considerable de<br />
estos residuos (Aldás e Inca, 2015).<br />
<strong>No</strong> hay una formulación específica para el cemento solvente<br />
puesto que existen un sinnúmero de sistemas de solventes<br />
adecuados para el PVC. Sin embargo, se ha encontrado que<br />
los cementos solventes con mezclas de tetrahidrofurano<br />
(THF) y ciclohexanona (CH) cumplen con los requisitos de la<br />
norma ASTM D2564: Especificaciones para cementos<br />
solventes para sistemas de tubería plástica de policloruro de<br />
Vinilo (PVC) (ASTM, 2014).<br />
En la Tabla 1 se encuentran las características de un cemento<br />
solvente comercial y de cementos solventes obtenidos con<br />
THF (tetrahidrofurano) y CH (ciclohexanona). Estos<br />
resultados indican algunas ventajas con respecto al uso del<br />
solvente THF en comparación con el solvente CH, en cuanto<br />
a tiempos de procesamiento, cantidad de solvente y adhesión.<br />
Además, los resultados obtenidos en los ensayos de adhesión<br />
del cemento formulado con THF fueron similares a los del<br />
pegamento comercial (Aldás e Inca, 2015).<br />
Por tanto, el objetivo principal del presente trabajo fue<br />
diseñar una planta, a escala piloto, que permita utilizar el<br />
PVC contenido en las tarjetas plásticas de identificación de<br />
tipo estudiantil, empresarial, médico o bancario, con el uso de<br />
THF como disolvente, para obtener un cemento solvente de<br />
PVC con características competitivas con respecto a los<br />
pegamentos de PVC comerciales.<br />
2. METODOLOGÍA<br />
2.1. Diseño de la planta piloto para la producción de<br />
cemento solvente de PVC<br />
El diseño de la planta se dividió en dos partes, la ingeniería<br />
conceptual y la ingeniería básica.<br />
2.1.1. Ingeniería conceptual<br />
La ingeniería conceptual está compuesta por un análisis de la<br />
disponibilidad de materia prima, la determinación de la<br />
capacidad de la planta y su localización.<br />
A pesar de que se pueden utilizar como materia prima las<br />
tarjetas plásticas de identificación estudiantil, empresarial,<br />
bancaria, de seguros médicos, entre otros, la capacidad de la<br />
planta fue estimada con base en la cantidad de tarjetas<br />
plásticas que dejaron de circular por decreto JB-2012-2225<br />
de la Junta Bancaria en Julio de 2012 (SBS, 2012). La<br />
cantidad de tarjetas plásticas de entidades financieras fue el<br />
único dato bibliográfico considerado para estimar una<br />
producción trimestral de tarjetas, puesto que en el Ecuador<br />
aún no se ha cuantificado la cantidad de desechos generados<br />
por el descarte de diversos tipos de tarjetas de identificación.<br />
Tabla 1. Características del cemento solvente de PVC: comercial, con solvente THF y solvente CH respectivamente (Aldás e Inca, 2015)<br />
Sistema<br />
Tiempo de disolución de las<br />
tarjetas [min] y relación de<br />
disolución [tarjetas/solvente]<br />
Concentración de<br />
solvente en peso<br />
Comercial - -<br />
Ensayo de adhesión<br />
Tiempo [h]<br />
Carga máxima Coloración<br />
[kN]<br />
2 0,6263 ± 0,0169<br />
16 0,8152 ± 0,0413 Transparente<br />
72 1,1258 ± 0,0556<br />
2 0,6258 ± 0,0172 Café oscuro<br />
16 0,8147 ± 0,0346 (transparente)<br />
THF 15 ; 1/5 69,78 ± 0,84<br />
72 1,0122 ± 0,0464<br />
2 - Café oscuro<br />
16 0,2816 ± 0,0235 (turbio)<br />
CH 45 ; 1/6 70,98 ± 0,30<br />
72 0,5056 ± 0,0262<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
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38<br />
Por otro lado, la ubicación de la planta se seleccionó con base<br />
en siguientes criterios (Chango et al., 2015; Towler y Sinott,<br />
2012):<br />
- Facilidades de transporte<br />
- Disponibilidad de servicios básicos<br />
- Disponibilidad de mano de obra<br />
- Regulaciones municipales<br />
2.1.2. Ingeniería básica<br />
La ingeniería básica demanda el diseño del proceso<br />
tecnológico y el diseño básico de la planta.<br />
2.1.2.1. Diseño del proceso tecnológico<br />
Incluye la descripción del proceso productivo y la<br />
elaboración de los diagramas de proceso.<br />
Para la descripción del proceso productivo, se consideró el<br />
proceso a escala laboratorio de la elaboración de cemento<br />
solvente reportado en el estudio “Reciclaje de PVC a partir<br />
de tarjetas de identificación plásticas para la obtención de un<br />
pegamento de tubería” (Aldás e Inca, 2015).<br />
Se realizó un balance de masa para un procesamiento de 350<br />
kg/día de tarjetas recicladas ó 43,75 kg/h considerando<br />
8 horas de trabajo por día. Además, se consideró que el<br />
producto final tenga un 70% de solvente después del proceso<br />
productivo.<br />
Con base en un balance de masa y las condiciones de entrada<br />
y salida en cada subproceso, se realizaron el diagrama de<br />
bloques (BFD) y el diagrama de flujo de proceso (PFD). Los<br />
diagramas fueron elaborados de acuerdo estándares y<br />
formatos recomendados (Turton et al., 2013).<br />
2.1.2.2. Diseño básico de la planta<br />
El diseño básico lo componen un listado de equipos en cada<br />
área y la distribución en planta.<br />
Sobre la base del proceso productivo, los equipos se ubicaron<br />
en 5 diferentes áreas, cada una relacionada a un subproceso.<br />
También se consideraron las bodegas. La selección de<br />
equipos se realizó en función del balance de masa y energía,<br />
de la capacidad requerida para cada subproceso y del<br />
volumen de material almacenado. Además, con el objetivo de<br />
evitar el vaciado completo de los tanques de almacenamiento<br />
se aplicó un 20 % de sobredimensionamiento (Casanovas et<br />
al., 2010).<br />
La distribución en planta para la producción de cemento<br />
solvente de PVC fue elaborada con el objetivo de ordenar los<br />
espacios necesarios para los equipos y movimiento de<br />
personal, materia prima y producto, además de considerar<br />
aspectos de seguridad industrial (Casanovas et al., 2010). Por<br />
ello, se tomó en cuenta el diagrama de recorrido del proceso<br />
y la planificación de la producción, así como también, la<br />
disposición y espaciamiento de equipos, los flujos de<br />
personal, materia prima, insumos y producto, y los lugares de<br />
almacenamiento.<br />
2.2. Evaluación económica<br />
Se determinaron costos de producción y de venta del<br />
producto, la inversión necesaria y los indicadores económicos<br />
financieros TIR y VAN.<br />
Para estimar el costo de producción de un frasco de 2<strong>37</strong> mL<br />
de cemento solvente de PVC se consideraron, entre otros, los<br />
costos de la materia prima que comprenden las tarjetas de<br />
identificación plásticas, así como también, costos de<br />
reactivos, empaques, equipos y servicios auxiliares mediante<br />
proformas actualizadas a inicios del año 2015. Por otro lado,<br />
para estimar el precio de venta se estableció un 40 % de<br />
ganancia con respecto al costo de producción.<br />
Es necesario mencionar que no existe un precio oficial para el<br />
costo de las tarjetas de identificación desechadas (materia<br />
prima), debido a que aún no ha sido identificado como un<br />
desecho comercializable. Por tal motivo, y con fines de<br />
estimación económica, se consideró que el costo de las<br />
tarjetas de identificación desechadas podría ser similar al del<br />
PET reciclable.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
3.1. Diseño de la planta piloto para la producción de<br />
cemento solvente de PVC<br />
3.1.1. Ingeniería conceptual<br />
En lo que se refiere a disponibilidad de materia prima,<br />
determinación de la capacidad y localización de la planta se<br />
encontró lo siguiente:<br />
Respecto a la disponibilidad de materia prima, las tarjetas de<br />
identificación permiten controlar de mejor manera el acceso a<br />
ciertos lugares o beneficios en diversos ámbitos como el<br />
estudiantil, empresarial, deportivo, bancario y médico. Puesto<br />
que estas tarjetas cuentan con una fecha de caducidad,<br />
además de tener un desgaste, su desecho es frecuente, por lo<br />
que no se presenta inconveniente alguno con la<br />
disponibilidad de materia prima. Su recolección se realizará a<br />
través de contenedores trituradores, que prevengan el fraude<br />
por el uso de la información proporcionada en la tarjeta. Los<br />
contenedores se ubicarán en centros comerciales a nivel<br />
nacional. El material pasará a centros de acopio donde se<br />
empacará para posteriormente ser llevado a la planta,<br />
específicamente a la bodega de materia prima.<br />
En cuanto a la determinación de la capacidad de la planta, si<br />
se considera únicamente a los bancos privados, la producción<br />
de tarjetas plásticas de crédito hasta octubre de 2011 fue de<br />
aproximadamente 22,13 millones a nivel nacional, mientras<br />
que la emisión por casas comerciales se estimó en<br />
aproximadamente 3 millones de tarjetas (UCSG, 2012).<br />
De acuerdo con la Superintendencia de Bancos y Seguros del<br />
Ecuador (2012) y su resolución <strong>No</strong>. JB-2012-2225, a partir<br />
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Inca Fernando 1 ; Salguero Yadira 1 ; Aldás Miguel 1<br />
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del 5 de julio de 2012 solamente las instituciones financieras<br />
y las compañías emisoras o administradoras de tarjetas de<br />
crédito podrían actuar como emisores, por lo que cerca de 3<br />
millones de tarjetas de crédito, correspondientes a casas<br />
comerciales, se dejaron de utilizar en el país (SBS, 2012;<br />
UCSG, 2012). A partir de este dato, para un 10 % de<br />
procesamiento y una masa promedio de 6 g por tarjeta, se<br />
definió una capacidad de 350 kg/día para la planta a escala<br />
piloto.<br />
Para la localización de la planta, se tomó en cuenta que el<br />
plan de ordenamiento metropolitano territorial dicta que las<br />
instalaciones industriales que producen efectos nocivos por<br />
descargas líquidas no domésticas, emisiones de combustión,<br />
ruido, residuos sólidos, entre otros, deben ubicarse en una<br />
zona denominada de alto impacto (II3) (Concejo<br />
Metropolitano de Quito, 2013). Por ello, la planta estará<br />
localizada en una de las nuevas zonas industriales de Quito,<br />
en el sector Itulcachi, vía Pifo. En este sitio existe<br />
disponibilidad de servicios básicos, mano de obra y<br />
facilidades de transporte.<br />
3.1.2. Ingeniería básica<br />
3.1.2.1. Diseño del proceso tecnológico<br />
El proceso propuesto consta de las siguientes etapas y<br />
operaciones:<br />
Recepción de la materia prima: la materia prima consiste<br />
en material de desecho, en este caso tarjetas plásticas de<br />
identificación. El material ingresará a la bodega de materia<br />
prima por pacas.<br />
con el balance de masa correspondiente para cada etapa. El<br />
proceso productivo está dividido en un total de 3<br />
subprocesos:<br />
- El primero corresponde a la disolución de las tarjetas<br />
recolectadas.<br />
- El segundo, concerniente a la separación de cargas, se<br />
divide en tres etapas. Cada etapa corresponde a un ciclo<br />
de centrifugación.<br />
- El tercero, relacionado con la recuperación del solvente,<br />
se divide en 2 etapas: la recuperación del solvente como<br />
tal, y la obtención del cemento solvente de PVC.<br />
El diagrama de flujo del proceso (PFD) se muestra en la<br />
Figura 2. Como se puede observar consta de: disolución,<br />
separación de cargas, recuperación de solvente y obtención<br />
del cemento solvente de PVC. Además, se especifica la<br />
temperatura de trabajo.<br />
Se debe mencionar que en el subproceso de separación de<br />
cargas no se emplearán tres equipos independientes<br />
(centrifugadoras), sino que existirán tres ciclos de<br />
centrifugación en el mismo equipo, por tal motivo, el proceso<br />
se realizará de manera discontinua o tipo Batch.<br />
43,75 kg<br />
Tarjetas<br />
Disolución<br />
THF<br />
218,75 kg<br />
Disolución: se procesarán 43,75 kg/h (8 h de trabajo por día)<br />
de tarjetas plásticas de identificación. La disolución se<br />
efectuará mediante el solvente THF. La relación en peso<br />
tarjetas/solvente será de 1/5. El proceso se llevará a cabo a<br />
temperatura ambiente y presión atmosférica.<br />
Centrifugación: la separación de cargas del PVC se llevará a<br />
cabo en tres ciclos de centrifugación, a 4 000 rpm y un<br />
tiempo de 20 min, cada ciclo.<br />
Destilación: el THF será recuperado con el objetivo de<br />
eliminar el exceso del solvente en el cemento de PVC,<br />
mediante una destilación. En este paso se empleará agua<br />
como medio de enfriamiento.<br />
Centrifugación<br />
Centrifugación<br />
Centrifugación<br />
262,50 kg<br />
tarjetas disueltas<br />
260,07 kg<br />
tarjetas disueltas<br />
2,43 kg<br />
1,57 kg<br />
258,50 kg<br />
tarjetas disueltas<br />
1,43 kg<br />
Cargas e<br />
insolubles<br />
Cargas e<br />
insolubles<br />
Cargas e<br />
insolubles<br />
Concentración: el pegamento para tuberías de PVC se<br />
obtendrá luego de que en la destilación, el producto llegue a<br />
una concentración de resina de aproximadamente 30 % en<br />
peso, y se almacenará en un tanque.<br />
THF<br />
129,35 kg<br />
257,06<br />
257,07<br />
kg<br />
kg<br />
Recuperación de solvente<br />
Envasado y almacenaje: el cemento solvente de PVC se<br />
envasará en frascos de 2<strong>37</strong> mL. El producto final se<br />
almacenará en la bodega de producto terminado para su<br />
posterior despacho y venta.<br />
En la Figura 1 se muestra el diagrama de bloques (BFD) del<br />
proceso de producción de cemento solvente de PVC junto<br />
127,72 kg<br />
Cemento Solvente de PVC<br />
Figura 1. Diagrama de bloques (BFD) del proceso de producción de<br />
cemento solvente de PVC. Base de cálculo: 1 h<br />
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Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
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40<br />
Figura 2. Diagrama de flujo (PFD) del proceso de producción de cemento solvente de PVC a partir de tarjetas plásticas de identificación<br />
3.1.2.2. Diseño básico de la planta<br />
En esta sección se presenta la lista de los equipos que<br />
intervienen en el proceso productivo por cada área, así como<br />
también la distribución en planta.<br />
El listado de equipos, por cada área en la que se dividió la<br />
planta, así como sus dimensiones largo (L), ancho (A) y<br />
altura (H) se muestran en la Tabla 2. Para el proceso de<br />
producción, también son necesarios un silo de<br />
almacenamiento y dos tanques de disolución de respaldo que<br />
se ubicarán en dos diferentes bodegas.<br />
En la Figura 3 se muestra el plano de distribución de la planta<br />
a escala piloto (Layout). La planta tendrá una superficie de<br />
700 m 2 , la misma que incluye el área de procesamiento, las<br />
oficinas, los parqueaderos y los espacios verdes.<br />
Tabla 2. Listado de los equipos necesarios para el proceso productivo de<br />
cemento solvente de PVC por área<br />
Área<br />
Equipo<br />
Dimensiones [m]<br />
L A H<br />
1: Disolución Tanque de disolución 1,00 1,00 2,80<br />
2: Separación de<br />
cargas<br />
Centrífuga 1,49 1,13 1,48<br />
3: Recuperación del<br />
solvente<br />
Columna de destilación 2,90 0,98 3,85<br />
4: Almacenamiento Tanque de THF<br />
del solvente<br />
recuperado<br />
0,87 0,87 2,18<br />
Tanque<br />
5: Almacenamiento<br />
almacenamiento de<br />
del producto<br />
cemento de PVC<br />
0,87 0,87 2,18<br />
L: largo, A: ancho, H: altura<br />
El orden que sigue la producción es de izquierda a derecha,<br />
con el inicio en la bodega de recepción de material, para<br />
pasar a la disolución, luego a la separación de cargas,<br />
recuperación de solvente y finalmente, a la bodega de<br />
almacenaje del producto terminado.<br />
3.2. Evaluación económica<br />
El costo unitario de producción y el precio de venta unitario<br />
del cemento solvente de PVC envasado en una presentación<br />
de 2<strong>37</strong> mL se muestran en Tabla 3.<br />
Los costos de producción están compuestos por materia<br />
prima, mano de obra directa y carga fabril, como se presenta<br />
en la Tabla 4. Con respecto al costo de la materia prima se<br />
Tabla 3. Costo unitario de producción y de venta del cemento solvente de<br />
PVC<br />
Rubro anual<br />
Valor [USD]<br />
Costos de producción 2 772 892,00 1<br />
Gastos de ventas 7 440,00 2<br />
Gastos de administración y generales 124 739,00 3<br />
Gastos de financiamiento 119 000,00 4<br />
TOTAL 3 024 072,00<br />
Costo unitario (994 896 unidades<br />
producidas al año)<br />
3,04<br />
Ganancia (40 % del costo unitario) 1,22<br />
Precio de venta unitario 4,26<br />
1<br />
de la suma de Materia prima, mano de obra directa, insumos, suministros,<br />
reparación y mantenimiento, seguros e imprevistos (de la Tabla 4)<br />
2<br />
de Tabla 10<br />
3<br />
de Tabla 10 + Costo por mano de obra indirecta (de la Tabla 4)<br />
4<br />
de Tabla 5<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
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41<br />
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Figura 3. Plano de distribución de la planta piloto para la producción de cemento solvente de PVC<br />
Tabla 4. Costo de producción del cemento solvente de PVC<br />
Rubro<br />
Valor [USD/año]<br />
Materia prima<br />
Mano de obra directa<br />
Carga Fabril<br />
Tarjetas recicladas 169 344,00<br />
Mano de obra indirecta<br />
Gerente general<br />
Gerente técnico<br />
Secretaria contadora<br />
Guardia<br />
Insumos<br />
Suministros**<br />
Solvente THF 1 799 885,00<br />
4 Operarios* 20 160,00<br />
Envases<br />
Cartones<br />
60 000,00<br />
28 800,00<br />
14 400,00<br />
5 760,00<br />
720 000,00<br />
18 000,00<br />
Agua 230,00<br />
Energía eléctrica 11 321,50<br />
Combustible 600,00<br />
Depreciación 18 094,50<br />
Reparación y mantenimiento 4 054,00<br />
Seguros 2 777,00<br />
Imprevistos (3%) 26 521,00<br />
Total Carga Fabril 910 558,00<br />
[*] Salarios tomados del código del trabajo. Incluye beneficios de ley<br />
[**] Los costos por consumo de agua y energía eléctrica se calcularon a<br />
partir de las tarifas establecidas por la EMAAP para zonas industriales y por<br />
la Empresa Eléctrica Quito respectivamente.<br />
debe reiterar que a causa de la escasa información de fuentes<br />
oficiales como del Ministerio del Ambiente y, puesto que este<br />
tipo de residuos no es considerado para un reciclaje<br />
comercial, se asumió que el costo de las tarjetas de<br />
identificación desechadas podría ser similar al costo del PET<br />
reciclable que corresponde a 1,80 USD/kg. En cuanto al<br />
solvente, el THF tiene un valor de 3,10 USD/kg.<br />
Los gastos de venta y los gastos de administración,<br />
presentados en la Tabla 3, se pueden verificar en el Apéndice<br />
A del presente trabajo. Adicionalmente, en este apartado<br />
también se presenta el desglose de los rubros<br />
correspondientes a la depreciación, costo por reparación y<br />
mantenimiento y costos por seguros, cuya sumatoria se<br />
presenta en la Tabla 4. En la Tabla 5 se muestran los gastos<br />
de financiamiento, los mismos que están compuestos por los<br />
intereses bancarios. El financiamiento se conseguirá a través<br />
de una institución bancaria que maneja una tasa de interés del<br />
12 %. La tabla de amortización francesa para un plazo de 36<br />
meses se muestra en la Tabla 6.<br />
Como se puede observar en la Tabla 3, el precio de venta del<br />
cemento solvente a partir de tarjetas de identificación es de<br />
4,26 USD, un valor inferior en un 43,2 % con respecto al<br />
precio comercial de dicho producto, que actualmente en el<br />
mercado alcanza 7,50 USD por frasco de 2<strong>37</strong> mL. En caso de<br />
que el producto obtenido se comercialice a un precio similar al<br />
del mercado, se podría obtener un margen de ganancia del<br />
146,7 % con respecto al costo de producción.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
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42<br />
Tabla 5. Gastos por concepto de financiamiento del proyecto<br />
Inversión fija<br />
Rubro<br />
Valor [USD/año]<br />
Terreno (700 m 2 ) 70 000,00<br />
Obras civiles 50 000,00<br />
Silo de almacenamiento 3 360,00<br />
Tanques de disolución (3) 8 250,00<br />
Centrífuga 27 800,00<br />
Columna de destilación 30 175,00<br />
Tanque de almacenamiento de<br />
producto y tanque de THF recuperado<br />
8 120,00<br />
Computadores 2 500,00<br />
Camión 30 000,00<br />
Imprevistos (3 % de la inv. fija) 6 906,00<br />
Capital de operación (3 meses)*<br />
Materia prima 492 307,00<br />
Mano de obra directa 5 040,00<br />
Carga fabril** 223 116,00<br />
Gastos de administración 3 945,00<br />
Gastos de venta 1 860,00<br />
Caja inicial 50 000,00<br />
Inversión TOTAL 1 013 <strong>37</strong>9,00<br />
Capital propio (40 %) 405 352,00<br />
Financiamiento (60 %) 608 027,00<br />
Intereses 119 000,00<br />
[*] Se solicitará un crédito de capital de trabajo para 3 meses<br />
[**] Sin considerar depreciación<br />
A partir del flujo de caja que se muestra en la Tabla 7 se<br />
obtuvieron los indicadores financieros VAN y TIR. El<br />
TMAR está constituido por la tasa activa referencial (5 %),<br />
inflación anual del proyecto (5 %) y el costo de oportunidad<br />
(22 %).<br />
Los indicadores financieros resultantes del proyecto son los<br />
siguientes: VAN (USD): 662 526,56; TIR: 69 %; tomando<br />
como consideración una TMAR de 32 % y un período de<br />
recupero de 10 años.<br />
Como se puede apreciar, con la evaluación económica del<br />
proyecto, la implementación de la planta piloto para la<br />
producción de cemento solvente de PVC, obtenido a partir de<br />
tarjetas plásticas de identificación, constituye un<br />
emprendimiento de reciclaje rentable.<br />
Tabla 6. Tabla de Amortización Francesa.<br />
Período Saldo capital Capital Interés<br />
0 608 027,42<br />
1 593 912,48 14 114,94 6 080,27<br />
2 579 656,40 14 256,09 5 939,12<br />
3 565 257,75 14 398,65 5 796,56<br />
4 550 715,12 14 542,63 5 652,58<br />
5 536 027,06 14 688,06 5 507,15<br />
6 521 192,12 14 834,94 5 360,27<br />
7 506 208,83 14 983,29 5 211,92<br />
8 491 075,70 15 133,12 5 062,09<br />
9 475 791,25 15 284,45 4 910,76<br />
10 460 353,95 15 4<strong>37</strong>,30 4 757,91<br />
11 444 762,28 15 591,67 4 603,54<br />
12 429 014,69 15 747,59 4 447,62<br />
13 413 109,63 15 905,06 4 290,15<br />
14 397 045,51 16 064,11 4 131,10<br />
15 380 820,75 16 224,76 3 970,46<br />
16 364 433,75 16 387,00 3 808,21<br />
17 347 882,88 16 550,87 3 644,34<br />
18 331 166,50 16 716,38 3 478,83<br />
19 314 282,95 16 883,55 3 311,66<br />
20 297 230,57 17 052,38 3 142,83<br />
21 280 007,66 17 222,91 2 972,31<br />
22 262 612,53 17 395,13 2 800,08<br />
23 245 043,44 17 569,09 2 626,13<br />
24 227 298,67 17 744,78 2 450,43<br />
25 209 <strong>37</strong>6,44 17 922,22 2 272,99<br />
26 191 274,99 18 101,45 2 093,76<br />
27 172 992,53 18 282,46 1 912,75<br />
28 154 527,25 18 465,29 1 729,93<br />
29 135 877,31 18 649,94 1 545,27<br />
30 117 040,87 18 836,44 1 358,77<br />
31 98 016,07 19 024,80 1 170,41<br />
32 78 801,02 19 215,05 980,16<br />
33 59 393,82 19 407,20 788,01<br />
34 39 792,54 19 601,27 593,94<br />
35 19 995,26 19 797,29 397,93<br />
36 0,00 19 995,26 199,95<br />
TOTAL 608 027,42 119 000,18<br />
Cuota fija por período a partir del período 1: 20 195,21 USD<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
43<br />
Tabla 7. Análisis de flujo del proyecto<br />
Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10<br />
Ventas* 3 386 960,00 3 598 645,00 3 810 330,00 4 022 015,00 4 233 700,00 4 233 700,00 4 233 700,00 4 233 700,00 4 233 700,00 4 233 700,00<br />
Costo Ventas 81,87 % 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00 2 772 892,00<br />
Utilidad Bruta 614 068,00 825 753,00 1 0<strong>37</strong> 438,00 1 249 123,00 1 460 808,00 1 460 808,00 1 460 808,00 1 460 808,00 1 460 808,00 1 460 808,00<br />
Gastos Administrativos 3,67 % 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00 124 269,00<br />
Gastos Ventas 6,62 % 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00 224 165,00<br />
Depreciaciones 0,55 % 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00 18 564,00<br />
Utilidad Operativa 7,29 % 247 069,00 458 754,00 670 439,00 882 124,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00<br />
(+) Otros Ingresos - - - - - - - - - -<br />
(-) Otros Egresos (financieros) 1,87 % 63 330,00 40 627,00 15 044,00 - - - - - - -<br />
Utilidad antes de impuestos 5,42 % 183 740,00 418 128,00 655 395,00 882 124,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00 1 093 809,00<br />
Participación Trabajadores 27 561,00 62 719,00 98 309,00 132 319,00 164 071,00 164 071,00 164 071,00 164 071,00 164 071,00 164 071,00<br />
Impuesto a la Renta 39 045,00 88 852,00 139 272,00 187 451,00 232 434,00 232 434,00 232 434,00 232 434,00 232 434,00 232 434,00<br />
Utilidad Neta 3,46 % 117 134,00 266 556,00 417 815,00 562 354,00 697 303,00 697 303,00 697 303,00 697 303,00 697 303,00 697 303,00<br />
Flujo sin amortizaciones 135 698,00 285 121,00 436 <strong>37</strong>9,00 580 919,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00<br />
Pago Capital 179 013,00 201 716,00 227 299,00 - - - - - - -<br />
Recuperación capital trabajo 152 017,00<br />
Flujo anual (43 314,00) 83 405,00 209 080,00 580 919,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 867 885,00<br />
Flujo de Caja<br />
Saldo Inicial 50 000,00 6 686,00 90 091,00 299 171,00 880 090,00 1 595 958,00 2 311 826,00 3 027 694,00 3 743 561,00 4 459 429,00<br />
Flujo (43 314,00) 83 405,00 209 080,00 580 919,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 715 868,00 867 885,00<br />
Saldo Final 6 686,00 90 091,00 299 171,00 880 090,00 1 595 958,00 2 311 826,00 3 027 694,00 3 743 561,00 4 459 429,00 5 327 314,00<br />
*Se considera que se alcanza la venta progresiva de unidades en un plazo de 5 años, empezando con un 80 % de ventas e incrementando 5 % cada año<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de una Planta de Producción de Cemento Solvente de PVC a partir de Tarjetas Plásticas de Identificación Recicladas a Escala Piloto<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
44<br />
4. CONCLUSIONES<br />
La implementación de una planta piloto para la producción<br />
de cemento solvente de PVC se justifica por varias razones:<br />
el proceso productivo es sencillo, el costo de la materia prima<br />
es bajo por ser un material reciclado, y además, se disminuye<br />
el impacto ambiental generado por este tipo de desechos.<br />
La planta se diseñó para un procesamiento de 350 kg/día de<br />
tarjetas desechadas, con una distribución en “U”. El proceso<br />
productivo es discontinuo o tipo “Batch”, e involucra 3<br />
operaciones unitarias: disolución, centrifugación y<br />
destilación. La superficie requerida para el emplazamiento de<br />
la planta es de 700 m 2 .<br />
El precio de venta de un frasco de 2<strong>37</strong> mL de cemento<br />
solvente, obtenido a partir de las tarjetas de identificación, es<br />
de 4,26 USD, un valor inferior en un 43,2 % con respecto al<br />
precio de venta de este producto en el mercado local el cual<br />
rodea los 7,50 USD.<br />
La implementación de la planta piloto constituye una<br />
alternativa rentable para el reciclaje de las tarjetas de<br />
identificación de PVC, con un porcentaje de ganancia del<br />
40 % (con respecto al costo de producción) si se considera un<br />
precio de venta de 4,26 USD; y un porcentaje mayor al 140 %<br />
(con respecto al costo de producción) si el producto se<br />
comercializa a un valor similar al del mercado.<br />
Con base en el análisis técnico-económico, se determinó que<br />
la TIR del proyecto es del 69 % y el VAN con una TMAR<br />
del 32 %, a 10 años, resultó mayor a 0 (662 526,56 USD);<br />
por lo que el proyecto es rentable y viable.<br />
Casanovas, J., Morell, M., Blanco, C., Martínez, L., Mata, S. y Carballo, N.<br />
(2010). Manual de cálculos para una planta de producción de acetaldehído.<br />
Barcelona, España: Universidad Autónoma de Barcelona.<br />
Chango, I., Pazmiño, M. y Quiroz, F. (2015). Diseño Preliminar de una<br />
Planta de Mezclado de Poliolefinas Comerciales y Recicladas a Escala<br />
Piloto. Revista Politécnica, 35(3), 126-136.<br />
Concejo Metropolitano de Quito. (2013). Ordenanza Metropolitana <strong>No</strong>. 0447<br />
que Establece el Plan Metropolitano de Ordenamiento Territorial (PMOT).<br />
Obtenido de: http://www.quitohabitat.gob.ec/ARCHIVOS/LOTAIP/<br />
LITERAL_A/A2_35_ORDENANZA_<strong>No</strong>0447_PLAN_ORDENAMIENTO<br />
_TERRITORIAL.pdf (Febrero, 2015)<br />
Janajreh, I., Alshrah, M. y Zamzam, S. (2015) Mechanical Recycling of PVC<br />
Plastic Waste Streams from Cable Industry: A Case Study. Sustainable<br />
Cities and Society, 18(1), 13-20. Obtenido de http://www.<br />
sciencedirect.com.bvirtual.epn.edu.ec/science/article/pii/S221067071500053<br />
0 (Diciembre, 2015)<br />
Sadat, M. y Bakhshandeh, G. (2011). Recycling of PVC wastes. Polymer<br />
degradation and stability, 96(4), 404-415. Obtenido de:<br />
http://www.sciencedirect.com.bvirtual.epn.edu.ec/science/article/pii/S01413<br />
91010004556 (Diciembre, 2015)<br />
SBS - Superintendencia de Bancos y Seguros del Ecuador. (2012).<br />
Resolución <strong>No</strong>. JB-2012-2225 - La Junta Bancaria. Obtenido de:<br />
http://www.sbs.gob.ec/medios/PORTALDOCS/downloads/normativa/2012/r<br />
esol_JB-2012-2225.pdf (Febrero, 2015)<br />
Towler, G. y Sinott, R. (2012). Chemical Engineering Design. (2nd ed.).<br />
Massachusetts, United States of America: Butterworth-Heinemann<br />
Turton, R., Bailie, R., Whiting, W., Shaeiwitz, J. y Bhattacharyya, D. (2013).<br />
Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes. (4th ed.). New<br />
Jersey, United States of America: Prentice Hall.<br />
UCSG - Universidad Católica de Santiago de Guayaquil. (2012). Informe de<br />
Coyuntura Económica. Obtenido de: http://www.elfinanciero.com/<br />
banca_especiales/tema_12_2012/banca_01_2012.pdf (Febrero, 2015)<br />
AGRADECIMIENTO<br />
Agradecemos a la Escuela Politécnica Nacional, por el<br />
financiamiento de la investigación, a través de los fondos del<br />
Proyecto Semilla PIS 12-43. Además, agradecemos al Ing.<br />
Carlos Andrés Solórzano Mendoza M.Sc. por su criterio y<br />
aporte en la evaluación económica del presente estudio.<br />
REFERENCIAS<br />
Aldás, M. y Inca, F. (2015). Reciclaje de PVC a partir de tarjetas de<br />
identificación plásticas para la obtención de un pegamento de tubería.<br />
Revista Digital Congreso de Ciencia y, Tecnología ESPE 2015, 10(1), 176-<br />
181.<br />
ASTM. (2014). Standard Specification for Solvent Cements for Poly (Vinyl<br />
Chloride) (PVC) Plastic Piping Systems (ASTM D2564-12). Obtenido de:<br />
http://compass.astm.org/EDIT/html_annot.cgi?D2564+12.<br />
BCE - Banco Central del Ecuador. (2015). Boletin anuario 2015. Capítulo<br />
III. Comercio Exterior: Importaciones por secciones de la nomenclatura<br />
arancelaria, Toneladas. Obtenido de: http://www.bce.fin.ec/<br />
index.php/component/k2/item/327-ver-bolet%C3%ADn-anuario-pora%C3%B1os<br />
(Febrero, 2015)<br />
Cámara de Industrias de Guayaquil. (2012). Importaciones de materias<br />
primas plásticas. Obtenido de: http://www.industrias.ec/archivos/file/<br />
INFORMACION%20PARA%20AFILIADOS/Import_m_primas_plast_corr<br />
egida03_100212.pdf (Febrero, 2015)<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Inca Fernando 1 ; Salguero Yadira 1 ; Aldás Miguel 1<br />
45<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
APÉNDICE A<br />
DESGLOSE DE COSTO CALCULADOS PARA EL<br />
ANÁLISIS FINANCIERO<br />
Los rubros correspondientes a la depreciación, costo por<br />
reparación y mantenimiento y costos por seguros se<br />
encuentran desglosados en las Tablas 8 y 9.<br />
Los gastos de ventas y los gastos de administración se<br />
encuentran en la Tabla 10.<br />
Concepto<br />
Tabla 8. Depreciación<br />
Valor [USD]<br />
Vida<br />
útil<br />
(años)<br />
Costo anual<br />
[USD/año]<br />
Obras civiles 50 000,00 20 2 500,00<br />
Silo de almacenamiento 3 360,00 10 336,00<br />
Tanques de disolución 8 250,00 10 825,00<br />
Centrífuga 27 800,00 10 2 780,00<br />
Columna de destilación 30 175,00 10 3 017,50<br />
Tanques de almacenamiento<br />
del cemento y del THF<br />
recuperado (2 tanques)<br />
8 120,00 10 812,00<br />
Computadores 2 500,00 3 833,33<br />
Camión 30 000,00 5 6 000,00<br />
Imprevistos de la inversión<br />
fija<br />
6 906,15 10 690,61<br />
Gastos de puesta en marcha 3 000,00 10 300,00<br />
Depreciación de otros activos<br />
Total 18 094,00<br />
Mobiliario de oficina 3 000,00 10 300,00<br />
Constitución de la sociedad 1 000,00 10 100,00<br />
Imprevistos (1 % del costo del<br />
terreno)<br />
700,00 10 70,00<br />
Total 470,00<br />
Tabla 10. Gasto por vetas del cemento solvente de PVC y gastos de<br />
administración<br />
Rubro<br />
Gasto por vetas<br />
Valor [USD/año]<br />
Publicidad 2 400,00<br />
Vendedor 5 040,00<br />
Total 7 440,00<br />
Gastos de administración<br />
Depreciación de otros activos 470,00<br />
Gastos de oficina 15 000,00<br />
Otros imprevistos (2 %) 309,00<br />
Total 15 779,00<br />
Tabla 9. Costo por reparación y mantenimiento y por concepto de seguros<br />
Concepto<br />
Valor<br />
[USD]<br />
Reparación y mantenimiento<br />
%<br />
Costo anual<br />
[USD/año]<br />
Maquinaria y equipo 77 705,00 2 1 554,10<br />
Camión 30 000,00 5 1 500,00<br />
Construcciones 50 000,00 2 1 000,00<br />
Seguros<br />
Total 4 054,10<br />
Maquinaria y equipo 77 705,00 1 777,05<br />
Camión 30 000,00 5 1 500,00<br />
Construcciones 50 000,00 1 500,00<br />
Total 2 777,05<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Recuperación de Policloruro de Vinilo (PVC) a Partir de Tarjetas de Identificación para la Obtención de Materiales Plastificados<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
46<br />
Recuperación de Policloruro de Vinilo (PVC) a Partir de Tarjetas<br />
de Identificación para la Obtención de Materiales Plastificados<br />
Inca Fernando 1 ; Quiroz Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Centro de Investigaciones Aplicadas a Polímeros, Facultad de Ingeniería Química y<br />
Agroindustria, Quito, Ecuador<br />
Resumen: El presente trabajo tuvo como objetivo la recuperación del PVC proveniente de tarjetas plásticas de<br />
identificación. Inicialmente se caracterizaron las tarjetas mediante FTIR, DSC, TGA, dureza y ensayo traccióndeformación.<br />
En la obtención de un primer producto, a las tarjetas se les redujo su tamaño hasta Dp = 400 µm, luego<br />
al resultado se plastificó mediante DOP y DIBP, a dos concentraciones. El producto obtenido se caracterizó<br />
mediante DSC y ensayo tracción-deformación, el cual determinó una elongación a la rotura superior a 140 %. En la<br />
obtención de un segundo producto se empleó una disolución de las tarjetas, separación de cargas, plastificación,<br />
recuperación de solvente y un secado. Como solventes se emplearon el tetrahidrofurano y ciclohexanona, y como<br />
plastificantes el DOP y DIBP, a dos concentraciones. Este producto se caracterizó mediante FTIR, DSC, TGA,<br />
dureza y ensayo tracción-deformación, el cual determinó una elongación a la rotura superior a 500 %.<br />
Palabras clave: reciclaje, PVC, tarjetas plásticas de identificación, plastificante, DOP, DIBP.<br />
Recovery of Polyvinyl Chloride (PVC) from ID cards to Obtain<br />
Plasticized Materials<br />
Abstract: This study aimed the recovering of PVC from plastic ID cards. Initially the cards were characterized by<br />
FTIR, DSC, TGA, hardness and tensile-strain properties. To obtain a first product, the cards were reduced in size to<br />
Dp = 400 µm. Then, they were plasticized with DOP and DIBP, at two concentrations. The product obtained was<br />
characterized by DSC and tensile-strain properties, where it was determined an elongation at break greater than<br />
140 %. To obtain a second product, the process consisted in: dissolution of cards, fillers separation, mix with a<br />
plasticizer, solvent recovery and drying of the product. As solvents, tetrahydrofuran and cyclohexanone were used.<br />
As plasticizers, DOP and DIBP at two concentrations were used. This second product was characterized by FTIR,<br />
DSC, TGA, hardness and tensile-strain properties, where it was determined an elongation at break greater than<br />
500 %.<br />
Keywords: recycling, PVC, ID cards, plasticizer, DOP, DIBP.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
En el Ecuador, la producción nacional de tarjetas plásticas de<br />
crédito a octubre de 2011 se estimaba en el orden de 22,13<br />
millones, emitidas solamente por los Bancos Privados y 3<br />
millones las tarjetas emitidas por casas comerciales que son<br />
administradas y respaldadas por los bancos privados<br />
(Universidad Católica de Santiago de Guayaquil, 2012).<br />
Debido a la gran cantidad de producción y consumo de las<br />
tarjetas de identificación plásticas (carnets, identificaciones<br />
empresariales, seguros privados, entre otras) se dispone de<br />
una cantidad considerable de desechos de dichas tarjetas.<br />
Con base en las cifras antes mencionadas y bajo la<br />
consideración de que este tipo de tarjetas se desechan con<br />
frecuencia, ya sea por caducidad o por desgaste de las<br />
mismas, se puede inferir que la cantidad de residuos de este<br />
miguel.aldas@epn.edu.ec<br />
tipo de material que se generan es considerable y la cual no<br />
tiene un tratamiento adecuado (Centro de Estudios y<br />
Experimentación de Obras Públicas, 2013; Plastics Europe,<br />
2013).<br />
El presente proyecto tuvo como finalidad aprovechar el PVC<br />
de estas tarjetas para la obtención de materiales flexibles, y<br />
mediante diferentes ensayos comparar sus propiedades. Por<br />
esta razón se planteó experimentar con dos procesos de<br />
reciclaje diferentes, para determinar los parámetros<br />
adecuados de procesamiento que permitan aprovechar de<br />
mejor manera los materiales presentes en este tipo de tarjetas<br />
plásticas.<br />
2.1. Materiales<br />
2. MATERIALES Y MÉTODOS<br />
Las tarjetas de identificación a ser recicladas, fuente del PVC<br />
usado en la obtención de todos los productos, fueron<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Inca Fernando 1 ; Quiroz Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
47<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
recolectadas de una compañía de seguro médico de la<br />
Escuela Politécnica Nacional del Ecuador. Se recolectaron<br />
tres tipos de tarjetas, las cuales fueron analizadas<br />
respectivamente.<br />
En la disolución a las tarjetas plásticas se emplearon<br />
tetrahidrofurano (THF) y ciclohexanona (CH), por separado,<br />
de grado analítico.<br />
En la plastificación del PVC, se usaron el DOP<br />
(dioctilftalato) y DIBP (di-isobutilftalato), de grado analítico.<br />
2.2. Métodos<br />
Las mediciones experimentales en todos los análisis y<br />
ensayos se realizaron de acuerdo a normas ASTM. Con los<br />
resultados obtenidos se determinaron los valores promedio y<br />
las desviaciones estándar.<br />
2.2.1. Obtención de los materiales plastificados<br />
<br />
Primer producto<br />
Para obtener el primer producto se mezclaron las tarjetas con<br />
Dp = 400 µm (obtenido mediante lijado y tamizado) junto<br />
con el plastificante respectivo (DOP o DIBP), en un<br />
recipiente plástico de 1 L. La agitación se la realizó mediante<br />
un agitador mecánico marca TLINE modelo 102, a 3 000 rpm<br />
por un tiempo máximo de 5 minutos.<br />
De la mezcla obtenida se pesaron 20 g, mediante una balanza<br />
Denver Instrument Company AA-200, 200 g, 0,0001 g, y se<br />
colocaron entre dos placas metálicas. El sistema se colocó en<br />
una prensa calefactora a 130 °C y 11 t, durante un tiempo de<br />
20 segundos.<br />
<br />
Segundo producto<br />
Para obtener el segundo producto, primero se separó el PVC<br />
de las cargas que contenía. Para esto, el proceso seguido fue:<br />
una disolución de las tarjetas, separación de cargas e<br />
insolubles mediante una centrifugación. Luego, a la solución<br />
resultante se realizó la plastificación, junto con la<br />
recuperación del solvente. Finalmente, se realizó un secado a<br />
las placas obtenidas.<br />
La separación de las cargas e insolubles del PVC, se hizo<br />
mediante tres ciclos de centrifugación, a 4 000 rpm durante<br />
un tiempo de 20 min, en una centrífuga HealForce, modelo<br />
NEOFUGE 15 y el secado a 40 y 120 °C, para el THF y CH,<br />
respectivamente, en una estufa MMM Group, modelo<br />
Venticell 55.<br />
2.2.2. Caracterización de la materia prima y productos<br />
obtenidos<br />
<br />
Espectroscopía de infrarrojo (FTIR)<br />
Tanto la materia prima (tarjetas plásticas de identificación),<br />
así como los diferentes productos obtenidos, se analizaron<br />
por transmisión desde los 4 000 a 400 cm -1 , y mediante<br />
reflectancia total atenuada (ATR) desde los 4 000 a 600 cm -1<br />
en un espectrofotómetro Perkin Elmer modelo SpectrumOne.<br />
<br />
Temperatura de transición vítrea (Tg)<br />
La materia prima recolectada (tarjetas de identificación) fue<br />
molida hasta un Dp= 40 µm. Luego de lo cual, se pesó<br />
aproximadamente 20 mg, y se colocó en una celda de<br />
aluminio para posteriormente ser sellada. Se utilizó una celda<br />
vacía como referencia. Para todas las muestras se efectuó una<br />
sola repetición, para salvaguardar el equipo de cualquier<br />
vapor generado del PVC.<br />
Los barridos (calentamientos y enfriamientos) se efectuaron<br />
en un Calorímetro TA modelo Q2000, en una atmósfera de<br />
nitrógeno con flujo de 20 mL/min. Las condiciones a las que<br />
se trabajó se detallan a continuación:<br />
a) Primer calentamiento: desde -80 hasta 90 °C a una tasa de<br />
calentamiento de 20 °C/min<br />
b) Paso Isotermal: se mantuvo la temperatura de 90 °C<br />
durante 15 min<br />
c) Primer enfriamiento: desde 90 hasta -80 °C a una tasa de<br />
enfriamiento de 20 °C/min<br />
d) Segundo calentamiento: desde -80 hasta 90 °C a una tasa<br />
de calentamiento de 20 °C/min<br />
e) Paso Isotermal: se mantuvo la temperatura de 90 °C<br />
durante 15 min<br />
f) Segundo enfriamiento: desde 90 °C hasta temperatura<br />
ambiente a una tasa de enfriamiento de 20 °C/min<br />
Para la determinación de la temperatura de transición vítrea<br />
(Tg), se usó el método de la primera derivada, a partir del<br />
termograma obtenido en el segundo calentamiento.<br />
<br />
Análisis termogravimétrico<br />
De las tarjetas plásticas y de los productos plastificados, se<br />
tomaron aproximadamente 10 mg, y se colocaron en un<br />
equipo marca TA modelo Q500. El ensayo se llevó a cabo en<br />
una atmósfera de nitrógeno con flujo de 50 mL/min, desde la<br />
temperatura ambiental hasta 800 °C.<br />
<br />
Ensayo de tracción-deformación<br />
El ensayo de tracción-deformación se realizó de acuerdo a la<br />
norma ASTM D638, probeta número IV. Los productos<br />
obtenidos se cortaron en una máquina troqueladora marca<br />
CEAST tipo 6051, y se procedió a ensayar cada uno en un<br />
equipo de ensayos universal marca INSTRON modelo I0II, a<br />
una velocidad de ensayo de 50 mm/min.<br />
<br />
Ensayo de dureza<br />
La dureza se determinó mediante la norma ASTM D2240-05,<br />
la cual menciona un espesor mínimo de 6 mm del material a<br />
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_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
48<br />
ensayarse. Debido al espesor de las tarjetas (0,70 mm) y<br />
productos obtenidos (2,00 mm), se apilaron varias muestras<br />
(una sobre otra) y sobre estas se hicieron las respectivas<br />
mediciones de dureza en la escala Shore A.<br />
.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
3.1. Caracterización de la materia prima<br />
3.1.1. Análisis por Espectroscopía de infrarrojo (FTIR)<br />
El análisis aplicado a los tres tipos de tarjetas mostraron<br />
espectros IR similares para todas las muestras (tarjetas tipo 1,<br />
2 y 3). En el espectro se puede observar las bandas<br />
características del PVC, es decir aquellas que se encuentran<br />
en los 1 430 y 690 cm -1 (Blazevska-Gilev y Spaseska, 2007;<br />
González Horrillo, 2005).<br />
Con estos resultados, se puede confirmar que las tarjetas<br />
recolectadas, tienen como componente mayoritario PVC.<br />
3.1.2. Análisis por Calorimetría diferencial de barrido (DSC)<br />
Para las tarjetas plásticas recolectadas se determinó una sola<br />
transición vítrea a 80,7 °C. Mediante este valor se puede<br />
confirmar que la materia prima se trata de PVC rígido, ya que<br />
se encuentra dentro del rango para este material (Engineers<br />
India Research Institute, 2012).<br />
3.1.3. Ensayo de tracción-deformación<br />
Los resultados del ensayo tracción-deformación de las<br />
tarjetas plásticas recolectadas fueron: 7,10 ± 0,25 % de<br />
deformación a la rotura; y 1139,60 ± 77,81 [MPa] de módulo<br />
de Young. Al igual que en el análisis por FTIR, los tres tipos<br />
de tarjetas presentaron resultados muy similares,<br />
seleccionando un tipo de tarjeta, sobre el cual se hizo la<br />
discusión de resultados y las comparaciones posteriores. El<br />
tipo de tarjeta elegido fue el tipo 2.<br />
Al comparar los valores obtenidos para la tarjeta tipo 2 con<br />
datos bibliográficos, se puede observar que se encuentran<br />
dentro del rango según Blanco Álvarez (2006);<br />
específicamente los resultados del parámetro porcentaje de<br />
deformación (0-40 %). Con base en estos resultados se puede<br />
concluir que la materia prima (tarjetas) es PVC sin plastificar.<br />
3.1.4. Ensayo de dureza<br />
Los resultados del ensayo de dureza Shore D para los tres<br />
tipos de tarjetas recolectadas fueron: 73,80 ± 1,47 para el tipo<br />
1; 74,20 ± 1,33 para el tipo 2 y, 73,60 ± 1,20 para el tipo de<br />
tarjeta 3. Como se puede observar el valor promedio de la<br />
dureza es muy similar para los tres tipos de tarjetas,<br />
comprobando una vez más que están hechas de componentes<br />
semejantes, como el PVC.<br />
Figura 1. Termograma de las tarjetas plásticas recicladas<br />
3.1.5. Análisis termogravimétrico<br />
En la Figura 1 se muestra el termograma de las tarjetas<br />
plásticas (materia prima). Para este material se observan<br />
claramente dos etapas correspondientes a la degradación del<br />
PVC, y un residuo que corresponde al porcentaje de cargas<br />
que formaban parte de las tarjetas. Es así que, el PVC<br />
representaba el 77,82 % en peso y las cargas o residuo un<br />
22,18 %.<br />
3.2. Primer producto plastificado<br />
3.2.1. Temperatura de transición vítrea (Tg)<br />
En la Figura 2 se muestran las Tg de los productos obtenidos,<br />
con respecto a la concentración de plastificante DOP y DIBP.<br />
Para determinar la Tg, únicamente en esta sección, se añadió<br />
una concentración de plastificante, 20 %, a las previamente<br />
planteadas (40 y 60 %). Esta concentración fue necesaria para<br />
obtener la tendencia de la Tg con el aumento de plastificante.<br />
Se debe remarcar que la concentración de 20 % de<br />
plastificante no se empleó para ningún otro ensayo, durante el<br />
resto del proyecto.<br />
En la Figura 2 se puede observar, para el sistema plastificado<br />
mediante DOP, que luego del segundo punto (C = 20 %<br />
DOP) ya se alteró la tendencia previa (lineal), es decir, para<br />
el tercer punto la relación entre la Tg y la concentración ya<br />
no decreció en la misma magnitud. Esto se debe a que el<br />
sistema alcanzó la concentración crítica de plastificación, es<br />
decir, que a ésta concentración la posibilidad de interacción<br />
deja de ser efectiva y, a partir de ella, el plastificante tiene<br />
impedida la capacidad de solvatarse en la resina (González<br />
Horrillo, 2005).<br />
Con respecto a los sistemas plastificados mediante DIBP, a<br />
medida que se incrementó la cantidad de plastificante,<br />
disminuyó la Tg, pero a diferencia del sistema anterior, la<br />
relación lineal entre Tg y porcentaje de plastificante se dio<br />
hasta un 40 % DIBP.<br />
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Inca Fernando 1 ; Quiroz Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
49<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Figura 2. Temperatura de transición vítrea con respecto a la concentración<br />
de plastificante<br />
Tabla 1. Resultados ensayo tracción-deformación en los sistemas<br />
plastificados mediante DOP y DIBP<br />
Módulo de<br />
Concentración Deformación Deformación a<br />
Young<br />
[%] al Pico [%] la Rotura [%]<br />
[Mpa]<br />
± σ<br />
Sistemas con DOP<br />
40 90,67 ± 7,83 100,58 ± 9,90 84,90 ± 6,93<br />
60 131,56 ± 7,27 154,78 ± 5,76 70,83 ± 2,95<br />
Sistemas con DIBP<br />
40 92,51 ± 1,47 102,13 ± 5,96 75,80 ± 4,22<br />
60 140,08 ± 8,62 180,08 ± 5,14 61,66 ± 5,68<br />
3.2.2. Ensayo tracción deformación<br />
En la Tabla 1 se muestran los resultados del ensayo traccióndeformación<br />
para los sistemas con 40 y 60 % de DOP y<br />
DIBP, respectivamente.<br />
Para el sistema plastificado mediante DOP, se puede observar<br />
como la deformación aumentó y el módulo disminuyó, a<br />
mayor concentración de plastificante, lo cual se debe a la<br />
plastificación, ya que la elongación debe incrementarse con<br />
el aumento de la concentración de plastificante (Wypych,<br />
2012).<br />
Para el sistema plastificado mediante DIBP. Para la<br />
concentración de 60 % la elongación, tanto al pico como a la<br />
rotura, es mayor para estos sistemas que para aquellos<br />
plastificados con DOP.<br />
Al comparar el porcentaje de deformación a la rotura y el<br />
módulo de Young entre los sistemas plastificados con DOP y<br />
DIBP, que se muestra en la Tabla 1 y Tabla 3,<br />
respectivamente, se puede observar que parámetros como la<br />
deformación aumentaron, mientras que el módulo disminuyó,<br />
lo cual determina que el producto obtenido a estas<br />
condiciones se trata de un material dúctil (UVA, 2008).<br />
3.3. Segundo producto plastificado<br />
3.3.1. Análisis por espectroscopía infrarrojo (FTIR)<br />
En la Figura 3 se puede observar como el espectro IR<br />
concuerda en la ubicación de las bandas características del<br />
plastificante tipo ftalato. Estas bandas aparecen en 1 729,<br />
1 601, 1 579, 1 457, 1 <strong>37</strong>4, 1 122, 1 068, 1 036, 739 cm -1<br />
(Wypych, 2012), confirmando que los sistemas PVC/DIBP y<br />
PVC/DOP, se plastificaron a las concentraciones propuestas.<br />
Los espectros de los sistemas restantes son muy similares al<br />
de la Figura 3, por esta razón no se muestran en esta sección.<br />
3.3.2. Temperatura de transición vítrea (Tg)<br />
En la Tabla 2 se muestran las Tg para los sistemas disueltos<br />
en THF y CH, y plastificados con DOP y DIBP. Como se<br />
puede observar, las Tg obtenidas para los sistemas<br />
plastificados con DOP muestran valores muy similares a los<br />
mostrados en investigaciones previas para este plastificante<br />
(Turi, 1997).<br />
Figura 3. Espectro IR para el sistema PVC/DOP 40/60<br />
Tabla 2. Temperatura de transición vítrea de los sistemas plastificados<br />
Solvente Sistema Concentración [%] Tg [°C]<br />
THF<br />
CH<br />
THF<br />
CH<br />
PVC/DOP<br />
PVC/DIBP<br />
60/40 -32,32<br />
40/60 -58,29<br />
60/40 -27,60<br />
40/60 -59,68<br />
60/40 -21,66<br />
40/60 -51,42<br />
60/40 -2,32<br />
40/60 -46,74<br />
Las Tg, a mayor concentración de plastificante disminuyeron<br />
su valor, lo que cumple con la definición de plastificante. Se<br />
debe mencionar que el método utilizado para determinar la<br />
Tg puede presentar errores durante su determinación, ya que<br />
al existir residuos de solvente, estos pueden influenciar en los<br />
resultados obtenidos. Un ejemplo de este enunciado se<br />
presenta en el sistema PVC/DIBP 60/40, el cual debería<br />
mostrar una Tg mucho menor.<br />
3.3.3. Ensayo tracción-deformación<br />
a) Sistemas disueltos en THF<br />
En la Tabla 3 se muestran los resultados del ensayo traccióndeformación<br />
para los sistemas plastificados mediante DOP y<br />
DIBP, respectivamente, a 0 (tarjetas plásticas), 40 y 60%. En<br />
esta tabla, al comparar el parámetro deformación al pico o a<br />
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Recuperación de Policloruro de Vinilo (PVC) a Partir de Tarjetas de Identificación para la Obtención de Materiales Plastificados<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
50<br />
Tabla 3. Resultados ensayo tracción-deformación en los sistemas<br />
plastificados mediante DOP y DIBP disuelto en THF y CH respectivamente<br />
Deformación<br />
Concentración Deformación<br />
Módulo de<br />
a la<br />
[%] al Pico [%]<br />
Young [Mpa]<br />
Rotura [%]<br />
± σ<br />
Disolvente THF; plastificante: DOP<br />
0 7,10 ± 0,25 7,10 ± 0,25<br />
40<br />
60<br />
501,92 ±<br />
14,02<br />
533,06 ±<br />
14,81<br />
1139,60 ±<br />
77,81<br />
528,48 ± 17,15 2,58 ± 0,08<br />
549,20 ± 15,15 0,34 ± 0,04<br />
Disolvente THF; plastificante: DIBP<br />
0 7,10 ± 0,25 7,10 ± 0,25<br />
40<br />
60<br />
521,52 ±<br />
39,86<br />
563,40 ±<br />
36,40<br />
1139,60 ±<br />
77,81<br />
527,84 ± 40,05 2,02 ± 0,04<br />
586,24 ± 40,90 0,45 ± 0,02<br />
Disolvente CH; plastificante: DOP<br />
0 7,10 ± 0,25 7,10 ± 0,25<br />
40<br />
424,67 ±<br />
33,21<br />
1139,60 ±<br />
77,81<br />
427,84 ± 33,62 1,61 ± 0,14<br />
60 444,26± 45,43 454,40 ± 42,49 0,33 ± 0,03<br />
Disolvente CH; plastificante: DIBP<br />
0 7,10 ± 0,25 7,10 ± 0,25<br />
40<br />
60<br />
384,58 ±<br />
26,10<br />
462,92 ±<br />
51,75<br />
1139,60 ±<br />
77,81<br />
386,88 ± 26,53 2,33 ± 0,11<br />
479,12 ± 55,42 0,33 ± 0,02<br />
la rotura, se puede notar como las cargas presentes en las<br />
tarjetas de identificación no permitieron una mayor<br />
plastificación, ya que este parámetro aumentó luego de la<br />
centrifugación. Así, se concluye que este sistema es blando,<br />
caracterizado por un bajo módulo de Young y una gran<br />
elongación (Blanco Álvarez, 2006; Seymour y Carraher,<br />
2002; UVA, 2008).<br />
Para los sistemas con DIBP a 40 y 60% también hubo<br />
plastificación. Además al comparar los valores de la Tabla 3<br />
entre ellos, se puede notar una mayor elongación para los<br />
sistemas plastificados con DIBP que para aquellos<br />
plastificados con DOP.<br />
a) Sistemas disueltos en CH<br />
En la Tabla 3 también se muestran los resultados del ensayo<br />
tracción-deformación para los sistemas plastificados<br />
mediante DOP y DIBP, respectivamente, a 0 (tarjetas<br />
plásticas), 40 y 60%. Como se puede observar para el sistema<br />
con DOP, el porcentaje de deformación aumentó, mientras<br />
que el módulo de Young disminuyó. Además, en los<br />
resultados del sistema plastificado por DIBP, se puede notar<br />
que el porcentaje de deformación más bajo corresponde al<br />
40%, de entre todos los sistemas plastificados de esta<br />
sección. Tal resultado se debe a que el sistema no se llega a<br />
plastificar hasta la concentración deseada, debido a que la<br />
cantidad de plastificante añadido no fue la correcta.<br />
Tabla 4. Resultados de dureza Shore A para los sistemas plastificados<br />
Solvente Sistema Concentración<br />
[%]<br />
Dureza Shore<br />
A<br />
60/40 54,0 ± 1,1<br />
THF<br />
40/60 20,0 ± 1,1<br />
± σ<br />
CH<br />
THF<br />
CH<br />
PVC/DOP<br />
PVC/DIBP<br />
3.3.4. Ensayo de dureza<br />
Como se puede observar en la Tabla 4, los valores de las<br />
durezas son similares para una misma concentración, sea para<br />
el THF o la CH. El resultado de dureza correspondiente a la<br />
concentración más alta, 60% DOP o DIBP, para cualquier<br />
solvente, es el que mostró el valor más bajo de dureza,<br />
confirmando que a mayor concentración de plastificante<br />
menor será la dureza.<br />
3.3.5. Análisis termogravimétrico<br />
Los resultados de este análisis se utilizaron para determinar la<br />
concentración real de cada uno de los sistemas, a partir del<br />
termograma obtenido.<br />
a) Sistemas disueltos en THF<br />
Como se observa en la Tabla 5, la concentración de 40%<br />
DOP es muy cercana al valor teórico, mientras que para el<br />
60% DOP existe una variación mucho mayor. En contraste,<br />
existe mayor diferencia para la concentración teórica 40%<br />
DIBP y una menor para la de 60% DIBP. La variación entre<br />
el valor teórico y el real pudo deberse a que las condiciones<br />
de centrifugación (4 000 rpm y 20 min) no fueron las óptimas<br />
para una mayor separación de las cargas.<br />
b) Sistemas disueltos en CH<br />
60/40 52,8 ± 1,3<br />
40/60 21,6 ± 1,0<br />
60/40 65,2 ± 1,2<br />
40/60 27,2 ± 1,2<br />
60/40 68,0 ± 1,4<br />
40/60 28,0 ± 0,9<br />
En la Tabla 5 se puede observar como los sistemas disueltos<br />
en CH mostraron mayores desviaciones del valor teórico, que<br />
aquellos disueltos en THF.<br />
En las Figuras 4 y 5 se muestran dos termogramas para los<br />
sistemas plastificados mediante DOP y DIBP. Debido a la<br />
gran similitud en las gráficas de los sistemas restantes, no se<br />
muestran los termogramas en esta sección. También se debe<br />
añadir que mediante la primera derivada (dentro del análisis<br />
del termograma obtenido) se pudieron determinar las<br />
temperaturas iniciales y finales de cada etapa, y por tanto, la<br />
concentración reportadas de cada componente en el sistema<br />
plastificado.<br />
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Inca Fernando 1 ; Quiroz Francisco 1 ; Aldás Miguel 1<br />
51<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Tabla 5. Concentraciones de los componentes en los sistemas plastificados<br />
con DOP y DIBP, disueltos en THF y CH respectivamete, determinadas<br />
mediante ensayo termogravimétrico<br />
Concentración Componente Concentración real [%]<br />
teórica [%]<br />
Disolvente THF; plastificante: DOP<br />
DOP 40,65<br />
40<br />
60<br />
40<br />
60<br />
40<br />
60<br />
40<br />
60<br />
PVC 51,94<br />
Residuo 7,41<br />
DOP 65,44<br />
PVC 29,23<br />
Residuo 5,33<br />
Disolvente THF; plastificante: DIBP<br />
DIBP 44,21<br />
PVC 50,96<br />
Residuo 4,83<br />
DIBP 62,03<br />
PVC 33,07<br />
Residuo 4,90<br />
Disolvente CH; plastificante: DOP<br />
DOP 39,08<br />
PVC 54,85<br />
Residuo 6,07<br />
DOP 62,78<br />
PVC 31,98<br />
Residuo 5,24<br />
Disolvente CH; plastificante: DIBP<br />
DIBP 34,09<br />
PVC 59,16<br />
Residuo 6,75<br />
DIBP 55,8<br />
PVC 38,59<br />
Residuo 5,61<br />
En la Figura 4 se muestra el termograma correspondiente a<br />
un sistema plastificado mediante DOP a una concentración de<br />
60 %. Al comparar la Figura 1 con la Figura 4, se puede notar<br />
como en esta última aparece una nueva etapa, por lo cual este<br />
sistema consta de tres etapas y un residuo. La primera etapa<br />
corresponde al DOP, la segunda y tercera corresponden al<br />
PVC, y el residuo a las cargas todavía presentes en el sistema<br />
plastificado.<br />
En la Figura 5 se muestra el termograma correspondiente a<br />
un sistema plastificado mediante DIBP a una concentración<br />
de 40 %. Al comparar la Figura 1 con la Figura 5, se puede<br />
notar como en esta última aparecen dos nuevas etapas, por lo<br />
cual este sistema consta de cuatro etapas y un residuo. La<br />
primera y segunda etapas corresponden al DIBP, la tercera y<br />
cuarta corresponden al PVC, y el residuo a las cargas todavía<br />
presentes en el sistema plastificado.<br />
El análisis termogravimétrico permitió obtener las<br />
concentraciones reales de todos los sistemas plastificados<br />
obtenidos. Además, gráficamente, en las Figuras 1, 4 y 5, se<br />
pudieron observar las etapas de descomposición del PVC y<br />
de los plastificantes DOP, DIBP respectivamente.<br />
Figura 4. Termograma correspondiente a un sistema plastificado con DOP a<br />
una concentración de 60 %<br />
Figura 5. Termograma correspondiente a un sistema plastificado con DIBP a<br />
una concentración de 40 %<br />
4. CONCLUSIONES<br />
El componente polimérico mayoritario de los tres tipos de<br />
tarjetas recolectadas es el policloruro de vinilo (PVC) rígido.<br />
Se obtuvieron y caracterizaron dos productos diferentes a<br />
partir de la recuperación del PVC de las tarjetas de<br />
identificación desechadas.<br />
Se encontró que las condiciones de centrifugación, 4000 rpm<br />
durante 20 min, limitaban la separación de las cargas y el<br />
PVC, ya que a pesar de realizar este proceso por tres ciclos,<br />
en los materiales plastificados finales se encontró una cierta<br />
cantidad de residuo correspondiente a las cargas.<br />
Mediante el análisis termogravimétrico se determinó que el<br />
DOP, en el sistema plastificado, presentará una sola etapa de<br />
descomposición, mientras el DIBP presentará dos etapas<br />
durante su descomposición.<br />
Se determinó la compatibilidad entre dos plastificantes (DOP<br />
o DIBP) y el PVC proveniente de tarjetas plásticas de<br />
identificación. Se encontró una mayor compatibilidad para<br />
los sistemas plastificados con DIBP.<br />
Los sistemas previamente disueltos en THF o CH (producto<br />
2) mostraron una mayor elongación a la rotura, con respecto<br />
a los sistemas prensados (producto 1).<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Recuperación de Policloruro de Vinilo (PVC) a Partir de Tarjetas de Identificación para la Obtención de Materiales Plastificados<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
52<br />
AGRADECIMIENTO<br />
Agradecemos a la Escuela Politécnica Nacional, por el<br />
financiamiento de la investigación, a través de los fondos del<br />
Proyecto Semilla PIS 12-43.<br />
REFERENCIAS<br />
Blanco Álvarez, F. (2006). Propiedades Mecánicas. Rotura. Obtenido de:<br />
http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TEMAII.2.7.PROPIEDADESMECANIC<br />
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Wypych, G. (2012). Handbook of Plasticizers. Toronto, Canadá: ChemTec<br />
Publishing. p. 200-204.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Mechanical and Electronic Systems of an Open Source Based Spin and Dip Coater<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
53<br />
Mechanical and Electronic Systems of an Open Source Based Spin<br />
and Dip Coater<br />
Segura Luis. J. 1 ; Loza Matovelle David 1 ; Guerrero Víctor H. 2 ; Reza Dabirian 1, 2<br />
<br />
1<br />
Universidad de las Fuerzas Armadas, Departamento de Ciencias de Energía y Mecánica, Sangolquí, Ecuador<br />
2<br />
Escuela Politécnica Nacional, Departamento de Materiales, Laboratorio de Nuevos Materiales, Quito, Ecuador<br />
Abstract: The construction of an open source based spin and dip coater are presented. The mechanical systems and<br />
its gear ratio are discussed, as well as the electronic system and control unit. The instruments were assembled using<br />
low cost materials and share a common controller unit, which is programmed with an Arduino microcontroller. The<br />
total velocity range of the instruments are 300 to 10000 rpm for the spin coater and 0.6 cm/h to 30cm/min for the dip<br />
coater. The operation and use of the two instruments are discussed, which in both cases compare very favorably with<br />
commercial models.<br />
Keywords: Spin coater, dip coater, open source, Arduino, low cost instrumentation, surface deposition.<br />
Sistemas Mecánico y Electrónico de un Spin Coater y Dip Coater<br />
basado en Tecnología de Código Abierto<br />
Resumen: Se presenta la construcción de un spin coater y dip coater basado en tecnología de código abierto. Se<br />
detalla el sistema mecánico así como la relación de engranes implementados. También, se habla del sistema<br />
electrónico así como el control de los equipos. Los instrumentos fueron ensamblados utilizando materiales de bajo<br />
costo y comparten una unidad de control común la cual fue programada en un microcontrolador Arduino. El rango<br />
de velocidad total de los instrumentos es de 300 a 10.000rpm para el spin coater y de 0,6cm/h a 30cm/min para el<br />
dip coater. Se da una pequeña reseña del funcionamiento de los dos equipos y su utilidad. En ambos casos se comparan<br />
de manera favorable con modelos comerciales.<br />
Palabras clave: Spin coater, dip coater, Arduino, dnstrumentación de bajo coste, deposición superficial.<br />
11. INTRODUCTION<br />
A novel low cost method for the design and construction of<br />
prototypes of a spin coater and dip coater are presented. Each<br />
device is made of inexpensive and open source based<br />
mechanical components, at a fraction of the commercial cost<br />
and with operating parameters that compare very favourably<br />
to the equivalent commercial models. Furthermore, the control<br />
units of the spin coater and dip coater utilizes the same<br />
Arduino based microcontrollers and are interchangeable,<br />
needing only to be reprogrammed in order to be used in either<br />
one of the two instruments.<br />
Open source technology has become one of the most powerful<br />
tools in order to design and build low-cost equipment.<br />
<strong>No</strong>wadays, there are many applications which use open source<br />
technology like 3D printer, cell phone operating systems,<br />
software apps, robots, low-cost laboratory equipment, as an<br />
integral part of the manufacturing process. Fisher D. K et al.<br />
(2012) – Herrera R. (2013).<br />
This paper presents a method in which open source technology<br />
has been utilized to build a spin and a dip coater. Besides the<br />
obvious cost advantage of building your own scientific<br />
equipment, another goal has been the opportunity to take<br />
complete control of the all the variables involved in the process<br />
of coating of the films.<br />
Two of the most common methods by which to obtain thin<br />
films by deposition from a solvent are spin coating and dip<br />
coating. In spin coating a small amount of solution is<br />
deposited onto the centre of a substrate which is subsequently<br />
spun at high speeds. Spin coating is widely used in micro<br />
fabrication, where it can be used to create thin films with<br />
thicknesses below 10 nm. In spin coating the there are various<br />
parameters that need to be taken into consideration. Among<br />
them are the speed of spinning, the viscosity and concentration<br />
of the solution, acceleration, spin time and exhaust. However,<br />
the process parameters vary greatly for different materials and<br />
substrates so there are no fixed rules for spin coat processing,<br />
only general guidelines. Of critical importance is that the<br />
process is reproducible. Factors that affect the coating process<br />
ljsegura@espe.edu.ec.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Segura Luis. J. 1 ; Loza Matovelle David 1 ; Guerrero Víctor H. 2 ; Reza Dabirian 1, 2<br />
54<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
include speed of spinning, acceleration, spin time, exhaust, the<br />
viscosity and concentration of the solution, Hall D. B et al.<br />
(1998). Another important factor in spin coating is<br />
repeatability, as subtle variations in the parameters that define<br />
a spin-coating process can result in drastic variations in the<br />
coated film.<br />
Dip coaters are designed to deposit layers of materials in a<br />
controlled and repeatable way. Dip coating is used for the<br />
fabrication of thin films by self-assembly. of controlled<br />
thickness, determined mainly by the deposition speed and<br />
solution viscosity There are, just as in spin coating, a variety<br />
of factors to account for when determining the final state of the<br />
thin film when dip coating a given substrate.<br />
Among the factors, that affect the process are the submersion<br />
time, withdrawal speed, number of dipping cycles, solution<br />
composition, concentration and temperature and<br />
environmental humidity. It works as a substrate is submerged<br />
in a solution and then in a controlled and constant fashion<br />
retracted from the solution, Puetz J. et al. (2004).<br />
Dip coaters provide homogeneous and smooth films. The<br />
thickness and internal layer structure of such films can be<br />
adjusted by altering the concentration of the solution,<br />
retracting speed and/or by having multiple dipping cycles.<br />
Therefore, given their ease of use, spin and dip coaters are<br />
amongst the most ubiquitously used instruments for the<br />
fabrication of thin films in many laboratories. In both cases,<br />
care should be taken to be able to deposit the thin films in such<br />
a way as to achieve the desired characteristics regarding, film<br />
thickness, homogeneity and reproducibility of the thin films.<br />
Often commercial spin and dip coaters are prohibitively<br />
expensive and may have features are not necessarily needed<br />
for fabrication of thin films. To this end, there have been<br />
several reports of the construction of either low cost spin<br />
coaters or dip coaters in literature, Fardousi M. et al. (2014)-<br />
Leal D. et al. (2011). Our design offers solution to this problem<br />
by describing a low cost method with a flexible controller that<br />
can be used to control either of the low instruments, Loza<br />
Matovelle D. et al. (2014). An extensive description of the<br />
mechanical structure and electronic control system is<br />
presented for each of the two instruments.<br />
2. RESULTS AND DISCUSSION<br />
Figure 1. An expanded view of the 3D model of the spin coater.<br />
Table 1. <strong>No</strong>menclature of the parts of the spin coater.<br />
Part Nr.<br />
Name<br />
1 Base<br />
2 Metallic support<br />
3 Rivet<br />
4 Electric motor<br />
5 Support shaft<br />
6 Electric motor support<br />
7 Bolt<br />
8 Motor shaft<br />
9 Motor shaft guide<br />
10 Superior rotating plate<br />
11 Body protection<br />
12 Superior protection<br />
13 Fixed superior plate<br />
Computer numerical control (CNC), “The fundamentals of<br />
CNC” Apr. (1997), processes have been used to build the<br />
mechanical components, such as plates and shafts; thus,<br />
assuring quality and precision regarding the overall<br />
functionality of the final setup. Because of the simplicity of the<br />
rotating mechanism, composed of the electric motor, motor<br />
shaft, and superior rotating plate, as shown in Figure 2, the<br />
losses in power and speed of the rotating plate due to friction<br />
can be neglected.<br />
2.1 Construction of the spin coater<br />
The three main components in the construction of the spin<br />
coater were; the mechanical system, the electronic control<br />
system and the user interface. The three main stages involved<br />
in the construction of the mechanical system of the spin coater<br />
were; the 3D prototyping, analysis of the mechanisms, and its<br />
manufacturing. A 3D model, as shown in Figure 1 and Table<br />
1, was built in order to assure functionality of the system. It<br />
went through an iteration process since some adjustments had<br />
to be performed on the 3D models until the final assembly was<br />
completely developed.<br />
Electric Motor<br />
Shaft<br />
Rotating<br />
Plate<br />
Figure 2. Schematic diagram of the rotating transmission mechanism.<br />
As the electric motor is fixed to a support, and the forces<br />
generated from the testing material along the axial direction<br />
are considerably small, there is no presence of axial movement<br />
that can affect the functionality of the setup. Additionally, to<br />
prevent radial displacements, there is a metallic part that serves<br />
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Mechanical and Electronic Systems of an Open Source Based Spin and Dip Coater<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
55<br />
as a guide and support of the motor shaft; thus, ensuring the<br />
pure rotational movement which is indispensable for the<br />
equipment functionality.<br />
2.2 Construction of the dip coater<br />
Similarly to the spin coater, the dip coater device consists of<br />
three main parts; the mechanical system, the electronic control<br />
system and the user interface. The mechanical part of the<br />
system was designed in the same fashion as for the spin coater.<br />
A 3D model, as shown in Figure 3 and Table 2, was developed<br />
so that kinematics and functionality analysis were performed<br />
towards an adequate performance of the dip coater setup.<br />
and worm wheel gear, the second gearbox consist of spur gears<br />
as does the third one. In order to get the vertical movement, a<br />
rack and pinion mechanism has been implemented. All these<br />
mechanisms are susceptible of power losses due to inherit<br />
efficiency of each type of gear, sliding effect, friction, and<br />
windage, Chaari F. et al. (2012). Most of the power losses are<br />
dissipated in a form of heat and it is more evident when the<br />
mechanism works at high rpms. Since the dip coater<br />
mechanism work at relatively low speeds, the power losses<br />
could be neglected. The estimation of the power losses as well<br />
as the equations and conditions that govern these phenomena<br />
are out of the scope of this paper.<br />
To motion the system at different speed ranges, two DC<br />
motors, two power sources of 5 and 24 V along with the<br />
transmission system are available. The speed is controlled both<br />
electronically and mechanically. A pinion-rack system<br />
connected to the gearboxes enables the conversion of rotary<br />
motion to linear motion. To achieve as wide a range of<br />
velocities as possible the system was fitted with two<br />
interchangeable wheels. The larger wheel has a radius eight<br />
time the smaller wheel, meaning that the larger wheels will<br />
result in eight times the velocity of the smaller wheel for any<br />
given voltage, see Figure 4. As the system encompasses two<br />
independent DC motors, this effectively results in four distinct<br />
velocity ranges, see Figure 5. Furthermore, as both motors<br />
make use of the same axis, the one that is not in use must be<br />
manually disengaged before starting a new test to avoid<br />
damage to the mechanical system.<br />
Figure 3. An expanded view of the 3D model of the dip coater.<br />
Table 2. <strong>No</strong>menclature of the parts of the dip coater.<br />
Part Nr. Name Quantity<br />
1 Rod 4<br />
2 Base 1<br />
3 Shaft 7<br />
4 Electric motor 2<br />
5 Gearbox I 1<br />
6 Gearbox II 1<br />
7 Gearbox III 1<br />
8 Wheel 1<br />
9 Rack gear 1<br />
10 Removable plate 1<br />
11 Bolt 4<br />
Figure 4. Sketch of the side by side view of the two wheels used for the dip<br />
coater. The smaller wheel has a radius eight times smaller than the larger<br />
wheel, meaning that for any given voltage its dipping speed would be eight<br />
times slower.<br />
As the transmission system of the dip coater mechanism is<br />
more complex than that of the sin coater, it is essential to<br />
ensure the accuracy on the built parts as well as good quality<br />
off-the-shelf parts, such as gearbox, to guarantee the<br />
performance of the results obtained with this setup. This<br />
means that the settings of the gearboxes, motors, and rack and<br />
wheel mechanisms should be secured to avoid vibrations<br />
which otherwise could be transmitted to the sample and cause<br />
defects such as jumps and holdups during the experiments. The<br />
mechanical system must also be very robust, and assembled on<br />
a totally flat surface. To this end, the base of the system was<br />
fitted with a protective layer of thick rubber.<br />
The most salient feature of the transmission system is its three<br />
compound gear combinations. The first train contains a worm<br />
Figure 5. Sketch of the top view of the mechanical structure of the di coater<br />
with two independent DC motors.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Segura Luis. J. 1 ; Loza Matovelle David 1 ; Guerrero Víctor H. 2 ; Reza Dabirian 1, 2<br />
56<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
2.3 Transmission train of the dip coater<br />
Given the fact that rotational movement has to be translated to<br />
linear displacement, a mechanism of three gear boxes is<br />
assembled. The gear transmission system is composed by three<br />
gear boxes with different gear ratio each, as shown in Figure<br />
6, in order to get the final linear velocity on the rack. To<br />
determine the gear-ratio of each gear box is important to get<br />
the teeth number of each gear as it is presented in Table 3.<br />
Table 3. Teeth number distribution of the gears of the transmission train.<br />
Part Nr.<br />
Number of teeth<br />
N1 1<br />
M1<br />
DC Motor<br />
N2 42<br />
N3 12<br />
N4 42<br />
M2<br />
DC Motor<br />
N5 8<br />
N6 34<br />
N7 12<br />
N8 34<br />
N9 12<br />
N10 36<br />
N11 12<br />
N12 36<br />
N13 12<br />
N14 36<br />
N15 12<br />
N16 36<br />
N17 8<br />
N18 34<br />
N19 12<br />
N20 36<br />
N21 78<br />
N22 88<br />
N23 12<br />
Two motors can be engaged to get the desired rack linear<br />
velocity. If M1 (see Figure 5) is utilized, the rack velocity is<br />
computed by using the relation from multiplying I1, I2, and I3.<br />
If M2 is engaged, the output velocity is then calculated by<br />
using the result of multiplying I2 and I3.<br />
Two pinions are available to control the linear velocity. The<br />
radio of the biggest gear is eight times larger than the radio of<br />
the small one. The linear velocity can be computed as in<br />
Equation (1).<br />
V<br />
sal<br />
<br />
R<br />
(1)<br />
Where, V sal is the linear velocity of the rack, ω sal is the angular<br />
velocity of the pinion (N21 or N23), and R is the radio of the<br />
pinion (N21 or N23). The transmission system is designed is<br />
such a way that the total range of velocity varies from 0.6 cm/h<br />
to 30 cm/min. Although some inherit losses of the gearboxes<br />
can derivate in variations that can affect the final linear speed,<br />
this effect can be compensated by the speed controller<br />
developed in this study.<br />
2.4 Electronic system of the spin and dip coater<br />
A great advantage of the designed systems is the use of one<br />
single control unit. A schematic view is presented in Figure 6.<br />
sal<br />
Figure 6. Schematic overview of the electronic system of the spin and dip<br />
coater.<br />
The electronic components of the spin and dip coaters are is<br />
based on open-source Arduino platform. A UNO board is used<br />
to control the Dip and Spin coater because of machine<br />
requirements as well as for ease of handling. In order to enter<br />
and show both speed and operating-time variables an<br />
embedded Arduino shield that has a keyboard and a liquid<br />
crystal display was implemented. Entered variables are sent to<br />
the main program into the Arduino board, which uses pulsewidth-modulated<br />
signal to control the motor. However, the<br />
control board sends a low-level-current signal, which cannot<br />
be connected directly to the motor. This is the main reason why<br />
a L298N H-bridge shield is added to the electronic component.<br />
The shield amplifies the Arduino UNO signal so that the motor<br />
can spin. Furthermore, the dip coater mechanical design<br />
involves two motors with slow and high revolution models.<br />
The first motor works with 24 volts and the second with 5<br />
volts, which means that the H-bridge shield requires two<br />
power sources and a commutable switch to avoid short<br />
circuits. Besides, two hand switches are used to turn on/off<br />
DIP coater controller and motors.<br />
2.5 Control system of the spin and dip coater<br />
The control system of both the spin and dip coater have been<br />
developed with Arduino UNO, Arduino Uno (2015). The<br />
purpose of the control system is to drive the device. Its main<br />
component is an Arduino UNO free microcontroller. It is able<br />
to receive data from the user interface, process the data and to<br />
send it to the DC motor. The microcontroller drives the device<br />
by using an open-loop control algorithm in order to regulate<br />
the speeding spin. The control system is responsible for<br />
maintaining constant speeds and spin duration according to<br />
user selection. The rotational movement of the spin coater is<br />
provided by a single 12W DC electric motor. The speed of the<br />
motor is controlled by varying the voltage according to the<br />
pulse width modulation technique (PWM). The Arduino UNO<br />
sends bits between 0 and 255 to control the motor. The process<br />
begins with a start signal. After that, speed and operation time<br />
must be entered. The input variables of Arduino Uno are<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Mechanical and Electronic Systems of an Open Source Based Spin and Dip Coater<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
57<br />
reflected in PWM signals that permit to control motor duty<br />
cycle. Speed variations of the spin coater were conditioned to<br />
be between 300 and 10000 rpm for up to three minutes.<br />
Similarly, for the dip coater, the connection between the<br />
microcontroller and the Arduino DC motor is achieved by a<br />
L298N shield to control the two motors, and both the speed<br />
and direction of the rotation. A complete diagram of the<br />
mechanical and electronic components is shown in Figure 7.<br />
For both systems a KeyPad and LCD was employed which<br />
provides a graphical and simple to use controlling device. A<br />
complete diagram of the mechanical and electronic<br />
components is shown in Figure 7.<br />
Figure 7. An overview of the mechanical and electronic components used.<br />
2.4 Mechanical maintenance<br />
Performing maintenance to the testing equipment is very<br />
import to ensure accurate, reliable, and timely testing. Also,<br />
authorized personnel should do the tests to guarantee the<br />
correct operation of the equipment (spin and dip coater) as it<br />
is stated in the 5.5.3 item of the ISO/IEC 17025(2005) (E)<br />
Activities such as cleaning and lubrication are implemented<br />
periodically for the equipment. This is based on a preventive<br />
maintenance plan developed by the manufacturing processes<br />
laboratory, under which the new equipment is operating. Since<br />
the majority of the equipment is constructed from steel,<br />
lubrication has to be added carefully to prevent it from<br />
corrosion. The equipment shall not be exposed to high<br />
temperatures (above 210 °F), Chaari F. et al. (2012), because<br />
the acrylic and plastic gear-boxes (for the dip coater) could<br />
deform or melt easily, then affecting the performance and<br />
results of the tests<br />
2.4 Operation of the spin and dip coater<br />
In the case of the spin coater, the substrate is mounted on the<br />
spinning plate of the spin coater using a double-side tape. . The<br />
system allows depositing thin films of any dissolved materials<br />
at rotational speeds between 300 and 10000 rpm with an error<br />
of ± 1 % rpm. The magnitude of variation of the spin velocity<br />
is constant and attributed to the fluctuations of the mains<br />
voltage which feeds the Arduino. It is comparable to many<br />
commercial models and does not impede the reproducibility of<br />
the obtained thin film. Typically for spin coating the user<br />
selects two velocities for each deposition. A low velocity of<br />
500 rpm is initially chosen for about three seconds.<br />
The purpose of this is to dispense the fluid on top of the<br />
substrate and to spread the fluid over the substrate. This is<br />
followed by an instantaneous switch in velocity up to<br />
anywhere from 1000 to 10000 rpm. The purpose of this high<br />
speed spin step is to thin the fluid, to eliminate excess solvents<br />
from the resulting film by drying it.<br />
The dip coater system allows the deposition of thin films at<br />
speeds ranging between 0,6 cm/h and 30 cm/min with an error<br />
of ±2 % due to voltage variation of the mains network. The<br />
electronic control system and user interface are basically<br />
identical to that of the spin coater, with the added option to<br />
change the direction of the rotation. This is due to the fact that<br />
often different speeds are required for approaching (lowering)<br />
and retraction (lifting) of the sample. Before each experiment<br />
the user selects the approaching and retracting speeds<br />
independently with push button switches.<br />
The amount of time that the system is retracting can also be<br />
set. However the system is designed such that the approach<br />
takes place by keeping the approach button pressed in. This<br />
facilitates the entry of the sample probe into the solution, as it<br />
offer a higher degree of control to terminate the approach at<br />
exactly the desired point, which is usually just beneath the<br />
solution level, when the sample is totally immersed into the<br />
solution. It is also a practical measure as approaching speeds<br />
are generally much higher than retraction speeds.<br />
The retraction speed is considered considerably more critical<br />
as it must be very uniform and constant. To this end the user<br />
can select the time it could take for the sample to withdraw<br />
from the solution. The available options range from minutes to<br />
hours, even for samples as small 1x1 cm 2 .<br />
3. CONCLUSIONS<br />
The mechanical and electronic systems of an open source<br />
based, low cost, spin and dip coater have been presented and<br />
discussed. The presented models provide a proven method to<br />
manufacture high quality scientific instruments for thin film<br />
deposition by using readily available mechanical parts and<br />
open source software. The instruments are easy to use and<br />
program. A description of their mechanical maintenance is<br />
also given. The mechanical properties of the spin coater (speed<br />
range from 500 to 10,000 rpm) and dip coater (withdrawing<br />
speed range: from 0,6 cm/h to 30 cm/min) compare favorably<br />
with commercial models. The presented models will allow<br />
research groups the possibility to prepare thin films with an<br />
accuracy that was previously out of reach due to the<br />
prohibitive costs that until very recently were associated with<br />
such instruments.<br />
ACKNOWLEDGMENTS<br />
This work was supported by the Prometeo Project of the<br />
Ministry of Higher Education, Science, Technology and<br />
Innovation of the Republic of Ecuador (SENESCYT).<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Segura Luis. J. 1 ; Loza Matovelle David 1 ; Guerrero Víctor H. 2 ; Reza Dabirian 1, 2<br />
58<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles Híbridos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
59<br />
Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles<br />
Híbridos<br />
Méndez Cuello Andy 1 ; Cely Vélez Mauricio 1 ; Monar Monar Willan 1<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecánica, Quito, Ecuador<br />
Resumen: El trabajo aquí presentado consiste en el diseño del sistema de frenado regenerativo presente en los coches<br />
híbridos y eléctricos. Se parte de los conceptos fundamentales que son la base para una comprensión global del<br />
proceso de regeneración de energía. Así mismo, se analiza los elementos del sistema y la forma en la que influyen<br />
directamente en la generación de energía. También se presenta una clasificación general de las diferentes<br />
configuraciones de los autos híbridos, que modifican el proceso de frenado regenerativo. El requisito específico que<br />
da lugar al desarrollo del proyecto es dar a conocer el uso de las energías alternativas que son comúnmente<br />
desperdicio, pero que con el avance de la tecnología se puede aprovechar para la reutilización y la aplicación en<br />
diferentes procesos.<br />
Palabras clave: Frenos Regenerativos, Autos Híbridos, Energía Eléctrica, Sistema de Frenado.<br />
Design of the Regenerative Braking System for Hybrid Cars<br />
Abstract: This work presents the design of the regenerative braking system in hybrid and electric cars. It is important<br />
to know the fundamental concepts that are the basis for a complete understanding of process of energy regeneration.<br />
Likewise, the system components and how they are directly affect power generation, is analyzed. A general<br />
classification of different configurations of hybrid cars, which ones modify the regenerative braking process, is also<br />
presented. The specific requirement that leads to the development of the project is to introduce the use of alternative<br />
energies that are commonly wasted, but with the advancement of technology can be leveraged for reuse and use in<br />
different processes.<br />
Keywords: Regenerative Braking, Hybrid Cars, Electric Power, Braking System.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
Actualmente la demanda energética a nivel mundial por parte<br />
de la sociedad y el creciente número de vehículos provocan un<br />
notable aumento en la contaminación ambiental, por ello es<br />
necesario regular y utilizar la energía disponible de forma<br />
eficiente. El avance tecnológico permitió la creación de<br />
vehículos híbridos que combinan un motor de combustión<br />
interna y un motor accionado por energía eléctrica, que en<br />
consecuencia reducen significativamente la emisión de gases<br />
tóxicos y el consumo de energía. En el sistema de frenos<br />
regenerativos se tiene como finalidad principal, almacenar la<br />
energía que se pierde en forma de calor durante el frenado en<br />
vehículos a combustión interna o estándar, y poder utilizar<br />
gran parte de esta energía en otro instante cuando el vehículo<br />
lo requiera, ya sea para el propio desplazamiento o para el<br />
consumo en otros aparatos del automóvil hibrido.<br />
Ambos, requieren diferentes tipos de energía. El motor de<br />
combustión interna consume combustible, y el motor eléctrico<br />
requiere de energía eléctrica.<br />
2.1 Motor de Combustión Interna<br />
Un motor de combustión interna funciona en base al consumo<br />
y quemado de una mezcla comprimida en distintas relaciones<br />
de aire y combustible, el proceso se lleva a cabo dentro de un<br />
cilindro o cámara de combustión que permite incrementar la<br />
presión interna y generar con ello la suficiente potencia hacia<br />
el pistón (Biblioteca Virtual). A continuación la Figura 1.<br />
De acuerdo a la mezcla aire combustible y la relación que<br />
presenten estos dentro de la cámara del cilindro se pueden<br />
diferenciar 4 tiempos en un motor de combustión interna los<br />
cuales son: Admisión, Compresión, Combustión, Escape.<br />
2. SISTEMA DE FRENO REGENERATIVO<br />
Un sistema de frenos regenerativos se usa en vehículos<br />
híbridos los cuales combinan dos tipos de motores: un motor<br />
de combustión interna y un motor eléctrico.<br />
mauricio.cely@epn.edu.ec<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Méndez Cuello Andy 1 ; Cely Vélez Mauricio 1 ; Monar Monar Willan 1<br />
60<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
provocando una explosión y un rápido desplazamiento del<br />
pistón en sentido descendente como se observa en la Figura 4.<br />
Figura 4. Etapa de Combustión (Motores Térmicos)<br />
Figura 1. Motor de Combustión Interna (El Rincón de la Tecnología)<br />
Admisión: En la etapa inicial de este tiempo el pistón se<br />
encuentra en movimiento descendente a través del cilindro<br />
mientras la válvula de admisión inicia su apertura;<br />
Paralelamente la válvula de escape se cierra, de modo tal que<br />
únicamente existe el ingreso de la mezcla de aire-combustible;<br />
como se observa en la Figura 2.<br />
Escape: Una vez que el pistón se encuentra en el PMI, se abre<br />
únicamente la válvula de escape, mientras el pistón inicia<br />
nuevamente su movimiento ascendente para luego permitir el<br />
desplazamiento de los gases generados durante la combustión,<br />
logrando que estos salgan directamente por el tubo de escape<br />
y por consiguiente a la atmosfera como se observa en la Figura<br />
5.<br />
Figura 5. Etapa de Escape (Motores Térmicos)<br />
Figura 2. Etapa de Admisión (Motores Térmicos)<br />
Compresión: En la Figura 3 se observa que en este tiempo las<br />
válvulas de admisión y escape están completamente cerradas,<br />
el pistón que se encuentra en el PMI inicia su movimiento<br />
ascendente comprimiendo la mezcla aire-combustible del<br />
tiempo anterior, logrando cada vez un espacio más pequeño,<br />
hasta que llega a su volumen mínimo en el PMS.<br />
Figura 3. Etapa de Compresión (Motores Térmicos)<br />
Combustión: Cuando el pistón del cilindro llega al PMS y la<br />
mezcla aire-combustible ha alcanzado su máxima compresión,<br />
se genera una chispa para el encendido de la mezcla<br />
2.2 Motor Eléctrico<br />
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica rotatoria que<br />
transforma la energía eléctrica en energía mecánica mediante<br />
un proceso electromagnético. Ofrece múltiples ventajas en<br />
relación al motor de combustión interna, como es la mayor<br />
eficiencia, limpieza de las partes, comodidad debido al<br />
tamaño, además de la seguridad de funcionamiento.<br />
El funcionamiento del motor se basa en la interacción entre<br />
campos magnéticos y corrientes eléctricas circulantes en una<br />
determinada dirección que dan como resultado un par o torque<br />
respecto un eje de giro, como se observa en la Figura 6.<br />
Donde se muestra como circula una corriente eléctrica, es por<br />
un material conductor que se encuentra dentro de la acción de<br />
un campo magnético. Al colocar una espira dentro de un<br />
campo magnético en el que fluya una determinada intensidad<br />
de corriente, el campo ejercerá una fuerza tangencial a la espira<br />
dando lugar a un momento de fuerzas, produciendo una<br />
rotación y dicho movimiento será el producto de las<br />
interacciones electromagnéticas de donde la energía inicial<br />
eléctrica será transformada a energía mecánica de rotación<br />
aprovechable para otra aplicación.<br />
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Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles Híbridos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
61<br />
El principio de funcionamiento de una batería eléctrica está<br />
basado esencialmente en un proceso químico reversible<br />
llamado reducción-oxidación (redox). Un proceso en el cual<br />
uno de los componentes se oxida, es decir pierde electrones y<br />
el otro componente se reduce o gana electrones de tal forma<br />
que ambos no resultan consumidos sino únicamente cambian<br />
estados de oxidación y dependiendo las circunstancias<br />
externas, vuelven a su estado original, como por ejemplo el<br />
cierre del circuito eléctrico o la aplicación de una corriente<br />
externa.<br />
2.3 Generador<br />
Figura 6. Campo de fuerzas magnéticas (Motor eléctrico)<br />
Al contrario de un motor eléctrico que requiere de energía<br />
eléctrica para operar, el generador por intermedio de un<br />
movimiento rotario produce energía eléctrica, es decir<br />
convierte la energía mecánica inicial en corriente eléctrica<br />
susceptible de alimentar a una gran variedad de aparatos. Esto<br />
sigue el principio de la ley de inducción electromagnética,<br />
donde al tomar en cuenta el giro de una espira dentro de un<br />
campo magnético se producirá una variación del flujo<br />
magnético de la espira a través del campo, generando una<br />
corriente eléctrica.<br />
La fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida depende del ritmo de<br />
cambio del flujo, sin importar el número de líneas de campo<br />
atravesando el circuito, sino su variación por unidad de<br />
tiempo. Se produce debido al movimiento relativo de los<br />
conductores sobre el estator dentro de un campo magnético.<br />
2.3 Inversor<br />
Un inversor transforma la electricidad de corriente continua<br />
(C.C) almacenada en baterías eléctricas en energía de corriente<br />
alterna (C.A) y de igual forma en sentido opuesto de C.A a<br />
C.C.<br />
Los inversores eléctricos disponen de funciones para iniciar y<br />
finalizar la actuación de los generadores automáticamente. Es<br />
por esto que su aplicación en el sistema de freno regenerativo<br />
es necesaria, además, la capacidad del inversor para procesar<br />
distintas formas de energía de entrada, lo convierte en una<br />
opción necesaria en aplicaciones de energía portátil, de<br />
respaldo y sin conexión directa a la red como en vehículos<br />
híbridos y eléctricos.<br />
2.4 Baterías Eléctricas<br />
Las baterías eléctricas son dispositivos que tienen la capacidad<br />
de almacenar electricidad en forma de energía química para<br />
posteriormente mediante procesos electroquímicos producir<br />
energía eléctrica. La gran utilidad de estos dispositivos es que<br />
permiten repetir dicho proceso un determinado número de<br />
veces.<br />
Un circuito eléctrico cerrado inicia una reacción<br />
electroquímica de reducción oxidación entre los electrodos,<br />
donde cada electrolito reacciona con un químico o elemento<br />
especial. En el ánodo, una reacción de oxidación provoca una<br />
transferencia de electrones desde una sustancia o compuesto<br />
hacia otra, formando un compuesto ionizado negativamente,<br />
es decir con exceso de electrones, para el cátodo en cambio el<br />
electrolito y el agente químico forman una reacción de<br />
reducción, es decir cuando un reactivo químico acepta<br />
electrones.<br />
2.5 Configuraciones del Vehículo Hibrido<br />
Los distintos tipos de vehículos híbridos basan su diferencia<br />
en la posición y configuración de sus elementos en cómo están<br />
relacionados y la interacción entre ellos permiten mejorar la<br />
autonomía del automóvil, dependiendo del tipo de<br />
configuración dada, el sistema de frenos regenerativos tendrá<br />
una mayor o menor utilidad.<br />
El factor determinante para un adecuado diseño es el sistema<br />
completo de transmisión ya que este permite en un primer caso<br />
transferir independientemente la potencia del motor de<br />
combustión interna o del motor eléctrico hacia las ruedas<br />
motrices y en un segundo caso transmitir conjuntamente la<br />
potencia generada por ambos motores, estos elementos de<br />
transmisión están sometidos a esfuerzos constantes de torsión<br />
y flexión.<br />
En el caso de transmisión de potencia únicamente por el motor<br />
de combustión interna, esta empieza en el volante de inercia<br />
conectado al embrague, seguido por el acople a la caja de<br />
cambios y terminando en el árbol de transmisión que otorga el<br />
movimiento final a las ruedas del vehículo. Para el caso de la<br />
transmisión de potencia a través del motor eléctrico el<br />
seguimiento es similar donde se mejoran los procesos de<br />
transmisión de movimiento (caja de cambios) debido a que las<br />
revoluciones entregadas por este último son mucho más<br />
exactas y precisas.<br />
Al disponer de un motor delantero con tracción delantera o con<br />
un motor trasero de tracción trasera no es necesario el árbol de<br />
transmisión ya que el par generado por cada motor es<br />
transmitido directamente a través de ejes más cortos.<br />
2.6 Híbrido Conectado en Serie<br />
En un vehículo hibrido al estar conectado en serie el motor de<br />
combustión interna proporciona únicamente el movimiento de<br />
rotación hacia un generador eléctrico, donde esta carga<br />
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62<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
directamente las baterías del vehículo si se encuentran<br />
descargadas, o a su vez transmite una mayor potencia hacia el<br />
motor eléctrico dependiendo del requerimiento energético del<br />
vehículo. El generador se utiliza principalmente para extender<br />
autonomía del automóvil permitiendo ampliar las prestaciones<br />
de este, de tal forma que en la mayoría de los kilómetros se<br />
utiliza la energía proveniente de las baterías y en el caso que<br />
el viaje exceda las prestaciones de la batería o su capacidad el<br />
generador eléctrico se enciende. La corriente producida por el<br />
generador es rectificada en el inversor/cargador.<br />
Dependiendo de varios factores como la capacidad de<br />
almacenamiento de las baterías, el espacio disponible en el<br />
vehículo, la velocidad o la cantidad de energía disponible se<br />
dimensionan equipos generadores de mayor o menor tamaño.<br />
La batería se dimensiona en función de los picos de demanda,<br />
de tal forma que a altas velocidades solo una parte de la energía<br />
eléctrica proviene de las baterías siendo estas las que<br />
suministran la potencia necesaria para aceleraciones y<br />
adelantamientos, en cambio a velocidades crucero la potencia<br />
generada en exceso es utilizada para recargar las baterías.<br />
En la Figura 7 se puede observar el flujo energético de cada<br />
elemento del vehículo hibrido, durante el frenado regenerativo<br />
la propia inercia del vehículo rota el sistema de propulsión o<br />
eje de transmisión que produce una energía mecánica<br />
directamente sobre el motor eléctrico (que en un inicio<br />
otorgaba el movimiento al eje) logrando que de esta forma<br />
opere como un segundo generador eléctrico cuya energía es<br />
recargada y almacenada inmediatamente en las baterías.<br />
utilizados independientemente o simultáneamente si se desea<br />
una mayor potencia en el vehículo. Estos 2 sistemas proveen<br />
la potencia necesaria a las ruedas y si bien esta configuración<br />
es más compleja resulta ser más eficiente debido a que se<br />
minimizan las perdidas por conversión de cada tipo de energía.<br />
Además, como el aumento de potencia le corresponde<br />
directamente al motor de combustión interna es posible la<br />
reducción del tamaño de las baterías, el motor a gasolina entra<br />
en funcionamiento cuando existe una mayor demanda de<br />
energía por parte del vehículo, y al detenerse el vehículo<br />
híbrido aprovecha la energía normalmente empleada en frenar<br />
para recargar su propia batería.<br />
Dentro de los vehículos híbridos paralelos se pueden distinguir<br />
dos tipos: los que emplean un generador independiente para<br />
cargar las baterías y los que aprovechan el motor eléctrico para<br />
funcionar también como generador, este último será el<br />
encargado del freno regenerativo permitiendo la<br />
desaceleración del vehículo y logrando recuperar energía<br />
mientras el motor eléctrico actúe como generador.<br />
Un generador independiente en el vehículo híbrido produce<br />
notablemente un aumento en la generación de energía<br />
eléctrica, sin embargo, no resulta ser la decisión más adecuada<br />
ya que conlleva al transporte de elementos más pesados en el<br />
automóvil requiriendo a su vez mayor potencia y volviéndolo<br />
más costoso. La ventaja de utilizar dicho generador<br />
independiente es que al estar diseñado para funcionar<br />
únicamente como generador será más eficiente frente a un<br />
motor eléctrico que opere paralelamente como generador. Es<br />
por ello que se debe realizar un análisis entre peso/beneficio al<br />
momento de integrar más elementos al vehículo, ver Figura 8.<br />
Al decidir acoplar un generador independiente dentro de la<br />
misma configuración hibrida paralela se la clasifica como<br />
vehículo hibrido paralelo-serie siendo esta configuración la<br />
más utilizada por fabricantes de automóviles como por<br />
ejemplo Toyota en su modelo Prius (Página oficial de Toyota).<br />
Figura 7. Disposición de Elementos en vehículo Hibrido Serie<br />
2.7 Híbrido Conectado en Paralelo<br />
En este tipo de configuración el vehículo utiliza dos sistemas<br />
de tracción en paralelo de tal forma que estos pueden ser<br />
Figura 8. Configuración de vehículo Hibrido en Paralelo (Aficionados a la<br />
mecánica)<br />
2.8 Freno Regenerativo<br />
El funcionamiento del sistema de freno regenerativo se da<br />
desde el motor de combustión interna del vehículo, una vez<br />
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Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles Híbridos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
63<br />
que el combustible ingresa al motor térmico en este se<br />
producen transformaciones de energía el cual desarrolla la<br />
potencia necesaria para permitir el movimiento lineal de los<br />
pistones hacia el cigüeñal, seguido de ello existe un<br />
movimiento rotatorio el cual se lo aprecia directamente en el<br />
volante de inercia o cigüeñal.<br />
Una vez obtenido el movimiento en el volante de inercia es<br />
necesario aumentar o disminuir esta potencia generada a través<br />
de diferentes sistemas de transmisión, los cuales por medio de<br />
caja de cambios y diferentes configuraciones de engranajes<br />
permitirán el desplazamiento del vehículo en las variadas<br />
exigencias de la carretera. Paralelamente en este punto existe<br />
el sistema de embrague que es el encargado de conectar o<br />
desconectar este movimiento rotatorio final a las ruedas del<br />
automóvil.<br />
Hasta este punto la similitud con un automóvil estándar es la<br />
misma sin embargo como automóvil híbrido existe el motor<br />
eléctrico que es responsable de igual manera del<br />
desplazamiento del vehículo entregando una potencia mucho<br />
más precisa sobre todo en condiciones de baja exigencia, se<br />
debe señalar la idea fundamental del vehículo híbrido es su<br />
desplazamiento por medio del motor eléctrico y cuando las<br />
exigencias del automóvil aumentan. Paralelamente el motor de<br />
combustión complementa la falta de potencia, logrando un<br />
mayor torque en las ruedas.<br />
Si el automóvil se desplaza a bajas velocidades sin mayor<br />
exigencia para el motor eléctrico es posible que únicamente<br />
este desarrolle la energía necesaria para el desplazamiento.<br />
Cuando el vehículo únicamente se desplaza por la carretera<br />
como producto de la inercia que conlleva es posible controlar<br />
y permitir que el motor eléctrico invierta su operación y actué<br />
como generador eléctrico logrando así, por medio del<br />
movimiento rotativo existente la regeneración de energía<br />
eléctrica, la cual es almacenada en las baterías del vehículo.<br />
Es posible regenerar energía que normalmente se pierde al<br />
frenar el vehículo y se manifiesta en forma de calor en el<br />
instante cuando se presiona el pedal del freno, en este punto en<br />
un vehículo híbrido el motor eléctrico invierte su polaridad<br />
iniciando su operación como generador.<br />
Si bien la energía recuperada será menor, al magnificar este<br />
método se visualiza un aumento considerable en la energía<br />
disponible de las baterías, logrando una mayor eficiencia total<br />
del sistema. Con la energía eléctrica recuperada y almacenada<br />
en las baterías es posible utilizarla como fuente propia de<br />
desplazamiento en el vehículo.<br />
3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS<br />
3.1 Sistemas Necesarios<br />
El sistema de frenos regenerativos está compuesto de varios<br />
elementos que permiten desarrollar correctamente el proceso<br />
de regeneración y almacenamiento de la energía, los más<br />
importantes son el motor de combustión interna,<br />
motor/generador eléctrico, inversor, baterías y la transmisión.<br />
3.2 Motor de Combustión Interna<br />
Permite generar la suficiente potencia para el desplazamiento<br />
del vehículo o bien dependiendo de la configuración que se<br />
tenga en el automóvil. Esta proporciona el movimiento motriz<br />
que será parte del generador eléctrico en una siguiente etapa,<br />
estos pueden clasificarse de acuerdo a la disposición de sus<br />
cilindros como: motores en línea, motores en V, y motores de<br />
cilindros opuestos (Bóxer).<br />
Dependiendo de la configuración de cada uno de ellos se verá<br />
reflejado en el rendimiento del automóvil. Se debe señalar que<br />
si bien existe una gran variedad de motores de combustión<br />
interna los más utilizados y escogidos en el empleo del sistema<br />
de frenos regenerativos son los mencionados.<br />
3.3 Motor Generador Eléctrico<br />
El motor eléctrico es el encargado de suministrar la potencia<br />
necesaria al sistema de engranajes o caja de cambios que<br />
logran administrar de manera eficiente el par necesario a las<br />
ruedas motrices del automóvil, se pueden clasificar de acuerdo<br />
al tipo de corriente utilizada como motores de corriente alterna<br />
(motores de jaula de ardilla), motores de corriente continua<br />
(motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a<br />
paso) y motores universales (funciona como motor de<br />
corriente continua o como motor de corriente alterna).<br />
El generador eléctrico es el encargado de transformar la<br />
energía proveniente en forma mecánica del motor de<br />
combustión interna a energía eléctrica administrable por el<br />
motor eléctrico, estos pueden ser electromecánicos. Se debe<br />
señalar que existen en el sistema de freno regenerativo otros<br />
tipos de generadores como electroquímicos, los cuales son<br />
básicamente pilas o baterías recargables de acumuladores,<br />
basados en fenómenos electroquímicos y generadores<br />
fotovoltaicos correspondientes a los paneles fotovoltaicos.<br />
3.4 Inversor y Baterías<br />
Encargado de convertir el voltaje en la entrada, de corriente<br />
continua proveniente de las baterías del vehículo a corriente<br />
alterna apta para el motor eléctrico de acuerdo a la magnitud y<br />
frecuencia deseadas del sistema. Las baterías serán las<br />
encargadas de almacenar la energía eléctrica generada<br />
previamente.<br />
3.5 Transmisión<br />
Se entiende como transmisión a los equipos y elementos que<br />
permiten el acople y las conexiones entre los demás<br />
subsistemas como pueden ser engranes rectos, engranes<br />
helicoidales, conexiones por cadena incluyendo acoples<br />
mediante engranes epicicloidales, estos elementos requieren<br />
de un gran análisis a fin de permitir la correcta transmisión del<br />
movimiento, disminuyendo pérdidas por efectos de calor o<br />
rozamiento, evitando sobrecargas como producto de<br />
aceleraciones o frenadas repentinas en el vehículo.<br />
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_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
3.6 Método de Evaluación<br />
El método de evaluación a utilizar será el descrito por el Dr.<br />
Carles Riba en su libro Diseño Concurrente [9], el cual se basa<br />
en los criterios ponderados, permite decidir entre diversas o<br />
varias soluciones donde únicamente basta conocer el orden de<br />
preferencia en la etapa de diseño conceptual, es por ello que se<br />
recomienda el método ordinal corregido de criterios<br />
ponderados que sin la necesidad de evaluar los parámetros de<br />
cada propiedad y sin tener que estimar numéricamente el peso<br />
de cada criterio, permite obtener resultados globales<br />
suficientemente significativos.<br />
Este método se basa en la formulación de tablas donde cada<br />
criterio o solución, se confronta con los restantes criterios o<br />
soluciones y se asignan los siguientes valores: 1 (Uno) Si el<br />
criterio o solución de las filas es superior o mejor que el de las<br />
columnas; 0,5 Si el criterio o solución de las filas es<br />
equivalente o igual al de las columnas; 0 Si el criterio o<br />
solución de las filas es inferior o peor que el de las columnas.<br />
En cada criterio o solución, se deberán sumar los valores<br />
asignados en relación a los restantes criterios al que se le añade<br />
una unidad (1) para evitar que el criterio o solución menos<br />
favorable tenga una valoración nula; después, en otra columna<br />
se calculan los valores ponderados para cada criterio o<br />
solución. La evaluación total para cada solución resulta de la<br />
suma de productos de los pesos específicos de cada solución<br />
por el peso específico del respectivo criterio.<br />
3.7 Criterios de Evaluación<br />
Los criterios de evaluación se basan en las principales<br />
características al momento de comparar vehículos híbridos<br />
versus vehículos estándar que no permiten el empleo del freno<br />
regenerativo, en este aspecto priman detalles sobresalientes<br />
como el costo de cada elemento individual, la funcionalidad de<br />
cada equipo permitiendo que cada elemento opere<br />
eficientemente con un gasto mínimo de energía, así como la<br />
fácil operación de cada uno de ellos sin recurrir a sistemas<br />
complejos para su funcionamiento, el peso para cada elemento<br />
representa una característica primordial en cuanto a<br />
optimización del vehículo híbrido, el tiempo de mantenimiento<br />
requerido en cada elemento o equipo es un factor clave para la<br />
elección de cada subsistema gracias a que permite una mayor<br />
acogida por parte del usuario, se debe mencionar que criterios<br />
tales como seguridad de los elementos involucrados y<br />
fiabilidad son tomados en cuenta en cada aspecto a evaluar<br />
debido a que son criterios netamente inherentes en todo<br />
proceso de diseño mecánico.<br />
3.8 Costo<br />
El costo total de los elementos que conforman el sistema de<br />
freno regenerativo es uno de los aspectos más importantes a<br />
tener en cuenta en el diseño mecánico debido que este debe<br />
representar un beneficio para el usuario al compararlo con<br />
automóviles estándar, por esta razón se deberá buscar un<br />
equilibrio entre el costo y la calidad final del diseño<br />
permitiendo flexibilizar la eficiencia de la máquina. Se debe<br />
mencionar que el costo señalado hace referencia al costo de<br />
fabricación y/o adquisición de elementos, así como, accesorios<br />
o materia prima que permiten el desarrollo del sistema de<br />
frenos regenerativos.<br />
3.9 Funcionalidad<br />
Este criterio de valoración es determinante en el desarrollo del<br />
sistema de frenos regenerativos ya que permite establecer la<br />
relación entre la facilidad y rapidez con que el sistema puede<br />
adaptarse a una determinada operación, la cual es de regenerar<br />
la energía.<br />
3.10 Facilidad de operación<br />
Este criterio de valoración implica directamente el trabajo de<br />
cada elemento presente en el sistema de frenos regenerativos,<br />
es decir, la facilidad con que estos elementos interactúan,<br />
evitando componentes mucho más complejos que incrementan<br />
el costo o dificultan la operación del sistema.<br />
3.11 Peso<br />
Este criterio de valoración es determinante en la eficiencia<br />
final para el vehículo hibrido, debido a que será necesario el<br />
menor peso posible en la maquinaria a fin de conseguir las<br />
mejores prestaciones por el automotor sin necesidad de pesos<br />
agregados por complejidades del sistema.<br />
3.12 Mantenimiento<br />
Como en todo sistema ya sea eléctrico o mecánico, es<br />
necesario siempre un correcto y adecuado mantenimiento<br />
acorde a las exigencias de operación de los elementos<br />
relacionados con el sistema de freno regenerativo, de tal forma<br />
que con un mantenimiento a tiempo y un adecuado acceso a<br />
los componentes que requieren de revisión es posible la<br />
detección y corrección de piezas mecánicas o eléctricas con<br />
mayor tendencia a fallas, tales como desgaste y corrosión.<br />
A su vez estos elementos que conforman el sistema de freno<br />
regenerativo dependen de que los parámetros de causas de<br />
fallas sean mantenidos dentro de los límites aceptables, por<br />
ello este criterio de valoración es importante a fin de conseguir<br />
los mejores resultados de la máquina en todo momento.<br />
3.13 Alternativa de Diseño Seleccionada<br />
De acuerdo a los resultados obtenidos de cada sistema del<br />
freno regenerativo, el diseño estará configurado como<br />
vehículo hibrido en serie y constituido conforme los elementos<br />
señalados de Motor de combustión interna en línea 4 cilindros<br />
DOHC, Motor / Generador Sincrónico de Corriente Alterna,<br />
Inversor con baterías de Ion-Litio y Grupos reductores<br />
conformados por engranes helicoidales.<br />
3.14 Descripción General del Sistema de Freno Regenerativo<br />
Una vez seleccionados cada uno de los elementos que forman<br />
parte del sistema del freno regenerativo, se plantean las<br />
características, funcionamiento y ubicación de los mismos<br />
dentro del vehículo hibrido.<br />
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Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles Híbridos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
65<br />
Primeramente, el vehículo híbrido de configuración en serie<br />
pone en evidencia de acuerdo a las valoraciones previas que<br />
resulta ser el más eficiente, en comparación con las demás<br />
configuraciones hibridas. Sin embargo, este resultado no<br />
pretende desmerecer las demás clasificaciones debido a que<br />
cada uno tiene sus propios requerimientos funcionales y para<br />
el sistema a diseñar propuesto la mejor alternativa radica en la<br />
utilización mayoritaria de la corriente eléctrica.<br />
El motor de combustión interna seleccionado es de 4 tiempos<br />
en línea con DOHC (doble árbol de levas), este sistema será el<br />
encargado de suministrar la suficiente energía única y<br />
exclusivamente al primer generador eléctrico.<br />
El generador seleccionado es sincrónico de corriente alterna.<br />
La energía eléctrica producida por este elemento será<br />
almacenada en baterías NIMH (baterías de níquel-metal<br />
hidruro) o de Ion Litio según sea el caso como en el automóvil<br />
Toyota Prius [5]. Sin embargo, para que se desarrolle este<br />
proceso es necesario la incorporación de un inversor/cargador<br />
que permitirá el paso para la regeneración, donde se adicionará<br />
un convertidor DC/DC para el control de energía de<br />
regeneración para alcanzar la conversión de la corriente<br />
eléctrica alterna en corriente continua almacenable en las<br />
baterías.<br />
Cuando el vehículo híbrido requiera una mayor potencia, la<br />
corriente producida en el primer generador (por parte del<br />
motor de combustión interna) pasará directamente al motor<br />
eléctrico, entregando una mayor fuerza electromotriz y<br />
permitiendo el aumento de la velocidad del automóvil.<br />
Si bien bajo esta configuración híbrida seleccionada se dispone<br />
de un generador que opera únicamente como tal. La<br />
incorporación de un motor eléctrico con las mismas<br />
características permitirá el funcionamiento de este elemento en<br />
forma de generador siempre y cuando el vehículo opere en<br />
marcha neutra. Por inercia propia o cuando inicie el proceso<br />
de frenado y en este instante el movimiento producido por las<br />
ruedas motrices del automóvil se transmitirá directamente<br />
hacia el motor eléctrico que en este caso ya actúa como un<br />
segundo generador produciendo corriente eléctrica y<br />
conformando el freno regenerativo. Es decir, este permite<br />
disminuir la velocidad de desplazamiento del vehículo y<br />
regenerar la energía.<br />
Al operar el motor eléctrico como generador, la corriente<br />
eléctrica producida será re-direccionada hacia las baterías<br />
permitiendo recargarlas y utilizar esta energía extra en otro<br />
instante. A continuación la Figura 9.<br />
Bajo esta configuración se tiene independencia en la ubicación<br />
del motor de combustión interna y es posible ubicarlo en la<br />
parte posterior del vehículo ya que opera únicamente con el<br />
primer generador. El motor eléctrico necesitará un acople con<br />
un grupo reductor de engranajes helicoidales que permitan<br />
transmitir la potencia necesaria al eje de transmisión del<br />
vehículo.<br />
Figura 9. Esquema del freno regenerativo<br />
4. DISEÑO DEL SISTEMA<br />
4.1 Cálculo de la Potencia del Motor<br />
En las especificaciones dadas para el sistema de freno<br />
regenerativo deben considerarse elementos livianos a fin de<br />
mejorar la eficiencia del vehículo, el motor de combustión<br />
interna deberá tener un equilibrio entre un peso adecuado y una<br />
potencia acorde a las exigencias del usuario permitiendo una<br />
potencia mínima estable que logre mover eficientemente al<br />
generador eléctrico, además debe ser compacto y que permita<br />
su fácil ubicación en el vehículo.<br />
El requerimiento de potencia del motor de combustión interna<br />
es un parámetro importante a tener en cuenta, debido a que<br />
permitirá una adecuada transmisión del par motriz hacia el<br />
generador eléctrico por medio de una velocidad y aceleración<br />
angular seleccionada y que permitirán la recarga de las baterías<br />
una vez producida la corriente eléctrica en el generador.<br />
La potencia generada dependerá directamente de la cilindrada<br />
del motor, de acuerdo a los automóviles existentes se presentan<br />
cilindradas desde 1400cm 3 , y debido a que es un automóvil<br />
liviano, compacto que no estará solicitado a grandes<br />
exigencias de trabajo más que únicamente el desplazamiento<br />
de los usuarios y pequeñas cargas se selecciona dicho valor;<br />
Se calcula la superficie de pistón que se encuentra<br />
directamente en contacto con la mezcla aire-combustible<br />
proveniente de las válvulas de admisión y escape dentro de la<br />
cámara del cilindro. A continuación la Figura 10.<br />
Se realizó una comparación entre valores de diámetros y<br />
carreras adecuadas que cumplan con la cilindrada del motor,<br />
sin embargo, la mejor selección resulta ser con diámetro de<br />
73,70 mm y carrera de 83 mm otorgando una cilindrada igual<br />
a 1399,26cm 3 , esto posibilita una correcta selección del motor<br />
de combustión interna sin necesidad de sobredimensionar<br />
elementos del tren de propulsión que al final repercuten en el<br />
propio peso del vehículo.<br />
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Méndez Cuello Andy 1 ; Cely Vélez Mauricio 1 ; Monar Monar Willan 1<br />
66<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
mejora la eficiencia del vehículo por lo cual se igualan el<br />
número de dientes para N 2 y N 4 en el primer caso (impulsores)<br />
y N 3, N 5 en el segundo caso (impulsados), de acuerdo al<br />
análisis realizado en la simulación de Inventor AutoDesk, el<br />
número de dientes de los engranes impulsados será de N 3<br />
=26,12 aproximadamente 26 dientes.<br />
4.1.4 Cálculo de Revoluciones de Engranes<br />
Para obtener las revoluciones de cada engrane del reductor de<br />
velocidades se despeja w 5 obteniendo un valor de 1817,75<br />
[rpm], el reductor de velocidad opera aproximadamente a 1800<br />
rpm, Se conoce que w 2 es igual a 4800 rpm por ser el piñón o<br />
engrane impulsor inicial del motor de combustión interna y w 3<br />
es igual a w 4 por encontrarse ambos engranes en el mismo eje<br />
de operación y por consiguiente giran a la misma revolución<br />
4.2 Cálculo de Pares de Torsión de Engranes<br />
Figura 10. Elementos Biela-Pistón<br />
Para un valor de 3000 [N] de la fuerza generada por la<br />
combustión de los gases sobre el pistón se puede conocer el<br />
valor del torque generado en el motor dando como resultado<br />
123 [Nm] de par motor.<br />
De acuerdo al resultado obtenido se tiene una presión efectiva<br />
de 11,04 bar con lo cual se calcula la potencia total del motor<br />
de combustión interna. Las revoluciones del motor (n)<br />
corresponden a 4800 rpm con ello la potencia total generada<br />
por el motor de combustión interna será de aproximadamente<br />
62 [KW] que serán entregados al reductor de velocidades<br />
previo a la conexión con el generador eléctrico.<br />
4.1.1 Transmisión, Tren de Engranes<br />
La potencia calculada del motor de combustión interna permite<br />
diseñar el tren de engranajes o reductor de velocidades que<br />
será acoplado al generador, las revoluciones de operación del<br />
generador son de 1800 [rpm] de acuerdo a la frecuencia de<br />
trabajo (60 Hz), esto obliga al motor de combustión interna<br />
que entrega 4800 [rpm] a reducir sus revoluciones hasta un<br />
valor óptimo de operación cercano a 1800 rpm, para ello se<br />
diseña el subsistema que estará compuesto por 4 engranes<br />
reductores.<br />
4.1.2 Cálculo de la Relación de Transmisión<br />
Para el cálculo de la relación de transmisión se escogen las<br />
revoluciones pertenecientes al reductor de velocidades y la<br />
revolución final que se pretende lograr para los engranes las<br />
cuales son w 2 igual a 4800 [rpm] y w 5 igual a 1800 [rpm]<br />
4.1.3 Cálculo del Número de dientes<br />
Para un reductor de velocidad de menor tamaño se busca que<br />
el número de dientes para los engranes impulsores e<br />
impulsados sean iguales debido a que el tamaño final del<br />
reductor está limitado por su volumen y la disponibilidad de<br />
espacio en el vehículo hibrido, en este caso al ser más pequeño<br />
Con las revoluciones obtenidas para cada engrane del reductor<br />
de velocidades se procede a calcular los pares de torsión de<br />
acuerdo a la relación de potencia de cada uno de ellos.<br />
4.2.1 Diámetros de Engranes<br />
De acuerdo a los valores obtenidos se procede a calcular los<br />
diámetros para los engranes del reductor de velocidades, el<br />
paso diametral escogido es de 7 [dientes/pulgada]).<br />
d 2 = d 4 = 2,285 [pulg]<br />
d 3 = d 5 = 3,714 [pulg]<br />
Los diámetros obtenidos serán los valores requeridos para<br />
realizar el cálculo en el diseño de engranes.<br />
4.2.2 Velocidades de línea de paso<br />
Es la velocidad lineal de un punto sobre el engrane en el radio<br />
del círculo de paso.<br />
La velocidad de la línea de paso Engrane 2,3 se la muestra en<br />
la Ecuación 1.<br />
V 23 = 2871,41 [ pies<br />
min ] (1)<br />
Velocidad de la línea de paso Engrane 4,5. Ecuación 2.<br />
4.3 Cálculo de Cargas Transmitidas<br />
V 45 = 1767,021 [ pies<br />
min ] (2)<br />
Para el diseño de engranes se especifica la potencia y la<br />
velocidad.<br />
Las cargas transmitidas al engrane 2,3, están en la Ecuación 3.<br />
t<br />
W 23 = 955,50 [lbf] (3)<br />
Las cargas transmitidas al engrane 4,5, están en la Ecuación 4.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Porcentaje de energia<br />
Diseño del Sistema de Freno Regenerativo de Automóviles Híbridos<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
67<br />
t<br />
W 45 = 1552,68 [lbf] (4)<br />
El valor obtenido correspondiente al engrane 4 es el más<br />
crítico por ser el de menor tamaño (se debe señalar que el<br />
engrane 5 es de mayor tamaño por lo cual no es el elemento<br />
crítico a tomar en cuenta inicialmente) y el engrane 4 deberá<br />
transmitir la mayor cantidad de carga en el tren de engranajes,<br />
se realizan los cálculos respectivos en base a este elemento, el<br />
cual soportará los mayores esfuerzos de contacto que son un<br />
factor limitante.<br />
En la Tabla 1 se presentan los valores obtenidos para el grupo<br />
de engranes reductores calculados inicialmente.<br />
Tabla 1. Valores Obtenidos de Engranes para el Reductor de Velocidades.<br />
Generador Eléctrico<br />
Engrane<br />
2<br />
Engrane<br />
3<br />
Para realizar los cálculos de potencia en el generador eléctrico<br />
se toma en cuenta a los elementos con los cuales está<br />
conectado y como se revisó previamente en el reductor de<br />
velocidades el último elemento que entra en contacto es el<br />
engrane 5, de aquí se obtiene el par de torsión adecuado con el<br />
cual operará el generador.<br />
4.4 Cálculo de la Potencia Electromagnética<br />
La potencia electromagnética es el producto del par<br />
electromagnético por la velocidad angular del rotor<br />
P i = 61 [KW]<br />
Engrane<br />
4<br />
Engrane<br />
5<br />
Número de<br />
dientes (N)<br />
16 26 16 26<br />
Velocidad angular<br />
[rpm]<br />
4800 2954 2954 1800<br />
Par de Torsión<br />
[lbf-pie]<br />
90,97 147,83 147,83 240,22<br />
Diámetro [pulg] 2,28 3,71 2,28 3,71<br />
Velocidad lineal<br />
[pie/min]<br />
2871,41 2871,41 1767,021 1767,021<br />
Cargas<br />
Transmitidas<br />
955,5 955,5 1552,68 1552,68<br />
Factor Dinámico 1,3166 1,3166 1,1751 1,1751<br />
Ancho de cara<br />
[pulg]<br />
2 2 1,5 1,5<br />
Factor de<br />
distribución de<br />
carga<br />
1,1338 1,1338 1,1677<br />
Esfuerzo de<br />
contacto [Kpsi]<br />
Esfuerzo a la<br />
flexión [Kpsi]<br />
Numero de ciclos<br />
[rpm]<br />
Factor de<br />
seguridad a<br />
flexión<br />
Factor de<br />
seguridad a<br />
desgaste<br />
Resistencia a la<br />
Fatiga Superficial<br />
[Kpsi]<br />
Resistencia a la<br />
flexión [Kpsi]<br />
150 150 158 158<br />
25 19 28 22<br />
2,88<br />
x10 9<br />
1,77 x10<br />
9<br />
1,77 x10<br />
9<br />
1,09 x10<br />
9<br />
2,16 2,76 2,26 2,5<br />
1,31 1,33 1,61 1,43<br />
225 225 275 225<br />
65 65 75 65<br />
Para dicho valor de potencia electromagnética no se han<br />
tomado en cuenta las propias pérdidas de potencia por efectos<br />
de fricción y calentamiento entre los elementos implicados<br />
como los engranes y el rotor del generador, la potencia real del<br />
generador es de aproximadamente 53 [kW].<br />
4.5 Consumo y Regeneración de Energía Eléctrica<br />
Para determinar el consumo de energía se parte de la potencia<br />
entregada por el motor eléctrico, el análisis realizado<br />
corresponde a 110 [KW] de potencia los cuales son utilizados<br />
durante 1 hora para operar el vehículo, de ello se asumen<br />
frenadas por parte del usuario o desplazamiento del vehículo<br />
sin aceleración (movimiento por inercia propia) de donde se<br />
obtienen los siguientes datos. Tabla 2.<br />
Tabla 2. Porcentaje de Energía Recuperada al Tiempo Específico de Frenado.<br />
Energía Demandada durante 1 hora<br />
[W/h]:<br />
Tiempo de<br />
Frenado o<br />
Desplazamiento<br />
del Vehículo sin<br />
Aceleración<br />
durante 1 hora de<br />
Funcionamiento<br />
En la Figura 11, se puede observar el porcentaje de energía<br />
recuperada aumenta considerablemente conforme el tiempo de<br />
frenado es mayor.<br />
100%<br />
80%<br />
60%<br />
40%<br />
20%<br />
0%<br />
Energia Recuperada<br />
Energia Demandada<br />
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25<br />
Tiempo de frenado [min]<br />
105000 [W/h]<br />
Minutos Segundos Energía Recuperada [W]<br />
3 180,0 5 250 5%<br />
3,5 210,0 6 125 6%<br />
4 240,0 7 000 7%<br />
4,5 270,0 7 875 8%<br />
5,0 300,0 8 750 8%<br />
5,5 330,0 9 625 9%<br />
6 360,0 10 500 10%<br />
6,5 390,0 11 <strong>37</strong>5 11%<br />
7 420,0 12 250 12%<br />
7,5 450,0 13 125 13%<br />
8,0 480,0 14 000 13%<br />
8,5 510,0 14 875 14%<br />
9 540,0 15 750 15%<br />
9,5 570,0 16 625 16%<br />
10 600,0 17 500 17%<br />
10,5 630,0 18 <strong>37</strong>5 18%<br />
11,0 660,0 19 250 18%<br />
11,5 690,0 20 125 19%<br />
12 720,0 21 000 20%<br />
12,5 750,0 21 875 21%<br />
13 780,0 22 750 22%<br />
13,5 810,0 23 625 23%<br />
14,0 840,0 24 500 23%<br />
14,5 870,0 25 <strong>37</strong>5 24%<br />
15 900,0 26 250 25%<br />
15,5 930,0 27 125 26%<br />
Figura 11. Tiempo de Frenado Vs Porcentaje de Energía<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Méndez Cuello Andy 1 ; Cely Vélez Mauricio 1 ; Monar Monar Willan 1<br />
68<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
5. CONCLUSIONES<br />
Se concluye que si es posible diseñar el sistema de freno<br />
regenerativo para vehículos híbridos de acuerdo a las<br />
especificaciones planteadas inicialmente. Se han seleccionado<br />
los elementos que intervienen directamente sobre el sistema<br />
permitiendo describir cada proceso por separado.<br />
Al contar un vehículo con frenos regenerativos el aumento de<br />
la energía disponible se ve reflejada directamente en la<br />
autonomía del vehículo ya que logra un mayor kilometraje<br />
consumiendo la misma cantidad de energía.<br />
El principal desafío en el diseño del proyecto radica en el poder<br />
transmitir eficientemente la potencia otorgada por los equipos<br />
y la cantidad de energía disponible por los distintos elementos<br />
compuestos en el freno regenerativo, el análisis comparativo<br />
realizado entre varios modelos de equipos y elementos dan por<br />
determinado que la mejor opción es la conexión mediante<br />
engranes helicoidales.<br />
El conocer los esfuerzos a los que están solicitados los<br />
elementos del freno regenerativo permiten tener una idea<br />
mucho más clara de la factibilidad de cada uno, permitiendo<br />
de esta manera establecer geometrías, fuerzas y medidas<br />
diferentes para cada equipo.<br />
Las baterías utilizadas como fuente de almacenamiento de<br />
energía eléctrica están sometidas a altos niveles de exigencia<br />
y deben ser capaces de contener elevadas cargas con la menor<br />
masa posible siendo un objetivo primordial el reducir el peso<br />
del vehículo para aumentar la autonomía energética del<br />
mismo, además están expuestas a rangos de temperatura muy<br />
amplios, la posibilidad de accidentes e indeterminados ciclos<br />
de carga y descarga.<br />
REFERENCIAS<br />
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http://www.aficionadosalamecanica.net/2013/11/.<br />
Arcos D. Ortiz A. (2012). Diseño de un sistema de tracción delantera en<br />
motocicletas complementando la tracción posterior. Proyecto previo a la<br />
obtención del título de Ingeniero Mecánico. E.P.N. Quito, Ecuador.<br />
Biblioteca Virtual. Biblioteca Luis Ángel Arango. Funcionamiento del motor<br />
de combustión Interna. Obtenido de:<br />
http://www.banrepcultural.org/node/92121.<br />
Bravo, Nicolás. (2008). Sistema de Conversión Mecánica Eléctrica para un<br />
generador undimotriz. Memoria para optar al título de ingeniero civil<br />
electricista. Facultad de Ciencias Básicas y Matemáticas. Santiago de Chile.<br />
Chile.<br />
Cengel, Yunus. Termodinámica. Sexta Edición. Editorial McGraw-Hill.<br />
México. 2009.<br />
Faires, V. Diseño de Elementos de Máquinas. Cuarta Edición. Editorial<br />
Montaner y Simon S.A. Barcelona.<br />
El Rincón de la Tecnología. Motor de combustión. Obtenido de:<br />
http://tecnologia-escolapioslogrono.blogspot.com/2011/04/motor-decombustion.html.<br />
Kalpakjian, Serope. Manufactura, Ingeniería y Tecnología. Quinta Edición.<br />
Editorial Prentice Hall. México. 2009.<br />
Karl-Heinz Dietsche. Manual de la técnica del automóvil. Cuarta Edición.<br />
Editorial Bosch.<br />
Martínez Salvador. Electrónica de Potencia Componentes, Topologías y<br />
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Motor eléctrico. Definiciones básicas de los motores eléctricos. Obtenido de:<br />
http://acer.forestales.upm.es/2013/02.<br />
Motores Térmicos. Motor de combustión Interna Alternativo. Introducción,<br />
Elementos Constructivos, Clasificación. Universidad de Valladolid. Escuela<br />
de Ingenierías Industriales. Obtenido de:<br />
https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51445/1/Docume<br />
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Editorial Prentice Hall. México. 2011.<br />
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Shigley Joseph. “Diseño en Ingeniería Mecánica”. <strong>No</strong>vena Edición. Editorial<br />
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Sotomayor, Gómez. Castillo (Enero 2014). Visual Control of an Autonomous<br />
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Obtenido de:<br />
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/article/view/107.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Análisis del proceso de pintura esmalte en estructuras automotrices mediante Lean Six Sigma-Fase III<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
69<br />
Análisis del proceso de pintura esmalte en estructuras automotrices<br />
mediante Lean Six Sigma-Fase III<br />
Reina Salvatore 1 ; Ayabaca César 2 ; Tipanluisa Luis 2<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecánica, Laboratorio de Análisis de Esfuerzos y Vibraciones Quito,<br />
Ecuador<br />
2<br />
Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecánica, Quito, Ecuador<br />
Resumen: Se analizó el proceso de aplicación pintura esmalte en las estructuras automotrices con apariencia piel de<br />
naranja (i.e textura) de diferente longitud. Se realizó el despliegue de las matrices CTX (i.e características críticas del<br />
proceso) temperatura de horno, presión de aire, porcentaje de sólidos y CTY (i.e características críticas del producto)<br />
como piel de naranja. Se aplicó el diseño de experimentos factorial fase III de la metodología Lean Six Sigma, de<br />
interacción de las características críticas del proceso con las características críticas del producto. Se determinan los<br />
efectos significativos sobre las características críticas del proceso (porcentaje de sólidos 36,87%, temperatura del horno<br />
132 °C y presión de aire 85 PSI) que disminuyen el efecto piel de naranja, aumentando el rating hasta un valor<br />
optimizado de 6,80. Con los valores optimizados se procede a calibrar el proceso de aplicación pintura esmalte en<br />
estructuras automotrices para obtener satisfacción del cliente.<br />
Palabras clave: Pintura esmalte, piel de naranja, lean six sigma, estructuras automotrices.<br />
Analysis of the process enamel paint in automotive structures with<br />
Lean Six Sigma-Phase III<br />
Abstract: The process of application was analyzed painting enamels in the car structure with appearance peel orange or<br />
dark shades of different length. There realized the deployment of the counterfoils CTX (i.e critical characteristics of the<br />
process) temperature of oven, air pressure, percentage of solid and CTY (i.e critical characteristics of the product) as<br />
peel orange. The experimental design was applied factorial of the phase III of the methodology Lean Six Sigma, of<br />
interaction of the critical characteristics of the process with the critical characteristics of the product. There decide the<br />
significant effects on the critical characteristics of the process (solid 36,87 %, temperature of the oven 132 °C and air<br />
pressure 85 PSI) that diminish the effect peel orange, increasing the rating with optimized value of 6,80. One proceeds<br />
to calibrate the process of application enamel paint in the automotive structures to obtain satisfaction of the client.<br />
Keywords: Painting enamels, peel orange, lean six sigma, automotive structures.<br />
11. INTRODUCCION<br />
Las estructuras automotrices al ser sometidas a un proceso de<br />
aplicación de pintura esmalte presentan una textura de forma<br />
ondulada con asentamientos entre claros y oscuros que se<br />
conoce como piel de naranja (Ansdell, 1999). La pintura<br />
aparte de dar una buena apariencia a la carrocería cumple con<br />
el propósito de proteger de la radiación ultravioleta, lluvia<br />
ácida y de los efectos del agua y el clima (Bender, 2013). Los<br />
procesos de aplicación de pintura esmalte se lo realiza en<br />
cabina, las variables que intervienen son analizadas<br />
cualitativamente con modos de fallo y efecto (GMS, 2006).<br />
De acuerdo a la estructura de mejora continua una vez que se<br />
dispone del análisis cualitativo es necesario efectuar el<br />
análisis experimental para estandarizar el proceso (Reina,<br />
2014). La fase III de la metodología Lean Six Sigma se<br />
salvatore.reina@epn.edu.ec.<br />
caracteriza por realizar el análisis experimental factorial de<br />
las variables, partiendo del análisis de modos de fallo y<br />
efecto. La casa de la calidad es utilizada para el despliegue de<br />
las matrices desde las características que involucran al cliente<br />
hasta el producto final. Con Lean Six Sigma se parte de una<br />
evaluación previa de las características críticas del proceso<br />
que impactan significativamente en el producto, que es el<br />
caso de la medición del acabado superficial de la estructura<br />
automotriz al ser sometido a una aplicación de pintura<br />
esmalte (Montgomery, 2005). El proceso para determinar si<br />
un vehículo tiene manchas oscuras cortas o largas (i.e piel de<br />
naranja) que refleja la textura del acabado es una inspección<br />
visual (GCA, 2006). El Wave-scan Plus es un medidor de la<br />
textura de las superficies pintadas que indican la longitud de<br />
onda de las manchas que se presentan. El “rating” es un valor<br />
de rango de ondulaciones de onda que indica la medida del<br />
efecto piel de naranja en las estructuras automotrices que han<br />
sido sometidas a un proceso de aplicación de pintura. Las<br />
mediciones del perfil óptico luminoso de las superficies<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Reina Salvatore 1 ; Ayabaca César 2 ; Tipanluisa Luis 2<br />
70<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
pintadas dan lugar a ondulaciones de longitud de corta o larga<br />
onda. En lo referente al proceso de pintura las plantas<br />
automotrices siguen utilizando el modo de fallos y efectos<br />
cuyos análisis se encuentran desplegados en los puestos de<br />
trabajo.<br />
La metodología Lean Six Sigma en la fase analizar se enfoca<br />
en el diseño experimental para efectuar el análisis<br />
cuantitativo de las características críticas del proceso que<br />
influyen significativamente en el producto (Salvendy, 2001).<br />
2.1Materiales y Equipos<br />
2. MATERIAL Y MÉTODOS<br />
2.1.1 Estructura automotriz y Medidor Wave-scan PLUS<br />
1era.<br />
Aplicación de barniz 2da.<br />
Se utilizó una estructura automotriz de acero aleado tipo SAE<br />
que ha sido sometida a un proceso de aplicación con pintura<br />
esmalte del proveedor DUPONT. Una vez terminada la<br />
aplicación de pintura la estructura automotriz se encuentra en<br />
el patio de terminados esperando la auditoria GCA, que es el<br />
análisis de unidades desde el punto de vista de percepción del<br />
efecto piel de naranja del cliente antes de liberar las unidades<br />
de fábrica. De acuerdo al sistema global de manufactura se<br />
escogen cinco unidades, entre los parámetros a medir está la<br />
piel de naranja en unidades de “rating” (GCA, 2006).<br />
Para medir las diferentes longitudes de onda se utiliza el<br />
medidor Wave-scan PLUS que fue desarrollado entre otros<br />
por Toyota. Es un medidor de piel de naranja que se coloca<br />
sobre las estructuras automotrices después de que han sido<br />
pintadas en las cabinas.<br />
Es aplicable en rangos de (0,1 – 12) mm de longitud de onda<br />
el cual es un parámetro fundamental en las superficies con<br />
piel de naranja. En ondulación corta (0,1
Análisis del proceso de pintura esmalte en estructuras automotrices mediante Lean Six Sigma-Fase III<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
71<br />
Para determinar del efecto piel de naranja se debe colocar el<br />
lente del medidor sobre el punto de medición (puertas, capot<br />
o techo). Para efectuar la operación se debe mantener<br />
presionado el botón operate y mover el medidor hacia delante<br />
rodándolo sobre sus ruedas, como se indica en la Figura 3. Se<br />
toman tres lecturas de rating en cualquier punto de la<br />
superficie, en superficies de considerable dimensión deberán<br />
tomarse las mediciones de rating aleatoriamente. La distancia<br />
entre los puntos de medición debe ser de aproximadamente<br />
50 cm. Se debe registrar el promedio de las mediciones<br />
(GCA, 2006).<br />
C<br />
T<br />
Y<br />
Tabla 1.Matriz de priorización características críticas del proceso<br />
CTY seleccionadas<br />
Prior. CTY 1 2 3<br />
Especificaci<br />
ones<br />
Brillo<br />
Espesor<br />
Aparie<br />
ncia<br />
piel de<br />
naranj<br />
a<br />
Prior<br />
.<br />
CTX<br />
Flujo de 440- 480<br />
fluido<br />
ml/min<br />
1 3 9 34<br />
Temperatura<br />
de Presecado<br />
40 - 50 °C 3 3 3 18<br />
Temperatura<br />
Flash Off 30 - 45 °C 1 1 3 12<br />
(entrada)<br />
Sólidos (%) 18 - 36% 3 3 9 36<br />
Humedad<br />
Relativa<br />
45 - 75% 3 3 3 18<br />
Presión de<br />
aire<br />
75 - 85 PSI 3 3 9 36<br />
Presión<br />
pintura<br />
35 - 45 PSI 1 3 9 34<br />
Temperatura<br />
Cabina Base<br />
20 - 26% 9 3 3 24<br />
Viscosidad 22 - 27 seg a<br />
Color<br />
25 °C<br />
3 9 3 30<br />
Temperatura 135 °C en<br />
del Horno 10 min<br />
9 9 9 54<br />
Figura 3.Medición (rating) en superficies pintadas automotrices.<br />
2.2.2 Características críticas del proceso que afectan a la<br />
textura<br />
Las características críticas del proceso son las que definen las<br />
condiciones de la cabina de pintura esmalte que deben ser<br />
reguladas de acuerdo al tipo de aplicación sobre la superficie<br />
automotriz. Para la aplicación de pintura de cabina se<br />
determinó que la presión de aplicación, la temperatura del<br />
horno y el porcentaje de sólidos de la pintura afectan<br />
considerablemente al acabado de la superficie.<br />
En la Tabla 1, se indica las variables de cabina que<br />
intervienen en el proceso de aplicación de pintura de las<br />
estructuras que pasan por la cadena transportadora. Se<br />
presentan en la matriz de priorización de características<br />
críticas del proceso y que inciden significativamente en la<br />
textura superficial de las estructuras que son: % sólidos,<br />
presión de aire y temperatura del horno. La matriz de<br />
priorización se obtiene efectuando la calificación: 1: Baja<br />
incidencia significativa, 3: Mediana incidencia significativa,<br />
9: Alta incidencia significativa, (Taguchi, 2005).<br />
Al aplicar Lean Six Sigma fase III, se efectúa una<br />
aproximación de las características críticas del proceso<br />
partiendo de las condiciones en las que opera la cabina de<br />
pintura. El análisis multivariable que corresponde a la fase III<br />
del diseño experimental se lo realiza con los siguientes<br />
factores: porcentaje de sólidos (18-36) %, presión de pistola<br />
de aire (70-80) PSI y temperatura de horno (156-160) °C<br />
correspondiente a un valor de piel de naranja de 6,45 rating.<br />
Para la planificación de la corrida experimental las<br />
características críticas del proceso se las considera como los<br />
factores con dos niveles. El diseño experimental indica los<br />
valores de piel de naranja en rating a medida que varían los<br />
factores interrelacionados con los niveles.<br />
Se utilizó el software Minitab 16 con el módulo diseño de<br />
experimentos y Taguchi. Los valores de rating para obtener<br />
una textura de piel de naranja a satisfacción del cliente es de<br />
5,5 a 7 (GCA, 2006). Para el análisis de variabilidad en las<br />
estructuras automotrices se planteó lo siguiente:<br />
H 0 = La presencia de piel de naranja no tiene efectos<br />
significativos con relación al % de sólidos, presión de aire<br />
y temperatura del horno.<br />
H 1 = La presencia de piel de naranja tiene efectos<br />
significativos con relación al % de sólidos, presión de aire<br />
y temperatura del horno.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
En las plantas ensambladoras automotrices el acabado<br />
superficial en lo que respecta a la textura representa la carta<br />
de presentación de la marca desde el punto de vista visual.<br />
Durante el proceso de aplicación en cabina se originan<br />
superficies en la estructura automotriz de (0,1 a 10) mm<br />
como se indica en la Figura 4, se reflejan manchas oscuras y<br />
claras dicho estado se conoce como efecto piel de naranja.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Reina Salvatore 1 ; Ayabaca César 2 ; Tipanluisa Luis 2<br />
72<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
aumento del valor de “rating” con tendencia a 7,0. La corrida<br />
experimental permite visualizar los valores para la<br />
calibración del proceso de pintura esmalte de las estructuras a<br />
medida que van trasladándose por la línea de producción. Por<br />
lo general las plantas automotrices de ensamble en el proceso<br />
pintura esmalte efectúan las calibraciones de manera<br />
cualitativa con el análisis de modo de fallo y efecto. Al<br />
aplicar la fase III de Lean Six Sigma se obtienen no solo los<br />
niveles de calibración de cada uno de los factores, sino los<br />
valores de los niveles óptimos de calibración. A medida que<br />
aumenta el valor de rating se obtiene la mejor condición de<br />
disminución del efecto de piel de naranja.<br />
Figura 4.Superficie de estructura automotriz (0,1-10) mm.<br />
La característica crítica piel de naranja para que no impacte<br />
visualmente al cliente debe encontrarse en un intervalo de<br />
5,5
Análisis del proceso de pintura esmalte en estructuras automotrices mediante Lean Six Sigma-Fase III<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
73<br />
niveles: cantidad de sólidos (36-40) %, temperatura del horno<br />
(130-135,36) °C, presión de aire (85-90) PSI. En la Tabla 2<br />
abajo, se observa las mediciones de piel de naranja<br />
correspondientes al Diseño factorial II con un valor máximo<br />
de 6,99 rating. Es evidente que la interacción de los factores<br />
con la combinación experimental de sus niveles factoriales<br />
determina el máximo rating de piel de naranja para el diseño<br />
II. Se procedió a optimizar los factores del diseño<br />
experimental factorial II aplicando software Minitab 16 para<br />
un valor de piel de naranja de 6,80 rating, como se indica en<br />
la Tabla 3 abajo.<br />
Se tiene evidencia a partir del diseño factorial II los niveles a<br />
los que se calibra: cantidad de sólidos (35-40) %, temperatura<br />
del horno (130-135,36) °C y presión de aire (85-90) PSI se<br />
indica en la Tabla 3 abajo.<br />
Tabla 3.Optimización de los niveles factoriales: diseño experimental I arriba<br />
y diseño factorial II abajo.<br />
Diseño experimental I<br />
Optimal Temperatura % Sólido Presión<br />
D Hi 140 36 85<br />
0,5<strong>37</strong>14 Cur [135,3598] [36,9] [85,0]<br />
Optimal<br />
D<br />
0.5<strong>37</strong>14<br />
Piel de naranja<br />
Maximum<br />
y= 6,7380<br />
d= 0,15867<br />
Espesor<br />
Targ: 117,0<br />
y= 116,8008<br />
d= 0,97670<br />
Brillo<br />
Targ: 95,0<br />
y= 95,0000<br />
d= 1,0000<br />
140.0<br />
36.0<br />
85.0<br />
Lo 135 18 75<br />
Diseño experimental II<br />
Optimal Temperatura % Sólido Presión<br />
D Hi 135,36 40 90<br />
0,06073 Cur [132,4389] [36,8566] [85,0]<br />
Piel de naranja<br />
Maximum<br />
y= 6,80042<br />
d= 0,05247<br />
Espesor<br />
Targ: 116,8010<br />
y= 132,8646<br />
d= 0,00436<br />
Brillo<br />
Targ: 95,0<br />
y= 95,0342<br />
d= 0,97959<br />
Hi<br />
Cur<br />
Lo<br />
PIEL DE<br />
Maximum<br />
y = 6.7380<br />
d = 0.15867<br />
ESPESOR<br />
Targ: 117.0<br />
y = 116.8008<br />
d = 0.97670<br />
BRILLO (<br />
Targ: 95.0<br />
y = 95.0000<br />
d = 1.0000<br />
Optimal<br />
D<br />
0.06073<br />
Hi<br />
Cur<br />
Lo<br />
PIEL DE<br />
Maximum<br />
y = 6.8042<br />
d = 0.05247<br />
ESPESOR<br />
Targ: 116.8010<br />
y = 132.8646<br />
d = 0.00436<br />
BRILLO (<br />
Targ: 95.0<br />
y = 95.0342<br />
d = 0.97959<br />
TEMPERAT<br />
[135.3598] [36.0] [85.0]<br />
135.0<br />
18.0<br />
75.0<br />
TEMPERAT<br />
% SOLIDO PRESION<br />
% SOLIDO PRESION<br />
Lo<br />
135.360<br />
130<br />
40.0<br />
35<br />
90.0<br />
85<br />
[132.4389] [36.8566] [85.0]<br />
130.0 35.0 85.0<br />
3.3 Resultado de análisis de variabilidad efecto piel de<br />
naranja<br />
Se realiza el análisis de variabilidad con los resultados de piel<br />
de naranja del diseño experimental factorial II. La<br />
probabilidad de la temperatura del horno y el porcentaje de<br />
sólidos es 0,244, efectos no significativos. El efecto de la<br />
presión de aire con probabilidad 0,000 es significativo. El<br />
efecto debido al porcentaje de sólidos con presión de aire es<br />
significativo con probabilidad de 0,028. La presión de aire<br />
explica el 93,49% de la variabilidad del efecto piel de naranja<br />
en las estructuras automotrices.<br />
En la Fig. 6, se indica el análisis de variabilidad con los datos<br />
de rating que siguen una distribución normal. Los valores de<br />
los residuales indican valores mínimos con respecto al rango<br />
de valores aproximándose a 6,99 por la derecha. El rating<br />
obtenido es el máximo de acuerdo a las condiciones del<br />
diseño experimental. Los resultados de los residuales de<br />
rating tienen un comportamiento aleatorio de -0,50 a 0,50.<br />
Percent<br />
Frequency<br />
99<br />
90<br />
50<br />
10<br />
1<br />
-0,050<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
<strong>No</strong>rmal Probability Plot of the Residuals<br />
-0,04<br />
Residual Plots for PIEL DE NARANJA (6.5-7 rating)<br />
-0,025<br />
0,000<br />
Residual<br />
-0,02 0,00<br />
Residual<br />
0,025<br />
Histogram of the Residuals<br />
0,02<br />
0,050<br />
0,04<br />
Residual<br />
Residual<br />
0,050<br />
0,025<br />
0,000<br />
-0,025<br />
-0,050<br />
0,050<br />
0,025<br />
0,000<br />
-0,025<br />
-0,050<br />
1<br />
Residuals Versus the Fitted Values<br />
6,80<br />
5<br />
6,84 6,88 6,92<br />
Fitted Value<br />
10 15 20 25 30<br />
Observation Order<br />
35<br />
6,96<br />
Residuals Versus the Order of the Data<br />
Figura 6.ANOVA piel de naranja. Distribución normal, residuales y puntos<br />
atípicos de rating.<br />
3.4 Resultado de calibrar proceso de aplicación pintura<br />
esmalte<br />
El efecto piel de naranja en las estructuras automotrices a<br />
medida que se acerca a valores cercanos a 7 disminuye y se<br />
obtiene la apariencia requerida de satisfacción al cliente. Para<br />
el proceso de aplicación de pintura se recomiendan los<br />
factores óptimos de aplicación de pintura esmalte: cantidad<br />
de sólidos 36,86%, temperatura del horno 132,4 °C y presión<br />
de aire de 85 PSI que corresponde al nivel bajo, como se<br />
indica en la Tabla 3.<br />
Los resultados obtenidos de la optimización fueron a partir de<br />
dos corridas experimentales factoriales, partiendo del análisis<br />
multivariable que indica el punto de partida de las<br />
características críticas a calibrar. Las mediciones obtenidas<br />
de piel de naranja indican que la calibración se ha efectuado a<br />
las condiciones actuales del proceso de pintura esmalte.<br />
Aplicando la fase III de la metodología lean six sigma, las<br />
matrices indican las características críticas a optimizar con el<br />
programa minitab 16.<br />
4. CONCLUSIONES<br />
Al aplicar la fase III de la metodología Lean Six Sigma<br />
directamente en los procesos de mejora continua, se logra<br />
tener información cuantitativa para acercarse a la zona de<br />
optimización. El análisis multivariable es la base para obtener<br />
evidencia de las aproximaciones, como fue el caso del<br />
análisis piel de naranja con el valor máximo de rating de 6,73<br />
40<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Reina Salvatore 1 ; Ayabaca César 2 ; Tipanluisa Luis 2<br />
74<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
del diseño experimental I, al valor de 6,99 rating del diseño<br />
experimental II, como se indica en la Tabla 2.<br />
La característica crítica del proceso de aplicación de pintura<br />
esmalte de mayor efecto significativo es la presión de aire de<br />
la pistola. Al aplicar diseño experimental se determinó que<br />
los valores óptimos: presión de aire para el proceso es de 85<br />
PSI en interacción con los factores porcentaje de sólidos<br />
36,86% y temperatura del horno 132,4 °C dan un “rating”<br />
esperado de 6,80.<br />
El conocer inicialmente los niveles factoriales basados en la<br />
experiencia y en la forma de ejecutar el proceso es<br />
fundamental para la calibración del proceso de pintura<br />
esmalte en los valores óptimos del porcentaje de sólidos,<br />
presión de aire y temperatura del horno, como se observa la<br />
matriz de la Tabla 1.<br />
Con la aplicación de la fase analizar de la metodología Lean<br />
Six Sigma al mejoramiento de las características críticas del<br />
proceso de pintura, se definirán las variables que tienen<br />
mayor efecto significativo y que serán el foco de mejora. Se<br />
estandarizaran y se efectuarán análisis de los efectos<br />
significativos que impactan a la característica crítica piel de<br />
naranja de las estructuras automotrices.<br />
AGRADECIMIENTO<br />
El presente estudio fue posible realizarlo gracias a GM-OBB<br />
Ecuador en lo referente al Sistema Global de Manufactura<br />
(GMS). A los editores por sus observaciones y<br />
recomendaciones para mejorar el presente trabajo.<br />
REFERENCIAS<br />
Ansdell, D. (1999). Paint and surface coatings. Metals and surface<br />
Engineering, 411-491.<br />
Bender, L. (2013). Automotive Paint. Encyclopedia of Forensic Sciences,<br />
257-264.<br />
General Motors Manual GCA, Gestión de Auditoría del Cliente, 2007.<br />
Montgomery, D. (2005). Design and Analysis of Experiment, (6ta ed.).<br />
EEUU: Wiley.<br />
Sistema Global de Manufactura GMS. General Motors-OBB., EEUU, 2006.<br />
Reina, S. (2014). Estudio Experimental de la variación de la resistencia a la<br />
tracción del hilo de polipropileno. Colim. (1), 67-73.<br />
Salvendy, G. (2001). Handbook of Industrial Engineering, (3ra ed.). EEUU:<br />
Wiley.<br />
Taguchi, G., y Chowdhury, S. (2005). Taguchi’s Quality Engineering<br />
Handbook (2nd ed.). Livonia, Michigan., EEUU: Wiley.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad para Asientos de Vehículo<br />
75<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad<br />
para Asientos de Vehículo<br />
<br />
Paredes Cristian 1 ; Guarnizo Jorge 1 ; Guerrero Víctor H. 1 ; Campaña Orlando 1<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Laboratorio de Nuevos Materiales, Departamento de Materiales, Quito, Ecuador<br />
Resumen: Los asientos de los vehículos requieren evaluación para garantizar su durabilidad y seguridad, mediante<br />
ensayos cíclicos para simular las condiciones durante su vida útil. Este artículo describe el diseño y construcción de<br />
un banco de pruebas de durabilidad para asientos de vehículo. Para el diseño se considera al bastidor como un<br />
pórtico y se hace un análisis de las cargas estáticas con el programa de simulación de elementos finitos ALGOR. De<br />
la misma forma se analizan los componentes de los sistemas de sujeción de muestras e indentación. Para el diseño<br />
del sistema de carga se seleccionan un cilindro neumático, actuador y compresor. Los conductos del sistema se<br />
dimensionan con el cálculo de pérdidas de presión y el consumo de aire. Para el control de sistema neumático se<br />
desarrolla un sistema electrónico comandado por un microcontrolador. Mediante el banco de pruebas se realizan<br />
ensayos de resistencia mecánica de la silla, durabilidad en el extremo delantero, espaldar y apoyacabezas,<br />
resistencia del pivote en el herraje y absorción de choques. El equipo aplica cargas de hasta 100 kgf, durante un<br />
máximo de 150000 ciclos con un tiempo de duración de cada ciclo de hasta 10 segundos. El banco de pruebas<br />
contribuye al control de calidad y normalización.<br />
Palabras clave: Diseño mecánico, banco de pruebas, asientos de vehículo, resistencia mecánica, durabilidad.<br />
Design and Construction of an Automotive Seat Durability Test<br />
Bench<br />
Abstract: Vehicle seats require evaluation in order to guarantee their durability and security, through cyclic tests<br />
that simulate usage conditions during its useful life. This paper describes the design and construction of a test bench<br />
to evaluate vehicle seats durability. For design purposes, the frame structure is considered as a portal and the static<br />
analysis is performed using the finite element simulation software ALGOR, in the same way of analysis for the<br />
sample fastening and indentation systems. For the loading system design a pneumatic cylinder, actuator and<br />
compressor are selected. The pipes are sized by calculating pressure drop and air consumption. For the pneumatic<br />
system control a microcontroller card is developed. The test bench can be used to perform tests like the mechanical<br />
strength of the chair, durability of the front end, backrest durability, fitting pivot strength, shock absorption and<br />
headrest durability tests. The equipment applies loads of up to 100 kgf for a maximum of 150 000 cycles with a<br />
duration of 10 seconds for each cycle. The test bench for vehicle seats contributes to comply with standardized<br />
requirements through quality control.<br />
Keywords: Mechanical design, test bench, automotive seats, mechanical strength, durability.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
El asiento es un componente de gran importancia en la<br />
industria automotriz ya que afecta la seguridad de los<br />
ocupantes de un vehículo. En el Ecuador las ventas<br />
acumuladas hasta el mes de diciembre del año 2014<br />
ascienden a 120 015 unidades, las cuales debieron haber<br />
cumplido protocolos de ensayo que avalen a cada uno de sus<br />
componentes. (Aillon, 2011)<br />
kleber.campana@epn.edu.ec<br />
Argentina y Colombia son países que cuentan con una<br />
normativa de homologación para asientos de vehículo. Sin<br />
embargo, en países como Ecuador hace falta plantear un<br />
protocolo de ensayos para avalar asientos automotrices.<br />
(AEADE, 2013)<br />
La construcción de un banco de pruebas de durabilidad para<br />
asientos de vehículo podría contribuir a su homologación.<br />
Para esto, el equipo de ensayos se debe diseñar y construir<br />
bajo criterios de evaluación, basados en normas<br />
internacionales. La selección adecuada de estas normas<br />
permitiría implementar estos procesos en países como<br />
Ecuador. La normativa internacional tomada en cuenta para<br />
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76<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
la homologación de asientos automotrices incluye la norma<br />
colombiana NTC 3638 y el reglamento europeo ECE R17.<br />
Los fabricantes de asientos de vehículo están innovando<br />
diariamente y tratan de formular diseños y definir materiales<br />
y procesos que ayuden a cumplir con las exigencias del<br />
usuario. (IRAM-AITA, 1973-2014) Los asientos han ido<br />
mejorando tanto en su uso como en su fabricación para<br />
responder a las necesidades del usuario. La demanda de<br />
asientos en la época actual hace referencia a necesidades<br />
como son la seguridad, coeficientes de amortiguación altos,<br />
prestaciones elevadas y, por supuesto, la seguridad pasiva.<br />
(Corral et al., 2008)<br />
La estructura base del asiento se la fábrica típicamente en<br />
acero AISI 1018. Esto se debe a sus excelentes características<br />
mecánicas a cargas no muy severas, con un alto grado de<br />
tenacidad. (Aillon, 2011) El anclaje de los asientos se lo<br />
realiza mediante pernos hacia la carrocería del vehículo. El<br />
anclaje soporta toda la carga muerta (elementos propios) y la<br />
carga viva (peso del usuario) sin deformarse ni presentar<br />
fallas en su estructura. Los pernos de anclaje están<br />
constantemente sometidos a esfuerzos de tracción y de corte.<br />
(Corral et al., 2008)<br />
1.1 Requerimientos en un asiento de vehículo<br />
En el desarrollo de un asiento se respetan los principios de la<br />
biomecánica. (Li-Xin Guao et al., 2014) Un asiento debe ser<br />
anatómico y hallarse en una posición tal que garantice una<br />
buena visibilidad y una actitud fisiológica correcta, sobre<br />
todo para el conductor. En cuanto al reposacabezas, este debe<br />
ser regulable en altura. (Portilla et al., 2009)<br />
son tomadas en cuenta en este trabajo, debido a la falta de<br />
normativas para este tipo de elementos automotrices en<br />
países sudamericanos; siendo convenientes por la descripción<br />
del protocolo para homologar asientos de vehículo. En cuanto<br />
al reglamento ecuatoriano, no establece puntualmente una<br />
norma para homologar asientos y sus componentes.<br />
El Instituto Colombiano de <strong>No</strong>rmas Técnicas y Certificación<br />
(ICONTEC) es el organismo nacional de normalización para<br />
Colombia. La normativa permite homologar asientos de<br />
vehículos en base a ensayos estáticos. Las pruebas se las debe<br />
realizar en un banco de pruebas, como se ilustra en la Figura<br />
2. (ICONTEC NTC 3638, 1994)<br />
Figura 2. Ilustración de un banco de pruebas estático de asientos.<br />
La Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa<br />
(UNECE) es el organismo de normalización para Europa. La<br />
normativa permite homologar asientos automotrices en base a<br />
ensayos estáticos y dinámicos, es decir que las pruebas se las<br />
realizan con maniquís o robots montados sobre el asiento de<br />
un vehículo o algún simulador avanzado, como se ilustra en<br />
la Figura 3. (UNECE ECE R17, 2002)<br />
Durante una frenada brusca o una colisión frontal o trasera, la<br />
cabeza se desplaza hacia delante y luego hacia atrás, o<br />
viceversa. Este hecho, que se ilustra en la Figura 1 y<br />
conocido como efecto látigo es responsable de la mayor parte<br />
de las lesiones cervicales que sufren los ocupantes de un<br />
vehículo. Los reposacabezas evitan dichas lesiones o, al<br />
menos, reducen su gravedad. (Li- Xin Guao et al., 2011;<br />
(Kolich, 2014)<br />
Figura 3. Pruebas dinámicas de asientos.<br />
Figura 1. Efecto látigo en un accidente.<br />
1.2 Homologación de asientos automotrices<br />
Para homologar asientos automotrices, se debe establecer<br />
patrones de referencia. Estas referencias se encuentran<br />
definidas mediante normas legales que estandarizan y obligan<br />
a los fabricantes de asientos automotrices a cumplir con<br />
dichos requerimientos. Las directrices colombiana y europea<br />
En este trabajo solo se examinan los ensayos estáticos,<br />
debido a que los ensayos dinámicos requieren maquinaria<br />
más compleja y costosa para su ejecución. (Johnson, 2013)<br />
1.3 Ensayos a realizarse<br />
El ciclo de operación para el banco de pruebas de asientos de<br />
vehículo consta de diferentes ensayos que se aplican a los<br />
elementos del asiento que son la silla, espaldar y<br />
apoyacabezas. Los ensayos a realizarse se definen de acuerdo<br />
con la normativa colombiana NTC 3638. Para que un asiento<br />
sea certificado como idóneo para el uso en vehículos<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad para Asientos de Vehículo<br />
77<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
automotores, debe cumplir las pruebas y criterios de<br />
evaluación descritos a continuación. (ICONTEC NTC 3638,<br />
1994)<br />
Para el ensayo de resistencia de la silla se aplica una carga P<br />
perpendicular al espaldar del asiento, siendo ubicada<br />
puntualmente en la mitad de la parte superior de la estructura<br />
del espaldar. Esta carga se la aplica para generar un momento<br />
de 42 kgf.m alrededor de la articulación de la silla. Para<br />
efectuar esta prueba se necesita un indentador el cual es un<br />
plato indeformable de acero, de 100 mm de diámetro. Una<br />
vez realizado el ensayo no deberá haber deformación, roturas<br />
o partes sueltas en el herraje de la silla. En la Figura 4 se<br />
ilustra el ensayo a realizar.<br />
En el ensayo de durabilidad en el extremo delantero se aplica<br />
una carga simultánea P de 30 kgf en dos puntos equidistantes<br />
del eje de simetría, marcados en el extremo delantero del<br />
asiento, durante 140 000 ciclos de carga y descarga. Para<br />
aplicar la carga P se necesitan dos platos indeformables de<br />
diámetro 100 mm, con una simétrica de 120 mm. Una vez<br />
realizado el ensayo no deberá presentarse deformación del<br />
herraje ni saltarse los resortes de la silla.<br />
En la ejecución del ensayo de durabilidad del espaldar se<br />
aplica una carga cíclica perpendicular al espaldar del asiento.<br />
La carga aplicada debe generar un momento de 10 kgf.m en<br />
28 000 ciclos. Para aplicar la carga P al espaldar se necesitan<br />
un indentador de madera que no tenga alabeos. Una vez<br />
realizado el ensayo no deberá haber rotura en los resortes,<br />
separación de las soldaduras o deformación.<br />
daños tanto en el apoyacabezas como en el espaldar y<br />
correderas.<br />
Para el ensayo de durabilidad del apoyacabezas se aplica una<br />
carga de 50 kgf perpendicular al apoyacabezas durante 10<br />
000 ciclos. Este indentador de semiesfera es fabricado en<br />
madera sin alabeos. Una vez realizado el ensayo no debe<br />
haber roturas en partes soldadas, tanto en el apoyacabezas<br />
como en el espaldar.<br />
2. METODOLOGÍA Y DISEÑO<br />
Se realiza un diseño conceptual y funcional del banco de<br />
pruebas para asientos de vehículos. Del requerimiento que<br />
debe cumplir el equipo se desprenden las especificaciones,<br />
sistemas y alternativas que pueden funcionar tomando como<br />
referencia mecanismos y estructuras de equipos similares<br />
existentes para este tipo de aplicaciones. Se elige la<br />
alternativa adecuada ponderando los criterios de diseño como<br />
funcionalidad, movilización, costo. Finalmente se diseña en<br />
detalle la mejor alternativa que se construirá como prototipo<br />
y se evaluará mediante pruebas de funcionamiento. En la<br />
Figura 5 se representa la metodología de diseño empleada<br />
para el banco de pruebas de asientos para vehículos.<br />
Figura 4. Ensayo para la resistencia de la silla.<br />
Para el ensayo de resistencia del pivote en el herraje se aplica<br />
una carga de 80 kgf durante 150 000 ciclos sobre el centro<br />
pivote del asiento. El indentador para esta prueba es el plato<br />
indeformable de acero que transmitirá la carga puntual P<br />
hacia el espaldar. Una vez realizado el ensayo no deberán<br />
presentarse grietas, roturas o separación en la región soldada,<br />
luego de ensayar el herraje.<br />
El ensayo de absorción de choques del apoyacabezas se<br />
realiza aplicando una carga perpendicular P al espaldar para<br />
generar un momento de 38 kgf.m alrededor de la articulación;<br />
esta parte del ensayo se la realiza con el indentador para el<br />
espaldar. Enseguida, se aplica una carga P1 de 100 kgf sobre<br />
el apoyacabezas. Para realizar la segunda parte de la prueba<br />
se necesita un indentador en forma de semiesfera fabricado<br />
de madera. Una vez realizado el ensayo no deben presentarse<br />
Figura 5. Metodología de diseño del equipo.<br />
En este trabajo se ha planteado que se requiere un dispositivo<br />
de pruebas de durabilidad para asientos delanteros de<br />
vehículos, capaz de adaptarse y trabajar en base a las<br />
normativas NTC 3638 y ECE R17. Para diseñar y construir el<br />
banco de pruebas se necesita definir las especificaciones y<br />
restricciones de funcionamiento del equipo que son<br />
establecidas por las normas del requerimiento. Las<br />
principales especificaciones son:<br />
- El bastidor debe ser de tamaño reducido que pueda caber<br />
en cualquier laboratorio y facilitar su traslado.<br />
- El sistema debe generar cargas que varían desde 1 kgf<br />
hasta 100 kgf, en intervalos de 1 kgf.<br />
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78<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
- El sistema debe permitir variar la frecuencia de desde 1<br />
ciclo hasta 150 000 ciclos en intervalos de 1.<br />
- El sistema debe permitir variar el tiempo de trabajo desde<br />
1 hasta 8 segundos, en intervalos de 1.<br />
- El banco de pruebas para asientos de vehículos tiene como<br />
restricción principal el limitar la aplicación de carga<br />
máxima hasta los 100 kgf.<br />
2.1 Sistemas del equipo<br />
Los sistemas del equipo son diseñados teniendo como<br />
referencia a máquinas con fines parecidos y promoviendo su<br />
correcto funcionamiento durante los ensayos. Para el sistema<br />
de bastidor se toma en cuenta que el equipo debe alojar las<br />
diferentes muestras a ensayar, así como también debe contar<br />
con un sistema que fije las mismas. Además, dentro de este<br />
sistema deben estar montados todos los elementos de carga y<br />
de control del equipo.<br />
Para el caso del sistema de carga, el sistema debe permitir<br />
trabajar con diferentes cargas cíclicas repetitivas, que en unos<br />
casos son de relativamente alta frecuencia, las cuales llegan<br />
hasta 1 ciclo por segundo durante 150 000 repeticiones. Por<br />
esto, el sistema de carga seleccionado es neumático.<br />
Figura 6. Primera alternativa de diseño del equipo<br />
La segunda alternativa de diseño del banco de pruebas para<br />
asientos de vehículo se ilustra mediante la Figura 7. Se<br />
propone un modelo que fija permanentemente la platina de<br />
anclaje del asiento.<br />
El sistema de control debe permitir programar diferentes<br />
parámetros de trabajo como son la carga, el tiempo y el<br />
número de ciclos de un ensayo. Por este motivo se determina<br />
que el sistema adecuado de control es electrónico comandado<br />
por un PIC (controlador programable de interrupciones).<br />
2.2 Alternativas del equipo<br />
En las alternativas del conjunto, se diseñan varias opciones<br />
del equipo, considerando especialmente sus especificaciones.<br />
Las alternativas planteadas resultan del análisis de<br />
funcionalidad que tendrá el equipo y su posibilidad de<br />
construcción. Para seleccionar la alternativa ideal se evalúan<br />
ventajas y desventajas priorizando la ocupación en menor<br />
espacio, materiales y seguridad en su operación.<br />
La primera alternativa de diseño del banco de pruebas para<br />
asientos de vehículo, ilustrada mediante la Figura 6, propone<br />
un modelo que fija permanentemente todo el equipo a una<br />
base de concreto por medio de pernos anclados. La platina de<br />
alojamiento del asiento será estática, con múltiples<br />
perforaciones que permiten sujetar y anclar varios tipos de<br />
asiento.<br />
Para facilitar la variación de altura el sistema de carga, se<br />
incorpora un mecanismo de manivela, poleas y cable<br />
tensionado. La principal desventaja es que el equipo tiene<br />
gran peso y es difícil trasladarlo; mientras que su principal<br />
ventaja es la posibilidad de desplazar longitudinalmente al<br />
asiento.<br />
Figura 7. Segunda alternativa de diseño del equipo.<br />
El cilindro neumático está montado sobre dos travesaños<br />
rectangulares, que a su vez tiene distintos niveles de altura.<br />
La base del equipo tiene niveladores. La principal desventaja<br />
de esta alternativa es que el equipo tiene limitaciones al<br />
momento de realizar las pruebas, debido a que el cilindro<br />
neumático está fijado en una sola posición; mientras que su<br />
principal ventaja es la necesidad de poco espacio disponible.<br />
En la Figura 8 se ilustra la tercera alternativa y diseño final<br />
del banco de pruebas para asientos de vehículos. La selección<br />
de la alternativa final del conjunto y de componentes para el<br />
equipo se la realizó en base a los requerimientos y<br />
especificaciones planteadas en un inicio.<br />
El prototipo del banco de pruebas propone un modelo que fija<br />
permanentemente la plancha de alojamiento, donde se ancla<br />
el asiento. En la plancha de alojamiento del asiento, a su vez<br />
existen agujeros en los que se anclará el asiento<br />
independientemente de su tamaño y forma.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad para Asientos de Vehículo<br />
79<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Los elementos que constituyen la estructura del bastidor se<br />
diseñaron mediante un análisis estático y dinámico de las<br />
cargas que actúan sobre éstos. En la Figura 10 se puede<br />
apreciar la denominación dada a cada elemento para su<br />
posterior análisis y diseño.<br />
Figura 8. Alternativa de diseño seleccionada.<br />
El cilindro neumático está montado sobre dos vigas<br />
transversales, y tiene la facilidad de desplazarse tanto vertical<br />
como horizontalmente. Además se tiene la posibilidad de<br />
girar un ángulo de 90° para adaptarse a pruebas hacia el<br />
espaldar y apoyacabeza. Los soportes del equipo tienen<br />
niveladores en sus bases que se adaptan fácilmente a las<br />
irregularidades del piso y brindan estabilidad al equipo. La<br />
desventaja radica en la dificultad para el usuario al realizar<br />
algunas pruebas debido a que el cilindro neumático no se<br />
desplaza longitudinalmente; mientras que su principal ventaja<br />
es la facilidad para variar altura de cilindro neumático.<br />
Ponderando las ventajas y desventajas de las alternativas se<br />
puede concluir que el tercer diseño representa la mejor<br />
opción para el diseño del banco de pruebas.<br />
2.3 Diseño en detalle del banco de pruebas<br />
En el diseño detallado de la alternativa seleccionada se toman<br />
en cuenta los principios de diseño difundidos en la<br />
bibliografía de mecánica de materiales, mecánica de fluidos y<br />
control automático. Para el diseño de la estructura del<br />
bastidor se toman en cuenta las magnitudes de un sistema de<br />
cargas muertas debido al peso de los elementos ensamblados<br />
y a la carga viva debida a la fuerza de martilleo constante.<br />
Para el diseño de la estructura del bastidor se utiliza el<br />
programa de simulación de elementos finitos ALGOR. En la<br />
Figura 9 se muestra el resultado del análisis de la estructura<br />
del equipo.<br />
Figura 10. Elementos constitutivos del sistema bastidor<br />
Como ejemplo de cálculo se muestra el diseño de la viga A<br />
que soporta al cilindro neumático. Para esta viga se eligió<br />
como material al tubo estructural cuadrado ASTM A36, con<br />
arista de 50 mm, espesor de 3 mm en su pared y largo de 0,90<br />
m; su resistencia a la fluencia es de σ = 250 MPa. En la<br />
Figura 11 se ilustra la viga a diseñar con color anaranjado. La<br />
masa del cilindro neumático (color gris) y el grupo<br />
indentador (color café) es M c = 2 kg y M i = 2 kg<br />
respectivamente, como también la masa del soporte del<br />
cilindro M p = 5 kg (color verde). Además, existe la reacción<br />
debida a la fuerza de martilleo máxima de F m = 981 N (100<br />
kgf), dando como resultado una fuerza total de W T = 1070 N.<br />
Figura 11. Viga A que soporta al cilindro neumático.<br />
El primer paso del diseño es realizar el diagrama de cuerpo<br />
libre del elemento como se muestra en la Figura 12,<br />
Posteriormente se plantean las ecuaciones de equilibrio.<br />
Figura 12. Diagrama de cuerpo libre de la viga A.<br />
Para obtener el peso W de cada elemento se toma en cuenta<br />
la Ecuación (1).<br />
(1)<br />
Figura 9. Resultado del análisis de la estructura.<br />
La fuerza que actúa en la viga viene dada por la Ecuación (2).<br />
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80<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Utilizando la sumatoria de fuerzas y realizando el cálculo<br />
respectivo se obtiene:<br />
Fy = 0<br />
Para calcular el esfuerzo y deflexión en el tubo estructural<br />
cuadrado, se procede a calcular el área con la Ecuación (3).<br />
(2)<br />
de la viga de 0,38 mm; por lo que todos los parámetros se<br />
encuentran dados para un óptimo funcionamiento y<br />
confiabilidad del equipo.<br />
Para el sistema de carga, se considera la alternativa de<br />
trabajar con un sistema neumático, debido a que se trabaja<br />
con cargas cíclicas de alta frecuencia. En la Figura 13 se tiene<br />
el diagrama unifilar de funcionamiento del sistema neumático<br />
para el banco de pruebas de asientos que es realizado en el<br />
programa de simulación neumática FESTO FLUIDSIM.<br />
(3)<br />
El cálculo del área de la sección tubular de la viga que<br />
soporta al cilindro neumático da como resultado A = 5,6 · 10 -<br />
4 m 2 . Con esto se obtiene el esfuerzo máximo que alcanza la<br />
viga mediante la Ecuación (4)<br />
El esfuerzo máximo que alcanza la viga en su mayor<br />
exigencia que es σ = 1,91MPa. Para calcular la resistencia a<br />
la fluencia, se emplea la Ecuación (5).<br />
(4)<br />
Figura 13. Esquema de funcionamiento del sistema neumático.<br />
Se puede seleccionar el cilindro neumático, si se conoce su<br />
diámetro y la presión de trabajo. Para el caso del banco de<br />
pruebas de asientos, la presión de trabajo es de 4 bares y debe<br />
entregar una fuerza de 100 kgf (981 N). Como se conocen la<br />
presión de trabajo PT = 40 N/cm 2 y la fuerza de martilleo Fm<br />
= 981 N, se calcula el área del émbolo con la Ecuación (8)<br />
mostrada a continuación.<br />
(8)<br />
Donde:<br />
n = 2 Factor de diseño<br />
(5)<br />
Conocida el área del émbolo A E , se calcula el diámetro del<br />
émbolo con la Ecuación (9)<br />
Se obtiene una resistencia a la fluencia S y = 3,82MPa, con lo<br />
cual se concluye que el valor está dentro del rango de<br />
tolerancia del material. Para obtener la inercia de la viga, se<br />
utiliza la Ecuación (6).<br />
(6)<br />
Una vez obtenido el diámetro del émbolo, se puede obtener el<br />
diámetro del vástago utilizando un actuador con relación de<br />
áreas = 1,2 mediante la Ecuación (10)<br />
(9)<br />
(10)<br />
La inercia de la viga que es I = 2,08·10 -7 m 4 . Con el valor de<br />
la inercia, la fuerza máxima que se aplica F= 1070 N, la<br />
longitud de la viga L = 0,90 m, y el módulo de elasticidad del<br />
material E=207 GPa, se obtiene la deflexión máxima de la<br />
viga dada por la Ecuación (7).<br />
La deflexión máxima de la viga en su máxima carga que es<br />
Y máx = 0,38 mm. En conclusión se tiene que la viga principal<br />
A, con una carga máxima aplicada de 1070 N, llega a un<br />
esfuerzo máximo de 1,91 MPa, dando una deflexión máxima<br />
(7)<br />
Dados los resultados, con el diámetro de émbolo D E = 60 mm<br />
y la fuerza de martilleo F M = 981 N, se puede seleccionar el<br />
cilindro neumático adecuado. En la Figura 14 se puede<br />
seleccionar el cilindro neumático adecuado. Para el<br />
funcionamiento del banco de pruebas se necesita un cilindro<br />
neumático de doble efecto que tenga diámetro de émbolo D E<br />
= 63 mm, diámetro de vástago D V = 20 mm y que trabaje con<br />
presiones superiores a 40 N/cm 2 .<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad para Asientos de Vehículo<br />
81<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Caudal corregido:<br />
Se tiene el número de Reynolds N R = 48817,1; debido a que<br />
N R ≥ 4000, se determina que el flujo es turbulento. Con el<br />
número de Reynolds y la línea de tuberías lisas se determina<br />
el factor de fricción mediante el diagrama de Moody. (SMC,<br />
2014)<br />
Figura 14. Grafica de selección de diámetro del cilindro neumático (Portilla<br />
et al., 2009)<br />
El consumo de aire del actuador determina las dimensiones<br />
de las válvulas, velocidades de trabajo, cañerías y las<br />
dimensiones del propio compresor. Este consumo de aire se<br />
lo obtiene mediante la Ecuación (11).<br />
Donde:<br />
Diferencia de áreas: A R = A E - A V<br />
Longitud de carrera: 15 cm (5,90 in)<br />
Número de ciclos por minuto: N = 60 ciclos/min<br />
Número de cilindros iguales: Z = 1<br />
Presión atmosférica: P 0 =10,4 psi = 7,17 N/cm 2<br />
Presión de trabajo: P abs = 40 N/cm 2<br />
Diámetro del émbolo: D E = 6,3 cm<br />
Diámetro del vástago: D V = 2 cm<br />
(11)<br />
Corrigiendo el caudal al 10 % debido a fugas que siempre<br />
existen en el sistema se tiene<br />
Q=297,3 l/min *10 %<br />
Con el caudal corregido que se obtiene anteriormente Q corr =<br />
327 l/min, se trabaja durante todo el diseño del sistema<br />
neumático.<br />
Las pérdidas de carga son ocasionadas por fugas pequeñas de<br />
aire en algún punto del sistema, ya sea por falta de apriete o<br />
desgaste propio del sistema. A continuación se muestran las<br />
posibles pérdidas de carga que se darán en este sistema.<br />
Pérdida de carga en el tramo 1-2: Para determinar la pérdida<br />
de carga primero se debe calcular el número se Reynolds si el<br />
flujo es laminar o turbulento, mediante la Ecuación (12)<br />
mostrada a continuación.<br />
Mediante el diagrama de Moody se determinó el factor de<br />
fricción: f = 0,023. Este factor de fricción se lo reemplaza en<br />
la Ecuación (13) de Darcy mostrada a continuación para<br />
determinar la pérdida de carga<br />
Donde:<br />
Longitud del ducto en el tramo (1-2): l 1-2 = 0,8m<br />
Diámetro del ducto: D = 3/8 pulgadas = 9,525 x10 -3 m<br />
Caudal corregido: Q = 327 l/min = 0,0055 m 3 /s<br />
Factor de fricción: f = 0,023<br />
(13)<br />
Pérdida de carga en el tramo 5-6: La pérdida de carga en el<br />
tramo 5 – 6, será el mismo que el tramo 1 – 2, de tal manera<br />
que la pérdida de carga en el tramo 5 -6 será:<br />
Balance de energía en el tramo 1-2: Para el balance de<br />
energía en el tramo 1-2 del sistema, se utiliza la Ecuación<br />
(14)<br />
(14)<br />
Despreciando las velocidades por ser muy pequeña la<br />
ecuación anterior se reduce a la siguiente Ecuación (15),<br />
siendo el peso específico del aire es 11,81N/m 3 (15)<br />
Balance de energía en el tramo 5-6: El balance de energía en<br />
el tramo 5 – 6, será el mismo que el tramo 1 – 2, de tal<br />
manera que el balance de energía en el tramo 5 -6 será<br />
Donde:<br />
Número de Reynolds, NR<br />
Velocidad del fluido, υ<br />
Diámetro del ducto, D<br />
(12)<br />
Despejando la densidad se obtiene la presión en el punto 6<br />
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82<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Como cálculo final, se selecciona el compresor mediante la<br />
obtención de la potencia requerida. La Ecuación (16)<br />
relaciona los dos sistemas de medición de presión:<br />
Donde:<br />
Presión absoluta, P abs<br />
Presión manométrica, P gage = 4,07kg /cm 2<br />
Presión atmosférica, P 0 = 0,73 kg /cm 2<br />
La potencia media efectiva viene dada por la Ecuación (17).<br />
Donde:<br />
Coeficiente de expansión adiabático: n e = 1,4<br />
Presión absoluta: P abs = 4,8 kg/cm 2<br />
Potencia media del compresor: P me<br />
Caudal corregido: Q = 327 l/min = 0,0055 m 3 /s<br />
(16)<br />
(17)<br />
Para el funcionamiento del banco de pruebas se necesita un<br />
compresor superior a los 4 hp de potencia, el cual pueda<br />
abastecer un caudal Q = 300 l/min de aire.<br />
Para el control de sistema neumático del banco de pruebas<br />
(control de presión, fuerza, número de ciclos) se desarrolla un<br />
sistema electrónico con tarjeta de control comandado por un<br />
microcontrolador 16F 876. A continuación se describe las<br />
partes principales del circuito.<br />
Para que las señales producidas por el sensor inductivo en el<br />
cilindro neumático puedan ser interpretadas por el circuito, se<br />
implementa un circuito electrónico con un PIC. Este circuito<br />
el encargado de dicha tarea, también serán necesarios diodos<br />
LED, diodos Zener un transistor y resistores eléctricos.<br />
La interfaz presión a corriente mide la presión que está<br />
circulando por el sensor y envía la señal en voltaje. Para<br />
interpretar las señales producidas por el sensor piezoeléctrico<br />
de presión se desarrolla un circuito que está compuesto por<br />
un PIC, un filtro pasa bajos, un cristal piezoeléctrico<br />
condensadores cerámicos y electrolíticos, y resistores<br />
eléctricos.<br />
Para indicar al PIC la velocidad a la que debe trabajar<br />
simplemente un circuito de oscilación para cumplir con esta<br />
tarea. Un microcontrolador PIC necesita de un circuito que le<br />
muestre la velocidad a la que debe trabajar. Dicho circuito se<br />
denomina oscilador de frecuencia.<br />
El teclado es un componente del sistema de control donde el<br />
usuario selecciona los parámetros por medio de botones para<br />
que la máquina pueda realizar el trabajo requerido. El<br />
display LCD (pantalla de cristal líquido) permite una interfaz<br />
visual entre el operario y la máquina.<br />
2.4 Materiales utilizados y costos de fabricación<br />
Para la selección de los materiales, se toma en cuenta las<br />
dimensiones dadas por los resultados del diseño de cada<br />
elemento. En la Tabla 1 se muestran los materiales de<br />
construcción para el bastidor.<br />
Tabla 1: Material utilizado en el bastidor.<br />
Material<br />
Designación<br />
Tubo cuadrado 2,5<br />
Plancha de acero<br />
Perfil en L<br />
Platinas<br />
Electrodos de suelda<br />
ASTM A36<br />
AGA 6011<br />
Los principales elementos neumáticos del sistema de carga se<br />
detallan en la Tabla 2.<br />
Tabla 2. Elementos utilizados en el sistema de carga.<br />
Elemento<br />
Detalle<br />
Cilindro neumático Ø embolo: 63 mm<br />
Regulador de caudal<br />
Electroválvula<br />
Regulador de presión<br />
Tubo de poliuretano<br />
Conectores<br />
Aliviador de presión<br />
Ø: 3/8 pulgada<br />
Posiciones: 5/2<br />
Presión: 0 a 60 psi<br />
Ø: 6,5 mm<br />
Ø: 1/8 pulgada<br />
Ø: ½ pulgada<br />
En la Tabla 3 se detalla los elementos electrónicos que se<br />
utilizan en el sistema de control.<br />
Tabla 3. Elementos utilizados en el sistema de control.<br />
Elemento<br />
Detalle<br />
Tarjeta de control Varios elementos<br />
Display<br />
Sensores<br />
Sensor de presión<br />
Tipo: reed Switch<br />
Presión: 0 a 150 psi<br />
El costo total de fabricación del banco de pruebas se<br />
compone de costos directos y costos indirectos de<br />
fabricación. Los costos directos incluyen materiales,<br />
elementos normalizados y el maquinado, y suman $ 1533.<br />
Los costos indirectos incluyen materiales, el diseño y otros<br />
gastos, y suman $ 693. El costo total de construcción del<br />
banco de pruebas de durabilidad para asientos de vehículos es<br />
de $2226. Este costo es competitivo con equipos de<br />
características parecidas desarrollados localmente. (Cruz,<br />
Amboya, 2011)<br />
3. FUNCIONAMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS<br />
Para realizar un ensayo, se coloca el asiento individual de<br />
vehículo sobre la plancha metálica. En la Figura 15 se<br />
muestra la correcta adecuación de componentes en el banco<br />
de pruebas.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas de Durabilidad para Asientos de Vehículo<br />
83<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Aillon J. (2011), Diseño de asientos para mejorar el rendimiento laboral de<br />
los conductores de vehículos pesados. Tesis de grado, PUCE, Ecuador .<br />
Asociación de Empresas Automotrices del Ecuador AEADE (2014). Cifras<br />
de ventas acumuladas de automotores desde diciembre 2013 a diciembre<br />
2014. [en línea]. Ecuador. Obtenido en<br />
http://www.aeade.net/web/index.php?option=com_content&view=articar&id<br />
=145&Itemid=80).<br />
D. Cruz, Amboya F. (2011). Diseño y construcción de un equipo de ensayo<br />
para pruebas de deformación y resistencia de asientos y espaldares de<br />
poliuretano para autobuses. Tesis de grado, ESPOCH, Ecuador,<br />
ICONTEC NTC 3638. (1994), Herrajes para sillería automotriz, Bogotá,<br />
IRAM – AITA 1 – G1. Automotores, cabezales de seguridad para asientos.<br />
Vigente desde el año 1973 al 2014.<br />
Johnson controls automotive seating. (2013). World's largest testing network<br />
[Video]. Obtenido de: https://www.youtube.com/watch?v=HjFpNEFdTa0<br />
Figura 15. Adecuación de componentes para un ensayo.<br />
Una vez ubicado el asiento, se lo fija mediante los pernos y<br />
platinas diseñados para este fin. A continuación se selecciona<br />
la posición adecuada de trabajo del sistema de carga, en el<br />
cual se coloca el molde indentador apropiado para cada<br />
prueba. Posteriormente se programa el trabajo que realizará<br />
el equipo en base a la necesidad del usuario y al ensayo a<br />
practicar.<br />
4. CONCLUSIONES<br />
El banco de pruebas para asientos de vehículo construido<br />
permite comprobar la calidad de estos componentes al<br />
realizar ensayos de impacto cíclicos en asiento, espaldar y<br />
apoya cabeza, lo que permite determinar la durabilidad del<br />
componente.<br />
El colocar un aditamento de alivio de presión en el circuito<br />
neumático permitió proteger y facilitar el trabajo con las<br />
mangueras de presión.<br />
Li–Xin Guao, Hui Chena, Jin–li li. (2011) Endergonic property analysis of<br />
vehicle seat pillow under heads crash loads. Procedia Engineering.Vol. 15,<br />
pp. 3046-3050,<br />
M. Corral, A. López,R. Grimaldi, F. Aparicio. (2008) Nuevos requisitos y<br />
avances en seguridad pasiva en autobuses y autocares. Primer Congreso<br />
Iberoamericano de Seguridad Vial.<br />
M. Kolich. “Using failure mode and effects analysis to design a comfortable<br />
automotive driver seat”. Applied Ergonomics. Vol. 45, pp.1087-1096. 2014<br />
M. Tada, S. Sekiguchi, T. Nisimatsu, E. Toba. (1998) Measurement and<br />
evaluation of sitting comfort of automotive seat . Instrumentation and<br />
Measurement Technology Conference.<br />
Serrano A. (2009), Neumática práctica, 1era. Edición. España.<br />
SMC.(2014) Procedimiento de selección del modelo de cilindro neumático,<br />
Obtenido de: https://es.scribd.com/doc/.../Seleccion-de cilindrosneumáticos-SMC.<br />
UNECE ECE R17 (2002), Disposiciones uniformes relativas a la<br />
homologación de vehículos respecto a los asientos, a sus anclajes y a los<br />
apoyacabezas; Geneva, 2002.<br />
El uso de un microcotrolador es una opción más económica<br />
para controlar el funcionamiento del sistema de carga ya que<br />
los PLC´s tienen usualmente mayores costos de adquisición y<br />
ocupan mayor espacio físico en sus adecuaciones.<br />
El sistema de carga neumático es mejor opción que uno<br />
hidráulico para esta aplicación ya que las presiones<br />
necesarias son relativamente bajas y la frecuencia de trabajo<br />
es alta. Además, es más económico su funcionamiento,<br />
mantenimiento y los componentes ocupan menor espacio ya<br />
que no se requiere de un circuito de retorno para el fluido.<br />
REFERENCIAS<br />
A. Ghosal, V. Kumar, S. Ansari. (2014) A brief review on advance<br />
manufacturing process of automobile seat production. International Journal<br />
of Scientific Engineering and Technology. Vol. 9, pp.170-171.<br />
A. Mokhtar, E. Abdullah, (2007) Vehicle seat design. Sustainable<br />
Automotive Technologies.<br />
A. Portilla, C. E. Guamán, S. D. Morales, A, Ribadeneira, A. Salas, S. Mena,<br />
(Julio, 2009). Uso de dispositivos postcombustión para reducir el material<br />
particulado en autobuses. Revista Politécnica. Vol.28, <strong>No</strong>, pp. 111-120.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
84<br />
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e<br />
Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
Quishpe Santiago 1 ; Rivero, Dulce 1,2 ; Rivas, Francklin 1,2,3<br />
<br />
1 Pontificia Universidad Católica del Ecuador-sede Ibarra, Escuela de Ingeniería, Ibarra, Ecuador<br />
2 Univeridad de Los Andes, Escuela de Ingeniería de Sistemas, Mérida, Venezuela<br />
3 Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación, Programa Prometeo, Quito, Ecuador<br />
Resumen: En este trabajo se presenta el diseño de un sistema web para asignación de becas utilizando un<br />
bus de servicios de empresas, asegurando un sistema más escalable y mantenible, atributos de calidad<br />
necesarios. Para el diseño se sigue las especificaciones de las arquitecturas basadas en servicios, donde, los<br />
servicios desarrollados se registran en un bus de servicios a fin de asegurar un bajo acoplamiento y una<br />
mayor integración. Un bus de servicios de empresas es un software que actúa como intermediario,<br />
permitiendo la comunicación entre servicios de diferentes aplicaciones. En él se registran todos los servicios<br />
expuestos por las aplicaciones de un entorno empresarial, sin importar las plataformas utilizadas. El diseño<br />
de aplicaciones basada en un bus de servicios facilita la creación de nuevos servicios utilizando la<br />
composición de servicios existentes, intentando aislar el acoplamiento entre los servicios solicitados y el<br />
medio de transporte y permitiendo una alta integración de servicios distribuidos. Estas características<br />
facilitan la escalabilidad y el mantenimiento evolutivo y adaptativo de los sistemas. Este desarrollo permite<br />
definir e integrar un conjunto de servicios web que podrán ser reutilizados dentro de nuevas aplicaciones,<br />
apoyando el desarrollo de una arquitectura de información que apoye y se alinee con los procesos que se<br />
realizan dentro de la organización.<br />
Palabras clave: Diseño de sistemas, servicios web, bus de servicios, integración de sistemas, sistema de<br />
asignación de becas<br />
Web System for Awarding Scholarships Based on a Bus<br />
Service<br />
Abstract: This paper describes the design of a web system for grants allocation using a enterprise service<br />
bus is presented, ensuring a more scalable and maintainable system, which are quality attributes required.<br />
For the design it was followed the specifications of the service-based architectures, where developed<br />
services are recorded on a bus service in order to ensure low coupling and greater integration. A bus service<br />
is an enterprise software that acts as an intermediary, enabling communication between services of<br />
different applications. In it all services exposed by applications in an enterprise environment, regardless of<br />
the platforms used are recorded. Application design based on a service bus facilitates the creation of new<br />
services using the composition of existing services, trying to isolate the link between the services requested<br />
and the means of transport and allowing high integration of distributed services. These features facilitate<br />
the scalability and evolutive and adaptive maintenance of the systems. This development allows to define<br />
and integrate a set of web services that can be reused in new applications, supporting the development of an<br />
information architecture that is based and is aligned with the processes taking place within the<br />
organization.<br />
Keywords: System design, web services, bus services, systems integration, system for awarding<br />
scholarships.<br />
1. INTRODUCCIÓN<br />
La globalización ha obligado a las organizaciones a ser más<br />
competitivas, dada la necesidad de posicionarse en ese<br />
mercado globalizado, este fenómeno ha hecho que las<br />
organizaciones necesiten revisar y actualizar sus estrategias y<br />
squishpe@pucesi.edu.ec<br />
procesos de negocio de forma continua; estrategias que se<br />
apoyan en el conjunto de datos e información que se<br />
gestionan en cada proceso. Esta es la razón por lo que toda<br />
organización pública o privada, está interesada en que su<br />
departamento de tecnologías de Información y comunicación<br />
(TIC) apoye sus procesos de toma de decisiones estratégicas,<br />
para ello necesitan conocer todos los flujos de datos e<br />
información que internamente se manejan, requerimiento que<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Quishpe Santiago 1 ; Rivero, Dulce 1,2 ; Rivas, Francklin 1,2,3<br />
85<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
en muchas ocasiones es difícil de satisfacer dado que la<br />
información solicitada forma parte de aplicaciones que<br />
pertenecen a diferentes departamentos, requiriendo procesos<br />
de búsqueda e integración de datos e información, lo que<br />
generalmente termina ocasionando pérdidas de tiempo o<br />
incremento en costos. Por ello, en la actualidad, las<br />
organizaciones requieren de aplicaciones corporativas,<br />
integradas y distribuidas, alineadas a sus procesos de<br />
negocio. Estos sistemas corporativos integrados se<br />
caracterizan por incrementar la complejidad de gestión,<br />
control y comunicación de sus aplicaciones, requiriendo<br />
herramientas tecnológicas que le permita lidiar con esta<br />
complejidad.<br />
En los últimos años, en el desarrollo de aplicaciones<br />
integradas se ha utilizado diferentes herramientas<br />
tecnológicas, tales como Arquitecturas Orientadas a Servicios<br />
(Service Oriented Architect SOA), servicios web, Integración<br />
de Aplicaciones empresariales (EAI), todas ellas apuntan a<br />
mejorar la integración de los procesos de negocios de la<br />
organización. Sin embargo, el Bus de Servicios de Empresa<br />
(BSE) extrae las mejores características de estas tecnologías<br />
(Chapell, 2004). Los BSE son un nuevo enfoque de<br />
integración que permite un bajo acoplamiento entre sus<br />
aplicaciones y una red de integración altamente distribuida.<br />
Es una plataforma de integración basada en estándares que<br />
combina mensajería, servicios web, transformación de datos<br />
y enrutamiento inteligente para conexiones confiables y<br />
coordina la interacción de un gran número de aplicaciones<br />
diferentes de una empresa extendida, constituida por la<br />
organización y los interesados en el negocio.<br />
La integración de servicios corporativos trata de resolver el<br />
problema que surge cuando los servicios web dentro de la<br />
organización se multiplican. Un aspecto importante para<br />
manejar esta complejidad es desarrollar estrategias que asilen<br />
los servicios y faciliten su integración, para ello es necesario<br />
(Ildapena, 2009):<br />
<br />
<br />
<br />
Identificar los mensajes y las rutas entre los<br />
servicios<br />
Permitir el flujo de mensajes a través de diferentes<br />
protocolos de transporte (HTTP, FTP, SMTP)<br />
Transformar los formatos de los mensajes entre el<br />
solicitante y el servicio<br />
Proporcionar robustez y seguridad de las<br />
comunicaciones<br />
<br />
Proporcionar enrutamiento inteligente y ubicación<br />
independiente de la transformación<br />
El BSE se considera la columna vertebral de una Arquitectura<br />
Orientada a Servicios (AOS). Las AOS, (conocida como SOA<br />
por sus siglas en ingles), proveen una arquitectura de<br />
integración con una visión abstracta de aplicaciones y<br />
componentes que permiten tratar con servicios de alto nivel.<br />
Es la arquitectura más utilizada ya que permite que una<br />
colección de sistemas distribuidos y aplicaciones complejas<br />
se puedan transformar en una red de recursos integrados y<br />
flexibles.<br />
La necesidad que tienen las organizaciones de contar con una<br />
arquitectura de información alineada a sus procesos de<br />
negocios que permitan incorporar de forma rápida<br />
modificaciones generadas por cambios en los objetivos<br />
estratégicos, ha obligado a los departamentos de TIC a<br />
adoptar a SOA como un estándar para el desarrollo de sus<br />
aplicaciones, ganando así un mayor grado de integración,<br />
proporcionando una inteligencia de negocio precisa y<br />
accesible con la cual se podrán adoptar mejores decisiones,<br />
ayudando a las organizaciones a optimizar sus procesos<br />
internos y flujos de información e incidiendo directamente en<br />
la mejora de la productividad (Corporation, 2010).<br />
Adicionalmente, los servicios web han otorgado mayor<br />
importancia a las arquitecturas AOS por ser un enfoque<br />
basado en estándares para la interoperabilidad, permitiendo la<br />
integración de aplicaciones que se encuentran en diferentes<br />
plataformas y ambientes.<br />
En este trabajo se presenta el desarrollo de una aplicación<br />
web para apoyar el proceso de asignación de becas en la<br />
PUCESI, Este proceso es responsable del estudio y de la<br />
asignación de becas a los estudiantes que soliciten el apoyo<br />
de la institución para realizar sus estudios. El sistema<br />
desarrollado servirá para proveer los datos e información<br />
necesaria a todas las actividades que se realizan en este<br />
proceso, el alinear las informaciones a sus procesos, permitirá<br />
descubrir relaciones nuevas e interesantes. Para su desarrollo,<br />
se utilizaron metodologías y tecnologías asociadas a las AOS,<br />
garantizando un buen diseño lo que permitirá la escalabilidad<br />
del sistema, asegurar integración con otras aplicaciones y<br />
reutilización de los servicios aquí desarrollados. Este sistema<br />
formará parte de la arquitectura de información requerida por<br />
la PUCESI para apoyar todos sus procesos de negocio.<br />
Los trabajos en el área de desarrollo de aplicaciones basadas<br />
en servicios es amplia, por citar algunos trabajos se tiene<br />
(Calvo, Gracia, Bayo, 2014) presentan la arquitectura de una<br />
aplicación web para el análisis y diseño de estructuras<br />
utilizando servicios web en el diseño de sus 4 componentes<br />
de su sistema, (Pernalete, López, Montaño, Miguel, 2007)<br />
presenta la arquitectura de un sistema de enseñanza<br />
utilizando un EBS para la integración de sus componentes,<br />
Huanzhuo, Shuai et al presentan un modelo conceptual<br />
basado en SOA y BSE para auditoria continuas (Huanzhuo,<br />
Shuai, Fang, Yuning, 2008). Por otro lado, (Echeverría,<br />
Astudillo, Estrada, 2008) han investigado en los modelos de<br />
calidad (ESB-QM) con el objetivo de proveer un lenguaje<br />
que haga posible tratar a los EBS como productos estándares.<br />
El documento está estructurado en secciones. En la sección 2<br />
se describe las herramientas tecnológicas y fundamentos<br />
teóricos sobre las que descansa este trabajo. La sección 3<br />
presenta el análisis del negocio, requisitos y diseño del<br />
sistema. Finalmente, en la sección 4 se presenta las<br />
conclusiones y trabajo futuro.<br />
Revista Politécnica- <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. 36, <strong>No</strong>. 2
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
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86<br />
2. HERRAMIENTAS TECNOLÓGICAS Y MARCO<br />
TEÓRICO<br />
2.1 Arquitectura Orientada a Servicios<br />
En la actualidad, el desarrollo de sistemas de información,<br />
específicamente, sistemas WEB se diseña usando una<br />
Arquitectura Orientada a Servicios (AOS). Una AOS es un<br />
estilo arquitectónico de TI que soporta la transformación de<br />
una empresa en un conjunto de servicios vinculados o tareas<br />
empresariales repetibles a las cuales se puede acceder en una<br />
red cuando sea necesario.<br />
AOS es un paradigma de arquitectura para sistemas de<br />
información basados en servicios (SSII de sus siglas en<br />
ingles) que busca el mínimo acoplamiento entre sus<br />
componentes y que promueve su reutilización, favoreciendo<br />
la identificación de un conjunto de servicios en red y la<br />
definición de los procesos por los cuales interactúan. SSII<br />
provee la información a las organizaciones que le permite<br />
saber qué está sucediendo en los negocios, lo que les ayudará<br />
a mejorar los modelos empresariales ya existentes. Al usar<br />
AOS se puede transformar sus procesos empresariales en<br />
servicios reutilizables y flexibles lo que facilitará la mejora y<br />
optimización de los procesos o la inclusión de nuevos<br />
proceso (IBM 2011). Cuando se desarrolla una AOS guiada<br />
por objetivos empresariales estratégicos, se aseguran los<br />
beneficios principales del uso de las TIC en las<br />
organizaciones:<br />
<br />
<br />
Alineación de la TI a los negocios<br />
Reutilización máxima de los activos de T<br />
metadata. Está basado en estándares tales como<br />
XML, esquemas XML, http (Saffirio, 2006).<br />
AOS propone el uso de metodologías ágiles (Scrum, XP,<br />
entre otros) por adaptarse mejor a entornos donde los<br />
requerimientos de negocio son desconocidos o cambiantes, el<br />
mismo funcionamiento del negocio introduce cambios en el<br />
modelo de servicios que requiere una respuesta rápida por<br />
parte del departamento de TI.<br />
2.2 Servicios Web<br />
Un servicio web (WS de sus siglas en inglés) es un servicio<br />
ofrecido por una aplicación que expone su lógica a clientes<br />
de cualquier plataforma mediante una interfaz accesible a<br />
través de la red utilizando protocolos de internet. Es un caso<br />
particular de mecanismo estándar para implementar la<br />
interacción entre los componentes de software, mediante la<br />
invocación de métodos remotos. Los servicios web bajo<br />
AOS son la unidad básica de funcionalidad en la arquitectura<br />
y se definen como un conjunto coherente de funcionalidad,<br />
auto-contenido, sin estado e independiente.<br />
Un servicio web específica una interfaz de software que<br />
describe un conjunto de operaciones a las cuales se puede<br />
acceder por la red a través de mensajería XML, usa<br />
protocolos basados en XML para describir una operación a<br />
ejecutar o intercambiar datos con otro servicio web. Un grupo<br />
de servicios web que interactúa de esta forma define la<br />
aplicación de un servicio web específico en una arquitectura<br />
orientada a servicios (SOA) (IBM, 2011). La Figura 1<br />
describe los pasos a seguir para la creación, registro,<br />
búsqueda y utilización de un servicio Web.<br />
El negocio dirige los servicios y los servicios dirigen la<br />
tecnología, las AOS permiten definir servicios que<br />
conforman la capa de abstracción entre el negocio y la<br />
tecnología, proporcionando habilidad para responder a<br />
cambios en los requisitos. El conjunto de técnicas,<br />
recomendaciones y tecnologías que denominamos AOS<br />
buscan que los nuevos SSII sean modulares, abiertos e<br />
independientes.<br />
AOS utiliza un conjunto de tecnologías estándares de<br />
software para el intercambio de datos entre aplicaciones tales<br />
como SOAP (Simple Object Access Protocol), WDSL (Web<br />
Services Description Language) y UDDI (Universal<br />
Description Discovery and Integration) (The open Group,<br />
2011):<br />
<br />
<br />
<br />
SOAP: Es un protocolo de mensajería para el<br />
intercambio de información entre sistemas.<br />
WSDL: Es un lenguaje XML para describir los<br />
servicios en la arquitectura SOA.<br />
UDDI: Define los mecanismos para publicar<br />
(catalogar) servicios en un registro, y para que sus<br />
consumidores puedan buscarlos y encontrar su<br />
localización física. Permite administrar la<br />
información sobre componentes de servicios y su<br />
Figura 1. Creación, registro, búsqueda y uso de un servicio Web<br />
Fuente: (Besteiro y Rodríguez, ,s.f.)<br />
Los WS suponen una interconexión punto a punto que, por sí<br />
sola, no tienen capacidad de integración y flexibilidad frente<br />
a los cambios que se necesitan en los SSII de las<br />
organizaciones, de ahí la importancia de integrarse con otras<br />
herramientas tecnológicas, como AOS y BSE.<br />
2.3 Bus de servicios de empresa BSE<br />
BSE es una arquitectura de software de middleware que<br />
ofrece los servicios fundamentales para desarrollar<br />
arquitecturas más complejas, proveyendo la infraestructura<br />
de comunicaciones subyacente a otros componentes<br />
software.<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Quishpe Santiago 1 ; Rivero, Dulce 1,2 ; Rivas, Francklin 1,2,3<br />
87<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
En un BSE las aplicaciones y los servicios para el manejo de<br />
eventos están unidos en una AOS con muy bajo<br />
acoplamiento, lo que les permite operar de manera<br />
independiente uno de otro sin dejar de ofrecer valor agregado<br />
a las funciones de negocio.<br />
BSE provee la implementación troncal para un AOS, utiliza<br />
un bus de mensajes multi-protocolos lo que ofrece un<br />
enfoque altamente distribuido para la integración,<br />
permitiendo a los departamentos o unidades de negocio<br />
construir su proyecto de integración de manera incremental.<br />
BSE considera las mejores prácticas en patrones de<br />
diseño, para integración de aplicaciones, planteando la<br />
existencia de un componente de mediación que provee<br />
servicios de enrutamiento, transformación de mensajes,<br />
publicación y distribución de eventos y soporte para<br />
múltiples protocolos<br />
BSE permite mantener el control local y autonomía en un<br />
proyecto de integración individual, sin dejar de ser capaz de<br />
conectar cada proyecto de integración a una red de<br />
integración más global. Un BSE se caracteriza por:<br />
Integración basada en estándares<br />
Penetrante: capaz de atravesar una empresa<br />
extendida e ir más allá, teniendo un alcance global a<br />
través de las organizaciones departamentales, unidad<br />
de negocio y socios comerciales<br />
Integración altamente distribuida y despliegue<br />
selectivo<br />
Transformación de datos distribuidos<br />
Manejo de eventos AOS<br />
Transparencia de ubicaciones<br />
Transparencia del transporte<br />
Soporte, multiprotocolo<br />
Basado en patrones de intercambio de mensajes<br />
Capacidad para el manejo de flujo de procesos<br />
Seguridad y confiabilidad<br />
Ambiente federativo pero autónomo<br />
Configuración remota y administración<br />
Tiempo real del flujo de datos<br />
XML como el tipo de dato nativo de BSE<br />
Reconocimiento de las operaciones<br />
Un ESB provee la infraestructura básica, a la que se le<br />
pueden incorporar componentes en forma de módulos. Ver<br />
Figura 2<br />
3. DESARROLLO DEL SISTEMA DE ASIGNACIÓN<br />
DE BECAS<br />
El desarrollo del sistema se realizó en dos fases, inicialmente<br />
se hizo el análisis de negocios a fin de identificar y<br />
especificar sus procesos, actividades, y los objetos del<br />
negocio que se consumen o generan para finalmente definir<br />
los requisitos del sistema. En la segunda fase, utilizando<br />
Scrum como método ágil para la gestión de proyecto, se<br />
realizó el diseño y construcción del sistema.<br />
3.1. Análisis del negocio<br />
3.1.1. Modelo de Procesos<br />
La PUCESI tiene como política institucional, la ayuda y<br />
asistencia económica a los estudiantes que así lo requieran.<br />
Para alcanzas esta política se han definido un conjunto de<br />
procesos que tanto estudiantes como docentes y personal<br />
administrativo deben seguir, La Figura 3 muestra el modelo<br />
de procesos que se definió luego del análisis realizado, para<br />
su simbolización se utilizó la notación BPMN (Business<br />
Process Modeling <strong>No</strong>tation). En este modelo se especifican<br />
todos los procesos que se realizan para la solicitud y<br />
asignación de becas.<br />
BPMN DiaramaProcesos<br />
«BusinessProcess»<br />
Elaboración del cronograma<br />
de presentación de<br />
información de becas.<br />
«BusinessProcess»<br />
Elaboración de informes<br />
«BusinessProcess»<br />
Recepción de las solictudes<br />
de beca<br />
«BusinessProcess»<br />
Resolución de la Comisión.<br />
«BusinessProcess»<br />
Verificación de la<br />
información de las<br />
solicitudes<br />
«BusinessProcess»<br />
Análisis de las becas por<br />
parte de la Comisión<br />
Figura 3. Modelo de procesos para la asignación de becas<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
Para asegurar la ejecución de cada uno de los procesos,<br />
internamente se realizan un conjunto de actividades y se<br />
consumen o generan datos e información conocidos como<br />
objetos del negocio. La Figura 4a y 4b presentan los<br />
diagramas de actividades asociados a los procesos de<br />
Recepción de solicitudes y Resolución de la comisión.<br />
BPMN Elaboración de las solictudes de beca<br />
Solicitud de beca<br />
Documentación de Soporte<br />
solicitudBeca<br />
Documentación<br />
«flow»<br />
«flow»<br />
Inicio<br />
Recibir la<br />
solicitud de beca<br />
Verificar<br />
documentación<br />
de soporte<br />
Fin<br />
Figura 4a. Diagrama de actividades del proceso de Recepción de solicitudes<br />
de beca<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
Figura 2. Esquema SOA basado en BSE<br />
Fuente: (Pernalete, López, Montaño, Miguel, 2007)<br />
Revista Politécnica- <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. 36, <strong>No</strong>. 2
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
88<br />
BPMN Análisis de Becas por parte de la Comisión<br />
Informe analisis de beca<br />
BecaAprobadas<br />
Estudiante<br />
uc RequisitosAsignaciónBecas<br />
Sistema Asignación de Becas<br />
Inicio<br />
InformePostulante<br />
«flow»<br />
Discusión de la<br />
beca<br />
aprobada<br />
Enviar<br />
notificación<br />
de no<br />
aprobación<br />
EstudiantesBecas<br />
«flow»<br />
Aprobar beca<br />
Fin<br />
«flow»<br />
Estudiante<br />
Enviar<br />
notificación<br />
aprobación<br />
Firmar Acta<br />
«trace»<br />
Estudiantes<br />
Gestionar de<br />
Solicitudes<br />
Manejar Sistema<br />
Académico<br />
Figura 4b. Diagrama de actividades del proceso de Resolución de la<br />
comisión<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
3.1.2. Modelo de Objetos del negocio<br />
Acta aprobación<br />
Los objetos de negocio representan los conceptos que<br />
emergen durante la fase de análisis, se refiere a esos<br />
elementos que son consumidos o generados por las<br />
actividades de cada proceso. El diagrama de la Figura 5<br />
describe los objetos del negocio identificados.<br />
Personal PUCESI<br />
Getionar Becas<br />
Elaborar Informes<br />
Figura 6a. Diagrama general de casos de usos (requisitos)<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
uc Gestionar de Solicitudes<br />
Gestionar solicitud<br />
Solicitar Beca<br />
Consultar<br />
requisitos beca<br />
Consultar<br />
Solicitud<br />
«extend»<br />
Figura 5. Modelos de objetos del negocio<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
Estudiantes<br />
Validar<br />
solicitud<br />
Personal PUCESI<br />
3.2. Identificación los de requisitos funcionales<br />
Negar<br />
Solicitud<br />
En este proceso se analizaron, identificaron y clasificaron los<br />
requerimientos que el sistema de asignación de becas debía<br />
satisfacer. La Figura 6a presenta el diagrama de casos de uso<br />
general del sistema. En él se definen las principales<br />
funcionalidades del sistema, como son gestionar las<br />
solicitudes, gestionar datos de las becas, elaborar informes y<br />
repostes administrativos y manejar los datos académicos de<br />
los estudiantes. La Figura 6b muestra la análisis del diagrama<br />
de casos de uso Gestión de Solicitudes y la Figura 6c los<br />
casos de uso del proceso de análisis del caso de uso<br />
Elaboración de Informes.<br />
Aprobar<br />
Solicitud<br />
Actualizar<br />
DatosSolicitud<br />
Figura 6b. Diagrama de Caso de usos de gestionar solicitud<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Quishpe Santiago 1 ; Rivero, Dulce 1,2 ; Rivas, Francklin 1,2,3<br />
89<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
uc Elaborar Informes<br />
Elaborar informes<br />
Elaborar reporte<br />
pension por periodo<br />
3.3.1 Servicios Web por áreas:<br />
Para implementar los servicios utilizando el bus de servicios,<br />
fue necesario dividir los servicios por áreas, en ellas se<br />
integran los servicios que interactúan con el proceso de<br />
becas. Las áreas definidas fueron:<br />
Elaborar reportes<br />
económicos<br />
Elaborar informes a la<br />
comision<br />
Figura 6c. Diagrama de Caso de elaborar informe<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
3.3. Diseño de Sistemas<br />
«extend»<br />
«extend»<br />
«extend»<br />
«extend»<br />
Elaborar reporte<br />
pensión por fecha<br />
Elaborar reporte<br />
pensión unificado<br />
Elaborar reporte<br />
general becas<br />
En el diseño de la aplicación se especifican los componentes,<br />
con los servicios que provee cada uno, el modelo de datos<br />
lógico, implementable y físico, y la interfaz del sistema. Esta<br />
aplicación, además de los requisitos funcionales posee<br />
requisitos no funcionales, entre ellos los que incidieron<br />
directamente en la toma de decisiones arquitectónicas son: la<br />
escalabilidad, interoperabilidad y mantenibilidad de la<br />
aplicación, en base a estos requisitos se decide AOS como<br />
estilo y MVC (Modelo Vista Controlador) como patrón<br />
arquitectónico (Bass, Kazma, 2003). El diseño y construcción<br />
se gestionó utilizando un método ágil, en este caso Scrum. En<br />
cada iteración (sprint) se diseñó e implementó las<br />
funcionalidades seleccionadas en base a sus prioridades<br />
(clasificación) que se establecieron en la fase de análisis. En<br />
este trabajo se presenta la arquitectura final obtenida, la cual<br />
fue el resultado de un proceso de diseño y refinamiento<br />
realizado en las iteraciones.<br />
En el diseño del sistema se definen: los servicios requeridos<br />
por la aplicación, especificados en el modelo de servicios; el<br />
flujograma del proceso de becas, la interfaz de cada servicio<br />
web y las conexiones para la integración de las aplicaciones.<br />
Adicionalmente, para satisfacer el requisito no funcionales<br />
se propuso utilizar un BSE, dada sus características de alta<br />
integración, bajo acoplamiento y escalabilidad que ellos<br />
poseen. La de integración entre las diferentes aplicaciones,<br />
programados como los servicios web se realizó en el servidor<br />
de aplicaciones, utilizando el servidor instalado para el<br />
manejo del UDDI permitiendo la búsqueda e invocación de<br />
servicios de otras aplicaciones con el sistema de becas.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Académica<br />
Financiera<br />
Administrativa<br />
Externa<br />
3.3.2 Arquitectura del software<br />
El diseño de la arquitectura software sigue el patrón de<br />
diseño MVC, basado en el estilo arquitectónico de capas, los<br />
Servicios definidos se agrupan en componentes, estos son:<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Becas<br />
Solicitudes<br />
Informes<br />
Reportes<br />
Académico<br />
La Figura 7 presenta el diagrama de componentes de la<br />
aplicación, en él se especifican los servicios que se<br />
identificaron, los mismos fueron implementados usando un<br />
BSE para la integración de los servicios.<br />
3.3.2.1 Becas<br />
Este componente es responsable de:<br />
<br />
<br />
<br />
cmp ModeloServ icios<br />
Ingresar los datos de configuración del nuevo<br />
semestre.<br />
Realizar las consultas de las becas por periodo<br />
académico: despliega los tipos de becas.<br />
Modificar la configuración del periodo académico<br />
actual<br />
Reporte<br />
+ estadoAcademico() :void<br />
+ becasXPeriodo() :void<br />
+ becasUnificado() :void<br />
+ becaXFecha() :void<br />
Infome<br />
+ efectivacionBeca() :void<br />
Becas<br />
+ configurarBeca(string, date) :void<br />
+ consultarBacaPeriodo(date) :void<br />
+ modificarConfiguraciónBeca(date) :void<br />
+ requisitosXBeca() :void<br />
Solicitudes<br />
+ registrar(Estudiante) :void<br />
+ consulta(Estudiante) :void<br />
+ aprobarComision(Estudiante) :void<br />
+ negarComision() :void<br />
+ validarComision() :void<br />
+ imprimir() :void<br />
+ generarActa() :void<br />
+ requisitoestudianteXbeca() :void<br />
Académico<br />
+ consultarmatriculacion() :void<br />
+ consultarAcademicaEst() :void<br />
Figura 7. Modelo de servicios del sistema de asignación de becas<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
Revista Politécnica- <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. 36, <strong>No</strong>. 2
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
90<br />
3.3.2.2 Solicitudes<br />
Este componente es responsable de:<br />
<br />
<br />
La consulta de solicitudes mediante parámetros de<br />
búsqueda (fechas de inicio, fecha de fin y período<br />
académico).<br />
Realizar el despliegue y registro de solicitudes en<br />
grilla de datos.<br />
servicios UDDI y deben definirse de acuerdo con sus<br />
instrucciones de publicación (Microsoft, 2014).<br />
Para publicar un servicio web se debe inicialmente crear su<br />
proveedor. Este proveedor representa el grupo o la<br />
organización responsable del servicio que está preparado para<br />
publicar y se definirse de acuerdo con sus instrucciones de<br />
publicación. Por ello, en este desarrollo, fue necesario<br />
publicar un proveedor de servicios, agregar información de<br />
contacto, agregar información de instancia.<br />
<br />
<br />
Realizar una solicitud, para ello se requiere ingresar<br />
los datos de los postulantes (datos personales,<br />
dirección, tipos de becas, categoría, motivo de la<br />
solicitud).<br />
Ingreso de datos al proceso de becas para comisión<br />
3.4.2 Consumo y publicación de servicios web:<br />
Para la creación de servicios web se realizó un manual de<br />
procedimientos para el consumo de los servicios. Por<br />
ejemplo, para el uso de los servicios web se debe solicitar una<br />
autorización mediante el siguiente procedimiento:<br />
<br />
Generar acta por parte de la comisión<br />
Los datos personales son cargados desde el sistema<br />
académico mediante servicios web.<br />
3.3.2.3 Informes<br />
Este componente es responsable de emitir el informe de<br />
efectivización de beca<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Solicitar autorización para el consumo del servicio<br />
web<br />
Aprobar autorización para el consumo del servicio<br />
web<br />
Generar credenciales de acceso al servicio web<br />
Probar el servicio web<br />
3.3.2.4 Reportes pensión<br />
Este componente es responsable de emitir reportes del estado<br />
de las becas.<br />
3.3.2.5 Sistema académico<br />
Este componente es responsable de:<br />
3.4.3 Implementación de los servicios Web<br />
Se implementaron todos los servicios web especificados en<br />
el modelo de servicios; para acceder la información que se<br />
encuentra en otros sistemas de la PUCESI se usó el BSE<br />
como herramienta para la integración. Finalmente la<br />
aplicación se integró con las siguientes aplicaciones de la<br />
institución.<br />
<br />
<br />
Interactuar con el Sistema Académico, para obtener<br />
información de la matriculación.<br />
Obtener la oferta académica de los estudiantes,<br />
docentes, personal administrativo.<br />
3.4 Construcción de la aplicación<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Servicios Web de períodos académicos<br />
Estudiantes de pregrado<br />
Datos de docentes<br />
Datos de personal administrativo<br />
Reporte de becas<br />
Tipos de becas<br />
Para la construcción de la aplicación fue necesario:<br />
3.4.1 Publicar los servicios web<br />
Para la publicación de los servicios web se utilizaron<br />
Servicios Web, y los estándares definidos en las AOS, XML<br />
WSDL y UDDI.<br />
Se requirió crear una nueva entidad de servicio dentro de su<br />
proveedor. Este servicio representa el servicio web XML que<br />
se publica en el directorio de servicios del UDDI y debe<br />
definirse de acuerdo con sus instrucciones de publicación,<br />
luego se creó el enlace a cada punto de acceso al servicio que<br />
se publicó. Un punto de acceso es cualquier punto dentro de<br />
la aplicación o el servicio Web donde se puede invocar una<br />
función. El número de enlaces que se publique depende del<br />
número de puntos de acceso que desee exponer mediante<br />
3.4.4 Ingreso al sistema<br />
Para el ingreso al sistema es necesario inicialmente<br />
autenticarse, si las credenciales del usuario son correctas se<br />
accede a las funcionalidades del sistema según rol asignado.<br />
La interfaz de la aplicación se asemeja a los formularios de<br />
ventanas tipo Windows, en ella se le despliega en la barra<br />
lateral izquierda las funcionalidades que usuario tiene<br />
definidas para el rol con el cual ingresó, la acciones son<br />
enviadas a en los diferentes subsistemas de la aplicación a<br />
través de botones estándares La Figura 8 muestra un ejemplo<br />
de la interfaz de la aplicación<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Quishpe Santiago 1 ; Rivero, Dulce 1,2 ; Rivas, Francklin 1,2,3<br />
91<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
<br />
Reporte de solicitudes con facturación<br />
Permitir imprimir o exportar los datos de la<br />
facturación y las solicitudes de los estudiantes<br />
seleccionando el período académico.<br />
<br />
Reporte de becas<br />
Genera reportes, imprime o exporta de los tipos de<br />
becas.<br />
Figura 8. Interfaz de la aplicación<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
3.4.5. Otros componentes desarrollados<br />
Adicionalmente a los componentes definidos en el modelo de<br />
servicios se desarrollaron otros componentes<br />
3.4.5.1 Módulo de administración de becas<br />
El módulo de administración de becas debe permitir realizar<br />
las configuraciones del sistema.<br />
3.4.5.2 <strong>No</strong>tificación de solicitudes<br />
Este módulo permite a la aplicación notificar la creación de<br />
una solicitud de beca. Las notificaciones ser realizan a través<br />
del envío de un correo electrónico.<br />
3.4.5.3 Configuraciones de usuarios<br />
Este módulo sirve para configurar y crear los diferentes tipos<br />
de usuarios, además de permitir definir los roles y<br />
funcionalidades que tendrá cada rol en el sistema, asociando<br />
a cada usuario uno o más roles<br />
3.4.5.4 Informe y repostes<br />
A continuación se listan los informes que se envían a la<br />
comisión:<br />
Reporte pensión diferenciada por período<br />
Permite imprimir o exportar los datos de la facturación<br />
en el período académico en base a campos y parámetros<br />
requeridos por estudiante.<br />
4. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS<br />
En este trabajo se presenta el diseño de soluciones<br />
tecnológicas utilizando un bus de servicios para la<br />
integración de aplicaciones al área de asignación de becas en<br />
instituciones educativas.<br />
El bus permitió diseñar una arquitectura centralizada para la<br />
administración de servicios, permitiendo resolver la<br />
escalabilidad de conexiones entre aplicaciones de la<br />
institución.<br />
El diseño del sistema, permite la automatización del proceso<br />
de la gestión y control de becas mediante la información<br />
obtenida entre las dependencias que intervienen en dicho<br />
proceso.<br />
El sistema diseñado para el proceso de becas optimizó los<br />
recursos humanos, tecnológicos, económicos y materiales, ya<br />
que el sistema elimina la duplicidad de trabajo, manipulación<br />
y error humano entre las dependencias.<br />
Para darle continuidad a este trabajo, en un futuro se deben<br />
definir los procedimientos y procesos de integración<br />
mediante servicios web para la integración de nuevas<br />
aplicaciones con el bus de servicios.<br />
Integrar nuevas funcionalidades o módulos para la solicitud<br />
de becas en línea<br />
AGRADECIMIENTO<br />
Los autores desean agradecer a la Secretaría de Educación<br />
Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación del Ecuador y el<br />
Programa Prometeo por su apoyo a esta investigación.<br />
<br />
Reporte pensión diferenciada por fechas<br />
REFERENCIAS<br />
Permite imprimir o exportar los datos de la facturación<br />
de los estudiantes ingresando la fecha desde y hasta con<br />
campos y parámetros requeridos.<br />
<br />
Reporte pensión diferenciada por fechas y<br />
período<br />
Permite imprimir o exportar los datos de la facturación<br />
de los estudiantes ingresando la fecha desde, fecha<br />
hasta, período académico con campos requeridos.<br />
Bass, P. Clements, R. Kazman (2003) Software Architecture in Practice.. 2nd<br />
Edition. Addison Wesley<br />
Besteiro M. y Rodríguez M. (s.f.). WebService Obtenido de<br />
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Chappell, David (2004). Enterprise Service Bus: Theory in Practice. O'Reilly<br />
Media Inc. Unite State of America.<br />
Revista Politécnica- Septiembre 2015, Vol. 36, <strong>No</strong>. 2
Diseño de un Sistema Web para Asignación de Becas con Integración e Interoperabilidad en Base a un Bus de Servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
92<br />
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Enríquez, E. (2007). SOA (Arquitectura Orientada a Servicios). SOA<br />
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Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Producción de Cursos Educativos Abiertos con Herramientas Sociales<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
93<br />
Producción de Cursos Educativos Abiertos con Herramientas<br />
Sociales<br />
Cueva Samanta 1 ; Torres Rommel 2 ; Rodríguez Germania 1 ; Rojas Carolina 1 ; Marbán Óscar 1<br />
<br />
1 Universidad Técnica Particular de Loja, Departamento de Ciencias de la Computación y Electrónica, Loja, Ecuador<br />
2 Escuela Universitaria de Diseño, Innovación y Tecnología, Madrid, España<br />
Resumen: Durante los últimos años se ha promovido con mayor intensidad la incorporación de nuevas<br />
universidades al movimiento Open Course Ware (OCW) y esto ha permitido que cada día brinden a los usuarios<br />
más posibilidades de aprendizaje on-line, mediante los cursos que publican. En el presente documento se define el<br />
proceso de elaboración de un curso OCW utilizando la metodología Recursos Educativos Abiertos con<br />
Componentes Sociales (REACS), su implementación en el Sitio OCW-UTPL en la plataforma EduCommons; así<br />
como también se detallan los resultados obtenidos después de la implementación de la metodología.<br />
Palabras clave: REA, OCW, Recursos Educativos Abiertos, REACS, Producción, Herramientas Sociales.<br />
Production of Open Educational Courses with Social Tools<br />
Abstract: During the past few years, the Open Course Ware (OCW) movement has been promoted in new<br />
universities with great intensity, this has allowed to provide users more opportunities for learning on-line. The<br />
present document defines the process of developing a course using the OCW Open Educational Resources with<br />
Social Components (REACS) methodology, its implementation into the OCW Site-UTPL site with the<br />
EduCommons platform; as well, the results obtained after the implementation of the methodology are detailed<br />
Keywords: OER, OCW, Open Educational Resources, REACS, Production, Social tools.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
Open Course Ware es la publicación de material educativo,<br />
creado por docentes universitarios, donde los estudiantes y<br />
personas en general pueden acceder a ellos de manera<br />
gratuita, la publicación de este contenido se hace mediante el<br />
uso de una plataforma que permite la gestión y<br />
administración de cada uno de los cursos publicados en el<br />
sitio. En el 2001 el Instituto Tecnológico de Massachusetts<br />
(MIT) con la ayuda de la Fundación William and Flora<br />
Hewlett 2 y la Fundación Andrew W. Mellon lanzaron la<br />
primera iniciativa del proyecto OpenCourseWare (OCW).<br />
El presente artículo tiene como objetivo mostrar los<br />
resultados de la implementación de una metodología, para la<br />
creación de recursos educativos abiertos con componentes<br />
colaborativos denominado (REACS) probado en Universidad<br />
Técnica Particular de Loja, en el cual se pudo determinar con<br />
resultados preliminares que se pudo disminuir el tiempo<br />
empleado en la publicación de un curso, logrando así la<br />
spcueva@utpl.edu.ec<br />
gestión e interacción adecuada de la información para los<br />
estudiantes.<br />
2. MARCO TEÓRICO<br />
2.1 Recursos Educativos Abiertos<br />
El Foro de la Unesco (Forum on the Impact of<br />
OpenCourseWare for Higher Education in Developing<br />
Countries Final report, 2002) sobre el impacto del material<br />
educativo abierto en la educación superior en el 2002, definió<br />
los Recursos Educativos Abiertos (REA) de la siguiente<br />
manera: «[…] materiales en formato digital que se ofrecen de<br />
manera gratuita y abierta para educadores, estudiantes y<br />
autodidactas para su uso y re-uso en la enseñanza, el<br />
aprendizaje y la investigación.» (Más allá de los contenidos:<br />
compartiendo el diseño de los recursos educativos abiertos,<br />
2007). Entre las características que poseen los recursos<br />
educativos abiertos como menciona (Varlamis &<br />
Apostolakis, 2006) se encuentran los siguientes:<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Accesibilidad<br />
Reusabilidad<br />
Interoperabilidad<br />
Sostenibilidad<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Cueva Samanta 1 ; Torres Rommel 2 ; Rodríguez Germania 1 ; Rojas Carolina 1 ; Marbán Óscar 1<br />
94<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
<br />
Metadatos<br />
2.2 Tipología de los REA<br />
Existen tres tipos de REA como se menciona en el Foro<br />
Interamerica TIC´s y Educación Superior del 2009<br />
(http://campus.oui-iohe.org/forotics/?p=14).<br />
<br />
Open Course Ware: Proporcionan libre acceso a<br />
materiales elaborados por instituciones educativas<br />
particulares en contexto de enseñanza presencial.<br />
Sin Publicar<br />
<strong>37</strong>%<br />
Otros<br />
25%<br />
Educommons<br />
25%<br />
Moodle<br />
10%<br />
Drupal<br />
2%<br />
WordPress<br />
1%<br />
<br />
<br />
Open Educational Resources Content: Proporciona<br />
libre acceso a materiales de redes de instituciones<br />
orientados a la enseñanza abierta, a distancia o<br />
virtual.<br />
Open Educacional Resources: Libre acceso a<br />
contenidos con posibilidad de reelaboración de los<br />
mismos.<br />
2.3 Open Course Ware (OCW)<br />
En Abril del 2001 el Instituto Tecnológico de Massachusetts<br />
MIT en cooperación con la Fundación William and Flora<br />
Hewlett y la Fundación Andrew W. Mellon dan a conocer su<br />
iniciativa Open Course Ware.<br />
Los OCW tienen como objetivo principal compartir el<br />
contenido de los materiales de los cursos impartidos en las<br />
universidades a través de la web, permitiendo así, que los<br />
usuarios tengan un acceso libre a estos recursos de manera<br />
gratuita. En el 2005 se creó el Open Course Ware<br />
Consortium (OCWC, http://www.oeconsortium.org/), una<br />
comunidad mundial formada por instituciones de educación<br />
superior y otras organizaciones comprometidas con el avance<br />
del OCW y su impacto en la educación; el OCWC a junio del<br />
2015 cuenta con más de 280 organizaciones<br />
(http://goo.gl/YBXGM7).<br />
2.4 Plataformas para creación de OCW<br />
El uso de una plataforma para la publicación de los cursos es<br />
un requisito importante que utilizan las diferentes<br />
instituciones; conforme ha crecido el proyecto, a lo largo de<br />
estos años se han implementado nuevas plataformas para el<br />
desarrollo de sitios OCW, entre las cuales se encuentran<br />
Educommons, Moodle, Drupal, etc.<br />
En (Borrás, 2010) se mencionan las plataformas de OCW<br />
más utilizadas a nivel mundial representadas en la Figura 1.<br />
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA<br />
Según (Centro de Nuevas Iniciativas, 2008); existen tres<br />
razones importantes para usar, producir y compartir los REA,<br />
dividiéndose en: motivos tecnológicos, económicos, sociales<br />
y jurídicos.<br />
Figura 1. Utilización de Plataformas OCW (Borrás, 2010)<br />
La construcción de los REA, involucra el uso y reutilización<br />
de recursos digitales como videos, textos, imágenes, etc.,<br />
incluyendo el desarrollo de metadatos asociados a dichos<br />
recursos, los cuales permiten el almacenamiento,<br />
catalogación y búsqueda en repositorios, así como los<br />
derechos de autor relacionados que determinan si pueden ser<br />
consultados, utilizados o reeditados.<br />
En (Velarde, Lozano, & Ramírez, 2009), se definieron los<br />
aspectos necesarios para generar un modelo de OCW<br />
innovador, centrándose en las aportaciones referentes al<br />
diseño instruccional basado en e-learning, donde se<br />
consideren las necesidades de implementación de acuerdo a<br />
los requerimientos de los participantes, los recursos y guías<br />
de utilización de los recursos; sugiriendose como punto de<br />
partida para futuras investigaciones desarrollar, implementar<br />
y evaluar dicha propuesta.<br />
En la revisión bibliográfica sobre métodos de creación de<br />
REA realizada por (Arimoto & Barbosa, 2012), se menciona<br />
que existen pocos métodos sistemáticos para la creación y<br />
aceptación adecuada de los REA; además se presta poca<br />
atención a la adopción de las tecnologías como Web 2.0 y la<br />
web semántica, pesar del gran potencial que tienen estas<br />
tecnologías para contribuir eficazmente al desarrollo,<br />
publicación y búsqueda de los REA las cuales han sido<br />
consideradas únicamente en el método propuesto por<br />
(Cueva, Rodríguez, & Romero, 2010).<br />
De lo mencionado anteriormente se concluye que no existe<br />
un proceso estandarizado de creación de OCW. Por lo cual,<br />
este trabajo se centra en la aplicación de un proceso estándar<br />
que incluya las mejores prácticas para la creación de los<br />
recursos educativos utilizando herramientas sociales<br />
denominado REACS.<br />
4. METODOLOGÍA<br />
Esta investigación consta de diferentes partes, la primera<br />
consistió en la recolección de información teórica sobre los<br />
REA en particular sobre los OCW y sus características, los<br />
modelos de diseño instruccional, así como también un<br />
análisis sobre los ciclos de producción de los OCW, cabe<br />
destacar que algunas de las instituciones no tienen definido<br />
una metodología para la producción de los OCW.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Producción de Cursos Educativos Abiertos con Herramientas Sociales<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
95<br />
Se ha considerado aplicar el ciclo de producción REACS<br />
propuesto por realizado por (Cueva, Rodríguez, & Romero,<br />
2010), el mismo que se basa en el modelo de diseño<br />
instruccional ADDIE (análisis, diseño, desarrollo,<br />
implementación y evaluación); luego se realizó la<br />
implementación de la metodología y la evaluación que se<br />
debería realizar utilizando el modelo de (Kirkpatrick &<br />
Kirkpatrick, 2006); una vez puesto el curso a disposición de<br />
los usuarios.<br />
4.1 Propuesta para la creación de OCW con componentes<br />
sociales<br />
La metodología propuesta para la producción de cursos OCW<br />
con componentes sociales REACS, se basa en las cinco fases<br />
del modelo de diseño instruccional ADDIE; en cada una de<br />
estas fases se incluirán componentes sociales.<br />
Para cada una de las fases del modelo REACS se propone un<br />
componente social, que dependerá de cada uno de los<br />
propósitos establecidos como se muestra en la Figura 2.<br />
4.2 Implementación de REACS<br />
En este trabajo se ha seleccionado el curso de Ingeniería de<br />
Requisitos de la titulación de Ingeniería en Informática de la<br />
Universidad Técnica Particular de Loja para implementar el<br />
ciclo de producción REACS, el mismo que se utilizó como<br />
caso práctico en (Rojas & Cueva, 2014).<br />
Primeramente se realizó una encuesta a los estudiantes con el<br />
fin de determinar las necesidades que se quiere satisfacer con<br />
los recursos que se obtendrían en las fases siguientes, así<br />
mismo se realizó un bosquejo general de los datos del curso<br />
OCW, se definieron el recurso humano y tecnológico que se<br />
necesita para cumplir con los propósitos establecidos en las<br />
fases de diseño, desarrollo, implementación y evaluación.<br />
En la fase de diseño se establecieron los objetivos generales y<br />
específicos del curso de Ingeniería de Requisitos, así como<br />
las competencias que debe tener el estudiante que curse la<br />
misma, se definieron el tipo de metadatos que se va utilizar,<br />
así como también el tipo de licencia, etc.<br />
Para la fase de desarrollo se determinó utilizar la herramienta<br />
social Alfresco la cual permitió el trabajo colaborativo, la<br />
organización de los recursos encontrados,<br />
vez encontrados dichos recursos se procedió a calificarlos de<br />
acuerdo a criterios de valoración establecidos en esta fase; en<br />
un estudio realizado anteriormente se estableció utilizar la<br />
plataforma Educommons para la creación y gestión de los<br />
cursos.<br />
Posteriormente en la fase de implementación se determinaron<br />
los metadatos utilizados para el curso Ingeniería de<br />
Requisitos, a continuación se realizó la instalación de la<br />
plataforma, y las herramientas necesarias para la<br />
implementación del curso.<br />
Para cada una de las fases de la metodología REACS se<br />
realizó la evaluación formativa en base a un modelo expuesto<br />
por (Riera, et al., 2000), que consiste en un banco de<br />
preguntas para cada una de las fases.<br />
Después de finalizado el curso y puesto a disposición de los<br />
estudiantes se realizó la evaluación sumativa basado en el<br />
método propuesto por (Kirkpatrick & Kirkpatrick, 2006), el<br />
cual está orientado a la evaluación de la formación recibida a<br />
partir de encuestas realizadas a los estudiantes del curso.<br />
Todo este proceso se representa en la Figura 3 y<br />
seguidamente se especifica el mismo:<br />
Fase de Análisis:<br />
Propósito: Identificar la necesidad a satisfacer por el REA<br />
desde el entorno ¿qué se necesita producir?, Identificar los<br />
datos generales de un curso OCW, Determinar el recurso<br />
humano y tecnológico.<br />
Componente Social: Utilizar la herramienta colaborativa<br />
Google Docs, debido a que tiene características para soportar<br />
Figura 2. Ciclo de Producción (Cueva, Rodríguez, & Romero, 2010)<br />
Figura 3. Diagrama del ciclo de Producción utilizando REACS<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Cueva Samanta 1 ; Torres Rommel 2 ; Rodríguez Germania 1 ; Rojas Carolina 1 ; Marbán Óscar 1<br />
96<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
trabajo colaborativo (http://bit.ly/11U38mz), indexación de<br />
contenido; además que en este ciclo de producción se<br />
utilizarán herramientas online y/o de bajo costo para poder<br />
reducir el costo de la producción de los OCW.<br />
En esta fase son tres ítems los que se tomaron en cuenta: a)<br />
Identificar la necesidad a satisfacer por el OCW, b)<br />
identificar los datos generales de un curso OCW, c)<br />
determinar el recurso humano y tecnológico.<br />
Para identificar las necesidades a satisfacer por los recursos,<br />
se desarrolló una encuesta sobre el conocimiento y acceso a<br />
la información, utilizando la herramienta Google Docs, la<br />
misma que permitió el envío del cuestionario y conocer la<br />
opinión de los estudiantes/usuarios, frente a las herramientas<br />
y servicios que posibilita el Internet, para la búsqueda,<br />
recuperación y selección de información en el ambiente<br />
académico.<br />
Para la realización de la encuesta se tomó en cuenta el<br />
número de estudiantes de la Titulación de Sistemas<br />
Informáticos y Computación de la Universidad Técnica<br />
Particular de Loja del periodo Abril-Agosto 2014, dando un<br />
total de 349 alumnos que es el valor de la población. Una<br />
vez obtenido este dato se utilizó la Ecuación (1) propuesta<br />
por (Triola, 2012), para calcular el tamaño de la muestra<br />
como se indica a continuación:<br />
Donde:<br />
n =<br />
Z 2 σ 2 N<br />
e 2 (N−1)+ Z 2 σ 2 (1)<br />
n= tamaño de la muestra<br />
N= tamaño de la población (349)<br />
σ = desviación estándar, sustituyendo (0,5)<br />
Z = nivel de confianza, sustituyendo (1,96 = 95 %)<br />
e = límite aceptable del error muestral (0,05)<br />
Reemplazando los valores, el tamaño de la muestra a utilizar<br />
para la realización de la encuesta se obtuvo el valor 183<br />
estudiantes; luego de realizada la encuesta se obtuvieron a las<br />
siguientes conclusiones:<br />
<br />
<br />
<br />
El 46 % de los estudiantes se conecta a internet en<br />
un periodo de 7 a 10 horas, principalmente por<br />
entretenimiento y para conectarse con sus<br />
compañeros.<br />
En cuanto a las herramientas que utilizan los<br />
estudiantes para reforzar los conocimientos el 32 %<br />
de ellos utiliza Slideshare de la universidad, así<br />
mismos el 46 % considera que los recursos<br />
encontrados son buenos a diferencia del 16% que los<br />
estima regulares.<br />
Con respecto a los cursos OCW solo un 15 % de los<br />
estudiantes tienen conocimientos y han usado los<br />
mismos.<br />
Con los resultados obtenidos, se observa la factibilidad para<br />
la creación de cursos OCW considerando las aptitudes y el<br />
alto nivel de acceso a internet que poseen los estudiantes;<br />
además del exponencial crecimiento de instituciones que se<br />
han unido al movimiento OCW.<br />
En la Tabla 1 se describen los datos generales del curso de<br />
Ingeniería de Requisitos.<br />
Así mismo se determinó el recurso humano y tecnológico que<br />
se requiere para la puesta en marcha del proyecto Tabla 2.<br />
Fase de Diseño<br />
Propósito: ¿Para qué? ¿Para quién? ¿Cómo? Definir<br />
objetivos, contenidos, estructura, metadatos y licencias.<br />
Componente Social: Utilizar para la fase de definición de<br />
objetivos, contenidos base, estructura, categorización,<br />
metadatos y licencias, herramientas sociales tipo wikis, blogs,<br />
Google Docs.<br />
En esta parte especificaron los objetivos de aprendizaje que<br />
del curso, para ello se consideraron las temáticas y el plan de<br />
estudio del curso Ingeniería de Requisitos, así como también<br />
el perfil del estudiante, dado que ésta se encuentra en el 6to<br />
ciclo del pensum de estudio, con lo cual se desarrolló el plan<br />
de estudio y las competencias que requiere el estudiante, se<br />
presenta la estructura general del curso, y como primer punto<br />
el objetivo general de aprendizaje que este curso busca<br />
alcanzar.<br />
Objetivo General del curso: La asignatura se presenta como<br />
una especialización al proceso de Ingeniería del Software en<br />
la parte de Especificación de Requerimientos, permitiendo a<br />
los estudiantes adquirir destrezas y habilidades en la captura<br />
de las<br />
Título<br />
<strong>No</strong>mbre del Curso<br />
Descripción del Curso<br />
Nivel del ciclo al que va<br />
dirigido el Curso<br />
Perfil del alumno<br />
Objetivos de<br />
aprendizaje<br />
Tabla 1. Datos Generales de un OCW<br />
Contenido<br />
El nombre del curso debe ser claro y<br />
no tener ambigüedades<br />
Descripción del contenido a impartir<br />
Nivel del Ciclo<br />
Está relacionado con los<br />
conocimientos previos del alumno<br />
Competencias que se alcanzarán al<br />
culminar el curso<br />
Tabla 2. Recurso Humano y tecnológico para la creación de los cursos<br />
Recurso Humano<br />
Actor<br />
Descripción<br />
Docente (Autor)<br />
Creadores del material didáctico<br />
Equipo técnico<br />
Encargado de buscar REA,<br />
adaptar y publicar el curso<br />
Docente (Evaluador)<br />
Evalúa el curso antes de que se<br />
publique<br />
Recurso Tecnológico<br />
1. Servidor para la<br />
Equipos de cómputo<br />
plataforma<br />
2. Equipos del personal<br />
técnico<br />
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Producción de Cursos Educativos Abiertos con Herramientas Sociales<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
97<br />
a) necesidades de los stakeholders en un proyecto de<br />
desarrollo de software.<br />
b) Actividades de aprendizaje: Se definieron las<br />
actividades que se deben realizar de acuerdo al plan<br />
de contenidos.<br />
c) Material del curso: En este aspecto para el curso<br />
“Ingeniería de Requisitos” se consideró utilizar<br />
contenidos digitales como: videos, presentaciones,<br />
basándose en cada una de las unidades del curso,<br />
para ello se dispuso buscar de forma manual cada<br />
uno de estos recursos, tomando como base<br />
herramientas sociales como: slideshare, youtube,<br />
blogs, etc.<br />
d) Contenido del curso: El contenido del OCW está<br />
dado por categorías quedando como se indica en la<br />
Tabla 3.<br />
e) Metadatos y Licencia: Estos metadatos, permiten la<br />
identificación, recuperación, utilización y<br />
reutilización de un curso, es así que se ha definido<br />
tres tipos de metadatos con los cuales se trabaja<br />
basándose en el estándar Dublín Core como se<br />
observa en la Tabla 4.<br />
Es imprescindible la utilización de una licencia para el uso<br />
del contenido y los recursos, es por ello que para la<br />
publicación de los cursos en el sitio OCW-UTPL se usa la<br />
Licencia Creative Commons 3.0 Ecuador<br />
(http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ec/.)<br />
Fase de Desarrollo<br />
Propósito: Puesta en marcha del diseño, búsqueda de los<br />
recursos para reforzar los contenidos del curso, Especificar el<br />
Tabla 3. Categorías del contenido del curso<br />
Categoría Descripción Formatos<br />
Temario Guía de aprendizaje propuesta y .pdf<br />
(Syllabus) recomendada por el profesor,<br />
plan del curso Ingeniería de<br />
Requisitos<br />
Lecturas Bibliografía base y .pdf<br />
(Readings) complementaria<br />
.html<br />
Laboratorios Actividades recomendadas para .pdf<br />
(Labs) práctica<br />
Exámenes Autoevaluaciones<br />
.pdf<br />
(Exams)<br />
Material de<br />
studio<br />
(Study<br />
Materials)<br />
Recursos Educativos Abiertos<br />
(videos, presentaciones)<br />
.pdf<br />
.pps<br />
.flv<br />
Tabla 4. Metadatos del curso<br />
Metadatos<br />
Descripción<br />
Título, materia, descripción,<br />
Elementos de contenido<br />
lenguaje<br />
Autor, colaborador, derechos de<br />
Propiedad intelectual propiedad intelectual bajo licencia<br />
Creative Commons<br />
Elementos de aplicación Fecha, formato, identificación<br />
Entorno de Aprendizaje que se va a utilizar para la<br />
implementación del Curso OCW.<br />
Componente Social:<br />
<br />
<br />
Buscar y ubicar los recursos desde herramientas sociales.<br />
Utilizar herramientas colaborativas como Google Docs,<br />
Alfresco (http://www.alfresco.com/) para la<br />
compartición de los recursos encontrados.<br />
Lo primero que se realizó es un proceso de búsqueda manual,<br />
para ubicar cada uno de los recursos que sirvan como<br />
material de apoyo para el curso de Ingeniería de Requisitos;<br />
para ello se utilizó la herramienta Alfresco que permite la<br />
administración de los contenidos.<br />
Luego se identificaron los recursos adecuados para cada una<br />
de las unidades de estudio, seleccionándolos de acuerdo a los<br />
siguientes criterios:<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Procedencia del contenido<br />
Fecha de publicación<br />
Valoración por el número de reproducciones<br />
Licencia<br />
Fase de Implementación<br />
Propósito: Implementar, integrar y gestionar el curso OCW.<br />
Componente Social:<br />
<br />
<br />
Usar el Estándar de Agregación de Contenidos<br />
SCORM para el empaquetamiento de los cursos.<br />
Utilizar el gestor de contenidos EduCommons para<br />
la publicación de los cursos.<br />
El Estándar de Agregación de Contenidos SCORM permite el<br />
empaquetamiento y distribución del material educativo en<br />
cualquier momento, este estándar asegura que este material<br />
sea accesible, reutilizable, interoperable y durable. Para el<br />
empaquetamiento se utilizó un software generador de<br />
paquetes SCORM, existen varios software que pueden ayudar<br />
en esta actividad en este caso se usó Reload Editor<br />
(http://www.reload.ac.uk/editor.html).<br />
En esta fase se procede a la creación del curso utilizando el<br />
sistema de gestión de contenidos Educommons y su<br />
correspondiente empaquetamiento utilizando Reload Editor.<br />
Fase de Evaluación<br />
Propósito: Evaluar los cursos publicados tanto en diseño<br />
como en contenido.<br />
Componente Social: Utilizar herramientas sociales para la<br />
difusión de los cursos, y para la evaluación de los resultados.<br />
Aunque la Evaluación es la última fase de la metodología<br />
REACS es un componente importante en cada una de las<br />
cuatro fases anteriores, es por ello que se tomó en cuenta dos<br />
tipos de evaluación: formativa y sumativa. La primera<br />
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Cueva Samanta 1 ; Torres Rommel 2 ; Rodríguez Germania 1 ; Rojas Carolina 1 ; Marbán Óscar 1<br />
98<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
consistió en evaluar cada una de las fases del modelo<br />
utilizado, mientras que la segunda se fundamentó en evaluar<br />
de manera global el curso ya implementado, es decir se<br />
desarrolló una vez que se terminó el proceso de creación y<br />
publicación del curso.<br />
a) Evaluación Formativa: La evaluación formativa<br />
brinda la posibilidad de que el diseñador pueda<br />
realizar la evaluación en cada una de las fases de la<br />
metodología. De este modo al conducir cada fase<br />
del diseño instruccional, los procedimientos y<br />
actividades pueden ser evaluados para asegurar que<br />
se realicen en la manera más eficaz para asegurar<br />
resultados óptimos. (Riera, et al., 2000). Para todos<br />
los cursos en su evaluación formativa se deberá<br />
utilizar la Tabla 5 expuesta por (Riera, et al., 2000),<br />
en la cual se muestran algunas preguntas de<br />
evaluación que se deberían realizar en cada una de<br />
las fases del modelo.<br />
b) Evaluación Sumativa: Una vez que se terminó con<br />
todas las fases del modelo y consigo la publicación<br />
del curso en el sitio OCW-UTPL, es necesario<br />
realizar una evaluación donde los estudiantes<br />
demuestren que han aprendido exitosamente el<br />
Tabla 5. Evaluación Formativa (Riera, et al., 2000)<br />
Fase<br />
Acciones para la evaluación<br />
1. ¿Se han recogido los datos para la<br />
valoración del ambiente externo de la<br />
organización?<br />
Análisis 2. ¿Son los datos relacionados con las<br />
necesidades de aprendizaje?<br />
3. ¿Está completo el contenido propuesto del<br />
curso?<br />
4. ¿Corresponden los resultados del curso a los<br />
requerimientos identificados previamente?<br />
5. ¿Corresponde el plan de evaluación a los<br />
Diseño<br />
objetivos?<br />
6. ¿Los materiales facilitan el cumplimiento de<br />
los objetivos?<br />
7. ¿Corresponden los materiales de aprendizaje<br />
a los resultados, plan de actividades y<br />
especificaciones formuladas previamente?<br />
8. ¿Es amigable el ambiente en línea de<br />
Desarrollo aprendizaje?, ¿Facilita el aprendizaje?<br />
9. ¿Facilitarán las actividades el aprendizaje de<br />
los participantes?<br />
10. ¿Ayudan eficazmente los materiales<br />
multimedia en el aprendizaje?<br />
11. ¿Es adecuado el ambiente de aprendizaje en<br />
línea?<br />
12. ¿Lograron los participantes los resultados<br />
esperados?<br />
13. ¿Qué cambios son necesarios para mejorar<br />
Implementación<br />
14. ¿Qué tanto provee el docente en la<br />
la eficacia de los recursos de aprendizaje?<br />
orientación, consejo y soporte al estudiante?<br />
15. ¿Están satisfechos los estudiantes con sus<br />
experiencias de aprendizaje?<br />
16. A partir de los resultados de evaluación,<br />
¿cómo debe cambiar la metodología?<br />
17. ¿Los medios de evaluación que se<br />
escogieron son los apropiados para esta<br />
Evaluación metodología?<br />
18. ¿Son válidos y confiables los instrumentos<br />
de evaluación?<br />
aprendizaje deseado. Por tal razón se deben evaluar<br />
los resultados de la participación en el curso, para<br />
ello se debería utilizar el modelo propuesto por<br />
(Kirkpatrick & Kirkpatrick, 2006).<br />
5. COMPARACIÓN DEL TIEMPO EMPLEADO EN LA<br />
CREACIÓN DEL CURSO<br />
Con respecto a la evaluación de éste parámetro, se realizó<br />
una comparación entre la publicación del material sin<br />
utilizar ninguna metodología y haciendo uso de ella, para<br />
la primera parte se realizó dos entrevistas, la primera<br />
dirigida a los docentes creadores del material de estudio<br />
la misma que consistía en una pregunta que contemplaba<br />
el tiempo estimado que ellos utilizaron en crear el<br />
contenido del curso a lo que ellos le denominan guía de<br />
aprendizaje tomando en cuenta lo siguiente:<br />
<br />
<br />
El tiempo asignado diariamente para el desarrollo de<br />
la guía.<br />
El dominio que se tiene sobre la materia que se va a<br />
realizar la guía.<br />
Obteniendo como resultado una media de dos meses para<br />
la realización del material.<br />
La segunda entrevista se la realizó al administrador del<br />
sitio OCW-UTPL quien era el encargado de la<br />
publicación de los cursos; ésta entrevista consistió en<br />
determinar el tiempo empleado en: dividir la guía en<br />
unidades, búsqueda de recursos, autoría del material<br />
(Licencia Creative Commons), subida del material,<br />
creación de páginas con contenido (estructura del curso);<br />
todos estos parámetros dependían de cuantas unidades<br />
contiene el curso, es decir entre más material de estudio<br />
más tiempo se empleaba; de acuerdo a la entrevista<br />
realizada; seguidamente se procedió a realizar una<br />
entrevista al equipo de trabajo que utilizó la metodología<br />
REACS, cuya comparación se puede observar en la<br />
Tabla 6.<br />
Con la comparación realizada se puede deducir que con<br />
el uso de la metodología la publicación de un curso se lo<br />
Tabla 6. Comparativa del tiempo empleado en la creación y<br />
publicación del curso<br />
Tarea Sin metodología Metodología<br />
Material de estudio<br />
(guía)<br />
2 meses 2 meses<br />
División de la guía<br />
(Formato)<br />
8 horas 3 horas<br />
Búsqueda de recursos 5 horas 3 horas<br />
Autoría del material<br />
(Licencia Creative<br />
Commons)<br />
2 horas 1 horas<br />
Empaquetamiento ----- 30 minutos<br />
Subida del material 1 horas 10 minutos<br />
Creación de páginas con<br />
contenido (estructura del<br />
curso)<br />
6 horas 2 horas<br />
Publicación del curso 30 minutos 30 minutos<br />
2 meses con tres 2 meses con<br />
Tiempo aproximado<br />
días<br />
1.5 días<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Producción de Cursos Educativos Abiertos con Herramientas Sociales<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
99<br />
puede efectuar con un 50 % de tiempo menos que significaría<br />
un tiempo a favor de las personas encargadas del proceso de<br />
publicación, es decir que si antes subían un curso en ese<br />
tiempo, ahora lograrían subir dos cursos al sitio OCW de la<br />
universidad porque todas las tareas que implican la subida del<br />
material estarán reducidas a la mitad.<br />
6. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS<br />
Los OCW constituyen un medio por el cual las Universidades<br />
ponen a disposición materiales gratuitos creados por sus<br />
docentes con el objetivo de brindar acceso abierto al<br />
conocimiento; los cuales sirven como material<br />
complementario para sus estudiantes y por su naturaleza de<br />
abiertos constituyen un complemento para el aprendizaje de<br />
otras personas como parte de su formación continua.<br />
A partir de la investigación realizada sobre los diferentes<br />
sitios OCW de las universidades se recopiló información<br />
necesaria que permitió encontrar diferentes componentes que<br />
forman parte de un curso OCW para plasmarlo en una<br />
plantilla, que al final se utilizó para describir la estructura y<br />
contenido de un curso.<br />
En base a la búsqueda y análisis de los diferentes modelos de<br />
diseño instruccional se optó por utilizar la metodología<br />
REACS (Recursos Educativos con Componentes Sociales)<br />
que está basada en el modelo instruccional ADDIE,<br />
incorporando un componente social en cada una de ellas, la<br />
misma que permite mejorar los tiempos de producción de un<br />
curso OCW.<br />
REACS está basado en el modelo de diseño instruccional<br />
ADDIE el cual exige componentes de valoración y calidad<br />
propios del contexto Educativo.<br />
Con el uso de esta metodología se pretende facilitar el<br />
proceso de producción de los cursos OCW poniendo énfasis<br />
en la utilización de herramientas colaborativas que posibilitan<br />
la inteligencia colectiva y así mismo impulsa a los docentes<br />
de la universidad a que incursionen en este tipo de proyectos<br />
que ayudan tanto a las personas que lo elaboran como a los<br />
usuarios (estudiantes) que lo utilizan.<br />
De acuerdo a la comparación realizada sobre los tiempos<br />
empleados en la producción de los cursos, se obtuvieron<br />
como resultados preliminares, que el uso de una metodología<br />
es eficiente ayudando a las personas encargadas del proceso<br />
de creación y publicación a disminuir el tiempo en un 50 %;<br />
esto es gracias al desarrollo colectivo y la sinergia que existe<br />
entre las personas que conforman el equipo de trabajo.<br />
El éxito de la aplicación del Modelo depende del contexto<br />
institucional en el que se implemente, así como de las<br />
políticas referentes a generación de contenidos,<br />
reconocimiento de autores y difusión de los recursos.<br />
<br />
<br />
Producir nuevos recursos OCW siguiendo el ciclo<br />
propuesto REACS en instituciones de Educación<br />
Superior.<br />
Adaptar el uso de herramientas y plataformas que se<br />
sugieren en el ciclo de producción de REACS de<br />
acuerdo a las políticas institucionales.<br />
Desarrollar un software que apoye en la<br />
implementación de REACS.<br />
RECONOCIMIENTO<br />
Este trabajo se ha desarrollado parcialmente gracias al<br />
financiamiento de SENESCYT del Ecuador y de la<br />
Universidad Técnica Particular de Loja.<br />
REFERENCIAS<br />
Arimoto, M., & Barbosa, E. (2012). A systematic review of methods for<br />
developing open educational resources. 20th International Conference on<br />
Computers in Education (ICCE). Singapore.<br />
Borrás, O. (2010). Observatorio de Plataformas para OCW, Universidad<br />
Politecnica de Madrid. Obtenido de<br />
http://ocw.upm.es/documentacion/estudio-utilizacion-deplataformas-paraopencourseware-2010<br />
Centro de Nuevas Iniciativas. (2008). El conocimiento libre y los recursos<br />
educativos abiertos. España: Junta de Extremadura.<br />
Cueva, S. P., Rodríguez, G., & Romero, A. (2010). OER's production cycle<br />
with social authorship and semantic tools. IEEE Education Engineering<br />
(EDUCON) (págs. 121-128). Madrid: IEEExplore.<br />
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Developing Countries Final report. (2002). Obtenido de<br />
htttp://unesdoc.unesco.or/images/0012/001285/12851e.pdf<br />
Kirkpatrick, D., & Kirkpatrick, J. (2006). Evaluating Training Programs:<br />
The Four Levels. Berrett-Koehler Publishers.<br />
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educativos abiertos. (2007). Revista de Universidad y Sociedad del<br />
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Riera, B., Martí, C., Colares, J., Ordinas, C., Torrandell, I., & Montilla, X. P.<br />
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Rodríguez, G., Cueva, S., Feijoo, L., & Marbán, Ó. (2014). Implementation<br />
of social technologies for Open Course Ware OCW platforms. 9th Iberian<br />
Conference on Information Systems and Technologies (CISTI). Barcelona.<br />
Rojas, C., & Cueva, S. (2014). Creación de Recursos Educativos Abiertos<br />
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Triola, M. (2012). Elementary Statistics. Pearson.<br />
Varlamis, I., & Apostolakis, I. (2006). The Present and Future of Standards<br />
for E-Learning Technologies. Interdisciplinary Journal of Knowledge and<br />
Learning Objects, 2, 59-72.<br />
Velarde, M., Lozano, F., & Ramírez, M. (2009). Aportes para la generación<br />
de un modelo operativo innovador de Open Course Ware (OCW). IV<br />
Congreso Nacional de Posgrados en Educación. Guanajuato.<br />
Como trabajos futuros se pueden considerar a:<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
An approximation to Household Overcrowding: Evidence from Ecuador<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
100<br />
An approximation to Household Overcrowding:<br />
Evidence from Ecuador<br />
Díaz Juan Pablo 1 ; Romaní Javier 2<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ciencias, Quito, Ecuador<br />
2<br />
Universidad de Barcelona, Facultad de Economía y Empresa, Barcelona, España<br />
Abstract: This paper addresses the household overcrowding problem. To do so, a binary choice model with logit<br />
specification is constructed. The cross section data used in the empirical analysis comes from Ecuador which is a<br />
developing South American country. Although, household overcrowding has more incidence in developing<br />
countries, it also takes place in developed economies. The findings of the research suggest that a set of variables<br />
related to the head of the household like his/her gender, age, and level of education affect the probability of being<br />
under overcrowding situation in the household. Furthermore, the regime of tenancy under which the household is<br />
living in the dwelling also influences the probability of being in overcrowding situation.<br />
Key words: Ecuador, household overcrowding, crowding, logit modelling.<br />
Una aproximación al Hacinamiento de Hogares:<br />
Evidencia del Ecuador<br />
Resumen: En este trabajo se aborda el problema de hacinamiento de los hogares. Para ello, un modelo de elección<br />
binaria con especificación logit es construido. Los datos de corte transversal utilizadas en el análisis empírico<br />
proviene de Ecuador, que es un país en desarrollo de América del Sur. Aunque, el hacinamiento de los hogares<br />
tiene más incidencia en los países en desarrollo, también tiene lugar en las economías desarrolladas. Los resultados<br />
de la investigación sugieren que un conjunto de variables relacionadas con el jefe de la familia como su sexo, edad<br />
y nivel de educación afecta a la probabilidad de estar en situación de hacinamiento en el hogar. Por otra parte, el<br />
régimen de tenencia en las que la familia está viviendo en la vivienda también influye en la probabilidad de estar en<br />
situación de hacinamiento.<br />
Palabras clave: Ecuador, hacinamiento de los hogares, modelación logit.<br />
11. INTRODUCTION<br />
The concern in the high levels of population density had its<br />
boom during the 60’s and 70’s. Obviously, the idea was to<br />
study not only its causes but also its effects. Indeed, as<br />
Baldassare (1978) proved, a large number of factors led to<br />
believe to a substantial part of the scientific community and<br />
most of the general population that a high level of density, in<br />
terms of people, has serious detrimental effects on humans.<br />
The majority of these studies focused on the effects of high<br />
levels of people density on human behavior. From these<br />
studies, it was clear that it was necessary to distinguish<br />
between density at the level of macro-environment (people<br />
per hectare, for example) and crowding in the microenvironment,<br />
such as crowding in home (Carnahan et al.,<br />
1974; Galle and Gove, 1978).<br />
Recently, it seems like the interest in the high levels of<br />
density of people has come back. For example Marx and<br />
Stoker (2013), referring to slums, which are informal<br />
juan.diaz@epn.edu.ec<br />
settlements in and around cities in the developing countries,<br />
estimates that 450 million new housing units would be<br />
needed in the next 20 years just for accommodating<br />
households in urgent need of housing due to the increase of<br />
migrants to the existing slum populations. Said so, it is clear<br />
that there is a strong correlation between poverty and high<br />
density of people in the house. Indeed, one of the most used<br />
methodologies for measuring poverty, especially in Latin<br />
America, the Unsatisfied Basic Needs (UBNS) method uses<br />
as an indicator for determining a poverty situation the fact<br />
that there are more than three people per room in the house.<br />
In this paper, authors focus on the household crowding.<br />
According to Lawton (1961), household crowding is a<br />
difficult concept to express since acceptable standards of<br />
intensity of household occupancy vary from time to time,<br />
from place to place and as between social classes. Moreover,<br />
indices of crowding can be selected from a variety of census<br />
data, including the number of people, the number of rooms,<br />
the number of households and the number of dwellings of<br />
various sizes. The most extended index for approaching to<br />
household crowding is the people per room measure: a<br />
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household is considered in a crowding situation if there are<br />
more than three people per bedroom; however, this index<br />
presents limitations as a measure of intense of occupancy<br />
since it does not take into account the size of the household<br />
(for example, a household formed by 10 people and 5 rooms<br />
is not ¨crowded,¨ meanwhile a household formed by 3 people<br />
and 1 room is) neither their particular needs which lead to a<br />
collective generalization. Despite these inconveniences, this<br />
measure of crowding gives us an idea about the particularities<br />
of the household and the society.<br />
This paper is composed as follows; first, it is presented a<br />
review of the literature about the household crowding.<br />
Secondly, the methodology that is used in the empirical<br />
analysis is presented, basically binary choice models. Then, it<br />
is shown an empirical analysis using cross section data about<br />
the probability of being in a household crowding situation.<br />
The condition that tells us if a household is in a crowding<br />
situation is if there are more than three people per bedroom in<br />
the household. The data is from Ecuador which is a<br />
developing country located in the <strong>No</strong>rth West part of South<br />
America. After that, it is discussed the results obtained in the<br />
estimates. Finally, some conclusions are presented.<br />
2. LITERATURE REVIEW<br />
In general terms, there are several factors that contribute to<br />
the household crowding. First, there is the demographic<br />
factor which is basically represented by the vegetative<br />
population growth rate and migrations. Second, the physical<br />
factors of the dwelling and its environment. Finally, the<br />
social factor also plays an important role. As physical factors<br />
of the house one can point out the design of the dwelling, the<br />
habitability of the construction, the sanitary situation,<br />
conditions of the settlement place and the physical channels<br />
of social integration like roads, nearly schools and so on. The<br />
social factor refers to the housing density and tenancy<br />
regime. The housing density is the relationship between the<br />
number of people and the available space. As a matter of fact,<br />
the housing density becomes crowding when this relationship<br />
between people and available space exceeds a tolerable limit.<br />
On the other hand, the tenancy regime is related to the<br />
condition of ownership for the people living in a certain<br />
house like owner, renter, usurper or borrower (Puga, 1983).<br />
It is important to mention that there are several approaches to<br />
measure crowding. For example, people per bed, people per<br />
bedroom, families per dwelling, and dwellings per piece of<br />
land (Iglesias de Usel, 1993). Another indicator for<br />
measuring the intensive usage of the space is the quantity of<br />
square meters per person. It is important to say this because<br />
authors want to point out that there is not a unique form to<br />
define crowding. Indeed, the threshold from which it can be<br />
considered an intensive usage of the space varies according<br />
to the level of development of societies, cultural and<br />
historical realities.<br />
The theoretical literature on the consequences of crowding on<br />
individuals basically focuses on physical and psychological<br />
repercussions. About the physical effects, crowding could be<br />
a determinant factor for illness propagation not only in<br />
developing countries, but also in the developed ones. For<br />
instance, Baker et al. (2008) proved that Tuberculosis<br />
incidence in New Zealand is associated with household<br />
crowding. Moreover, an alarming fact about the crowding is<br />
that it especially affects children in their growing-up and<br />
development processes. Furthermore, according to Iglesias de<br />
Usel (1993) and Puga (1983) there are causal relationships<br />
between crowding and low test score performing and high<br />
juvenile crime rate.<br />
Regarding the psychological effects researchers have<br />
determined two main alterations in crowding situations: lack<br />
of privacy and easiness of circulation (Lentini, 1997).<br />
Regarding the privacy, it is clear that it is a required good for<br />
a person, for couples (father-mother), for gender separation,<br />
for the family as an independent social unity and for certain<br />
family activities such as sleeping, studying, etc. About the<br />
easiness of circulation, it allows the normal fulfillment of the<br />
family functions by avoiding the interferences to the freedom<br />
of circulation or the unexpected intrusions. The lack of both,<br />
privacy and easiness of circulation, creates an environment in<br />
which the members of the household may be exposed to<br />
higher levels of psychological stress than those who are not<br />
living under this condition.<br />
Until now, it has been said that there are at least two main<br />
dimensions that help us to understand crowding in<br />
households: number of individuals in the household and the<br />
dwelling itself. Regarding the number of individuals<br />
compounding a household, there are a great number of<br />
published papers that contributes to understand the size of the<br />
household. For example, Bongaarts (2001) published a study<br />
that uses data from household surveys in 43 developing<br />
countries to describe the main dimensions of household size<br />
and their composition in the developing world. He found that<br />
the average household size varies only modestly among<br />
regions, ranging from 5.6 in the Near East/<strong>No</strong>rth Africa to<br />
4.8 in Latin America. These averages are similar to levels<br />
observed in the second half of the nineteenth century in<br />
Europe and <strong>No</strong>rth America. Moreover, he observed that<br />
about four out of five members of the household are part of<br />
the nuclear family of the head of the household. In addition,<br />
Bongaarts suggests that household size is found to be<br />
positively associated with the level of fertility and the mean<br />
age at marriage, and inversely associated with the level of<br />
marital disruption. An analysis of trends and differentials in<br />
household size suggests that convergence to smaller and<br />
predominantly nuclear households is proceeding slowly in<br />
contemporary developing countries.<br />
Regarding the associated effects of the size of the household,<br />
Lanjouw and Ravallion (1995) point out that there is<br />
considerable evidence of a strong negative correlation<br />
between household size and consumption (or income) per<br />
person in developing countries. It is often concluded that<br />
people living in larger and (generally) younger households<br />
are typically poorer. There has been much debate on which is<br />
the 'cause' and which is the 'effect' in this correlation. The<br />
position one takes in this debate can have implications for<br />
policy, including the role of population policy in<br />
development, and the scope for fighting poverty using<br />
demographically contingent transfers. In addition, they<br />
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An approximation to Household Overcrowding: Evidence from Ecuador<br />
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suggest that the existence of size economies in household<br />
consumption cautions against concluding that larger families<br />
tend to be poorer. The poor tend to devote a high share of<br />
their budget to rival goods such as food. But certain goods<br />
(water taps, cooking utensils, firewood, clothing, and<br />
housing) do allow possibilities for sharing or bulk purchase<br />
such that the cost per person of a given standard of living is<br />
lower when individuals live together than apart.<br />
About the variables explaining the size of the households,<br />
one can found studies that use, for example, demographic<br />
variables. That is the case of Burch (1970) who investigates<br />
the influence of demographic variables (viz., mortality,<br />
fertility, age at marriage) on average household size under<br />
different family systems-nuclear, extended and stem. His<br />
study suggests that under all family systems, average<br />
household size is positively correlated with fertility, life<br />
expectancy, and average age at marriage. Households under<br />
nuclear and stem family systems never exceed 10 persons on<br />
average. By contrast, under extended family systems, when<br />
mortality is low and fertility is high, average household size<br />
reaches levels seldom if ever observed in reality, e.g., 25<br />
persons per household. Large households under the extended<br />
family system also tend to be fairly complex, often<br />
containing 5 or more adults. A number of modifications in<br />
the model would make for greater fit between model and real<br />
family systems. A more fruitful approach would involve the<br />
simulation of household formation and development.<br />
With respect to the types or forms of household crowding, as<br />
it has been said above, there is not a unique unit of measure<br />
for it. However, the most extended measure is the people per<br />
room. Despite of its limitations, which are basically not<br />
considering the size of the household neither their specific<br />
needs, it is helpful to draw an aggregate picture of the<br />
phenomenon. In that sense, Lentini (1997) categorizes as<br />
semi-critical crowding when there are more than two people<br />
per bedroom and as critical crowding when there are more<br />
than three people per bedroom.<br />
3. METHODOLOGY<br />
Authors will use the framework of the binary choice models<br />
for our empirical analysis. According to Verbeek (2004),<br />
binary choice models (or univariate dichotomous models) are<br />
designed to model the ‘choice’ between two discrete<br />
alternatives. These models essentially describe the<br />
probability that y i = 1directly. In general, Equation (1):<br />
P{v i = 1⎸x i } = G(x i , β) (1)<br />
for some function G(.). This equation says that the<br />
probability of having y i = 1 depends on the vector xi<br />
containing individual characteristics. So, just for giving an<br />
example, the probability that a household is in a crowding<br />
situation depends on its income, head-of-the-house education<br />
level, age and marital status. Clearly, the function G(.) should<br />
take values in the interval [0, 1] only. Usually, one restricts<br />
attention to functions of the form G(x i,β) = F(x´iβ). As F(.)<br />
also has to be between 0 and 1, it seems natural to choose F<br />
to be some distribution function. Common choices are the<br />
standard normal distribution function, Equation (2):<br />
F(w) = φ(w) = ∫<br />
w 1<br />
−∞ √2π<br />
exp {− 1 2 t2 } dt (2)<br />
Leading to the probit model, and the standard logistic<br />
distribution function, given by Equation (3):<br />
F(w) = L(w) =<br />
ew<br />
1+e<br />
w<br />
(3)<br />
Which results in the logit model. There is also a third option<br />
besides the probit and logit models, the linear probability<br />
model; however, the logit and probit are more common in<br />
applied work.<br />
Both, a standard normal and a standard logistic random<br />
variable have an expectation of zero, while the linear<br />
probability has a variance of π2/3 instead of 1. These two<br />
distribution functions are very similar if one corrects for this<br />
difference in scaling; the logistic distribution has slightly<br />
heavier tails. Indeed, the probit and logit models typically<br />
yield very similar results in empirical work. Moreover, apart<br />
from their signs, the coefficients in these binary choice<br />
models are not easy to interpret directly.<br />
Regarding the estimation and always according to Verbeek<br />
(2004), in general, the likelihood contribution of observation<br />
i with y i= 1 is given by P{y i= 1|x i} as a function of the<br />
unknown parameter vector β, and similarly for y i= 0. The<br />
likelihood function for the entire sample is thus given by<br />
Equation (4):<br />
N<br />
L(β) = ∏i=1 P{y i = 1 |x i ; β} y iP{y i = 0|x i ; β} 1−y i (4)<br />
Where β is included in the Equations for the probabilities to<br />
stress that the likelihood function is a function of β. It is<br />
preferred to work with the loglikelihood function.<br />
Substituting P{y i= 1|x i ; β} = F(x´iβ), as seen Equation (5):<br />
N<br />
N<br />
i=1 i=1<br />
(5)<br />
log L(β) = ∑ y i log F(x i ′ β) + ∑ (1 − y i ) log(1 − F(x i ′ β))<br />
Substituting the appropriate form for F gives an Equation that<br />
can be maximized with respect to β. As previously said, the<br />
values of β and their interpretation depend upon the<br />
distribution function that is chosen.<br />
Consequently, let`s consider the first order conditions of the<br />
maximum likelihood problem. Differentiating the previous<br />
equation with respect to β yields, Equation (6):<br />
δlog L(β)<br />
δβ<br />
′<br />
N y i −F(x i β)<br />
i=1 (6)<br />
= ∑ [<br />
F(x<br />
′<br />
i β)(1−F(xi<br />
′<br />
f(x ′ i β)] x i = 0<br />
β))<br />
Where f = F´ is the derivative of the distribution function (so<br />
f is the density function).The term in square brackets is often<br />
referred to as the generalized residual of the model. It equals<br />
f(x’iβ)/F(x’iβ) for the positive observations (y i= 1) and -<br />
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f(x’iβ)/(1 − F(x’iβ)) for the zero observations (y i= 0). The<br />
first order conditions thus say that each explanatory variable<br />
should be orthogonal to the generalized residual (over the<br />
whole sample). This is comparable to the OLS first order<br />
conditions which state that the least squares residuals are<br />
orthogonal to each variable in xi.<br />
For the logit model, one can simplify the Equation in (7) to<br />
δlog L(β)<br />
δβ<br />
Furthermore, for the probit model<br />
δln {L(β)}<br />
δβ<br />
= ∑<br />
N<br />
= ∑ [y i − exp (x i ′ β)<br />
1+exp (x<br />
′ ] x<br />
i β)<br />
i = 0<br />
−φ i<br />
yi =0 x<br />
1−Φ i i<br />
i=1 (7)<br />
+ ∑<br />
∑ yi =1 λ 1i x i = ∑ n<br />
( q i φ(q i x i ′ β)<br />
Φ(q i x ′ i β) )<br />
φ i<br />
Φ i<br />
x i<br />
y i =0<br />
yi =1 = ∑ λ 0i x i +<br />
i=1 x i = ∑i=1 λ i x i = 0; (8)<br />
With q i=2y i – 1. The solution of the Equation in (8) is the<br />
maximum likelihood estimator β̂. From this estimate, it is<br />
possible to estimate the probability that y i= 1 for a given xi as<br />
seen Equation (9):<br />
n<br />
p̂ i =<br />
exp (x i ′ β)<br />
1+exp (x<br />
′ ; i = 1 … n (9)<br />
i β)<br />
Consequently, the first order conditions for the logit model<br />
imply that, Equation (10):<br />
N<br />
N<br />
∑i=1 p̂<br />
i x i = ∑i=1 y i x i<br />
(10)<br />
Thus, if x i contains a constant term (and there is no reason<br />
why it should not), then the sum of the estimated<br />
probabilities is equal to ∑iy i or the number of observations in<br />
the sample for which yi= 1. In other words, the predicted<br />
frequency is equal to the actual frequency. Similarly, if x i<br />
includes a dummy variable, say 1 for females, 0 for males,<br />
then the predicted frequency will be equal to the actual<br />
frequency for each gender group. Although a similar result<br />
does not hold exactly for the probit model, it does hold<br />
approximately by virtue of the similarity of the logit and<br />
probit model.<br />
Taking into account that in the empirical work both, logit and<br />
probit specifications yields similar results, in this paper,<br />
authors will use the logit specification; however, this does not<br />
mean that the probit specification does not present also good<br />
estimations.<br />
Data and variables. Data from the Survey of Conditions of<br />
Life (Encuesta de Condiciones de Vida) from Ecuador<br />
(INEC, 2006) is used that provides information of 13.536<br />
households in Ecuador for our empirical analysis. The<br />
objectives of this survey were to measure the impact of the<br />
macroeconomic adjust policies and the social compensation<br />
on the households, to create monetary and non-monetary<br />
measures about the welfare distribution and the level of<br />
poorness of the households, to generate an actualized base<br />
line and useful to measure the accomplishment of the<br />
Millennium Development Goals and Objectives, and to<br />
simplify the formulation of public policies that tend to<br />
reduce the levels of poorness of the population.<br />
Authors will use the information of the fifth round of the<br />
survey which collected the information between <strong>No</strong>vember<br />
2005 and October 2006. Considering the 13.536 households<br />
that provided information, 8.028 of them are located in an<br />
urban area which represents the 59% of the sample;<br />
meanwhile, the remaining 5.508 households were from rural<br />
areas which represent the 41% of the sample. In addition, the<br />
information was collected from 1128 census sectors in where<br />
12 households per sector supplied information (12 x 1128 =<br />
13.536). It covers all the provinces of the Ecuadorean<br />
continental territory.<br />
It is important to mention that this survey is a postdollarization<br />
instrument. Briefly speaking, Ecuador had a<br />
severe economic crisis in 1998 that led to an emigration wave<br />
that, according estimations, caused millions of Ecuadoreans<br />
to leave their country. As a policy of stabilization,<br />
dollarization of the economy was implemented in 2000,<br />
which brought a stable economic scenario (Acosta, 2012).<br />
Once the methodology and the data source have been<br />
defined, it is time to define the condition under which a<br />
household can be considered overcrowded or not for our<br />
empirical analysis. According to CEPAL (2001) (Comisión<br />
Económica para América Latina y el Caribe) and several<br />
other authors like Lentini (1997), authors will characterize<br />
overcrowding as it is done in most extended and accepted<br />
measure, meaning that a household will be overcrowded if<br />
there are more than three people per bedroom.<br />
On the other hand, a household will not be crowded if this<br />
condition is not fulfilled. Since the condition is reflected in<br />
the output variable y i of the binary logit model, it will take<br />
the value of 1 if the overcrowding condition is fulfilled (in<br />
other words, if the household is crowded, then y i=1);<br />
otherwise, the dependent variable takes the value of 0 if the<br />
crowding condition is not fulfilled (y i=0). By doing so, it is<br />
obtained that the 58.1% of the sample (7897 observations)<br />
fulfill the overcrowding condition and the 41.9% do not<br />
(5684 observations).<br />
Considering the information available in the data base and<br />
the literature reviewed, it is included in the model<br />
specification several explanatory variables that are supported<br />
in previous researches. In that sense, a set of independent<br />
variables that collects information of the head of the<br />
household is included. The idea behind these inclusions is to<br />
characterize the person who runs the household and, if it is<br />
possible, suggest public policies that contribute to overcome<br />
the overcrowding condition. Considering the head of the<br />
household as the core unit in the analysis of overcrowding is<br />
an extended practice in the applied work as it is showed in<br />
Bongaarts (2001). Furthermore, since Puga (1983) proved<br />
that the regime of tenancy of the dwelling is a vital<br />
dimension in the household overcrowding as a social factor,<br />
authors also include a variable that collects this information.<br />
Additionally, a variable that presents information of the<br />
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An approximation to Household Overcrowding: Evidence from Ecuador<br />
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settlement place, which in Puga (1983) called as physical<br />
factor, is included in the estimation.<br />
Then, the estimation of the probability that<br />
model is given by Equation (11):<br />
where:<br />
Prob(Y i = 1) =<br />
ez<br />
1+ e<br />
z<br />
(11)<br />
for the logit<br />
z = β 0 + β 1 Area i + β 2 Gender i + β 3 Age i + β 4 AgeSq i<br />
+β 5 Educ i + β 6 Ethnic i + β 7 HDB i + β 8 Tenancy i<br />
For i = 1… 13.536. Where Yi is the dichotomous variable<br />
explained above;<br />
β0 is the constant term in the estimation;<br />
Area is a dummy variable for the area in which the household<br />
is located. It takes the value of 1 if the household is settled in<br />
the urban area or 0 otherwise. Fixing rural as the reference<br />
category, it is expected to get a negative sign in the estimated<br />
parameter since it is thought that a household located in the<br />
urban area has less probability of being overcrowded than a<br />
one with the same characteristics located in the country side;<br />
Gender is another dummy variable for the gender of the head<br />
of the household. It takes the value of 1 if the head of the<br />
household is a man or 0 in the case of being a woman. Fixing<br />
as reference category being a woman, the expected sign of<br />
the estimated parameter is negative since one could think<br />
that a household in which the head of the household is a man<br />
has less probability of being overcrowded than a household<br />
in which the head of the household is a woman under similar<br />
conditions. This assumption is supported in the well<br />
documented evidence in the literature that women have less<br />
income than men by doing the same job or having the same<br />
position as De Cabo (2007) proved, so it is expected that this<br />
could influence in the reduction of probability that a man as a<br />
head of the household being in an overcrowded situation<br />
compared to a woman;<br />
Age and AgeSq are the age and the aged squared of the head<br />
of the household. It is expected to get a positive sign in the<br />
first one and a negative sign in the estimation of these<br />
parameters. The idea behind this expectation is that as the<br />
head of the household gets older, the number of members of<br />
the household increases until a certain point in which the<br />
members start to leave the house meaning that the effect of<br />
the age on the probability of being overcrowded has an<br />
inverted u shape. On the other hand, if our expectation is<br />
wrong, that would suggest that the older the head of the<br />
household, the more the number of members in it. It would<br />
evidence that the other members of the household do not<br />
leave the house as the time passes but they bring new<br />
members to the home;<br />
Educ is the level of education of the head of the household. It<br />
is measured in years attended to formal education. Indeed,<br />
this variable works also as a proxy of the level of income of<br />
the head of the household since it is well documented in the<br />
literature about the strong correlation between education and<br />
income;<br />
Ethnic is a categorical variable of the ethnic selfidentification<br />
of the head of the household. It is fixed as<br />
reference category ‘indigenous,’ so the other categories<br />
(mestizo 2 , white, black, mulato 3 and other) will be compared<br />
to it. It is expected a negative sign in the parameters of the<br />
other categories which would suggest that the other ethnic<br />
groups have less probabilities of being in an overcrowded<br />
household than indigenous households. This expectation<br />
comes from the idea that indigenous historically have been<br />
socially segregated not only in Ecuador, but in the whole<br />
America which would result in the deterioration of their<br />
living conditions;<br />
HDB is a dummy variable that takes the value of 1 if the head<br />
of the household receives the Bono de Desarrollo Humano<br />
(rough translation: Human Development Bonus) or 0<br />
otherwise. The Human Development Bonus is a direct cash<br />
transfer for poor families from the government. Fixing not<br />
receiving the cash transfer as category of reference, it is<br />
expected to get a positive sign in the estimated betha meaning<br />
that those households that receive the cash transfer have more<br />
probability of being in overcrowding situation;<br />
Tenancy is a categorical variable that describes the regime of<br />
tenancy under which the household is living there. The<br />
possible alternatives are: owned and fully paid, antichresis 4 ,<br />
owned and paying for it, leased, given, and received for<br />
services. By fixing as reference category the first named, it is<br />
expected a variety of signs in the estimated parameters such<br />
as a negative one in the own and paying for it option or a<br />
positive sign in the leasing option.<br />
If it is consider as crowding situation the fact that there are<br />
more than three people per room in the household, 29.8%<br />
households out of the total at a national level are<br />
overcrowded. As a matter of fact, 26.6% and 36.0% of the<br />
households are under crowding conditions in the urban and<br />
rural areas, respectively.<br />
Regarding the ethnic self-identification, when the head of the<br />
household self-identifies as indigenous, the 48.9% of the<br />
households in this category are under crowding conditions.<br />
This percentage is 27.9% of the total in mestizo households.<br />
Moreover, when the head of the household self-identifies as<br />
white, the 24.8% of the total of households in this category<br />
are under the crowding condition.<br />
Finally, when the head of the household self-identifies as<br />
black, the 38.8% out of the total of households in this<br />
category are under the crowding condition. As one can see,<br />
2<br />
It is the ethnic identification that results of the mix between white and<br />
indigenous.<br />
3<br />
It is the ethnic identification that results of the mix between white and<br />
black.<br />
4<br />
It is a contractual arrangement in which the owner of the house let the<br />
other contractual part to live in the house for paying a unique quota at the<br />
beginning of the contract lapse. Once the lapse of the contract is finished, the<br />
owner of the house gives back the entire initial quota to the “leaser.”<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Díaz Juan Pablo 1 ; Romaní Javier 2<br />
105<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
the shares of crowded households are especially higher in<br />
minority ethnic groups (indigenous and black).<br />
4. RESULTS AND DISCUSSION<br />
The obtained results of the binary logit estimation are as<br />
follows in Table 1.<br />
Table 1. Results of the Model<br />
Variable β S.E. Wald Sig. Exp(β)<br />
Constant<br />
-<br />
2556<br />
.193 174722 .000 .078<br />
Area(urban) .004 .044 .009 .924 1004<br />
Gender(man) .964 .051 360882 .000 2623<br />
Age .152 .007 420605 .000 1164<br />
Age2 -.002 .000 595317 .000 .998<br />
Educ -.028 .004 40547 .000 .972<br />
Ethnic(indigen) 17664 .003<br />
Ethnic(mestizo) -.356 .094 14246 .000 .700<br />
Ethnic(white) -.164 .068 5834 .016 .849<br />
Ethnic(black) -.072 .119 .364 .547 .931<br />
Ethnic(mulato) -.070 .136 .262 .609 .933<br />
Ethnic(other) 1469 1133 1682 .195 4345<br />
HDB(1) .302 .084 13031 .000 1353<br />
Tenancy(ownfp) 181138 .000<br />
Tenancy(antich) .271 .576 .221 .638 1311<br />
Tenancy(ownpay) .247 .135 3359 .067 1281<br />
Tenancy(leasing) -.627 .055 130263 .000 .534<br />
Tenancy(given) -.431 .057 56745 .000 .650<br />
Tenancy(receivedfs) -.671 .115 34118 .000 .511<br />
In binary choice models, the estimated parameters do not<br />
have a direct interpretation. However, the signs of them do.<br />
Said so, first, it is important to say that our model includes a<br />
constant term with negative sign which is individual<br />
statistical significant at α = 1%;<br />
Although the variable Area has a positive sign in its<br />
estimated parameter, it is not individual statistical significant<br />
at any level. Consequently, one could assume that the<br />
location of the household, meaning being settled in the rural<br />
or urban areas, does not affect the probability of a household<br />
of being in overcrowding situation;<br />
The estimated parameter of the dummy variable Gender<br />
presents a positive sign and it is statistically significant at α =<br />
1%. Taking into account that it has been set up being woman<br />
as reference category, this positive sign suggests that when<br />
the head of the household is a man, there is more probability<br />
of being overcrowded with respect to a woman;<br />
Regarding the variables Age and Age 2 , it is confirmed<br />
previous expectations. The first named has a positive sign<br />
and the second a negative one in their estimated parameters.<br />
Furthermore, they both are statistically significant at α = 1%.<br />
These results indicate that as the head of the household gets<br />
older, the number of members of the household increases<br />
until a certain point in which the members start to leave the<br />
house. Then, the effect of the age of the head of the<br />
household on the probability of being overcrowded has a<br />
concave shape;<br />
With respect to the variable Educ that represents the years of<br />
formal education attended by the head of the household, it<br />
has been gotten a negative sign in the estimated parameter of<br />
the variable which is statistically significant at α = 1%. It is<br />
confirmed our expectations that the more educated the head<br />
of the household, the less the probability of being in<br />
overcrowding situation. Indeed, as it has been previously<br />
said, the years of education also works as a proxy of the level<br />
of income; consequently, it can be induced that the more the<br />
level of income, the less the probability of being<br />
overcrowded in the household;<br />
Regarding the variable Ethnic, let’s remember that it<br />
represents the ethnic self-identification of the head of the<br />
household and it has been set up indigenous as reference<br />
category. The categories mestizo and white have negative<br />
signs in the estimated parameters and they are statistically<br />
significant at α = 1% and α = 5% respectively. This suggests<br />
that those households in which the head of the household<br />
self-identifies as mestizo or white have less probabilities of<br />
being overcrowded with respect to those ones who selfidentify<br />
as indigenous. The other categories (black, mulato<br />
and other) are not statistically significant at any level which<br />
means that they behave as the base category does;<br />
The dummy variable HDB presents a positive sign in the<br />
estimated parameter and it is statistically significant at α =<br />
1%. Considering that it has been fixed as category of<br />
reference not receiving the government cash transfer, it<br />
implies that when the head of the household receives the cash<br />
transfer, there is more probable being in overcrowding<br />
condition than not receiving it;<br />
Finally, the regime of tenancy under which the household is<br />
living in the dwelling, represented in the variable tenancy and<br />
for which it has been set the category ‘owned and fully paid’<br />
as reference, presents a variety of signs. First, the category<br />
‘antichresis’ presents a positive sign, but it is not significant<br />
at any level. Probably, this category is not significant since<br />
only 17 observations out of the 13.581 in the sample are<br />
under this regime of tenancy. Secondly, the category ‘owned<br />
and paying for it’ presents a positive sign and it is significant<br />
at α = 10%. This means that when the household is paying for<br />
the dwelling has more probability of being in overcrowding<br />
situation than when the dwelling is fully paid. Thirdly, the<br />
leased, given and received for services categories have a<br />
negative sign in the estimated parameters and they are<br />
significant at α = 1%.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
An approximation to Household Overcrowding: Evidence from Ecuador<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
106<br />
This indicates that when the household is leased or got the<br />
dwelling as given of for services, the probability of being<br />
overcrowded decreases compared to the ‘owned and fully<br />
paid’ category. Analyzing this category globally, when the<br />
dwelling is owned, fully paid or paying for it, the probability<br />
of being overcrowded increases. Our guest is that this<br />
happens because the young members of the household do not<br />
have enough financial independence when they form their<br />
family, so they stay with their parents leading to extended<br />
households especially in the poor. This social behavior is<br />
according to what Bongaarts (2001) found in his research in<br />
the sense that the lack of financial independence lead to<br />
extended households in terms of number of members in the<br />
household.<br />
<strong>No</strong>w, let’s give a look to the classification table of the model,<br />
in Table 2.<br />
y i = 0<br />
Observed<br />
no<br />
overcrowded<br />
Table 2. Classification Table*<br />
Predicted<br />
y i = 0 y i = 1<br />
no<br />
overcrowded<br />
overcrowded<br />
Percentage<br />
Correct<br />
2461 3223 43.3<br />
y i = 1 overcrowded 1128 6769 85.7<br />
Overall Percentage 68.0<br />
*cut point 0.5.<br />
By observing the classification table, one can appreciate that<br />
our model presents 1128 false positives. The false positives<br />
are the ones that considering a probability of 50% (the cut<br />
value is .500) were classified incorrectly in the prediction of<br />
being in an overcrowding situation (Yi=1). In other words,<br />
the proportion of false positives, which is 32.9%, represents<br />
the proportion of incorrect cases in the prediction of the<br />
group of being in overcrowding situation Yi=1. On the other<br />
hand, the number of households classified as false negative is<br />
3223. These households are the ones classified incorrectly in<br />
the set of the predictions of not being in an overcrowding<br />
situation Yi=0. However, globally, the model presents a 68%<br />
of correct predictions which, for a probabilistic binary choice<br />
model is quite good. Indeed, this percentage of correct<br />
predictions can be consider as a measure of goodness of fit<br />
without taking credit of the R squares discussed below, in<br />
Table 3.<br />
Criterion<br />
-2 Log<br />
likelihood<br />
Table 3. Model Summary<br />
Intercept Only<br />
Intercept and<br />
Covariates<br />
18465.075 16534.196<br />
AIC 18467.075 16552.196<br />
Cox & Snell R<br />
Square<br />
Nagelkerke R<br />
Square<br />
.133<br />
.178<br />
Regarding the value of the -2 Log likelihood when one<br />
considers the intercept and covariates, the estimation<br />
terminated at itineration 4 because parameter estimates<br />
change less than .001. This value of 16534.196 is<br />
considerably smaller than the one of 18465.075 obtained<br />
when only the intercept term is considered in the model. This<br />
diminishing in the -2 Log likelihood suggests that our<br />
variables contribute and give explanation power to the model.<br />
As a matter of fact, this guess is also verified due to the<br />
Akaike Information Criteria (AIC) which presents a decrease<br />
of 1914.879 when one considers the intercept and covariates<br />
with respect to only the intercept. Regarding the values of<br />
13.3% and 17.8% obtained in the Cox & Snell and<br />
Nagelkerke R squares respectively, they can be consider<br />
quite acceptable since in this type of models the estimation is<br />
not based on maximizing the measure of goodness of fit like<br />
in the linear regression models.<br />
5. CONCLUSIONS<br />
It has been constructed a binary choice model with logit<br />
specification that allows to calculate the probability of being<br />
under overcrowding situation in the household considering as<br />
an overcrowded household in which there are more than three<br />
people per bedroom. Our empirical analysis, using data from<br />
Ecuador, indicates that a set of variables of the head of the<br />
household influence the probability of being in overcrowding<br />
situation. Particularly, it has been verified that the influence<br />
of the age of the household on the probability of being in<br />
overcrowding situation behaves as a concave function<br />
indicating that as the time passes the number of members in<br />
the household increases until certain point when it starts to<br />
decrease. In addition, it has been found that the regime of<br />
tenancy under which the household is living in the dwelling<br />
also affects the probability of being in an overcrowded<br />
household. Surprisingly, once the correct explanatory<br />
variables have been included in the model, our empirical<br />
analysis shows that there is no statistical significant evidence<br />
about the influence of the area, meaning being settled in the<br />
urban or rural side, on the probability of being in an<br />
overcrowded household.<br />
Additionally, our findings also could have public policy<br />
implications. In that sense, considering that it has been<br />
characterized the fact of being in overcrowding situation<br />
based on a set of variables related to the head of the<br />
household, public policies can be addressed to overcome this<br />
condition. For example, housing credit policies can be<br />
addressed to the head of the household at the age in which<br />
there is more probability of being in overcrowding situation<br />
which would lead to improve living conditions of the entire<br />
household. Moreover, housing credit policies would affect<br />
the regime of tenancy of the household which can turn out in<br />
an increasing of wealth and welfare in the household.<br />
Finally, this research opens the door for further studies.<br />
Considering the fact that in this paper authors have studied<br />
the factors that affect the probability of being in<br />
overcrowding situation in a developing country, afterwards<br />
one could study the dynamics of this social problem in<br />
developed countries and contrast the results, so structural<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Díaz Juan Pablo 1 ; Romaní Javier 2<br />
107<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
differences can be detected. Moreover, since now it is known<br />
what are the factors that contribute to increase the<br />
overcrowding probability, one could study the effects of it at<br />
a household level in further research then.<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
The Bad Business of Agriculture. A Correlation Analysis on Employment Share and Agriculture Added Value Share in Ecuador<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
108<br />
The Bad Business of Agriculture<br />
A Correlation Analysis on Employment Share and Agriculture<br />
Added Value Share in Ecuador<br />
Díaz Juan Pablo<br />
<br />
Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ciencias, Quito, Ecuador. Universidad de Barcelona, Facultad de Economía y<br />
Empresa, Barcelona, España.<br />
Abstract: This research tries to identify a correlation relationship between agricultural added value share and the<br />
agricultural employment share. To do so, a correlation analysis using the Pearson´s Correlation Coefficient is<br />
carried out. It has been found that the less the share of the agricultural added value in the Ecuadorean economy, the<br />
more the share of the employment in the sector which supposes that Ecuadorian agricultural workers get relatively<br />
poorer with respect to the others sector workers as time passes.<br />
Keywords: Ecuador, agriculture, added value, employment share.<br />
El Mal Negocio de la Agricultura<br />
Un Análisis de Correlación entre el Porcentaje de Ocupados y el<br />
Porcentaje de Valor Agregado Agrícola en Ecuador<br />
Resumen: Esta investigación trata de identificar una relación de correlación entre el porcentaje de valor agregado<br />
que representa el sector agrícola en la economía ecuatoriana y el porcentaje de personas ocupadas en este sector.<br />
Para esto, se utiliza el coeficiente de correlación de Pearson. Los resultados indican que mientras menor es el<br />
porcentaje de generación de valor agregado agrícola en la economía ecuatoriana, mayor es el número de personas<br />
que se involucra en esta actividad económica lo que significa que los trabajadores agrícolas se vuelven<br />
relativamente más pobres con respecto a los trabajadores de otros sectores de la economía con el devenir del<br />
tiempo.<br />
Palabras clave: Ecuador, agricultura, valor agregado, participación del empleo.<br />
1. INTRODUCTION 1<br />
Every national economy is composed by three economic<br />
sectors. The primary sector is the one that includes activities<br />
closely related to the use of natural resources. Agriculture,<br />
forestry and cattle raising are some examples of economic<br />
activities in this sector. The secondary economic sector is the<br />
one in which commodities are transformed in other goods.<br />
All the manufacture activities are enclosed in the secondary<br />
sector. Finally, all services, such as commerce, that are<br />
provided within an economy are represented in the third<br />
sector.<br />
In the last decades, secondary and third sector have increased<br />
their share in the national economies all around the world;<br />
meanwhile, primary sector has decreased. Consequently,<br />
primary-sector economic activities, like agriculture, have<br />
become less attractive for businessmen since they have<br />
expected to make more money in the other two sectors.<br />
juan.diaz@epn.edu.ec<br />
Consequently, all first-sector activities have demanded less<br />
labor as time passes.<br />
In the case of developed countries, first-sector economic<br />
activities are less attractive for making money, so less people<br />
get employed in these activities which leads to a decreasing<br />
first-sector labor demand tendency during last decades. This<br />
phenomenon is particularly interesting in the case of<br />
agriculture. As a matter of fact, around 2% of economically<br />
active population is employed in agriculture in developed<br />
countries. Furthermore, the modernization of the agriculture<br />
also has contributed to demand less labor in the first world.<br />
However, it could be possible that the dynamics of developed<br />
countries do not apply in the developing ones. This idea<br />
comes from the fact that the share of workers involved in<br />
agriculture is greater than 10% (for 2014) in developing<br />
economies.<br />
Bearing in mind previous lines, this paper tries to identify<br />
how the agricultural business is going in the developing<br />
world. To do so, Ecuador has be considered as unit of<br />
analysis. In the following pages, reader can find a short but<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Díaz Juan Pablo 1<br />
109<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
precise literature review about the agriculture topic. Then, the<br />
methodology of our analysis is presented. After that, the<br />
results and the conclusions are presented<br />
2. LITERATURE REVIEW<br />
In order to study how the agriculture in Ecuador is going, it is<br />
planned to contrast the behavior of the employed workers<br />
rate in the agriculture sector and the variation of the<br />
agriculture added value contribution in the Gross Domestic<br />
Product in Ecuador. Properly said, it is wanted to know what<br />
happens with the agriculture added value share in the<br />
Ecuadorean economy when the proportion of the employees<br />
in this sector increases.<br />
From an historical point of view, the Ecuadorean economy in<br />
particular, and the Latin American economies in general, has<br />
followed an agro-export and monoculture model. Even now,<br />
according to García Trujillo et al (1993) quoted in Machado<br />
(2004), developing countries devote 20% of their lands in<br />
order to produce their own food and the other 80% is for<br />
export production. In the middle of the 80’s, ECLAC (1985)<br />
indicated that the Green Revolution has fertile land in Latin<br />
America since the countries of this region had the need of<br />
increasing their productivity in the short-run for incorporate<br />
their production in the global economy. However, not all the<br />
products of the Latin American countries were demanded in<br />
the global markets, but just some of them. This pushed to the<br />
monoculture specialization of Latin American countries.<br />
Furthermore, modernization of the rural Latin America<br />
brought scientific and technologic dependence of the<br />
advanced economies (Guerra, 1985; Palacios, 1998; Iglesias,<br />
1999 quoted in Machado 2004).<br />
When the agriculture land owners that could assimilate the<br />
modernization were the only ones able to develop, farmer<br />
economy became disarticulated. The changes in the land<br />
tenancy structure brought significant social differentiations<br />
between medium and great producers with respect to the<br />
small ones. Furthermore, the proletarianization of the farmer<br />
sector took place (Donizete and Thomas, 2002 quoted in<br />
Machado 2004).<br />
According to ECLAC 2 (2014), the volume of agricultural<br />
added value in Latin America increased 2,7% which is less<br />
than the 4,3% of the Gross Domestic Product (GDP) growth<br />
in 2011. In such a sense, ECLAC classifies the Latin<br />
American and Caribbean countries in three groups according<br />
to their performance in the agricultural sector. Consequently,<br />
the first group, in which the countries with higher<br />
performance in the agricultural activity were identified, was<br />
composed by Chile, Jamaica, Bahamas, San Cristobal y<br />
Nieves, Honduras, Dominican Republic, Granada and Brazil.<br />
In the second group of countries, the growth of the<br />
agricultural added value was positive but less than the global<br />
GDP. In this group, countries like Ecuador, Uruguay,<br />
Surinam, Peru, Paraguay, Venezuela, Guatemala, Bolivia,<br />
Nicaragua, Colombia, Costa Rica and Guyana were<br />
classified. In the case of Ecuador. The GDP growth rate for<br />
2<br />
Economic Commission for Latin America and the Caribbean.<br />
this year was 7,8 % and the added value growth rate was<br />
5,2 %. Finally, the countries in where the agricultural added<br />
value decreased although the economy in general increase<br />
were classified in group three.<br />
Our curiosity came from the previous paragraph. Indeed,<br />
authors started to wonder if this increase in the agricultural<br />
added value, especially in the first two groups of countries<br />
meant a significant improvement in the working and living<br />
conditions of the agricultural labor. To be more specific, I<br />
decided to reduce my unit of analysis, then I choose Ecuador<br />
as case of study for verifying the degree of correlation, not<br />
causality, between added value share and agriculture labor<br />
share in this country.<br />
3. METODOLOGY<br />
In order to perform the analysis, it is appropriate to use the<br />
so-called Pearson´s Linear Correlation Coefficient which is<br />
widely used in order to verify the possible association<br />
between two variables. In the case of quantitative data, this<br />
instrument allows to get information about what happens<br />
with the values of a variable –if they increase or decreasewhile<br />
the other variable increases. Another possibility is that<br />
there is no relationship at all between variables.<br />
However, it is important to remark that this correlation<br />
coefficient does not necessarily provide a causality<br />
relationship between both variables but the degree of<br />
relationship between them.<br />
The Pearson´s coefficient (r) measures the degree of<br />
association between any two variables (x and y) and it can be<br />
calculated as the result of the covariance of the two variables<br />
divided for the multiplication of the standard deviations of<br />
the two variables, as seen Equation (1)<br />
r x,y = θ xy<br />
θ x θ y<br />
(1)<br />
For any pair of variables, the value of the r coefficient can<br />
take any value in the interval [-1, 1]. In the case that r = -1, it<br />
is said that there is a perfect negative linear relationship<br />
between both variables. On the other hand, if r = 1, then there<br />
is a perfect positive linear relationship between both<br />
variables. Finally, if r = 0, there is no linear relationship<br />
between both variables at all.<br />
Basically, two use two time series variables for Ecuador are<br />
going to be used in the period 1990-2012:<br />
<br />
<br />
Added value of the agriculture sector as percentage<br />
of the Gross Domestic Product<br />
(ADDEDVAL_AGRIC); and,<br />
People employed in the agricultural sector as<br />
percentage out of the total of workers<br />
(TOTAL_AGRIC).<br />
Moreover, it could defined another two employment subvariables<br />
in order to have a gender approximation. First, it is<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
The Bad Business of Agriculture. A Correlation Analysis on Employment Share and Agriculture Added Value Share in Ecuador<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
110<br />
possible to define a variable that represents the number of<br />
women employed in agriculture sector as percentage out of<br />
the female employment (WOMEN_AGRIC). In the same way,<br />
it can defined other variable that captures men employed in<br />
agriculture sector as percentage out of the male employment<br />
in the Ecuadorean economy (MEN_AGRIC). Then, it is<br />
possible to calculate the Pearson’s correlation coefficient of<br />
all the employment series with the agriculture added value<br />
share.<br />
The data base that is going to be used in this study comes<br />
from the World Development Indicators (WDI) of the World<br />
Bank. Furthermore, our unit of analysis is going to be<br />
Ecuador. The time series are from 1900 to 2012. Data for the<br />
year 2002 is not available for the employment share<br />
variables; consequently, the information of this year is not<br />
taken into account in the correlation analysis.<br />
4. RESULTS AND DISCUSSION<br />
First, let’s give a look to the evolution of the series in time:<br />
Rate<br />
36<br />
32<br />
28<br />
24<br />
20<br />
16<br />
12<br />
8<br />
4<br />
0<br />
Year<br />
90 92 94 96 98 00 02 04 06 08 10 12<br />
WOMEN_AGRIC<br />
ADDEDVAL_AGRIC<br />
MEN_AGRIC<br />
TOTAL_AGRIC<br />
Figure 1. Evolution of the Agricultural Added Value Share and Employment<br />
Share series<br />
It is important to notice that the agriculture added value as<br />
percentage of the Gross Domestic Product (GDP) has a<br />
negative slope in the whole period; however, when the<br />
Ecuadorean 1998-1999 crisis took place, the participation of<br />
the agriculture in the economy tends to decay faster. On<br />
contrary, when the crisis took place, the share of workers in<br />
the sector tend to increase. In order to understand this crisis,<br />
it is possible to say that the drop of the Ecuadorean total GDP<br />
was 31% between 1998 and 2000 measured in US dollars;<br />
furthermore, Ecuadorean currency had a devaluation of<br />
216%, an inflation rate of 52%, a diminishing of the real<br />
wage of 23%, and outflows of private capitals equivalent to<br />
15% of the GDP (Acosta, 2012). Going back to the analysis<br />
of our series, it can give us the idea that the Ecuadorean<br />
agriculture sector is like a “sponge” that absorbs workers<br />
when they lose their jobs in the other economic sectors,<br />
especially when crises appear.<br />
It is interesting to point out that it seems very reliable the fact<br />
the agriculture is a business in charge of the poor in Ecuador.<br />
Indeed, the number of poor got more than doubled from 3.9<br />
million to 9.1 million of inhabitants between 1995 and 2000<br />
(UNICEF w/d quoted in Acosta 2012). By looking at<br />
Figure 1, one can notice that it is in this lapse of time when<br />
the number of people enrolled in agriculture increases<br />
exponentially.<br />
A first idea that can be taken until this point is that when the<br />
economy is going good, the agriculture sector is not attractive<br />
for workers. This can be given by the fact that wages in rural<br />
areas are less competitive than in cities. However, when<br />
workers have no job opportunities in cities they look back to<br />
the agriculture as a live vest. In addition, it is important to<br />
mention that the rates of employment in agriculture (total,<br />
men and women) could have been even greater after the<br />
economic crisis, but hundreds of thousands of Ecuadoreans in<br />
working age emigrated from their country in order to get a<br />
job overseas (especially in Spain, United States, and Italy).<br />
Indeed, Jokisch (2002) demonstrate empirically that that<br />
considerable labor loss and capital infusion have not<br />
significantly altered household cultivation patterns. He found<br />
that land use and agricultural production of international<br />
migrant households is not significantly different from nonmigrant<br />
households or households engaged in domestic<br />
circulation. This suggest that the remittances send by the<br />
emigrants are not used for improve agricultural habits nor<br />
invest in technology for the sector.<br />
Coming back to our correlation analysis, once the Pearson´s<br />
correlation coefficient has been applied to our pairs of<br />
variables, the following results are obtained:<br />
Table 1. Pearson’s Correlation Coefficients<br />
Addedval_agric<br />
Women_agric -0.888368<br />
Men_agric -0.902461<br />
Total_agric -0.897111<br />
The previous Table 1 shows the core of our analysis. It can<br />
appreciated the correlation coefficients (r values) between the<br />
agriculture added value as percentage of the GDP and the<br />
women employed in agriculture as percentage of the female<br />
employment (WOMEN_AGRIC), men employed in<br />
agriculture as percentage of the male employment<br />
(MEN_AGRIC), and total population employed in<br />
agriculture as share of the total employed population<br />
(TOTAL_AGRIC), respectively in the column of values. As<br />
it is possible to see, all the correlations are negative and very<br />
near to the value of -1. This indicates that there is a negative<br />
correlation between the share of the agriculture as percentage<br />
of the GDP and the employment in the sector. In other words,<br />
the less the contribution of agriculture in the national<br />
wealthy, the more the labor involved in the activity.<br />
In the case of the r = -0.888368 indicates that the more<br />
women are working in the agriculture, the less the<br />
contribution of the agriculture in the generation of wealth in<br />
Ecuador. This relationship is even stronger for men where the<br />
r = -0.902461. This result suggest that when more men are<br />
getting involved in agriculture, the sector creates less wealth<br />
in comparison to the other economic activities.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Díaz Juan Pablo 1<br />
111<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
5. CONCLUSIONS<br />
In this paper, it has been empirically shown that the smaller<br />
the contribution of the agricultural sector share to the<br />
Ecuadorean economy, the greater the number of workers<br />
enrolled in this activity. However, it is important to remark,<br />
again, that this relationship implies correlation but not<br />
causality. It has been found that even though more people get<br />
involved in the activity, less share of the national wealthy<br />
goes to these people. Given this negative relationship over<br />
time, agriculture activities could become a less attractive<br />
activity for workers and investors in Ecuador.<br />
Clearly, Ecuadorean agriculture employment dynamics are<br />
different from developed counties. Literature shows that<br />
when agriculture added value share decreases, employment<br />
share also decreases in developed countries; however, when<br />
the share of agricultural wealth creation decreases in<br />
Ecuador, it catches more employment. Our guess is that<br />
agriculture in Ecuador is not a business for making money,<br />
but a survival activity for Ecuadorean workers. Furthermore,<br />
this hypothesis is reinforced by the fact that when the<br />
Ecuadorean 1998-1999 economic crisis took place, more<br />
people get enrolled in the agriculture sector. Then, this<br />
economic activity is consider as a survival one in which<br />
workers get shelter in order to not starving and ensure their<br />
subsistence and their family too. Clearly, the precarious<br />
conditions in which small and medium farm economic<br />
activities take place in Ecuador indicates that the labor is not<br />
moving to this sector attracted by the high wages, but for a<br />
survival income. However, empirical research is needed to<br />
prove this last affirmation.<br />
Moreover, the fact that Ecuadorean workers migrate from/to<br />
agriculture sector in a relatively easy way suggest that the<br />
labor employed has no high training nor experience in the<br />
activity.<br />
Since it has been found that less the contribution of<br />
agriculture in the national wealthy, the more the labor<br />
involved in the activity, it is possible to conclude that the<br />
people involved in agricultural activities get relatively poorer<br />
with respect to the workers in other economic sectors as the<br />
time passes. Public policy is required in order to transform<br />
this reality before no one Ecuadorean is interested in<br />
agricultural activities.<br />
Finally, it is important to remark, even though it has being<br />
done several times in this article, that the findings of this<br />
paper imply correlation but not causality. In order to establish<br />
a causality relationship between employment in agriculture<br />
and agriculture added value share, a linear regression model<br />
can be applied for example using a production function as<br />
economic model. However, it is not applicable for the<br />
Ecuadorean case since production functions are constructed<br />
in such a way that when the input increases (labor in<br />
agriculture in our case) the output also increases (agriculture<br />
added value share in our analysis) until a certain optimal<br />
point. Clearly, this behavior is not the one that drive the<br />
agriculture sector in the Ecuadorean economy, so the<br />
correlation analysis seems appropriate.<br />
ACKNOWLEDGMENT<br />
Author is pleased to thank the support of Escuela Politécnica<br />
Nacional which is an institution committed to research in<br />
theoretical and applied fields. Additionally, author is grateful<br />
to the anonymous peer reviewers who gave pieces of advice<br />
that helped to improve the quality of this paper.<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
__________________________________________________________________________________________________________________________<br />
112<br />
Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio<br />
Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
Argothy Anderson<br />
<br />
Universidad de León, Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales, León -España<br />
Resumen: El presente trabajo busca identificar los niveles de tecnología incorporada, producto de las relaciones<br />
comerciales interindustriales en la Economía Popular y Solidaria. Para lo cual se utilizará la información recogida<br />
en el Censo Económico del Ecuador así como en las Tablas Oferta Utilización, publicadas por el Banco Central de<br />
Ecuador. De esta manera se pretende identificar como los países en vías de desarrollo ante la falta de inversiones<br />
importantes en I+D directa, suplen de alguna manera esta deficiencia mediante comercio interno, esto permite que<br />
las innovaciones de otros sectores industriales apoyen a los sectores con los que se relacionan.<br />
Palabras clave: Innovación, difusión de tecnología, comercio, transferencia de conocimiento, economía del<br />
conocimiento, economía popular y solidaria<br />
Technology Transfer incorporated by inter-industry trade in the<br />
Social and Solidarity Economy<br />
Abstract: This paper seeks to identify levels of technology embodied, as result of interindustry trade relations in<br />
the People's Solidarity Economy. For which the information contained in the Economic Census of Ecuador as well<br />
as in Tables Offer Utilization, published by the Central Bank of Ecuador is used. This approach is intended to<br />
identify, how developing countries in absence of significant investments in R & D supplement this deficiency by<br />
internal trade, this allows innovations in other industries support sectors with relate industries.<br />
Keywords: Innovation, technology diffusion, trade, knowledge transfer, knowledge economy<br />
11. INTRODUCCION<br />
El presente proyecto de investigación, es un primer<br />
acercamiento respecto a la transferencia de tecnología<br />
incorporada mediante el comercio interindustrial en la<br />
economía social y solidaria ecuatoriana.<br />
El objetivo de este trabajo es medir los flujos de tecnología<br />
incorporada dentro de la industria ecuatoriana; además<br />
identificar los sectores industriales en dónde existe mayor<br />
esfuerzo ya sea directo o indirecto de I+D. Haciendo especial<br />
énfasis en los sectores en los cuales se ha internacionalizado<br />
tanto en el pasado como el presente la economía del Ecuador.<br />
De esta manera en base a los datos que se obtengan, hacer<br />
recomendaciones de cara al futuro para lograr una verdadera<br />
transformación de la estructura de producción ecuatoriana de<br />
modo que el país se acerque más a la economía del<br />
conocimiento y la innovación. Situación que marcaría un<br />
cambio fundamental de características positivas frente al<br />
extractivismo de las economías en desarrollo.<br />
Este trabajo se respalda en las aportaciones teóricas de<br />
Papaconstantinou, Sakurai, y Wyckoff (1998), Keller (2004),<br />
Cohen y Levinthal (1989), entre otros, quienes manifiestan la<br />
triander@hotmail.com<br />
importancia que tiene la difusión de tecnología incorporada<br />
mediante el comercio, ya sea a nivel internacional o en el<br />
ámbito nacional, mediante flujos interindustriales, destacando<br />
de manera especial como este flujo se convierte en una<br />
alternativa para los países que no cuentan con el stock de<br />
conocimientos adecuados para desarrollar I+D o para utilizar<br />
tecnología desincorporada (Redalyc, 1996).<br />
La metodología a usar en este trabajo se basa en matrices<br />
input-output las cuales son uno de los mecanismos más<br />
importantes desarrollados para medir relaciones<br />
interindustriales en la economía, (Gachet, 2005). Estas tiene<br />
que ser combinadas con el índice de innovación directa, el<br />
cual es un indicador de la porción de gasto en I+D por rama<br />
de actividad. Esta metodología ha sido utilizada con algunas<br />
variantes por autores como Terleckyj (1974), Scherer (1982)<br />
y más recientemente por Amable y Palombarini (1998),<br />
Papaconstantinou et al (1998), Camacho y Rodríguez (2005).<br />
De esta manera se logra tener los indicadores relevantes que<br />
permitan el entendimiento de las características del flujo de<br />
tecnología incorporada en la economía y así responder las<br />
preguntas de investigación. Cabe destacar que existen dos<br />
supuestos iniciales: i) el gasto en I+D es considerado como<br />
un recurso importante para la expansión del conocimiento<br />
técnico, y ii) las transacciones comerciales interindustriales<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Argothy Anderson<br />
113<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
transportan I+D a través de las industrias y países,<br />
(Papaconstantinou et al., 1998).<br />
Las conclusiones de este trabajo identifican los sectores<br />
industriales que mayor esfuerzo en I+D directa, indirecta y<br />
total poseen. Destacan mediante el análisis de datos la<br />
importancia que tiene la tecnología incorporada para la<br />
industria ecuatoriana. Plantean recomendaciones respecto al<br />
futuro de la política pública de fomento y apoyo a la<br />
innovación, ciencia y tecnología.<br />
El trabajo cuenta con cinco capítulos. En el capítulo dos, se<br />
presenta una revisión teórica donde se habla de economía de<br />
la innovación destacando la importancia que esta ha tomado<br />
en la actualidad. Posteriormente se revisa algunas<br />
aportaciones teóricas sobre flujos de tecnología e<br />
internacionalización. El numeral tres explica de forma<br />
detallada la metodología utilizada, en la sección cuatro se<br />
presentan los resultados obtenidos del estudio. En el apartado<br />
cinco se destacan las principales conclusiones así como las<br />
limitaciones.<br />
2. MARCO TEÓRICO<br />
2.1 Economía del Conocimiento e Innovación<br />
Como manifiestan David y Foray (2001), en el siglo XX<br />
aparece una nueva característica del crecimiento económico,<br />
cuya principal evidencia es la profundización del capital<br />
intangible, frente al capital tangible. Una parte importante del<br />
capital intangible está compuesto por inversiones en<br />
capacitación, I+D, información y organización, es decir en<br />
actividades que tienen que ver con la producción y difusión<br />
de conocimiento.<br />
La sociedad en su conjunto es la que adopta actividades<br />
productivas que demandan conocimiento. Esta economía, se<br />
distingue por algunas características: i) la aceleración en la<br />
producción de conocimiento, ii) incremento del capital<br />
intangible a nivel macroeconómico, iii) la innovación se<br />
vuelve una actividad dominante dentro del plano económico,<br />
además de que sus fuentes son muy variadas, y iv) la<br />
revolución mediante instrumentos del conocimiento.<br />
Para entender el proceso de innovación y su relación con el<br />
conocimiento, se debe destacar la doble naturaleza del<br />
conocimiento, de acuerdo a Becattini (2005) y <strong>No</strong>naka &<br />
Takeuchi (1995) teniendo como base su posibilidad de<br />
transmisión, es posible dos tipos de conocimiento: i) Tácito,<br />
aquel que es difícil de transferir, pues se basa en muchos<br />
casos en la experiencia. ii) Codificado, es el que se encuentra<br />
disponible mediante documentos por ejemplo patentes,<br />
formulas químicas, manuales de uso, etc.<br />
Sin embargo no únicamente en el siglo XXI se habla de este<br />
tipo de economía, autores clásicos como Smith, Marx, List,<br />
entre otros, ya mencionaban respecto a la importancia del<br />
conocimiento y los elementos tecnológicos dentro del sistema<br />
de producción.<br />
Marshall (1890) manifiesta que los rendimientos crecientes<br />
se consiguen no solo mediante la concentración de la<br />
producción en establecimientos muy grandes, sino también<br />
por la proximidad de pequeñas empresas, destacándose la<br />
importancia de la cercanía geográfica como elemento que<br />
fortalece la relación y el intercambio de conocimientos,<br />
tecnología e innovaciones.<br />
Schumpeter (1947) indica que la empresa es el centro de la<br />
innovación, y es necesaria la existencia de empresarios<br />
innovadores los cuales sean capaces de generar pequeñas<br />
innovaciones incrementales de manera que creen condiciones<br />
de monopolio, que obligan a que el resto de empresas se vean<br />
en la necesidad de innovar o adaptarse. Caso contrario<br />
saldrán del mercado, este proceso de creación y destrucción<br />
genera un ciclo ascendente de inversión y determina el estado<br />
de la economía. Solow (1957) reaviva la discusión respecto al<br />
tema, en su trabajo busca cuantificar el progreso técnico de<br />
forma residual, estos residuos recogerían el cambio<br />
tecnológico y el tiempo. Luego del análisis, llegó a la<br />
conclusión de que la productividad por trabajador había<br />
incrementado mucho más de lo que podría ser explicado por<br />
la acumulación de trabajo y capital, lo cual indicaba que el<br />
factor residual jugaba un papel determinante en el<br />
crecimiento de la economía (Solow, 1957).<br />
Si se analiza desde el enfoque de la economía industrial y<br />
buscando la importancia del tamaño de la empresa como<br />
determinante de la innovación, se puede obtener resultados<br />
ambiguos. Es valedera la afirmación de que las empresas<br />
grandes poseen ventajas derivadas de su tamaño para la<br />
generación de innovaciones, así como que las empresas<br />
pequeñas o medianas son fuente de innovaciones, en la<br />
mayoría de casos radicales debido a su estructura de fácil<br />
adaptabilidad a las condiciones del mercado. Estudios<br />
empíricos han demostrado que la aglomeración de pymes,<br />
enfocadas en la producción de un mismo producto; permite,<br />
una rápida difusión de las innovaciones, (Bellandi, 1996).<br />
La estructura organizativa flexible beneficia la<br />
experimentación, pudiendo transformarlas en pioneras en la<br />
introducción de novedades ya sea al interior de la<br />
organización, o en el mercado (Abernathy & Utterback,<br />
1978). Schumpeter (1947) otorga mayor importancia frente a<br />
actividades innovadoras a la gran empresa, estima que por su<br />
tamaño significativo accede a una mayor cantidad de<br />
recursos. Freeman (1975) vuelve a la discrepancia, afirmando<br />
que se pueden encontrar diferencias significativas respecto a<br />
la contribución en innovación entre pequeñas y grandes<br />
empresas, y estas dependerán mucho del sector industrial que<br />
se analice.<br />
En su teoría del Cambio Tecnológico, Dosi y Nelson (2009),<br />
manifiestan el avance tecnológico es un proceso evolutivo<br />
que se compone de tres elementos: i) la dinámica industrial,<br />
ii) el crecimiento económico, y iii) la innovación tecnológica<br />
y organizativa. Estos elementos llevan a la generación de<br />
novedad y únicamente se retienen las novedades que son<br />
adecuadas al momento de la selección. Dentro del campo de<br />
la tecnología y la innovación se pueden destacar algunas<br />
características propias, las mismas que son recogidas por<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
114<br />
Molero (2001), de estas particularidades se puede intuir<br />
cierto modelo de dinámica tecnológica, la misma que ha sido<br />
estudiada por algunos autores, siendo posiblemente más<br />
destacado Dosi (1982), quien presenta una importante<br />
distinción respecto a los paradigmas y las trayectorias<br />
tecnológicas.<br />
La demanda como manifiestan Dosi y Nelson (2009), puede<br />
intervenir en el cambio de paradigma de tres maneras, i)<br />
mediante cambio en los precios relativos y condiciones, ii)<br />
influencia de las condiciones de mercado en la asignación<br />
efectiva de esfuerzos, iii) cambios de los criterios de<br />
selección en el mercado. Dada la diferencia de trayectorias<br />
tecnológicas se entiende que los países se encuentren en<br />
condiciones dispares de conocimiento tecnológico. Como<br />
manifiesta Posner (1961) existe un gap o brecha tecnológica<br />
generada por la mayor eficiencia en la producción y<br />
comercialización de productos frente a los países<br />
competidores, así como por el conocimiento acumulado.<br />
Dentro de las teorías que vinculan al comercio con la<br />
tecnología se puede mencionar a Vernon (1966) en su<br />
enfoque del ciclo vida del producto. En base a las<br />
desigualdades de las capacidades tecnológicas entre los<br />
países, se plantea la posibilidad de explicar la diferencia<br />
existente entre los patrones de comercio internacional y<br />
crecimiento, (Barcenilla y López, 1996). En estos esfuerzos<br />
por entender las fuentes del cambio tecnológico y por<br />
catalogar la innovación dentro de un modelo explicativo<br />
aplicable para gran cantidad de industrias, el pionero sin<br />
lugar a dudas es Keith Pavitt (1984), pues su taxonomía es<br />
ampliamente reconocida como el pilar fundamental para<br />
entender la innovación.<br />
Dentro de esta se distinguen a sectores productores y usuarios<br />
de innovación ubicándolos dentro de cuatro grupos. Para la<br />
presentación de su taxonomía, la unidad básica de análisis es<br />
la empresa innovadora; además, indica que los patrones de<br />
innovación son acumulativos, por tanto dependerá de la<br />
trayectoria tecnológica seguida y de la actividad principal de<br />
la empresa, ya que diferentes actividades generan diferentes<br />
trayectorias, estas a su vez pueden ser agrupados en tres<br />
grupos: i) dominados por los proveedores; ii) producción<br />
intensiva, esta se divide en dos categorías: a) intensivos en<br />
escala, b) proveedores especializados; y, iii) basados en la<br />
ciencia. Las diferentes trayectorias tecnológicas pueden ser<br />
explicadas por las diferencias sectoriales, tomando en cuenta<br />
tres características: i) recursos tecnológicos; ii) necesidad de<br />
los usuarios; y, iii) medio de apropiación de beneficios.<br />
Después de revisar los diversos enfoques en cuanto a la<br />
economía del conocimiento, la innovación y la tecnología se<br />
llega al punto donde la tecnología se vuelve un determinante<br />
del comercio internacional, la especialización y la<br />
internacionalización de las industrias y los países, por lo que<br />
es necesaria su adquisición o desarrollo de innovaciones para<br />
que las economías se encuentren en una mejor situación de<br />
competencia, y puedan insertarse dentro de la economía<br />
basada en el conocimiento. En este sentido la revisión teórica<br />
sobre el camino, seguido por la economía del conocimiento,<br />
pretende destacar la importancia que ha adquirido con el paso<br />
del tiempo, de tal manera en la actualidad, es la forma<br />
económica fundamental para el desarrollo de los países, por<br />
tanto tiene que ser tomada en cuenta como un pilar para la<br />
planificación económica del Ecuador.<br />
2.2. Flujos interindustriales de tecnología<br />
Las nuevas teorías del crecimiento económico a partir de los<br />
años 90 hacen hincapié en la innovación, como el mayor<br />
recurso para el avance tecnológico, lo que le convierte en la<br />
guía del crecimiento económico, dando lugar a varios<br />
estudios empíricos que buscan entender la capacidad de la<br />
Investigación y Desarrollo (I+D) para promover las z<br />
Las inversiones en desarrollo tecnológico no solo benefician<br />
al país o lugar donde se desarrollan sino también a sus<br />
contrapartes pudiendo ser industrias, a nivel local o países a<br />
nivel internacional. Este proceso en el cual otros se<br />
benefician de la tecnología desarrollada se denomina difusión<br />
de la innovación. La difusión incluye por lo tanto la adopción<br />
de otros usuarios, así como el uso más extensivo del<br />
innovador original; a breves rasgos se dice que incluye todas<br />
las medidas que se tomen a nivel de empresa, sector o país<br />
para explotar los beneficios económicos de la innovación<br />
(OCDE, 1988).<br />
La difusión de la innovación a nivel internacional puede<br />
darse de varias maneras siendo aplicable también al contexto<br />
local. De acuerdo a Keller (2004), las tecnologías se mueven<br />
de un país a otro a través del comercio internacional,<br />
mediante bienes de capital y bienes intermedios los cuales<br />
pueden ser importados directamente. Usando bienes<br />
intermedios extranjeros en la producción final de un<br />
producto, esto constituye una forma implícita de uso de<br />
tecnología incorporada. Dando paso a un spillover de<br />
difusión internacional de tecnología, basado en que los costos<br />
de los bienes intermedios son menores que los costos de<br />
oportunidad que incluyen la I+D del producto desarrollado.<br />
Por tanto a nivel nacional también el comercio sirve como<br />
mecanismo de difusión de tecnologías entre las industrias.<br />
Otra manera de difusión de las innovaciones o la tecnología<br />
es la Inversión Extranjera Directa (IDE), esta ha sido<br />
ampliamente analizada tanto empírica como cualitativamente<br />
dentro de las teorías de IDE y productividad. Una tercera<br />
forma y que se aplica principalmente a las economías<br />
desarrolladas tienen que ver con la generación de efectos de<br />
spillover directos, en el sentido de que se generan ideas y<br />
conocimiento que pueden ser utilizados en los procesos de<br />
producción por empresas que no sean las que llevan a cabo<br />
I+D (Savvides y Zachariadis, 2002). Para este caso de estudio<br />
se tendrá en cuenta la difusión de tecnología debido al<br />
comercio de bienes intermedios dentro de los sectores<br />
industriales de la economía ecuatoriana.<br />
De acuerdo a Papaconstantinou et al. (1998), la difusión de<br />
tecnología se refiere a los mecanismos interindustriales a<br />
través de los cuales las empresas adquieren tecnología<br />
externa en lugar de generarla internamente. Esta puede ser de<br />
dos tipos: i) tecnología desincorporada y; ii) tecnología<br />
incorporada. La primera tiene que ver con la transmisión de<br />
conocimiento, experiencia técnica, o tecnología de tal forma<br />
que no es necesaria la compra de productos o maquinaria<br />
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115<br />
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que incorporen la nueva tecnología desarrollada. En el caso<br />
de la tecnología incorporada, esta tiene que ver con la<br />
introducción dentro de los procesos de producción, de<br />
maquinaria equipo o componentes que incorporan tecnología<br />
desarrollada por los proveedores nacionales o del extranjero.<br />
Si se analiza de manera empírica la diferencia entre los dos<br />
tipos de difusión de la tecnología, la línea divisora es un tanto<br />
difusa, y depende mucho de la metodología que se utilice.<br />
Cuando se utiliza como metodología las relaciones<br />
comerciales mediante tablas input-output como es el caso de<br />
este trabajo, se está analizando de manera específica los<br />
flujos de tecnología incorporada.<br />
Para Cohen y Levinthal (1989), existen dos ideas básicas que<br />
explican los patrones y los determinantes para difusión de<br />
tecnología no incorporada:<br />
i) los derrames de investigación: explican las características<br />
apropiables que tienen determinadas tecnologías en<br />
particular, muestra como parte del nuevo conocimiento o<br />
tecnología desarrollada por una empresa puede ser<br />
apropiable por otra. De acuerdo a los autores antes<br />
mencionados, debido a que la innovación no solo beneficia a<br />
la empresa iniciadora sino a otras, gracias a la difusión de la<br />
innovación, el conocimiento puede desarrollarse de manera<br />
más veloz y acumulativa.<br />
ii) la capacidad de absorción: es como las empresas aprenden<br />
a utilizar la tecnología desarrollada en otro lado, lo cual<br />
estará condicionado a la cantidad de inversión previa que<br />
haya realizado la empresa o industria. Así la facilidad de<br />
aprendizaje dentro de una industria resulta directamente<br />
afectada por el nivel de gastos en I+D e indirectamente<br />
determinará la influencia que tengan los derrames sobre los<br />
flujos efectivos de difusión. La adopción de una tecnología<br />
presupone la capacidad de absorción, y esto último estará<br />
relacionado con la capacidad de innovación.<br />
Cuando los países se han iniciado tarde dentro del desarrollo<br />
de la I+D, y por lo tanto no tienen la capacidad o stock de<br />
I+D acumulado para aprovechar de manera eficiente, las<br />
ventajas de la difusión de la tecnología desincorporada,<br />
tienen que optar por mecanismos de difusión incorporados en<br />
equipos o productos intermedios que han sido desarrollados<br />
en otra parte o en otra industria, (Redalyc, 1996).<br />
Cuando se habla de difusión de tecnología incorporada,<br />
aparece un nuevo actor, se trata del mercado. Mediante el<br />
comercio de productos intermedios, maquinaria, equipos,<br />
etc.; los países o las industrias que presentan deficiencias a<br />
nivel de I+D y tecnología, tratan de adquirir esta tecnología y<br />
ser más competitivos. En este caso unas pocas industrias<br />
actúan como proveedoras de tecnología, las mismas que se<br />
encargan de vender bienes intermedios y bienes de capital<br />
con elevada intensidad tecnológica al resto de industrias,<br />
consumidores y gobierno; por lo general las industrias<br />
proveedoras son manufactureras intensivas en I+D+I, reciben<br />
un flujo relativamente escaso de I+D incorporada pues a<br />
menudo usan su I+D para desarrollar su propia tecnología y<br />
productos.<br />
Respecto de los tipos de innovación y los usos transversales<br />
que se da a la tecnología existen algunos autores por ejemplo<br />
se puede mencionar el trabajo de Robson, Townsend y Pavitt<br />
(1988), en donde presentan a través de una encuesta realizada<br />
a 4000 empresas innovadoras del Reino Unido durante el<br />
período 1945-1983, identificando cinco sectores básicos, seis<br />
secundarios, y otros. El estudio revela que las innovaciones<br />
de los sectores básicos son usadas en 18 de 26 sectores,<br />
determinando la importancia que tienen algunas industrias<br />
intensivas en tecnología, para el desarrollo del resto de<br />
industrias dentro de un país.<br />
Otro esfuerzo en la misma línea, es el realizado por Davis<br />
(1988), quien analiza el patrón de difusión de la tecnología<br />
entre Estados Unidos, Canadá y Japón mediante la compra de<br />
bienes intermedios y las inversiones intensivas en tecnología,<br />
concluyendo que gran cantidad de los bienes intermedios<br />
incluían insumos tecnológicos incorporados que servían de<br />
base para la industria que los utilizaba.<br />
Este estudio señala la importancia de la difusión para dar<br />
sustento a la competitividad de los países, pues permite<br />
entender las diferencias entre los patrones de difusión al<br />
interior de los mismos, también concluye que es importante<br />
crear medidas significativas de la intensidad tecnológica que<br />
incorporen la innovación realizada dentro de la misma<br />
industria y la difusión, es decir I+D+I proveniente de otros<br />
sectores industriales o del exterior incorporados en<br />
maquinaria, bienes intermedios o equipos, para tener de esta<br />
manera un mejor direccionamiento de la política pública de<br />
I+D.<br />
La importancia que tiene la difusión mediante tecnología<br />
incorporada para los países en desarrollo es trascendental,<br />
como manifiestan Savvides y Zachariadis (2002), esto<br />
permite el crecimiento de la Productividad Total de los<br />
Factores (PTF), ya que estos países se encuentran atrapados<br />
en un círculo vicioso de insignificante actividad de I+D, que<br />
no permite alimentar el motor del crecimiento económico, la<br />
falta de un progreso económico significativo, ocasiona<br />
débiles incentivos para desarrollar un sector productivo<br />
basado en el conocimiento, de hecho muchos de estos países<br />
han luchado por décadas tratando de mejorar sus condiciones<br />
económicas, obteniendo únicamente resultados<br />
decepcionantes (Seck, 2011).<br />
Una de las estrategias de desarrollo debe consistir en buscar<br />
alternativas para acercar el beneficio de la difusión de<br />
tecnología, estrechando las relaciones interindustriales, pues<br />
estas reflejan la compleja naturaleza de la tecnología de<br />
producción, como un sistema de partes interdependientes.<br />
Estas relaciones interindustriales como se mencionó permiten<br />
elevar la productividad lo que a su vez condiciona los<br />
sectores de internacionalización de la economía.<br />
3. METODOLOGÍA<br />
Para la estimación de los flujos de tecnología incorporada de<br />
este trabajo se utilizan los gastos en I+D de las industrias<br />
combinados con los flujos de bienes intermedios de las<br />
matrices input-output o Tablas Oferta Utilización (TOU) de<br />
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Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
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la economía ecuatoriana, de manera que se pueda separar el<br />
I+D incorporado por la industria del I+D directo. Esta<br />
metodología descansa en dos supuestos: i) el gasto en I+D es<br />
considerado como un recurso importante para la expansión<br />
del conocimiento técnico, y ii) las transacciones comerciales<br />
interindustriales transportan I+D a través de las industrias y<br />
los países, (Papaconstantinou, Sakurai y Wyckoff, 1998).<br />
Los flujos de conocimiento incorporado entre sectores<br />
industriales han sido calculados mediante aproximaciones<br />
input-output desde hace tiempo atrás, siendo los primeros<br />
autores Terleckyj (1974), Scherer (1982), entre otros, para<br />
más adelante ser ampliados por otros estudiosos de la<br />
innovación y el método input-output como Papaconstantinou,<br />
Sakurai y Wyckoff (1998), Amable y Palombarini (1998),<br />
Drejer (2000), Camacho y Rodríguez (2005). A pesar de que<br />
existen otras aproximaciones para el cálculo del I+D directo<br />
de las industrias mediante el uso de patentes, publicaciones,<br />
etc., para el caso de países en desarrollo como el Ecuador, no<br />
se puede aplicar este cálculo puesto que no existe<br />
información relevante al respecto, para Ecuador en este caso,<br />
se hará un primer esfuerzo metodológico para calcular los<br />
flujos de I+D incorporado mediante la información existente<br />
de acuerdo a las últimas publicaciones de los organismos<br />
oficiales.<br />
El método cuantitativo más importante generado para medir<br />
la relación interindustrial es la matriz de insumo-producto o<br />
input-output, misma que es una contribución del Economista<br />
Wassily Leontief (1919-1939), esta se constituye como una<br />
adaptación a la teoría clásica del equilibrio Walrrasiano,<br />
formando una matriz estadística donde se calcula la<br />
interdependencia cuantitativa entre los sectores de la<br />
economía, y de esta manera se manifiestan los hechos reales<br />
a los que se enfrenta la economía (Montilla y Matzavracos,<br />
2008).<br />
Leontief (1975) realiza una conjugación entre el pensamiento<br />
del siglo XVIII y el rigor matemático de Walras, en donde<br />
como supuestos teóricos fundamentales plantea que, las<br />
demandas de los factores son independientes de sus precios;<br />
los precios de los factores primarios son exógenos, la<br />
demanda final también es exógena, y los precios de los<br />
productos son independientes de la estructura de la demanda<br />
(Polo y Valle, 2002). El análisis input-output planteado por<br />
Leontief, tiene un enfoque estructural de la economía,<br />
permitiendo conocer el conjunto de relaciones de producción<br />
de un país, mediante la integración de un esquema contable,<br />
(Gachet, 2005).<br />
En las palabras de Leontief se obtiene el siguiente concepto:<br />
El método Input-Output constituye una adaptación de la<br />
teoría neoclásica del equilibrio general al estudio de la<br />
interdependencia cuantitativa que existe entre aquellas<br />
actividades económicas que guardan entre sí una relación<br />
recíproca (Leontief, 1975). Dentro de las ventajas que<br />
presenta este análisis se pueden destacar entre otros, que<br />
permite estimar los impactos de shocks exógenos en el<br />
producto, el valor agregado y el ingreso de una industria,<br />
ayuda a medir el efecto de las alteraciones en los precios de<br />
los factores o también de las importaciones con respecto a la<br />
oferta de bienes y servicios dentro de la economía (Gachet,<br />
2005). Para entender de mejor manera el funcionamiento de<br />
la matriz input-output, a continuación se esbozará su<br />
metodología de cálculo desde el punto de vista matemático.<br />
En primer lugar se debe comprender que para una economía<br />
compuesta por n industrias, la producción se encuentra<br />
repartida para las otras industrias de acuerdo a los montos<br />
necesarios para sus procesos productivos, esto se conoce<br />
como insumos intermedios, y además la otra parte de la<br />
producción se destina a usos finales. (Gachet, 2005). Las<br />
relaciones entre las industrias se pueden presentar en<br />
términos de coeficientes técnicos, en donde se registran la<br />
cantidad de insumos requeridos en las diferentes industrias<br />
para completar su producción, para el cálculo de estos<br />
coeficientes (a ij ) una opción puede ser dividiendo cada<br />
insumo intermedio del bien i para la producción total de la<br />
industria j. Esto permite comprender que el consumo del bien<br />
(insumo) i dependerá enteramente de la producción de la<br />
industria j, por tanto los coeficientes técnicos, lo que hacen es<br />
indicar la porción consumida del producto i en la industria j,<br />
de acuerdo al total producido por j.<br />
El modelo input-output, es un modelo netamente de<br />
demanda, donde la producción de la industria j depende de la<br />
demanda final. Para obtener la información respecto a las dos<br />
variables anteriores (producción de j y demanda final) se<br />
utiliza la matriz inversa de Leontief, misma que recoge los<br />
requerimientos totales de insumos, pudiendo ser directos o<br />
indirectos, de cada unidad de producción, teniendo como<br />
supuesto que la estructura de la economía no cambia.<br />
La inversa de Leontief permite medir el impacto generado<br />
por un aumento exógeno en la demanda final sobre las<br />
diferentes industrias que se encuentran interrelacionadas. Lo<br />
anterior se puede expresar de manera matemática en forma de<br />
una matriz:<br />
Dónde:<br />
X ( I A)<br />
1<br />
Y BY<br />
X = vector de la producción<br />
A = matriz cuadrada de coeficientes técnicos<br />
Y = demanda final<br />
I = matriz identidad<br />
B = matriz inversa de Leontief<br />
Para el caso de una economía en donde existan únicamente<br />
dos sectores la Ecuación anterior quedaría de la siguiente<br />
manera:<br />
X<br />
<br />
X<br />
1<br />
2<br />
(1<br />
a11)<br />
<br />
<br />
a21<br />
a<br />
12<br />
(1 a<br />
22<br />
<br />
)<br />
<br />
<br />
1<br />
Y<br />
<br />
Y<br />
Esta matriz inversa de Leontief es utilizada también para<br />
identificar los encadenamientos o eslabonamientos<br />
productivos, debido a que mide la producción sectorial que<br />
satisface a la demanda de consumos intermedios de las<br />
diferentes industrias de la economía.<br />
1<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
(1)<br />
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117<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Donde B es la matriz inversa de Leontief. Los elementos bij<br />
de la matriz B indicarán el efecto directo e indirecto sobre la<br />
producción del sector i cuando se incrementa en una unidad<br />
la demanda final del sector j (i, j =1… N, con N sectores). El<br />
contenido de innovación del sector j incluirá su propio gasto<br />
en actividades innovadoras como también el gasto en<br />
innovación incorporado en los inputs que adquiere. Se define<br />
entonces la intensidad de innovación directa del sector i a<br />
r<br />
nivel industrial,<br />
i como su gasto directo en actividades de<br />
R<br />
I+D = (<br />
i ) sobre la producción bruta (output, Xi), para<br />
encontrar el gasto en I+D por industria en la economía<br />
ecuatoriana se utilizará los datos del Censo Económico 2011<br />
del Ecuador.<br />
Ri<br />
ri<br />
<br />
X<br />
i (i=1,2,….n) (2)<br />
Una vez que se tiene la intensidad directa de innovación ésta<br />
se la tiene que combinar con la Inversa de Leontief, para esto<br />
se tiene que pre-multiplicar la Ecuación (1) por la matriz<br />
diagonalizada de coeficientes sectoriales de innovación (3),<br />
tij<br />
de manera que se obtiene la matriz T, cuyos elementos<br />
indican la innovación incorporada por unidad de demanda.<br />
T<br />
rB ˆ<br />
(3)<br />
La Ecuación (3) relaciona el I+D doméstico incorporado con<br />
los componentes de demanda final. Por lo tanto se tiene que<br />
definir el I+D doméstico incorporado total por unidad de<br />
demanda final en la rama de actividad j de la siguiente forma:<br />
bij<br />
n<br />
rf rb<br />
i ij<br />
i1 (j=1,2…..n) (4)<br />
Siendo los elementos de la inversa de Leontief, ya<br />
definida anteriormente. Dado que la j-ésima columna de la<br />
inversa de Leontief, mide el efecto total directo e indirecto<br />
sobre la producción doméstica cuando la demanda final del j-<br />
ésimo sector varía una unidad, la Ecuación (4) proporciona la<br />
cantidad total de I+D incorporado por unidad de demanda<br />
final de la rama j, (Camacho & Rodríguez , 2005). Sin<br />
embargo el cálculo del I+D incorporado a través de las<br />
compras intermedias domésticas realizadas por rama de<br />
actividad j, es un tanto distinto a lo que se presenta en la<br />
Ecuación (4). Papaconstantinou et al. (1998) explica este<br />
fenómeno indicando que el multiplicador de Leontief<br />
tradicional mide cuanto I+D se incorpora directa e<br />
indirectamente por unidad demanda final del sector j, pero no<br />
cuanto I+D está incorporado en la producción bruta de dicha<br />
rama. Por lo tanto el I+D incorporado por rama de actividad<br />
debe definirse desde el punto de vista del output; para<br />
resolver este detalle, se utiliza una matriz inversa ajustada<br />
(B*). Por tanto se eliminan de la matriz los elementos<br />
correspondientes a la fila y columna j, de esta manera se<br />
identifica cuántos consumos intermedios de todos los<br />
sectores excepto del sector j se necesitan para producir una<br />
unidad de producto en el sector j. Como resultado la matriz<br />
* '<br />
B [ b , b<br />
'<br />
2<br />
,...<br />
'<br />
b n<br />
]<br />
b<br />
j<br />
, donde son los<br />
B* se define como<br />
1<br />
vectores con 0 en la j-ésima columna. En base a la matriz B*,<br />
el I+D incorporado o esfuerzo innovador indirecto (EII),<br />
mediante los consumos intermedios puede calcularse con la<br />
siguiente ecuación:<br />
EI<br />
j<br />
<br />
n 1<br />
ri<br />
i1<br />
Los multiplicadores de Leontief modificados son utilizados<br />
para eliminar el problema de doble contabilización, de<br />
manera que el esfuerzo tecnológico de cada industria<br />
(utilizando como variable bandera el gasto en I+D) puede<br />
r<br />
definirse como la suma del gasto en I+D de la industria ( i )<br />
EI<br />
j<br />
más el I+D incorporado en los bienes intermedios ( ),<br />
(Camacho & Rodríguez , 2005).<br />
3.1 Fuentes Estadísticas<br />
Para la realización de la investigación se utiliza las bases de<br />
datos del Censo Económico del Ecuador 2011, publicado por<br />
el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC), que<br />
cuenta con 515.000 observaciones de unidades productivas<br />
categorizadas de acuerdo a la revisión CIIU, incluyendo<br />
preguntas respecto a la inversión destinada a actividades de<br />
I+D, de esta manera se calcula el índice de I+D directo, que<br />
sirve de elemento para calcular el flujo de I+D incorporado<br />
entre los sectores industriales mediante las tablas inputoutput.<br />
Se trabaja con las Tablas de Oferta y Utilización<br />
(TOU), publicadas por el Banco Central del Ecuador, de<br />
acuerdo al cambio de año base realizado para la economía<br />
ecuatoriana y publicadas en el año 2011, en donde se recoge<br />
la realidad de la economía al año 2007 debido a que para este<br />
año se pueden contar con cifras reales, lo que permite una<br />
mayor exactitud en el resultado de los cálculos, ya que las<br />
TOU cuentan con una desagregación de 71 industrias por 278<br />
productos, identificadas de acuerdo a la Clasificación de<br />
Productos de Cuentas Nacionales (CPCN), lo primero que se<br />
debe realizar es una agregación de manera que las tablas se<br />
vuelvan cuadradas y se pueda posteriormente trabajar con<br />
una matriz simétrica, por lo tanto se transformó las TOU a<br />
medidas de 71 x 71, y de esta manera se proceden a calcular<br />
los diferentes indicadores que serán presentado y analizados a<br />
continuación.<br />
b<br />
*<br />
ij<br />
4. RESULTADOS<br />
A continuación se hará un análisis de los resultados obtenidos<br />
luego de aplicar la metodología descrita en el apartado<br />
anterior. La Tabla 1 muestra el Esfuerzo Directo de<br />
Innovación (EDI), el Esfuerzo Indirecto de Innovación (EII),<br />
y el esfuerzo total para las industrias ecuatorianas, ordenadas<br />
por el (EDI).<br />
(5)<br />
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Tabla 1. Esfuerzo Directo, Indirecto y total de I+D<br />
N Sectores Industriales Esfuerzo<br />
directo<br />
I+D<br />
Esfuerzo<br />
indirecto<br />
I+D<br />
38 fabricación de productos<br />
refinados de petróleo y<br />
otros<br />
Esfuerzo<br />
total en<br />
I+D<br />
0,333543 0,00<strong>37</strong>93 0,3<strong>37</strong>3<strong>37</strong><br />
31 bebidas no alcohólicas 0,142922 0,029762 0,172684<br />
65 servicios administrativos 0,083386 0,014998 0,098384<br />
del gobierno y defensa<br />
54 servicios de comercio 0,070802 0,024933 0,095736<br />
66 servicios de enseñanza 0,060067 0,010868 0,070935<br />
privada<br />
67 servicios de enseñanza 0,060067 0,00<strong>37</strong>61 0,063828<br />
pública<br />
48 equipo de transporte 0,027659 0,0276<strong>37</strong> 0,055296<br />
41 productos de caucho 0,021642 0,025557 0,047199<br />
7 cría de ganado y productos 0,020592 0,0451<strong>37</strong> 0,065729<br />
animales<br />
<strong>37</strong> fabricación de papel y 0,019509 0,024478 0,043988<br />
productos de papel<br />
51 Electricidad 0,018438 0,192514 0,210952<br />
61 actividades y servicios 0,016677 0,013217 0,029894<br />
financieros<br />
5 oleaginosas industriales 0,015109 0,026218 0,041327<br />
69 servicios sociales y de 0,010699 0,012624 0,023323<br />
salud no de mercado<br />
26 elaboración de cacao<br />
chocolate y productos de<br />
confitería<br />
0,008567 0,026388 0,034956<br />
45 metales comunes 0,008402 0,031108 0,039511<br />
53 trabajos de construcción y 0,006958 0,030460 0,0<strong>37</strong>417<br />
construcción<br />
49 muebles de cualquier 0,006799 0,022050 0,028849<br />
material<br />
44 cemento artículos de 0,006321 0,081266 0,087587<br />
hormigón y piedra<br />
20 aceites crudos y grasas 0,004856 0,031460 0,036316<br />
vegetales<br />
40 otros productos químicos 0,004745 0,029573 0,034318<br />
64 servicios prestados a las 0,004588 0,022172 0,026759<br />
empresas y de producción<br />
63 actividades inmobiliarias 0,004413 0,014450 0,018863<br />
60 comunicaciones e<br />
0,003034 0,018722 0,021756<br />
información<br />
33 fabricación de hilos hilados 0,002881 0,039133 0,042014<br />
tejidos y confecciones<br />
70 entretenimiento recreación<br />
y otras actividades de<br />
servicio<br />
0,002861 0,027338 0,030199<br />
55 servicios de reparación y<br />
mantenimiento de<br />
vehículos de motor y<br />
motocicletas<br />
0,002761 0,007518 0,010278<br />
21 productos lácteos<br />
0,002590 0,046945 0,049534<br />
elaborados<br />
62 servicios de seguros y 0,002212 0,018443 0,020655<br />
fondos de pensión<br />
68 servicios sociales y de 0,002179 0,012776 0,014955<br />
salud de mercado<br />
42 productos de plástico 0,002110 0,028483 0,030593<br />
58 transporte y<br />
0,002032 0,085803 0,087835<br />
almacenamiento<br />
35 fabricación de cuero y<br />
productos de cuero y<br />
calzado<br />
0,001802 0,024124 0,025927<br />
12 petróleo crudo y gas natural 0,001745 0,023141 0,024887<br />
14 minerales metálicos 0,001500 0,031886 0,033386<br />
30 elaboración de bebidas 0,001225 0,030283 0,031508<br />
alcohólicas<br />
57 servicios de suministro de 0,001210 0,027823 0,029033<br />
comida y de bebida<br />
23 productos de la panadería y 0,001179 0,027893 0,029072<br />
pastelería<br />
15 minerales no metálicos 0,001041 0,0<strong>37</strong>334 0,038<strong>37</strong>5<br />
Continuación Tabla 1. Esfuerzo Directo, Indirecto y total de I+D<br />
N Sectores Industriales Esfuerzo<br />
directo<br />
I+D<br />
Esfuerzo<br />
indirecto<br />
I+D<br />
Esfuerzo<br />
total en<br />
I+D<br />
29 otros productos 0,000965 0,033200 0,034165<br />
alimenticios n.c.p.<br />
3 flores y capullos 0,000905 0,018698 0,019603<br />
47 fabricación de equipo y 0,000675 0,023504 0,024179<br />
maquinaria<br />
28 café tostado, molido, 0,000625 0,019767 0,020392<br />
soluble y otros n.c.p.<br />
56 servicios de hotelería y 0,000533 0,030001 0,030534<br />
alojamiento<br />
36 fabricación de madera 0,000524 0,034823 0,035347<br />
y productos de la<br />
madera<br />
27 alimento para animales 0,000507 0,030315 0,030822<br />
11 acuicultura excepto 0,000463 0,030777 0,031240<br />
camarón<br />
8 productos de la 0,000463 0,009884 0,010347<br />
silvicultura<br />
39 productos químicos 0,000457 0,026787 0,027244<br />
básicos, abonos y<br />
plásticos<br />
34 prendas de vestir 0,000429 0,023997 0,024427<br />
(inclusive de cuero y<br />
piel)<br />
16 procesamiento y 0,000<strong>37</strong>6 0,051239 0,051615<br />
conservación de carne<br />
24 fideos, macarrones y 0,000<strong>37</strong>5 0,040592 0,040967<br />
otros productos<br />
farináceos similares<br />
22 elaboración de 0,000<strong>37</strong>5 0,027812 0,028187<br />
productos de molinería<br />
71 servicio doméstico y 0,000<strong>37</strong>1 - 0,000<strong>37</strong>1<br />
compras directas<br />
25 elaboración y<br />
0,000367 0,042010 0,042<strong>37</strong>7<br />
refinación de azúcar<br />
46 productos metálicos 0,000359 0,0391<strong>37</strong> 0,039497<br />
elaborados<br />
1 banano café y cacao 0,000338 0,024578 0,024916<br />
52 agua servicios de 0,000303 0,016282 0,016585<br />
saneamiento y gas<br />
10 pesca excepto camarón 0,000259 0,057608 0,057867<br />
9 agricultura y pesca de 0,000259 0,048934 0,049194<br />
camarón<br />
59 servicios postales y de 0,000200 0,025767 0,025968<br />
mensajería<br />
50 otros productos 0,000165 0,010892 0,011057<br />
manufacturados<br />
17 camarón elaborado 0,000126 0,044712 0,044838<br />
19 preparados y conservas 0,000126 0,036876 0,0<strong>37</strong>002<br />
de pescado y de otras<br />
especies acuáticas<br />
18 procesamiento de 0,000126 0,034900 0,035026<br />
pescados y otros<br />
32 cigarrillos y otros 0,000085 0,029111 0,029196<br />
productos de tabaco<br />
43 vidrio cerámica y 0,000059 0,073002 0,073061<br />
refractarios<br />
13 servicios relacionados 0,000042 0,016708 0,016750<br />
con el petróleo y gas<br />
natural<br />
4 tubérculos vegetales 0,000014 0,015538 0,015553<br />
melones y frutas<br />
2 cultivo de cereales 0,000004 0,030231 0,030235<br />
6 servicios relacionados 0,000001 0,031216 0,031217<br />
con la agricultura<br />
Promedio de las industrias 0,01408 0,03114 0,04522<br />
Fuente: Elaboración propia<br />
De la Tabla 1 se puede identificar que el sector de mayor<br />
esfuerzo directo en I+D dentro de la economía ecuatoriana es<br />
el (38) fabricación de productos refinados de petróleo y otros,<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Argothy Anderson<br />
119<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
dado que esta industria mantiene una alta tasa de gasto en<br />
I+D directo, su flujo de I+D o tecnología incorporada es baja.<br />
El que este sector en el país tenga gastos importantes en<br />
cuanto a I+D es debido a que se trata de un país petrolero,<br />
donde en los últimos años se han hecho importantes<br />
inversiones en laboratorios y capacitación, por supuesto que<br />
debido a una limitación de información esto no puede ser<br />
desagregado de una manera más minuciosa. El siguiente<br />
sector que presenta un valor importante en I+D directa es el<br />
(31), en este sector en cambio se puede apreciar que el nivel<br />
de I+D indirecta es un tanto más moderado, incluso llega a<br />
ser mayor que la I+D directa, esto puede tener una<br />
explicación debido a que es un sector donde conviven<br />
empresas extranjeras y nacionales, por lo que ha existido un<br />
impulso de la parte extranjera privada y también se<br />
mantienen las relaciones entre las empresas nacionales.<br />
Un sector que sin duda en cuanto a investigación y desarrollo<br />
en cualquier país tiene que estar presente en los primeros<br />
lugares es el (65) servicios administrativos del gobierno y<br />
defensa, pues es este sector el que contabiliza el mayor gasto<br />
por parte del estado en cuanto a I+D, y en este caso al ser un<br />
sector altamente protegido las relaciones intersectoriales de<br />
I+D se ven limitados es así que a nivel indirecto se puede<br />
apreciar un valor bajo de tecnología incorporada,<br />
seguramente si se hace un análisis de las interrelaciones de<br />
I+D con el extranjero se podría identificar que el flujo es<br />
mayor. Otros sectores que muestran una importante (EDI)<br />
son los de servicios (54), (66) y (67), aquí cabe destacar la<br />
importante participación de la educación, esto seguramente<br />
está determinado por la importante inversión realizada por el<br />
gobierno a favor de la modernización de este sector. Cabe<br />
destacar la diferencia entre el (EII) entre la educación privada<br />
y la pública, seguramente explicado por la burocracia<br />
existente al momento de realizar compras a otros sectores por<br />
parte de la educación pública, a diferencia de la privada<br />
donde existe mayor facilidad para compras a otros sectores<br />
industriales.<br />
Es importante destacar que la mayoría de los sectores que se<br />
encuentran a la cabeza del esfuerzo directo en innovación son<br />
los sectores industriales manufactureros, a diferencia de los<br />
sectores tradicionales o primarios que cuentan con flujos muy<br />
bajos de I+D directa, debido a la baja demanda de tecnología<br />
y fundamentalmente a las bondades de la naturaleza que<br />
hacen que no sean necesarias mayores inversiones en I+D<br />
para la explotación de los recursos.<br />
Para tener una visión general sobre los resultados obtenidos<br />
de los diferentes indicadores de esfuerzo de innovación de<br />
economía ecuatoriana, la Tabla 2 presenta algunos datos<br />
estadísticos.<br />
Tabla 2. Datos estadísticos de los indicadores intersectoriales de I+D<br />
Estadísticos<br />
ESF_IND_INN ESF_DIR_INN ESF_TOT_INN<br />
N Válidos 71 71 71<br />
Media 0,03114038 0,01408449 0,04522487<br />
Desv. Típ. 0,024960451 0,0447560<strong>37</strong> 0,047903182<br />
Varianza 0,001 0,002 0,002<br />
Mínimo 0,000000 0,000001 0,000<strong>37</strong>1<br />
Máximo 0,192514 0,333543 0,3<strong>37</strong>336<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
De acuerdo a la Tabla 2 se puede apreciar los promedios de<br />
cada una de los indicadores, la desviación típica la cual es<br />
moderada, tomando en cuenta la heterogeneidad de los<br />
sectores industriales en cada uno de los indicadores. La<br />
varianza de igual manera es baja, lo cual muestra que no<br />
existe una dispersión demasiado grande entre los datos<br />
analizados.<br />
A continuación se presenta el 1 que muestra cómo se<br />
encuentra distribuido el esfuerzo directo en innovación de la<br />
industria ecuatoriana con respecto al promedio de esfuerzo<br />
directo de los sectores industriales.<br />
Figura 1. Esfuerzo en innovación directa respecto al promedio de los<br />
sectores industriales.<br />
En la Figura 1 se puede apreciar cómo se encuentran los<br />
sectores industriales en cuanto a esfuerzo directo de I+D con<br />
respecto a la media de los sectores industriales del Ecuador<br />
(0,01408), es evidente que son muy pocos los sectores<br />
industriales que logran superar la media, debido a que el<br />
Ecuador no es un país donde las industrias realicen gastos<br />
constantes en I+D, además de acuerdo a la evidencia<br />
expuesta en el capítulo correspondiente, los países en<br />
desarrollo como el caso de Ecuador reciben innovaciones de<br />
tipo incorporado, ya que aún no cuentan con la base<br />
suficiente de conocimiento acumulado que les permita<br />
desarrollar esfuerzos propios por parte de las empresas y las<br />
industrias para revertir esta tendencia.<br />
Si se analiza por otro lado el esfuerzo indirecto en<br />
innovación, que comprende los flujos de tecnología<br />
incorporada recibidos por un sector de parte de las otras<br />
industrias, se puede constatar que efectivamente existe<br />
evidencia sobre lo manifestado por Papaconstantinou,<br />
Sakurai, y Wyckoff (1998), cuando indican que los países en<br />
vías de desarrollo reciben mayores flujos de tecnología<br />
incorporada por parte de las industrias. La Figura 2 muestra<br />
el esfuerzo indirecto en innovación de la industria<br />
ecuatoriana comparada con el esfuerzo indirecto promedio de<br />
todas las industrias.<br />
Figura 2. Esfuerzo en innovación indirecta respecto a promedio.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
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120<br />
En este figura en primer lugar hay que destacar que la media<br />
del esfuerzo indirecto de todas las industrias (0,03114), tiene<br />
una valor más alto que en el caso de la media del esfuerzo<br />
directo, lo que podría indicar que los sectores industriales de<br />
la economía del Ecuador reciben mayor tecnología<br />
incorporada.<br />
En segundo lugar hay que subrayar que la cantidad de<br />
sectores industriales que se encuentran sobre la media es<br />
superior al caso del esfuerzo directo en innovación, por lo<br />
tanto hay evidencia respecto a la forma de integrar tecnología<br />
en el proceso de producción en los países en vías de<br />
desarrollo, es en base a los flujos interindustriales.<br />
Dentro de este figura se pueden apreciar sectores que<br />
destacan de manera notoria, es el caso de (51) electricidad, el<br />
mismo que según los resultados recibe un fuerte aporte de<br />
tecnología incorporada por parte del resto de sectores<br />
industriales, esto puede tener una explicación en primer lugar<br />
debido a que no se está haciendo ninguna separación dentro<br />
de electricidad por tipo de fuente, por lo tanto en este sector<br />
se están concentrando los esfuerzos tanto de electricidad por<br />
energía renovable, como no renovable, además hay que<br />
indicar que este sector incluye producción y<br />
comercialización.<br />
Este valor también puede ser afectado por la cantidad de<br />
demanda del sector respecto a otros sectores debido a los<br />
grandes proyectos hidroeléctricos en los cuales el Ecuador se<br />
encuentra inmerso, por ejemplo, Verdeyacu Chico, Naiza,<br />
Zamora San Juan Bosco, Zamora Salto (1, 2 y 3), entre otros,<br />
todos estos con una potencia superior a 100 MW, además de<br />
esto la incursión dentro de la energía solar y eólica, (Consejo<br />
Nacional de Electricidad, 2011).<br />
Otro sector que cuenta con un flujo alto de tecnología<br />
incorporada es (58) transporte y almacenamiento, el cual esta<br />
recibiendo tecnología incorporada fruto de las adquisiciones<br />
de equipos de transporte y otros sectores como el de<br />
comercio de vehículos o ensamblaje, cabe destacar que se<br />
han emprendido proyectos por parte del Gobierno<br />
ecuatoriano como el Plan Renova, que busca modernizar toda<br />
la planta del transporte público. Esto hace que haya un<br />
impulso y que se vea reflejado también en el flujo de<br />
tecnología incorporada, valor que al incrementar la demanda<br />
de un sector se va a ver afectado positivamente.<br />
Sectores que merecen ser destacados también son el (10),<br />
(16), (17), (21), (44), pues sus valores de Esfuerzo Indirecto<br />
en Innovación son representativos, lo que muestra que éstos<br />
están recibiendo un importante aporte del resto de sectores<br />
industriales, además de que mantienen relaciones constantes<br />
con el resto de sectores, lo cual es necesario tomando en<br />
cuenta que es una forma de fortalecer el mercado interno. En<br />
la Figura 3 que se presenta a continuación se ubica en el<br />
plano a los dos indicadores para cada uno de los sectores.<br />
Figura 3. Comparación de los dos sectores indicadores de innovación<br />
En la Figura 3 se puede apreciar como los sectores que<br />
cuentan con altos niveles de I+D directo (barras azules),<br />
reciben bajos flujos de tecnología incorporada (barras<br />
verdes), por el contrario se puede apreciar como en la<br />
mayoría de los casos es el verde el color dominante, lo que<br />
significa que el flujo de tecnología incorporado es más<br />
representativo, permitiendo evidenciar la importancia de la<br />
tecnología incorporada dentro de los países en vías de<br />
desarrollo. Como se aprecia en la figura las industrias<br />
mantienen un valor similar de flujo de tecnología excepto en<br />
algunos casos (31), (38), (51), (66), donde los valores son<br />
considerablemente diferentes, pero debido a que es una<br />
cantidad mínima, se puede asumir que son casos que podrían<br />
ser afectados por factores especiales que en este trabajo no<br />
serán analizados.<br />
Si se analiza cuál es la situación de los indicadores de<br />
esfuerzo en I+D para los sectores tradicionales de<br />
internacionalización de la economía ecuatoriana se obtiene<br />
los siguientes resultados.<br />
Tabla 3. Indicadores de I+D de los sectores tradicionales de<br />
internacionalización.<br />
<strong>No</strong>. Sector Industrial Esfuerzo Esfuerzo Esfuerzo<br />
indirecto en directo en total en<br />
I+D I+D I+D<br />
1 banano café y cacao 0,024578 0,000338 0,024916<br />
9 agricultura y pesca de 0,048934 0,000259 0,049194<br />
camarón<br />
17 camarón elaborado 0,044712 0,000126 0,044838<br />
12 petróleo crudo y gas 0,023141 0,001745 0,024887<br />
natural<br />
13 servicios relacionados 0,016708 0,000042 0,016750<br />
con el petróleo y gas<br />
natural<br />
38 fabricación de 0,00<strong>37</strong>93 0,333543 0,3<strong>37</strong>3<strong>37</strong><br />
productos refinados<br />
de petróleo y otros<br />
Promedio todos los 0,03114 0,01408 0,04522<br />
Sectores<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
En la Tabla 3 se muestra cuáles son los niveles de esfuerzo<br />
directo, indirecto y total de I+D dentro de los sectores<br />
tradicionales de internacionalización del Ecuador, cabe<br />
destacar que son sectores primarios, mismos que se basan en<br />
las bondades de la naturaleza antes que en los esfuerzos en la<br />
técnica.<br />
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Argothy Anderson<br />
121<br />
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Figura 4. Esfuerzo directo en I+D sectores tradicionales<br />
La Figura 4, muestra el esfuerzo directo en I+D de los<br />
sectores tradicionales de exportación, se puede apreciar que<br />
los valores no son representativos, pues se encuentran por<br />
debajo de la media del total de las industrias (0,01408), el<br />
único caso en que se supera este valor es en el sector (38),<br />
que no ha sido incluido debido a la distorsión que genera en<br />
la figura por su alto valor. Al ser todas exportaciones<br />
primarias, los valores de I+D directo son mínimos pues se<br />
basan en la renta de la naturaleza antes que el uso de la<br />
investigación y la ciencia.<br />
Tabla 4. Indicadores de I+D de los no tradicionales de internacionalización<br />
<strong>No</strong>. sector Industrial Esfuerzo Esfuerzo Esfuerzo<br />
indirecto directo total en<br />
en I+D en I+D I+D<br />
3 flores y capullos 0,018698 0,000905 0,019603<br />
4 tubérculos 0,015538 0,000014 0,015553<br />
vegetales melones<br />
y frutas<br />
14 minerales 0,031886 0,001500 0,033386<br />
metálicos<br />
15 minerales no 0,0<strong>37</strong>334 0,001041 0,038<strong>37</strong>5<br />
metálicos<br />
32 Cigarrillos y otros 0,029111 0,000085 0,029196<br />
productos de<br />
tabaco<br />
36 fabricación de 0,034823 0,000524 0,035347<br />
madera y<br />
productos de la<br />
madera<br />
Promedio todos los 0,031140 0,014080 0,04522<br />
sectores<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
En la Tabla 4 se muestran tanto el esfuerzo directo, indirecto<br />
y total en I+D de los sectores no tradicionales primarios, al<br />
igual que en el caso anterior al ser materias primas en su<br />
mayoría, no se puede apreciar valores altos de I+D, mientras<br />
que para el incorporado si existe unos resultados mayores.<br />
Estas industrias no demandan demasiada I+D de las otras<br />
industrias, a pesar de que existe un flujo comercial constante.<br />
Figura 5 Esfuerzo indirecto en I+D sectores tradicionales<br />
Como se puede apreciar en la Figura 5, los sectores<br />
tradicionales al ser poco intensivos en elementos<br />
tecnológicos, no reciben una cantidad considerable de<br />
tecnología incorporada de parte de otros sectores industriales<br />
por lo que únicamente las industrias (9) y (17) están sobre el<br />
valor de la media de todas las industrias, sin embargo como<br />
se aprecia, el indicador de intensidad indirecta de I+D es<br />
mayor que la intensidad directa, por lo que hay evidencia de<br />
que estos sectores al no realizar I+D directa, compensan<br />
mediante tecnología incorporada, pues si se ve los resultados<br />
del esfuerzo total de I+D de la Tabla 3 se aprecia que todos<br />
los sectores tienen valores representativos.<br />
Figura 6. Esfuerzo directo en I+D sectores no tradicionales primarios.<br />
Los valores del EDI, para el caso de los sectores primarios no<br />
tradicionales, son bajos debido a que son industrias que<br />
producen materias primas salvo en el caso de los sectores<br />
(14) y (15) que al ser de minerales requieren maquinaria, lo<br />
que hace que los empresarios estimen la compra de esta como<br />
esfuerzo en I+D, sin que esto sea necesariamente lo correcto<br />
desde el punto de vista académico de la innovación.<br />
Si se analizan los indicadores de intensidad de I+D, de los<br />
productos no tradicionales primarios, se puede apreciar que la<br />
situación no cambia demasiado.<br />
Figura 7. Esfuerzo indirecto en I+D sectores no tradicionales primarios.<br />
Como se manifestó anteriormente el EII posee valores más<br />
altos que el EDI. Esto se debe a que para la producción de<br />
estas materias primas se necesita de ciertos insumos que se<br />
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Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
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122<br />
adquieren de las otras industrias lo que genera que se<br />
transfiera parte de la tecnología utilizada por las industrias de<br />
manera incorporada a los diferentes ciclos de producción de<br />
la industria demandante, en este caso se puede ver que<br />
únicamente los sectores (14), (15) y (36) superan la media de<br />
los sectores industriales, es entendible puesto que estos<br />
sectores requieren maquinaria más compleja.<br />
Existen además sectores no tradicionales industriales que han<br />
logrado internacionalizarse de manera adecuada en los<br />
últimos años, a continuación se presenta un análisis sobre<br />
estos.<br />
Tabla 5. Indicadores de I+D sectores no tradicionales industriales.<br />
<strong>No</strong>. Sector Industrial Esfuerzo Esfuerzo Esfuerzo<br />
indirecto directo total en<br />
en I+D en I+D I+D<br />
5 oleaginosas<br />
0,026218 0,015109 0,041327<br />
industriales<br />
18 procesamiento de 0,034900 0,000126 0,035026<br />
pescados y otros<br />
19 preparados y 0,036876 0,000126 0,0<strong>37</strong>002<br />
conservas de pescado<br />
y de otras especies<br />
acuáticas<br />
20 aceites crudos y 0,031460 0,004856 0,036316<br />
grasas vegetales<br />
31 bebidas no 0,029762 0,142922 0,172684<br />
alcohólicas<br />
33 fabricación de hilos 0,039133 0,002881 0,042014<br />
hilados tejidos y<br />
confecciones<br />
34 prendas de vestir 0,023997 0,000429 0,024427<br />
(inclusive de cuero y<br />
piel)<br />
35 fabricación de cuero 0,024124 0,001802 0,025927<br />
y productos de cuero<br />
y calzado<br />
<strong>37</strong> fabricación de papel 0,024478 0,019509 0,043988<br />
y productos de papel<br />
39 productos químicos 0,026787 0,000457 0,027244<br />
básicos, abonos y<br />
plásticos<br />
40 otros productos 0,029573 0,004745 0,034318<br />
químicos<br />
41 productos de caucho 0,025557 0,021642 0,047199<br />
42 productos de plástico 0,028483 0,002110 0,030593<br />
46 productos metálicos 0,0391<strong>37</strong> 0,000359 0,039497<br />
elaborados<br />
Promedio todos los sectores 0,031140 0,014080 0,0452<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
En la Tabla 5 se puede observar los resultados obtenidos de<br />
los indicadores tanto de esfuerzo directo, indirecto y total de<br />
los sectores de internacionalización no tradicionales<br />
industriales del Ecuador, donde se debe destacar que excepto<br />
por las industrias (5), (31), (39) y (40), el resto de industrias<br />
no son intensivas en tecnología lo que se convierte en un<br />
determinante en el momento de analizar el esfuerzo directo<br />
de innovación, que presenta valores bajos debido a esta<br />
condición. Por otra parte esto se ve compensado con<br />
tecnología incorporada recibida mediante las transacciones<br />
comerciales con el resto de industrias.<br />
Figura 8. Esfuerzo directo en I+D sectores no tradicionales industriales.<br />
La industria (31) es la más representativa dentro del esfuerzo<br />
directo en I+D de los sectores no tradicionales industriales,<br />
una razón puede ser las inversiones realizadas por las<br />
empresas extranjeras y nacionales las cuales cuentan con<br />
plantas de producción y embotellamiento, además de que<br />
constantemente están lanzando nuevos productos al mercado.<br />
Otros sectores que destacan dentro de este cuadro son (5),<br />
debido a un incremento en la demanda de sustancias<br />
oleaginosas por parte del exterior lo que impulsado la<br />
inversión y la investigación en este campo. (<strong>37</strong>) la<br />
fabricación de papel es una industria nueva en el país, razón<br />
por la cual se han realizado inversiones en este sentido. (41)<br />
debido a la alta competencia externa en este campo se ha<br />
invertido en dotar tecnológicamente a este sector. Debido a<br />
que estos sectores son manufactureros, existe una mayor<br />
preocupación por la I+D. De todos los sectores de<br />
internacionalización analizados son estos los que mayores<br />
valores de I+D directo poseen.<br />
Figura 9. Esfuerzo indirecto en I+D sectores no tradicionales industriales.<br />
Las industrias no tradicionales que se han vinculado al<br />
exterior, como se puede apreciar reciben un importante flujo<br />
de tecnología incorporada del resto de sectores. De esta<br />
manera se suple la falta de inversión directa en I+D. Dentro<br />
de este figura cabe destacar algunos sectores que se<br />
encuentran sobre la media de las industrias como es el caso<br />
de (18), (19), (33) y (46). Estas actividades han tenido un<br />
fuerte apoyo por parte del gobierno mediante el fomento para<br />
la compra de maquinaria, actualización de conocimientos. En<br />
el caso de los textiles, la restricción de las importaciones está<br />
permitiendo que el sector se desarrolle lo que a su vez<br />
incrementa la demanda de productos intermedios, generando<br />
que el flujo de tecnología incorporada que proviene del resto<br />
de industrias aumente. Se puede esperar que si las<br />
condiciones continúan así paulatinamente se irá remplazando<br />
el I+D obtenido mediante productos intermedios, por I+D<br />
directo.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Argothy Anderson<br />
123<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES<br />
En base a los resultados obtenidos luego de aplicar la<br />
metodología y analizar los datos se puede argumentar las<br />
siguientes conclusiones, tomando en cuenta las hipótesis<br />
iniciales y las preguntas de investigación:<br />
En el Ecuador existen sectores industriales que destacan<br />
respecto a la intensidad de I+D directa, los cuales son pocos<br />
y tienen que ver principalmente con sectores manufactureros<br />
en su mayoría. Por otra parte si clasificamos a las industrias<br />
de acuerdo al flujo de tecnología incorporada recibida de los<br />
diferentes sectores industriales se puede apreciar que se trata<br />
de diferentes sectores.<br />
Al igual que en el caso de los sectores que presentan<br />
mayores esfuerzos directos en I+D, los que manifiestan un<br />
superior flujo de tecnología incorporada son aquellos que<br />
tienen que ver con manufacturas que demandan insumos<br />
intermedios de las otras industrias. Reciben tecnología<br />
mediante las diferentes transacciones comerciales. Estas<br />
industrias tienen que ser analizadas con detenimiento para de<br />
manera paulatina ir cambiando las relaciones entre I+D<br />
directa en indirecta, de forma que las industrias por si<br />
mismas empiecen a elevar sus gastos en I+D provocando<br />
que se manifieste innovación abierta y cerrada, pues no se<br />
puede pretender que las industrias por si solas desarrollen<br />
todas las innovaciones que necesitan para su proceso<br />
productivo.<br />
Los sectores de internacionalización de la economía<br />
ecuatoriana tanto tradicionales como no tradicionales,<br />
poseen un bajo nivel de I+D directa, excepto en el caso del<br />
sector (12), el cual por ser una industria de muchos años en<br />
el Ecuador, además de que ha recibido un fuerte apoyo por<br />
parte del gobierno para su modernización, presenta niveles<br />
importantes de I+D directa. Cabe destacar que estos sectores<br />
tradicionales están basados en la renta de la naturaleza, lo<br />
que hace que los empresarios se despreocupen de realizar<br />
inversiones en I+D de manera que se mejore las<br />
características del producto y la producción, esto hace<br />
además que no reciban cantidades considerables de<br />
tecnología incorporada, debido a que son sectores de baja<br />
demanda tecnológica así como poca cualificación. En el<br />
caso de los sectores de internacionalización no tradicionales<br />
ocurre lo mismo, una baja I+D directa excepto en las<br />
industrias (14) y (15), que tiene que ver con minerales, que<br />
reclaman un poco más de tecnología. Si se analiza el nivel<br />
de tecnología incorporada de estos sectores se puede<br />
apreciar que reciben un flujo mayor, pues son sectores que<br />
han tenido un incremento en su demanda en los últimos<br />
años, lo que hace que demanden más insumos intermedios<br />
que incorporan tecnología del resto de sectores industriales.<br />
De todas maneras estos sectores no dejan de ser primarios<br />
pues no realizan un proceso de agregación de valor<br />
demasiado sofisticado, más allá de la preparación del<br />
producto y su embalaje.<br />
Para el caso de los sectores de internacionalización no<br />
tradicionales industriales, se puede apreciar que al ser éstos<br />
manufacturas, poseen mayores esfuerzos de I+D directo,<br />
además de un flujo de tecnología incorporada superior pues<br />
demandan productos de varios de los otros sectores<br />
industriales. Sin embargo estos sectores siguen siendo de<br />
baja cualificación excepto en el caso de las industrias (39),<br />
(40), (41), (42), que tienen que ver con química, plásticos y<br />
caucho. Por lo tanto estos sectores deben ser tomados en<br />
cuenta por el gobierno para lograr una mejora de su<br />
potencial y que puedan en el futuro generar mayores<br />
innovaciones así como mantengan un mayor nivel de I+D<br />
directo, sin olvidar por supuesto la importancia de las<br />
relaciones con el resto de elementos del sistema nacional de<br />
innovación.<br />
En este trabajo se ha podido exponer evidencia sobre la<br />
teoría que manifiesta que los países en desarrollo, o que no<br />
cuentan con tecnología desarrollada de manera propia,<br />
tendrán que recurrir a tecnología incorporada como un<br />
mecanismo para incluir tecnologías dentro de su proceso de<br />
producción, por lo que sus niveles de tecnología incorporada<br />
serán superiores a los niveles de I+D directa, (Savvides y<br />
Zachariadis, 2002), (Seck, 2011). Como se ha podido<br />
apreciar en el estudio, en la mayoría de los sectores<br />
industriales, salvo en contados casos, es siempre superior el<br />
nivel de tecnología incorporada frente al nivel de I+D<br />
directo, lo que indica que efectivamente los países en<br />
desarrollo utilizan este mecanismo para tratar de reducir el<br />
gap tecnológico existente con los países desarrollados. Esta<br />
situación por otra parte, genera una fuerte dependencia hacia<br />
el extranjero, y un rezago pues el nivel de avance del país en<br />
desarrollo dependerá de su capacidad para obtener<br />
tecnología externa e incorporarla a sus procesos de<br />
producción, lo que dependerá del conocimiento acumulado<br />
sobre el área y de la capacidad de pago de patentes y demás<br />
licencias, así como de la capacitación del personal que opere<br />
la nueva tecnología.<br />
De esta investigación se pueden dar algunas<br />
recomendaciones respecto a la política de I+D que puede<br />
seguir el Estado Ecuatoriano, en primer lugar se debe<br />
entender que aún se continúa especializando en productos<br />
basados en la bondad de la naturaleza, lo que significa que<br />
poseen bajo nivel tecnológico y requieren de muy poca<br />
capacitación por parte de los trabajadores. Por tanto, es<br />
necesario que se realice un cambio paulatino hacia sectores<br />
de mayor demanda tecnológica, así como de fuerza laboral<br />
con alta capacitación y conocimientos. Es fundamental que<br />
exista una articulación conjunta de políticas en fomento de la<br />
I+D de manera que se cree un verdadero Sistema Nacional de<br />
Innovación, que ayude a que las industrias que poseen altos<br />
niveles de I+D directa continúen por esa senda vinculando<br />
mayores investigadores. Por otra parte, aquellas industrias<br />
que cuentan con un nivel medio de I+D directa, puedan ser<br />
entendidas como focos potenciales de desarrollo tecnológico<br />
por lo que se les debe incluir dentro de los sectores<br />
estratégicos del Estado. Para las industrias que cuentan con<br />
buen potencial internacional pero que únicamente se basan en<br />
flujos de tecnología incorporados de otros sectores, es<br />
necesario que sean tomados en cuenta de manera que se vaya<br />
disminuyendo la carga de I+D indirecta para dar paso a<br />
mayor I+D directa, de tal forma que empiecen a desarrollar<br />
innovaciones propias que permitan su inclusión dentro de la<br />
nueva economía mundial basada en el conocimiento.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Transferencia de Tecnología Incorporada Mediante Comercio Interindustrial en la Economía Social y Solidaria<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
124<br />
Limitaciones<br />
Una limitación del estudio es que no puede ser comparado<br />
con estudios anteriores del mismo tipo en el Ecuador, ya que<br />
es el primer acercamiento respecto a I+D incorporada, por lo<br />
que no se puede identificar si existe una mejora o no en el<br />
tiempo.<br />
Al ser una primera aproximación, no se puede utilizar<br />
variables más sólidas para generar el indicador de I+D<br />
directo, como sería el caso de patentes, publicaciones<br />
científicas, número de investigadores, etc., sino que<br />
únicamente se utilizará la porción de gasto en I+D por sector<br />
industrial de la producción total.<br />
La utilización de tablas input-output presenta una limitación<br />
metodológica debido a su carácter estático y no dinámico<br />
como sería lo adecuado, sin embargo al ser basado en un<br />
modelo de equilibrio general, puede ser extrapolado en el<br />
futuro, hasta que se de una actualización de las TOU.<br />
Finalmente, la principal limitación de las economías en<br />
desarrollo tiene que ver con la información, la cual es difícil<br />
de obtener, sin embargo se ha hecho un esfuerzo para<br />
condensar toda la información necesaria de manera que el<br />
estudio sea lo más apegado a la realidad posible.<br />
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Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
126<br />
Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
Carrillo Maldonado Paúl A.<br />
<br />
Ministerio Coordinador de Política Económica, Subsecretaría de Consistencia Macroeconómica, Quito, Ecuador<br />
Resumen: El presente estudio tiene el objetivo de conocer la distribución del gasto público y sus servicios en la<br />
población de Ecuador en el año 2013. Se utiliza la metodología de análisis de incidencia del beneficio a nivel de<br />
hogar. Los resultados muestran que la distribución y su mayor acceso dependen de la naturaleza (o focalización) del<br />
servicio. La educación, salud, registro civil, transporte y carreteras son los servicios públicos con una distribución<br />
equitativa, aproximadamente. Mientras que, las prestaciones del SRI y del IESS son más utilizadas por el quintil<br />
más alto, que los otros, siendo los menos progresivos, respecto al ingreso per cápita.<br />
Palabras clave: Bien público, gasto público, incidencia marginal, bienestar, pobreza<br />
Marginal benefit analysis of public spending and their services<br />
Abstract: In this study, the goal is determine the distribution of public expenditure and services in the population of<br />
Ecuador in 2013. We use the methodology of benefit incidence analysis at the household level. The results show<br />
that the distribution and greater access depends on the nature (or targeting) service. Education, health, civil<br />
registration, road transport and public services are equitable. While, the performance of SRI and the IESS are used<br />
by the top quintile, the other being the least progressive relative to per capita income.<br />
Keywords: Public good, public expenditure, marginal incidence, welfare, poverty<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
Los actuales sistemas económicos tienen una naturaleza<br />
mixta; es decir, se caracterizan por la interacción de los<br />
sectores privado y público. Esto se debe a que el mercado no<br />
provee todos los bienes para satisfacer las necesidades de un<br />
país y tampoco puede funcionar eficientemente, como<br />
postularon los mercantilistas y Adam Smith. En este sentido,<br />
la aparición del Estado en la economía es indispensable para<br />
proveer bienes (públicos y de mercado) que satisfagan las<br />
necesidades individuales y sociales que mejoren el bienestar<br />
de la población.<br />
Para este accionar del Estado es necesaria la contribución (en<br />
términos impositivos) de la sociedad que posibilita financiar<br />
la provisión de los bienes públicos. Las políticas de<br />
desarrollo que el gobierno ejerza con esta imposición deben<br />
tener una recaudación eficaz, un manejo sostenible de los<br />
recursos y una asignación eficiente de los mismos. De esta<br />
manera, los ciudadanos percibirán que el gasto en estas<br />
necesidades será justo y seguirán aportando en el sistema<br />
tributario.<br />
¿Cómo aseverar que el gasto público es justo? Es una<br />
pregunta difícil porque la intervención del Estado implica el<br />
involucramiento de varias instituciones; además, que se debe<br />
partir la noción de justicia que hace referencia dar a cada uno<br />
lo que le corresponde y esto no implica necesariamente<br />
pcarrillo@mcpe.gob.ec.<br />
Las estimaciones y los resultados de la investigación se pueden encontrar en la página<br />
del autor: https://sites.google.com/site/paulacarrillomaldonado/.<br />
equidad. <strong>No</strong> obstante, la identificación de los usuarios del<br />
bien (o servicio) público facilita su evaluación ya que se<br />
puede medir su satisfacción o acceso. Además, se debe tener<br />
presente que la valoración de estos es compleja puesto que el<br />
mercado no es un referente confiable; es decir, el precio de<br />
mercado puede subestimar el valor que ponga la sociedad y,<br />
también, por lo general, estos bienes son racionalizados<br />
(entregados de manera discrecional) por el gobierno, por<br />
diferentes motivos. Esto no sucede con las transferencias<br />
monetarias porque se puede identificar a los consumidores y<br />
su valor ya está dado en el programa.<br />
Una alternativa para la valoración es el presupuesto utilizado<br />
en el programa, servicio o bien. En base a esto, identificar el<br />
acceso que tienen los usuarios para luego compararlos entre<br />
grupos y evaluar el gasto público. Esta comparación puede<br />
guiarse por el acceso entre los diferentes niveles del ingreso,<br />
esta metodología se conoce como Análisis de Incidencia del<br />
Beneficio (Benefit Incidence Analysis, BIA).<br />
Con estos antecedentes, en el presente documento se analiza<br />
el efecto distributivo que tienen los servicios públicos que<br />
provee el Estado ecuatoriano. Para cumplirlo, se utiliza el<br />
análisis de incidencia del beneficio en la sección de servicios<br />
públicos de la Encuesta Nacional de Empleo, Desempleo y<br />
Subempleo (ENEMDU), realizada en diciembre de 2013. Un<br />
punto clave en esta investigación es averiguar que parte de la<br />
distribución del ingreso se beneficia cuando se aumenta el<br />
acceso de los servicios considerados.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Carrillo Maldonado Paúl A.<br />
127<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
El resto del documento tiene la siguiente repartición: la<br />
siguiente sección expone los argumentos teóricos para la<br />
intervención del Estado en el sistema económico y los<br />
preceptos que deben guiar su política; la tercera sección<br />
presenta la metodología utilizada en el análisis de incidencia.<br />
La cuarta parte muestra los resultados encontrados con la<br />
ENEMDU. En la última se concluye.<br />
2. ESTADO Y LOS SERVICIOS PÚBLICOS<br />
Los sistemas económicos actuales tienen naturaleza mixta: se<br />
caracterizan por la interacción combinada del sector privado<br />
y público (Musgrave y Musgrave, 1992). Para Stiglitz (2000),<br />
el debate sobre esta naturaleza y el papel económico del<br />
Estado inicia en el siglo XVIII y se consolida con la Gran<br />
Depresión en 1929. Este autor propone las siguientes<br />
preguntas para el estudio de la economía del sector público:<br />
¿por qué el Estado realiza solo unas actividades económicas<br />
y no otras? ¿Ejecuta demasiadas actividades? ¿Estas son<br />
eficientes? ¿Podría hacer mejor su papel económico?”<br />
(Stiglitz, 2000). Mientras que, Musgrave (1968) ya plantea<br />
tres funciones fundamentales inseparables del Estado en la<br />
economía: asignación, distribución y estabilización.<br />
Las preguntas de Stiglitz y las funciones de Musgrave<br />
abarcan el diseño de la política presupuestaria del Estado.<br />
Esta puede abordarse desde dos enfoques. Por un lado,<br />
determinar las reglas y principios que rigen el presupuesto<br />
para que sea óptimo, con base en condiciones iniciales de su<br />
formulación, llamada teoría normativa de la economía<br />
pública. Por otro lado, tratar de explicar la utilización y<br />
permanencia de las políticas existentes y predecir la posible<br />
adaptación de nuevas en el futuro, semejante a una sociología<br />
de la política fiscal. Sin importar el método que se use, es<br />
claro que se debe estudiar la reacción que tiene el mercado<br />
ante la presencia (o ausencia) del Estado (Musgrave, 1968).<br />
Según Stiglitz (2000), el debate sobre el papel económico del<br />
Estado en el mercado se remonta al siglo XVIII. En esta<br />
época, los mercantilistas franceses propusieron que el Estado<br />
debería fomentar el comercio e industria del país, no más.<br />
Esta idea fue impulsada por Adam Smith en su obra “La<br />
riqueza de las naciones” (1776). Ahí recomendaba que el<br />
papel del Estado debería ser limitado, intentando demostrar<br />
que la competencia y el ánimo de lucro de los individuos<br />
llevaría al bienestar público. Estos conceptos penetraron tanto<br />
en los economistas y los poderes contemporáneos, que el<br />
Estado dejó sin control ni regulación al sector privado y solo<br />
la competencia ilimitada asignaría eficientemente los<br />
recursos.<br />
En el mismo tiempo, estas ideas tan innovadoras de Adam<br />
Smith y sus seguidores (por ejemplo, John Stuart Mill) no<br />
convencieron a todos los estudiosos de la sociedad. Sismondi,<br />
Owen o Marx, por nombrar algunos, se preocuparon por<br />
explicar la desigualdad de la renta, el desempleo y la pobreza<br />
existentes y sugirieron otras formas de organizar la sociedad,<br />
no solo la de mercado. Entre estos, Karl Marx fue el defensor<br />
más influyente sobre la intervención del Estado en la<br />
asignación de los medios de producción. Sin embargo, no es<br />
hasta la Gran Depresión, donde el Estado tuvo que intervenir<br />
activamente para que los países industrializados,<br />
especialmente Estados Unidos, superen tal crisis. Los<br />
postulados de impulso de la demanda de John Maynard<br />
Keynes fueron fundamentales en las políticas de los<br />
gobiernos de esa época. Además, se llegó a la conclusión de<br />
que el mercado, por sí solo, había fallado (Stiglitz, 2000).<br />
Tras la conclusión de que el mercado falló, las ideas de John<br />
Maynard Keynes y su libro “Teoría general del empleo, el<br />
interés y el dinero” (1936) tomaron relevancia en el accionar<br />
político. Keynes creía con fervor que el Estado debía y podía<br />
intervenir en el sistema económico para estabilizar la<br />
actividad económica. Además, la crisis no solo mostró los<br />
problemas del mercado sino también otros. De tal manera<br />
que, los gobiernos impulsaron leyes para subsanar la<br />
seguridad social, el desempleo, la pobreza y otras medidas<br />
que tenían apuntaban a varios objetivos sociales, como<br />
mejorar las condiciones laborales (Stiglitz, 2000).<br />
Esta evidente intervención del Estado en la economía<br />
provocó que la literatura económica generara nuevos<br />
conceptos y teorías, donde el gobierno es un nuevo agente.<br />
Entre estos nace el concepto de hacienda pública, economía<br />
del sector público y los bienes públicos (o sociales).<br />
Musgrave propone además tres funciones del Estado en la<br />
economía para guiar, corregir y complementar al mercado:<br />
asignación, distribución y estabilización. La última serviría<br />
para mantener alto el nivel de empleo, los precios estables y<br />
una tasa de crecimiento constante de la producción. En la<br />
función de distribución, el objetivo sería realizar ajustes en la<br />
concentración de la riqueza y renta hasta donde la sociedad<br />
considere que es justo y equitativo. La asignación de recursos<br />
se preocuparía de proveer los bienes públicos a la población<br />
(Musgrave y Musgrave, 1992).<br />
Otro concepto que se introdujo con la intervención del<br />
Estado, y la justifica, es el de bien público. Este es un tipo<br />
que no excluye su consumo simultáneo entre los individuos<br />
ni tampoco rivalidad (Samuelson, 1954). En el mercado, el<br />
intercambio de mercancías se basa sus títulos de propiedad<br />
(Musgrave, 1968); este es un argumento válido para un carro<br />
o casa, pero no para parques o defensa nacional. Además, un<br />
consumidor puede satisfacer su deseo de algún bien siempre<br />
que esté dispuesto a pagar el precio establecido por el<br />
propietario; este concepto se conoce como principio de<br />
exclusión. Esto permite que el consumidor demande bienes<br />
que le satisfagan y el productor oferte productos para el<br />
primero con costos identificables (Musgrave y Musgrave,<br />
1992).<br />
Las necesidades sociales no se pueden regir con el<br />
mecanismo del mercado porque la satisfacción de un<br />
individuo podría ser diferente a su contribución. Además, los<br />
bienes que satisfacen dichas necesidades tienen varios<br />
consumidores, donde su contribución individual es mínima<br />
respecto al costo total (Musgrave y Musgrave, 1992). Entre<br />
los bienes que contribuyen a la comunidad entera se puede<br />
mencionar la seguridad interna, la provisión de agua potable<br />
o hacer cumplir los contratos. A estos bienes, toda la<br />
sociedad tendrá acceso, unos más y otros menos, pero el<br />
beneficio no depende del pago ni tampoco puede ser<br />
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Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
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voluntario. De tal manera que, el gobierno debe intervenir en<br />
la economía para proveerlos con el financiamiento<br />
obligatorio de la población (Musgrave, 1968).<br />
En este sentido, la presencia de bienes públicos (no rivales y<br />
no excluyentes) y las fallas de mercado han llevado que el<br />
Estado intervenga en la economía (Amarante, 2007). En<br />
términos de desarrollo, este involucramiento se ha dado para<br />
mejorar el bienestar de la población, de lo que no entrega el<br />
mercado por sí solo. En este sentido, el Gobierno tiene un<br />
papel primordial en el desarrollo de un país. Por una lado, la<br />
provisión de educación, salud e infraestructura mejora la<br />
calidad de vida y fomentan el crecimiento, y, por otro lado, la<br />
garantía de los derechos a la vida y la libertad, a través de la<br />
seguridad, la defensa y la justicia, permiten un desarrollo de<br />
la actividad económica que respeta los contratos y la<br />
propiedad privada (CAF, 2012).<br />
Según CAF (2012), los Estados modernos también han<br />
procurado mejorar la distribución del ingreso. Para esto han<br />
generado sistemas impositivos con elementos de<br />
progresividad: tributos directos, tablas diferenciadas por<br />
fuente y nivel de renta, entre otros. Además, han<br />
implementado programas sociales dirigidos a la obtención de<br />
empleo y subsistencia de los pobres. <strong>No</strong> obstante, las<br />
políticas de desarrollo requieren un manejo sostenible de los<br />
recursos públicos, eficiente en la asignación de recursos y<br />
eficaz en la recaudación (BID, 2014). Esto permite que los<br />
ciudadanos perciban al pago de impuestos como justo porque<br />
financian un gasto que también lo es (Almeida et al., 2012).<br />
Esta intervención del Estado en la sociedad involucra a varias<br />
de sus instituciones. Este proceso complica la evaluación<br />
distributiva (análisis de incidencia) de la política fiscal<br />
(Amarante, 2007). Además, la provisión de un bien o servicio<br />
se vuelve más complejo para el gobierno porque la<br />
cuantificación del beneficio depende de la valoración y<br />
accesibilidad de estos. Esto no sucede en transferencias ya<br />
que su valoración monetaria es claramente identificable<br />
(Demery, 2003).<br />
En la microeconomía tradicional, el precio es un buen<br />
referente del valor de un bien o servicio. <strong>No</strong> obstante, en los<br />
bienes públicos y privados que provee el Estado esta medida<br />
no es buena guía. Por un lado, no asignar un precio no<br />
implica una falta de valoración. Por otro lado, a pesar de<br />
indicar un precio, el servicio se racionaliza, por diferentes<br />
factores, provocando que el pago no refleje necesariamente el<br />
valor para el consumidor. Sin embargo, se debe asignar una<br />
medida para conocer qué grupos de la población se<br />
benefician de esta provisión y reformular la política para<br />
mejorar su distribución (Demery, 2003).<br />
3. ANÁLISIS DEL BENEFICIO<br />
En esta sección, se presenta la metodología para analizar la<br />
distribución del gasto de los servicios públicos en la<br />
población. Esto no constituye un problema en transferencias<br />
o subsidios monetarios porque se conoce explícitamente el<br />
valor entregado a los individuos. El dilema radica cuando el<br />
Estado provee un servicio, ya que es más difícil obtener el<br />
beneficio real que recibe el usuario. La microeconomía<br />
tradicional menciona que el precio es una buena medida del<br />
valor. Sin embargo, los individuos pueden valorar en mayor<br />
(menor) medida el servicio dependiendo de su naturaleza o<br />
por la accesibilidad fuera del mercado (Demery, 2003). Una<br />
alternativa es evaluar el efecto que tiene el acceso a este<br />
servicio en la distribución del bienestar social (Younger,<br />
2003). Se precisa en el acceso ya que el costo del servicio<br />
puede ser el mismo para todos las personas que acceden; es<br />
decir, un gasto per cápita (Davoodi, Tiongson, y<br />
Asawanuchit, 2003).<br />
En la primera parte de la siguiente sección se presentan los<br />
pasos para realizar un análisis de incidencia del beneficio<br />
basado en Davoodi, Tiongson y Asawanuchit (2003),<br />
Demery (2003) y Younger (2003). En la segunda, se exponen<br />
los diferentes enfoques para tratar el efecto marginal del<br />
aumento del gasto público (Marginal BIA, MBIA) siguiendo<br />
a Ajwad y Wodon (2001, 2002) y Lanjouw y Ravallion<br />
(1999).<br />
3.1. Análisis de incidencia del beneficio<br />
El análisis de incidencia del beneficio combina el costo<br />
unitario de proveer el servicio con la información del<br />
beneficiario (Demery, 2003). El costo unitario de la provisión<br />
se obtiene de las instituciones estatales, a través de los<br />
registros del gasto público. Este gasto se puede diferenciar de<br />
varias formas para obtener un dato más cercano al costo del<br />
servicio; no se debe olvidar que el nivel de desagregación del<br />
gasto resulte coherente (Amarante, 2007), puesto que el costo<br />
es imputado a los individuos que utilizan el servicio. Para<br />
asignar el costo unitario a cada beneficiario, el principal<br />
supuesto se basa en no considerar las preferencias<br />
individuales, reconociendo que el valor asignado es el gasto<br />
promedio para entregar el servicio (Younger, 2003).<br />
Para medir el beneficio, se analiza el acceso al servicio que<br />
tiene la persona encuestada (usuario o beneficiario). Además,<br />
se busca un indicador de bienestar; comúnmente se utiliza el<br />
ingreso o consumo de los individuos 2 . Con estas<br />
consideraciones, se puede realizar: un análisis antes y<br />
después del gasto individual, si se conoce los detalles de los<br />
egresos; una comparación entre distintos grupos (género,<br />
regiones, etc.), o una evaluación distributiva de un gasto<br />
específico respecto a otros. En esta investigación se analiza la<br />
distribución de algunos servicios públicos en la población,<br />
considerando al ingreso como variable proxy del bienestar.<br />
Davoodi et al. (2003) plantea cinco pasos para implementar<br />
el BIA. Estos son:<br />
• Obtener el costo unitario medio para proveer el servicio,<br />
dividiendo el gasto de gobierno en el servicio para el<br />
número de usuarios. Estos usuarios son los últimos<br />
beneficiarios del servicio. Por ejemplo, los profesores no<br />
son los últimos beneficiarios, a pesar que sus sueldos son<br />
pagados por el estado, sino son los estudiantes ya que<br />
estos últimos acceden al servicio de educación. En la<br />
literatura, se utiliza las encuestas de hogares para<br />
identificar los usuarios, aunque se podría recurrir a los<br />
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129<br />
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reportes oficiales que son más precisos. Sin embargo,<br />
Demery (2003) indica que los registros administrativos<br />
pueden estar sesgados por reportes viciados o eventos<br />
atípicos.<br />
• Definir el beneficio por el gasto público para proveer el<br />
servicio, indicando la variable de bienestar. Este es un<br />
supuesto muy restrictivo porque se debe asumir que la<br />
variable recoge el bienestar del individuo. Una alternativa<br />
es estimar la curva de demanda. Amarante (2007) resume<br />
esta última metodología.<br />
• Ordenar los usuarios de acuerdo al ingreso y agregar en<br />
grupos de igual número de individuos: quintiles, deciles,<br />
etc. En este paso se debe decidir la unidad de análisis:<br />
individuo u hogares. Se recomienda utilizar individuos<br />
cuando se dirige a la persona (por ejemplo, educación) u<br />
hogares cuando el servicio es a la familia (por ejemplo,<br />
agua potable).<br />
• Estimar la distribución del beneficio multiplicando el<br />
beneficio medio por el número de usuarios en cada grupo<br />
de ingreso. Aquí se asume que el beneficio promedio no<br />
varía entre los grupos de bienestar, resolviendo que el<br />
costo no varía entre los usuarios sino que la cantidad lo<br />
hace.<br />
En la literatura, se presentan los resultados de dos maneras:<br />
tablas o gráficos. Para analizar estos resultados es primordial<br />
mencionar dos conceptos: progresividad, es la mayor<br />
participación de los individuos de ingresos bajos en el<br />
beneficio generado por el gasto gubernamental respecto a los<br />
otros grupos, y, focalización (orientación) pro pobre, es la<br />
concentración del beneficio en el grupo más pobre, donde si<br />
está focalizado es progresivo, pero no viceversa (Davoodi et<br />
al., 2003; Duclos y Araar, 2006) 2 .<br />
En las tablas, es común agrupar por quintiles y dividir para la<br />
media del beneficio de la población. En esta forma de<br />
presentación, la progresividad se produce cuando el beneficio<br />
disminuye mientras se recorre del primer quintil hasta el<br />
quinto, y, la orientación si la participación del quintil 1 es<br />
mayor que la del 5. En gráficos (ver Figura 1), se utiliza las<br />
curvas de concentración, mostrando que el beneficio es<br />
progresivo si su curva de concentración está por encima de la<br />
curva de Lorenz del ingreso y la focalización pro pobre<br />
cuando la curva de concentración del gasto está arriba de la<br />
recta de 45° o de equidistribución (Davoodi, Tiongson y<br />
Asawanuchit 2003).<br />
• Aunque Davoodi, Tiongson y Asawanuchit (2003) no<br />
menciona este paso, se puede comparar la distribución de<br />
un servicio con otras distribuciones para informar al<br />
hacedores de política (policymakers) sobre la orientación<br />
del gasto público. Se podría analizar con otros tipos de<br />
gasto, con la incidencia de otros años del mismo país o la<br />
distribución entre países.<br />
Los primeros pasos de la metodología se pueden resumir en<br />
la siguiente expresión:<br />
X j = E j<br />
S<br />
E = S E j<br />
E ; j = 1,2, … , n (1)<br />
Donde X j es la incidencia del beneficio del servicio público S<br />
a través de los n grupos de ingreso, E j es el número de<br />
usuario en el grupo de ingreso j, y S es el gasto unitario del<br />
E<br />
servicio. Si se evalúa sobre diferentes grupos de individuos o<br />
tipos de gasto, S es el total del gasto específico (educación,<br />
salud, etc.), teniendo un subíndice i (S i ). De esta manera,<br />
para obtener el porcentaje del beneficio respecto al gasto<br />
total, se divide beneficio X j para este total de gobierno.<br />
x j = ( E j<br />
E ) (S i<br />
S ) = e js j ; j = 1,2, … , n; i = 1, … , m (2)<br />
Donde e j es el porcentaje de usuarios en el grupo de ingreso j<br />
y s j es la proporción del gasto en ese servicio respecto al<br />
gasto total en ese grupo j. Por construcción, la suma de x j es<br />
igual a uno (Demery 2003; Davoodi, Tiongson y<br />
Asawanuchit 2003).<br />
Figura 1. Curvas de concentración y la incidencia del beneficio del gasto<br />
público, tomado de Davoodi et al. (2003).<br />
La principal ventaja de este método es la fácil<br />
implementación y sencilla presentación de resultados. Según<br />
Amarante (2007), estos análisis de incidencia ayudan a la<br />
reasignación presupuestaria o reformas en la política social,<br />
ya que se han implementado, en su mayoría, para estudiar el<br />
gasto en educación y salud. Además, permite conocer cual<br />
componente del gasto tiene mayor impacto sobre el ingreso<br />
corriente y si beneficia a los más pobres (Amarante, 2007).<br />
Algunas limitaciones de esta herramienta son: suponer el<br />
valor unitario del servicio al repartir el total sobre los<br />
beneficiarios, evaluar el efecto sobre los ingresos corrientes,<br />
analizar sobre los usuarios que se identifican y no discriminar<br />
el impacto de modificar el gasto público en un determinado<br />
2<br />
A pesar que los conceptos son parecidos, de manera formal estos no lo<br />
son ya que el uno acude a términos de cambio en la distribución y el otro a la<br />
concentración. Para ampliar estos conceptos revisar (Duclos y Araar, 2006)<br />
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Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
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130<br />
rubro 3 . Dividir el gasto total para el número de usuarios es<br />
muy restrictivo, ya que traslada las ineficiencias de ejecución<br />
de manera uniforme a todos los beneficiarios; este costo se<br />
puede modificar según la situación geográfica. Medir<br />
respecto a los ingresos corrientes no admite evaluar sobre<br />
otras dimensiones, efectos indirectos o de largo plazo. Al<br />
identificar el usuario es posible conocer su beneficio, pero<br />
esto no es factible en programas sociales de pequeña escala<br />
que no se reflejen en las encuestas de hogares o en rubros<br />
como seguridad o defensa nacional. Con este método<br />
tampoco se puede concluir el impacto distributivo en la<br />
expansión o reducción del gasto porque no se conoce el<br />
comportamiento de los agentes económicos sin el gasto<br />
generado en ese período; además, es muy restrictivo presumir<br />
que los precios relativos y los flujos corrientes no se<br />
modifican con la intervención del gobierno (Amarante, 2007;<br />
Demery, 2003; Younger, 2003).<br />
Bajo estas críticas, este método es una primera aproximación<br />
en el análisis distributivo del gasto público. Para obtener<br />
mayores conclusiones y recomendaciones es importante<br />
realizar otro tipo de estudios que sustenten los resultados<br />
preliminares y se puedan incluir comportamientos. Estos<br />
estudios complementarios pueden ser de orden cuantitativo o<br />
cualitativo, los que posibiliten evidenciar el impacto real del<br />
gasto público. De manera alternativa, se puede utilizar la<br />
percepción de los usuarios para mejorar la calidad del<br />
servicio (Amarante, 2007).<br />
3.2. Análisis marginal de incidencia del beneficio<br />
Debido a las críticas al método BIA, se expandieron algunas<br />
metodologías que complementen la investigación del<br />
beneficio del gasto público; Younger (2003) resume las<br />
alternativas para medir este efecto marginal. Ajwad y Wodon<br />
(2001, 2002) y Lanjouw y Ravallion (1999) proponen<br />
instrumentos para medir el efecto marginal del incrementar el<br />
acceso, dado por mayor gasto. Los autores exponen estas<br />
alternativas explicando que la expansión del servicio no<br />
necesariamente va beneficiar a los que ya son usuarios, sino a<br />
nuevos individuos, donde no se conoce su comportamiento y<br />
su ubicación en la distribución del bienestar.<br />
En 1999, Lanjouw y Ravallion plantean un modelo de<br />
economía política donde el objetivo del gobierno es reducir la<br />
pobreza con la restricción de no afectar el bienestar de los<br />
que no son pobres. El impacto distributivo de modificar la<br />
política depende de la influencia que tengas los grupos socioeconómicos<br />
en el proceso. De esta manera, los autores<br />
justifican que el análisis tradicional de incidencia del<br />
beneficio no es útil para responder a la expansión del<br />
servicio. Además, indican que si los pobres logran<br />
beneficiarse del servicio en su creación, este será ocupado<br />
por los no pobres en su expansión, y viceversa (Figura 2).<br />
3<br />
Esta última crítica se podría resolver, por ejemplo, si se quiere entender<br />
la incidencia de proveer seguro médico a todos los que no lo tienen; si se les<br />
puede identificar en la encuesta, se puede estimar la incidencia aunque no<br />
exista el servicio al momento de la encuesta.<br />
Figura 2. Captura del servicio entre pobres y no pobres de acuerdo al tiempo<br />
de acceso, tomado de Lanjouw y Ravallion (1999).<br />
Bajo esta idea, utilizan la encuesta de consumo e ingreso de<br />
1993-94 realizada en la India, agregando los indicadores a<br />
nivel de 62 regiones y quintiles, donde cada región pertenece<br />
a un solo estado. Se realiza regresiones por quintiles donde la<br />
variable dependiente es la participación de la región de cada<br />
quintil respecto la participación del estado. Lanjouw y<br />
Ravallion (1999) plantean que la estimación por mínimos<br />
cuadrados ordinarios (MCO) está sesgada porque la variable<br />
del estado es endógena, debido que contiene la tasa de la<br />
región. Para solucionar este inconveniente, plantean utilizar<br />
la participación en el servicio sin la región observada como<br />
variable instrumental. Los resultados muestran que la<br />
expansión del sistema de educación primaria sería más<br />
beneficiosa para los pobres.<br />
Ajwad y Wodon (2001, 2002) presentan una metodología<br />
alternativa a Lanjouw y Ravallion (1999) en la construcción<br />
de los quintiles, ya que proponen que estos grupos deben ser<br />
generados por cada zona geográfica y no a nivel nacional.<br />
Los autores exponen esta diferencia ya que es más importante<br />
el efecto en la región que a nivel nacional debido a la<br />
descentralización de estos servicios. Además, plantean<br />
también utilizar la participación del estado sin la región como<br />
variable explicativa de manera directa y no como<br />
instrumental. De manera empírica, estos autores utilizan las<br />
encuestas de hogares de 6 países de América Latina (Brasil,<br />
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131<br />
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Honduras, México y Venezuela del 1986, y, Chile y<br />
Guatemala del 1989). Sus resultados muestran que los pobres<br />
tienen menor acceso a los servicio de electricidad y agua<br />
potable que los ricos, pero que en la expansión los primeros<br />
se beneficiarán más.<br />
Aunque Lanjouw y Ravallion (1999) no definen un ecuación<br />
para la estimación de los beneficios marginales, Younger<br />
(2003) propone la Ecuación (3) y la presente investigación la<br />
adopta para el caso ecuatoriano. Esta expresión expone que el<br />
beneficio de un hogar i del quintil q depende de la<br />
participación que tiene la provincia k, una constante α q y un<br />
termino de error u q . El coeficiente β indica el beneficio<br />
marginal del quintil q cuando aumenta el acceso a un servicio<br />
determinado en la provincia k.<br />
p i,k,q = α q + β q p k + u q (3)<br />
Como antes se mencionó, estimar la expresión anterior por<br />
medio de MCO provoca que los coeficientes estén sesgados.<br />
Esto debido a que la participación de la provincia (p k )<br />
incluye el acceso que tiene un hogar del quintil q, generando<br />
endogeniedad en el modelo. Lanjouw y Ravallion (1999)<br />
propone calcular la participación de la provincia sin el quintil<br />
en análisis y ese porcentaje utilizarlo como variable<br />
instrumental para p k . Otra solución es la de Ajwad y Wodon<br />
(2001), que recomienda usar la variable instrumental<br />
directamente en (3) En la presente investigación se calcula<br />
los coeficientes con la última sugerencia; de tal manera, la<br />
variable independiente es la participación de la provincia sin<br />
considerar el acceso del quintil q, en vez de la participación<br />
total.<br />
Ajwad y Wodon (2001) y Lanjouw y Ravallion (1999)<br />
proponen una consideración adicional en la estimación: la<br />
normalización de los coeficientes, es decir, el promedio de<br />
los β q es igual a uno. Esta condición facilita el análisis, ya<br />
que el beneficio marginal se analizará en función de la media:<br />
si el aumento del acceso es mayor a uno en un quintil<br />
determinado implica que esa parte de la distribución tiene un<br />
mayor rendimiento que el promedio. Además, se imponen<br />
dos restricciones: la suma de los beneficios marginales es<br />
igual al número de quintiles (5) y los coeficientes deben ser<br />
positivos4. Debido a que las restricciones no son lineales, la<br />
estimación se realizó con métodos de esta naturaleza.<br />
Younger (2003) recoge las diferentes formas de datos y de<br />
estimación para esta metodología. El autor expone que estas<br />
estimaciones se pueden hacer con datos con corte transversal<br />
en un año (cross-section data), varios años (pooled data) o<br />
panel de datos (panel data). Utilizar las diferentes bases de<br />
datos dependería de la disposición de las encuestas y si se<br />
desea controlar los efectos en el tiempo (fijos o aleatorios).<br />
Younger (2003) también expone que se puede calcular la<br />
diferencia de la participación en el tiempo, tomando dos<br />
4<br />
Esta condición se impone porque en la estimación inicial se utilizó la<br />
programación del comando imbi de Stata, pero los coeficientes tenían<br />
valores negativos, compensándose con valores positivos para que promedio<br />
sea uno y la suma cinco. Si se desea conocer los detalles de esta<br />
programación, contactarse con el autor.<br />
momentos diferentes y utilizar la regresión antes expuesta.<br />
Una última alternativa es estimar la probabilidad de<br />
participación en cada año que sea posible.<br />
En resumen, el MBIA ofrece un enfoque complementario<br />
para determinar la distribución de los beneficios marginales<br />
en la sociedad debido al gasto público adicional. El análisis<br />
de la incidencia marginal de beneficios es una metodología<br />
que permite evaluar el impacto distributivo en el bienestar de<br />
una expansión del gasto público, en particular en los<br />
programas sociales. Cuando los métodos tradicionales miden<br />
sólo el beneficio promedio del gasto público, MBIA permite<br />
la desagregación de los beneficios marginales por las<br />
características socioeconómicas (generalmente grupos de<br />
ingresos); esto es primordial cuando diferentes grupos<br />
socioeconómicos capturan los beneficios de un programa<br />
público en diferentes momentos. En estas circunstancias,<br />
ofrece una descripción más precisa de qué grupos son<br />
propensos a beneficiarse más de un aumento marginal en el<br />
gasto, o sufren más de una disminución marginal en el<br />
mismo. Por lo tanto, este análisis puede proporcionar<br />
información valiosa sobre si el gasto adicional regresivo,<br />
progresivo o propobre.<br />
4. RESULTADOS<br />
Para conocer la distribución de los servicios públicos en la<br />
población de Ecuador, se utilizó la sección 10, Calidad de los<br />
servicios públicos, de la Encuesta Nacional de Empleo,<br />
Desempleo y Subempleo (ENEMDU) realizada en diciembre<br />
de 2013. Esta encuesta tiene representatividad nacional a<br />
nivel de provincia, excepto la región amazónica. En la<br />
sección mencionada se pregunta a dos miembros del hogar<br />
(aleatoriamente) sobre el funcionamiento general, los<br />
problemas, las instituciones y el acceso de los servicios<br />
públicos. En este estudio solo se considera las preguntas<br />
sobre la utilización de los siguientes servicios públicos:<br />
• 6.1 ¿Ha utilizado al SRI?<br />
• 6.2 ¿Ha utilizado educación pública básica - secundaria?<br />
• 6.3 ¿Ha utilizado educación pública superior?<br />
• 6.4 ¿Ha utilizado salud pública?<br />
• 6.5 ¿Ha utilizado inspectorías del trabajo?<br />
• 6.6 ¿Ha utilizado a la policía?<br />
• 6.7 ¿Ha utilizado a la matriculación vehicular?<br />
• 6.8 ¿Ha utilizado al registro civil?<br />
• 6.9 ¿Ha utilizado al IESS (salud) ?<br />
• 6.10 ¿Ha utilizado al IESS (pensiones jubilares, ..) ?<br />
• 6.11 ¿Ha utilizado transporte público?<br />
• 6.12 ¿Ha utilizado créditos públicos?<br />
• 6.13 ¿Ha utilizado carreteras públicas?<br />
• 6.14 ¿Ha utilizado o recibido el BDH, vivienda, etc.?<br />
• 6.15 ¿Ha utilizado los correos del Ecuador?<br />
Se consideró como unidad mínima de análisis a la familia<br />
(jefe de hogar) porque la mayoría de servicios la involucran.<br />
Podrían existir excepciones como inspectorías de trabajo o<br />
educación superior que solo benefician a unos miembros del<br />
grupo familiar, pero al final afectan al hogar. Además, se<br />
creó una pregunta general sobre el acceso a los servicios;<br />
para esta, si la respuesta del encuestado respecto a la<br />
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Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
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132<br />
utilización de los servicios es afirmativa, se asume que el<br />
hogar lo utilizó, es decir, si un miembro usó alguno de estos<br />
servicios, entonces toda la familia tuvo acceso. Se realizó<br />
esto ya que el sorteo para encuestar puede llevar, por<br />
ejemplo, a que el niño niegue utilizar las prestaciones del<br />
IESS, pero la madre responda de manera positiva, o viceversa<br />
en educación primaria. Para el BIA se compara la<br />
concentración del ingreso con la distribución del servicio. De<br />
manera inicial, se puede analizar la distribución quintil por<br />
quintil para explicar los resultados. Una manera alternativa es<br />
utilizar el índice de Gini para conocer el nivel de<br />
concentración y el índice de Kakwani para la progresividad 5 .<br />
Este último se calcula como la diferencia entre el Gini del<br />
servicio y del ingreso per cápita; si el valor es negativo, el<br />
servicio tienen progresividad y regresividad si es positivo.<br />
Como se mencionó, el análisis de incidencia del beneficio se<br />
puede presentar en tablas o figuras. En esta sección se<br />
presenta la Tabla 1, la cual muestra la concentración de los<br />
diferentes servicios encuestados. En este documento se<br />
agrupo a la población en quintiles del ingreso per cápita de<br />
los hogares. Además, se incluye los límites inferiores y<br />
superior del ingreso en los quintiles para que las conclusiones<br />
sean claras respecto a la población que representan los<br />
encuestados. En el Apéndice A se pueden observar las figuras<br />
comprendidas desde Figura A.1 hasta Figura A.16.<br />
La Tabla 1 muestra que el índice de concentración de los<br />
servicios públicos, en general, es cercana a cero (Gini:<br />
0,0039); esto muestra que la población de diferentes estratos<br />
de ingreso tienen acceso a los servicios que oferta el Estado.<br />
Los porcentajes de participación de cada quintil están cerca<br />
del 20%. Si se compara el Gini de ingreso (0,4904) con el<br />
índice de concentración de haber utilizado algún servicio, se<br />
puede observar que el último es menos concentrado que el<br />
ingreso; es decir, progresivo (Kakwani: -0,4865). Además, la<br />
razón entre el quintil 5 y 1 es 13 veces en el ingreso y 1 para<br />
el servicio, reafirmando la menor concentración y<br />
progresividad del servicio.<br />
Entre los 15 servicios encuestados se puede observar que<br />
existen servicios con índices de Gini negativos. Esto muestra<br />
que el acceso al Bono de Desarrollo Humana (BDH) y otras<br />
transferencias del gobierno cumplen su propósito porque son<br />
propobres por el signo en el Gini. Además, tienen un<br />
Kakwani de -0,2574. El servicio de salud pública y el<br />
transporte público también se concentran en los pobres, ya<br />
que sus índices de concentración son -0,0162 y -0,0002, a<br />
pesar de tener porcentajes de participación similares entre los<br />
quintiles (Tabla 1).<br />
Existen otros servicios con índices de concentración cercanos<br />
a cero, que muestran una distribución equitativa. La<br />
educación primaria–secundaria, las carreteras públicas, el<br />
registro civil y la policía nacional tienen esta característica.<br />
Respecto al ingreso per cápita se observa una clara<br />
progresividad de estos servicios con índices de Kakwani de -<br />
0,4789, -0,4756, -0,4811 y -0,4<strong>37</strong>0; sin embargo, no tienen<br />
5<br />
Es común encontrar el índice de Kakwani en la literatura de<br />
concentración de impuestos, sin embargo, este se puede utilizar para el gasto<br />
bajo el mismo concepto (ver Castano et al. 2002).<br />
una orientación a los pobres porque el Gini de los servicios es<br />
aún positivo (Tabla 1).<br />
Los servicios de menor progresividad que los antes<br />
mencionados son: el acceso al SRI, al IESS, a la<br />
matriculación vehicular, al correo, a las inspectorías del<br />
trabajo y a la educación superior. Esto se debe a la naturaleza<br />
misma de estos servicios. En el caso de los dos primeros son<br />
obligaciones de la población que ejerce una actividad<br />
económica o posee automóvil. Mientras que, los servicios de<br />
correspondencia, derechos laborales y educación superior<br />
estarían relacionados con el supuesto de a mayor ingreso,<br />
mayor educación y más conocimiento de los derechos<br />
legales.<br />
En suma, la Tabla 1 muestra la distribución de los servicios<br />
públicos en la población. Esta distribución se comparó con la<br />
concentración del ingreso per cápita, probando que todos los<br />
servicios encuestados son progresivos y algunos propobres<br />
(transferencias estatales, salud y transporte). Sin embargo,<br />
como se mencionó en metodología, el BIA no permite<br />
conocer el efecto de incrementar el acceso, ya que expone la<br />
situación en el tiempo de análisis. Por lo tanto, se utiliza<br />
MBIA para conocer dicho efecto de los servicios<br />
encuestados. Para una mejor comprensión de los resultados<br />
marginales, se normalizó los coeficientes de la Ecuación (3);<br />
es decir, el promedio es igual a uno y su sumatoria es igual a<br />
cinco. Al igual que el BIA, los resultados marginales se<br />
presentan en la tabla 2 divididos en quintiles para los<br />
servicios encuestados. Al conocer si el hogar ha utilizado<br />
algún servicio público, la ampliación del acceso de todos<br />
estos beneficiaría más a los quintiles intermedios (2-4) que al<br />
promedio. Se podría decir que el beneficio se daría a la clase<br />
media de la población. A pesar que el grupo de ingresos 3<br />
tiene un coeficiente menor a uno (0,94), el resultado en<br />
conjunto muestra que es parte del mayor beneficio (Tabla 2).<br />
Al aumentar el acceso, el único servicio que tendría un efecto<br />
pro pobre sería las transferencias gubernamentales, como el<br />
BDH. Se observa que el coeficiente del primer quintil es 1,45<br />
y va disminuyendo a 0,77 hasta el último quintil. Esto podría<br />
deberse a su naturaleza porque está dirigido a los estratos con<br />
más bajo ingreso. Por el contrario, los servicios del SRI, de<br />
las inspectorías de trabajo, de la policía, de la matriculación<br />
vehicular, los créditos públicos y los correos muestran un<br />
beneficio a favor de los últimos quintiles más que el<br />
promedio cuando se incrementa el acceso (Tabla 2).<br />
La educación pública básica-secundaria y el transporte<br />
público son los servicios que tienen un beneficio sobre la<br />
clase media encuestada. Estos servicios utilizan la mayoría de<br />
la población, por lo que su aumento beneficiaría a la clase<br />
media (quintiles medios) ya que el 83 % de los ecuatorianos,<br />
que viven en el área urbana, pertenecen a esta clase (INEC<br />
2011). Los servicios que beneficiarían a los quintiles<br />
extremos (uno y quinto) son la educación superior, la salud<br />
pública y del IESS, si se incrementa su acceso. Una<br />
explicación, para que estos estratos tengan un mayor acceso<br />
que la media, sería la política de gratuidad del gobierno en la<br />
educación, de la salud pública y de la atención del IESS para<br />
todos los dependientes del hogar. Además, los hogares del<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Carrillo Maldonado Paúl A.<br />
133<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
quintil 5 podrían sustituir su gasto en educación, salud y<br />
seguro privados para utilizar lo que provee el Estado. El<br />
acceso a los servicios depende de la naturaleza. Algunos<br />
fueron específicamente dirigidos a estratos más pobres para<br />
que su bienestar aumente, por ejemplo, el bono de desarrollo<br />
humano o el programa de vivienda social. Otros servicios<br />
están relacionados con los deberes fiscales de la población<br />
como el pago de impuestos. Finalmente, se debe considerar<br />
que hay servicios de uso masivo que su aumento<br />
beneficiarían más a la clase media que a otros.<br />
Tabla 1. Análisis de la incidencia del beneficio de los servicios públicos.<br />
Pregunta o variables Quintil 1 Quintil 2 Quintil 3 Quintil 4 Quintil 5 Gini Kakwani<br />
Ingreso mínimo registrado (dólares) 1,00 75,56 123,60 190,17 330,33<br />
Ingreso máximo registrado (dólares) 75,50 123,33 190,00 330,00 10.470,00<br />
Ingreso 4,21 8,29 12,71 20,73 54,06 0,4904<br />
6.1 Ha utilizado al SRI 7,42 11,43 15,92 23,81 41,41 0,3422 -0,1482<br />
6.2 Ha utilizado educación pública básica - secundaria 19,66 20,32 19,95 20,02 20,05 0,0115 -0,4789<br />
6.3 Ha utilizado educación pública superior 8,74 12,18 16,56 24,91 <strong>37</strong>,61 0,2987 -0,1917<br />
6.4 Ha utilizado salud pública 20,59 20,81 20,19 20,09 18,32 -0,0162 -0,5066<br />
6.5 Ha utilizado inspectorías del trabajo 9,16 11,93 16,02 22,42 40,47 0,2987 -0,1916<br />
6.6 Ha utilizado a la policía 16,89 18,07 19,31 21,74 24,00 0,0534 -0,4<strong>37</strong>0<br />
6.7 Ha utilizado a la matriculación vehicular 7,89 11,20 15,36 22,92 42,63 0,3345 -0,1559<br />
6.8 Ha utilizado al registro civil 19,57 19,82 19,62 20,08 20,91 0,0093 -0,4811<br />
6.9 Ha utilizado al IESS (salud) 8,77 13,44 18,26 24,82 34,71 0,2665 -0,2239<br />
6.10 Ha utilizado al IESS (pensiones jubilares,..) 7,75 11,93 16,79 23,94 39,58 0,3113 -0,1791<br />
6.11 Ha utilizado transporte público 20,07 20,20 20,02 20,25 19,45 -0,0002 -0,4906<br />
6.12 Ha utilizado créditos públicos 14,29 15,01 17,53 21,47 31,70 0,1810 -0,3094<br />
6.13 Ha utilizado carreteras públicas 19,48 19,64 19,67 20,22 20,99 0,0148 -0,4756<br />
6.14 Ha utilizado o recibido el BDH, vivienda, etc. 35,32 25,44 19,02 12,71 7,50 -0,2574 -0,7478<br />
6.15 Ha utilizado los correos del Ecuador 8,05 10,94 15,15 22,64 43,21 0,3152 -0,1752<br />
Ha utilizado algún servicio público 19,85 20,04 19,73 20,14 20,24 0,0039 -0,4865<br />
Tabla 2. Análisis marginal de la incidencia del beneficio de los servicios públicos.<br />
Pregunta o variable Quintil 1 Quintil 2 Quintil 3 Quintil 4 Quintil 5<br />
Ingreso mínimo registrado (dólares) 1,00 75,56 123,60 190,17 330,33<br />
Ingreso máximo registrado (dólares) 75,50 123,33 190,00 330,00 10470,00<br />
6.1 Ha utilizado al SRI 0,98 0,91 0,81 0,81 1,49<br />
6.2 Ha utilizado educación pública básica - secundaria 0,79 1,04 1,11 1,14 0,91<br />
6.3 Ha utilizado educación pública superior 1,13 0,76 0,77 0,83 1,52<br />
6.4 Ha utilizado salud pública 1,21 0,68 0,92 0,97 1,22<br />
6.5 Ha utilizado inspectorías del trabajo 0,91 0,81 0,87 0,98 1,43<br />
6.6 Ha utilizado a la policía 0,95 0,98 0,97 1,02 1,08<br />
6.7 Ha utilizado a la matriculación vehicular 0,94 0,81 0,82 0,79 1,63<br />
6.8 Ha utilizado al registro civil 0,86 1,10 0,98 1,09 0,98<br />
6.9 Ha utilizado al IESS (salud) 1,09 0,84 0,88 0,95 1,25<br />
6.10 Ha utilizado al IESS (pensiones jubilares,..) 1,00 0,82 0,87 0,84 1,48<br />
6.11 Ha utilizado transporte público 0,95 1,16 0,88 1,23 0,78<br />
6.12 Ha utilizado créditos públicos 0,97 0,97 0,93 1,09 1,04<br />
6.13 Ha utilizado carreteras públicas 0,98 1,11 0,89 1,05 0,97<br />
6.14 Ha utilizado o recibido el BDH, vivienda, etc. 1,45 1,00 0,95 0,83 0,77<br />
6.15 Ha utilizado los correos del Ecuador 0,89 0,76 0,74 0,78 1,83<br />
Ha utilizado algún servicio público 0,93 1,21 0,94 1,02 0,90<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
134<br />
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES<br />
Este estudio presenta un análisis distributivo del gasto y los<br />
servicios públicos para Ecuador, en el año 2013. Se utilizó la<br />
metodología BIA y su extensión marginal para identificar<br />
cómo están distribuidos los servicios públicos respecto al<br />
ingreso per cápita del hogar. Para el efecto, se utilizaron los<br />
datos de la ENEMDU.<br />
Entre los resultados más relevantes, se encuentra que la<br />
distribución general de los servicios encuestados, es<br />
equitativa; es decir, cada quintil de la población utiliza el<br />
servicio en una proporción similar a los otros. Además, todos<br />
los servicios son progresivos con respecto al ingreso per<br />
cápita del hogar.<br />
La naturaleza del servicio incide en la distribución. Por<br />
ejemplo, los servicios de educación, salud, transporte,<br />
registro civil y carreteras tienen un acceso similar entre todos<br />
los grupos de ingreso. Mientras que los servicios que están<br />
vinculados con deberes, como las obligaciones tributarias o<br />
de seguridad social, muestran una mayor utilización por parte<br />
de los quintiles más altos. Las transferencias enfocadas a<br />
erradicar la pobreza, en cambio, tienen una naturaleza<br />
propobre, evidenciando la eficiencia de los programas.<br />
En este sentido, la ampliación general de los servicios<br />
considerados en la Encuesta beneficiaría más a la clase media<br />
que al resto de la población. El único programa que tendría<br />
un beneficio propobre sería las transferencias monetarias<br />
condicionadas (BDH, crédito social de vivienda, etc.).<br />
Mientras que, los servicios del SRI, IESS, Policía e<br />
inspectorías del trabajo, entre otros, generarían mayor<br />
utilización por parte de los quintiles altos de población. La<br />
educación y el transporte muestran un mayor beneficio para<br />
los grupos intermedios respecto al promedio. Además, la<br />
salud pública, la educación superior, y otras, podrían mejorar<br />
el bienestar de los extremos de la población.<br />
El incremento del gasto público en la dotación de un servicio,<br />
mediante el mayor acceso, generará diferentes resultados en<br />
el bienestar de los ciudadanos. Además, se debe identificar<br />
qué servicio beneficiará más a toda población. De manera<br />
general, se podría recomendar dirigir los recursos fiscales a<br />
los servicios más progresivos, por ejemplo, disminuir los<br />
fondos para correos o matriculación vehicular para expandir<br />
el beneficio en salud pública o en las transferencias<br />
monetarias. Antes de cualquier modificación se debe<br />
considerar la naturaleza de este y el objetivo de la política<br />
pública.<br />
AGRADECIMIENTO<br />
El autor agradece los comentarios de Gabriela Fernández,<br />
Stephanie Espín, Andrew Blackman, Isabel García, Ana<br />
Rivadeneira y Tania Guerra. Un especial agradecimiento a<br />
Stephen Younger, profesor de Ithaca College, por sus<br />
aclaraciones y comentarios en la metodología, y a Jean-Yves<br />
Duclos y Abdelkrim Araar por la ayuda en el manejo del<br />
módulo Benefit analysis del paquete DASP en Stata.<br />
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Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Carrillo Maldonado Paúl A.<br />
135<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
APÉNDICE A<br />
CURVAS DE CONCENTRACIÓN DE LOS SERVICIO<br />
PÚBLICOS<br />
Figura A.4. Curvas de concentración de haber utilizado la educación pública<br />
superior.<br />
Figura A.1. Curvas de concentración de haber utilizado algún servicio<br />
público.<br />
Figura A.5. Curvas de concentración de haber utilizado la salud pública.<br />
Figura A.2. Curvas de concentración de haber utilizado los servicios del<br />
SRI.<br />
Figura A.6. Curvas de concentración de haber utilizado las inspectorías de<br />
trabajo.<br />
Figura A.3. Curvas de concentración de haber utilizado la educación pública<br />
básica-secundaria.<br />
Figura A.7. Curvas de concentración de haber utilizado el servicio de la<br />
Policía.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Análisis del beneficio marginal del gasto público y sus servicios<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
136<br />
Figura A.8. Curvas de concentración de haber utilizado el servicio de<br />
matriculación vehicular.<br />
Figura A.12. Curvas de concentración de haber utilizado el transporte<br />
público.<br />
Figura A.9. Curvas de concentración de haber utilizado el registro civil.<br />
Figura A.13. Curvas de concentración de haber utilizado los créditos<br />
públicos.<br />
Figura A.10. Curvas de concentración de haber utilizado el servicio de salud<br />
del IESS.<br />
Figura A.14. Curvas de concentración de haber utilizado las carreteras<br />
públicas.<br />
Figura A.11. Curvas de concentración de haber utilizado los prestaciones<br />
previsionales del IESS.<br />
Figura A.15. Curvas de concentración de haber utilizado o recibido alguna<br />
transferencia (BDH, vivienda, etc).<br />
Revista Politécnica – <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Carrillo Maldonado Paúl A.<br />
1<strong>37</strong><br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Figura A.16. Curvas de concentración de haber utilizado los correos del<br />
Ecuador.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la Estructura Estocástica de la Formación de Capital<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
138<br />
El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la<br />
Estructura Estocástica de la Formación de Capital<br />
Galvis Andrés 1, 2 ; Galindo Edwin 3<br />
<br />
1 Universidad de las Américas, Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas, Quito, Ecuador<br />
2 Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, Departamento de Ciencias Exactas, Quito-Ecuador.<br />
3 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ciencias, Quito, Ecuador.<br />
Resumen: La valoración de activos es uno de los pilares fundamentales de la economía financiera, permitiéndoles a<br />
los agentes del mercado elaborar estimaciones insesgadas del precio y estructurar carteras de valores que maximizan<br />
la rentabilidad esperada del inversor. Debido a la ausencia de mercado, se propone un modelo basado en consumo<br />
intertemporal para estimar el valor corporativo, la base conceptual del modelo se enfoca en la aplicación de las series<br />
de tiempo estacionarias para estimar el flujo de caja libre y de los axiomas de Von Neumann-Morgenstern para<br />
cuantificar el factor de descuento estocástico. Por último, se define el Riesgo de Valor-RiskV como una medida de<br />
riesgo corporativo la cual mide la potencial destrucción de valor a consecuencia de la variabilidad de su estructura<br />
operacional y financiera, y de las posiciones estratégicas de la compañía.<br />
Palabras clave: Valoración, Riesgo, Función de Utilidad, Series de Tiempo, Opciones Reales, Flujo de Caja Libre.<br />
The Risk of Value and its Quantification by Capital Stochastic<br />
Structure<br />
Abstract: The asset pricing is one of the fundamental pillars of the financial economics, allowing market players<br />
develop unbiased estimates of the price and will structure portfolios that maximize expected return of the investor. A<br />
consumption-based model is proposed to estimate corporate value when the company has a fixed component and a<br />
soft component due to the strategic opportunities available. The conceptual basis of the model focuses on the<br />
application of stationary time series to estimate the free cash flow and of the Von Neumann-Morgenstern axioms for<br />
quantifying the stochastic discount factor of both components. Finally, the RiskV value is defined as a measure of<br />
corporate risk which measures the potential destruction on corporate value as a result of the variability of its<br />
operational and financial structure, and strategic positions in the company.<br />
Keywords: Asset Pricing, Risk, Utility Functions, Time Series, Real Options, Free Cash Flow.<br />
11. INTRODUCCIÓN<br />
Un gran número de investigadores, docentes y ejecutivos<br />
dedicados a la valoración de empresas y al estudio profundo<br />
de las fuentes de valor, han elaborado una densa bibliografía<br />
de teorías, artículos, opiniones y métodos que facilitan la<br />
valoración de proyectos y de empresas no financieras en<br />
determinados contextos políticos, económicos y sociales. La<br />
búsqueda de mejores modelos y métodos de valoración han<br />
ocasionado que el estado del arte se encuentre sumergido en<br />
un problema de superficialidad, discrecionalidad, subjetividad<br />
y arbitrariedad de la valoración. La incorporación de las<br />
<strong>No</strong>rmas Internacionales de Información Financiera - NIIF y el<br />
cambio del paradigma de la ecuación patrimonial, han influido<br />
en la forma de estudiar la información financiera, dejando de<br />
lado el estudio de las transacciones estáticas para dar paso a un<br />
estudio de movimiento continuo y caótico.<br />
Lo más notable en las investigaciones llevadas a cabo en la<br />
última década, es la marcada discrepancia entre los mismos<br />
profesionales. <strong>No</strong> existe un consenso en la definición de valor,<br />
ocasionando la formulación de hipótesis o supuestos, que<br />
luego tienen que encajar bruscamente en modelos inadecuados<br />
para el medio en donde se desempeña el proyecto y/o empresa,<br />
la transición de los métodos contables, pasando por el<br />
devaluado método de flujo de caja descontado, para aterrizar<br />
en el llamativo método de opciones reales. Han perjudicado<br />
notablemente la credibilidad y la precisión de las valoraciones<br />
de activos en los mercados financieros internacionales.<br />
La formulación de modelos de riesgo privados y no bancarios,<br />
dará un impulso al análisis financiero moderno y permitirán<br />
una mejor estimación de parámetros de la compañía,<br />
cambiando la política de alcance de objetivos hacia una<br />
política en función de la capacidad productiva, involucrando<br />
factores de riesgo internos, externos, de liquidez, rentabilidad,<br />
andres.galvis@udla.edu.ec.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Galvis Andrés 1, 2 ; Galindo Edwin 3<br />
139<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
endeudamiento y por supuesto de flexibilidad. La formulación<br />
de un modelo de riesgo no necesariamente gaussiano,<br />
autoorganizado, bajo hipótesis de mercado semifuertes,<br />
utilizando la microeconomía como plataforma conceptual del<br />
estudio empresarial y evaluando los diferentes escenarios<br />
inciertos mediante simulación, permitirán que los métodos de<br />
valoración tengan convergencia y brinden la información<br />
pertinente y a tiempo continuo, para que los inversores tomen<br />
las decisiones de inversión y financiación óptimas que tengan<br />
como fin generar valor y riqueza a los propietarios.<br />
La modificación del concepto de valor como una función del<br />
valor operacional y el valor de flexibilidad de un proyecto de<br />
inversión y financiación en tiempo discreto o continuo,<br />
además de obtener una medida de riesgo mediante el estudio<br />
de la distribución de probabilidad del valor de la compañía con<br />
el correspondiente estudio de los componentes del mismo;<br />
permitirá identificar, cuantificar y controlar los factores de<br />
riesgos, que con la estimación de su dinámica y el análisis de<br />
sensibilidad dará como resultado los intervalos de confianza<br />
de valor justo para la valoración de empresas.<br />
2. MARCO TEÓRICO/METODOLOGÍA<br />
2.1. La inversión y la financiación corporativa<br />
La empresa puede definirse, desde un punto de vista<br />
económico, como un conjunto de factores productivos<br />
coordinados, cuya función es producir y cuya finalidad viene<br />
determinada por el sistema de organización social y económica<br />
en que se halle inmersa. El objeto formal de la Economía de la<br />
Empresa es formular leyes de equilibrio, pero no en sentido<br />
general y abstracto, sino en tanto es susceptible tal equilibrio<br />
de aplicaciones concretas en el orden microeconómico de la<br />
empresa (Suarez, 2003). Considerando que la empresa es una<br />
sucesión en el tiempo de proyectos de inversión y financiación,<br />
su longevidad está condicionada cuando la rentabilidad de las<br />
inversiones realizadas supere el costo de capital utilizado para<br />
su financiación. Sin embargo, el alcance de aquel objetivo<br />
requiere direccionar todas las áreas de la compañía de tal<br />
manera que se identifiquen las metas y restricciones, la<br />
naturaleza e importancia de los beneficios, comprender los<br />
incentivos y los mercados, considerar el valor del dinero en el<br />
tiempo y por último, aplicar el análisis marginal (Baye, 2006).<br />
Decidir qué proyectos de inversión debe realizar, considerando<br />
la limitación de los recursos y el costo de utilizarlos están<br />
determinados por los conceptos del Capital Budgeting o<br />
Presupuesto de Capital, Estructura de Capital y Capital de<br />
Trabajo (Ross et al., 2010). Sin embargo, la literatura en<br />
finanzas corporativas resta importancia a la relación entre los<br />
anteriores conceptos y en algunos casos se consideran<br />
independientes, en el presente trabajo se afirma que el<br />
presupuesto de capital es el eje central en la administración<br />
financiera puesto que permite evaluar la gestión gerencial y<br />
determinar el valor intrínseco de las compañías. La siguiente<br />
definición y proposición fue planteada en (Greenwood, 2010).<br />
Definición 1. El flujo de Caja libre, FCF, es la cantidad de<br />
fondos disponibles en efectivo para todos los inversionistas de<br />
una empresa después de pagar impuestos y cumplir con las<br />
necesidades de inversión, ver Ecuación (1).<br />
FCF t = CF t sales − CF t g − Opex t − Capx t − CF t<br />
taxes<br />
(1)<br />
Donde CF sales t , CF g taxes<br />
t , Opex t , Capx t y CF t es el<br />
movimiento de efectivo por las ventas, por costo de ventas, por<br />
el gasto de operación, por el movimiento de capital, y por el<br />
gasto en impuestos, respectivamente. Y cumple con:<br />
Proposición 1. Una empresa privada con fines de lucro e<br />
independiente de su estructura financiera posee un Flujo de<br />
Caja Libre tal que, ver Ecuación (2):<br />
FCF t = (1 − τ) × EBIT t + Dep t − Capx t − ∆NWC t (2)<br />
Dónde τ, tasa de impuestos; EBIT t , utilidad antes de intereses<br />
e impuestos; Dep t , depreciación, amortización, provisiones y<br />
movimientos no efectivos; Capx t , gastos de capital; por<br />
último, ∆NWC t , variación de capital de trabajo neto operativo.<br />
2.2. Flujo de caja libre y la rentabilidad corporativa<br />
Considerando la proposición (1) del flujo de caja libre, se<br />
puede apreciar que no es sólo el resultado de la aplicación del<br />
principio de causación contable, es más que eso, es el<br />
rendimiento financiero que se obtiene como consecuencia de<br />
una serie de inversiones realizadas por los dueños, en un<br />
periodo de tiempo determinado. Es decir, el FCF es el dinero<br />
disponible para los dueños y sus acreedores financieros como<br />
retorno de sus inversiones.<br />
Proposición 2. Si una empresa posee flujo de caja libre, FCF,<br />
y además posee costos hundidos o inversiones previas, I,<br />
entonces la relación entre ambos rubros es una rentabilidad<br />
corporativa, Rc t , tal que, ver Ecuación (3):<br />
Rc t = FCF t<br />
I t−1<br />
(3)<br />
Sin embargo, si se tiene una secuencia de flujos de un proyecto<br />
cuya inversión inicial fue de I 0 unidades monetarias, entonces<br />
la rentabilidad intrínseca está dada por la Tasa Interna de<br />
Retorno-IRR (Hazel, 2003). De igual manera, Fisher<br />
popularizo en 1907 el concepto del capital ficticio formulado<br />
por Marx en el año de 1894, y lo denominó el Valor Presente<br />
Neto-NPV (Fisher, 1907).<br />
Tales ideas, dotaron de herramientas a los economistas<br />
financieros de la época, los cuales lograron abordar los<br />
problemas alrededor de la valoración de activos. En 1938 John<br />
Burr Williams planteó el primer modelo de valoración de<br />
acciones utilizando el concepto del NPV a los dividendos<br />
esperados, refiriéndose a él como el valor intrínseco<br />
(Williams, 1938); luego, Harry Markowitz afirmó que el<br />
concepto de la teoría del portafolio que él formuló se debe a<br />
los trabajos de Williams (Markowitz, 1990); y por último, la<br />
fórmula de Gordon-Shapiro que es una extensión del modelo<br />
del NPV propuesto igualmente por Williams (Gordon y<br />
Shapiro, 1956). Pero sin lugar a dudas, el mayor aporte a la<br />
economía financiera de la empresa lo realizó Joel Dean (1951),<br />
cuando aplicó el concepto del NPV y de la IRR a los proyectos<br />
que llevan a cabo las empresas, definiéndolo como el<br />
Presupuesto de capital.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la Estructura Estocástica de la Formación de Capital<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
140<br />
2.3. Presupuesto de capital<br />
La toma de decisiones gerenciales gira alrededor de dos ejes<br />
fundamentales: la inversión y la financiación; de esta manera,<br />
evaluar la calidad de tales decisiones implica aplicar el criterio<br />
de NPV o IRR, permitiendo definir una medida de riqueza y<br />
de rentabilidad para aquellos proyectos disponibles para la<br />
compañía. <strong>No</strong> obstante, ambas medidas obligan al gerente no<br />
sólo a realizar estimaciones del flujo de caja libre y del costo<br />
de capital, sino también de la incertidumbre asociada a tales<br />
estimaciones futuras. Para llevar a cabo los planes de<br />
inversión, la compañía dispone de los recursos que puede<br />
obtener de la emisión de deuda, de las acciones preferentes, de<br />
las acciones comunes y de las utilidades retenidas y a cada una<br />
de ellas le corresponderá un costo de oportunidad r d , r p , r re ,<br />
r s , respectivamente; que al final configurará la tasa promedio<br />
ponderada de capital WACC, r w rw, de todas las fuentes de<br />
financiación de la compañía.<br />
Definición 2. El Wacc Es un promedio ponderado entre un<br />
costo y una rentabilidad exigida, representa la tasa a la que se<br />
debe descontar el FCF para obtener el mismo valor de las<br />
acciones que proporciona el descuento de los flujos para el<br />
accionista, ver Ecuación (4):<br />
R w = w d r d (1 − τ) + w p r p + w e (r re + r s ) (4)<br />
Donde, {w d , w p , w e } son los pesos de las fuentes de<br />
financiación y w d + w p + w e = 1.<br />
Considerando que el administrador financiero da prioridad a<br />
las inversiones más rentables y a las fuentes de financiación<br />
más baratas para la compañía, la empresa ira asignando<br />
recursos a tales proyectos hasta que el costo de adquirir<br />
aquellos recursos (WACC) iguale la rentabilidad de los<br />
mismos (IRR). A este problema se denomina el Presupuesto<br />
de Capital o Capital Budgeting.<br />
La solución a tal problema de maximización implica establecer<br />
los siguientes supuestos: los proyectos no son necesariamente<br />
mutuamente excluyentes, todos los proyectos disponibles<br />
tienen niveles de riesgo diferentes, se dispone de los recursos<br />
para llevar a cabo el proceso de inversión, los flujos generados<br />
por un proyecto liberan recursos para llevar a cabo otros<br />
proyectos, el efecto de las decisiones estratégicas y de<br />
investigación y desarrollo se encuentran dentro del flujo de<br />
caja libre agregado de la compañía, el administrador<br />
selecciona los proyectos más rentables para la compañía, el<br />
flujo de caja descontado es el indicador por excelencia para<br />
evaluar los proyectos disponibles para la compañía debido al<br />
problema de escala y de temporalidad que presenta la IRR, y<br />
por último no se considera el efecto inflacionario. .<br />
2.4. Teoría de precios de activos<br />
La teoría del precio de los activos busca comprender el valor<br />
o el precio de un activo a partir de sus rendimientos inciertos,<br />
del horizonte de inversión y del riesgo involucrado en el<br />
mismo, siendo esto último lo que determina su interés y su<br />
intercambio. A principio del presente siglo el profesor<br />
Cochrane de la Universidad de Chicago estableció la ecuación<br />
fundamental de valoración y su principio organizador, bajo el<br />
argumento de que los precios de los activos son iguales al valor<br />
esperado de sus flujos futuros de caja descontados (Cochrane,<br />
2005). Esto es:<br />
Definición 3. La Ecuación Fundamental de Valoración, BPA,<br />
se define como el valor esperado del producto entre el flujo de<br />
caja, x, y el factor de descuento estocástico, m, de cualquier<br />
activo, tal que, ver Ecuación (5):<br />
p = E(mx) (5)<br />
Su simplicidad y universalidad, permiten separar los supuestos<br />
económicos de la representación empírica que se pretende<br />
analizar, esto permitirá hacer uso de la geometría estadopreferencia<br />
o media-varianza. Por su parte, los métodos<br />
empíricos tales como las series de tiempo, los métodos<br />
generalizados de momentos y de máxima verosimilitud, entre<br />
otros, ajustarán los parámetros libres del modelo de tal manera<br />
que se minimice el error de estimación del valor del activo. <strong>No</strong><br />
obstante, una condición necesaria de optimalidad para tal<br />
modelo se le denomina la transversalidad.<br />
Definición 4. La condición de transversalidad es una<br />
condición para garantizar tanto la optimalidad del proceso<br />
como la solución cerrada de modelos de optimización que<br />
dependen de horizontes de tiempo al infinito; específicamente<br />
para el modelo basado en consumo se define como, ver<br />
Ecuación (6):<br />
lim E t[m t,t+j p t+j ] = 0 (6)<br />
j→∞<br />
2.3. Modelo de consumo intertemporal<br />
En general, los modelos que representar el comportamiento de<br />
un consumidor racional buscan maximizar un función de<br />
utilidad de consumo intertemporal, la cual es cóncava,<br />
estrictamente creciente y diferenciable (Sargent, 1987). Esto<br />
es:<br />
Maximizar<br />
∞<br />
E 0 ∑ β t u(c t ) 0 < β < 1,<br />
t=0<br />
donde c t es el consumo del individuo en tiempo t y β es la tasa<br />
de impaciencia. Un caso particular de la BPA proviene de la<br />
condición de primer orden para un problema de consumo<br />
intertemporal de un individuo poseedor de riqueza limitada;<br />
por ello, la decisión de invertir en un determinado activo<br />
depende de su utilidad marginal y de los flujos generados por<br />
aquel activo; por lo tanto, el precio de un activo está<br />
determinado por el valor esperado de sus flujos de caja, d,<br />
descontados al factor de impaciencia de consumo<br />
intertemporal, β, y la tasa marginal de sustitución de consumo<br />
intertemporal dada por la relación de utilidades marginales de<br />
consumo, u′(c t ). Esto es, ver Ecuación (7):<br />
∞<br />
p t = E t ∑ β j<br />
j=1<br />
u′(c t+j )<br />
u′(c t ) d t+j, (7)<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Galvis Andrés 1, 2 ; Galindo Edwin 3<br />
141<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Siempre y cuando se cumpla la condición de transversalidad.<br />
Esto es:<br />
lim E t [β u′(c t+j)<br />
j<br />
j→∞ u′(c t ) p t+j] = 0.<br />
Se puede observar como el producto entre el factor de<br />
impaciencia y la tasa marginal de sustitución de consumo<br />
intertemporal representa el factor de descuento estocástico,<br />
m t,t+j .<br />
Por otra parte, la solución a tal problema de optimización<br />
revela dos resultados de suma importancia, el primero<br />
corresponde al principio de equivalencia financiera, mientras<br />
el segundo configura la tasa libre de riesgo (Cochrane, 2005).<br />
Proposición 3. El precio de un activo en t es igual al valor<br />
esperado del producto entre al factor de descuento estocástico<br />
de t a t + 1 y la suma entre el precio del activo y el dividendo<br />
en el periodo t + 1. Esto es, ver Ecuación (8):<br />
p t = E t [m t,t+1 (p t+1 + d t+1 )]. (8)<br />
Proposición 4. Si un activo genera un flujo de caja cierto<br />
entonces existe una tasa de libre de riesgo representada por el<br />
recíproco del valor esperado del factor de descuento<br />
estocástico. Tal que, ver Ecuación (9):<br />
f<br />
R t,t+1<br />
=<br />
1<br />
E t [m t,t+1 ] . (9)<br />
Por otra parte, si se considera la existencia de un mercado en<br />
el cual el activo puede ser negociado y además los agentes que<br />
participan en aquel mercado son neutrales al riesgo, podemos<br />
concluir que la dinámica del precio del activo posee una<br />
estructura aleatoria; en particular, una martingala (Cochrane,<br />
2005).<br />
Proposición 5. Si un agente es neutral al riesgo, no posee<br />
impaciencia y no percibe dividendos entonces el precio de un<br />
activo mediante el enfoque basado en consumo seguirá una<br />
caminata aleatoria siempre y cuando los choques aleatorios<br />
posean media cero y varianza constante, ver Ecuación (10):<br />
p t+1 = p t + ε t+1 . (10)<br />
En general, la expresión (7) no asume: mercados completos,<br />
normalidad de factor y del flujo, funciones de utilidad<br />
cuadrática, mercados en equilibrio o que los inversionistas<br />
perciben una renta propia. De hecho, se aplica a cada inversor<br />
y activo en particular, sean bonos, acciones, proyectos, etc.,<br />
independientemente de la presencia de otros inversores o<br />
activos, de una función de utilidad monótona y cóncava, o de<br />
la existencia de una ley de probabilidad para el retorno o el<br />
flujo de caja generado por aquel activo; en particular, el hecho<br />
de involucrar momentos condicionales no implica asumir que<br />
los retornos son independientes e idénticamente distribuidos<br />
(i.i.d).<br />
La universalidad de tal ecuación ocasiona un pobre ajuste en<br />
la práctica, motivando la búsqueda de modelos alternativos a<br />
partir de las especializaciones que se puedan realizar al factor<br />
de descuento estocástico, m, y al flujo de caja, d.<br />
2.4. Ecuación de valor corporativo<br />
Todo lo anterior, permite configurar una medida de valoración<br />
de empresas bajo un entorno de riesgo.<br />
Definición 5. Se le denomina la ecuación de valor corporativo<br />
a la estimación del valor presente, V t , de los flujos futuros de<br />
caja, CF, al factor de descuento estocástico, m, para un<br />
horizonte infinito de valoración.<br />
Si una empresa es una activo que no posee un mercado en el<br />
cual su precio logre ser determinado por el libre juego de oferta<br />
y demanda, y además los pocos oferentes y demandantes del<br />
activo estructuran sus expectativas de consumo a partir de la<br />
generación de flujo de caja de la compañía, lo que implica que<br />
su poder de negociación se limita sólo al intercambio de<br />
tiempo, incertidumbre, opciones e información a través flujo<br />
de caja, entonces el problema de valoración de empresas<br />
consiste en:<br />
Sujeto a:<br />
Maximizar<br />
∞<br />
E t ∑ β j u(c t+j ) 0 < β < 1,<br />
j=0<br />
c t = e t − V t ξ<br />
c t+j = e t+j + CF t+j ξ,<br />
donde el agente posee un nivel de renta, e, un nivel de<br />
consumo, c, un volumen de inversión, Vξ, y un retorno<br />
esperado de la inversión o flujo de caja, CF.<br />
Proposición 6. Si una empresa genera flujo de caja y posee al<br />
menos una fuente de financiación la cual cumple con las<br />
condiciones de preferencias regulares y admite una función de<br />
utilidad entonces mediante el enfoque basado en consumo su<br />
medida de valor estará determinada por la Ecuación (11):<br />
∞<br />
V t = E t ∑ m t,t+j CF t+j . (11)<br />
j=1<br />
Para m > 0 y CF ∈ R siempre y cuando se cumpla la<br />
condición de transversalidad.<br />
De forma equivalente, podemos expresar el valor corporativo<br />
en t como el valor esperado del producto entre el factor de<br />
descuento y el valor corporativo en t + 1. Esto es, Ecuación<br />
(12):<br />
V t = E t [m t,t+j (V t+1 + CF t+1 )]. (12)<br />
Además, cuando el activo es negociado en un mercado<br />
eficiente, el gran número de competidores y su poder de<br />
negociación conducen sus estimaciones del valor intrínseco,<br />
Vt, a un precio de equilibrio, p t ; esto significa que ante<br />
información perfecta todos los agentes del mercado poseen la<br />
misma percepción del activo y su valoración difícilmente se<br />
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El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la Estructura Estocástica de la Formación de Capital<br />
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142<br />
diferenciará de su competidor. La siguiente proposición nos<br />
indica que el valor esperado del valor corporativo debe<br />
aproximarse al precio de dicho activo.<br />
Proposición 7. Sea Ṽt el valor particular de una realización w<br />
en el periodo t, ver Ecuación (13):<br />
∞<br />
Ṽt(w) = ∑ m t,t+j (w)CF t+j (w). (13)<br />
j=1<br />
Si w ∈ Ω, entonces Ṽt(w) será una variable aleatoria en t y por<br />
lo tanto, ver Ecuación (14):<br />
V t = E t [Ṽt] → p t , (14)<br />
siempre y cuando se cumpla la condición de transversalidad.<br />
2.4. Supuestos de la BVE<br />
Como cualquier modelo matemático, posee algunos supuestos<br />
básicos que facilitan su adaptación práctica, esto son: la<br />
información disponible determina la esperanza condicional, el<br />
factor de descuento estocástico está en función del riesgo<br />
sistemático y no sistemático del flujo de caja de la compañía,<br />
se cumple el principio de ausencia de arbitraje y la ley del<br />
precio único como una función lineal, y la ausencia de arbitraje<br />
está determinada por la no existencia de un mercado de<br />
negociación.<br />
2.4. Flexibilidad de la BVE<br />
A consecuencia de ello, se puede obtener cierta flexibilidad<br />
para incorporar características especiales tanto para el factor<br />
de descuento estocástico, m, como para al flujo de caja, CF.<br />
Esto es:<br />
Proposición 8. Si tanto m t,t+j como CF t+j son valores<br />
conocidos para j ≥ 0, entonces, ver Ecuación (15):<br />
∞<br />
V t = ∑ m t,t+j CF t+j . (15)<br />
j=1<br />
Proposición 9. Si CF t+j son valores conocidos para j ≥ 0,<br />
entonces, Ecuación (16):<br />
∞<br />
V t = ∑ 1<br />
CF<br />
f t+j<br />
R<br />
j=1 t,t+j<br />
. (16)<br />
Proposición 10. Si m t,t+j es un valor conocido para j ≥ 0,<br />
entonces, Ecuación (17):<br />
∞<br />
V t = ∑ m t,t+j E t [CF t+j ]. (17)<br />
j=1<br />
Proposición 11. Si tanto m t,t+j como CF t+j son variables<br />
aleatorias independientes, entonces, Ecuación (18):<br />
∞<br />
V t = ∑ 1 E<br />
f t [CF t+j ]. (18)<br />
R<br />
j=1 t,t+j<br />
Proposición 12. Si tanto m t,t+j como CF t+j son variables<br />
aleatorias no independientes, entonces, Ecuación (19):<br />
∞<br />
V t = ∑ [E t [m t,t+j ] + β CFt+j λ CFt+j ] E t [CF t+j ]. (19)<br />
j=1<br />
La siguiente variante de la ecuación de valor corporativo<br />
coincide con la Ecuación (11).<br />
Proposición 13. Si tanto m t,t+j como CF t+j son variables<br />
aleatorias bajo ausencia de arbitraje y de un mercado de<br />
negociación de activos, entonces, Ecuación (20):<br />
∞<br />
V t = E t ∑ β j<br />
j=1<br />
u′(c t+j )<br />
u′(c t ) CF t+j. (20)<br />
Un resultado fundamental en el proceso de valoración se<br />
encuentra en los trabajos de Ruback (1995), Fernández (2008),<br />
Mitra (2010) y, Adserá y Viñolas (2003), que demostraron la<br />
equivalencia entre diferentes planteamientos para valorar<br />
empresas, permitiendo con ello configurar una medida de<br />
valor corporativo que se ajusta a la información disponible<br />
para el analista. Su resultado más importante se le denomina la<br />
equivalencia en la valoración. Esto es, Ecuación (21) y (22):<br />
Proposición 14. Si,<br />
Entonces,<br />
V t = f(CF, m) = f(FCF, R wacc ). (21)<br />
∞<br />
V t = ∑ 1<br />
wacc E t[FCF t+j ]. (22)<br />
R<br />
j=1 t,t+j<br />
Es decir, la ecuación de valor corporativo puede expresarse<br />
como el valor esperado de los flujos de caja libre descontados<br />
al costo promedio ponderado de capital. Por otra parte, con los<br />
trabajos de Black-Scholes-Merton en la década de los 70’s, se<br />
abrió un vínculo notablemente explotado por Myers (1976),<br />
Trigeorgis y Manson (1987) y Pindyck (1988), el cual<br />
denominan el valor de la flexibilidad en los proyectos y que se<br />
basa en el concepto de la opción real.<br />
Definición 6. Una opción real es una opción financiera bajo<br />
un contexto estratégico con valor, O t , en función de su costo<br />
de inversión, X, del valor actual de sus flujos futuros de caja,<br />
V T , y del factor de descuento estocástico tanto de la opción,<br />
m T , como del proyecto, m t,t+T ; de tal manera que,<br />
Ecuación (23):<br />
Sujeto a:<br />
Maximizar O t = E t [m t,t+T (V T − X) + ]. (23)<br />
m t,t+T > 0, V T = E t [m T CF T ], 1 = E t [m T R f ]<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Galvis Andrés 1, 2 ; Galindo Edwin 3<br />
143<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Donde la primera restricción implica ausencia de arbitraje,<br />
mientras las dos restantes establecen la dinámica del valor<br />
actual de los flujos y la tasa libre de riesgo respectivamente.<br />
Sea,<br />
Ṽi,t g = Ṽm,t + Õn,t ,<br />
En consecuencia, el valor global de una compañía está en<br />
función del valor proporcionado por la operación normal y el<br />
valor de las oportunidades estratégicas disponibles para el<br />
negocio y que son responsabilidad del equipo gerencial.<br />
Definición 7. Se define el valor corporativo general, V t g , como<br />
un proceso aditivo entre el valor permanente, V t , y el valor<br />
flexible otorgado por la oportunidad estratégica u opción real<br />
del negocio, O t . Esto es, Ecuación (24):<br />
∞<br />
V g t = E t ∑ m t,t+j CF t+j + m t,t+T (V T − X) + . (24)<br />
j=1<br />
Lo anterior implica que: dependiendo de la información<br />
disponible la BVEg se aplicará tanto en un espacio de tiempo<br />
discreto como continuo, el componente de opción real posee<br />
las características propias de una opción financiera call de tipo<br />
americano con dividendos, el valor de la opción real es<br />
independiente del valor corporativo, la ausencia de opciones<br />
reales o el no ejercicio de la opción real implican un valor cero<br />
en el término, y por último, dependiendo de la instrumentación<br />
financiera en el mercado es posible reemplazar la opción real<br />
por cualquier instrumento derivado.<br />
2.5. Distribución de muestreo de la BVE<br />
La siguiente proposición es el resultado de las investigaciones<br />
llevadas a cabo en las últimas décadas por Cochrane (2005),<br />
Myers (1976), Dufresne (1990) e Hillier (1963). Esto es:<br />
Proposición 15. Sea Ṽt(w) y Õt(w) una estimación particular<br />
de la trayectoria w en el periodo t,<br />
Ṽtg (w) = Ṽt(w) + Õt(w),<br />
Si w ∈ Ω, entonces Ṽt(w) y Õt(w) serán variables aleatorias<br />
en t y por lo tanto, Ecuación (25):<br />
y,<br />
Ṽtg = E t [Ṽt + Õt], (25)<br />
V t g = E t [Ṽtg ] → p t ,<br />
siempre y cuando se cumpla la condición de transversalidad.<br />
De la proposición (7) y de la ecuación de valor corporativo<br />
general (24) se tiene que Ṽtg también es una variable aleatoria,<br />
tal que, Ecuación (26):<br />
Ṽtg ∽ L(θ), (26)<br />
Esto es, la variable aleatoria Ṽtg sigue una ley de probabilidad<br />
L de parámetro θ.<br />
la representación del valor corporativo agregado para m<br />
proyectos permanentes y n proyectos flexibles, y<br />
Υ i,j = Ṽi,t g − Ṽj,t g ,<br />
El cambio en el valor corporativo para dos portafolios<br />
cualesquiera de proyectos; entonces si A es una familia de<br />
valores agregados, se puede definir una medida de riesgo sobre<br />
Ṽtg .<br />
El argumento lógico parte del hecho de que el valor<br />
corporativo es una variable aleatoria de tipo transversal la cual<br />
no es observable para periodos mayores a t; es decir, la<br />
intención no radica en el estudio de la variabilidad entre<br />
periodos, sino en la variabilidad de la posición actual del<br />
portafolio de proyectos condicionado al componente<br />
permanente y al componente flexible.<br />
2.6. Riesgo de valor corporativo<br />
Definición 8. Una medida de riesgo es una función tal que,<br />
ρ ∶ A → R<br />
Ṽtg → ρ(Ṽtg )<br />
Definida con base en una medida de probabilidad, P, y con A<br />
como una familia de todos los posibles valores de Ṽtg .<br />
Además, se dice que es una medida coherente de riesgo si<br />
cumple con las propiedades de monotonía, subaditividad,<br />
homogeneidad positiva e invarianza bajo traslaciones.<br />
La medida de riesgo que se propone en la presente<br />
investigación pretende ir más allá de lo establecido respecto a<br />
la valoración de empresas, permitiendo en una economía con<br />
ausencia de un mercado de valores y de derivados ajustar el<br />
perfil de riesgo y las preferencias de consumo de los<br />
inversionistas, accionistas y administradores financieros, los<br />
cuales demandan información de tales procesos de valoración<br />
con fines de enajenación, inversión, calificación de riesgos y<br />
gerencia del valor, entre otros; bajo un entorno de riesgo e<br />
incertidumbre.<br />
Definición 9. El Riesgo de valor - RiskV, es una medida de<br />
riesgo basada en consumo en ausencia de un mercado de<br />
capitales desarrollado, cuantificando la potencial destrucción<br />
de valor corporativo a un nivel de confianza (1 − α) 100%,<br />
como consecuencia de la variabilidad de su estructura<br />
operacional y financiera, y de las posiciones estratégicas de la<br />
compañía en el futuro,<br />
ρ(Ṽt<br />
g g<br />
Ṽt<br />
) = RiskV 1−α<br />
= inf{ṽtg ∈ R|P(Ṽtg ≤ ṽtg ) ≥ α}<br />
de forma equivalente, Ecuación (27):<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la Estructura Estocástica de la Formación de Capital<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
144<br />
g<br />
Ṽt<br />
P (Ṽt<br />
g ≤ RiskV 1−α<br />
) = α. (27)<br />
Sin embargo, no puede considerarse como una medida<br />
coherente ya que no cumple con la propiedad de subaditividad.<br />
Es decir, dado que las opciones reales están en función de un<br />
criterio subjetivo de selección por parte de los directivos de la<br />
compañía entonces el añadir opciones no siempre permitirá<br />
reducir el riesgo. Por tal motivo, se debe formular la medida<br />
condicionada del riesgo de valor, RiskV, de forma análoga al<br />
valor en riesgo condicional CVaR.<br />
Definición 10. El Riesgo de valor condicional - CRiskV, es<br />
una medida coherente de riesgo complementaria al RiskV sin<br />
el problema de sub-aditividad,<br />
ρ(Ṽt<br />
g g<br />
Ṽt<br />
) = CRiskV 1−α<br />
= E [Ṽtg |Ṽt<br />
g g<br />
Ṽt<br />
< RiskV 1−α<br />
],<br />
es decir, Ecuación (28):<br />
g<br />
Ṽt<br />
CRiskV 1−α<br />
α<br />
g<br />
Ṽt<br />
= 1 α ∫ RiskV dβ . (28)<br />
1−β<br />
Su bondad se encuentra en la cuantificación de la severidad de<br />
una pérdida de valor corporativo y en la obtención de<br />
parámetros para la comparación entre diferentes estrategias<br />
empresariales; además, sirve como indicador corporativo de<br />
riesgo para la comparación entre empresas de un mismo sector<br />
e indicador de la exposición del riesgo corporativo global de<br />
una economía.<br />
2.7. Estimación de parámetros del modelo<br />
El Cash Flow como proceso estocástico de tipo binomial fue<br />
planteado por Kruschwitz y Loffler (2010). Esto es, si u ocurre<br />
con probabilidad p y d con probabilidad q = 1 − p, entonces,<br />
Ecuación (29):<br />
0<br />
E t [CF t+k ] = (up + dq) k CF t . (29)<br />
Las consecuencias prácticas del anterior planteamiento<br />
permiten una flexibilidad entre la modelización probabilística<br />
objetiva y subjetiva, adaptándose fácilmente a la información<br />
disponible y al criterio de cada administrador financiero. Más<br />
adelante se presenta un tipo de estimación basada en procesos<br />
estacionarios de tipo ARMA cuyas propiedades cumplen con<br />
la condición de transversalidad.<br />
Por otra parte, podemos admitir que el problema de valoración<br />
podría plantearse desde la perspectiva de la teoría de la<br />
decisión, específicamente, como un problema de lotería<br />
compuesta o multietápica, donde el propietario lleva a cabo<br />
una secuencia de decisiones de inversión y financiación. Este<br />
enfoque exige plantear unas reglas de comportamiento que<br />
definen una elección racional bajo riesgo.<br />
Definición 11. Consideremos una estructura de preferencia<br />
(X, ≳) y un conjunto de elección, C(B), constituido por los<br />
mejores elementos de B, con B ⊂ X. Esto es, Ecuación (30):<br />
∀b ′ ∈ B, b ′ ≲ x ⇒ x, máximo de (X, ≳) . (30)<br />
Entonces se dice que un individuo realiza una elección racional<br />
cuando se produce entre los elementos del conjunto de<br />
elección, C(B).<br />
Con base en lo anterior, el comportamiento de un individuo<br />
que posee determinadas preferencias respecto a las alternativas<br />
de elección, X, debe cumplir con las condiciones de<br />
completitud, reflexivilidad y transitividad, respectivamente.<br />
Además, la construcción de una función de utilidad implica<br />
que también se cumplan los supuestos de continuidad y de<br />
monotonicidad fuerte para las preferencias de un individuo, y<br />
que a su vez será una representación fiel e isótona sobre el<br />
conjunto de elección.<br />
Considerando su proceso de elección bajo un ambiente de<br />
riesgo las preferencias parten del supuesto de que las personas<br />
por lo general no están dispuestas a seleccionar alternativas<br />
simplemente por el criterio del valor esperado; por lo cual, se<br />
considera que las personas en su mayoría son adversas al<br />
riesgo. Esto sugiere que un individuo que acepte ciertas reglas<br />
de comportamiento con respecto al riesgo y cuya elección este<br />
basada en loterías, sus preferencias podrían representarse<br />
mediante una función de utilidad.<br />
Ahora, considerando la existencia de un conjunto de elección<br />
que forma un espacio de mixtura, es posible definir un espacio<br />
de utilidad en el sentido de Luce y Raïffa facilitando la<br />
construcción de una función de utilidad.<br />
Con base en las anteriores premisas, existe un individuo que<br />
siendo accionista de una empresa posee un nivel inicial de<br />
riqueza, además, se encuentra en el problema de continuar<br />
siendo accionista o ceder tal derecho mediante la venta de su<br />
posición. Es decir, debe elegir entre continuar con la lotería o<br />
venderla por una lotería degenerada. En definitiva, el mínimo<br />
valor para el cual el propietario de la empresa estaría dispuesto<br />
a venderla o continuar con ella sería un cierto equivalente que<br />
estará en función de su aversión al riesgo.<br />
Suponiendo una tolerancia absoluta al riesgo de tipo lineal por<br />
parte del individuo (LeRoy y Werner, 2010), tal que:<br />
T(x) = η + x γ ,<br />
se obtiene la medida de aversión relativa al riesgo,<br />
rr(x) = x (η + x γ ) −1<br />
Luego, haciendo η = 0, se obtiene:<br />
rr(x) = γ<br />
= −x u′′(x)<br />
u′(x)<br />
Que corresponde a la situación donde la medida de aversión<br />
relativa al riesgo es constante e independiente del consumo<br />
(CRRA). Por último, la familia de funciones de utilidad de<br />
consumo basadas en tal medida están dadas por Ecuación (31):<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Galvis Andrés 1, 2 ; Galindo Edwin 3<br />
145<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
1<br />
u(x) = { 1 − γ x1−γ , si γ ≠ 1<br />
. (31)<br />
ln x , si γ = 0<br />
Proposición 16. El valor corporativo de una empresa es igual<br />
a la suma a perpetuidad del producto entre los flujos de caja y<br />
la tasa marginal de consumo intertemporal isoelástica. Esto es,<br />
Ecuación(32):<br />
∞<br />
V t = E t ∑ β j<br />
j=1<br />
( c −γ<br />
t+j<br />
) CF<br />
c t+j . (32)<br />
t<br />
El factor de descuento permite captura el deseo por más<br />
consumo y su impaciencia intertemporal, más que un objetivo<br />
intermedio de media-varianza como se logra con el CAPM; las<br />
características de monotonía y concavidad de la función,<br />
reflejan un deseo por más consumo y un decrecimiento<br />
marginal de su utilidad por un consumo adicional. De igual<br />
forma, agrupa en una sola cifra la aversión al riesgo y la<br />
impaciencia intertemporal de un inversionista, expuesto a una<br />
economía con ausencia de un mercado de valores desarrollado.<br />
Finalmente, El valor de flexibilidad representa un agregado de<br />
valor corporativo, y se le denominará opción real siempre y<br />
cuando se verifique la condición de un entorno incierto y la<br />
flexibilidad de los directivos respecto a una inversión (Titman<br />
y Martin, 2009). Además, se debe agregar que la incertidumbre<br />
debe impulsar el valor del proyecto, los directivos deben ser<br />
racionales y las estrategias deben ser creíbles y ejecutables<br />
(Mun, 2002).<br />
Existe una amplia variedad de opciones reales que satisfacen<br />
tales condiciones, sin embargo la familia de opciones<br />
estratégicas call permite adaptar los supuestos en ausencia de<br />
un portafolio replicante y debido a un mercado de valores o de<br />
derivados ineficiente. En efecto, las opciones estratégicas<br />
brindan la posibilidad de expandir en escala como en alcance<br />
una inversión, de tal forma que una sucesión de inversiones le<br />
permitan pasar de ser una compañía sin valor a una que vale<br />
por sus oportunidades estratégicas.<br />
De hecho, la misma naturaleza de las opciones reales, cuyo<br />
activo subyacente es un activo sin mercado, dificulta su<br />
valoración mediante los argumentos de duplicidad y no<br />
arbitraje que rigen a las opciones financieras; no obstante, el<br />
principio financiero es el mismo y como tal es posible generar<br />
argumentos de equivalencia financiera y equivalente cierto<br />
que permitan aproximar el valor del contrato. Las<br />
consecuencias de ello, una tasa neutral al riesgo mayor que la<br />
tasa libre de riesgo.<br />
Puesto que en la determinación del precio de la opción real<br />
estratégica no se puede hacer uso de la teoría de juegos y la<br />
duplicación de carteras, se procede mediante el enfoque<br />
probabilístico. Esto es, Ecuación (33):<br />
p = V te r(t+1) − V 2,t+1<br />
V 1,t+1 − V 2,t+1<br />
, (33)<br />
Representa la probabilidad que se produzca el valor actual del<br />
proyecto, V 1,t+1 , equivalente al rendimiento que se obtendría<br />
de una inversión más segura. Por lo tanto, el valor esperado de<br />
la opción estratégica de tipo call en el periodo t, queda<br />
determinada por Ecuación (34):<br />
O t = e −r(t+1) [p(V 1,t+1 − X) + + q(V 2,t+1 − X) + ], (34)<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
La información financiera proporcionada por la compañía, en<br />
unidades monetarias (u.m), corresponde a los registros<br />
mensuales comprendidos entre el 31 de Enero del 2001 al 31<br />
de Diciembre del 2011; De igual forma, se conoce que la<br />
compañía posee una oportunidad estratégica valorada en una<br />
inversión de 400 u.m con opción de llevarla acabo durante los<br />
siguientes 3 meses, al final de estos, los directivos retirarán la<br />
disponibilidad de este aumento de capital en caso de no ejercer<br />
la opción. Por otra parte, debido a la coyuntura del país, el<br />
acceso a los mecanismos de financiación para la compañía son<br />
muy limitados, a tal punto que depende de sus propietarios las<br />
futuras inyecciones de capital que permitan financiar las<br />
potenciales oportunidades de negocio disponibles para de la<br />
empresa. Esto implica que:<br />
c<br />
R t,t+j<br />
wacc<br />
= R t,t+j y CF t+j = FCF t+j<br />
Por lo tanto, los directivos de la compañía están interesados en<br />
responder a las siguientes preguntas: ¿Cuál es el valor<br />
corporativo esperado si no existen oportunidades<br />
estratégicas?, ¿Cuál es el valor corporativo esperado si la<br />
empresa posee una posición estratégica?, ¿Qué tan severa es<br />
nuestra pérdida de valor? y ¿Existe algún mecanismo para<br />
mitigar la pérdida de valor corporativo?.<br />
Mediante tales registros financieros y luego del análisis<br />
estructural, se obtiene la dinámica del Free Cash Flow la cuál<br />
puede ser determinada por un proceso ARMA (1, 0) o<br />
ARMA(1, 2) a partir de la estimación de máxima verosimilitud<br />
condicional; ahora, considerando que ambos modelos poseen<br />
la propiedad de estacionariedad y aplicando la dinámica<br />
propuesta por Kruschwitz, se puede decir que mediante el<br />
principio de parsimonia la estructura ARMA más conveniente<br />
es la de orden (1,0); cuyo modelo de predicción está<br />
determinado por Ecuación (35):<br />
FCF t+k = 0,6047 ∗ FCF t+k−1 + ε t+1 , (35)<br />
De hecho, si los errores se suponen normales, entonces:<br />
k−1<br />
FCF ̂t(k)~N (FCF t+k ; 30,31 2 ∑ 0,6047 2i ).<br />
Por otra parte, el procedimiento para estimar el parámetro de<br />
aversión al riesgo, γ, y el factor subjetivo de descuento, β,<br />
parte del trabajo de Arango y Ramírez (2007), estableciendo<br />
con base en la información de consumo en Colombia un<br />
modelo lineal, tal que, Ecuación (36):<br />
i=0<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
El Concepto del Riesgo de Valor y su Cuantificación Mediante la Estructura Estocástica de la Formación de Capital<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
146<br />
ln ( c t+1<br />
c t<br />
) = 0,018 − 0,1334 ∗ ln R t f . (36)<br />
Observando, tenemos que aumentos en la tasa de interés<br />
ocasionan una reducción de la tasa de crecimiento del<br />
consumo, además se deduce que γ = 8,5 y β = 0,87, lo cual<br />
nos lleva a concluir que el inversionista colombiano es<br />
impaciente y amante al riesgo. Debido a la proximidad<br />
geográfica y las características económicas del país,<br />
suponemos que el inversionista ecuatoriano posee actitudes<br />
similares.<br />
Sin embargo, al considerar la oportunidad estratégica del taller<br />
metalmecánico el valor cerrado de la opción se ubica en 300,01<br />
u.m y con ello, un nuevo riesgo de valor de 177,92. En este<br />
caso, la oportunidad estratégica es suficiente para cubrir el<br />
riesgo por pérdida de valor de la compañía; sin embargo, la<br />
compañía debe indagar por más oportunidades que le permitan<br />
mantener el valor a largo plazo. Es decir, el negocio vale por<br />
las oportunidades estratégicas que posea a través del tiempo,<br />
ver Figura 2.<br />
Debido a que la empresa no posee actualmente ningún tipo de<br />
apalancamiento, el factor de descuento estocástico queda<br />
determinado por:<br />
0,80 < m t,t+1 < 0,87.<br />
Por otra parte, si consideramos un proyecto cuya inversión<br />
inicial hoy se estima en X u.m y cuyo valor actual de sus flujos<br />
futuros de caja libre se estima en V u.m; además, el<br />
administrador no está obligado a llevar a cabo el proyecto de<br />
forma inmediata por lo cual dispone de 3 meses para tomar la<br />
decisión definitivamente. Entonces, su problema de decisión<br />
consiste en aceptar o rechazar el proyecto si las condiciones<br />
son las adecuadas para el mismo. Por lo tanto, aplicando el<br />
algoritmo Hull-White obtenemos que:<br />
σ Vt = 1,225 ≡ 125%<br />
Así que, u = 3,51 y d = 0,28. Ahora, considerando que las<br />
tasas de interés en Ecuador para depósitos a plazo superiores a<br />
361 días se ubica en 5,31% anual, entonces:<br />
p = 0,2232 y q = 0,7768,<br />
con lo que concluimos que la opción estratégica de la<br />
compañía se encuentra valorada en 300,01 u.m. Finalmente, y<br />
considerando la independencia entre el factor de descuento<br />
estocástico y el free cash flow, tenemos a un nivel de confianza<br />
del 95% que el riesgo de valor es de -123,43 u.m cuando sólo<br />
se evalúa el componente permanente; es decir, se espera con<br />
un nivel de confianza del 95% que la potencial destrucción de<br />
valor corporativo no exceda las 123,43 u.m debido a la<br />
variabilidad de su estructura operacional y financiera actual; lo<br />
cual implica que si la compañía no continua explotando<br />
oportunidades de negocio no generará valor a largo plazo y por<br />
lo tanto destruirá la riqueza de sus propietarios, ver Figura 1.<br />
Figura 2. Distribución del valor corporativo general.<br />
4. CONCLUSIONES<br />
En general, la ecuación de valor corporativo parte del enfoque<br />
basado en consumo proporcionando flexibilidad en el uso de<br />
un factor de descuento estocástico que puede expresarse<br />
linealmente y adoptar formas alrededor de una media-varianza<br />
o estado-preferencia. De igual manera, el flujo de caja adquiere<br />
propiedades dinámicas bajo el enfoque, accediendo a<br />
características especiales que le permiten moverse en un<br />
espacio y tiempo determinado.<br />
Por su parte, las medidas de flujo de caja libre y costo de<br />
capital corporativo se adaptan satisfactoriamente al enfoque<br />
basado en consumo, debido al vínculo que la valoración de<br />
empresas posee con el mercado de valores, permitiendo así<br />
definir una medida de valor en la cual los demás métodos de<br />
valoración convergen cuando conceptualmente son correctos;<br />
sin embargo, a pesar de la ausencia de un mercado organizado<br />
que deja inoperable algunos principios, el modelo basado en<br />
consumo facilita la construcción de un factor de descuento<br />
estocástico de acuerdo al perfil de riesgo y a la función de<br />
utilidad de cada inversionista.<br />
Finalmente, lo más importante, la independencia entre el factor<br />
y el flujo de caja no son evidentes como nos presenta la<br />
literatura financiera, la relación que presentan no es de<br />
correlación constante a través del tiempo, más bien es una<br />
correlación dinámica; es decir, el aporte del factor de<br />
descuento al flujo de caja libre es un proceso estocástico.<br />
A diferencia de la propuesta de Kruschwitz, la dinámica del<br />
flujo de caja podría ser modelada a partir de un proceso<br />
autoregresivo de media móvil ARMA(p, q), siendo los<br />
modelos AR(p) y MA(q) casos particulares del mismo. Tal<br />
argumento, se justifica con las propiedades de estacionariedad<br />
que posee el proceso de medias móviles-MA y por el teorema<br />
de Wold.<br />
Figura 1. Distribución del valor corporativo del componente permanente.<br />
El riesgo de valor-RiskV no es una medida coherente de<br />
riesgo, no obstante, mide la potencial destrucción de valor<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Galvis Andrés 1, 2 ; Galindo Edwin 3<br />
147<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
corporativo a consecuencia de la variabilidad de su estructura<br />
operacional y financiera, y de las posiciones estratégicas de la<br />
compañía en el futuro; se basa en el modelo de consumo<br />
intertemporal para una economía con ausencia de un mercado<br />
de capitales desarrollado, permitiendo ajustar el perfil de<br />
riesgo y las preferencias de consumo de los inversionistas,<br />
accionistas y administradores financieros, los cuales<br />
demandan información en un entorno de riesgo e<br />
incertidumbre.<br />
AGRADECIMIENTO<br />
Agradezco a Edwin Galindo, Juan Carlos García, Carlos<br />
Valladares y Ana María Aldás por su valiosos comentarios en<br />
la revisión del documento, A la Universidad de las Américas<br />
y la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE por el valioso<br />
tiempo y el espacio que me brindaron para abordar tan<br />
profundo problema de investigación. Y por supuesto, le<br />
agradezco a toda mi familia que siempre han acompañado y<br />
apoyado mi labor docente e investigativa. A todos ellos<br />
gracias.<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Preparación de Artículos para la Revista Politécnica Utilizar Mayúsculas en cada Palabra en el Caso del Título<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Preparación de Artículos para la Revista Politécnica Utilizar<br />
Mayúsculas en cada Palabra en el Caso del Título<br />
Apellido <strong>No</strong>mbre 1 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 2 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 3 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 4<br />
<br />
1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecatrónica, Quito, Ecuador<br />
2 Escuela Politécnica del Litoral, Facultad de Ingeniería Industrial, Guayaquil, Ecuador<br />
3,4 Universidad de Cuenca, Facultad de Ciencias Exactas, Cuenca, Ecuador<br />
Resumen: Las siguientes instrucciones establecen las pautas para la preparación de artículos para la Revista<br />
Politécnica. Los artículos pueden ser escritos en español o en inglés, pero tendrán un resumen de máximo 250 palabras<br />
en los dos idiomas. Los autores pueden hacer uso de este documento como una plantilla para componer su artículo si<br />
están utilizando Microsoft Word 2013 o superior. Caso contrario, este documento puede ser utilizado como una guía<br />
de instrucciones. El número mínimo de páginas será 6 y el máximo 10. Para el envío de los artículos, los autores<br />
deben seguir las instrucciones colocadas en el sistema de recepción de artículos del sitio web de la Revista Politécnica<br />
(www.revistapolitecnica.epn.edu.ec). En caso de que su artículo sea en inglés colocar el título y el resumen en los<br />
dos idiomas.<br />
Palabras clave: Incluir una lista de 3 a 6 palabras.<br />
Title of Manuscript<br />
Abstract: These instructions give you guidelines for preparing papers for EPN Journal. Papers can be written in<br />
Spanish or English; however, an abstract of maximum 250 words and written in both languages is required. Use this<br />
document as a template to compose your paper if you are using Microsoft Word2013 or later. Otherwise, use this<br />
document as an instruction set. The minimum number of pages will be 6 and the maximum will be 12. For submission<br />
guidelines, follow instructions on paper submission system from the EPN Journal<br />
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Keywords: Include a list of 3 to 6 words.<br />
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Todo artículo debe contener Resumen, Introducción, Marco<br />
Teórico/Metodología, Resultados y Discusión, Conclusiones y<br />
Referencias. Para colocar los Agradecimientos de ser<br />
necesarios, siendo opcional esta sección, por favor ubicarlos<br />
antes de la sección de Referencias. El contenido de estas<br />
secciones se detallará en la sección correspondiente.<br />
A continuación se incluye un ejemplo de introducción en<br />
inglés y español. Los mismos que no corresponden a imágenes<br />
o secciones del presente artículo, solo muestran una forma<br />
propuesta de redacción.<br />
Ejemplo en Inglés: The interaction between matter and<br />
radiation in nonlinear systems allows multiphotonic responses,<br />
i.e. second and third harmonic generation, Kerr effect and<br />
Four-Wave Mixing (FWM). This technique is based on three<br />
beams acting on a material such that a fourth beam with its<br />
own characteristics is generated because of the laser-matter<br />
interaction. This technique can be used in studies of the system<br />
lifetimes, optical susceptibilities and Raman levels, among<br />
others (García-Golding and Marcano, 1985). The particular<br />
Colocar el correo electrónico del autor de correspondencia.<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Apellido <strong>No</strong>mbre 1 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 2 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 3 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 4<br />
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cases, where the signal of FWM is either degenerate or nondegenerate,<br />
have been objects of renewed interest in the very<br />
active fields of nanoscience and nanotechnology (Paz et al.,<br />
2011), where this type of spectroscopy is used to determine the<br />
structure of nanomaterials through their nonlinear optical<br />
responses. These studies are still under development,<br />
promising to open an intense line of investigation, where<br />
models like the one that we propose in the following section<br />
are directly applicable.<br />
<strong>No</strong>nlinear optical techniques have been applied for several<br />
years in the study of a wide range of materials that includes<br />
polymers, semiconductors, biological molecules and organic<br />
compounds such as chromophores, among others. The<br />
dynamics of those systems have been successfully described<br />
by the Optical Conventional Bloch equations (OCBE), where<br />
the reservoir (a liquid for instance) influence is taken into<br />
account through the longitudinal and transversal relaxation<br />
times, T 1and, T 2 respectively. We propose a methodology<br />
based on a stochastic description, where the system-solvent<br />
collisional interaction induces random shifts in the natural<br />
frequency, which transforms the usual parameter ɷ o (the<br />
resonance frequency of the two-level system), into a stochastic<br />
variable ξ(t), and the original OCBE into the Optical<br />
Stochastic Bloch Equations (OSBE). Under these<br />
considerations, and after the calculation of the coherence and<br />
the susceptibility of the molecular system, third order optical<br />
responses are analyzed for a generic model of an organic dye<br />
using the FWM technique.<br />
The theoretical study of the optical responses of two-level<br />
molecular systems has been done through many approaches;<br />
however, most of these studies neglect the Permanent Dipole<br />
Moments PDM for simplicity (Ganagopadhyay et al., 1999;<br />
Zhu and Li, 2000). Some authors have demonstrated that the<br />
inclusion of this parameter is highly important in order to<br />
model the optical response of the molecular system (Lavoine,<br />
2007), but they also neglect the solvent presence. In this work,<br />
we include the PDM so as to generalize the methodology<br />
developed by Colmenares et al. (1995) and expanded by<br />
Mastrodomenico et al. (2008) in order to study the PDM effect<br />
on the optical responses, when a two-level system immersed<br />
in a thermal bath is modeled. In order to measure this effect,<br />
we have studied in detail the importance of the Rotating Wave<br />
Approximations RWA, as we move between a strong and a<br />
weak coupling between the molecular system and the<br />
surroundings (Wu and Yang, 2007). In our model, the solvent<br />
is modeled as a relaxation mechanism by way of the<br />
longitudinal and transversal relaxation times and the collisions<br />
within the system, causing a broadening in the upper level.<br />
This work is organized as follows. In section 2, we present the<br />
methodology of our calculus, the development of the OSBE<br />
through the introduction of the stochastic function in the<br />
OCBE, and the perturbative expansion to calculate the third<br />
order coherence, necessary to obtain the macroscopic<br />
polarization and the coupling susceptibility. In section 3, we<br />
present the evaluation of the macroscopic inhomogeneous<br />
polarization in the tensorial representation. Section 4, is<br />
devoted to a graphical analysis of the results obtained for the<br />
nonlinear optical properties as a function of the pump field<br />
detuning for different coupling strengths and the presence or<br />
absence of the permanent dipole moments. Final comments are<br />
presented in section. 5.<br />
Ejemplo en Español: Las técnicas para estudiar los procesos<br />
ópticos se clasifican en términos de diversos criterios. Así,<br />
existen técnicas en el dominio del tiempo o de las frecuencias,<br />
técnicas resonantes o antiresonantes, y procesos multifotónicos<br />
que dependen del orden de la respuesta con respecto<br />
a los campos aplicados (Mukamel y Loring, 1986).En general,<br />
las técnicas ópticas difieren entre sí por el tiempo de aplicación<br />
de los campos eléctricos. En un límite, los campos aplicados y<br />
la señal son estacionarios, mientras que en el caso opuesto los<br />
campos aplicados son pulsos muy breves. En principio, los<br />
observables medidos en el dominio del tiempo y de la<br />
frecuencia se pueden relacionar a través de la transformada de<br />
Fourier. Por otra parte, las mediciones ópticas frecuentemente<br />
se llevan a cabo en medios resonantes, donde un campo o la<br />
combinación de las frecuencias de los campos son iguales a la<br />
frecuencia característica del sistema. Tales técnicas resonantes<br />
son sensibles a procesos de relajación en el material,<br />
incluyendo emisión espontánea y además proveen una prueba<br />
directa de autoestados específicos (Gorayeb et al., 1995). Con<br />
relación a la variedad de procesos multi-fotónicos, resaltan: la<br />
generación de segundos y terceros armónicos, la generación de<br />
suma o diferencia de frecuencias, y los procesos de<br />
polarización a tercer orden, principalmente la Mezcla de<br />
Cuatro Ondas (MCO).<br />
A través de las interacciones ópticas no lineales se pueden<br />
estudiar las respuestas ópticas del medio. Propiedades como el<br />
índice de refracción y el coeficiente de absorción son<br />
determinantes en el diseño y fabricación de nuevos materiales<br />
ópticos con características específicas, por lo tanto, las<br />
interacciones ópticas no lineales representan una fuente de<br />
información útil en la ciencia y la tecnología (Lin et al., 2007).<br />
Estas propiedades no lineales en sistemas moleculares con<br />
distintos enfoques de cálculos, han sido objeto de estudio por<br />
distintos autores (Wang et al., 2011). Teóricamente, los<br />
fenómenos no lineales se estudian en un esquema perturbativo<br />
bajo el formalismo de la matriz densidad, la cual obedece la<br />
ecuación de Liouville. Si, adicionalmente, se consideran los<br />
términos de relajación asociados al proceso, entonces se<br />
derivan las Ecuaciones Ópticas de Bloch Convencionales<br />
(EOBC), que son análogas a las ecuaciones magnéticas de<br />
Bloch. A través de las poblaciones y coherencias inherentes a<br />
las EOBC se estudia la dinámica del sistema expuesto a la<br />
radiación de alta intensidad. Para el caso más simple, un<br />
sistema de dos niveles electrónicos, se deducen tres ecuaciones<br />
fundamentales las cuales consideran la frecuencia natural de<br />
Bohr como la frecuencia de transición entre los dos estados<br />
vibracionales. Sin embargo, con estas ecuaciones de carácter<br />
determinista no se puede estudiar la interacción de un sistema<br />
molecular en un baño térmico, el cual se asume que induce una<br />
estocasticidad en el medio. Así, para considerar tales efectos<br />
es preciso modificar las EOBC, en el sentido de incluir dentro<br />
de las mismas los términos que dan cuenta del solvente, con<br />
esto las EOBC se convierten en las ecuaciones de Bloch<br />
ópticas estocásticas (EBOE). Aquí el ensanchamiento entre los<br />
niveles electrónicos es aleatorio de modo que la frecuencia<br />
natural de transición entre los estados se convierte en una<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Preparación de Artículos para la Revista Politécnica Utilizar Mayúsculas en cada Palabra en el Caso del Título<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
función estocástica (Colmenares et al., 1995). Finalmente,<br />
considerando los distintos parámetros experimentales, se<br />
observó que las propiedades ópticas no lineales, son<br />
proporcionales a la concentración de la solución química e<br />
inversamente proporcionales a la varianza de la distribución<br />
lorentziana.<br />
2. MARCO TEÓRICO/METODOLOGÍA<br />
Esta sección debe reflejar el marco referencial que sustente el<br />
contenido del artículo, puede incluir: marco teórico,<br />
metodología, materiales o métodos y/o consideraciones<br />
generales. El título de esta sección puede ajustarse de acuerdo<br />
a las necesidades de cada artículo.<br />
En esta sección se reporta una síntesis organizada, lógica y<br />
pertinente con la investigación. La organicidad y coherencia<br />
de la teoría que valida la propuesta, desde el problema o la<br />
hipótesis hasta los procedimientos metodológicos y,<br />
posteriormente los resultados. De la misma forma, en esta<br />
sección se describen los procedimientos metodológicos a<br />
desarrollar, cuidando que haya plena coincidencia con las<br />
fases que se desprenden de los objetivos de la investigación.<br />
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN<br />
En general, se recomienda que tanto el análisis como la<br />
discusión de resultados se presenten de manera integrada. Es<br />
necesario que los resultados queden clasificados dentro de<br />
arreglos significativos: tablas, cuadros, gráficos, diagramas<br />
figuras, estadísticas, etc., que permitan reflejarla coherencia y<br />
la argumentación de los mismos. Cada representación de datos<br />
debe ir seguida de un texto que explique, interprete, contraste,<br />
amplíe… lo que los datos significan.<br />
Los resultados cobran interés y valor cuando son interpretados<br />
a la luz de la teoría de base; presentada en la sección anterior.<br />
En sentido metafórico, los resultados, la teoría y la<br />
interpretación deben dialogar activamente en esta sección.<br />
4. CONCLUSIONES<br />
La sección de conclusiones es requerida. En esta sección<br />
el(los) autor(es) retoma(n) los objetivos del estudio para<br />
establecer y plasmar si se cumplieron o no; con ello responderá<br />
si la incógnita de la investigación fue despejada y, en otro caso,<br />
si fue comprobada la hipótesis de trabajo. También esta parte<br />
se dedica a explicar brevemente qué elementos no anticipados<br />
surgieron de la investigación y si ello constituyó o no una<br />
limitación importante para la consecución de las metas<br />
propuestas.<br />
Finalmente, de ser necesario y de manera opcional, se pueden<br />
incluir las recomendaciones o sugerencias que el(los) autor(es)<br />
argumenta(n) como producto de su experiencia y a la luz de<br />
sus conocimientos profesionales.<br />
AGRADECIMIENTO (OPCIONAL)<br />
En esta sección se recomienda incluir los agradecimientos<br />
formales a todas las personas y/o instituciones que el(los)<br />
autor(es) considera(n) que han contribuido con la<br />
investigación.<br />
REFERENCIAS<br />
La lista de referencias debe estar ordenada alfabéticamente<br />
de acuerdo con el apellido del primer autor del artículo. El<br />
agregado et al no debe ir en cursiva. Por favor nótese que todas<br />
las referencias listadas aquí deben estar directamente citadas<br />
en el cuerpo del texto usando (Apellido, año). Las notas al pie<br />
deben evitarse en la medida de lo posible.<br />
El artículo debe contener un mínimo de 6 referencias.<br />
Seguir el formato indicado a continuación de acuerdo al tipo<br />
de referencia a:<br />
Formato básico para referenciar libros:<br />
Apellido, Inicial <strong>No</strong>mbre. (Año). Título del libro. Ciudad,<br />
País: Editorial.<br />
<br />
Libros con un autor:<br />
En las referencias:<br />
King, M. (2000). Wrestling with the angel: A life of Janet Frame. Auckland,<br />
New Zealand: Viking.<br />
Cita en el texto:<br />
(King, 2000) o King (2000) argumenta que ...<br />
<br />
Libros con dos autores:<br />
En las referencias:<br />
Treviño, L. K., y Nelson, K. A. (2007). Managing business ethics: Straight<br />
talk about how to do it right. Hoboken, NJ: Wiley<br />
Cita en el texto:<br />
(Treviño y Nelson, 2007) oTreviño y Nelson (2007)<br />
ilustran…<br />
<br />
Libros con dos o más autores:<br />
En las referencias:<br />
Krause, K.-L., Bochner, S., y Duchesne, S. (2006). Educational psychology<br />
for learning and teaching (2nd ed.). South Melbourne, VIC., Australia:<br />
Thomson.<br />
Cita en el texto:<br />
De acuerdo con Mezey et al. (2002) o ... (Mezey et al.,<br />
2002).<br />
Formato básico para referenciar artículos científicos<br />
Apellido, Inicial <strong>No</strong>mbre. (Año). Título del Artículo.<br />
Título/Iniciales de la Revista. Número de <strong>Volumen</strong> (Tomo),<br />
páginas<br />
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Apellido <strong>No</strong>mbre 1 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 2 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 3 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 4<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
<br />
Artículos en revistas:<br />
En las referencias:<br />
Sainaghi, R. (2008). Strategic position and performance of winter<br />
destinations. TourismReview, 63(4), 40-57.<br />
Cita en el texto:<br />
(Sainaghi, 2008) oSainaghi (2008) sugiere ...<br />
<br />
Artículos con DOI<br />
En lasreferencias:<br />
Shepherd, R., Barnett, J., Cooper, H., Coyle, A., Moran-Ellis, J., Senior, V.,<br />
& Walton, C. (2007). Towards an understanding of British public attitudes<br />
concerning human cloning. Social Science& Medicine, 65(2), <strong>37</strong>7-392.<br />
http://dx.doi.org/10.1016/j.socscimed.2007.03.018<br />
Cita en el texto:<br />
Shepherd et al. (2007) o Shepherd et al. (2007) resaltan la...<br />
<br />
Artículos sin DOI<br />
En las referencias<br />
Harrison, B., & Papa, R. (2005). The development of an indigenous<br />
knowledge program in a New Zealand Maori-language immersion<br />
school. Anthropology and EducationQuarterly, 36(1), 57-72. Obtenido de la<br />
base de datos AcademicResearch Library<br />
Cita en el texto:<br />
(Harrison y Papa, 2005) o En su investigación, Harrison y<br />
Papa (2005) establecieron...<br />
<br />
Artículos en línea<br />
En lasreferencias:<br />
Snell, D., & Hodgetts, D. (n.d.). The psychology of heavy metal communities<br />
and white supremacy. Te KuraKeteAronui, 1. Obtenido de:<br />
http://www.waikato.ac.nz/wfass/tkka. (Mayo, 2015).<br />
Cita en el texto:<br />
(Snell y Hodgetts, n.d.) oSnell y Hodgetts (n.d.) identificaron<br />
"..."<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Preparación de Artículos para la Revista Politécnica Utilizar Mayúsculas en cada Palabra en el Caso del Título<br />
_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
APÉNDICEA<br />
PROCEDIMIENTO PARA LA PRESENTACIÓN DEL<br />
ARTÍCULO<br />
Para las pautas de presentación, siga las instrucciones emitidas<br />
por el sistema del sitio web de la revista de la EPN.<br />
La presentación inicial debe tomar en cuenta todas las<br />
indicaciones que se presentan en la plantilla, para de esta<br />
manera tener una buena estimación de la longitud del artículo<br />
a publicarse. Además, de esta manera el esfuerzo necesario<br />
para la presentación final del manuscrito será mínimo.<br />
Como sugerencia, es importante tomar en cuenta que, el primer<br />
autor es el investigador que hizo la mayor parte del trabajo,<br />
mientras que el último autor suele ser el profesor quien es el<br />
líder intelectual y, a menudo edita y presenta el borrador final<br />
del documento.<br />
La Revista Politécnica pondrá en marcha un sistema de<br />
transferencia electrónica de derechos de autor en su momento.<br />
Por favor, "no" enviar formularios de derecho de autor por<br />
correo o fax. A continuación se detallan las consideraciones<br />
que se deben tener en cuenta para la presentación final del<br />
artículo.<br />
columnas. Las leyendas de las figuras deben estar centradas<br />
debajo de las figuras, los títulos de las tablas deben estar<br />
centrados sobre ellas. Evite colocar figuras y tablas antes de su<br />
primera mención en el texto. Para la mención de figuras, tablas<br />
o ecuaciones utilice las palabras completas con la primera letra<br />
en mayúscula, por ejemplo "Figura 1".<br />
Coloque las unidades entre paréntesis. <strong>No</strong> etiquete los ejes sólo<br />
con unidades. Por ejemplo, escriba "Magnetización (A/m)" o<br />
"Magnetización (Am -1 )", no sólo "Magnetización A/m." <strong>No</strong><br />
etiquete los ejes con una relación de cantidades y unidades. Por<br />
ejemplo, escriba "Temperatura (K)", no "Temperatura K".<br />
Los multiplicadores pueden ser especialmente confusos.<br />
Escriba "Magnetización (kA/m)" o "Magnetización<br />
(103A/m)". <strong>No</strong> escriba "Magnetización (A/m) x 1000" porque<br />
el lector no sabrá si la etiqueta del eje de arriba significa 16000<br />
A/m o 0,016 A/m. Las etiquetas de las figuras deben ser<br />
legibles, con un valor de 8 y sin espacio de separación con la<br />
figura.<br />
<br />
Figuras, tablas y márgenes<br />
Todas las figuras deben ser incorporadas en el documento. Al<br />
incluir la imagen, asegúrese de insertar la actual en lugar de un<br />
enlace a su equipo local. Los archivos de: figuras, dibujos,<br />
fotografías, etc., deberán enviarse en formato bmp o jpg, con<br />
al menos 1200 puntos (resolución) en uno de sus ejes, con<br />
leyendas legibles y de tamaño adecuado. El artículo debe<br />
contener entre tablas y figuras un máximo de 10.<br />
Las etiquetas de los ejes de las figuras son a menudo una fuente<br />
de confusión. Utilice las palabras en lugar de símbolos. Por<br />
ejemplo, escriba la cantidad "Magnetización," o<br />
"Magnetización M" no sólo "M".<br />
Weibull Breakdown Probability (%)<br />
99.9<br />
98<br />
90<br />
70<br />
50<br />
30<br />
20<br />
10<br />
5<br />
2<br />
1<br />
0.5<br />
0.2<br />
0.1<br />
10 0 10 1 10 2<br />
Breakdown Voltage (kV)<br />
Figura 1. Distribución Weibull de 60 Hz voltajes de ruptura11 cables α =<br />
45,9 kV picoβ = 5,08.Intervalo de Confidencia 95%<br />
Las figuras y tablas deben estar en la parte superior e inferior<br />
de las columnas. Evite colocarlas en medio de ellas. Las<br />
figuras y tablas grandes pueden extenderse a lo largo de ambas<br />
Figura 2. Robots Móviles Pioneer y su Entorno Experimental. Formato de<br />
doble columna.<br />
Los autores deben trabajar activamente con los márgenes<br />
solicitados. Los documentos de la revista serán marcados con<br />
los datos del registro de la revista y paginados para su inclusión<br />
en la edición final. Si la sangría de los márgenes en su<br />
manuscrito no es correcta, se le pedirá que lo vuelva a<br />
presentar y esto, podría retrasar la preparación final durante el<br />
proceso de edición.<br />
Por favor, no modificar los márgenes de esta plantilla. Si está<br />
creando un documento por su cuenta, considere los márgenes<br />
que se enumeran en la Tabla 1. Todas las medidas están en<br />
centímetros.<br />
<br />
Tabla 1. Márgenes de página<br />
Página Superior Inferior<br />
Izquierda/<br />
Derecha<br />
Primera 2,5 2,5 1,5<br />
Resto 2,5 2,5 1,5<br />
Ecuaciones<br />
Si está usando MSWord, sugerimos utilizar el Editor de<br />
ecuaciones de Microsoft o el MathTypeadd-on para las<br />
ecuaciones en su documento (Insertar/Objeto/Crear<br />
Nuevo/Microsoft Ecuación o Ecuación MathType). La opción<br />
"flotar sobre el texto" no se debe elegir.’<br />
Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2
Apellido <strong>No</strong>mbre 1 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 2 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 3 ; Apellido <strong>No</strong>mbre 4<br />
_______________________________________________________________________________________________________________________________<br />
Enumere las ecuaciones consecutivamente con los números de<br />
la ecuación en paréntesis contra el margen derecho, como en<br />
(1). Utilice el editor de ecuaciones para crear la ecuación y esta<br />
debe estar localizada en el margen derecho, como se muestra<br />
en el ejemplo siguiente:<br />
<br />
r2<br />
0<br />
F( r,<br />
)<br />
dr d<br />
[ r2<br />
/ (20<br />
)]<br />
(1)<br />
Asegúrese de que los símbolos en su ecuación han sido<br />
definidos antes de que aparezcan en la ecuación o<br />
inmediatamente después. Ponga en cursiva los símbolos (T<br />
podría referirse a la temperatura, pero T es la unidad tesla).<br />
Para referirse a la ecuación se escribe por ejemplo “Ecuación<br />
(1) "<br />
<br />
Unidades<br />
Utilice el SI como unidades primarias. Otras unidades pueden<br />
ser utilizadas como unidades secundarias (en paréntesis). Por<br />
ejemplo, escriba "15 Gb/cm 2 (100 Gb/in 2 )". Evite combinar las<br />
unidades del SI y CGS, como la corriente en amperios y el<br />
campo magnético en oerstedios. Esto a menudo lleva a<br />
confusión porque las ecuaciones no cuadran<br />
dimensionalmente. Si tiene que usar unidades mixtas, aclare<br />
las unidades para cada cantidad en una ecuación.<br />
Por ejemplo, en el SI la unidad de fuerza de campo magnético<br />
Hes A/m. Sin embargo, si desea utilizar unidades de T, o bien<br />
se refiere a la densidad de flujo magnético B o la fuerza del<br />
campo magnético simbolizadas como µ 0H. Use un punto en el<br />
centro para separar las unidades compuestas, por ejemplo,<br />
“A·m 2 .”<br />
<br />
Abreviaturas y Siglas<br />
Defina las abreviaciones y acrónimos la primera vez que se<br />
utilizan en el texto, incluso después de que ya han sido<br />
definidos en el resumen. <strong>No</strong> utilice abreviaturas en el título a<br />
menos que sea inevitable.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Otras recomendaciones<br />
Todos los artículos deberán ser enviados en formato<br />
Word.<br />
Para expresar valores decimales se usarán comas, por<br />
ejemplo 3,45. Use un cero antes del decimal.<br />
Se incluirá un espacio entre números para indicar los<br />
valores de miles, por ejemplo 463 690.<br />
Utilice guión los modificadores complejos (Por<br />
ejemplo: campo-cero-refrescando la magnetización).<br />
Evite el uso de los gerundios.<br />
Utilice notación científica para expresar números<br />
con más de 3 cifras hacia la derecha o izquierda, es<br />
decir, mayores a 2,50E+05 o menores a 4,8E-03<br />
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_________________________________________________________________________________________________________________________<br />
INFORMACIÓN ADICIONAL<br />
Fecha Límite de Recepción de Artículos: Diciembre 2015<br />
Fecha Límite de Aceptación de Originales: Enero <strong>2016</strong><br />
Sistema de Arbitraje:<br />
Todos los artículos cumple con una revisión por pares, la cual<br />
consiste en:<br />
Selección de dos o tres árbitros, actualmente la Revista<br />
Politécnica cuenta con revisores internos, externos e<br />
internacionales, quienes envían al editor<br />
su evaluación del artículo y sus sugerencias acerca de<br />
cómo mejorarlo.<br />
El editor reúne los comentarios y los envía al autor<br />
Con base en los comentarios de los árbitros, el editor<br />
decide si se publica el manuscrito.<br />
Cuando un artículo recibe al mismo tiempo<br />
evaluaciones tanto muy positivas como muy<br />
negativas, para romper un empate, el editor puede<br />
solicitar evaluaciones adicionales, obviamente a otros<br />
árbitros.<br />
Otra manera de desempate consiste en que los editores<br />
soliciten a los autores que respondan a las críticas de los<br />
árbitros, a fin de refutar una mala evaluación. En esos<br />
casos el editor generalmente solicita al árbitro que comente<br />
la respuesta del autor.<br />
Toda la evaluación se realiza en un proceso ciego, es<br />
decir los autores no conocen quienes son sus<br />
revisores, ni los revisores conocen los autores del<br />
artículo.<br />
Instructivo para publicar un Artículo<br />
1. Solicitar usuario y contraseña para acceder al portal<br />
web de la Revista Politécnica al correo<br />
epnjournal@epn.edu.ec<br />
2. Ingresar al portal web e iniciar el proceso de envío<br />
3. Comenzar el envío<br />
4. Colocar requisitos de envío<br />
<br />
Lista de comprobación de preparación de envíos<br />
Como parte del proceso de envío, se les requiere a los<br />
autores que indiquen que su envío cumpla con todos<br />
los siguientes elementos, y que acepten que envíos<br />
que no cumplan con estas indicaciones pueden ser<br />
devueltos al autor.<br />
- La petición no ha sido publicada previamente, ni<br />
se ha presentado a otra revista (o se ha<br />
proporcionado una explicación en Comentarios<br />
al Editor).<br />
- El fichero enviado está en formato OpenOffice,<br />
Microsoft Word, RTF, o WordPerfect.<br />
- Se han añadido direcciones web para las<br />
referencias donde ha sido posible.<br />
- El texto tiene interlineado simple; el tamaño de<br />
fuente es 10 puntos; se usa cursiva en vez de<br />
subrayado (exceptuando las direcciones URL); y<br />
<br />
<br />
todas las ilustraciones, figuras y tablas están<br />
dentro del texto en el sitio que les corresponde y<br />
no al final del todo.<br />
- El texto cumple con los requisitos bibliográficos<br />
y de estilo indicados en las <strong>No</strong>rmas para<br />
autoras/es, que se pueden encontrar en "Acerca<br />
de la Revista".<br />
<strong>No</strong>ta de copyright<br />
Los autores que publican en esta revista están de<br />
acuerdo con los siguientes términos:<br />
- Los autores conservan los derechos de autor y<br />
garantizan a la revista el derecho de ser la<br />
primera publicación del trabajo al igual que<br />
licenciado bajo una Creative Commons<br />
Attribution License que permite a otros<br />
compartir el trabajo con un reconocimiento de la<br />
autoría del trabajo y la publicación inicial en esta<br />
revista.<br />
- Los autores pueden establecer por separado<br />
acuerdos adicionales para la distribución no<br />
exclusiva de la versión de la obra publicada en la<br />
revista (por ejemplo, situarlo en un repositorio<br />
institucional o publicarlo en un libro), con un<br />
reconocimiento de su publicación inicial en esta<br />
revista.<br />
- Se permite y se anima a los autores a difundir sus<br />
trabajos electrónicamente (por ejemplo, en<br />
repositorios institucionales o en su propio sitio<br />
web) antes y durante el proceso de envío, ya que<br />
puede dar lugar a intercambios productivos, así<br />
como a una citación más temprana y mayor de<br />
los trabajos publicados (Véase The Effect of<br />
Open Access) (en inglés).<br />
Declaración de privacidad<br />
- Los nombres y direcciones de correo-e<br />
introducidos en esta revista se usarán<br />
exclusivamente para los fines declarados por esta<br />
revista y no estarán disponibles para ningún otro<br />
propósito u otra persona.<br />
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6. Introducir metadatos<br />
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Revista Politécnica - <strong>Marzo</strong> <strong>2016</strong>, Vol. <strong>37</strong>, <strong>No</strong>. 2